Други статии от цикъла:
- История на релето
- История на електронните компютри
- История на транзистора
- История на интернет
В Видяхме как първото поколение цифрови компютри беше построено на основата на първото поколение автоматични електрически превключватели – електромагнитни реле. Но когато тези компютри бяха създадени, зад кулисите чакаше своя ред още един цифров превключвател. Релето беше електромагнитно устройство (използващо електричество за управление на механичен превключвател), а новият клас цифрови превключватели беше електронен – основан на новите знания за електрона, появили се в началото на XX век. Тази наука обозначи, че носителят на електрическа сила не е ток, не е вълна, не е поле – а твърда частица.
Устройството, което роди ерата на електрониката, основана на тази нова физика, стана известно като „електронна лампа“ [в САЩ – vacuum tube, или „вакуумна тръба“]. В историята на нейното създаване участват двама души: англичанин и американец . В действителност произходът на електрониката е по-сложен, той се сплита от множество нишки, пресичащи Европа и Атлантика, и се връща назад във времето чак до ранните експерименти с Лейденски банки в средата на XVIII век.
Но в рамките на нашето изложение удобно ще бъде да осветим (каламбур!) тази история, започвайки с Томас Едисън. През 1880-те години Едисън направи интересно откритие, работейки по електрическото осветление – това откритие подготвя сцената за нашата история. Оттук започна по-нататъшното развитие на електронните лампи, което беше необходимо за две технологични системи: нова форма на безжична предаване на съобщения и постоянно разширяващи се телефонни мрежи.
Пролог: Едисън
Едисън обикновено се счита за изобретателя на електрическата крушка. Това му носи едновременно прекалено много и прекалено малко чест. Прекалено много, тъй като само Едисън не е създал светещата лампа. Освен множеството предшествали го изобретатели, чиито творения не достигнаха до търговско приложение, можем да споменем Джоузеф Суон и Чарлз Стърн от Великобритания и американеца Уилям Сойер, които извеждат на пазара крушки едновременно с Едисън. [Честта за изобретението също принадлежи на руския изобретател . Лодыгин беше първият, който се досети да изсмука въздуха от стъклената лампова колба, а след това предложи нишката за нажежаване да се прави не от въглища или въглища, а от тугоплавък вольфрам / бел. ред.]. Всички лампи се състейнха от запечатана стъклена колба, вътре в която се намираше резистивна нишка. При включване на лампата в схемата топлината, възникваща чрез съпротивлението на нишката на тока, я принуждаваше да свети. От колбата бе изсмукан въздух, за да не се запали нишката. Електрическата светлина вече беше известна в големите градове под формата на , използвани за осветление на големи обществени места. Всички тези изобретатели търсеха начин да намалят количеството светлина, вземайки от горящата дъга ярка частичка, достатъчно малка, за да я използват в домовете си вместо газови лампи, и да направят източника на светлина по-безопасен, по-чист и по-ярък.
А какво всъщност направи Едисон – а по-точно, какво създаде неговата индустриална лаборатория – не е просто създаването на източник на светлина. Те построиха цяла електрическа система за осветление на домовете – генератори, проводници за предаване на ток, трансформатори и т.н. От всичко това лампата беше само най-очевидният и видим компонент. Присъствието на името на Едисон в неговите компании, произвеждащи електрическа енергия, не беше просто коленопреклонение пред великия изобретател, както в случая с Bell Telephone. Едисон показа, че не само е изобретател, но и системен архитект. Неговата лаборатория продължи работата си по подобряване на различни компоненти на електрическото осветление дори след техния ранния успех.
Екземпляр от ранните лампи на Едисон
В хода на изследванията около 1883 година, Едисън (а може би един от неговите сътрудници) решава да постави вътре в светеща крушка, наред с нишката, и метален пластина. Причините за този ход не са ясни. Вероятно е била опит да се премахне потъмняването на крушката – вътрешността на стъклената колба с времето натрупвала мистериозна тъмна субстанция. Инженерът, очевидно, се е надявал, че тези черни частици ще бъдат привличани от поставената под напрежение пластина. Към своето учудване той установява, че когато пластината е включена в схемата заедно с положителния край на нишката, величината на тока, преминаващ през нишката, е правопропорционална на интензивността на светенето на нишката. При свързване на пластината с отрицателния край на нишката не се наблюдава нищо подобно.
Едисън решава, че този ефект, по-късно наречен ефекта на Едисън или , може да се използва за измерване или дори управление на „електродвижещата сила“, или напрежението, в електрическата система. По навик той подава заявка за патент на този „електрически индикатор“, а след това се връща на по-важни задачи.
Без проводници
Преместваме се 20 години напред в бъдещето, през 1904-та. По това време в Англия Джон Амброуз Флеминг работи по поръчка на Marconi Company за подобряване на приемника на радиовълни.
Важно е да се разбере какво е било и какво не е било радио по това време, както от гледна точка на инструмента, така и от гледна точка на практиката. Радиото тогава дори не се е наричало „radio“, а „wireless“ – безжично. Терминът „радио“ става преобладаващ едва през 1910-те години. По-специално е било имано предвид безжичния телеграф – система за предаване на сигнали под формата на точки и тирета от изпращача към получателя. Основното му приложение е било комуникацията между кораби и пристанищни служби, и в този контекст морските ведомства от цял свят проявявали интерес.
Някои изобретатели от това време, в частност, , експериментирайки с идеята за радиофона – предаване на гласови съобщения чрез въздуха под формата на непрекъсната вълна. Но радиото в съвременния смисъл се появява едва 15 години по-късно: предаване на новини, истории, музика и други програми за приемна широка аудитория. До тогава всенасочената природа на радиосигналите се смяташе за проблем, който трябваше да бъде решен, а не за особеност, която може да бъде използвана.
Съществуващото по онова време радиооборудване беше добре пригодено за работа с азбуката на Морз и слабо – за всичко останало. Предавателите създаваха Херцеви вълни, изпращайки искра през прекъсване в схемата. Заради това сигналът беше съпровождан от трясък на статичен шум.
Приемниците разпознаваха този сигнал чрез когерер: метални стружки в стъклена тръба, които се събираха под влияние на радиовълните в непрекъсната маса, и по този начин затваряха схемата. След това трябваше да се почука по стъклото, за да се разпаднат стружките и приемникът да бъде готов за следващия сигнал – първоначално това се правеше ръчно, но скоро за целта се появиха и автоматични устройства.
През 1905 година едва започнаха да се появяват , известни също като „котешки мустачки“. Оказа се, че просто като се докосне с проводник до определен кристал, напр. силиций, желязна руда или , можеше да се улови радиосигнал от въздуха. Получените приемници бяха евтини, компактни и достъпни за всеки. Те стимулираха развитието на радиолюбителството, особено сред младежта. Неочакваният ръст на заетостта в ефира, възникнал в резултат на това, доведе до проблеми, тъй като радиоизлъчването се делеше между всички потребители. Невинни разговори на любители можеха случайно да се пресекат с преговори на морския флот, а някои хулигани дори успяваха да издават фалшиви заповеди и да изпращат сигнали за помощ. Държавата неизбежно трябваше да се намеси. Както пише самият Амброуз Флеминг, появата на кристалните детектори
незабавно доведе до изблик на безотговорната радиотелеграфия, породен от безброй любители-електрици и ученици, което наложи стриктна намеса от националните и международните органи, за да се намери разумна и безопасна рамка за развитието.
От необичайните електрически свойства на тези кристали в своето време ще се появи трето поколение цифрови превключватели, след релета и лампи – превключватели, които доминират в нашия свят. Но всичко с време. Описахме сцената, сега да насочим вниманието си към актьора, който току-що се появи под светлините на прожекторите: Амброз Флеминг, Англия, 1904.
Клапан
През 1904 г. Флеминг беше професор по електротехника в Университетския колеж в Лондон и консултант за Marconi Company. Първоначално компанията го наема, за да получи експертиза относно строежа на електрическа станция, но след това той поема задачата да подобри приемника.
Флеминг през 1890 г.
Всеки знаеше, че когерерът е лош приемник по отношение на чувствителността, а разработеният в Marconi магнитен детектор не беше значително по-добър. За да намери заместител, Флеминг реши първо да построи чувствителна схема за откриване на вълни на Герц. Такова устройство, дори и да не стане детектор самостоятелно, ще бъде полезно в бъдещи изследвания.
За целта му беше необходимо да измисли начин за постоянно измерване на силата на тока, създаден от идващите вълни, вместо да използва дискретен когерер (който показваше само състояния включено – когато стърготините се слепваха, или изключено). Но известните устройства за измерване на сила на тока – галванометри – изискваха за работа постоянен, т.е. еднопосочен ток. Променливият ток, предизвикан от радиовълни, сменяше посоката толкова бързо, че нямаше как да се направи измерване.
Флеминг си спомни, че в гардероба му прашасват няколко интересни неща – индикаторни лампи на Едисън. През 1880-те той е бил консултант на Компанията за електрическо осветление на Едисън в Лондон и работил върху проблема с почерняването на лампите. Тогава той е получил няколко копия на индикатора, вероятно от Уилям Прис, главния електрически инженер на британската пощенска служба, който тъкмо се беше върнал от електрическо изложение във Филаделфия. В този период, извън САЩ, контролът над телеграфа и телефона бил обичайна практика за пощенските служби, поради което те били центрове на електротехническа експертиза.
По-късно, през 1890-те, Флеминг сам изучавал ефекта на Едисън, използвайки лампите, получени от Прис. Той показа, че ефектът се състоеше в това, че токът тече в една посока: отрицателният електрически потенциал може да тече от горещата жичка към студения електрод, но не и обратно. Но само през 1904 г., когато пред него застанала задачата за откриване на радиовълни, той осъзна, че този факт може да се използва на практика. Индикаторът на Едисън позволява само на насочените в една посока импулси на променлив ток да преодоляват разривът между жицата и пластината, което ще осигури постоянен и еднопосочен поток.
Флеминг взел една лампа, свързал я последователно с гальванометър и включил искровия предавател. Вуаля – огледалцето се завъртяло, и лъчът светлина се преместил по скалата. Сработило. Той могъл точно да измери входящия радиосигнал.
Прототипите на клапана на Флеминг. Анодът се намира в средата на нишковия контур (горещия катод)
Флеминг нарече своето изобретение «клапан», тъй като позволяваше електричеството да преминава само в една посока. Говорейки с по-общ електротехнически език, това беше изправител – метод за преобразуване на променлив ток в постоянен. След това го нарекли диод, тъй като в него имаше два електрода – горещ катод (жицата), който излъчваше електричество, и студен анод (пластината), който го получаваше. Флеминг внедрил в дизайна няколко подобрения, но по същество устройството не се различавало от индикаторната лампа, изработена от Едисън. Преходът й в ново качество се състоял в изменение на начина на мислене – такова явление сме виждали многократно. Промяната настъпила в света на идеите в главата на Флеминг, а не в света на нещата извън нея.
Сам по себе клапан Флеминга беше полезен. Това беше най-доброто полево устройство за измерване на радиосигнали и приличен детектор сам по себе си. Но светът не беше впечатлен. Взривният растеж на електрониката започна едва след като Ли де Форест добави третия електрод и превърна клапана в реле.
Слушане
Ли де Форест имаше необикновено възпитание за ученик от Йейл. Баща му, респ. Хенри де Форест, беше ветеран от Гражданската война от Ню Йорк, пастор , и свято вярваше, че като проповедник трябва да разпространява божествената светлина на знанието и правосъдието. Отговаряйки на призива на дълга, той прие поканата да стане президент на Колежа Таладега в Алабама. Колежът беше основан след Гражданската война от Американската мисионерска асоциация, базирана в Ню Йорк. Той беше предназначен да обучава и наставлява местните чернокожи жители. Там Ли се чувстваше между чука и наковалнята – местните чернокожи го унижаваха за наивността и страхливостта му, а местните бели – за това, че беше .
И все пак, като младеж, де Форест разви силна увереност в себе си. Той откри в себе си наклонност към механиката и изобретенията – неговата мащабна модел на локомотив стана местно чудо. Още в юношеска възраст, обучавайки се в Таладега, той реши да посвети живота си на изобретенията. След това, будейки се млад човек и живеейки в града Ню Хейвън, синът на пастора отхвърли последните си религиозни убеждения. Те постепенно отпаднаха поради запознанството с дарвинизма, а след това бяха отнесени от вятъра след преждевременната смърт на баща му. Но чувството за наличие на предназначение не напусна де Форест – той се смяташе за гений и се стремеше да стане втория Никола Тесла, богат, знаменит и загадъчен магьосник на електрическата епоха. Неговите съученици от Йейлския университет го смятаха за самодоволен празноглавец. Може би, той е най-малко популярният човек сред всички, които сме срещали в нашата история.
де Форест, ок. 1900
След завършването на обучението си в Йейл през 1899 година, де Форест избира да овладее нарастващото изкуство на безжичната комуникация като път към богатство и слава. През следващите десетилетия той смело и уверено поема по този път. Всичко започва с партньорството му с Ед Смайт в Чикаго. Смайт осигурява средства на техния проект чрез редовни плащания и заедно те разработват собствен детектор на радиовълни, състоящ се от две метални пластини, свързани с лепило, което де Форест нарича "паста" [goo]. Но де Форест не може да чака дълго, за да получи наградите за своя гений. Той се разделя със Смайт и се кооперира с съмнителен финансист от Ню Йорк на име Абрахам Уайт [иронично сменил името си от това, което му е било дадено при раждането, Шварц, за да скрие своите тъмни дела. Уайт/White – (англ.) бял, Шварц/Schwarz – (нем.) черен /бележка на преводача.] основава компанията De Forest Wireless Telegraph Company.
Дейността на компанията е второстепенна за двамата ни герои. Уайт експлоатира невежеството на хората, за да натрупа богатство. Той измамва милиони от инвеститори, които отчаяно се опитват да не изостанат от очаквания бум в радиото. А де Форест, благодарение на значителните средства от тези "лохове", се фокусира върху доказване на своя гений чрез разработка на нова американска система за безжична комуникация (в контекста на европейската система, разработена от Маркони и други).
За съжаление, детекторът на де Форест не работи особено добре. За определен период той разрешава този проблем, заимствайки патентования дизайн на Реджиналд Фессенден за детектор, наречен "жидък барет", състоящ се от два платинени проводника, потопени в ваничка с сярна киселина. Фессенден подава иск за нарушение на патент – и очевидно той би спечелил този процес. Де Форест не може да се успокои, докато не измисли нов детектор, който да принадлежи само на него. През есента на 1906 година той обявява създаването на такъв детектор. На две различни срещи в Американския институт по електротехника, де Форест описва новия си безжичен детектор, наречен "Аудион". Но неговото истинско произход е под въпрос.
Някъде по времето опитите на де Форест да построи нов детектор се въртяха около преминаването на ток през пламък. , което, както смятал той, можеше да бъде асиметричен проводник. Идеята, очевидно, не се увенчава с успех. Някакъв момент през 1905 година той научава за клапана на Флеминг. Де Форест си внушава, че този клапан и устройството му на базата на горелката по принцип не се различават – ако заменим горещия нишка с пламък и я покрием със стъклен съд, за да ограничим газа, ще получим същото устройство. Той разработва серия патенти, повтарящи историята на предшествуващите клапана на Флеминг изобретения, използвайки детектори на базата на газов пламък. Очевидно той иска да присвои приоритета за изобретението, заобикаляйки патента на Флеминг, тъй като работата с бунзеновата горелка е предшествала работата на Флеминг (те започват от 1900 година).
Невъзможно е да се каже дали е било самообман или измама, но в резултат се появява патентът на де Форест от август 1906 година за "опустошен стъклен съд, съдържащ два отделни електрода, между които има газова среда, която при достатъчно нагряване става проводник и образува чувствителен елемент." Оборудването и функционирането на устройството принадлежат на Флеминг, а обяснението на неговата работа – на де Форест. В крайна сметка де Форест загуби патентния спор, въпреки че това отне десет години.
Нетерпеливият читател вече може да започне да се интересува защо отделяме толкова много време на този човек, чиито самопровъзгласен гений се състои в представянето на чужди идеи за свои? Причината се състои в трансформациите, които претерпя Аудион през последните месеци на 1906 година.
По това време де Форест нямаше работа. Уайт и партньорите му избегнаха отговорност във връзка с иска на Фессендена, създавайки нова компания, United Wireless, и заемайки активи на American De Forest за сумата от $1. Де Форест бе изгонен с $1000 отстъпки и няколко безполезни патента, включително и патента за Аудион. Свикнал с разточителен начин на живот, той се сблъсква с сериозни финансови затруднения и отчаяно се опитва да превърне Аудион в голям успех.
За да разберем какво се е случило след това, е важно да знаем, че де Форест е смятал, че е изобретил реле – в контекста на изправителя на Флеминг. Той е направил своя Аудион, свързвайки батерия към студената пластина на клапата, и е смятал, че сигналът в антенната схема (свързана с горещото влакно) модулира по-мощен ток в схемата на батерията. Той е грешил: това не са били две схеми, батерията просто е измествала сигнала от антената, а не го е усилвала.
Но тази грешка се е оказала критична, тъй като е довела де Форест до експерименти с трети електрод в колбата, който е трябвало още повече да разцепи двете схеми на това "реле". Първоначално е добавил втори студен електрод до първия, но после, вероятно под влияние на управляващите механизми, използвани от физиците за пренасочване на лъчи в електронно-лъчеви устройства, той е преместил електрода на мястото между влакното и първичната пластина. Той е решил, че такова положение може да прекъсва потока на електричеството и е променил формата на третия електрод от пластина на вълнообразен проводник, наподобяващ рашпер – и го е нарекъл "мрежа".
Триод Аудион от 1908 година. Влакно (счупено) вляво – катод, вълнообразният проводник – мрежа, закръглената метална пластина – анод. Все още има резба, както обикновената крушка.
И това вече наистина е било реле. Слаб ток (какъвто се получава от радиоантената), подаден на мрежата, е можел да контролира много по-силен ток между влакното и пластината, отблъсквайки заредените частици, опитващи се да преминат между тях. Този детектор е работел много по-добре от клапата, тъй като не само е изправял, но и е усилвал радиосигнала. И, както клапата (и за разлика от когерера), той е могъл да излъчва постоянен сигнал, което е дало възможност да се създаде не само радиотелеграф, но и радиотелефон (а по-късно – предаването на глас и музика).
На практика, той не е работил особено добре. Аудионите на де Форест са били капризни, бързо са изгаряли, производството им е страдало от постоянство на качеството и като усилватели са били неефективни. За да работи конкретен Аудион правилно, е било необходимо да се настройват електрическите параметри на схемата.
Въпреки това, де Форест вярваше в своето изобретение. За неговата реклама той организира нова компания, De Forest Radio Telephone Company, но продажбите се оказаха мизерни. Най-голямият му успех беше продажбата на оборудване за флота за вътрешнофлотска телефония по време на околосветското плаване "". Въпреки това командващият флота, без време да накара предавателите и приемниците на де Форест да работят и да обучи екипа си да ги използва, нареди да ги опаковат и запазят в склад. Освен това новата компания на де Форест, ръководена от последовател на Абрахам Уайт, не беше по-порядъчна от предишната. В допълнение към провалите си, той бързо бе обвинен в измама.
През петте години Аудион не постигна нищо. И отново телефонът ще играе ключова роля в разработването на цифрово реле, този път спасявайки обещаваща, но непроверена технология, която беше на ръба на забвението.
И отново телефонът
Мрежата за далекосъобщения беше централната нервна система на AT&T. Тя свързваше множество местни компании и предоставяше ключово конкурентно предимство след изтичането на патентите на Бел. Присъединявайки се към мрежата на AT&T, новият клиент теоретично можеше да се свърже с всички останали абонати, намиращи се хиляди километри от него – макар че всъщност обажданията на далечни разстояния се правеха рядко. Освен това, мрежата беше реалната основа на всеобхватната идеология на компанията "Една политика, една система, универсален сервис".
Но с началото на второто десетилетие на двадесети век тази мрежа достигна физическия максимум. Колкото по-далеч се простираха телефонните жици, толкова по-слаб и шумен ставаше сигналът, и в крайна сметка речта ставаше практически неразличима. Поради това в САЩ всъщност имаше две мрежи AT&T, разделени от континенталната верига.
За източната мрежа, епицентърът беше Ню Йорк, а механичните репитери и – свързаност, която определяше колко далеч може да достигне човешкият глас. Но тези технологии не бяха всемогъщи. Бобини изменяха електрическите свойства на телефонната схема, намалявайки отслабването на гласовите честоти – но те можеха само да намалят това, а не да го премахнат. Механичните репитери (просто телефонен говорител, свързан с усилващ микрофон) добавяха шум с всяко повторение. Линията от 1911 г. от Ню Йорк до Денвър доведе тази свързаност до максимална дължина. За разширяване на мрежата до целия континент не можеше и да се мисли. Въпреки това, през 1909 г. Джон Карти, главен инженер в AT&T, публично обеща да направи точно това. Той обеща да го направи за пет години – до началото на в Сан Франциско през 1915 г.
Първият, който успя да осъществи такова начинание, използвайки новия телефонен усилвател, не беше американец, а наследник на богато виенско семейство, интересуващ се от наука. Като млад с финансова помощ от родителите си купи телефонна производствена компания и се стремеше да създаде усилвател за телефонни разговори. Към 1906 г. той направи реле на основата на електронно-лучеви тръби, широко използвани по това време в физически експерименти (по-късно станали основа за доминиращата технология за видеоекрани през 20-ти век). Слабият входящ сигнал контролираше електромагнит, който изгибаше лъча, модулирайки по-силния ток в основната схема.
До 1910 г. фон Либен с колегите си, Юджин Рейз и Зигмунд Страус, научиха за Аудиона на де Форест и замениха магнита в тръбата с решетка, контролираща катодните лъчи – този дизайн беше най-ефективният и надминаваше всички разработки, направени до този момент в САЩ. Германската телефонна мрежа скоро прие усилвателя на фон Либен. През 1914 г. благодарение на него се осъществи нервен телефонен разговор на командира на Източнопруската армия с германското командване, разположено на 1000 километра от него, в Кобленц. Това накара началника на щаба да изпрати генералите Гинденберг и Лудендорф на изток, към вечна слава и тежки последствия. Същите усилватели по-късно свързваха германското командване с полевите армии на юг и изток до Македония и Румъния.
Копие на усъвършенствано катодно-лучево реле фон Либена. Катодът е в долната част, анодът е намотката в горната част, а мрежата е кръгло метално фолио в средата.
Въпреки това езиковите и географските бариери, както и войната, доведоха до това, че този дизайн не достигна до САЩ, а скоро го изпревариха други събития.
А през това време де Форест напуска загиващата Radio Telephone Company през 1911 година и се бяга в Калифорния. Там той работи във Федералната телеграфна компания в Пало Алто, основана от завършил Стенфорд. . На номинално ниво де Форест е трябвало да работи върху усилвател, който увеличава силата на изходния сигнал на федералния радиоприемник. Всъщност той, Хербърт ван Етън (опитен телефонен инженер) и Чарлз Логууд (разработчик на приемника) се заели с изграждането на телефонен усилвател, за да спечелят заедно наградата от AT&T, която по слухове била $1 милион.
За целта де Форест извади Аудиона от таванските помещения и до 1912 година те с колегите си вече имаха устройство, готово за демонстрация във телефонната компания. То се състоеше от няколко последователно свързани Аудиона, които създаваха увеличаване в няколко етапа, и още няколко допълнителни компонента. Устройството, по принцип, работеше – можеше да усили сигнала достатъчно, за да чуете как пада носна кърпичка или как тикат джобните часовници. Но само при токове и напрежения, които бяха твърде малки, за да бъдат полезни в телефонията. При увеличение на тока Аудионите започваха да излъчват синкава светлина, а сигналът се превръщаше в шум. Но телефонните инженери бяха достатъчно заинтересовани, за да предадат устройството на своите инженери и да видят какво биха могли да направят с него. Така се случи, че един от тях, млади физик на име Хараолд Арнолд, знаеше точно как да поправи усилвателя на Федералната телеграфна компания.
Дойде времето да обсъдим как работят клапанът и Аудион. Ключовото разбиране, необходимо за обяснението на тяхната работа, се появи в Лабораторията Кевендиш в Кеймбридж – интелектуалният център на новата електронна физика. През 1899 г. Дж. Дж. Томсън показа в експерименти с катодно-лучеви тръби, че частица, притежаваща маса, и станала известна по-късно като електрон, пренася ток от катода към анода. В следващите няколко години Оуън Ричардсън, колега на Томсън, разви това предположение в математическа теория на термоелектронната емисия.
Амброуз Флеминг, инженер, работещ на кратко разстояние с влак от Кеймбридж, беше запознат с тези изследвания. Ясно му беше, че клапанът му работи благодарение на термоелектронната емисия на електрони от нагрята нишка, които преминават през вакуумния разрив до студения анод. Но вакуумът в индикаторната лампа не беше дълбок – за обикновена лампа не беше нужно и толкова. Достатъчно беше да се изсмучи толкова кислород, че нишката да не се запалва. Флеминг осъзна, че за оптималната работа на клапана, той трябва да бъде изсмукан възможно най-старателно, за да не пречи остатъчният газ на потока електрони.
Де Форест не го разбра. Тъй като той стигна до клапана и Аудион чрез експерименти с горелката на Бунзен, убеждението му беше противоположно – че горещият йонизиран газ е работното вещество на устройството и че пълното му отстраняване ще доведе до спиране на работата. Именно поради това Аудион работеше нестабилно и незадоволително като радио приемник, и затова излъчваше синя светлина.
Арнолд в AT&T се оказа в идеалната ситуация да коригира грешката на де Форест. Той беше физик, учил при Робърт Милликен в Университета на Чикаго, и беше нает специално, за да приложи знанията си в новата електронна физика върху задачата за изграждане на телефонна мрежа от край до край. Той знаеше, че лампата на Аудион ще работи най-добре в почти идеален вакуум, знаеше, че новите помпи могат да постигнат такъв вакуум, знаеше, че новият тип нишка, покрит с оксид, заедно с увеличената пластина и мрежа също ще помогнат да се увеличи потока от електрони. По същество, той преобразува Аудион в електронна лампа, чудото на електронната ера.
AT&T получи мощен усилвател, необходим за изграждането на трансконтинентална линия – просто не разполагаше с права за неговото използване. Представителите на компанията се държаха недоверчиво по време на преговорите с де Форест, но проведоха отделен разговор чрез междинен адвокат, който успя да придобие правата за използването на Аудиона като телефонен усилвател за 50 000 долара (около 1,25 млн. долара по курсовете за 2017 г.). Линията Ню Йорк – Сан Франциско беше открита точно навреме, но повече като триумф на техническата виртуозност и корпоративния пиар, отколкото като средство за комуникация. Цената на разговорите беше толкова космическа, че почти никой не можеше да я използва.
Електронна ера
Истинската електронна лампа стана корен на съвсем ново дърво от електронни компоненти. Както реле, електронната лампа постоянно разширяваше възможностите си, когато инженерите откриваха нови начини за настройка на нейното устройство за решаване на конкретни задачи. Растежът на племето "-одов" не спря с диодите и триодите. Той продължи с , добавяйки допълнителна решетка, която поддържаше усилението с нарастващия брой елементи в схемата. Следваха , , а дори и . Появиха се тиристори, запълнени с живак, които светеха с зловещо синьо сияние. Миниатюрни лампи с размерите на малкия пръст на крака или дори жълъд. Лампи с косвен накалящ катод, при които жуженето на източника на променлив ток не нарушаваше сигнала. Книгата "Сага за електронната лампа" [Saga of the Vacuum Tube], описваща растежа на индустрията на лампите до 1930 г., изброява над 1000 различни модела по техния индекс – въпреки че много от тях бяха незаконни копия на недостойни за доверие марки: Алтрон, Перфектрон, Супертрон, Волтрон и т.н.
По-важно е разнообразието на приложенията на електронната лампа, а не толкова формите. Регенеративните схеми превръщали триода в предавател, който произвеждаше гладки и постоянни синусоидални вълни, без шумни искри, способен да предава звука перфектно. С когерера и искрите през 1901 година, Маркони едва можеше да предаде малък откъс от азбуката Морзе през тясна част на Атлантическия океан. През 1915 година, благодарение на електронната лампа като предавател и приемник, AT&T успяха да предадат човешки глас от Арлингтън, Вирджиния до Гонолулу — два пъти по-голямо разстояние. До 1920-те години те комбинираха телефонията на дълги разстояния с висококачествено звуково излъчване и създадоха първите радиомрежи. Така цялата нация скоро можеше да слуша по радиото един и същи глас, било то Рузвелт или Хитлер.
Освен това, възможността за създаване на предаватели, настроени на точна и стабилна честота, позволи на телекомуникационните инженери да реализират дългоочакваната мечта за честотно мултиплексиране, хрумнала на Александър Бел, Едисон и други преди четиридесет години. До 1923 година AT&T разполагаха с десетоканален гласов лини от Ню Йорк до Питсбърг. Възможността за предаване на много гласове по един меден проводник радикално намали цената на междуградските повиквания, която винаги беше достъпна само за най-богатите хора и предприятия. Видявайки какво могат електронните лампи, AT&T изпратиха своите адвокати да изкупят допълнителни права от де Форест, за да осигурят правата за използване на Аудиона във всички налични области на приложение. В крайна сметка те му платиха $390 000, което в днешни пари е еквивалентно на около $7,5 милиона.
Защо, при толкова многостранност, електронните тръби не доминираха в първото поколение компютри както доминираха в радио- и друго телекомуникационно оборудване? Очевидно е, че триодът можеше да бъде цифров превключвател по същия начин, по който е реле. Толкова очевидно, че де Форест дори смятал, че е създал релето много преди наистина да го е създал. И триодът беше много по-отзивчив от традиционното електромеханично реле, тъй като не беше нужно физически да движи якоря. На типично реле му бяха необходими няколко милисекунди за превключване, докато промяната на потока от катода до анода поради смяната на електрическия потенциал на решетката беше почти мигновена.
Но тръбите имаха явен недостатък пред релетата: тяхната тенденция, подобно на предшествениците си, електрическите крушки, да изгарят. Животът на оригиналния аудион на де Форест беше толкова кратък - около 100 часа - че в тръбата имаше резервна нишка, която трябваше да се свърже след изгарянето на първата. Това беше много лошо, но и след това, дори и от тръби с най-добро качество не можеше да се очаква експлоатационен живот над няколко хиляди часа. За компютри с хиляди тръби и дълги часове изчисления, това представляваше сериозен проблем.
Релетата, от друга страна, според Джордж Стибици, бяха "фантастично надеждни". Толкова, че той твърдеше, че
Ако набор от U-образни релета е започнал да работи през първата година от нашата ера и е превключвал контакта веднъж в секунда, той все още би работил и сега. Първият срив в контакта можеше да се очаква не по-рано от хиляда години, някъде през 3000 година.
Освен това, не съществуваше опит за използване на големи електронни схеми, сравними с електромеханичните схеми на телефонните инженери. Радиоприемниците и другото оборудване можеха да съдържат 5-10 тръби, но не и стотици хиляди. Никой не знаеше дали ще може да се накара компютър с 5000 тръби да работи. Избирайки релета вместо тръби, разработчиците на компютри направиха безопасен и консервативен избор.
В следващата част ще видим как и защо тези съмнения бяха преодолени.
Източник: habr.com
