Іншыя артыкулы цыкла:
- Гісторыя рэле
- Гісторыя электронных кампутараў
- Гісторыя транзістара
- Гісторыя інтэрнэту
В мы ўбачылі, як першае пакаленне лічбавых кампутараў было пабудавана на аснове першага пакалення аўтаматычных электрычных перамыкачоў - электрамагнітных рэле. Але да таго часу, калі гэтыя кампутары былі створаны, за кулісамі чакаў свайго выйсця яшчэ адзін лічбавы перамыкач. Рэле было электрамагнітнай прыладай (якая выкарыстоўвала электрычнасць для кіравання механічнага перамыкача), а новы клас лічбавых перамыкачоў быў электронным – заснаваным на новых ведах аб электроне, якія з'явіліся ў пачатку XX стагоддзі. Гэтая навука пазначыла, што пераносчыкам электрычнай сілы быў не ток, не хваля, не поле - а цвёрдая часціца.
Прылада, якое спарадзіла эру электронікі, заснаваную на гэтай новай фізіцы, стала вядомым як "электронная лямпа" [у ЗША - vacuum tube, або "вакуумная трубка"]. У гісторыі яе стварэння ўдзельнічаюць два чалавекі: ангелец і амерыканец . Насамрэч паходжанне электронікі больш складанае, яно звіваецца з мноства нітак, якія перасякаюць Еўропу і Атлантыку, і якія цягнуцца назад у мінулае, аж да ранніх эксперыментаў з Лейдэнскімі банкамі ў сярэдзіне XVIII стагоддзя.
Але ў рамках нашага выкладу зручна будзе асвятляць (каламбур!) гэтую гісторыю, пачынаючы з Томаса Эдысана. У 1880-х Эдысан зрабіў цікавае адкрыццё, працуючы над электрычным асвятленнем - гэта адкрыццё падрыхтоўвае сцэну для нашай гісторыі. Адгэтуль пайшло наступнае развіццё электронных лямпаў, якое патрабавалася для двух тэхналагічных сістэм: новай формы бесправадной перадачы паведамленняў і стала якія пашыраюцца тэлефонных сетак.
Пралог: Эдысан
Эдысана звычайна лічаць вынаходнікам электрычнай лямпачкі. Гэта адначасова робіць яму занадта шмат і занадта мала гонару. Занадта шмат, паколькі не адзін Эдысан прыдумаў святлівую лямпу. Акрамя натоўпу папярэдніх вынаходнікаў, чые творы не дайшлі да камерцыйнага прымянення, можна згадаць Джозэфа Свана і Чарльза Стэрна з Брытаніі і амерыканца Уільяма Соера, якія вывелі на рынак лямпачкі адначасова з Эдысанам. [Гонар вынаходства таксама належыць рускаму вынаходніку . Ладыгін быў першым, хто здагадаўся выпампаваць са шкляной лямпавай колбы паветра, а потым і нітку напальвання прапанаваў рабіць не з вугалю або абвугленых валокнаў, а з тугаплаўкага вальфраму/заўв. перав.]. Усе лямпы складаліся з залітаванай шкляной колбы, усярэдзіне якой размяшчалася рэзістыўная нітка. Пры ўключэнні лямпы ў схему цеплыня, якое ўзнікала дзякуючы супраціву ніткі току, прымушала яе свяціцца. З колбы было выпампавана паветра, каб нітка не загаралася. Электрычнае святло ўжо было вядома ў буйных гарадах у выглядзе , якія выкарыстоўваліся для асвятлення вялікіх грамадскіх месцаў. Усе гэтыя вынаходнікі шукалі спосаб паменшыць колькасць святла, узяўшы ад падпаленай дугі яркую часцінку, досыць невялікую для таго, каб выкарыстоўваць яе ў хатах для замены газавых лямпаў, і зрабіць крыніцу святла бяспечней, чысцей і ярчэй.
А што Эдысан сапраўды зрабіў - а дакладней, стварыла яго прамысловая лабараторыя - гэта не проста стварэнне крыніцы святла. Яны пабудавалі цэлую электрычную сістэму для асвятлення хат - генератары, правады для перадачы току, трансфарматары, і да т.п. З усяго гэтага лямпачка была толькі самым відавочным і бачным кампанентам. Прысутнасць імя Эдысана ў яго кампаніях, якія выраблялі электраэнергію, было не простым укленчэннем перад вялікім вынаходнікам, як у выпадку з Bell Telephone. Эдысан паказаў сябе не толькі вынаходнікам, але і сістэмным архітэктарам. Яго лабараторыя працягвала працу па паляпшэнні розных кампанентаў электрычнага асвятлення нават пасля іх ранняга поспеху.
Асобнік ранніх лямпаў Эдысана
Падчас даследаванняў дзесьці ў 1883 году Эдысан (а магчыма, і адзін з яго супрацоўнікаў) вырашыў скласці ўсярэдзіне святлівай лямпы разам з ніткай яшчэ і металічную пласціну. Прычыны гэтага ўчынку незразумелыя. Магчыма, гэта была спроба ўхіліць пацямненне лямпы – нутро шкла колбы з часам назапашвала загадкавую цёмную субстанцыю. Інжынер, відаць, спадзяваўся, што гэтыя чорныя часцінкі будуць прыцягвацца да пласціны, якая знаходзіцца пад напругай. Да свайго здзіўлення ён выявіў, што калі пласціна была ўключаная ў схему разам са станоўчым канцом ніткі, то велічыня які праходзіць праз нітку току была прама прапарцыйная інтэнсіўнасці свячэння ніткі. Пры злучэнні пласціны з адмоўным канцом ніткі нічога падобнага не назіралася.
Эдысан вырашыў, што гэты эфект, пазней названы эфектам Эдысана або , можна выкарыстоўваць для вымярэння або нават кіравання «электрарухаючай сілай», або напругай, у электрычнай сістэме. У сілу звычкі ён падаў заяўку на патэнт гэтага "электрычнага індыкатара", а потым вярнуўся да важнейшых задач.
Без правадоў
Перанясёмся на 20 гадоў у будучыню, у 1904-й. Тым часам у Англіі Джон Амброз Флемінг працаваў па заданні Marconi Company над паляпшэннем прымача радыёхваль.
Важна зразумець, чым было і чым не было радыё ў той час як з пункту гледжання інструмента, так і з пункту гледжання практыкі. Радыё тады нават не звалі "radio", яго звалі "wireless", бесправадное. Тэрмін "радыё" стаў пераважаць толькі ў 1910-х. Канкрэтна меўся на ўвазе бесправадны тэлеграф - сістэма перадачы сігналаў у выглядзе кропак і працяжнік ад адпраўніка да атрымальніка. Яго асноўным ужываннем была сувязь паміж судамі і партовымі службамі, і ў гэтым сэнсе ім цікавіліся марскія ведамствы ўсяго свету.
Некаторыя вынаходнікі таго часу, у прыватнасці, , эксперыментавалі з ідэяй радыётэлефона – перадачы галасавых паведамленняў па паветры ў выглядзе бесперапыннай хвалі. Але шырокавяшчанне ў сучасным разуменні ўзнікла толькі праз 15 гадоў пасля гэтага: перадача навін, гісторый, музыкі і іншых праграм для прыёму шырокай аўдыторыяй. Да таго ўсёнакіраваная прырода радыёсігналаў разглядалася як праблема, якую трэба вырашыць, а не як асаблівасць, якой можна скарыстацца.
Існавалае ў той час радыёабсталяванне было добра прыстасавана для працы з азбукай Морзэ і дрэнна - для ўсяго астатняга. Перадатчыкі стваралі хвалі Герца, адпраўляючы іскру праз парыў у схеме. Таму сігнал суправаджаўся трэскам статыкі.
Прымачы распазнавалі гэты сігнал праз когерер: металічнае пілавінне ў шкляной трубцы, якія збіваліся пад уздзеяннем радыёхваль у бесперапынную масу, і такім чынам замыкалыя схему. Затым па шкле трэба было пастукаць, каб пілавінне распалася і прымач быў гатовы да наступнага сігналу спачатку гэта рабілі ўручную, але неўзабаве для гэтага з'явіліся і аўтаматычныя прылады.
У 1905 годзе толькі пачалі зьяўляцца. , таксама вядомыя, як «каціны вус». Аказалася, што проста крануўшы провадам пэўнага крышталя, напрыклад, крэмнію, жалезнага калчадану ці , можна было выхапіць з паветра радыёсігнал. Атрыманыя прымачы былі таннымі, кампактнымі і даступнымі кожнаму. Яны стымулявалі развіццё радыёаматарства, асабліва сярод моладзі. Раптоўны ўсплёск занятасці эфіру, які ўзнік з прычыны гэтага, прывёў да праблем з-за таго, што радыёэфір дзяліўся паміж усімі карыстальнікамі. Нявінныя размовы аматараў маглі выпадкова перасекчыся з перамовамі марфлота, а некаторыя хуліганы нават прымудраліся аддаваць ілжывыя загады і пасылаць сігналы аб дапамозе. Дзяржава непазбежна павінна было ўмяшацца. Як пісаў сам Амброз Флемінг, з'яўленне крышталічных дэтэктараў
адразу ж прывяло да ўсплёску безадказнай радыётэлеграфіі з-за выхадак незлічонай колькасці аматараў-электрыкаў і навучэнцаў, што запатрабавала жорсткага ўмяшання нацыянальных і міжнародных органаў улады для ўтрымання таго, што адбываецца ў рамках разумнага і бяспечнага.
З незвычайных электрычных уласцівасцяў гэтых крышталікаў у свой час з'явіцца трэцяе пакаленне лічбавых перамыкачоў, услед за рэле і лямпамі перамыкачы, дамінантныя ў нашым міры. Але ўсяму свой час. Мы апісалі сцэну, зараз вернем усю ўвагу да акцёра, які толькі што з'явіўся ў святле сафітаў: Амброз Флемінг, Англія, 1904-й.
клапан
У 1904 Флемінг быў прафесарам электратэхнікі ў універсітэцкім каледжы Лондана, і кансультантам для Marconi Company. Першапачаткова кампанія наняла яго для атрымання экспертнай адзнакі па будаўніцтве электрастанцыі, але затым ён заняўся задачай паляпшэння прымача.
Флемінг у 1890-м
Усе ведалі, што когерер быў дрэнным прымачом з пункта гледжання адчувальнасці, і распрацаваны ў Macroni магнітны дэтэктар быў не асабліва лепш. Каб знайсці яму замену, Флемінг спачатку вырашыў пабудаваць адчувальную схему для выяўлення хваляў Герца. Такая прылада, нават не стаўшы дэтэктарам само па сабе, будзе карысным у будучых даследаваннях.
Для гэтага яму трэба было прыдумаць спосаб стала вымяраць сілу току, стваранага прыходнымі хвалямі, замест выкарыстання дыскрэтнага когерера (ён паказваў толькі станы ўключана - дзе пілавінне зліпалася, ці выключана). Але вядомыя прылады вымярэння сілы току – гальванометры – патрабавалі для працы сталага, гэта значыць, аднанакіраванага току. Пераменны ток, узбуджаны радыёхвалямі, мяняў кірунак так хутка, што ніякага вымярэння не атрымалася б.
Флемінг успомніў, што ў яго ў шафе пыліцца некалькі цікавых рэчаў - індыкатарныя лямпы Эдысана. У 1880-х ён быў кансультантам для Кампаніі электрычнага асвятлення Эдысана ў Лондане, і працаваў над праблемай пачарнення лямпаў. У той час ён атрымаў некалькі копій індыкатара, магчыма, ад Уільяма Прыса, галоўнага інжынера-электрыка брытанскай Паштовай службы, які тады толькі што вярнуўся з электрычнай выставы ў Філадэльфіі. У той час па-за ЗША для паштовых службаў кантроль над тэлеграфам і тэлефонам быў звыклай справай, таму яны былі цэнтрамі электратэхнічнай экспертызы.
Пазней, у 1890-х, Флемінг і сам вывучаў эфект Эдысана, выкарыстоўваючы атрыманыя ад Приса лямпы. Ён паказаў, што эфект складаўся ў тым, што ток цёк у адным кірунку: адмоўны электрычны патэнцыял мог цячы з гарачай ніткі на халодны электрод, але не наадварот. Але толькі ў 1904 годзе, калі перад ім паўстала задача выяўлення радыёхваль, ён зразумеў, што гэты факт можна выкарыстоўваць на практыцы. Індыкатар Эдысана дазволіць толькі накіраваным у адзін бок імпульсам пераменнага току пераадольваць разрыў паміж ніткай і пласцінай, што дасць пастаянны і аднанакіраваны паток.
Флемінг узяў адну лямпу, злучыў яе паслядоўна з гальванометрам і ўлучыў искровой перадатчык. Вуаля - люстэрка павярнулася, і прамень святла ссунуўся на шкале. Спрацавала. Ён мог сапраўды вымераць уваходны радыёсігнал.
Прататыпы клапана Флемінга. Анод знаходзіцца ў сярэдзіне ніткавай завесы (гарачага катода)
Флемінг назваў сваё вынаходства "клапанам", паколькі яно прапускала электрычнасць толькі ў адзін бок. Кажучы больш агульнай электратэхнічнай мовай, гэта быў прыбор – спосаб пераўтварэння пераменнага току ў пастаянны. Потым яго назвалі дыёдам, паколькі ў ім было два электроды - гарачы катод (нітка), які выпускаў электрычнасць, і халодны анод (пласціна), які атрымліваў яго. Флемінг увёў у дызайн некалькі паляпшэнняў, але ў сутнасці прылада не адрознівалася ад індыкатарнай лямпы, вырабленай Эдысанам. Яе пераход у новую якасць адбыўся ў выніку змены выявы думак – такую з'яву мы ўжо бачылі шматкроць. Змена адбылося ў свеце ідэй у галаве Флемінга, а не ў свеце рэчаў па-за ёй.
Сам па сабе клапан Флемінга быў карысным. Гэта была лепшая палявая прылада для вымярэння радыёсігналаў, і нядрэнны дэтэктар сам па сабе. Але мір ён не патрос. Выбухны рост электронікі пачаўся толькі пасля таго, як Лі дэ Форэст дадаў трэці электрод і ператварыў клапан у рэле.
Праслухоўванне
У Лі дэ Форэста было незвычайнае выхаванне для навучэнца з Йеля. Яго бацька, прападобны Генры дэ Форэст, быў ветэранам Грамадзянскай вайны з Нью-Ёрка, пастарам , і свята верыў у тое, што як прапаведнік павінен распаўсюджваць боскае святло ведаў і правасуддзя. Падпарадкоўваючыся клічы доўгу, ён прыняў запрашэнне стаць прэзідэнтам Таладэгскага каледжа ў Алабаме. Каледж быў заснаваны пасля Грамадзянскай вайны Амерыканскай місіянерскай асацыяцыяй, якая базавалася ў Нью-Йорку. Ён прызначаўся для навучання і навучанні мясцовых чарнаскурых жыхароў. Там Лі адчуў сябе паміж молатам і кавадлам - мясцовыя негры зневажалі яго за наіўнасць і баязлівасць, а мясцовыя белыя - за тое, што ён быў .
І тым не менш, юнакоў дэ Форэст выпрацаваў цвёрдую ўпэўненасць у сабе. Ён выявіў у сябе схільнасць да механікі і вынаходствам - яго маштабная мадэль лакаматыва стала мясцовым цудам. Яшчэ ў падлеткавым узросце, навучаючыся ў Таладэгу, ён вырашыў прысвяціць сваё жыццё вынаходствам. Затым, будучы маладым чалавекам і жывучы ў горадзе Нью-Хэйвен, сын пастара скінуў з сябе апошнія рэлігійныя перакананні. Яны паступова сыходзілі з-за знаёмства з дарвінізмам, а затым іх як ветрам садзьмула пасля заўчаснага скону яго бацькі. Але пачуццё наяўнасці ў яго прызначэння не пакідала дэ Форэст - ён лічыў сябе геніем і імкнуўся стаць другім Мікалай Цеслай, багатым, знакамітым і загадкавым чараўніком эпохі электрычнасці. Яго аднакласнікі з Ельскага ўніверсітэта лічылі яго самазадаволеным пустазвонам. Яго, магчыма, можна назваць найменш папулярным чалавекам з усіх, хто сустракаўся ў нашай гісторыі.
дэ Форэст, ок.1900
Скончыўшы навучанне ў Ельскім універсітэце ў 1899 году, дэ Форэст абраў засваенне які набіраў абарачэнні мастацтва перадачы бесправадных сігналаў у якасці шляху да багацця і славы. У наступныя дзесяцігоддзі ён штурмаваў гэты шлях з вялікай рашучасцю і ўпэўненасцю, і без усялякіх ваганняў. Пачалося ўсё з сумеснай працы дэ Форэсту і яго партнёра Эда Смайта ў Чыкага. Смайт трымаў іх прадпрыемства на плаву пры дапамозе рэгулярных плацяжоў, і разам яны распрацавалі ўласны дэтэктар радыёхваль, які складаецца з двух металічных пласцін, якія злучаліся клеем, які дэ Форэст называў «пастай» [goo]. Але дэ Форэст не мог доўга чакаць узнагарод за сваю геніяльнасць. Ён пазбавіўся ад Смайта і скаапераваўся з сумнеўным фінансістам з Нью-Ёрка па імі Абрахам Уайт [іранічна які змяніў сваё імя з дадзенага яму пры нараджэнні, Шварц, каб схаваць свае цёмныя справы. Уайт/White - (англ.) белы, Шварц/Schwarz - (ням.) чорны / заўв. перав.], адкрыўшы кампанію De Forest Wireless Telegraph Company.
Сама дзейнасць кампаніі была другараднай для абодвух нашых герояў. Уайт карыстаўся невуцтвам людзей для набівання кішэняў. Ён выманьваў мільёны ў фундатараў, з усіх сіл якія спрабавалі не адстаць ад чаканага буму радыё. А дэ Форэст, дзякуючы багатаму паступленню сродкаў названых «лохаў», сканцэнтраваўся на тым, каб даказаць свой геній праз распрацоўку новай амерыканскай сістэмы бесправадной перадачы інфармацыі (па кантрасце з еўрапейскай, распрацаванай Марконі і інш.).
Да няшчасця для амерыканскай сістэмы, дэтэктар дэ Форэст працаваў не асабліва добра. На нейкі час ён вырашыў гэтую праблему, запазычыўшы запатэнтаваны дызайн Рэджынальда Фессендэна на дэтэктар пад назвай «вадкі барэтэр» – два плацінавых правады, пагружаных у ванначку з сернай кіслаты. Фесендэн падаў у суд пазоў з-за парушэння патэнта - і гэтую цяжбу ён відавочна выйграў бы. Дэ Форэст не мог супакоіцца, пакуль не прыдумаў бы новы дэтэктар, які належаў толькі яму. Увосень 1906-га ён аб'явіў аб стварэнні такога дэтэктара. На двух розных сустрэчах у Амерыканскім інстытута электратэхнікі дэ Форэст апісваў свой новы бесправадны дэтэктар, названы ім "Аўдыёнам". Але яго рэальнае паходжанне выклікае сумневы.
Нейкі час спробы дэ Форэст пабудаваць новы дэтэктар круціліся вакол праходжання току праз полымя , якое, на яго думку, магло быць асіметрычным правадніком. Ідэя, мяркуючы па ўсім, поспехам не ўвянчалася. У нейкі момант у 1905 году ён пазнаў аб клапане Флемінга. Дэ Форэст убіў сабе ў галаву, што гэты клапан і яго прылада на аснове гарэлкі ў прынцыпе нічым не адрозніваліся - калі замяніць гарачую нітку полымем, і накрыць яго шкляной колбай, каб абмежаваць газ, то атрымаецца той жа клапан. Ён распрацаваў серыю патэнтаў, якія паўтаралі гісторыю папярэднічалі клапану Флемінга вынаходстваў пры дапамозе дэтэктараў на аснове газавага полымя. Ён, відавочна, жадаў прысвоіць сабе прыярытэт у вынаходстве, абышоўшы патэнт Флемінга, паколькі працы з гарэлкай Бунзена папярэднічалі працу Флемінга (яны ішлі з 1900-го гады).
Немагчыма сказаць, ці быў гэта самападман або махлярства, але ў выніку з'явіўся патэнт дэ Форэст ад жніўня 1906 на «спустошаны шкляны посуд, які змяшчае два паасобных электрода, паміж якімі існуе газавае асяроддзе, якая пры дастатковым нагрэве становіцца правадніком і ўтварае адчувальны элемент». Абсталяванне і функцыянаванне прылады належаць Флемінгу, а тлумачэнне яго працы - дэ Форэст. Дэ Форэст у выніку прайграў патэнтную спрэчку, хоць гэта і заняло дзесяць гадоў.
Нецярплівы чытач ужо можа пачаць цікавіцца тым, чаму мы марнуем так шмат часу на гэтага чалавека, чый самаабвешчаны геній складаўся ў выдачы чужых ідэй за свае? Чыннік складаецца ў тых пераўтварэннях, што зведаў Аўдыён за апошнія некалькі месяцаў 1906 гады.
Да таго часу ў дэ Форэста не было працы. Уайт з партнёрамі пазбеглі адказнасці ў сувязі з іскам Фесендэна, стварыўшы новую кампанію, United Wireless, і пазычыўшы ёй актывы American De Forest за суму ў $1. Дэ Форэст выгналі з $1000 адступных і некалькімі бескарыснымі патэнтамі на руках, уключаючы і патэнт на Аўдыён. Абвыкшы да марнатраўнага ладу жыцця, ён сутыкнуўся з сур'ёзнымі фінансавымі цяжкасцямі і адчайна спрабаваў ператварыць Аўдыён у вялікі поспех.
Каб зразумець, што здарылася далей, важна ведаць, што дэ Форэст лічыў, што вынайшаў рэле - па кантрасце з прыборам Флемінга. Ён зрабіў свой Аўдыён, падлучыўшы батарэю да халоднай пласціны клапана, і лічыў, што сігнал у антэнай схеме (злучанай з гарачай ніткай) мадуляваў больш магутны ток у схеме батарэі. Ён памыляўся: гэта былі не дзве схемы, батарэя проста ссоўвала сігнал з антэны, а не ўзмацняла яго.
Але гэтая памылка стала крытычнай, паколькі прывяла дэ Форэсту да эксперыментаў з трэцім электродам у колбе, які павінен быў яшчэ больш раз'яднаць дзве схемы гэтага "рэле". Спачатку ён дадаваў другі халодны электрод побач з першым, але затым, магчыма пад уплывам кіраўнікоў механізмаў, якія выкарыстоўваюцца фізікамі для перанакіравання прамянёў у электронна-прамянёвых прыладах, ён перасунуў электрод на месца паміж ніткай і першаснай пласцінай. Ён вырашыў, што такое становішча можа перарываць струмень электрычнасці, і змяніў форму трэцяга электрода з пласціны на хвалісты провад, які нагадваў рашпер і назваў яго сеткай .
Трыёд Аўдыён 1908 года. Нітка (разарваная) злева - катод, хвалісты провад - сетка, закругленая металічная пласціна - анод. У яго ўсё яшчэ ёсць разьба, як у звычайнай лямпачкі.
І гэта ўжо сапраўды было рэле. Слабы ток (такі, які атрымліваецца ў радыёантэны), пададзены на сетку, мог кантраляваць значна мацнейшы ток паміж ніткай і пласцінай, адштурхваючы зараджаныя часціцы, якія спрабавалі пераходзіць паміж імі. Гэты дэтэктар працаваў значна лепш за клапан, паколькі ён не проста выпростваў, але і ўзмацняў радыёсігнал. І, як і клапан (і ў адрозненне ад кагерэра) ён мог выдаваць пастаянны сігнал, што давала магчымасць ствараць не толькі радыётэлеграф, але і радыётэлефон (а ў далейшым - перадачу голасу і музыкі).
На практыцы ён працаваў не асабліва добра. Аўдыёны дэ Форэста былі пераборлівымі, хутка згаралі, на іх вытворчасці не хапала сталасці якасці, і ў якасці ўзмацняльнікаў яны былі неэфектыўныя. Для таго, каб пэўны Аўдыён правільна працаваў, патрабавалася падладжваць пад яго электрычныя параметры схемы.
Тым не менш, дэ Форэст верыў у сваю вынаходку. Для яго рэкламы ён арганізаваў новую кампанію, De Forest Radio Telephone Company, але продажы аказаліся мізэрнымі. Самым вялікім поспехам быў продаж абсталявання на флот для ўнутрыфлоцкай тэлефаніі падчас кругасветнага плавання.“. Аднак камандуючы флотам, не маючы часу на тое, каб прымусіць перадатчыкі і прымачы дэ Форэста працаваць і навучыць каманду іх выкарыстанню, загадаў запакаваць іх і пакінуць у сховішча. Больш за тое, новая кампанія дэ Форэст, кіруемая паслядоўнікам Абрахама Уайта, была не больш прыстойнай, чым папярэдняя. У дадатак да сваіх няўдач ён неўзабаве патрапіў пад абвінавачванне ў махлярстве.
За пяць гадоў Аўдыён нічога не дасягнуў. І зноў тэлефон згуляе ключавую ролю ў распрацоўцы лічбавага рэле, на гэты раз ратуючы шматабяцальную, але неправераную тэхналогію, якая знаходзілася на мяжы забыцця.
І зноў тэлефон
Сетка сувязі на далёкія адлегласці была цэнтральнай нервовай сістэмай AT&T. Яна звязвала разам мноства мясцовых кампаній і давала ключавую канкурэнтная перавага па заканчэнні тэрміну патэнтаў Бэла. Далучыўшыся да сеткі AT&T новы кліент мог, тэарэтычна, датэлефанавацца да ўсіх астатніх падпісчыкаў, якія знаходзіліся ў тысячах кіламетраў ад яго - хоць насамрэч званкі на далёкія адлегласці рабілі рэдка. Таксама сетка была матэрыяльнай асновай для ўсёабдымнай ідэалогіі кампаніі "Адна палітыка, адна сістэма, універсальны сэрвіс".
Але з пачаткам другога дзесяцігоддзя дваццатага стагоддзя гэтая сетка дабралася да фізічнага максімуму. Чым далей цягнуліся тэлефонныя правады, тым слабей і шумней станавіўся які праходзіў па іх сігнал, і ў выніку прамова станавілася практычна неадметнай. З-за гэтага ў ЗША было насамрэч дзве сеткі AT&T, падзеленыя кантынентальным хрыбтом.
Для ўсходняй сеткі калком быў Нью-Ёрк, а механічныя рэпітары і – прывяззю, якая вызначала, як далёка мог дайсці чалавечы голас. Але гэтыя тэхналогіі былі не ўсёмагутныя. Шпулькі змянялі электрычныя ўласцівасці тэлефоннай схемы, памяншаючы паслабленне галасавых частот - але яны маглі толькі паменшыць яго, а не ўхіліць. Механічныя рэпітары (усяго толькі тэлефонны дынамік, злучаны з які ўзмацняе мікрафонам) дадавалі шум з кожным паўторам. Лінія 1911 года ад Нью-Ёрка да Дэнвера давяла гэтую прывязь да максімальнай даўжыні. Аб тым, каб працягнуць сетку на ўвесь кантынент, і гаворкі не было. Аднак у 1909 годзе Джон Карці, галоўны інжынер AT&T, публічна паабяцаў зрабіць менавіта гэта. Ён паабяцаў зрабіць гэта за пяць гадоў - да часу пачатку у Сан-Францыска ў 1915-м.
Першым, хто здолеў зрабіць магчымым такое прадпрыемства пры дапамозе новага тэлефоннага ўзмацняльніка, быў не амерыканец, а спадчыннік багатай венскай сям'і, які цікавіўся навукай. Будучы маладым, пры дапамозе сродкаў сваіх бацькоў купіў тэлефонную вытворчую кампанію і наважыўся зрабіць узмацняльнік для тэлефонных гутарак. Да 1906-га ён зрабіў рэле на аснове электронна-прамянёвых трубак, да таго часу паўсюдна выкарыстоўваліся ў фізічных эксперыментах (а пазней сталых асновай для дамінантнай у XX стагоддзі тэхналогіі відэаэкранаў). Слабы ўваходны сігнал кантраляваў электрамагніт, які выгінаў прамень, які мадуляваў мацнейшы ток у галоўнай схеме.
Да 1910-га фон Лібен з калегамі, Юджынам Рэйзам і Зыгмундам Страўсам, даведаліся пра Аўдыён дэ Форэст і замянілі магніт у трубцы сеткай, якая кантралявала катодныя прамяні – гэты дызайн быў самым эфектыўным і пераўзыходзіў усе распрацоўкі, зробленыя на той момант у ЗША. Нямецкая тэлефонная сетка неўзабаве ўзяла на ўзбраенне ўзмацняльнік фон Лібена. У 1914 годзе дзякуючы ёй змог адбыцца нервовы тэлефонны званок камандзіра Ўсходняга Прускага войска ў нямецкі штаб, размешчаны ў 1000 кіламетрах ад яго, у Кобленцы. Гэта прымусіла начальніка штаба адправіць генералаў Гіндэнберга і Людэндорфа на ўсход, да вечнай славы і з цяжкімі наступствамі. Такія ж узмацняльнікі пазней злучалі нямецкі штаб з палявымі войскамі на поўдні і ўсходзе аж да Македоніі і Румыніі.
Копія ўдасканаленага катодна-прамянёвага рэле фон Лібена. Катод унізе, анод - гэта катушка уверсе, а сетка - круглая металічная фальга ў сярэдзіне.
Аднак моўныя і геаграфічныя бар'еры, а таксама вайна прывялі да таго, што такі дызайн не дайшоў да ЗША, а неўзабаве яго ўжо апярэдзілі іншыя падзеі.
А ў гэты час дэ Форэст пакінуў загінае Radio Telephone Company ў 1911 годзе і збег у Каліфорнію. Там ён уладкаваўся ў Федэральную тэлеграфную кампанію ў Апала-Альта, заснаваную стэнфардскім выпускніком . Намінальна дэ Форэст павінен быў працаваць над узмацняльнікам, якія падвышаюць гучнасць выходнага сігналу федэральнага радыёпрымача. Насамрэч ён, Герберт ван Этан (доследны тэлефонны інжынер) і Чарльз Логвуд (распрацоўшчык прымача) заняліся стварэннем тэлефоннага ўзмацняльніка, каб утрох атрымаць прыз ад AT&T, які, па чутках, складаў $1 млн.
Для гэтага дэ Форэст дастаў з антрэсоляў Аўдыён, і да 1912 году ў іх з калегамі ўжо была прылада, гатовае для дэманстрацыі ў тэлефоннай кампаніі. Яно складалася з некалькіх злучаных паслядоўна Аўдыёнаў, якія стваралі ўзмацненне ў некалькі этапаў, і яшчэ некалькіх дапаможных кампанентаў. Прылада, у прынцыпе, працавала – яно магло ўзмацніць сігнал дастаткова, каб вы пачулі, як падае насоўку або як цікае кішэнны гадзіннік. Але толькі пры токах і высілках занадта малых для таго, каб быць карыснымі ў тэлефаніі. Пры павышэнні току Аўдыёны пачыналі выпускаць блакітнае свячэнне, а сігнал ператвараўся ў шум. Але тэлефоншчыкі былі дастаткова зацікаўлены для таго, каб аддаць прыладу сваім інжынерам і паглядзець, што яны з ім змогуць зрабіць. Так атрымалася, што адзін з іх, малады фізік Гаральд Арнольд зусім дакладна ведаў, як выправіць узмацняльнік ад Федэральнага тэлеграфа.
Нетутэйша час абгаварыць, якім чынам працавалі клапан і Аўдыён. Ключавое разуменне, неабходнае для тлумачэння іх працы, з'явілася ў Лабараторыі Кэвендыша ў Кембрыджы - інтэлектуальным цэнтры новай электроннай фізікі. У 1899 годзе там Дж. Дж. Томсан паказаў у эксперыментах з катодна-прамянёвымі трубкамі, што часціца, якая валодае масай, і стала вядомай пазней, як электрон, пераносіць ток з катода на анод. У наступныя некалькі гадоў Оўэн Рычардсан, калега Томсана, развіў гэтую здагадку ў матэматычную тэорыю тэрмаэлектроннай эмісіі.
Амброз Флемінг, інжынер, які працаваў на адлегласці кароткай паездкі на цягніку ад Кембрыджа, быў знаёмы з гэтымі працамі. Яму было ясна, што яго клапан працуе дзякуючы тэрмаэлектроннай эмісіі электронаў з нагрэтай ніткі, якія перасякалі вакуумны парыў да халоднага анода. Але вакуум у індыкатарнай лямпе быў не глыбокім - для звычайнай лямпачкі гэтага было і не трэба. Дастаткова было адпампаваць столькі кіслароду, каб нітка не загаралася. Флемінг зразумеў, што для найлепшай працы клапана яго трэба спустошыць як мага старанней, каб пакінуты газ не мяшаў струменю электронаў.
Дэ Форэст гэтага не зразумеў. Паколькі ён прыйшоў да клапана і Аўдыёну праз эксперыменты з гарэлкай Бунзена, яго перакананне было супрацьлеглым – што гарачы іянізаваны газ быў працоўным целам прылады, і што поўнае яго выдаленне прывядзе да спынення працы. Менавіта таму Аўдыён так нестабільна і нездавальняюча працаваў у якасці радыёпрымача, і таму ён выпраменьваў блакітнае святло.
Арнольд у AT&T апынуўся ў ідэальнай сітуацыі для выпраўлення памылкі дэ Форэста. Ён быў фізікам, які вучыўся ў Роберта Мілікена ў Чыкагскім універсітэце, і быў наняты спецыяльна для таго, каб прымяняць свае веды ў новай электроннай фізіцы да задачы пабудовы тэлефоннай сеткі ад узбярэжжа да ўзбярэжжа. Ён ведаў, што лямпа Аўдыёна будзе лепш за ўсё працаваць у амаль ідэальным вакууме, ведаў, што найноўшыя помпы могуць дамагчыся такога вакууму, ведаў, што новы тып ніткі, пакрытай аксідам, разам з павялічанай пласцінай і сеткай таксама змогуць павялічыць паток электронаў. Карацей, ён ператварыў Аўдыён у электронную лямпу, цудатворца электроннай эры.
У AT&T з'явіўся магутны ўзмацняльнік, неабходны для будаўніцтва транскантынентальнай лініі - не было толькі правоў на яго выкарыстанне. Прадстаўнікі кампаніі недаверліва паводзілі сябе на перамовах з дэ Форэстам, але завялі асобную гутарку праз іншага адваката, які здолеў набыць правы на выкарыстанне Аўдыёна ў якасці тэлефоннага ўзмацняльніка за $ 50 000 (каля $ 1,25, 2017 млн у далярах XNUMX года). Лінія Нью-Ёрк - Сан-Францыска адкрылася якраз своечасова, але больш як трыўмф тэхнічнай віртуознасці і карпаратыўнай рэкламы, чым як сродак зносін. Кошт размоваў быў настолькі касмічным, што амаль ніхто не мог ёю карыстацца.
Электронная эра
Сапраўдная электронная лямпа стала коранем абсалютна новага дрэва электронных кампанентаў. Як і рэле, электронная лямпа стала пашырала магчымасці свайго ўжывання, калі інжынеры знаходзілі новыя спосабы падладжваць яе прыладу для рашэння пэўных задач. Рост племя "-одаў" не скончыўся з дыёдамі і трыёдамі. Ён працягнуўся з , якія дадалі дадатковую сетку, якая падтрымлівала ўзмацненне з ростам элементаў у схеме. Следам з'яўляліся , , і нават . З'явіліся тыратроны, запоўненыя ртутнай парай, якія свяціліся злавесным блакітным святлом. Мініятурныя лямпы памерам з мезенец на назе ці нават жолуд. Лямпы з катодам ўскоснага напалу, у якіх гудзенне крыніцы пераменнага току не парушала сігнал. Кніжка "Сага электроннай лямпы" [Saga of the Vacuum Tube], якая апісвае рост індустрыі лямпаў да 1930 года, пералічвае больш за 1000 розных мадэляў па іх індэксе - хоць многія з іх былі незаконнымі копіямі ад незаслугоўваюць даверу брэндаў: Альтрон, Перфектрон, Супертрон, Вольтрон , і да т.п.
Важнейшай разнастайнасці формаў была разнастайнасць ужыванняў электроннай лямпы. Рэгенератыўныя схемы ператваралі трыёд у перадатчык - які ствараў гладкія і сталыя сінусоідныя хвалі, без шумных іскраў, здольны ідэальна перадаваць гук. З кагерарам і іскрамі ў 1901 годзе Марконі ледзь мог перадаваць невялікі ўрывак азбукі Морзэ праз вузкую частку Атлантыкі. У 1915-м пры дапамозе электроннай лямпы ў якасці перадатчыка і прымача AT&T магла перадаваць чалавечы голас з Арлінгтана, Віргінія да Ганалулу – у два разы большую адлегласць. Да 1920-х яны скамбінавалі тэлефанію на доўгіх адлегласцях з высакаякасным гукавым шырокавяшчаннем і стварылі першыя радыёсеткі. Такім чынам, неўзабаве ўся нацыя магла слухаць па радыё адзін і той жа голас, няхай гэта будзе Рузвельт ці Гітлер.
Больш за тое, магчымасць ствараць перадатчыкі, настроеныя на дакладную і стабільную частату, дазволіла тэлекамунікацыйным інжынерам рэалізаваць даўнюю мару частотнага мультыплекса, якая прываблівала Аляксандра Бэла, Эдысана і астатніх сорак гадоў таму. Да 1923 году ў AT&T была дзесяціканальная галасавая лінія ад Нью-Ёрка да Пітсбурга. Магчымасць перадачы мноства галасоў па адным медным провадзе радыкальна памяншала кошт далёкіх званкоў, якая з-за дарагоўлі заўсёды была даступнай толькі для найбагацейшых людзей і прадпрыемстваў. Убачыўшы, на што здольныя электронныя лямпы, AT&T адправілі сваіх адвакатаў на выкуп дадатковых правоў у дэ Форэст, з тым, каб забяспечыць правы на выкарыстанне Аўдыёна ва ўсіх даступных галінах прымянення. У суме яны заплацілі яму $390 000, што ў сённяшніх грошах эквівалентна прыкладна $7,5 млн.
Чаму ж пры такой рознабаковасці, электронныя лямпы не дамінавалі ў першым пакаленні кампутараў так, як яны дамінавалі ў радыё і іншым тэлекамунікацыйным абсталяванні? Відавочна, што трыёд мог быць лічбавым перамыкачом сапраўды гэтак жа, як і рэле. Настолькі відавочна, што дэ Форэст нават лічыў, што стварыў рэле яшчэ да таго, як ён насамрэч яго стварыў. І трыёд быў значна больш спагадны, чым традыцыйнае электрамеханічнае рэле, паколькі ў яго не было неабходнасці фізічна перарухаць якар. Тыповаму рэле на пераключэнне патрабавалася некалькі мілісекунд, а змена струменя ад катода да анода з-за змены электрычнага патэнцыялу на сетцы было амаль імгненным.
Але ў лямпаў быў відавочны недахоп перад рэле: іх тэндэнцыя, па аналогіі з іх папярэднікамі, лямпачкамі для асвятлення, перагараць. Час жыцця першапачатковага Аўдыёна дэ Форэст быў настолькі малым - парадку 100 гадзін - што ў яго ў лямпе ўтрымлівалася запасная нітка, якую трэба было падлучаць пасля перагарання першай. Гэта было вельмі дрэнна, але і пасля таго, нават ад лямпаў найлепшай якасці нельга было чакаць напрацоўкі большай, чым некалькі тысяч гадзін. Для кампутараў з тысячамі лямпаў, і якія доўжыліся гадзінамі вылічэннямі, гэта было сур'ёзнай праблемай.
А рэле, наадварот, па словах Джорджа Сцібіца, былі "фантастычна надзейнымі". Настолькі, што ён сцвярджаў, што
Калі набор U-вобразных рэле пачаў бы сваю працу ў першым годзе нашай эры і перамыкаў бы кантакт раз у секунду, ён бы ўсё яшчэ працаваў да гэтага часу. Першы збой у кантакце можна было б чакаць не раней як праз тысячу гадоў, дзе-небудзь у 3000-м годзе.
Больш за тое, не існавала досведу выкарыстання вялікіх электронных схем, параўнальных з электрамеханічнымі схемамі тэлефонных інжынераў. Радыёпрыёмнікі і іншае абсталяванне маглі змяшчаць 5-10 лямпаў, але не сотні тысяч. Ніхто не ведаў, ці можна будзе прымусіць працаваць камп'ютар з 5000 лямпаў. Выбраўшы рэле замест лямпаў, распрацоўшчыкі кампутараў зрабілі бяспечны і кансерватыўны выбар.
У наступнай частцы мы ўбачым, як і чаму гэтыя сумневы атрымалася пераадолець.
Крыніца: habr.com