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Valve ou diode d'oscillation de Fleming

Valve ou diode d'oscillation de Fleming

L'invention de la première valve à diode est attribuée à Ambrose Fleming qui, en 1884, rejoint l'University College de Londres pour prendre la Chaire de technologie électrique, la première du genre en Angleterre.

Fleming a d'abord travaillé sur ce qu'on appellerait aujourd'hui la science électrique et son nom est également rappelé pour la règle du moteur gauche de Fleming.

Fleming avait également entrepris des travaux révolutionnaires sur les mesures électriques et même aujourd'hui on se souvient de lui pour cela.

Le décor est planté pour l'invention de la valve à diode

À la fin des années 1800, Marconi avait expérimenté la technologie sans fil telle qu'elle était connue à l'époque. Alors que certains avaient vu la nouvelle technologie sans fil comme un phénomène intéressant, Marconi avait vu une opportunité commerciale et avait cherché à lui trouver de vraies applications. Un domaine majeur était celui de la communication avec la navigation car ils n'avaient aucune forme de communication au-delà de la ligne de vue. En conséquence, Marconi voulait développer la technologie et augmenter la distance sur laquelle les signaux pouvaient être entendus.

Marconi créa sa société: «Wireless Telegraph and Signal Company Limited» en Grande-Bretagne en juillet 1897. Fleming devint consultant pour Marconi et ce fut Fleming qui développa l'émetteur qui fut utilisé pour la première transmission transatlantique en 1901.

Au départ, Fleming s'était concentré sur l'équipement de transmission, mais plus tard, il s'est tourné vers la technologie de réception. Fleming était parfaitement conscient des limites des méthodes de détection des signaux sans fil. Les cohéreurs, détecteurs magnétiques et autres formes de détecteurs disponibles à ce moment étaient très insensibles et nécessitaient des niveaux de signal importants pour fonctionner. En plus de cela, ils étaient instables et très peu fiables.

En conséquence, Fleming avait besoin de trouver de meilleures formes de détection des signaux.

Travail initial

Le travail initial de Fleming en tant que précurseur de ce qui devint finalement sa valve d'oscillation consistait à essayer de détecter des signaux radio ou sans fil en utilisant une méthode, une technique qui pourrait faire fonctionner un mécanisme d'une certaine forme. Fleming souffrait d'aggravation de la surdité et donc un système utilisant une indication visuelle serait très bénéfique.

En conséquence, Fleming a envisagé d'utiliser un instrument qui détectait le courant. Le plus sensible était un galvanomètre à miroir d'Arsonval. Pour utiliser ce Fleming, il fallait pouvoir rectifier les signaux ou oscillations haute fréquence.

Fleming a essayé plusieurs formes de redresseur qui étaient disponibles à l'époque, mais aucune d'entre elles n'a fonctionné. Pour le moment, cette idée devait rester en sommeil.

Technologie thermionique

Fleming a finalement trouvé la solution au problème de la rectification des signaux de radiofréquence dans la technologie des ampoules.

Comme Edison, Fleming avait également été fasciné par ce qu'on appelait l'effet Edison. Fleming a effectué quelques expériences autour de l'idée et en 1889, il a fait fabriquer des ampoules pour lui par la société Ediswan au Royaume-Uni.

En utilisant ces ampoules, il a reproduit l'effet Edison, bien que, encore une fois, cela ait été effectué en utilisant une charge en régime permanent. Ce n'est que quelques années plus tard qu'il a observé que si un courant alternatif avec une fréquence entre 80 et 100 Hz passait à travers l'ampoule, alors seulement la moitié du cycle était passée. En d'autres termes, il a été rectifié pour produire un courant continu.

À ce moment-là, il y avait un manque de compréhension sur le fonctionnement de l'appareil, ce qui a empêché de progresser. Cependant, la situation s'est améliorée lorsque Sir Joseph Thomson a découvert que les atomes étaient constitués de particules encore plus petites, dont l'une était une particule chargée négativement, un électron. En conséquence, il a été rapidement réalisé que c'étaient des électrons qui étaient émis par le filament chauffé dans l'ampoule, et cela a également fourni la raison pour laquelle ils étaient attirés par une électrode avec une charge positive.


Valve d'oscillation de Fleming
Marconi plc - avec permission

En novembre 1904, avec des idées en tête sur le développement de meilleures méthodes de détection des signaux radio et la nécessité de les rectifier, il eut ce qu'il appela "une pensée soudaine très heureuse" alors qu'il marchait le long de Gower Street dans le West End de Londres.

Fleming se demandait si l'effet Edison pouvait être utilisé pour rectifier ce qu'il appelait les «faibles mouvements de va-et-vient de l'électricité provenant d'un fil aérien». Fleming a chargé son assistant de mettre en place une expérience et à leur grande joie, ils ont rapidement pu prouver que l'idée fonctionnait.

Dans ses propres mots, Fleming a écrit:

«Ensuite et là, j'ai décidé de voir si elles [les ampoules électriques ou les lampes] serviraient à cette fin. Je suis allé dans une armoire et j'ai sorti les mêmes lampes que j'avais utilisées dans mes enquêtes précédentes. Mon assistant m'a aidé à construire un oscillatoire circuit avec deux bocaux Leyde, un cadre en bois et une bobine d'induction. Nous avons ensuite fait un autre circuit, dans lequel nous avons inséré une des lampes et un galvanomètre, puis nous l'avons accordé à la même fréquence que le premier circuit. "

"Il était environ cinq heures du soir lorsque l'appareil était terminé. J'étais, bien sûr, très impatient d'essayer l'expérience sans autre perte de temps. Nous avons mis les deux circuits à une certaine distance dans le laboratoire et j'ai commencé le oscillations dans le circuit primaire. "

«À mon grand plaisir, j'ai vu l'aiguille du galvanomètre indiquer un courant électrique continu continu qui le traversait, et j'ai découvert que nous avions dans ce type particulier de lampe électrique, une solution au problème de la rectification des courants sans fil à haute fréquence.

J A Fleming, Comment je fais travailler les électrons dans une bouteille radio, Popular Radio, mars 1923.


Vannes d'oscillation de Fleming
Marconi plc - avec permission

La `` valve d'oscillation '' de Fleming

Fleming a appelé sa nouvelle invention une «soupape d'oscillation» parce qu'elle agissait de la même manière qu'une soupape dans une pompe qui permet au gaz ou à l'eau de se déplacer dans une seule direction.

Même si le tube à vide en était encore à ses balbutiements, il constituait encore une amélioration majeure par rapport aux détecteurs cohéreurs ou magnétiques qui étaient disponibles à l'époque.

Brevet de valve d'oscillation

Fleming a rapidement breveté l'idée de sa soupape d'oscillation car il était visiblement ravi de sa découverte. En novembre 1904, peu de temps après l'expérience réussie, Fleming a été vu «dévaler Gower Street» à Londres, inconscient de tout autour de lui sur sa façon de breveter l'idée.

Le brevet britannique de Fleming a été déposé le 16 novembre 1904 et le mémoire descriptif complet a été déposé le 15 août 1905. Le brevet britannique a été délivré le 21 septembre 1905, numéro de brevet 24 850 de 1904.

Fleming a également déposé des demandes de brevets aux États-Unis et également en Allemagne. Le numéro de brevet américain était 803 684. Cependant, dans ses demandes de brevet, Fleming revendiquait l'invention, non seulement du dispositif, mais aussi son application à la rectification sans limitation de fréquence. C'est cette affirmation qui a plus tard conduit à la nullité du brevet américain et à l'ouverture du champ à d'autres en utilisant l'idée de vanne d'oscillation de Fleming et en s'appuyant sur elle.

Développement de la vanne d'oscillation

Après que Fleming eut fait sa découverte initiale sur la vanne d'oscillation et sa rectification des signaux radio, il commença à entreprendre d'autres travaux pour lui permettre d'être poursuivi dans les systèmes sans fil de Marconi.

Il a fait fabriquer d'autres valves par Edison et Swan qui pourraient faire fonctionner leurs filaments de chauffage à partir d'une batterie de 12 volts.

Il a ensuite tracé leurs courbes caractéristiques afin de mieux comprendre leur fonctionnement.

Fleming a également présenté un article à la Royal Society le 8 février 1905 dans lequel il détaillait le fonctionnement de la soupape d'oscillation.

Fleming a également envoyé à Marconi cinq de ses vannes d'oscillation pour être utilisées et testées à la station sans fil Poldhu de Marconi à Cornwall. Au cours de ces tests, il a été constaté que les vannes devaient être criblées à l'aide de gaze de cuivre pour éviter que les «corps chargés électriquement» à proximité ne perturbent leur fonctionnement.

Fleming a également mené d'autres expériences avec sa valve oscillante. Il a étudié les caractéristiques de manière plus approfondie et a également examiné comment celles-ci changeaient lorsque différents filaments étaient utilisés. Cela l'a conduit à utiliser la vanne dans une configuration différente, actionnant la vanne en bas de la courbe caractéristique en ajustant le potentiel d'anode et en superposant le signal sur cette polarisation continue continue. Ce mode de fonctionnement a entraîné une augmentation du niveau de sensibilité de l'appareil.

Concours de vannes d'oscillation

Malgré son net avantage par rapport aux autres détecteurs, la vanne d'oscillation ou le tube à vide de Fleming n'était pas largement utilisé. Les vannes ou les tubes étaient difficiles et coûteux à fabriquer et leurs appareils de chauffage consommaient de grandes quantités d'énergie et cela devait être alimenté par des batteries coûteuses.

De plus, des appareils moins chers ont été découverts en 1906. Des appareils qui étaient les précurseurs des détecteurs Cat's Whisker qui étaient utilisés dans des ensembles de cristal jusqu'au milieu des années 1920 ont été découverts. En fait, deux brevets différents ont été déposés, l'un par Ferdinand Braun pour un détecteur de cristal utilisant des cristaux hydratés d'oxyde de manganèse et l'autre par H. Dunwoody pour un détecteur de cristal utilisant du carborundum. Ces dispositifs présentaient de nombreuses limitations, mais ils étaient beaucoup moins chers que la vanne oscillante de Fleming et, par conséquent, ils furent rapidement adoptés.


Voir la vidéo: #204: Basics of Tunnel Diodes and their applications (Août 2021).