مقالات أخرى في السلسلة:
- تاريخ التتابع
- تاريخ أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية
- تاريخ الترانزستور
- تاريخ الإنترنت
В لقد رأينا كيف تم بناء الجيل الأول من أجهزة الكمبيوتر الرقمية على أساس الجيل الأول من المفاتيح الكهربائية الأوتوماتيكية - المرحلات الكهرومغناطيسية. ولكن بحلول الوقت الذي تم فيه إنشاء أجهزة الكمبيوتر هذه، كان هناك مفتاح رقمي آخر ينتظر خلف الكواليس. كان المرحل عبارة عن جهاز كهرومغناطيسي (يستخدم الكهرباء لتشغيل مفتاح ميكانيكي)، وكانت الفئة الجديدة من المفاتيح الرقمية إلكترونية - بناءً على المعرفة الجديدة حول الإلكترون التي ظهرت في أوائل القرن العشرين. أشار هذا العلم إلى أن حامل القوة الكهربائية لم يكن تيارًا، ولا موجة، ولا مجالًا - بل جسيمًا صلبًا.
الجهاز الذي ولد عصر الإلكترونيات المبني على هذه الفيزياء الجديدة أصبح يعرف باسم الأنبوب المفرغ. يتضمن تاريخ إنشائها شخصين: رجل إنجليزي وأمريكية . في الواقع، أصول الإلكترونيات أكثر تعقيدًا، حيث تعبر العديد من الخيوط أوروبا والمحيط الأطلسي، وتمتد إلى التجارب المبكرة مع مرطبانات ليدن في منتصف القرن الثامن عشر.
ولكن في إطار عرضنا التقديمي، سيكون من المناسب تغطية (المقصود التورية!) هذا التاريخ، بدءًا من توماس إديسون. في ثمانينيات القرن التاسع عشر، حقق إديسون اكتشافًا مثيرًا للاهتمام أثناء عمله على الإضاءة الكهربائية، وهو الاكتشاف الذي مهد الطريق لقصتنا. ومن هنا جاء التطوير الإضافي للأنابيب المفرغة المطلوبة لنظامين تكنولوجيين: شكل جديد من الرسائل اللاسلكية وشبكات الهاتف الآخذة في التوسع.
مقدمة: اديسون
يعتبر إديسون بشكل عام مخترع المصباح الكهربائي. وهذا يمنحه الكثير من الفضل والقليل جدًا في نفس الوقت. كثيرة جدًا، لأن إديسون لم يكن الوحيد الذي اخترع المصباح المضيء. وبالإضافة إلى جموع المخترعين الذين سبقوه والذين لم تصل إبداعاتهم إلى التطبيق التجاري، يمكننا أن نذكر جوزيف سوان وتشارلز ستيرن من بريطانيا والأمريكي ويليام سوير الذي جلب المصابيح الكهربائية إلى الأسواق في نفس الوقت الذي طرح فيه إديسون. [يعود شرف الاختراع أيضًا إلى المخترع الروسي . كان Lodygin أول من خمن ضخ الهواء من المصباح الزجاجي، ثم اقترح صنع الخيوط ليس من الفحم أو الألياف المتفحمة، ولكن من التنغستن المقاوم للحرارة / تقريبًا. ترجمة]. تتكون جميع المصابيح من لمبة زجاجية محكمة الغلق، بداخلها خيط مقاوم. عندما تم توصيل المصباح بالدائرة، تسببت الحرارة الناتجة عن مقاومة الفتيل للتيار في توهجه. تم ضخ الهواء من الدورق لمنع الفتيل من اشتعال النار. كان الضوء الكهربائي معروفًا بالفعل في المدن الكبرى بالشكل ، تستخدم لإنارة الأماكن العامة الكبيرة. كان كل هؤلاء المخترعين يبحثون عن طريقة لتقليل كمية الضوء عن طريق أخذ جسيم لامع من قوس مشتعل، صغير بما يكفي لاستخدامه في المنازل ليحل محل مصابيح الغاز، ويجعل مصدر الضوء أكثر أمانًا ونظافة وإشراقًا.
وما فعله إديسون حقًا - أو بالأحرى ما أنشأه مختبره الصناعي - لم يكن مجرد إنشاء مصدر للضوء. قاموا ببناء نظام كهربائي كامل لإضاءة المنازل - مولدات وأسلاك لنقل التيار والمحولات وما إلى ذلك. ومن بين كل هذا، لم يكن المصباح الكهربائي سوى العنصر الأكثر وضوحًا ووضوحًا. لم يكن وجود اسم إديسون في شركات الطاقة الكهربائية الخاصة به بمثابة ركوع بسيط للمخترع الكبير، كما كان الحال مع هاتف بيل. أظهر إديسون أنه ليس مخترعًا فحسب، بل أيضًا مهندس أنظمة. واصل مختبره العمل على تحسين مكونات الإضاءة الكهربائية المختلفة حتى بعد نجاحها المبكر.
مثال على مصابيح إديسون المبكرة
أثناء البحث في حوالي عام 1883، قرر إديسون (وربما أحد موظفيه) وضع لوحة معدنية داخل مصباح مضيء مع خيط. أسباب هذا الإجراء غير واضحة. ربما كانت هذه محاولة للتخلص من سواد المصباح - فقد تراكم داخل زجاج المصباح مادة داكنة غامضة مع مرور الوقت. ومن الواضح أن المهندس كان يأمل في أن تنجذب هذه الجزيئات السوداء إلى اللوحة النشطة. ولدهشته، اكتشف أنه عندما تم تضمين اللوحة في الدائرة مع الطرف الموجب للخيط، فإن كمية التيار المتدفق عبر السلك تتناسب طرديًا مع شدة توهج السلك. عند توصيل اللوحة بالنهاية السلبية للخيط، لم يلاحظ أي شيء من هذا القبيل.
قرر إديسون أن هذا التأثير، والذي سمي فيما بعد بتأثير إديسون أو يمكن استخدامه لقياس أو حتى التحكم في "القوة الدافعة الكهربائية" أو الجهد في النظام الكهربائي. كعادته، تقدم بطلب للحصول على براءة اختراع لهذا "المؤشر الكهربائي"، ثم عاد إلى مهام أكثر أهمية.
بدون أسلاك
دعونا نتقدم بسرعة 20 عامًا في المستقبل، إلى عام 1904. في هذا الوقت في إنجلترا، كان جون أمبروز فليمنج يعمل بناءً على تعليمات من شركة ماركوني لتحسين جهاز استقبال موجات الراديو.
من المهم أن نفهم ما كان الراديو وما لم يكن في هذا الوقت، سواء من حيث الآلة أو الممارسة. لم يكن الراديو يسمى "راديو" في ذلك الوقت، بل كان يسمى "لاسلكي". أصبح مصطلح "الراديو" سائدًا فقط في العقد الأول من القرن العشرين. وعلى وجه التحديد، كان يشير إلى الإبراق اللاسلكي - وهو نظام لنقل الإشارات في شكل نقاط وشرطات من المرسل إلى المتلقي. وكان التطبيق الرئيسي لها هو التواصل بين السفن وخدمات الموانئ، وبهذا المعنى كانت محل اهتمام السلطات البحرية في جميع أنحاء العالم.
بعض المخترعين في ذلك الوقت، على وجه الخصوص، ، جرب فكرة الهاتف اللاسلكي - الذي ينقل الرسائل الصوتية عبر الهواء على شكل موجة مستمرة. لكن البث بالمعنى الحديث لم يظهر إلا بعد مرور 15 عامًا: نقل الأخبار والقصص والموسيقى وغيرها من البرامج ليستقبلها جمهور واسع. حتى ذلك الحين، كان يُنظر إلى الطبيعة الشاملة للإشارات الراديوية على أنها مشكلة يجب حلها وليست ميزة يمكن استغلالها.
كانت معدات الراديو الموجودة في ذلك الوقت مناسبة تمامًا للعمل مع شفرة مورس ولم تكن مناسبة لأي شيء آخر. قامت أجهزة الإرسال بإنشاء موجات هيرتزية عن طريق إرسال شرارة عبر فجوة في الدائرة. لذلك، كانت الإشارة مصحوبة بفرقعة ثابتة.
تعرفت أجهزة الاستقبال على هذه الإشارة من خلال جهاز متماسك: برادة معدنية في أنبوب زجاجي، تم جمعها معًا تحت تأثير موجات الراديو لتكوين كتلة مستمرة، وبالتالي إكمال الدائرة. ثم كان لا بد من النقر على الزجاج حتى تتفكك نشارة الخشب ويكون جهاز الاستقبال جاهزًا للإشارة التالية - في البداية تم ذلك يدويًا، ولكن سرعان ما ظهرت أجهزة أوتوماتيكية لهذا الغرض.
في عام 1905 بدأوا للتو في الظهور ، المعروف أيضًا باسم "شارب القطة". اتضح أنه بمجرد لمس بلورة معينة بسلك، على سبيل المثال، السيليكون أو بيريت الحديد أو كان من الممكن انتزاع إشارة الراديو من الهواء. وكانت أجهزة الاستقبال الناتجة رخيصة الثمن وصغيرة الحجم وفي متناول الجميع. لقد حفزوا تطوير راديو الهواة، وخاصة بين الشباب. أدت الزيادة المفاجئة في إشغال وقت البث نتيجة لذلك إلى حدوث مشكلات بسبب حقيقة تقسيم وقت البث اللاسلكي بين جميع المستخدمين. يمكن أن تتقاطع المحادثات البريئة بين الهواة عن طريق الخطأ مع مفاوضات الأسطول البحري، بل إن بعض مثيري الشغب تمكنوا من إصدار أوامر كاذبة وإرسال إشارات للمساعدة. وكان لا بد من تدخل الدولة. كما كتب أمبروز فليمنج نفسه، ظهور أجهزة الكشف عن الكريستال
أدى ذلك على الفور إلى زيادة كبيرة في عمليات الإرسال غير المسؤولة للإبراق اللاسلكي بسبب التصرفات الغريبة لعدد لا يحصى من الكهربائيين والطلاب الهواة، مما استلزم تدخلًا قويًا من جانب السلطات الوطنية والدولية للحفاظ على الأمور سليمة وآمنة.
ومن الخصائص الكهربائية غير العادية لهذه البلورات، سيظهر في الوقت المناسب الجيل الثالث من المفاتيح الرقمية، بعد المرحلات والمصابيح - المفاتيح التي تهيمن على عالمنا. ولكن كل شيء له وقته. لقد وصفنا المشهد، والآن دعونا نعيد كل الاهتمام إلى الممثل الذي ظهر للتو في دائرة الضوء: أمبروز فليمنج، إنجلترا، 1904.
.лапан
في عام 1904، أصبح فليمنج أستاذًا للهندسة الكهربائية في جامعة كوليدج لندن، ومستشارًا لشركة ماركوني. قامت الشركة في البداية بتعيينه لتقديم الخبرة في بناء محطة توليد الكهرباء، لكنه أصبح بعد ذلك مشاركًا في مهمة تحسين جهاز الاستقبال.
فليمنج في عام 1890
كان الجميع يعلمون أن المتماسك كان جهاز استقبال ضعيفًا من حيث الحساسية، وأن الكاشف المغناطيسي الذي تم تطويره في ماكروني لم يكن أفضل بشكل خاص. للعثور على بديل، قرر فليمنج أولاً بناء دائرة حساسة للكشف عن الموجات الهرتزية. مثل هذا الجهاز، حتى من دون أن يصبح كاشفًا في حد ذاته، سيكون مفيدًا في الأبحاث المستقبلية.
للقيام بذلك، كان بحاجة إلى التوصل إلى طريقة لقياس التيار الناتج عن الموجات الواردة بشكل مستمر، بدلاً من استخدام متماسك منفصل (والذي يظهر فقط في الحالات - حيث تلتصق نشارة الخشب معًا - أو خارج الحالات). لكن الأجهزة المعروفة لقياس القوة الحالية - الجلفانومتر - تتطلب تيارًا ثابتًا، أي تيارًا أحادي الاتجاه للتشغيل. غيّر التيار المتردد الذي تثيره موجات الراديو اتجاهه بسرعة كبيرة بحيث لم يكن من الممكن إجراء أي قياس.
تذكر فليمنج أن لديه العديد من الأشياء المثيرة للاهتمام التي يجمع الغبار في خزانته - مصابيح مؤشر إديسون. في ثمانينيات القرن التاسع عشر كان مستشارًا لشركة إديسون للإضاءة الكهربائية في لندن، وعمل على مشكلة اسوداد المصابيح. في ذلك الوقت، تلقى عدة نسخ من المؤشر، ربما من ويليام بريس، كبير المهندسين الكهربائيين في خدمة البريد البريطانية، الذي كان قد عاد لتوه من معرض كهربائي في فيلادلفيا. في ذلك الوقت، كانت السيطرة على التلغراف والهاتف ممارسة شائعة خارج الولايات المتحدة للخدمات البريدية، لذلك كانت مراكز للخبرة الكهربائية.
لاحقًا، في تسعينيات القرن التاسع عشر، درس فليمنج نفسه تأثير إديسون باستخدام مصابيح تم الحصول عليها من بريس. وأظهر أن التأثير هو أن التيار يتدفق في اتجاه واحد: يمكن أن يتدفق جهد كهربائي سلبي من الفتيل الساخن إلى القطب البارد، ولكن ليس العكس. ولكن فقط في عام 1890، عندما واجه مهمة اكتشاف موجات الراديو، أدرك أن هذه الحقيقة يمكن استخدامها عمليًا. سيسمح مؤشر إديسون لنبضات تيار متردد أحادية الاتجاه فقط بعبور الفجوة بين الفتيل واللوحة، مما يؤدي إلى تدفق ثابت وأحادي الاتجاه.
أخذ فليمنج مصباحًا واحدًا، وقام بتوصيله على التوالي باستخدام الجلفانومتر وتشغيل جهاز إرسال الشرارة. Voila - انقلبت المرآة وتحرك شعاع الضوء على الميزان. انها عملت. يمكنه قياس إشارة الراديو الواردة بدقة.
نماذج صمامات فليمنج. يوجد الأنود في منتصف حلقة الفتيل (الكاثود الساخن)
أطلق فليمنج على اختراعه اسم "الصمام" لأنه يسمح بتدفق الكهرباء في اتجاه واحد فقط. في مصطلحات الهندسة الكهربائية الأكثر عمومية، كان مقومًا - طريقة لتحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر. ثم سمي بالديود لأنه كان يحتوي على قطبين كهربائيين - كاثود ساخن (فتيل) ينبعث الكهرباء، وأنود بارد (لوحة) يستقبلها. أدخل فليمنج العديد من التحسينات على التصميم، ولكن في جوهره لم يكن الجهاز مختلفًا عن مصباح المؤشر الذي صنعه إديسون. لقد حدث انتقالها إلى صفة جديدة نتيجة للتغيير في طريقة التفكير - وقد رأينا هذه الظاهرة بالفعل عدة مرات. لقد حدث التغيير في عالم الأفكار في رأس فليمنج، وليس في عالم الأشياء خارجه.
كان صمام Fleming نفسه مفيدًا. لقد كان أفضل جهاز ميداني لقياس إشارات الراديو، وكاشف جيد في حد ذاته. لكنه لم يهز العالم. لم يبدأ النمو الهائل للإلكترونيات إلا بعد أن أضاف لي دي فورست قطبًا كهربائيًا ثالثًا وحوّل الصمام إلى مرحل.
الاستماع
حظي لي دي فورست بتربية غير عادية بالنسبة لطالب في جامعة ييل. كان والده، القس هنري دي فورست، من قدامى المحاربين في الحرب الأهلية من نيويورك وقسيسًا. وكان يعتقد اعتقادًا راسخًا أنه يجب عليه كواعظ أن ينشر النور الإلهي للمعرفة والعدالة. تلبيةً لنداء الواجب، قبل الدعوة ليصبح رئيسًا لكلية تالاديجا في ألاباما. تأسست الكلية بعد الحرب الأهلية من قبل الجمعية التبشيرية الأمريكية، ومقرها في نيويورك. كان الهدف منه تثقيف وتوجيه السكان السود المحليين. هناك شعر لي بأنه بين المطرقة والسندان - حيث أهانه السود المحليون بسبب سذاجته وجبنه، بينما أهانه البيض المحليون - لكونه .
ومع ذلك، طور دي فورست، عندما كان شابا، شعورا قويا بالثقة بالنفس. اكتشف ولعًا بالميكانيكا والاختراع - وأصبح نموذجه المصغر للقاطرة معجزة محلية. عندما كان مراهقًا، أثناء دراسته في تالاديجا، قرر تكريس حياته للاختراع. ثم، عندما كان شابًا ويعيش في مدينة نيو هيفن، تخلى ابن القس عن معتقداته الدينية الأخيرة. لقد غادروا تدريجيًا بسبب معرفتهم بالداروينية، ثم طاروا كالريح بعد وفاة والده المفاجئة. لكن الشعور بمصيره لم يترك دي فورست - فقد اعتبر نفسه عبقريًا وسعى جاهداً ليصبح نيكولا تيسلا الثاني، الساحر الغني والمشهور والغامض في عصر الكهرباء. اعتبره زملاؤه في جامعة ييل بمثابة كيس رياح متعجرف. قد يكون الرجل الأقل شعبية الذي قابلناه في تاريخنا.
دي فورست، ج.1900
بعد تخرجه من جامعة ييل عام 1899، اختار دي فورست إتقان الفن الناشئ لنقل الإشارات اللاسلكية باعتباره طريقًا للثروة والشهرة. وفي العقود التي تلت ذلك، اقتحم هذا الطريق بعزم وثقة كبيرين، ومن دون أي تردد. بدأ الأمر كله بالتعاون مع دي فورست وشريكه إد سميث في شيكاغو. أبقى Smythe مشروعهم قائمًا من خلال دفعات منتظمة، وقاموا معًا بتطوير كاشف الموجات الراديوية الخاص بهم، والذي يتكون من لوحين معدنيين مثبتين معًا بواسطة غراء أطلق عليه دي فورست اسم "لصق" [goo]. لكن دي فورست لم يستطع الانتظار طويلاً للحصول على مكافآت على عبقريته. لقد تخلص من سميث وتعاون مع ممول مشبوه من نيويورك يدعى أبراهام وايت [ومن المفارقات أنه غير اسمه من الاسم الذي أطلق عليه عند ولادته، شوارتز، من أجل إخفاء شؤونه المظلمة. أبيض/أبيض - (إنجليزي) أبيض، شوارز/شوارز - (ألمانية) أسود / تقريبًا. ترجمة]، افتتاح شركة De Forest Wireless Telegraph.
كانت أنشطة الشركة نفسها ذات أهمية ثانوية لكل من أبطالنا. استغل وايت جهل الناس لملء جيوبه. لقد خدع الملايين من المستثمرين الذين يكافحون من أجل مواكبة الطفرة الإذاعية المتوقعة. وركز دي فورست، بفضل تدفق الأموال الوفيرة من هؤلاء "المغفلين"، على إثبات عبقريته من خلال تطوير نظام أمريكي جديد لنقل المعلومات لاسلكيا (على النقيض من النظام الأوروبي الذي طوره ماركوني وآخرون).
ولسوء الحظ بالنسبة للنظام الأمريكي، فإن كاشف دي فورست لم يعمل بشكل جيد. لقد قام بحل هذه المشكلة لبعض الوقت عن طريق استعارة تصميم ريجينالد فيسيندين الحاصل على براءة اختراع لجهاز كشف يسمى "بارتر السائل" - سلكان من البلاتين مغموران في حمام من حامض الكبريتيك. رفع Fessenden دعوى قضائية بشأن انتهاك براءات الاختراع - ومن الواضح أنه كان سيفوز بهذه الدعوى. لم يستطع دي فورست أن يرتاح حتى توصل إلى جهاز كشف جديد يخصه وحده. وفي خريف عام 1906، أعلن عن إنشاء مثل هذا الكاشف. وفي اجتماعين منفصلين في المعهد الأمريكي للهندسة الكهربائية، وصف دي فورست كاشفه اللاسلكي الجديد، والذي أطلق عليه اسم أوديون. لكن أصلها الحقيقي موضع شك.
لبعض الوقت، كانت محاولات دي فورست لبناء كاشف جديد تتمحور حول تمرير التيار عبر اللهب ، والذي، في رأيه، يمكن أن يكون موصلًا غير متماثل. ويبدو أن الفكرة لم تتوج بالنجاح. وفي وقت ما من عام 1905، علم بصمام فليمنج. لقد أدرك دي فورست أن هذا الصمام وجهازه القائم على الموقد لا يختلفان بشكل أساسي - إذا استبدلت الخيط الساخن بلهب، وقمت بتغطيته بمصباح زجاجي لحصر الغاز، فستحصل على نفس الصمام. قام بتطوير سلسلة من براءات الاختراع التي أعقبت تاريخ اختراعات ما قبل فليمنج للصمامات باستخدام كاشفات لهب الغاز. من الواضح أنه أراد أن يمنح نفسه الأولوية في الاختراع، متجاوزًا براءة اختراع فليمنج، لأن العمل مع موقد بنسن سبق عمل فليمنج (كانوا مستمرين منذ عام 1900).
من المستحيل القول ما إذا كان هذا خداعًا ذاتيًا أو احتيالًا، لكن النتيجة كانت براءة اختراع دي فورست في أغسطس 1906 لـ "وعاء زجاجي فارغ يحتوي على قطبين كهربائيين منفصلين، يوجد بينهما وسط غازي، والذي يصبح موصلًا وكهرباءً عند تسخينه بدرجة كافية". يشكل عنصر الاستشعار." تجهيز وتشغيل الجهاز يعود إلى فلمنج، وشرح تشغيله يعود إلى دي فورست. خسر دي فورست في نهاية المطاف النزاع حول براءة الاختراع، على الرغم من أن الأمر استغرق عشر سنوات.
ربما يتساءل القارئ المتلهف بالفعل عن السبب الذي يجعلنا ننفق الكثير من الوقت على هذا الرجل الذي نصب نفسه عبقريًا وكان يمرر أفكار الآخرين على أنها أفكاره؟ السبب يكمن في التحولات التي مرت بها أوديون في الأشهر القليلة الأخيرة من عام 1906.
بحلول ذلك الوقت، لم يكن لدى دي فورست وظيفة. تجنب وايت وشركاؤه المسؤولية فيما يتعلق بالدعوى القضائية التي رفعتها شركة Fessenden من خلال إنشاء شركة جديدة، United Wireless، وإقراضها أصول American De Forest مقابل دولار واحد. تم طرد De Forest مع تعويض قدره 1 دولار والعديد من براءات الاختراع عديمة الفائدة في يديه، بما في ذلك براءة اختراع Audion. اعتاد على أسلوب حياة مترف، واجه صعوبات مالية خطيرة وحاول يائسًا تحويل Audion إلى نجاح كبير.
لفهم ما حدث بعد ذلك، من المهم أن نعرف أن دي فورست كان يعتقد أنه اخترع المرحل - على عكس مقوم فليمنج. لقد صنع جهاز Audion الخاص به عن طريق توصيل بطارية بلوحة صمام بارد، واعتقد أن الإشارة في دائرة الهوائي (المتصلة بالخيط الساخن) تعدل تيارًا أعلى في دائرة البطارية. لقد كان مخطئًا: لم تكن هاتان دائرتان، بل قامت البطارية ببساطة بنقل الإشارة من الهوائي، بدلاً من تضخيمها.
لكن هذا الخطأ أصبح حرجًا، لأنه قاد دي فورست إلى إجراء تجارب باستخدام قطب كهربائي ثالث في القارورة، والذي كان من المفترض أن يؤدي إلى فصل دائرتي هذا "المرحل" بشكل أكبر. في البداية أضاف قطبًا باردًا ثانيًا بجوار الأول، ولكن بعد ذلك، ربما متأثرًا بآليات التحكم التي يستخدمها الفيزيائيون لإعادة توجيه الحزم في أجهزة أشعة الكاثود، قام بتحريك القطب إلى موضعه بين الفتيل واللوحة الأولية. وقرر أن هذا الوضع يمكن أن يقطع تدفق الكهرباء، فغير شكل القطب الثالث من صفيحة إلى سلك متموج يشبه العرموش - وأطلق عليه اسم "الشبكة".
1908 صمام ثلاثي أوديون. الخيط (المكسور) الموجود على اليسار هو الكاثود، والسلك المتموج هو الشبكة، واللوحة المعدنية المستديرة هي الأنود. لا يزال لديه خيوط مثل المصباح الكهربائي العادي.
وكان حقا تتابع. يمكن لتيار ضعيف (مثل ذلك الذي ينتجه هوائي الراديو) المطبق على الشبكة أن يتحكم في تيار أقوى بكثير بين الفتيل واللوحة، مما يؤدي إلى صد الجسيمات المشحونة التي تحاول المرور بينهما. كان هذا الكاشف يعمل بشكل أفضل بكثير من الصمام لأنه لم يصحح إشارة الراديو فحسب، بل قام أيضًا بتضخيمها. وكما هو الحال مع الصمام (وعلى عكس المتماسك)، يمكنه إنتاج إشارة ثابتة، مما جعل من الممكن إنشاء ليس فقط برقية راديوية، ولكن أيضًا هاتف راديوي (وفي وقت لاحق - نقل الصوت والموسيقى).
في الممارسة العملية لم يعمل بشكل جيد. كانت تسجيلات De Forest الصوتية دقيقة، واحترقت بسرعة، وتفتقر إلى الاتساق في الإنتاج، وكانت غير فعالة كمكبرات صوت. لكي يعمل Audioon معين بشكل صحيح، كان من الضروري ضبط المعلمات الكهربائية للدائرة عليه.
ومع ذلك، آمن دي فورست باختراعه. قام بتأسيس شركة جديدة للإعلان عنها، وهي شركة De Forest Radio Telephone Company، لكن المبيعات كانت ضئيلة. وكان أكبر نجاح هو بيع المعدات للأسطول للاتصالات الهاتفية داخل الأسطول أثناء الطواف حول العالم "". ومع ذلك، لم يكن لدى قائد الأسطول الوقت الكافي لتشغيل أجهزة الإرسال والاستقبال الخاصة بشركة دي فورست وتدريب الطاقم على استخدامها، فأمر بتعبئتها وتركها في المخزن. علاوة على ذلك، فإن شركة دي فورست الجديدة، بقيادة أحد أتباع أبراهام وايت، لم تكن أكثر لائقة من الشركة السابقة. ومما زاد من مصائبه أنه سرعان ما وجد نفسه متهمًا بالاحتيال.
لمدة خمس سنوات، لم تحقق أوديون أي شيء. ومرة أخرى، سيلعب الهاتف دورًا رئيسيًا في تطوير المرحل الرقمي، وهذه المرة ينقذ تقنية واعدة ولكنها لم تُختبر بعد وكانت على وشك النسيان.
ومرة أخرى الهاتف
كانت شبكة الاتصالات بعيدة المدى هي الجهاز العصبي المركزي لشركة AT&T. لقد ربطت العديد من الشركات المحلية معًا وقدمت ميزة تنافسية رئيسية مع انتهاء صلاحية براءات اختراع بيل. من خلال الانضمام إلى شبكة AT&T، يمكن للعميل الجديد، نظريًا، الوصول إلى جميع المشتركين الآخرين على بعد آلاف الأميال - على الرغم من أنه في الواقع، نادرًا ما يتم إجراء مكالمات بعيدة المدى. وكانت الشبكة أيضًا الأساس المادي لإيديولوجية الشركة الشاملة المتمثلة في "سياسة واحدة ونظام واحد وخدمة متكاملة".
ولكن مع بداية العقد الثاني من القرن العشرين، وصلت هذه الشبكة إلى الحد الأقصى المادي. كلما امتدت أسلاك الهاتف، أصبحت الإشارة التي تمر عبرها أضعف وأكثر ضجيجًا، ونتيجة لذلك، أصبح الكلام غير مسموع تقريبًا. ولهذا السبب، كان هناك بالفعل شبكتان من شبكات AT&T في الولايات المتحدة، يفصل بينهما سلسلة من التلال القارية.
بالنسبة للشبكة الشرقية، كانت نيويورك هي الربط، والمكررات الميكانيكية و – حبل يحدد المدى الذي يمكن أن ينتقل به الصوت البشري. لكن هذه التقنيات لم تكن ذات قدرة مطلقة. غيرت الملفات الخصائص الكهربائية لدائرة الهاتف، مما أدى إلى تقليل توهين الترددات الصوتية - لكنها لم تتمكن إلا من تقليله، وليس القضاء عليه. أجهزة إعادة الإرسال الميكانيكية (مجرد سماعة هاتف متصلة بميكروفون تضخيم) تضيف ضوضاء مع كل تكرار. أخذ خط 1911 من نيويورك إلى دنفر هذا الحزام إلى أقصى طول له. ولم يكن هناك حديث عن توسيع الشبكة عبر القارة بأكملها. ومع ذلك، في عام 1909، وعد جون كارتي، كبير المهندسين في AT&T، علنًا بالقيام بذلك. لقد وعد بالقيام بذلك خلال خمس سنوات - بحلول الوقت الذي بدأ فيه في سان فرانسيسكو عام 1915.
أول شخص جعل مثل هذا المشروع ممكنًا بمساعدة مضخم صوت جديد للهاتف لم يكن أمريكيًا، بل وريث عائلة ثرية في فيينا مهتمة بالعلوم. أن تكون شابا وبمساعدة والديه، اشترى شركة لتصنيع الهواتف وشرع في صنع مكبر للصوت للهاتف. وبحلول عام 1906، كان قد صنع مرحلًا يعتمد على أنابيب أشعة الكاثود، والتي كانت تستخدم في ذلك الوقت على نطاق واسع في تجارب الفيزياء (وأصبحت فيما بعد الأساس لتكنولوجيا شاشات الفيديو التي هيمنت على القرن العشرين). كانت الإشارة الضعيفة الواردة تتحكم في مغناطيس كهربائي يعمل على ثني الشعاع، وتعديل تيار أقوى في الدائرة الرئيسية.
بحلول عام 1910، اكتشف فون ليبين وزملاؤه، يوجين ريس وسيغموند شتراوس، عن جهاز أوديون لدي فورست واستبدلوا المغناطيس الموجود في الأنبوب بشبكة تتحكم في أشعة الكاثود - وكان هذا التصميم هو الأكثر كفاءة وتفوقًا على أي شيء صنع في الولايات المتحدة. الدول في ذلك الوقت. وسرعان ما تبنت شبكة الهاتف الألمانية مضخم الصوت von Lieben. في عام 1914، بفضلها، أجرى قائد الجيش البروسي الشرقي مكالمة هاتفية عصبية إلى المقر الألماني، الواقع على بعد 1000 كيلومتر، في كوبلنز. أجبر هذا رئيس الأركان على إرسال الجنرالات هيندينبرج ولودندورف شرقًا إلى المجد الأبدي مع عواقب وخيمة. قامت مكبرات صوت مماثلة لاحقًا بربط المقر الألماني بالجيوش الميدانية في الجنوب والشرق حتى مقدونيا ورومانيا.
نسخة من مرحل أشعة الكاثود المحسن لفون ليبين. يقع الكاثود في الأسفل، والأنود هو الملف في الأعلى، والشبكة عبارة عن رقاقة معدنية مستديرة في المنتصف.
ومع ذلك، فإن الحواجز اللغوية والجغرافية، وكذلك الحرب، تعني أن هذا التصميم لم يصل إلى الولايات المتحدة، وسرعان ما تجاوزته أحداث أخرى.
في هذه الأثناء، ترك دي فورست شركة راديو الهاتف الفاشلة في عام 1911 وهرب إلى كاليفورنيا. وهناك حصل على وظيفة في شركة التلغراف الفيدرالية في بالو ألتو، التي أسسها أحد خريجي جامعة ستانفورد . اسميًا، سيعمل دي فورست على مكبر للصوت من شأنه أن يزيد من حجم خرج الراديو الفيدرالي. في الواقع، شرع هو وهربرت فان إيتان (مهندس هاتف ذو خبرة) وتشارلز لوجوود (مصمم أجهزة الاستقبال) في إنشاء مضخم هاتف حتى يتمكن الثلاثة منهم من الفوز بجائزة من AT&T، والتي تردد أنها تبلغ مليون دولار.
وللقيام بذلك، أخذ دي فورست جهاز Audion من الميزانين، وبحلول عام 1912 كان هو وزملاؤه قد امتلكوا بالفعل جهازًا جاهزًا للعرض في شركة الهاتف. كان يتألف من عدة Audions متصلة في سلسلة، مما يؤدي إلى إنشاء تضخيم في عدة مراحل، والعديد من المكونات المساعدة الأخرى. لقد عمل الجهاز بالفعل، حيث يمكنه تعزيز الإشارة بما يكفي لسماع سقوط منديل أو دقات ساعة الجيب. ولكن فقط عند التيارات والفولتية المنخفضة جدًا بحيث لا تكون مفيدة في الاتصالات الهاتفية. مع زيادة التيار، بدأت Audions في إصدار توهج أزرق، وتحولت الإشارة إلى ضوضاء. لكن صناعة الهاتف كانت مهتمة بما يكفي لنقل الجهاز إلى مهندسيها ومعرفة ما يمكنهم فعله به. لقد حدث أن أحدهم، الفيزيائي الشاب هارولد أرنولد، كان يعرف بالضبط كيفية إصلاح مكبر الصوت من التلغراف الفيدرالي.
حان الوقت لمناقشة كيفية عمل الصمام وأوديون. إن الفكرة الرئيسية اللازمة لشرح عملهم جاءت من مختبر كافنديش في كامبريدج، وهو مركز أبحاث لفيزياء الإلكترون الجديدة. في عام 1899 هناك، أظهر جي جي طومسون في تجاربه على أنابيب أشعة الكاثود أن الجسيم ذو الكتلة، والذي أصبح يعرف فيما بعد بالإلكترون، يحمل التيار من الكاثود إلى القطب الموجب. على مدى السنوات القليلة التالية، قام أوين ريتشاردسون، زميل طومسون، بتطوير هذا الاقتراح إلى نظرية رياضية للانبعاث الحراري.
كان أمبروز فليمنج، وهو مهندس يعمل على بعد رحلة قصيرة بالقطار من كامبريدج، على دراية بهذه الأعمال. كان من الواضح له أن صمامه يعمل بسبب الانبعاث الحراري للإلكترونات من الفتيل الساخن، مما يعبر فجوة الفراغ إلى القطب الموجب البارد. لكن الفراغ الموجود في مصباح المؤشر لم يكن عميقًا - ولم يكن هذا ضروريًا لمصباح كهربائي عادي. كان يكفي ضخ كمية كافية من الأكسجين لمنع اشتعال النار في الخيط. أدرك فليمنج أنه لكي يعمل الصمام بشكل أفضل، لا بد من إفراغه بالكامل قدر الإمكان حتى لا يتداخل الغاز المتبقي مع تدفق الإلكترونات.
لم يفهم دي فورست هذا. منذ أن وصل إلى الصمام والأوديون من خلال تجاربه على موقد بنسن، كان اعتقاده عكس ذلك - أن الغاز المتأين الساخن هو سائل عمل الجهاز، وأن إزالته بالكامل ستؤدي إلى توقف التشغيل. وهذا هو السبب في أن Audion كان غير مستقر وغير مرضٍ كجهاز استقبال راديو، ولهذا السبب كان ينبعث منه ضوء أزرق.
كان أرنولد من AT&T في وضع مثالي لتصحيح خطأ دي فورست. لقد كان فيزيائيًا درس على يد روبرت ميليكان في جامعة شيكاغو وتم تعيينه خصيصًا لتطبيق معرفته بالفيزياء الإلكترونية الجديدة على مشكلة بناء شبكة هاتفية من الساحل إلى الساحل. كان يعلم أن أنبوب أوديون سيعمل بشكل أفضل في فراغ شبه مثالي، وكان يعلم أن أحدث المضخات يمكن أن تحقق مثل هذا الفراغ، وكان يعلم أن نوعًا جديدًا من الخيوط المطلية بالأكسيد، جنبًا إلى جنب مع لوحة وشبكة أكبر، يمكن أيضًا زيادة تدفق الإلكترونات. باختصار، قام بتحويل Audion إلى أنبوب مفرغ، العامل المعجزة في العصر الإلكتروني.
كان لدى AT&T مضخم صوت قوي ضروري لبناء خط عابر للقارات - ولكن لم يكن لديها الحق في استخدامه. تصرف ممثلو الشركة بشكل متشكك أثناء المفاوضات مع دي فورست، لكنهم بدأوا محادثة منفصلة من خلال محامٍ من طرف ثالث، تمكن من شراء حقوق استخدام Audion كمضخم هاتف مقابل 50 ألف دولار (حوالي 000 مليون دولار بدولارات 1,25). تم افتتاح خط نيويورك-سان فرانسيسكو في الوقت المناسب، ولكن باعتباره انتصارًا للبراعة التقنية وإعلانات الشركات أكثر من كونه وسيلة اتصال. كانت تكلفة المكالمات فلكية للغاية لدرجة أنه لم يتمكن أحد تقريبًا من استخدامها.
العصر الإلكتروني
أصبح الأنبوب المفرغ الحقيقي هو الجذر لشجرة جديدة تمامًا من المكونات الإلكترونية. مثل المرحل، قام الأنبوب المفرغ بتوسيع تطبيقاته باستمرار حيث وجد المهندسون طرقًا جديدة لتصميم تصميمه لحل مشكلات محددة. لم ينته نمو قبيلة "-od" بالثنائيات والصمامات الثلاثية. واستمر مع والتي أضافت شبكة إضافية تدعم التضخيم مع نمو العناصر في الدائرة. ظهر التالي , ، وحتى . ظهرت الثيراترونات المليئة ببخار الزئبق، متوهجة بضوء أزرق مشؤوم. المصابيح المصغرة بحجم إصبع قدم صغير أو حتى ثمرة بلوط. مصابيح الكاثود غير المباشرة التي لا يؤدي فيها طنين مصدر التيار المتردد إلى إزعاج الإشارة. تسرد ملحمة الأنبوب المفرغ، التي تؤرخ نمو صناعة الأنابيب حتى عام 1930، أكثر من 1000 نموذج مختلف حسب الفهرس - على الرغم من أن العديد منها كانت نسخًا غير قانونية من علامات تجارية غير جديرة بالثقة: Ultron، وPerfectron، وSupertron، وVoltron، وما إلى ذلك.
والأهم من تنوع الأشكال هو تنوع تطبيقات الأنبوب المفرغ. حولت دوائر التجديد الصمام الثلاثي إلى جهاز إرسال - مما أدى إلى إنشاء موجات جيبية سلسة وثابتة، بدون شرارات صاخبة، قادرة على نقل الصوت بشكل مثالي. باستخدام المتماسك والشرارة في عام 1901، كان ماركوني بالكاد يستطيع نقل قطعة صغيرة من شفرة مورس عبر المحيط الأطلسي الضيق. في عام 1915، باستخدام أنبوب مفرغ كجهاز إرسال واستقبال، تمكنت شركة AT&T من نقل الصوت البشري من أرلينغتون، فيرجينيا إلى هونولولو، أي ضعف المسافة. وبحلول عشرينيات القرن العشرين، جمعوا بين الاتصالات الهاتفية بعيدة المدى والبث الصوتي عالي الجودة لإنشاء شبكات الراديو الأولى. وهكذا، ستتمكن الأمة بأكملها قريبًا من الاستماع إلى نفس الصوت عبر الراديو، سواء كان روزفلت أو هتلر.
علاوة على ذلك، فإن القدرة على إنشاء أجهزة إرسال مضبوطة على تردد دقيق ومستقر سمحت لمهندسي الاتصالات بتحقيق الحلم الذي طال انتظاره وهو تعدد إرسال الترددات والذي جذب ألكسندر بيل وإديسون والبقية قبل أربعين عامًا. بحلول عام 1923، كان لدى AT&T خط صوتي من عشر قنوات من نيويورك إلى بيتسبرغ. أدت القدرة على نقل أصوات متعددة عبر سلك نحاسي واحد إلى خفض تكلفة المكالمات البعيدة بشكل جذري، والتي، بسبب تكلفتها المرتفعة، كانت دائمًا في متناول أغنى الأشخاص والشركات. نظرًا لما يمكن أن تفعله الأنابيب المفرغة، أرسلت AT&T محاميها لشراء حقوق إضافية من De Forest من أجل تأمين حقوق استخدام Audion في جميع التطبيقات المتاحة. في المجمل، دفعوا له 390 ألف دولار، أي ما يعادل اليوم حوالي 000 مليون دولار.
مع هذا التنوع، لماذا لم تهيمن الأنابيب المفرغة على الجيل الأول من أجهزة الكمبيوتر بنفس الطريقة التي سيطرت بها على أجهزة الراديو وغيرها من معدات الاتصالات؟ من الواضح أن الصمام الثلاثي يمكن أن يكون مفتاحًا رقميًا تمامًا مثل المرحل. من الواضح جدًا أن دي فورست كان يعتقد أنه ابتكر المرحل قبل أن ينشئه بالفعل. وكان الصمام الثلاثي أكثر استجابة من المرحل الكهروميكانيكي التقليدي لأنه لم يكن بحاجة إلى تحريك عضو الإنتاج فعليًا. يتطلب التتابع النموذجي بضعة أجزاء من الثانية للتبديل، وكان التغير في التدفق من الكاثود إلى الأنود بسبب التغير في الإمكانات الكهربائية على الشبكة فوريًا تقريبًا.
لكن المصابيح كان لها عيب واضح مقارنة بالمرحلات: ميلها، مثل المصابيح الكهربائية السابقة، إلى الاحتراق. كان عمر Audion de Forest الأصلي قصيرًا جدًا - حوالي 100 ساعة - لدرجة أنه كان يحتوي على خيط احتياطي في المصباح، والذي كان لا بد من توصيله بعد احتراق المصباح الأول. كان هذا سيئًا للغاية، ولكن حتى بعد ذلك، حتى المصابيح ذات الجودة الأفضل لم يكن من المتوقع أن تدوم أكثر من عدة آلاف من الساعات. بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر التي تحتوي على آلاف المصابيح وساعات من العمليات الحسابية، كانت هذه مشكلة خطيرة.
من ناحية أخرى، كانت المرحلات "موثوقة بشكل خيالي"، وفقًا لجورج ستيبيتز. لدرجة أنه ادعى ذلك
إذا بدأت مجموعة من المرحلات على شكل حرف U في السنة الأولى من عصرنا وقمت بتبديل جهة الاتصال مرة واحدة كل ثانية، فإنها ستظل تعمل حتى اليوم. ولا يمكن توقع أول فشل في الاتصال قبل مرور ألف عام، في مكان ما في عام 3000.
علاوة على ذلك، لم تكن هناك خبرة في التعامل مع الدوائر الإلكترونية الكبيرة التي يمكن مقارنتها بالدوائر الكهروميكانيكية لمهندسي الهاتف. يمكن أن تحتوي أجهزة الراديو وغيرها من المعدات على 5-10 مصابيح، ولكن ليس مئات الآلاف. لم يكن أحد يعرف ما إذا كان من الممكن تشغيل جهاز كمبيوتر يحتوي على 5000 مصباح. باختيار المرحلات بدلاً من الأنابيب، اتخذ مصممو الكمبيوتر خيارًا آمنًا ومحافظًا.
وفي الجزء التالي سنرى كيف ولماذا تم التغلب على هذه الشكوك.
المصدر: www.habr.com