Іншыя артыкулы цыкла:
- Гісторыя рэле
- Гісторыя электронных кампутараў
- Гісторыя транзістара
- Гісторыя інтэрнэту
В мы даведаліся, як амерыканскі вучоны і выкладчык упершыню праехаў па Еўропе. Наведваючы Лондан, ён спецыяльна заехаў да глыбока паважанага ім чалавека, матэматыку. . Разам з Генры быў яго сябар, Аляксандр Бах, і яго новы знаёмы, таксама эксперыментатар у вобласці тэлеграфа, . Бэбідж распавёў гасцям, што неўзабаве збіраецца прадэманстраваць сябру Парламента сваю падліковую машыну, але з яшчэ вялікім задавальненнем ён падзяліўся з імі ідэяй сваёй новай машыны, «якая значна перасягне магчымасці першай». Генры запісаў агульныя звесткі аб гэтым плане ў сваім дзённіку:
Гэтая машына дзеліцца на дзве часткі, адну з якіх містэр Б. называе сховішчам, а другую - млыном. Сховішча запоўнена колцамі з намаляванымі на іх лічбамі. Перыядычна рычагі выцягваюць іх і перамяшчаюць у млыне, дзе адбываюцца неабходныя маніпуляцыі. Па канчатку гэтая машына зможа звесці ў табліцу любую формулу алгебраічнай прыроды.
Гісторык не можа не адчуць халадок, які прабягае па спіне ад такіх выпадковых скрыжаванняў у чалавечых жыццях. Тут перасекліся дзве ніткі гісторыі вылічальных машын, адна з якіх набліжалася да свайго завяршэння, а іншая толькі пачыналася.
Бо хоць машыну Бэбіджа часта ўяўляюць як пачатак гісторыі сучасных універсальных кампутараў, сувязь паміж імі даволі слабая. Яго машына (якую ён так і не пабудаваў) была кульмінацыяй мары аб механічных вылічэннях. Гэтую мару, упершыню агучаную Лейбніцам, натхнялі ўсё больш ускладняюцца гадзіннікавыя механізмы, якія ствараліся ўмельцамі з канца сярэдніх стагоддзяў. Але ніводны кампутар агульнага прызначэння не быў пабудаваны на чыстай механіцы гэтая задача занадта складаная.
А вось электрамагнітнае рэле, задуманае Генры і іншымі, можна даволі лёгка ўкараніць у вылічальныя контуры, складанасць якіх без яго здаецца няўяўнай. Аднак да гэтага моманту заставаліся яшчэ дзесяцігоддзі, і такога развіцця не маглі прадбачыць Генры і яго сучаснікі. Яно стала прабацькам незлічонага мноства транзістараў, якія зрабілі магчымым сённяшні лічбавы мір, так моцна пераплецены з нашым сучасным жыццём. Рэле запоўнілі вантробы ранніх праграмуемых вылічальных машын, якія кіравалі кароткі час, пакуль іх не замянілі іх чыста электронныя сваякі.
Рэле вынаходзілі некалькі разоў незалежна сябар ад сябра ў 1830-х гадах. Мэты яго былі шматстайныя (пяць яго вынаходнікаў прыдумалі, сама меней, тры варыянты ўжывання) – як і прыклады выкарыстання. Але пра яго зручна думаць, як аб прыладзе падвойнага прызначэння. Яго можна выкарыстоўваць, як перамыкач, які кіруе яшчэ адной электрычнай прыладай (уключаючы, што важна, іншае рэле), ці як узмацняльнік, які ператварае слабы сігнал у моцны.
перамыкач
Джозэф Генры спалучаў у адным чалавеку глыбокія спазнанні ў натурфіласофіі, механіцы і цікавасць да праблемы механічнага тэлеграфа. У 1830-х такі набор якасцяў быў, мабыць, яшчэ толькі ў Ўітстана. Да 1831 году ён пабудаваў контур даўжынёй у 2,5 км, здольны прыводзіць у дзеянне званок, выкарыстаючы для гэтага наймагутны магніт з існавалых. Магчыма, калі б ён і далей працягваў так актыўна працаваць над тэлеграфам, і праявіў такую ж упартасць, як дэманстраваў Морзэ, то менавіта яго імя было б упісана ў падручнікі.
Але Генры, настаўнік з Акадэміі ў Олбані, а затым у Каледжы Нью-Джэрсі (цяпер гэта Прынстанскі ўніверсітэт) будаваў і ўдасканальваў электрычныя прылады ў мэтах даследаванняў, навучання і навуковых дэманстрацый. Ён не цікавіўся тым, каб ператварыць педагагічную прыладу ў сістэму перадачы паведамленняў.
Прыкладна ў 1835 годзе ён прыдумаў асабліва мудрагелістую дэманстрацыю пры дапамозе двух контураў. Успомніце, што Генры выявіў у электрычнасці два вымярэнні - інтэнсіўнасць і колькасць (мы клічам іх напруга і сіла току). Ён стварыў контуры з інтэнсіўнымі батарэямі і магнітамі для перадачы электрамагнетызму на вялікія адлегласці, і контуры з колькаснымі батарэямі і магнітамі для стварэння электрамагнітных сіл вялікай магутнасці.
Яго новы агрэгат спалучаў у сабе абодва ўласцівасці. Магутны колькасны электрамагніт мог паднімаць груз у сотні кілаграм. Інтэнсіўны магніт на канцы доўгага контуру выкарыстоўваўся для ўздыму невялікага металічнага провада: перамыкача. Замыканне інтэнсіўнага контуру прымушала магніт паднімаць провад, а гэта размыкала перамыкач і колькасны контур. Колькасны электрамагніт затым раптам губляў свой груз з аглушальным грукатам.
Гэтае рэле - а менавіта такую ролю выконваў інтэнсіўны магніт і яго провад - неабходна было для дэманстрацыі ператварэння электрычнай энергіі ў механічную, а таксама таго, як невялікая сіла можа кіраваць вялікай. Лёгкае апусканне правады ў кіслату для замыкання контуру прыводзіла да невялікага руху малога перамыкача, што ў выніку сканчалася катастрофай у выглядзе падзення металу, у колькасці, дастатковай для таго, каб раздушыць каго-небудзь, хто быў бы досыць дурны, каб стаяць пад ім. Для Генры рэле было інструментам дэманстрацыі навуковых прынцыпаў. Гэта быў электрычны рычаг.
Генры, верагодна, быў першым, які злучыў такім чынам два контуры каб, выкарыстоўваючы электрамагнетызм аднаго контуру, кіраваць іншым. Другое месца, наколькі нам вядома, належыць Уільяму Куку і Чарльзу Ўітстану, хоць яны задаваліся зусім іншымі мэтамі.
У сакавіку 1836 года, неўзабаве пасля наведвання дэманстрацыі ў Гейдэльбергу тэлеграфа, які выкарыстоўваў гальванічную іголку для перадачы сігналаў, Кук натхніўся музычнай шкатулкай. Кук лічыў, што выкарыстанне ў рэальным тэлеграфе іголак, якія абазначаюць літары, запатрабуе некалькіх іголак, а для іх патрэбны будуць некалькі контураў. Кук жа жадаў, каб электрамагніт актываваў механізм, які ўжо можа быць калі заўгодна складаным у дэманстрацыі патрэбнай літары.
Ён задумаў машыну, якая нагадвае музычную шкатулку, з бочачкай, акружаным мноствам шпілек. З аднаго боку бочачка павінна размяшчацца кругавая шкала з літарамі. На кожным з канцоў тэлеграфнай лініі павінна знаходзіцца такая скрыначка. Узведзеная спружына павінна прымушаць бочачку круціцца, але большую частку часу ён будзе зафіксаваны стопарам. Пры націску тэлеграфнага ключа контур замыкаецца, што актывуе электрамагніты, якія адкрываюць абодва завалы, і абедзве машынкі круцяцца. Калі на шкале паказваецца патрэбная літара, ключ адпускаюць, завалы ўстаюць на месца і спыняюць рух бочачак. Кук, сам не ведаючы, узнавіў хранаметрычную мадэль тэлеграфа Рональда, прыдуманую два дзесяцігоддзі таму, і раннія эксперыменты братоў Шап з тэлеграфам (толькі тыя выкарыстоўвалі для сінхранізацыі шкал гук, а не электрычнасць).
Кук зразумеў, што такі ж механізм можа дапамагчы вырашыць даўнюю праблему тэлеграфа - апавяшчэнне прымаючага боку аб новым паведамленні. Для гэтага можна выкарыстоўваць другі контур з іншым электрамагнітам, які актываваў бы механічны званок. Замыканне контуру ўцягвала б стопар, і званок тэлефанаваў бы.
У сакавіку 1837 года Кук пачаў сумесную працу з Уітстанам над тэлеграфам, і прыкладна ў гэты час яны задумаліся над неабходнасцю другога контуру. Замест прылады незалежнага контуру для сігналу абвесткі (і працяжкі кіламетраў лішніх правадоў), ці не прасцей было б выкарыстоўваць асноўны контур для кантролю сігналу?
Да таго часу Кук і Ўітстан вярнуліся да ігольчастага дызайну, і было цалкам відавочна, што можна злучыць невялікі кавалак провада з іголкай, каб, калі яе канец прыцягваўся электрамагнітам, яе хвост замыкаў другі контур. Гэты контур прыводзіў бы ў дзеянне сігнал. Пасля вызначанага інтэрвалу, падчас якога атрымальнік паведамлення мог бы паспець прачнуцца, адключыць сігнал і прыгатаваць аловак і паперу, іголку ўжо можна было выкарыстоўваць для перадачы паведамлення ў звычайным рэжыме.
На працягу двух гадоў на двух кантынентах двойчы, з двума рознымі мэтамі, людзі зразумелі, што электрамагніт можна было выкарыстоўваць як перамыкач, які кіруе іншым контурам. Але можна было ўявіць і зусім іншы спосаб узаемадзеяння двух контураў.
ўзмацняльнік
Да восені 1837 года Сэмюэл Морзэ быў упэўнены ў тым, што яго ідэю электрычнага тэлеграфа можна прымусіць працаваць. Выкарыстоўваючы інтэнсіўную батарэю і магніт Генры, ён адпраўляў паведамленні на адлегласць у паўкіламетра. Але, каб даказаць Кангрэса магчымасць перадачы паведамленняў па сваім тэлеграфе праз увесь кантынент, яму трэба было значна больш. Было ясна, што па-за залежнасцю ад магутнасці батарэй, у нейкі момант контур стане занадта доўгім для перадачы пераборлівага сігналу на іншы яго канец. Але Морзэ сцяміў, што, нягледзячы на моцнае падзенне магутнасці з адлегласцю, электрамагніт можа адчыняць і зачыняць іншы контур, сілкаваны ўласнай батарэяй, які ў сваю чаргу можа перадаваць сігнал далей. Працэс можна паўтараць колькі заўгодна раз і пакрываць дыстанцыі любой даўжыні. Таму гэтыя прамежкавыя магніты і звалі "relay" - як паштовыя станцыі для змены коней. Яны прымалі электрычнае паведамленне ад слабеючага партнёра і неслі яго далей з новай сілай.
Немагчыма ўсталяваць, ці была гэтая ідэя натхнёная працамі Генры, але Морзэ сапраўды быў першым, хто выкарыстоўваў рэле для такой мэты. Для яго рэле быў не перамыкачом, а ўзмацняльнікам, здольным ператварыць слабы сігнал у моцны.
З іншага боку Атлантыкі прыкладна ў гэты ж час , лонданскі фармацэўт, прыдумаў падобную ідэю. Ён, напэўна, зацікавіўся тэлеграфам прыкладна ў 1835 годзе. Да пачатку 1837 ён рэгулярна праводзіў эксперыменты з паўтаракіламетровым контурам у Рыджэнт-Парку на паўночным захадзе Лондана.
Неўзабаве пасля сустрэчы Кука і Ўітстана ў сакавіку 1837, Дэйві адчуў канкурэнцыю і больш сур'ёзна задумаўся аб пабудове практычнай сістэмы. Ён заўважыў, што сіла адхілення гальванічнай іголкі прыкметна памяншалася пры павелічэнні даўжыні провада. Як ён пісаў шмат гадоў праз:
Тады я падумаў, што нават найменшага руху іголкі на таўшчыню воласа будзе дастаткова, каб прывесці ў кантакт дзве металічныя паверхні, якія замыкаюць новы контур, які залежыць ад мясцовай батарэі; і так можна паўтараць вечна.
Дэйві назваў гэтую ідэю ператварэння слабога электрычнага сігналу ў моцны "электрычным абнаўляльнікам". Але яму не ўдалося рэалізаваць гэтую ці любую іншую ідэю наконт тэлеграфа. Патэнт на тэлеграф ён атрымаў у 1838 годзе, незалежна ад Кука і Ўітстана. Але ў 1839 годзе ён сплыў у Аўстралію, ратуючыся ад няшчаснага шлюбу, і пакінуў поле дзейнасці канкурэнтам. Іх тэлеграфная кампанія набыла гэты патэнт праз некалькі гадоў.
Рэле ў свеце
У гісторыі тэхналогій мы надаем шмат увагі сістэмам, але часта ігнаруем іх кампаненты. Мы вядзем гісторыю тэлеграфа, тэлефона, электрычнага святла, купаем іх стваральнікаў у цёплых промнях сваёй ухвалы. Але гэтыя сістэмы змаглі з'явіцца толькі дзякуючы камбінацыі, рэкамбінацыі і змены наяўных элементаў, ціха якія раслі ў цені.
Рэле - адзін з такіх элементаў. Яно хутка эвалюцыянавала і здабыла разнастайнасць, калі тэлеграфныя сеткі пачалі актыўна расці ў 1840-х і 1850-х. За мінулае стагоддзе яно з'явілася ў электрычных сістэмах рознага роду. Самай ранняй мадыфікацыяй было выкарыстанне цвёрдага металічнага якара, як на сігнале тэлеграфа, для замыкання контуру. Пасля выключэння электрамагніта якар адлучаўся ад контуру пры дапамозе спружыны. Такі механізм быў больш надзейным і цягавітым, чым кавалачкі правадоў ці іголкі. Распрацоўваліся і зачыненыя па змаўчанні мадэлі, у дадатак да першапачатковага дызайну, адчыненага па змаўчанні.
Тыповае рэле канца XIX стагоддзі. Спружына T утрымлівае якар B ад судотыку з кантактам С. Калі актывуецца электрамагніт М, ён пераадольвае спружыну і замыкае контур паміж провадам W і кантактам C.
У раннія гады тэлеграфа рэле рэдка выкарыстоўваліся ў якасці ўзмацняльнікаў ці "абнаўляльнікаў", паколькі адзін контур можна было расцягнуць на 150 км. Але яны былі вельмі карысныя для аб'яднання слабадакладных доўгіх ліній з мясцовымі лініямі высокай напругі, якія маглі выкарыстоўвацца для сілкавання іншых машын, да прыкладу, рэгістратара Морзэ.
Дзесяткі патэнтаў у ЗША другой часткі XIX стагоддзі апісваюць новыя выгляды рэле і іх новае ўжыванне. Дыферэнцыяльнае рэле, якое падзяляла шпульку так, што электрамагнітны эфект кампенсаваўся ў адным кірунку і ўзмацняўся ў іншым, дазваляла выкарыстоўваць дуплексную тэлеграфную сувязь: два сігналы, якія ідуць у процілеглых кірунках па адным провадзе. Томас Эдысан выкарыстаў палярызаванае (або палярнае) рэле для стварэння квадруплексу, здольнага адпраўляць 4 сігналы адначасова па адным провадзе: па два ў кожным кірунку. У палярызаваным рэле сам якар быў пастаянным магнітам, які рэагаваў на напрамак току, а не на сілу. Дзякуючы сталым магнітам можна было рабіць рэле з пераключаюцца кантактамі, якія пасля пераключэння заставаліся растуленымі або замкнёнымі.
Палярызаванае рэле
Рэле, акрамя тэлеграфа, сталі выкарыстоўвацца і ў сігнальных сістэмах чыгунак. З з'яўленнем сетак электраперадач рэле сталі выкарыстоўвацца і ў гэтых сістэмах, асабліва як прылады абароны.
Але нават гэтыя працяглыя і складаныя сеткі не патрабавалі ад рэле больш, чым тыя былі здольныя падаць. Тэлеграф і чыгунка зайшлі ў любы горад, але не ў любы будынак. У іх былі дзясяткі тысяч канчатковых кропак, але не мільёны. Сістэмам электраперадач было ўсё роўна, дзе яны сканчаюцца - яны проста давалі ток на мясцовы контур, і кожны дом і прадпрыемства маглі забраць яго сабе, колькі трэба.
Тэлефанія была зусім іншай справай. Тэлефонам трэба было ствараць сувязь ад кропкі да кропкі, ад любога з хат і офісаў да любога іншага, а таму ім патрабаваліся кіравальныя контуры нябачанага маштабу. Чалавечы голас, які ішоў у выглядзе ваганняў па правадах, быў сігналам багатым, але слабым. Таму далёкай тэлефоннай сувязі патрэбны былі ўзмацняльнікі лепшай якасці. Аказалася, што перамыкачы могуць працаваць і такімі ўзмацняльнікамі. Цяпер ужо тэлефонныя сеткі больш любых іншых сістэм кіравалі эвалюцыяй перамыкачоў.
Што пачытаць
• James B. Calvert, "The Electromagnetic Telegraph"
Franklin Leonard Pope, «Мадэрнізацыя Практыкі электроннага тэлеграфа» (1891)
Крыніца: habr.com