Други статии от цикъла:
- История на реле
- История на електронните компютри
- История на транзистора
- История на интернет
В Ние видяхме как първото поколение цифрови компютри беше построено на основата на първото поколение автоматични електрически превключватели – електромагнитни релета. Но до момента, когато тези компютри бяха създадени, зад кулисите чакаше своето излизане и един нов цифров превключвател. Релето беше електромагнитно устройство (което използваше електричество за управление на механичен превключвател), а новият клас цифрови превключватели беше електронен – основан на новите познания за електрона, които се появиха в началото на XX век. Тази наука показа, че носителят на електрическата сила не беше ток, не вълна, не 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: англичанинът и американецът . Всъщност произходът на електрониката е по-сложен, той се извива от множество нишки, преминаващи през Европа и Атлантика, и се връща назад до ранни експерименти с Лейденски банки през средата на XVIII век.
Но в рамките на нашето изложение е удобно да обсъдим (игра на думи!) тази история, започвайки от Томас Едисън. През 1880-те години Едисън направи интересно откритие, работейки върху електрическото осветление – това откритие подготви сцената за нашата история. Оттук започна по-нататъшното развитие на електронните лампи, които бяха необходими за две технологични системи: новата форма на безжично предаване на съобщения и постоянно разширяващите се телефонни мрежи.
Пролог: Едисън
Едисън обикновено се счита за изобретателя на електрическата крушка. Това едновременно му дава твърде много и твърде малко чест. Твърде много, тъй като не само Едисън е открил светещата лампа. Освен множеството предшествали му изобретатели, чиито творения не достигнаха до комерсиално приложение, можем да споменем Джозеф Свон и Чарлз Стърн от Великобритания и американецът Уилям Сойър, които пуснали на пазара крушки едновременно с Едисън. [Честта за изобретението също принадлежи на руския изобретател . Лодыгин за първи път се досети да изсмуква въздуха от стъклената лампова колба, а след това предложи вместо въглища или вуглени влакна да направи нишката от тугоплавък вольфрам / за справка.]. Всички лампи се състояха от запечатана стъклена колба, вътре в която имаше резистивна нишка. Когато лампата се включеше в схемата, топлината, която възникваше от съпротивлението на нишката на тока, я караше да свети. От колбата беше 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, като вземат ярка част от горящата дъга, достатъчно малка, за да я използват в домовете вместо газови лампи, и да направят източника на светлина по-безопасен, по-чист и по-ярък.
Но това, което Едисон всъщност направи – по-точно, което неговата индустриална лаборатория създаде – не беше просто създаването на източник на светлина. Те построиха цяло електрическо съоръжение за осветление на домовете – генератори, проводници за пренос на ток, трансформатори и т.н. От всичко това, крушката беше само най-очевидният и видим компонент. Присъствието на името на Едисон в неговите компании, произвеждащи електрическа енергия, не беше просто коленопреклонение пред велик inventor, както в случая с Bell Telephone. Едисон показа, че не е само изобретател, а и системен архитект. Неговата лаборатория продължи работата си по усъвършенстването на различни компоненти на електрическото осветление дори след техния ран успешен старт.
Екземпляр от ранните лампи на Едисон
По време на изследвания, някъде около 1883 година, Едисон (или може би един от неговите сътрудници) решил да постави в електрическата крушка заедно с нишката и метален пластини. Причините за този ход не са ясни. Вероятно, това е била опит да се предотврати потъмняването на крушката - вътрешността на стъклената колба с времето натрупвала мистериозно тъмно вещество. Инженерът, очевидно, се е надявал, че тези черни частици ще бъдат привлечени към зарязаната пластина. С учудване той откри, че когато пластината е включена в схемата, заедно с положителния край на нишката, величината на тока, преминаващ през нишката, е право пропорционална на интензивността на светенето на нишката. При свързването на пластината с отрицателния край на нишката, нищо подобно не е наблюдавано.
Едисон реши, че този ефект, по-късно наречен ефектът на Едисон или , може да се използва за измерване или дори управление на „електродвижещата сила“ или напрежението в електрическата система. Поради навика той подаде заявление за патент на този „електрически индикатор“, а след това се върна към по-важни задачи.
Безжично
Пренасяме се 20 години напред, в 1904 година. През това време в Англия Джон Амброуз Флеминг работеше по поръчка на Marconi Company за подобряване на приемника на радиовълни.
Важно е да разберем какво е било и какво не е било радиото тогава, както от гледна точка на инструмента, така и от практическа гледна точка. Радиото тогава дори не беше наричано „radio“, а „wireless“, безжично. Терминът „радио“ стана преобладаващ едва през 1910-те. Конкретно ставаше въпрос за безжичен телеграф – система за предаване на сигнали под формата на точки и тирета от изпращача на получателя. Основното му приложение беше свързано с комуникацията между кораби и пристанищни служби и в този смисъл интересуваше морските ведомства по целия свят.
Някои от изобретателите от това време, по-специално, , експериментирали с идеята за радиотефон – предаване на гласови съобщения през въздуха под формата на непрекъсната вълна. Но широковещаването в съвременния смисъл възникна едва 15 години по-късно: предаване на новини, истории, музика и други програми за широкообхватна аудитория. До тогава всенаправеният характер на радиосигналите се смяташе за проблем, който трябва да бъде решен, а не като особеност, която може да се използва.
Съществуващото по това време радиообурудване беше добре пригодено за работа с азбуката на Морзе и лошо – за всичко останало. Предавателите създаваха Херцови вълни, изпращайки искра през разрив в схемата. Затова сигналът съпровождался с треска от статиката.
Приемниците разпознаваха този сигнал чрез кохерер: метални стърготини в стъклена тръба, които се събираха под въздействието на радиовълни в непрекъсната маса, и по този начин замикали схемата. След това трябваше да се почука по стъклото, за да се разпаднат стърготините и приемникът да бъде готов за следващия сигнал – първоначално това се правеше ръчно, но скоро за това се появиха и автоматични устройства.
През 1905 година едва започнаха да се появяват , известни също като "котешки мустачки". Оказа се, че просто докосвайки проводник на определен кристал, например, силиций, желязна пирит 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 наплив на занимания в ефира, възникнал в следствие на това, доведе до проблеми, тъй като радио ефирът беше споделен между всички потребители. Невинните разговори на любителите можеха случайно да се пресекат с преговорите на морския флот, а някои хулигани даже успяваха да дават фалшиви заповеди и да изпращат сигнал за помощ. Държавата неизбежно трябваше да интервентира. Както самият Амброз Флеминг е писал, появата на кристалните детектори
незабавно доведе до нарастване на безотговорната радиотелеграфия заради постъпките на множество любители електротехници и студенти, което наложи строгото намесване на националните и международни власти, за да се поддържат нещата в разумни и безопасни рамки.
От необичайните електрически свойства на тези кристали ще се появи трето поколение цифрови превключватели, след реле и лампи – превключватели, които доминират в нашия свят. Но всичко е с времето си. Описахме сцената, сега върнете вниманието си към актьора, който току-що се появи в светлината на прожекторите: Амброуз Флеминг, Англия, 1904.
Клапан
През 1904 Флеминг беше професор по електротехника в Университетския колеж в Лондон и консултант за Marconi Company. Първоначално фирмата го нае, за да получи експертна оценка за строежа на електрическа станция, но след това той пое задачата за подобряване на приемника.
Флеминг през 1890-та
Всички знаеха, че когерерът беше лош приемник от гледна точка на чувствителността, а магнитният детектор, разработен в Macroni, не беше особено по-добър. За да му намери заместител, Флеминг първо реши да построи чувствителна схема за откриване на Герцови вълни. Такова устройство, дори и да не е детектор само по себе си, ще бъде полезно в бъдещи изследвания.
За целта му беше нужно да измисли начин постоянно да измерва силата на тока, генерирана от идващите вълни, вместо да използва дискретен когерер (който показваше само състояния включено – когато стружките се слепват, или изключено). Но известните уреди за измерване на сила на тока – гальванометри – изискваха за работа постоянен, тоест еднопосочен ток. Променливият ток, възбуден от радиовълните, сменяше посоката толкова бързо, че никакво измерване не би било възможно.
Флеминг си спомни, че в шкафа му се прахосят няколко интересни вещи – индикаторни лампи на Едисън. През 1880-те години той беше консултант на Компанията за електрическо осветление на Едисън в Лондон и работеше по проблема с почерняването на лампите. Тогава той получи няколко копия на индикатора, вероятно от Уилям Приус, главен инженер-електрик на британската Пощенска служба, който тъкмо се беше върнал от електрическото изложение в Филаделфия. В онези времена, извън САЩ, контролът над телеграфа и телефона беше обичайна практика за пощенските служби, които бяха центрове на електротехническа експертиза.
По-късно, през 1890-те години, Флеминг сам проучва ефекта на Едисън, използвайки лампите, получени от Приус. Той показа, че ефектът се изразява в това, че токът тече в една посока: отрицателният електрически потенциал може да тече от горещата нишка към студения електрод, но не и обратно. Но едва през 1904 година, когато пред него възникна задачата за откриване на радиовълни, той осъзна, че този факт може да бъде използван на практика. Индикаторът на Едисън позволяваше само на насочени в една посока импулси на променлив ток да преодоляват разликата между нишката и пластината, създавайки постоянен и еднопосочен поток.
Флеминг взел една лампа, свързал я последователно с гальванометър и включил искровия предавател. Вуаля – огледалото се завъртяло и лъч светлина се преместил на скалата. Сработи. Той могъл точно да измери входящия радиосигнал.
Прототипи на клапана на Флеминг. Анодът се намира в средата на нишковата бобина (горещ катод).
Флеминг нарече своето изобретение "клапан", тъй като то позволяваше електричеството да преминава само в една посока. Говорейки с по-общи електротехнически термини, това беше изправител – метод за преобразуване на променлив ток в постоянен. По-късно го нарекоха диод, тъй като в него имаше два електрода – горещ катод (нишка), излъчващ електричество, и студен анод (пластина), получаващ го. Флеминг въведе някои подобрения в дизайна, но по същество устройството не се различаваше от индикаторната лампа, произведена от Едисън. Преходът му в ново качество се случи в резултат на промяна в начина на мислене – такова явление вече сме виждали многократно. Промяната се случи в света на идеите в главата на Флеминг, а не в света на нещата извън нея.
Самият клапан на Флеминг беше полезен. Това беше най-доброто портативно устройство за измерване на радиосигнали и приемливо детектор сам по себе си. Но светът не беше разтресен от него. Взривният растеж на електрониката започна едва след като Ли де Форест добави трети електрод и превърна клапана в реле.
Слушане
Ли де Форест имаше необичайно възпитание за ученик от Йейл. Неговият баща, преподобния Генри де Форест, беше ветеран от Гражданската война от Ню Йорк, пастор , и твърдо вярваше, че като проповедник трябва да разпространява божествената светлина на знанието и правосъдието. В отговор на призива на дълга, той прие поканата да стане президент на Таладегския колеж в Алабама. Колежът беше основан след Гражданската война от Американската мисионерска асоциация, базирана в Ню Йорк. Той беше предназначен за обучаване и наставление на местните чернокожи жители. Там Ли се чувстваше между чука и наковалнята – местните чернокожи го унижаваха за наивност и страхливост, а местните бели – заради това, че беше .
И все пак, през юношеството си, де Форест разви твърда увереност в себе си. Той откриваше в себе си склонност към механика и изобретения – неговата мащабна моделна локомотива стана местно чудо. Още в тийнейджърска възраст, обучавайки се в Таладега, той реши да посвети живота си на изобретенията. По-късно, будейки се като млад мъж в Ню Хейвън, синът на пастора свали последните религиозни убеждения. Те постепенно се оттеглиха заради запознаването с дарвинизма, а след това изчезнаха като по чудо след преждевременната смърт на баща му. Но чувството за наличие на предназначение не напусна де Форест – той смяташе себе си за гений и се стремеше да бъде втория Никола Тесла, богат, известен и загадъчен магьосник на ерата на електричеството. Неговите състуденти от Йейл го смятаха за самодоволен графоман. Може би, той е най-малко популярен човек, който сме срещали в историята.
де Форест, ок. 1900
Завършвайки обучението си в Йейлския университет през 1899 година, де Форест избра да се посвети на нарастващото изкуство на предаването на безжични сигнали, като път към богатство и слава. През следващите десетилетия той настойчиво следваше този път с голяма решителност и увереност, без никакво колебание. Всичко започна с партньорството между де Форест и неговия партньор Ед Смайт в Чикаго. Смайт поддържаше тяхното предприятие на повърхността чрез редовни плащания, а заедно разработиха собствен детектор на радиовълни, състоящ се от две метални пластини, свързани с лепило, което де Форест наричаше "паста" [goo]. Но де Форест не можеше да чака дълго за наградите за своята гениалност. Той се отърва от Смайт и се свърза с спорен финансист от Ню Йорк на име Абрахам Уайт [иронично сменил името си от даденото му при раждането, Шварц, за да скрие тъмните си дела. Уайт/White – (англ.) бял, Шварц/Schwarz – (нем.) черен / бел. прев.], основавайки компанията De Forest Wireless Telegraph Company.
Самата дейност на компанията беше второстепенна за двамата ни герои. Уайт се възползваше от невежестта на хората, за да напълни собствените си джобове. Той измамваше милиони от инвеститори, които се опитваха с всички сили да не изостават от очаквания бум на радиото. А де Форест, благодарение на обилния приток на средства от споменатите "наивници", се фокусира на това да докаже гения си чрез разработването на нова американска система за безжично предаване на информация (в контекста на европейската, разработена от Маркони и други).
За съжаление на американската система, детекторът на де Форест не работеше особено добре. За известно време той реши този проблем, заемайки патентования дизайн на Реджиналд Фессенден за детектор, наречен "течен барет" – два платинови проводника, потопени в ваничка с сярна киселина. Фессенден заведе съдебен иск за нарушение на патента – и очевидно щеше да спечели този спор. Де Форест не можеше да се успокои, докато не създаде нов детектор, който да принадлежи само на него. През есента на 1906 година той обяви създаването на такъв детектор. На две отделни срещи в Американския институт по електротехника де Форест описа новия си безжичен детектор, наречен "Аудион". Но истинският му произход поражда съмнения.
Някакво време опитите на де Форест да създаде нов детектор се въртяха около преминаването на ток през пламък , което, според него, можеше да бъде асиметричен проводник. Идеята явно не е била успешна. В някакъв момент през 1905 година той научава за клапана на Флеминг. Де Форест забива в себе си, че този клапан и неговото устройство, основаващо се на горелка, по принцип не се различават – ако заменим горещия проводник с пламък и го покрием със стъклен съд, за да ограничим газа, получаваме същия клапан. Той разработва серия патенти, повтарящи историята на предшестващите клапана на Флеминг изобретения, използвайки детектори на основата на газов пламък. Очевидно е, че е искал да присвои приоритета за изобретение, заобикаляйки патента на Флеминг, тъй като работата с горелка Бунзена предшестваше работата на Флеминг (те са започнали през 1900 г.).
Не е възможно да се каже дали това е било самообман или измама, но в резултат се появява патентът на де Форест от август 1906 г. за „опустошен стъклен съд, съдържащ два отделни електрода, между които съществува газова среда, която при достатъчно нагряване става проводник и образува чувствителен елемент“. Обществото и функционирането на устройството принадлежат на Флеминг, а обяснението на неговата работа – на де Форест. В крайна сметка де Форест губи патентния спор, макар че това отнема десет години.
Нетерпеливият читател вече може да започне да се интересува защо влагаме толкова много време в този човек, чието самопровъзгласено гениално допринасяне е в представянето на чужди идеи за свои? Причината се крие в преобразованията, които Аудион е претърпял през последните месеци на 1906 година.
По това време де Форест нямаше работа. Уайт и партньорите му избягат от отговорност във връзка с иска на Фессендена, създавайки нова компания, United Wireless, и заимствайки активите на American De Forest за сума от 1 $. Де Форест беше изгонен с 1000 $ отстъпки и няколко безполезни патента на ръце, включително и патента на Аудион. Свикнал с разточителен начин на живот, той се сблъска с сериозни финансови затруднения и отчаяно се опитваше 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 Флеминг. Той направи своя Аудион, свързвайки батерия към студената плоча на вентила, и смяташе, че сигналът в антена схема (свързана с горещото влакно) модулира по-силен ток в схемата на батерията. Той се е лъгал: това не бяха две схеми, батерията просто измествала сигнала от антената, а не го усилвала.
Но тази грешка стана критична, защото доведе де Форест до експерименти с третия електрод в колбата, който трябваше да разедини още повече двете схеми на това "реле". Първоначално той добави втори студен електрод близо до първия, но след това, вероятно под влияние на управляващите механизми, използвани от физиците за пренасочване на лъчи в електронно-лъчеви устройства, той премести електрода на мястото между влакното и първичната плоча. Той реши, че такава позиция може да прекъсне потока на електричеството и промени формата на третия електрод от плоча на вълнист проводник, наподобяващ рашпер – и го нарече "решетка".
Триод Аудион от 1908 година. Влакното (разкъсано) отляво е катод, вълнистият проводник – решетка, закръглената метална плоча – анод. Той все още има резба, както обикновената крушка.
И това вече наистина беше реле. Слаб ток (такъв, какъвто получаваме от радиоантена), подаван на решетката, можеше да контролира много по-силен ток между влакното и плочата, отблъсквайки заредените частици, опитващи се да преминат между тях. Този детектор работеше много по-добре от вентила, тъй като не просто изправяше, но и усилваше радиосигнала. И, както и вентила (и за разлика от когератора), той можеше да издаде постоянен сигнал, което позволи да се създаде не само радиотелеграф, но и радиотелефон (а по-късно - предаване на глас и музика).
На практика той не работеше особено добре. Аудионите на де Форест бяха капризни, бързо изгаряха, производството им не беше последователно по качество, и като усилватели бяха неефективни. За да работи конкретния Аудион правилно, беше нужно да се настройват електрическите параметри на схемата.
Въпреки това, де Форест вярваше в своето изобретение. За рекламата му организира нова компания, De Forest Radio Telephone Company, но продажбите се оказаха мизерни. Най-голям успех бе продажбата на оборудване за флота за вътрешнофлотска телефония по време на околосветското плаване на „“. Въпреки това, командващият флота, без време да накара предавателите и приемниците на де Форест да работят и да обучи екипа им, нареди да ги опаковат и оставят в хранилището. Освен това, новата компания на де Форест, ръководена от последовател на Абрахам Уайт, не бе по-порядъчна от предишната. В допълнение към провалите си, той скоро попадна под обвинение в измама.
През пет години Аудион не постигна нищо. И отново телефонът ще играе ключова роля в разработването на цифров реле, този път спасявайки обещаваща, но непроверена технология, която беше на прага на забвение.
И отново телефонът
Мрежата за далечна комуникация 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 theoretically би могъл да се свърже с всички останали абонати, намиращи се на хиляди километри от него - въпреки че всъщност обажданията на дълги разстояния се правеха рядко. Освен това, мрежата беше материалната основа за всеобхватната идеология на компанията „Една политика, една система, универсален сервис“.
Но с началото на второто десетилетие на двадесетия век тази мрежа достигна физическия максимум. Колкото по-дълги бяха телефонните жици, толкова по-слаб и по-шумен ставаше сигналът, преминаващ през тях, и накрая речта ставаше практически неразличима. Поради това в САЩ всъщност имаше две мрежи на AT&T, разделени от континенталния хребет.
За източната мрежа ключовото място беше Ню Йорк, а механичните репитери и – връзка, определяща колко далеч може да достигне човешкият глас. Но тези технологии не бяха всемогъщи. Бобините променяха електрическите свойства на телефонната схема, намалявайки отслабването на звуковите честоти – но те само можеха да го намалят, а не да го премахнат. Механичните репитери (само телефонен динамик, свързан с усилващ микрофон) добавяха шум с всяко повторение. Линията от 1911 година между Ню Йорк и Денвър достигна максималната дължина на тази връзка. Дори не можеше да става дума за разширяване на мрежата из цял континент. Въпреки това, през 1909 година Джон Карти, главният инженер на AT&T, публично обеща да направи именно това. Той обеща да го направи за пет години – до началото на в Сан Франциско през 1915 година.
Първият, който успя да направи такова начинание възможно благодарение на новия телефонен усилвател, не беше американец, а наследник на богато виенско семейство, интересуващ се от наука. Като млад с помощта на средствата на родителите си купи телефонна производствена компания и реши да направи усилвател за телефонни разговори. До 1906 година той създаде реле, основано на електронно-лъчеви тръби, които по това време бяха широко използвани в физични експерименти (а по-късно станаха основа за доминиращата технология на видеоекраните през XX век). Слабият входящ сигнал контролираше електромагнит, който изкривяваше лъча, модулиращ тук по-силен ток в основната схема.
До 1910 година фон Либен с колегите си, Юджин Рейз и Зигмунд Страус, научиха за Аудион на де Форест и замениха магнита в тръбката с мрежа, контролираща катодните лъчи – този дизайн беше най-ефективният и надминаваше всички разработки, направени до момента в САЩ. Германската телефонна мрежа бързо прие усилвателя на фон Либен. През 1914 година благодарение на него стана възможно нервен телефонен разговор на командира на Източнопруската армия с немския щаб, разположен на 1000 километра от него, в Кобленц. Това принуди началника на щаба да изпрати генералите Хинденбург и Людендорф на изток, към вечна слава и с тежки последствия. Подобни усилватели по-късно свързваха немския щаб с полевите армии на юг и изток до Македония и Румъния.
Копие на усъвършенствано катодно-лъчева реле на Либен. Катодът е отдолу, анодът – намотката отгоре, а мрежата – кръгла метална фолия в средата.
Но езиковите и географските бариери, както и войната, доведоха до това, че този дизайн не достигна до САЩ, а скоро бяха настигнати от други събития.
И в това време де Форест напусна затруднената Radio Telephone Company през 1911 г. и избяга в Калифорния. Там той се устрои в Федералната телеграфна компания в Пало Алто, основана от възпитаник на Станфорд. . Номинално де Форест трябваше да работи върху усилвателя, увеличаващ звуковата мощност на изходния сигнал на федералния радиоприемник. Всъщност той, Хербърт ван Еттан (опитен телефонен инженер) и Чарлз Логууд (разработчик на приемници) започнаха да създават телефонен усилвател, за да получат награда от AT&T, която, по слухове, възлизаше на 1 млн. $.
За това де Форест извади Аудион от склада, и до 1912 г. той и колегите му вече имаха устройство, готово за демонстрация в телефонната компания. То се състоеше от няколко свързани последователно Аудиона, които осигуряваха усилване в няколко етапа, плюс няколко допълнителни компонента. Устройството по принцип работеше – то можеше да усили сигнала достатъчно, за да чуете как пада носна кърпичка или как тиктаят джобни часовници. Но само при токове и напрежения, твърде малки, за да бъдат полезни в телефонната комуникация. При увеличаване на тока Аудионите започваха да излъчват синьо сияние, а сигналът се преобразуваше в шум. Но телефонните инженери бяха достатъчно заинтересовани, за да предадат устройството на своите инженери и да видят какво могат да направят с него. Така се случи, че един от тях, младият физик Харолд Арнолд, знаеше как точно да поправи усилвателя от Федералната телеграфа.
Време е да обсъдим как точно работиха клапанът и Аудион. Ключовото разбиране, необходимо за обяснението на тяхната работа, се появи в Лабораторията Кэвендиша в Кеймбридж – интелектуален център на новата електронна физика. През 1899 година там Дж. Дж. Томсън показа в експерименти с катодно-лъчеви тръби, че частица, притежаваща маса и станала известна по-късно като електрон, пренася ток от катода към анода. През следващите години Оуън Ричардсън, колега на Томсън, разви това предположение в математическа теория на термоелектронната емисия.
Амброз Флеминг, инженер, работещ на кратко разстояние с влак от Кеймбридж, беше запознат с тези разработки. Ясно му беше, че неговият клапан работи благодарение на термоелектронната емисия на електрони от нагрята нишка, преминаваща през вакуумната междина до студения анод. Но вакуумът в индикаторната лампа не беше дълбок – за обикновена лампичка това не беше необходимо. Достатъчно беше да се изтегли толкова кислород, че нишката да не гори. Флеминг осъзна, че за най-добра работа на клапана трябва да се изсмуква възможно най-добре, за да не пречи останалият газ на потока електрони.
Де Форест не разбра това. Тъй като той стигна до клапана и Аудиона чрез експерименти с горелката на Бунзен, неговото убеждение беше противоположно – че горещият йонизиран газ е работната среда на устройството и че пълното му премахване ще доведе до спиране на работата. Именно поради това Аудион работеше нестабилно и неудовлетворително като радиоприемник и именно затова излъчваше синя светлина.
Арнолд в AT&T се оказа в идеалната ситуация, за да поправи грешката на де Форест. Той беше физик, обучавал се при Робърт Милликен в Чикагския университет и беше нает специално, за да прилага познанията си в новата електронна физика за изграждане на телефонна мрежа от край до край. Знаеше, че лампата на Аудиона ще работи най-добре в почти идеален вакуум, знаеше, че новите помпи могат да постигнат такъв вакуум, знаеше, че нов тип нишка, покрита с оксид, заедно с увеличена плоча и решетка също ще увеличат потока електрони. С други думи, той превърна Аудиона в електронна лампа, чудотворец на електронната ера.
AT&T получи мощен усилвател, необходим за изграждането на трансконтинентална линия – нямаше само права за неговото използване. Представителите на компанията се държаха недоверчиво по време на преговорите с де Форест, но проведоха отделен разговор чрез трети адвокат, успял да acquired права за използването на Аудиона като телефонен усилвател за $50 000 (около $1,25 млн в доларите от 2017 година). Линията Ню Йорк – Сан Франциско отвори точно навреме, но повече като триумф на техническата виртуозност и корпоративната реклама, 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 напълно ново дърво от електронни компоненти. Както и релето, електронната лампа постоянно разширяваше възможностите си за приложение, когато инженерите намираха нови начини да адаптират нейното устройство за решаване на конкретни задачи. Растежът на племето „-одов“ не приключи с диодите и триодовете. Той продължи с , добавяйки допълнителна мрежа, поддържаща усилването с увеличаване на елементите в схемата. Следваха , , и дори . Появиха се тиратрони, запълнени с живак, светейки със зловещ синьо светло. Миниатюрни лампи с размер на малкия пръст на крака или дори жълъд. Лампи с катод за косвено нагряване, при които жуженето от източника на променлив ток не нарушаваше сигнала. Книгата „Сага на електронната лампа“ [Saga of the Vacuum Tube], описваща растежа на индустрията на лампите до 1930 година, изброява повече от 1000 различни модела по техния индекс – макар че много от тях бяха незаконни копия от ненадеждни брандове: Алтрон, Перфектрон, Супертрон, Волтрон и т.н.
По-важност на разнообразието от форми, разнообразието от приложения на електронната лампа бе още по-значимо. Регенеративните схеми преобръщаха триода в предавател, който произвеждаше гладки и постоянни синусоидални вълни, без шумни искри, и можеше да предава звук абсолютно идеално. С когерера и искри, през 1901 година, Маркони едва успяваше да предаде малък фрагмент от азбука Морзе през тясна част от Атлантическия океан. През 1915 г. с помощта на електронната лампа като предавател и приемник, AT&T можеше да предава човешки глас от Арлингтън, Вирджиния до Хонолулу — два пъти по-дълго разстояние. През 1920-те години те комбинираха дълговълновата телефония с висококачествено звуково радиопредаване и създадоха първите радиомрежи. По този начин, съвсем скоро, цялата нация можеше да слуша по радиото един и същ глас, независимо дали е Рузвелт или Хитлер.
Освен това, възможността за създаване на предаватели, настроени на точна и стабилна честота, позволи на телекомуникационните инженери да реализират дългогодишната мечта за честотно мултиплексиране, която привличаше Александър Бел и Едисон преди четиридесет години. Към 1923 г. AT&T имаше десетканална гласова линия от Ню Йорк до Питсбърг. Възможността за предаване на множество гласове по един меден проводник радикално намали разходите за дълги разговори, които заради високата цена винаги бяха достъпни само за най-богатите хора и компании. Видели какво могат електронните лампи, AT&T изпратиха адвокатите си да закупят допълнителни права от де Форест, за да осигурят правата за използване на Аудиона във всички възможни области на приложение. В сумата те му платиха 390 000 долара, което в днешни пари е еквивалентно на около 7,5 милиона долара.
Защо, при такова разнообразие, електронните лампи не доминираха в първото поколение компютри, както го направиха в радиото и друго телекомуникационно оборудване? Очевидно е, че триода можеше да бъде цифров превключвател точно като релето. Толкова очевидно, че де Форест дори смяташе, че е създал релето, преди всъщност да го е направил. А триода бе много по-отзивчив от традиционното електромеханично реле, тъй като не беше необходимо физически да се движи якоря. Типично реле за превключване отнемаше няколко милисекунди, а промяната на потока от катода до анода поради смяната на електрическия потенциал на решетката беше почти мигновена.
Но лампите имаха явен недостатък пред релетата: тяхната тенденция, подобно на предшествениците им, електрическите крушки, да изгарят. Животът на оригиналния аудион на де Форест беше толкова кратък – около 100 часа – че в него имаше резервна жичка, която трябваше да се свързва след изгарянето на първата. Това беше много лошо, но дори и след това, от лампите с най-добро качество не можеше да се очаква живот по-дълъг от няколко хиляди часа. За компютри с хиляди лампи и часове изчисления, това беше сериозен проблем.
Релетата, от друга страна, според Джордж Стибица, бяха „фантастично надеждни“. Толкова много, че той твърдеше,
Че ако комплект от U-образни релета беше започнал работа в първата година от новата ера и превключваше контакта веднъж в секунда, той все още щеше да работи и днес. Първата повреда в контакта можеше да се очаква не по-рано от хиляда години, някъде през 3000-та година.
Освен това не съществуваше опит в използването на големи електронни схеми, сравними с електромеханичните схеми на телефонните инженери. Радиоприемниците и другото оборудване можеха да съдържат 5-10 лампи, но не и стотици хиляди. Никой не знаеше дали би могъл да се накара компютър с 5000 лампи да работи. Избирайки релета вместо лампи, разработчиците на компютри направиха безопасен и консервативен избор.
В следващата част ще видим как и защо успяха да преодолеят тези съмнения.
Източник: habr.com
