Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2012 № 12 Страница 13

Изобретателем электрического телеграфа считают Сэмюэла Морзе, но вот что интересно: он не был знаком с электричеством и вообще к технике имел самое отдаленное отношение! Он был художником и как-то, еще в 1830-х годах, возвращался с выставки картин в Париже к себе домой, в Америку.

Путешествие того времени на парусном корабле через Атлантику было долгим, но, по счастью, среди пассажиров оказался человек, сведущий в электротехнике. Он-то и рассказал Морзе, что с помощью электрического тока, текущего по проводам, принципиально можно сигнализировать на больших расстояниях. Сейчас бы мы сказали, что в разговорах на корабле возникла идея цифровой передачи сообщений: ток есть — единица, тока нет — ноль!

Идея моментальной электрической передачи сообщений, как альтернатива медленной и неудобной бумажной почте, настолько захватила Морзе, что, вернувшись в Америку, он бросил все прежние дела и стал искать лучшего электротехника в Соединенных Штатах, который бы помог ему осуществить задуманное. Ему указали на Джозефа Генри, простого преподавателя небольшого университета в глубинке страны.

Генри незаслуженно мало вспоминают в современной истории, хотя в его честь и названа единица индуктивности. В 1832 году он независимо от Майкла Фарадея и фактически одновременно с ним открыл закон электромагнитной индукции. Однако вся слава досталась Фарадею, поскольку к тому времени он уже был членом лондонского Королевского общества (английская Академия наук)и немедленно опубликовал свои результаты, а почтовые парусники того времени ходили из Америки в Европу медленно… Впрочем, Генри особенно и не претендовал на славу первооткрывателя.

Воспитанный в правилах старой доброй религиозной морали, он считал, что Господь Бог даровал всем людям Солнце, Землю, воду и воздух, причем совершенно бесплатно, а также разум, который тоже должен принадлежать всем.

Поэтому Генри никогда не делал никаких секретов из своих открытий и разработок, охотно сообщал о них всем заинтересованным.

Именно Генри создал всю технику первого примитивного телеграфа, включая самое главное его устройство — электромагнитное реле с обмоткой из тонкой медной проволоки, изолированной шелком.

Морзе до конца жизни был ему благодарен и непременно ссылался на Генри во всех публикациях. Любопытно, что в точности такая же история повторилась и тридцать лет спустя, с изобретателем телефона Александером Беллом. Он тоже считал Генри своим учителем и честно заявлял, что без Генри не создал бы никакого телефона!

Сэмюэл Морзе (1791–1872)

Повезло Морзе и с помощниками. Один из финансистов, м-р Вейль, согласился выделить кое-какие деньги на разработку телеграфа, но с непременным условием, что его сына примут в компанию и обеспечат работой. Вопреки ожиданиям, Альфред Вейль оказался вовсе не бездельником, сынком богатых родителей, а весьма одаренным и трудолюбивым молодым человеком.

Он быстро постиг «премудрости» электрического телеграфа, и даже говорят, что это он предложил использовать для передачи точки и тире, а также сконструировал телеграфный ключ. А чтобы оптимизировать азбуку, Вейль проштудировал несколько томов Британской энциклопедии и присвоил часто встречающимся буквам самые короткие сигналы (е — одна точка, i — две точки, t — одно тире), а редко встречающимся буквам — самые длинные (q — тире, тире, точка, тире).

Разработки электрического телеграфа велись не только в Америке — Уитстон в Англии предложил свою систему, Якоби и Шиллинг в России — другую. Но рассказ о них заслуживает отдельной статьи. Впрочем, о чем непременно следует упомянуть — это о предложенной в те же 1830-е годы в Германии однопроводной линии. Ее изобретатель, физик и астроном Карл Густав Штайнхайл, заменил второй провод телеграфной линии двумя заземлениями, используя, таким образом, землю как проводник. Впоследствии расчеты и эксперименты показали, что сопротивление между двумя заземлениями не зависит от расстояния между ними, как бы странно это ни казалось на первый взгляд!

Окончательная схема разработанной в 1837–1944 годах телеграфной линии Морзе выглядела примерно так, как это изображено на рисунке 1.

Попытка проложить линию под землей не привела к успеху из-за плохой изоляции провода, и первая линия между Вашингтоном и Балтимором длиной более 40 миль была протянута на столбах, с использованием стеклянных изоляторов (говорят, что сначала использовали горлышки от бутылок).

Принцип действия телеграфа ясен из рисунка: когда замыкали ключ на передающей стороне, ток от батареи поступал в линию, реле на приемной стороне притягивало якорь, и перышко оставляло след на бумажной ленте, протягиваемой часовым механизмом.

К якорю реле можно приделать контакты, служащие ключом для следующего участка линии, и так наращивать расстояние, на которое передается сигнал, хоть до бесконечности! Собственно, само слово «реле» (relay) в старом английском языке означало станцию для замены лошадей на почтовых трактах. В последующие годы вся Америка покрылась сетью телеграфных линий.

Американские телеграфисты очень скоро научились распознавать телеграфные сигналы на слух, по клацанью якоря реле.

Клик — якорь притянут, клак — якорь отпущен. Клик-клак — передана точка, клик… клак — передано тире. А запись текста (если нужно) вели вручную. Стали выпускать даже реле безо всяких перьев с легкой (обычно алюминиевой) арматурой, громко клацающей по ограничительным винтам. Такое реле назвали саундером (от sound — звук) и стали объединять с телеграфным ключом в одну приемопередающую станцию.

Лишь впоследствии поняли, что, если прерывать телеграфные посылки постоянного тока с частотой 400… 1000 Гц, получается тональный телеграфный сигнал, принимаемый на слух и легче, и надежнее.

Прерыватель тока можно сделать по-разному, например, использовать зубчатое колесико с контактом, вращаемое часовой пружиной, но самый оригинальный прерыватель (зуммер, chopper, buzzer) создали на основе того же реле.

Когда подавался ток через нормально замкнутые контакты (рис. 2), реле притягивало якорь и размыкало цепь своей же собственной катушки. Якорь отпускался, контакты снова замыкались, заставляя якорь вибрировать. До сих пор на этом принципе работают дверные звонки и автомобильные сигналы.

Якорь для усиления звука заменили мембраной, и оставался один шаг до изобретения телефонной трубки, в которой контакты уже оказались не нужны.

Но мы слишком увлеклись историей, пора вернуться к теме статьи.

В наш век электроники вряд ли имеет смысл делать чувствительный электромеханический прерыватель — его с успехом заменит генератор прямоугольных импульсов, описанный в предыдущем номере журнала. Два транзистора в нем открываются и закрываются одновременно, и ток питания пульсирует со звуковой частотой. Остается включить в цепь питания ключ и наушник — генератор тонального телеграфного сигнала готов.

Третья используемая в нашем телеграфе разработка называется «земляная батарея». Если воткнуть в сырую землю два электрода из разных металлов, то образуется гальванический элемент, где электролитом служит влага с растворенными в ней солями, всегда имеющаяся в земле. Это было подмечено радиолюбителями еще более полувека назад, и в старых журналах можно даже найти описания простых радиоприемников с питанием от земляной батареи.

Лучшей парой оказываются медь и цинк, можно попробовать также цинк — уголь (графит), медь железо или медь — алюминий. Автор подобрал медный пруток диаметром около 5 мм и длиной сантиметров 20 и стальной оцинкованный пруток потоньше, но зато и немного длиннее. Концы прутков следует заточить напильником, чтобы легче было воткнуть их в землю.

Верхние концы прутков желательно оснастить ручками, клеммами для проводов или хотя бы согнуть колечками, чтобы за них вытаскивать из земли. Нелишне вспомнить и про колышки для палаток.

Мой элемент в сухую погоду развил напряжение 0,8 В при токе короткого замыкания (все измерено обыкновенным тестером в режиме вольтметра и амперметра) всего 0,2 мА, но этого оказалось вполне достаточно для питания генератора. Зато наутро, после ночного дождя, он отдавал уже 0,9 В при токе 1,1 мА. Увеличение расстояния между штырями до 4…5 м не привело к заметному изменению параметров элемента.

Схема предлагаемого телеграфа показана на рисунке 3.

Батарей питания в нем нет — источником тока служит земляной элемент, образованный двумя заземлениями. При этом на медном заземляющем штыре будет плюс, а на стальном (оцинкованном) минус. Генераторы на обеих приемопередающих станциях очень похожи, почти одинаковы, но обратите внимание на полярность включения р-n-р и n-p-n транзисторов — она разная, поскольку генераторы правой и левой станций питаются напряжением разной полярности. Не перепутайте заземляющие штыри, медный должен соединяться только с генератором, собранным по схеме справа!