Další články ze série:
- Historie relé
- Historie elektronických počítačů
- Historie tranzistoru
- historie internetu
В viděli jsme, jak byla první generace digitálních počítačů postavena na základě první generace automatických elektrických spínačů - elektromagnetických relé. Ale v době, kdy byly tyto počítače vytvořeny, v zákulisí čekal další digitální přepínač. Relé bylo elektromagnetické zařízení (využívalo elektřinu k ovládání mechanického spínače) a nová třída digitálních spínačů byla elektronická – na základě nových poznatků o elektronu, které se objevily na počátku XNUMX. století. Tato věda naznačila, že nositelem elektrické síly nebyl proud, ani vlna, ani pole – ale pevná částice.
Zařízení, které dalo vzniknout éře elektroniky založené na této nové fyzice, se stalo známým jako elektronka. Historie jeho vzniku zahrnuje dva lidi: Angličana a americký . Ve skutečnosti jsou počátky elektroniky složitější, s mnoha vlákny překračujícími Evropu a Atlantik, sahající až k časným experimentům s leydenskými sklenicemi v polovině XNUMX. století.
Ale v rámci naší prezentace bude vhodné pokrýt (slovní hříčka!) tuto historii, počínaje Thomasem Edisonem. V 1880. letech XNUMX. století Edison při práci na elektrickém osvětlení učinil zajímavý objev – objev, který připravuje půdu pro náš příběh. Odtud přišel další vývoj elektronek, potřebných pro dva technologické systémy: novou formu bezdrátového zasílání zpráv a stále se rozšiřující telefonní sítě.
Prolog: Edison
Edison je obecně považován za vynálezce žárovky. To mu dělá příliš mnoho a zároveň příliš málo cti. Příliš mnoho, protože Edison nebyl jediný, kdo vynalezl světelnou lampu. Kromě zástupu vynálezců, kteří mu předcházeli, jejichž výtvory nedosáhly komerčního uplatnění, můžeme zmínit Josepha Swana a Charlese Sterna z Británie a Američana Williama Sawyera, který žárovky na trh přinesl ve stejné době jako Edison. [Čest vynálezu patří také ruskému vynálezci . Lodygin byl první, kdo uhodl pumpovat vzduch ze skleněné baňky lampy, a pak navrhl vyrobit vlákno ne z uhlí nebo zuhelnatělých vláken, ale ze žáruvzdorného wolframu / cca. překlad]. Všechny lampy se skládaly z uzavřené skleněné baňky, uvnitř které bylo odporové vlákno. Když byla lampa připojena k obvodu, teplo generované odporem vlákna vůči proudu způsobilo, že žhnulo. Vzduch byl odčerpán z baňky, aby se zabránilo vzplanutí vlákna. Elektrické světlo bylo již ve velkých městech známé v podobě , sloužící k osvětlení velkých veřejných míst. Všichni tito vynálezci hledali způsob, jak snížit množství světla odebráním jasných částic z hořícího oblouku, dostatečně malých na to, aby je bylo možné použít v domácnostech jako náhrady plynových lamp, a učinit světelný zdroj bezpečnějším, čistším a jasnějším.
А что Эдисон действительно сделал – а точнее, создала его промышленная лаборатория – это не просто создание источника света. Они построили целую электрическую систему для освещения домов – генераторы, провода для передачи тока, трансформаторы, и т.п. Из всего этого лампочка была только самым очевидным и видимым компонентом. Присутствие имени Эдисона в его компаниях, производивших электроэнергию, было не простым коленопреклонением перед великим изобретателем, как в случае с Bell Telephone. Эдисон показал себя не только изобретателем, но и системным архитектором. Его лаборатория продолжала работу по улучшению различных компонентов электрического освещения даже после их раннего успеха.
Příklad raných Edisonových lamp
Během výzkumu kolem roku 1883 se Edison (a možná jeden z jeho zaměstnanců) rozhodl uzavřít kovovou desku do svítící lampy spolu s vláknem. Důvody tohoto jednání jsou nejasné. Možná to byl pokus eliminovat ztmavnutí lampy – uvnitř skla baňky se postupem času nahromadila tajemná tmavá látka. Inženýr zřejmě doufal, že tyto černé částice budou přitahovány k nabuzené desce. Ke svému překvapení zjistil, že když byla destička zapojena do obvodu spolu s kladným koncem vlákna, množství proudu procházejícího vláknem bylo přímo úměrné intenzitě žhavení vlákna. Při připojení destičky k zápornému konci závitu nebylo nic takového pozorováno.
Edison rozhodl, že tento efekt, později nazývaný Edisonův efekt resp , lze použít k měření nebo dokonce řízení „elektromotorické síly“ nebo napětí v elektrickém systému. Ze zvyku požádal o patent na tento „elektrický indikátor“ a pak se vrátil k důležitějším úkolům.
Bez drátů
Pojďme rychle vpřed o 20 let do budoucnosti, do roku 1904. V té době v Anglii John Ambrose Fleming pracoval na pokynech od Marconi Company ke zlepšení přijímače rádiových vln.
Je důležité pochopit, co rádio v této době bylo a nebylo, jak z hlediska nástroje, tak z hlediska praxe. Rádiu se tehdy ještě neříkalo „rádio“, říkalo se mu „bezdrátové“. Termín „rádio“ se stal převládajícím až v 1910. Konkrétně měl na mysli bezdrátovou telegrafii – systém pro přenos signálů ve formě teček a čárek od odesílatele k příjemci. Jeho hlavní aplikací byla komunikace mezi loděmi a přístavními službami a v tomto smyslu se o něj zajímaly námořní úřady po celém světě.
Někteří vynálezci té doby, zejména , experimentoval s myšlenkou radiotelefonu - přenos hlasových zpráv vzduchem ve formě kontinuální vlny. Vysílání v moderním smyslu se však objevilo až o 15 let později: vysílání zpráv, příběhů, hudby a dalších programů pro příjem širokým publikem. Do té doby byla všesměrová povaha rádiových signálů považována spíše za problém, který je třeba vyřešit, než za vlastnost, kterou lze využít.
Rádiové zařízení, které v té době existovalo, se dobře hodilo pro práci s morseovkou a špatně se hodilo pro všechno ostatní. Vysílače vytvořily Hertzovské vlny tím, že vyslaly jiskru přes mezeru v obvodu. Proto byl signál doprovázen praskáním statické elektřiny.
Přijímače rozpoznaly tento signál přes koherer: kovové piliny ve skleněné trubici, sražené dohromady vlivem rádiových vln do souvislé hmoty, a tím se obvod uzavřel. Poté bylo třeba poklepat na sklo, aby se piliny rozpadly a přijímač byl připraven na další signál - nejprve se to dělalo ručně, ale brzy se na to objevila automatická zařízení.
V roce 1905 se právě začaly objevovat , také známý jako "kočičí vous". Ukázalo se, že pouhým dotykem určitého krystalu drátem, například křemíkem, pyritem železa nebo , bylo možné vylovit rádiový signál ze vzduchu. Výsledné přijímače byly levné, skladné a dostupné pro každého. Podnítily rozvoj radioamatérství, zejména mezi mládeží. Náhlý nárůst obsazenosti vysílacího času, který tím vznikl, vedl k problémům v důsledku rozdělení vysílacího času rádia mezi všechny uživatele. Nevinné rozhovory mezi amatéry se mohly náhodně protnout s vyjednáváním námořní flotily a některým chuligánům se dokonce podařilo vydávat falešné rozkazy a vysílat signály o pomoc. Stát musel nevyhnutelně zasáhnout. Jak napsal sám Ambrose Fleming, nástup krystalových detektorů
okamžitě vedlo k nárůstu nezodpovědné radiotelegrafie kvůli dovádění bezpočtu amatérských elektrikářů a studentů, což si vyžádalo silný zásah národních a mezinárodních úřadů, aby věci zůstaly zdravé a bezpečné.
Z neobvyklých elektrických vlastností těchto krystalů se v pravý čas vyklube třetí generace digitálních spínačů, po relé a lampách - spínačích, které dominují našemu světu. Ale všechno má svůj čas. Scénu jsme popsali, nyní vraťme veškerou pozornost k herci, který se právě objevil v centru pozornosti: Ambrose Fleming, Anglie, 1904.
Ventil
V roce 1904 byl Fleming profesorem elektrotechniky na University College London a konzultantem společnosti Marconi. Společnost ho nejprve najala, aby poskytl expertizy na stavbu elektrárny, ale poté se zapojil do úkolu zlepšit přijímač.
Fleming v roce 1890
Každý věděl, že coherer je špatný přijímač, pokud jde o citlivost, a magnetický detektor vyvinutý v Macroni nebyl o nic lepší. Aby našel náhradu, Fleming se nejprve rozhodl postavit citlivý obvod pro detekci Hertzových vln. Takové zařízení, i když se samo o sobě nestane detektorem, by bylo užitečné v budoucím výzkumu.
K tomu potřeboval vymyslet způsob, jak nepřetržitě měřit proud vytvářený příchozími vlnami, namísto použití diskrétního koheréru (který se projevil pouze ve stavech – kde se piliny slepily – nebo ve stavech vypnuto). Ale známá zařízení pro měření síly proudu - galvanometry - vyžadovaly pro provoz konstantní, to znamená jednosměrný proud. Střídavý proud vybuzený rádiovými vlnami měnil směr tak rychle, že by nebylo možné žádné měření.
Fleming si vzpomněl, že má ve skříni několik zajímavých věcí, které sbírají prach - Edisonovy indikátory. V 1880. letech XNUMX. století byl konzultantem Edison Electric Lighting Company v Londýně a pracoval na problému černění lampy. V té době obdržel několik kopií indikátoru, možná od Williama Preece, hlavního elektrotechnika britské poštovní služby, který se právě vrátil z elektrotechnické výstavy ve Philadelphii. V té době byla kontrola telegrafu a telefonu běžnou praxí mimo Spojené státy pro poštovní služby, takže to byla centra elektrotechnických znalostí.
Později, v 1890. letech 1904. století, sám Fleming studoval Edisonův efekt pomocí lamp získaných od Preece. Ukázal, že účinek byl takový, že proud protékal jedním směrem: záporný elektrický potenciál mohl proudit z horkého vlákna do studené elektrody, ale ne naopak. Ale teprve v roce XNUMX, kdy stál před úkolem detekovat rádiové vlny, si uvědomil, že tento fakt lze využít v praxi. Edisonův indikátor umožní pouze jednosměrným střídavým pulzům procházet mezerou mezi vláknem a destičkou, což má za následek konstantní a jednosměrný tok.
Fleming vzal jednu lampu, zapojil ji do série s galvanometrem a zapnul vysílač jiskry. Voila - zrcadlo se otočilo a paprsek světla se pohnul na stupnici. Fungovalo to. Mohl by přesně měřit příchozí rádiový signál.
Prototypy Flemingových ventilů. Anoda je uprostřed smyčky vlákna (horká katoda)
Fleming svůj vynález nazval „ventil“, protože umožňoval proudění elektřiny pouze jedním směrem. V obecnějších elektrotechnických pojmech se jednalo o usměrňovač – způsob přeměny střídavého proudu na stejnosměrný. Tehdy se jí říkalo dioda, protože měla dvě elektrody – žhavou katodu (vlákno), která vyzařovala elektřinu, a studenou anodu (desku), která ji přijímala. Fleming představil několik vylepšení designu, ale v podstatě se zařízení nelišilo od kontrolky vyrobené Edisonem. K jeho přechodu k nové kvalitě došlo v důsledku změny způsobu myšlení – tento fenomén jsme již mnohokrát viděli. Změna se odehrála ve světě idejí ve Flemingově hlavě, nikoli ve světě věcí mimo ni.
Užitečný byl samotný Flemingův ventil. Bylo to nejlepší polní zařízení pro měření rádiových signálů a samo o sobě dobrý detektor. Ale neotřásl světem. Explozivní růst elektroniky začal až poté, co Lee de Forest přidal třetí elektrodu a přeměnil ventil na relé.
Naslouchání
Lee de Forest měl na studenta Yale nezvyklou výchovu. Jeho otec, reverend Henry de Forest, byl veterán občanské války z New Yorku a pastor. a pevně věřil, že jako kazatel by měl šířit božské světlo vědění a spravedlnosti. Uposlechnul výzvy k povinnosti a přijal pozvání, aby se stal prezidentem Talladega College v Alabamě. Vysoká škola byla založena po občanské válce Americkou misijní asociací se sídlem v New Yorku. Jeho cílem bylo vzdělávat a mentorovat místní černošské obyvatele. Tam se Lee cítil mezi skálou a tvrdým místem – místní černoši ho ponižovali za jeho naivitu a zbabělost a místní běloši – za to, že byl .
A přesto si de Forest jako mladý muž vypěstoval silné sebevědomí. Objevil zálibu v mechanice a invenci – jeho zmenšený model lokomotivy se stal místním zázrakem. Jako teenager se během studií na Talladega rozhodl zasvětit svůj život vynálezům. Poté, jako mladý muž a žijící ve městě New Haven, pastorův syn zavrhl své poslední náboženské přesvědčení. Postupně odcházeli kvůli známosti s darwinismem a pak je odfouklo jako vítr po předčasné smrti jeho otce. Smysl jeho osudu ale de Forest neopustil – považoval se za génia a usiloval o to stát se druhým Nikolou Teslou, bohatým, slavným a tajemným čarodějem éry elektřiny. Jeho spolužáci z Yale ho považovali za samolibého větrníka. Možná je to nejméně populární muž, kterého jsme kdy v naší historii potkali.
de Forest, kolem roku 1900
Закончив обучение в Йельском университете в 1899 году, де Форест выбрал освоение набиравшего обороты искусства передачи беспроводных сигналов в качестве пути к богатству и славе. В последовавшие десятилетия он штурмовал этот путь с великой решимостью и уверенностью, и без всяких колебаний. Началось всё с совместной работы де Фореста и его партнёра Эда Смайта в Чикаго. Смайт держал их предприятие на плаву при помощи регулярных платежей, и вместе они разработали собственный детектор радиоволн, состоящий из двух металлических пластин, соединявшихся клеем, который де Форест называл «пастой» [goo]. Но де Форест не мог долго ждать наград за свою гениальность. Он избавился от Смайта и скооперировался с сомнительным финансистом из Нью-Йорка по имени Абрахам Уайт [ironicky změnil své jméno z toho, které dostal při narození, Schwartz, aby skryl své temné záležitosti. White/White – (anglicky) white, Schwarz/Schwarz – (German) black / cca. překlad], otevření De Forest Wireless Telegraph Company.
Samotné aktivity společnosti byly pro oba naše hrdiny druhořadé. Bílý využil nevědomosti lidí a naložil si kapsy. Ošidil miliony investorů, kteří se snažili udržet krok s očekávaným rozhlasovým boomem. A de Forest se díky hojnému toku financí od těchto „přísavek“ soustředil na prokázání své geniality prostřednictvím vývoje nového amerického systému pro bezdrátový přenos informací (na rozdíl od evropského vyvinutého Marconim a dalšími).
Bohužel pro americký systém nefungoval detektor de Forest nijak zvlášť dobře. Tento problém na čas vyřešil vypůjčením patentovaného návrhu Reginalda Fessendena na detektor zvaný „liquid baretter“ – dva platinové dráty ponořené do lázně s kyselinou sírovou. Fessenden podal žalobu kvůli porušení patentu - a očividně by tento soud vyhrál. De Forest si nedal pokoj, dokud nepřišel s novým detektorem, který patřil jen jemu. Na podzim roku 1906 oznámil vytvoření takového detektoru. Na dvou samostatných setkáních v Americkém institutu elektrotechniky de Forest popsal svůj nový bezdrátový detektor, který nazval Audion. O jeho skutečném původu se ale pochybuje.
Po nějakou dobu se de Forestovy pokusy postavit nový detektor točily kolem průchodu proudu plamenem , což by podle jeho názoru mohl být asymetrický dirigent. Nápad zřejmě nebyl korunován úspěchem. Někdy v roce 1905 se dozvěděl o Flemingově ventilu. De Forest si uvědomil, že tento ventil a jeho hořákové zařízení se v zásadě neliší – pokud byste žhavou nit nahradili plamenem a zakryli ji skleněnou baňkou, abyste omezili plyn, dostali byste stejný ventil. Vyvinul řadu patentů, které navazovaly na historii vynálezů ventilů před Flemingem využívajících detektory plynového plamene. Zřejmě si chtěl dát ve vynálezu přednost a obejít Flemingův patent, protože Flemingově práci předcházela práce s Bunsenovým hořákem (probíhají od roku 1900).
Nelze říci, zda to byl sebeklam nebo podvod, ale výsledkem byl de Forestův patent ze srpna 1906 na „prázdnou skleněnou nádobu obsahující dvě samostatné elektrody, mezi nimiž existuje plynné médium, které se po dostatečném zahřátí stane vodičem a tvoří snímací prvek." Za vybavení a provoz zařízení má zásluhu Fleming a vysvětlení jeho fungování má na svědomí De Forest. De Forest nakonec spor o patent prohrál, i když to trvalo deset let.
Dychtivého čtenáře už možná napadá, proč trávíme tolik času s tímto mužem, jehož samozvaný génius vydával cizí nápady za své? Důvod spočívá v proměnách, kterými Audion prošel v posledních měsících roku 1906.
V té době neměl de Forest žádnou práci. White a jeho partneři se vyhnuli odpovědnosti v souvislosti s Fessendenovou žalobou tím, že vytvořili novou společnost United Wireless a zapůjčili jí aktiva American De Forest za 1 dolar. De Forest byl vyhozen s kompenzací 1000 XNUMX $ a několika zbytečnými patenty v rukou, včetně patentu pro Audion. Zvyklý na okázalý životní styl čelil vážným finančním potížím a zoufale se snažil proměnit Audion ve velký úspěch.
Abychom pochopili, co se stalo potom, je důležité vědět, že de Forest věřil, že relé vynalezl – na rozdíl od Flemingova usměrňovače. Vyrobil svůj Audion připojením baterie k desce studeného ventilu a věřil, že signál v obvodu antény (připojeném k horkému vláknu) moduluje vyšší proud v obvodu baterie. Mýlil se: nebyly to dva obvody, baterie jednoduše posunula signál z antény, místo aby jej zesílila.
Tato chyba se však stala kritickou, protože vedla de Forest k experimentům s třetí elektrodou v baňce, která měla dále rozpojit dva obvody tohoto „relé“. Nejprve přidal druhou studenou elektrodu vedle první, ale pak, možná ovlivněn kontrolními mechanismy používanými fyziky k přesměrování paprsků v katodových zařízeních, přesunul elektrodu do polohy mezi vlákno a primární desku. Rozhodl se, že tato poloha může přerušit tok elektřiny, a změnil tvar třetí elektrody z desky na vlnitý drát, který připomínal rašple - a nazval ji „mřížka“.
1908 Audionová trioda. Závit (přerušený) vlevo je katoda, vlnitý drát je síť, zaoblená kovová deska je anoda. Stále má závity jako běžná žárovka.
A byla to opravdu štafeta. Slabý proud (jako je proud produkovaný rádiovou anténou) aplikovaný na mřížku by mohl řídit mnohem silnější proud mezi vláknem a deskou a odpuzovat nabité částice, které se mezi nimi snažily projít. Tento detektor fungoval mnohem lépe než ventil, protože nejen usměrňoval, ale také zesiloval rádiový signál. A stejně jako ventil (a na rozdíl od kohereru) mohl produkovat konstantní signál, což umožnilo vytvořit nejen radiotelegraf, ale také radiotelefon (a později - přenos hlasu a hudby).
V praxi to příliš nefungovalo. Zvuky De Forest byly vybíravé, rychle se vypalovaly, postrádaly konzistenci ve výrobě a byly neúčinné jako zesilovače. Aby konkrétní Audion správně fungoval, bylo nutné mu přizpůsobit elektrické parametry obvodu.
Přesto de Forest svému vynálezu věřil. Založil novou společnost, aby ji propagoval, De Forest Radio Telephone Company, ale prodeje byly mizivé. Největším úspěchem byl prodej vybavení flotile pro vnitroflotilovou telefonii při obeplutí světa“". Velitel flotily však neměl čas uvést de Forestovy vysílače a přijímače do provozu a vycvičit posádku v jejich používání, nařídil je zabalit a nechat ve skladu. Navíc De Forestova nová společnost, vedená stoupencem Abrahama Whitea, nebyla o nic slušnější než ta předchozí. Aby jeho neštěstí nebylo málo, brzy se ocitl obviněný z podvodu.
Za pět let Audion ničeho nedosáhl. Telefon by opět hrál klíčovou roli ve vývoji digitálního relé, tentokrát zachraňující slibnou, ale nevyzkoušenou technologii, která byla na pokraji zapomnění.
A znovu telefon
Dálková komunikační síť byla centrálním nervovým systémem AT&T. Spojila dohromady mnoho místních společností a poskytla klíčovou konkurenční výhodu, protože Bellovy patenty vypršely. Připojením k síti AT&T by nový zákazník mohl teoreticky oslovit všechny ostatní předplatitele vzdálené tisíce kilometrů – i když ve skutečnosti se meziměstské hovory uskutečňovaly jen zřídka. Síť byla také materiálním základem pro zastřešující ideologii společnosti „Jedna politika, jeden systém, služba na jednom místě“.
Ale s počátkem druhé dekády dvacátého století dosáhla tato síť svého fyzického maxima. Čím více se telefonní dráty natahovaly, tím byl signál procházející jimi slabší a hlučnější a v důsledku toho byla řeč téměř neslyšitelná. Z tohoto důvodu ve skutečnosti existovaly v USA dvě sítě AT&T, oddělené kontinentálním hřebenem.
Pro východní síť byl kolíčkem New York a mechanické opakovače a – pouto, které určovalo, jak daleko může lidský hlas cestovat. Tyto technologie ale nebyly všemocné. Cívky měnily elektrické vlastnosti telefonního obvodu, zmenšovaly útlum hlasových frekvencí – mohly jej však pouze zmenšit, nikoli odstranit. Mechanické opakovače (pouze telefonní reproduktor připojený k zesilovacímu mikrofonu) přidávaly šum při každém opakování. Linka z roku 1911 z New Yorku do Denveru dotáhla tento postroj na jeho maximální délku. O rozšíření sítě přes celý kontinent se nemluvilo. V roce 1909 však John Carty, hlavní inženýr AT&T, veřejně slíbil, že to udělá. Slíbil, že to udělá za pět let – než začne v San Franciscu v roce 1915.
Prvním, kdo umožnil takový podnik s pomocí nového telefonního zesilovače, nebyl Američan, ale dědic bohaté vídeňské rodiny se zájmem o vědu. Být mladý S pomocí rodičů koupil firmu na výrobu telefonů a pustil se do výroby telefonního zesilovače. V roce 1906 vyrobil relé založené na katodových trubicích, které byly v té době široce používány ve fyzikálních experimentech (a později se staly základem technologie video obrazovky, která dominovala XNUMX. století). Slabý příchozí signál ovládal elektromagnet, který ohýbal paprsek a moduloval silnější proud v hlavním obvodu.
V roce 1910 se von Lieben a jeho kolegové Eugene Reise a Sigmund Strauss dozvěděli o de Forestově Audione a nahradili magnet v trubici mřížkou, která řídila katodové paprsky – tento design byl nejúčinnější a lepší než cokoli vyrobeného ve Spojených státech. států v té době. Německá telefonní síť brzy přijala von Liebenův zesilovač. V roce 1914 se díky ní uskutečnil nervózní telefonát velitele Východopruské armády do 1000 kilometrů vzdáleného německého velitelství v Koblenzi. To donutilo náčelníka generálního štábu poslat generály Hindenberga a Ludendorffa na východ, k věčné slávě a s hroznými následky. Podobné zesilovače později spojily německé velitelství s polními armádami na jihu a východě až do Makedonie a Rumunska.
Kopie von Liebenova vylepšeného katodového relé. Katoda je dole, anoda je cívka nahoře a mřížka je kulatá kovová fólie uprostřed.
Jazykové a geografické bariéry a také válka však způsobily, že se tento design do Spojených států nedostal a brzy ho předběhly další události.
Mezitím de Forest opustil v roce 1911 upadající Radio Telephone Company a uprchl do Kalifornie. Tam získal práci ve Federal Telegraph Company v Palo Alto, kterou založil absolvent Stanfordu . Nominálně by de Forest pracoval na zesilovači, který by zvýšil hlasitost výstupu federálního rádia. Ve skutečnosti se on, Herbert van Ettan (zkušený telefonní inženýr) a Charles Logwood (konstruktér přijímačů) pustili do vytvoření telefonního zesilovače, aby všichni tři mohli vyhrát cenu od AT&T, o níž se říkalo, že je 1 milion dolarů.
K tomu si de Forest vzal z mezipatra Audion a v roce 1912 už měl se svými kolegy zařízení připravené k předvedení v telefonní společnosti. Skládal se z několika audionů zapojených do série, vytvářejících zesílení v několika fázích, a několika dalších pomocných komponent. Zařízení skutečně fungovalo – mohlo dostatečně zesílit signál, abyste slyšeli padat kapesník nebo tikat kapesní hodinky. Ale pouze při příliš nízkých proudech a napětích, aby byly užitečné v telefonování. Jak se proud zvyšoval, Audiony začaly vydávat modrou záři a signál se změnil v šum. Ale telefonní průmysl byl dostatečně zaujatý, aby vzal zařízení svým inženýrům a zjistili, co by s ním mohli dělat. Stalo se, že jeden z nich, mladý fyzik Harold Arnold, přesně věděl, jak opravit zesilovač z Federal Telegraph.
Je čas prodiskutovat, jak fungoval ventil a Audion. Klíčový poznatek potřebný k vysvětlení jejich práce vzešel z Cavendish Laboratory v Cambridge, think-tanku pro novou elektronovou fyziku. V roce 1899 tam J. J. Thomson při pokusech s katodovými trubicemi ukázal, že částice o hmotnosti, která se později stala známou jako elektron, přenáší proud od katody k anodě. Během několika příštích let, Owen Richardson, Thomsonův kolega, rozvinul tento návrh do matematické teorie termionické emise.
Ambrose Fleming, inženýr pracující krátkou jízdu vlakem z Cambridge, tyto práce znal. Bylo mu jasné, že jeho ventil funguje díky termionické emisi elektronů z vyhřívaného vlákna, které procházejí vakuovou mezerou ke studené anodě. Vakuum v kontrolce ale nebylo hluboké - to u obyčejné žárovky nebylo nutné. Stačilo odčerpat dostatek kyslíku, aby nit nevzplanula. Fleming si uvědomil, že aby ventil fungoval co nejlépe, je třeba jej co nejdůkladněji vyprázdnit, aby zbývající plyn nezasahoval do toku elektronů.
De Forest tomu nerozuměl. Protože se k ventilu a Audionu dostal pomocí experimentů s Bunsenovým hořákem, jeho přesvědčení bylo opačné – že horký ionizovaný plyn je pracovní tekutinou zařízení a že jeho úplné odstranění povede k zastavení provozu. To je důvod, proč byl Audion jako rádiový přijímač tak nestabilní a nevyhovující a proto vyzařoval modré světlo.
Arnold v AT&T byl v ideální pozici, aby napravil de Forestovu chybu. Byl to fyzik, který studoval u Roberta Millikana na Chicagské univerzitě a byl najat speciálně, aby aplikoval své znalosti nové elektronické fyziky na problém budování telefonní sítě od pobřeží k pobřeží. Věděl, že trubice Audion bude nejlépe fungovat v téměř dokonalém vakuu, věděl, že nejnovější pumpy dokážou takového vakua dosáhnout, věděl, že nový typ vlákna potaženého oxidem spolu s větší deskou a mřížkou zvýšit tok elektronů. Stručně řečeno, proměnil Audion ve vakuovou elektronku, divotvorce elektronického věku.
AT&T měla výkonný zesilovač potřebný k vybudování transkontinentální linky – jen neměla práva jej používat. Zástupci společnosti se během jednání s de Forest chovali nedůvěřivě, ale zahájili samostatný rozhovor prostřednictvím právníka třetí strany, kterému se podařilo zakoupit práva na použití Audionu jako telefonního zesilovače za 50 000 dolarů (asi 1,25 milionu dolarů v dolarech roku 2017). Linka New York–San Francisco byla otevřena právě včas, ale spíše jako triumf technické virtuozity a firemní reklamy než jako prostředek komunikace. Náklady na hovory byly tak astronomické, že je téměř nikdo nemohl využít.
elektronické éry
Skutečná elektronka se stala kořenem zcela nového stromu elektronických součástek. Stejně jako relé, elektronka neustále rozšiřovala své aplikace, protože inženýři nacházeli nové způsoby, jak přizpůsobit její design řešení konkrétních problémů. Diodami a triodami růst kmene „-od“ neskončil. Pokračovalo to s , který přidal další mřížku, která podporovala zesílení s růstem prvků v obvodu. Objevil se další , , a dokonce . Objevily se tyratrony naplněné rtuťovými výpary, které zářily zlověstným modrým světlem. Miniaturní lampy mají velikost malíčku u nohy nebo dokonce žaludu. Nepřímé katodové výbojky, ve kterých brum střídavého zdroje nerušil signál. Sága o vakuové trubici, která zachycuje růst elektronkového průmyslu až do roku 1930, uvádí více než 1000 XNUMX různých modelů podle indexu - ačkoli mnohé byly nelegální kopie od nedůvěryhodných značek: Ultron, Perfectron, Supertron, Voltron a tak dále.
Důležitější než rozmanitost forem byla rozmanitost aplikací elektronky. Regenerační obvody proměnily triodu ve vysílač – vytvářely plynulé a konstantní sinusové vlny, bez hlučných jisker, schopné dokonale přenášet zvuk. S koherérem a jiskrami v roce 1901 mohl Marconi stěží přenést malý kousek Morseovy abecedy přes úzký Atlantik. V roce 1915 mohla AT&T pomocí elektronky jako vysílače i přijímače přenášet lidský hlas z Arlingtonu ve Virginii do Honolulu – dvojnásobnou vzdálenost. Ve dvacátých letech minulého století spojili dálkovou telefonii s vysoce kvalitním zvukovým vysíláním a vytvořili první rozhlasové sítě. Brzy tak mohl celý národ poslouchat v rádiu stejný hlas, ať už to byl Roosevelt nebo Hitler.
Schopnost vytvářet vysílače naladěné na přesnou a stabilní frekvenci navíc umožnila telekomunikačním inženýrům realizovat dávný sen o frekvenčním multiplexování, který před čtyřiceti lety přitahoval Alexandra Bella, Edisona a ostatní. V roce 1923 měla AT&T desetikanálovou hlasovou linku z New Yorku do Pittsburghu. Schopnost přenášet více hlasů po jediném měděném drátu radikálně snížila náklady na meziměstské hovory, které byly vzhledem k jejich vysoké ceně vždy dostupné pouze nejbohatším lidem a podnikům. Když společnost AT&T viděla, co elektronky dokážou, poslala své právníky, aby od společnosti de Forest koupili další práva, aby si zajistili práva na používání Audionu ve všech dostupných aplikacích. Celkem mu zaplatili 390 000 dolarů, což v dnešních penězích odpovídá zhruba 7,5 milionu dolarů.
Proč při takové všestrannosti nedominovaly první generaci počítačů elektronky tak, jak ovládaly rádia a další telekomunikační zařízení? Je zřejmé, že trioda by mohla být digitálním spínačem stejně jako relé. Tak zřejmé, že de Forest dokonce věřil, že relé vytvořil dříve, než jej skutečně vytvořil. A trioda byla mnohem citlivější než tradiční elektromechanické relé, protože nemusela fyzicky pohybovat kotvou. Typické relé vyžadovalo sepnutí několik milisekund a změna toku od katody k anodě v důsledku změny elektrického potenciálu na mřížce byla téměř okamžitá.
Ale lampy měly oproti relé značnou nevýhodu: jejich tendenci, stejně jako jejich předchůdci, žárovky, vyhořet. Životnost původního Audion de Forest byla tak krátká - asi 100 hodin -, že obsahovala náhradní vlákno v lampě, které bylo nutné zapojit po vyhoření prvního. To bylo velmi špatné, ale ani poté se ani u těch nejkvalitnějších lamp nedalo očekávat, že vydrží déle než několik tisíc hodin. Pro počítače s tisíci lampami a hodinami výpočtů to byl vážný problém.
Na druhou stranu relé byla podle George Stibitze „fantasticky spolehlivá“. Natolik, že to tvrdil
Если набор U-образных реле начал бы свою работу в первом году нашей эры и переключал бы контакт раз в секунду, он бы всё ещё работал до сих пор. Первый сбой в контакте можно было бы ожидать не раньше, чем через тысячу лет, где-нибудь в 3000-м году.
Navíc nebyly zkušenosti s velkými elektronickými obvody srovnatelnými s elektromechanickými obvody telefonních techniků. Rádia a další vybavení by mohlo obsahovat 5-10 lamp, ale ne statisíce. Nikdo nevěděl, zda bude možné zprovoznit počítač s 5000 lampami. Výběrem relé namísto elektronek udělali konstruktéři počítačů bezpečnou a konzervativní volbu.
V příštím díle uvidíme, jak a proč byly tyto pochybnosti překonány.
Zdroj: www.habr.com