Další články cyklu:
- Historie relé
- Historie elektronických počítačů
- Historie tranzistoru
- Historie internetu
V Viděli jsme, jak první generace digitálních počítačů byla postavena na základě první generace automatických elektrických spínačů – elektromagnetických relé. Ale v době, kdy byly tyto počítače vytvořeny, čekal na svůj výstup ještě jeden digitální spínač. Relé bylo elektromagnetické zařízení (používající elektřinu k ovládání mechanického spínače), zatímco nová třída digitálních spínačů byla elektronická – založená na nových vědomostech o elektroně, které se objevily na začátku 20. století. Tato věda označila, že nositelem elektrické síly nebyl proud, vlna, ani pole – ale tuhý částeček.
Zařízení, které přivedlo éru elektroniky, založenou na této nové fyzice, se stalo známým jako „elektronová trubice“ [v USA – vacuum tube, nebo „vakuová trubka“]. V historii jejího vzniku hrají roli dva lidé: Angličan a Američan . Ve skutečnosti je původ elektroniky složitější, prolíná se z mnoha vláken, která kříží Evropu a Atlantik a táhnou se zpět do minulosti, až k raným experimentům s Leydenskými bankami ze středního 18. století.
Ale v rámci našeho výkladu bude pohodlné tuto historii osvítit (slovní hříčka!) začínající Tomášem Edisonen. V 80. letech 19. století učinil Edison zajímavý objev při práci na elektrickém osvětlení – tento objev připravil scénu pro náš příběh. Odtud následoval další vývoj elektronových lamp, který byl potřebný pro dva technologické systémy: novou formu bezdrátového přenosu zpráv a neustále se rozšiřující telefonní sítě.
Prolog: Edison
Edisona obvykle považují za vynálezce elektrické žárovky. To mu najednou dává příliš mnoho i příliš málo cti. Příliš mnoho, protože sám Edison nevymyslel svítící lampu. Kromě davu předchůdců, jejichž výtvory se nedostaly do komerčního použití, lze zmínit Josephu Swana a Charlese Sturna z Británie a Američana Williama Soyera, kteří uvedli žárovky na trh souběžně s Edisonem. [Čest vynálezu také patří ruskému vynálezci . Lodygin byl prvním, kdo přišel na to, jak vyjmout vzduch z skleněné lampové baňky, a navrhl také, aby vlákno nebylo vyrobeno z uhlí nebo spálených vláken, ale z taveného wolframu / pozn. překl.]. Všechny lampy se skládaly z pečetěné skleněné baňky, uvnitř které byla resistivní vlákno. Při zapnutí lampy v obvodu teplo vzniklé díky odporu vlákna elektrickému proudu způsobovalo, že svítila. Z baňky byl vyjmut vzduch, aby se vlákno nezapálilo. Elektrické světlo již bylo známo ve velkých městech ve formě , které se používaly k osvětlení velkých veřejných prostor. Všichni tito vynálezci hledali způsob, jak snížit množství světla, které získali z hořícího oblouku, na dostatečně malou část, aby ji mohli použít v domácnostech jako náhradu za plynové lampy, a udělat zdroj světla bezpečnějším, čistším a jasnějším.
A co Edison skutečně udělal – nebo spíše, co vytvořila jeho průmyslová laboratoř – to nebylo jen vytváření zdroje světla. Vybudovali celou elektrickou síť pro osvětlení domů – generátory, dráty pro přenos proudu, transformátory atd. Z toho všeho byla žárovka pouze nejvýraznějším a viditelným komponentem. Přítomnost Edisona ve jeho firmách, které vyráběly elektrickou energii, nebyla pouze projevem úcty k velkému vynálezci, jak to bylo v případě Bellovy telefonní společnosti. Edison se ukázal nejen jako vynálezce, ale i jako systémový architekt. Jeho laboratoř pokračovala v práci na zlepšení různých komponent elektrického osvětlení i po jejich raném úspěchu.
Exemplář raných Edisonových lamp
Během výzkumů někdy v roce 1883 se Edison (nebo možná některý z jeho spolupracovníků) rozhodl vložit do svítící žárovky kromě vlákna také kovovou desku. Důvody tohoto kroku jsou nejasné. Možná to byla snaha eliminovat ztmavnutí žárovky – vnitřek skleněné baňky časem hromadil záhadnou tmavou substanci. Inženýr očividně doufal, že tyto černé částečky budou přitahovány napětím desky. K jeho překvapení zjistil, že když byla deska spojena se schématem spolu s kladným koncem vlákna, hodnota proudu procházejícího vlákno byla přímo úměrná intenzitě záření vlákna. Při spojení desky s záporným koncem vlákna se nic podobného neobjevilo.
Edison usoudil, že tento efekt, později nazvaný Edisonovým efektem nebo , může být použit k měření nebo dokonce řízení „elektromotorické síly“, neboli napětí, v elektrickém systému. Ze zvyku podal žádost o patent na tento „elektrický indikátor“ a poté se vrátil k důležitějším úkolům.
Bezdrátově
Přenesme se o 20 let do budoucnosti, do roku 1904. V té době pracoval v Anglii John Ambrose Fleming na zadání společnosti Marconi na zlepšení přijímače rádiových vln.
Je důležité pochopit, čím rádio bylo a čím nebylo, jak z hlediska nástroje, tak z hlediska praxe. Rádiu se tehdy ani neříkalo „radio“, říkalo se mu „bezdrátové“. Termín „rádio“ se stal převládajícím až v 10. letech 20. století. Konkrétně se jednalo o bezdrátový telegraf – systém přenosu signálů ve formě teček a čárek od odesílatele k příjemci. Jeho hlavním využitím byla komunikace mezi loděmi a přístavními službami, a v tomto smyslu se o něj zajímaly námořní úřady po celém světě.
Někteří vynálezci té doby, konkrétně , experimentovali s myšlenkou rádiového telefonu – přenosu hlasových zpráv vzduchem ve formě nepřetržité vlny. Ale moderní pojetí vysílání vzniklo až o 15 let později: přenos novinek, příběhů, hudby a dalších programů pro široké publikum. Do té doby byla všesměrová povaha rádiových signálů považována za problém, který je třeba vyřešit, a ne jako charakteristika, kterou lze využít.
Rádio zařízení existující v té době bylo dobře přizpůsobeno pro práci s Morseovou abecedou a špatně – pro všechno ostatní. Vysílače vytvářely Hertzovy vlny, když posílaly jiskru přes přerušený obvod. Proto byl signál doprovázen praskáním statiky.
Přijímače rozpoznávaly tento signál prostřednictvím kohéreru: kovové piliny ve skleněné trubici, které se pod vlivem rádiových vln shromáždily do souvislé hmoty a tím uzavřely obvod. Poté bylo nutné zaklepat na sklo, aby se piliny rozpadly a přijímač byl připraven na další signál – zpočátku to dělali ručně, ale brzy se objevily i automatické zařízení.
V roce 1905 se začaly objevovat , také známé jako 'kočičí vousy'. Ukázalo se, že stačí se dotknout vodiče určitého krystalu, například křemíku, železného chalkopyritu nebo , abychom zachytili rádiový signál ze vzduchu. Vzniklé přijímače byly levné, kompaktní a dostupné pro každého. Podporovaly rozvoj rádiového nadšení, zejména mezi mládeží. Náhlý nárůst zaneprázdnění v éteru, který vznikl v důsledku toho, vedl k problémům, protože rádiový éter byl sdílen mezi všemi uživateli. Nevinné rozhovory amatérů se mohly náhodně zkřížit s jednáními námořnictva, a někteří nevychovaní lidé se dokonce snažili dávat falešné příkazy a posílat signály o pomoc. Stát se nevyhnutelně musel zapojit. Jak sám Ambrose Fleming psal, vznik krystalických detektorů
Okamžitě to vedlo k výbuchu bezohledné radiotelegrafie v důsledku výstřelků nesčetného množství elektrotechnických nadšenců a studentů, což vyžadovalo razantní zásah národních a mezinárodních orgánů k udržení situace v rozumných a bezpečných mezích.
Z neobvyklých elektrických vlastností těchto krystalů se objeví třetí generace digitálních přepínačů, následující po relé a lampách – přepínače, které dominují našemu světu. Ale každému svému času. Popsali jsme scénu, nyní se vraťme k aktérovi, který právě vstoupil do světla reflektorů: Ambrose Fleming, Anglie, 1904.
Ventil
V roce 1904 byl Fleming profesorem elektrotechniky na University College London a konzultantem pro společnost Marconi. Původně ho společnost najala, aby poskytl odborné posouzení pro výstavbu elektrárny, ale pak se zaměřil na zlepšení přijímače.
Fleming v roce 1890
Všichni věděli, že koherer byl špatným přijímačem z hlediska citlivosti, a magnetický detektor navržený ve společnosti Marconi nebyl o mnoho lepší. Aby mu našel náhradu, rozhodl se Fleming nejprve postavit citlivý obvod pro detekci Hertzových vln. Takové zařízení, i když se samo nestalo detektorem, bude užitečné při budoucích výzkumech.
K tomu potřeboval vymyslet způsob, jak neustále měřit sílu proudu vytvářeného přicházejícími vlnami, místo aby používal diskrétní koherer (ten ukazoval pouze stavy zapnuto – kde se piliny spojily, nebo vypnuto). Ale známá měřicí zařízení proudu – galvanometry – potřebovala pro svou činnost stejnosměrný, tedy jednostranný proud. Střídavý proud, vyvolaný rádiovými vlnami, měnil směr tak rychle, že žádné měření by nebylo možné.
Fleming si vzpomněl, že v jeho skříni leží několik zajímavých věcí – Edisonovy indikátorové lampy. V 80. letech 19. století byl konzultantem pro Edisonovu elektrickou osvětlovací společnost v Londýně a pracoval na problému ztmavnutí lamp. Tenkrát obdržel několik kusů indikátoru, pravděpodobně od Williama Prise, hlavního elektrotechnika britské Poštovní služby, který se právě vrátil z elektrické výstavy ve Filadelfii. V té době bylo pro poštovní služby mimo USA běžné mít kontrolu nad telegrafem a telefonem, a proto se staly centry elektrotechnické expertízy.
Později, v 90. letech 19. století, Fleming také studoval Edisonův efekt, používající lampy získané od Prise. Ukázal, že efekt spočíval v tom, že proud protéká jedním směrem: negativní elektrický potenciál mohl téct z horkého vlákna na studenou elektrody, ale naopak ne. Avšak až v roce 1904, když čelil úkolu detekce rádiových vln, pochopil, že tento fakt lze využít v praxi. Edisonův indikátor dovolil pouze směrovým impulzům střídavého proudu překonat mezeru mezi vláknem a deskou, což vytvořilo stálý a jednosměrný proud.
Fleming vzal jednu lampu, spojil ji sériově s galvanometrem a zapnul jiskrový vysílač. Voilà – zrcátko se otočilo a paprsek světla se posunul na škále. Fungovalo to. Mohl přesně změřit přicházející rádiový signál.
Protypy Flemingova ventilu. Anoda se nachází uprostřed vláknové smyčky (horkého katody).
Fleming nazval svůj vynález „ventilem“, protože propouštěl elektrický proud pouze jedním směrem. Obecněji řečeno, byl to usměrňovač – způsob, jak převést střídavý proud na stejnosměrný. Později byl nazván diodou, jelikož měl dvě elektrody – horký katod (vlákno), který vyzařoval elektrický proud, a studenou anodu (deska), která jej přijímala. Fleming do designu zavedl několik vylepšení, ale v jádru se zařízení nelišilo od Edisonovy indikátorové lampy. Jeho přechod na novou kvalitu se odehrál v důsledku změny myšlení – tuto jev jsme už mnohokrát viděli. Změna nastala ve světě myšlenek v hlavě Fleminga, nikoli ve světě věcí mimo ni.
Sám o sobě byl Flemingův ventil užitečný. Bylo to nejlepší polní zařízení pro měření rádiových signálů a sám o sobě slušný detektor. Ale svět to nijak nepřekvapilo. Explozivní růst elektroniky začal teprve poté, co Lee de Forest přidal třetí elektrod a proměnil ventil v relé.
Poslouchání
Lee de Forest měl neobvyklé dětství pro studenta z Yale. Jeho otec, reverend Henry de Forest, byl veteránem občanské války z New Yorku, pastorem , a svatě věřil, že jako kazatel musí šířit boží světlo poznání a spravedlnosti. Na výzvu povinnosti přijal nabídku stát se prezidentem Talladega College v Alabamě. Kolej byla založena po občanské válce Americkou misijní asociací se sídlem v New Yorku. Byla určena pro vzdělávání a vedení místních černých obyvatel. Tam se Lee cítil jako mezi kladivem a kovadlinou – místní černí ho ponižovali za naivitu a zbabělost, zatímco místní bílí ho pokládali za .
A přesto si de Forest jako mladík vybudoval silné sebevědomí. Objevil v sobě sklony k mechanice a vynálezům – jeho model lokomotivy se stal místním zázrakem. Již v pubertě, když studoval v Talladeze, se rozhodl zasvětit svůj život vynálezům. Poté, jako mladý muž a obyvatel New Haven, se syn pastora zbavil posledních náboženských přesvědčení. Ta postupně mizela vlivem seznámení se s darwinismem, a poté je jako větrem odneslo po předčasné smrti jeho otce. Ale pocit, že má nějaké poslání, de Foresta neopouštěl – považoval se za génia a usiloval o to stát se druhým Nikolou Teslou, bohatým, slavným a tajemným kouzelníkem éry elektřiny. Jeho spolužáci z Yale jej považovali za namyšleného blbce. Můžete ho označit za nejméně populárního člověka ze všech, které jsme kdy poznali.
de Forest, cca 1900
Po dokončení studia na Yale v roce 1899 se de Forest rozhodl osvojit si umění bezdrátového přenosu signálů jako cestu k bohatství a slávě. V následujících desetiletích se odhodlaně a sebevědomě vydal na tuto cestu. Všechno začalo spoluprací de Foresta a jeho partnera Eda Smjeta v Chicagu. Smjet udržoval jejich podnik naživu pravidelnými platbami a společně vyvinuli vlastní detektor rádiových vln, složený ze dvou kovových destiček spojených lepidlem, které de Forest nazval „pastou“ [goo]. Avšak de Forest nechtěl dlouho čekat na odměnu za svou genialitu. Zbavil se Smjeta a spojil se s pochybným finančníkem z New Yorku jménem Abraham White [ironicky přejmenovaným z původního jména Schwarz, aby skryl své temné činy. White/White – (angl.) bílý, Schwarz/Schwarz – (něm.) černý / pozn. překl.], když založili společnost De Forest Wireless Telegraph Company.
Činnost společnosti byla pro oba naše hrdiny druhořadá. White využíval neznalosti lidí k naplnění svých kapes. Vydával miliony investorům, kteří se snažili udržet krok s očekávaným boomem rádia. A de Forest, díky masivnímu přílivu prostředků od těchto „hlupáků“, zaměřil svou energii na prokázání svého génia prostřednictvím vývoje nové americké bezdrátové informační přenosové soustavy (na rozdíl od evropské, kterou vyvinuli Marconi a další).
Bohužel pro americký systém detektor de Foresta nefungoval příliš dobře. Na chvíli vyřešil tento problém zapůjčením patentovaného designu Reginalda Fessendena pro detektor nazvaný „kapalný barretter“ – dva platinové dráty ponořené v koupeli ze sírové kyseliny. Fessenden podal žalobu za porušení patentu – a tuto bitvu by zřejmě vyhrál. De Forest se nemohl uklidnit, dokud nevymyslel nový detektor, který by patřil jen jemu. Na podzim 1906 oznámil vytvoření takového detektoru. Na dvou různých setkáních v Americkém institutu elektrotechniky de Forest popsal svůj nový bezdrátový detektor, který nazval „Audion“. Jeho skutečný původ však vzbuzuje pochybnosti.
Nějakou dobu se pokusy de Foresta soustředily na procházení proudu plamenem. , které, jak se domníval, by mohly být asymetrickým vodičem. Nápad, jak se zdá, nebyl úspěšný. V roce 1905 se dozvěděl o Flemingově ventilu. De Forest si vsugeroval, že tento ventil a jeho zařízení založené na hořáku se v zásadě neliší – pokud nahradíte horké vlákno plamenem a zakryjete ho skleněnou baňkou, aby se omezil plyn, dostanete stejný ventil. Vyvinul sérii patentů, které opakovaly příběh předchozích vynálezů před Flemingovým ventilem pomocí detektorů založených na plynovém plameni. Očividně chtěl přivlastnit prvenství v tomto vynálezu, aby obcházel Flemingův patent, protože práce s Bunsenovým hořákem předcházely Flemingově práci (začaly v roce 1900).
Není možné říci, zda šlo o sebeklamání, nebo o podvod, ale v důsledku toho vznikl patent de Forest z srpna 1906 na „vyprázdněnou skleněnou nádobu obsahující dvě oddělené elektrody, mezi kterými existuje plynná prostředí, která se při dostatečném zahřátí stává vodičem a vytváří citlivý prvek“. Zařízení a fungování patří Flemingovi, zatímco vysvětlení jeho funkce – de Forestovi. Nakonec de Forest prohrál patentový spor, přestože to trvalo deset let.
Netrpělivý čtenář se už může začít zajímat, proč trváme na tomto muži, jehož sebevydávaný génius spočíval v tom, že předával cizí myšlenky jako své vlastní? Důvod je v proměnách, jimiž prošel Audion v posledních několika měsících roku 1906.
V té době de Forest neměl žádnou práci. White s partnery unikli odpovědnosti za žalobu Fessendena, založili novou společnost United Wireless a půjčili ji aktiva American De Forest za částku 1 $. De Forest byl vyhozen s 1000 $ odstupného a několika nepoužitelnými patenty, včetně patentu na Audion. Zvyklý na rozhazovačný životní styl, se ocitl v těžké finanční situaci a zoufale se snažil proměnit Audion v velký úspěch.
Aby pochopili, co se stalo dál, je důležité vědět, že de Forest si myslel, že vynalezl relé — na rozdíl od Flemingova usměrňovače. Vyrobil svůj Audion připojením baterie k chladné desce ventilu a myslel si, že signál v anténním obvodu (spojeném s horkým vláknem) moduloval silnější proud v bateriovém obvodu. Mýlil se: nebyly to dvě schémata, baterie pouze posouvala signál z antény, nikoli jej zesilovala.
Ale tato chyba se stala kritickou, protože vedla de Foresta k experimentům s třetí elektrodou v baňce, která měla ještě více oddělit dvě schémata tohoto „relé“. Nejprve přidal druhou chladnou elektrodu vedle první, ale pak, možná pod vlivem řídících mechanismů používaných fyziky k přesměrování paprsků v katodových zařízeních, posunul elektrody na místo mezi vláknem a primární deskou. Rozhodl se, že tento pozice může přerušit tok elektřiny, a změnil tvar třetí elektrody z desky na zvlněný vodič připomínající rasper — a nazval jej „mřížkou“.
Triod Audion z roku 1908. Vlákno (přerušené) vlevo – katoda, zvlněný vodič – mřížka, zaoblená kovová deska – anoda. Stále má závit, jako běžná žárovka.
A to už bylo skutečně relé. Slabý proud (jaký vzniká na rádiové anténě) přivedený na mřížku mohl ovládat mnohem silnější proud mezi vláknem a deskou, odpuzující nabité částice snažící se přejít mezi nimi. Tento detektor pracoval mnohem lépe než ventil, protože nejenže usměrňoval, ale také zesiloval rádiový signál. A stejně jako ventil (a na rozdíl od koherátoru) mohl vydávat stálý signál, což umožnilo vytvářet nejen rádiotelegraf, ale i rádiotelefon (a později – přenos hlasu a hudby).
V praxi však nefungoval příliš dobře. Audion de Foresta byl vybíravý, rychle se pálil, jeho výroba postrádala stálost kvality, a jako zesilovač byl neefektivní. Aby konkrétní Audion fungoval správně, bylo třeba přizpůsobit elektrické parametry obvodu.
Přesto de Forest věřil ve svůj vynález. Pro jeho propagaci založil novou společnost De Forest Radio Telephone Company, ale prodeje byly minimální. Největším úspěchem byla prodejní zařízení pro loďstvo pro vnitroflotní telefonii během kolem světa.„. Nicméně velitel flotily, nemaje čas na to, aby přiměl de Forestovy vysílače a přijímače k práci a vyškolil posádku k jejich použití, nařídil je zabalit a uložit do skladu. Navíc nová de Forestova společnost, vedená následovníkem Abrahama Whitea, nebyla o nic lepší než předchozí. Kromě svých neúspěchů se brzy dostal pod obvinění z podvodu.
Během pěti let Audiom nic nedosáhl. A opět telefon hráje klíčovou roli při vývoji digitálního relé, tentokrát zachraňující perspektivní, ale nepřezkoumanou technologii na pokraji zapomění.
A opět telefon
Dálková komunikační síť byla centrálním nervovým systémem AT&T. Propojila množství místních společností a poskytla klíčovou konkurenční výhodu po vypršení patentů Bellových. Připojením k síti AT&T mohl nový zákazník teoreticky zavolat všem ostatním předplatitelům, kteří byli tisíce kilometrů daleko od něj – přesto byl v skutečnosti dálkový hovor vzácný. Síť byla také materiálním základem pro celkovou ideologii společnosti „Jedna politika, jeden systém, univerzní služba“.
Ale s nástupem druhého desetiletí dvacátého století se tato síť dostala na fyzický maximum. Čím dál byly telefonní dráty nataženy, tím slabší a hlučnější se stával signál, a nakonec se řeč stala téměř nečitelnou. Z toho důvodu ve Spojených státech existovaly ve skutečnosti dvě sítě AT&T, oddělené kontinentálním hřbetem.
Pro východní síť byl pivotem New York, zatímco mechanické repetitory a – vazbou, která určovala, jak daleko mohl lidský hlas dosáhnout. Ale tyto technologie nebyly všemocné. Cívky měnily elektrické vlastnosti telefonního schématu, snižovaly oslabování hlasových frekvencí – ale mohly je pouze snížit, nikoli odstranit. Mechanické reapeatery (pouze telefonní reproduktor spojený s zesilujícím mikrofonem) přidávaly šum s každým opakováním. Linka z roku 1911 z New Yorku do Denveru tuto vazbu dostala na maximální délku. Otažení sítě na celý kontinent nebylo možné ani pomyslet. Nicméně v roce 1909 John Carty, hlavní inženýr AT&T, veřejně slíbil, že to udělá. Slíbil, že to dokončí za pět let – do doby začátku ve San Francisku v roce 1915.
Prvním, kdo dokázal uskutečnit takový projekt pomocí nového telefonního zesilovače, nebyl Američan, ale dědic bohaté vídeňské rodiny, který měl zájem o vědu. Když byl mladý, za pomoci prostředků svých rodičů koupil výrobní společnost telefonů a rozhodl se vytvořit zesilovač pro telefonní hovory. Do roku 1906 vytvořil relé na bázi elektronových trubic, které byly tehdy běžně používány ve fyzikálních experimentech (a později se staly základem pro dominantní technologii obrazovek ve 20. století). Slabý příchozí signál ovládal elektromagnet, který ohýbal paprsek, moduloval silnější proud v hlavním schématu.
Do roku 1910 se von Lieben spolu se svými kolegy, Eugénem Reizem a Zigmundem Strausssem, dozvěděli o Audionu de Forest a nahradili magnet v trubici mřížkou, která ovládala katodové paprsky – tento design byl nejúčinnější a překonal všechny dosavadní vývoj v USA. Německá telefonní síť si brzy osvojila von Liebenův zesilovač. V roce 1914 se díky němu uskutečnil nervózní telefonní hovor velitele východopruské armády do německého štábu, který se nacházel 1000 kilometrů od něj v Koblenzi. To donutilo náčelníka štábu poslat generály Hindenburga a Ludendorfa na východ, k věčné slávě a s těžkými následky. Takové zesilovače později spojovaly německý štáb s polními armádami na jihu a východě až do Makedonie a Rumunska.
Kopie vylepšeného katodového relé fon Libena. Katoda je dole, anoda je cívka nahoře a mřížka je kulatá kovová fólie uprostřed.
Avšak jazykové a geografické bariéry, spolu s válkou, vedly k tomu, že takový design se nedostal do USA, a brzy jej předčily jiné události.
A v tomto čase de Forest opustil struggling Radio Telephone Company v roce 1911 a utekl do Kalifornie. Tam se uchytil ve Federální telegrapfické společnosti v Palo Alto, založené absolventem Stanfordu . Nomálně měl de Forest pracovat na zesilovači zvyšujícím hlasitost výstupního signálu federálního přijímače. Ve skutečnosti se on, Herbert van Etten (zkušený telefonní inženýr) a Charles Logwood (vývojář přijímače) pustili do výroby telefonního zesilovače, aby společně získali cenu od AT&T, která podle pověstí činila $1 milion.
K tomu de Forest vytáhl Auidon z půdy a do roku 1912 už měli s kolegy zařízení připravené k předvedení v telefonní společnosti. Skládalo se z několika sériově propojených Auidonů, které vytvářely vícestupňové zesílení, a několika dalších podpůrných komponentů. Zařízení v podstatě fungovalo – mohlo zesílit signál natolik, aby zaslechli, jak padá kapesníček nebo jak tikají kapesní hodinky. Ale pouze při proudech a napětích příliš malých, aby to mělo užitek v telefonii. Při zvyšování proudu začínaly Auidony vyzařovat modré světlo a signál se měnil na šum. Ale telefonisté byli dostatečně zaujatí, aby dali zařízení svým inženýrům a podívali se, co s ním mohou udělat. Tak se stalo, že jeden z nich, mladý fyzik Harold Arnold, věděl přesně, jak opravit zesilovač od Federální telegrapfické společnosti.
Je na čase prodiskutovat, jak fungoval ventil a Audion. Klíčové porozumění potřebné k vysvětlení jejich fungování se objevilo v Cavendishově laboratoři v Cambridge – intelektuálním centru nové elektronické fyziky. V roce 1899 tam J. J. Thomson ukázal ve svých experimentech s katodovými trubicemi, že částice s hmotností, která byla později známá jako elektron, přenáší proud z katody na anodu. V následujících letech Owen Richardson, Thomsonův kolega, rozvinul tuto hypotézu do matematické teorie termoelektronické emise.
Ambrose Fleming, inženýr, který pracoval krátkou vzdálenost vlakem od Cambridge, byl s těmito pracemi obeznámen. Bylo mu jasné, že jeho ventil funguje díky termoelektronické emisii elektronů z vyhřátého vlákna, které překonalo vakuovou mezeru k studené anodě. Ale vakuum v indikátorové lampě nebylo hluboké – pro obyčejnou žárovku to ani nebylo potřeba. Stačilo odstranit tolik kyslíku, aby se vlákno nezapalovalo. Fleming pochopil, že pro nejlepší fungování ventilu je potřeba ponechat co nejméně zbytkového plynu, aby nebránil toku elektronů.
De Forest to nepochopil. Protože k ventilu a Audionu přišel skrze experimenty s Bunsenovou hořákou, jeho přesvědčení bylo opačné – že horký ionizovaný plyn byl pracovním médiem zařízení a že jeho úplné odstranění by vedlo k jeho nefunkčnosti. Právě proto Audion tak nestabilně a neuspokojivě fungoval jako radiopřijímač a z toho důvodu vyzařoval modré světlo.
Arnold v AT&T se ocitl v ideální situaci k nápravě chyby De Foresta. Byl to fyzik, který studoval u Roberta Millikana na Chicagské univerzitě, a byl najat speciálně pro to, aby uplatnil své znalosti v nové elektronické fyzice na úkol vybudování telefonní sítě od pobřeží k pobřeží. Věděl, že lampička Audion bude fungovat nejlépe v téměř dokonalém vakuu, věděl, že moderní čerpadla mohou dosáhnout takového vakua, a věděl, že nový typ vlákna potaženého oxidem společně se zvětšenou deskou a mřížkou také zvýší tok elektronů. Krátce řečeno, proměnil Audion v elektronovou lampu, zachránce elektronické éry.
AT&T získal výkonný zesilovač potřebný k budování transkontinentální linky – chybělo však povolení k jeho používání. Zástupci společnosti se na jednáních s de Forestem chovali nedůvěřivě, ale začali vedení oddělenou konverzaci přes externího právníka, který získal práva na používání Audionu jako telefonního zesilovače za 50 000 dolarů (asi 1,25 milionu dolarů v roce 2017). Linka New York – San Francisco byla otevřena v pravý čas, ale víc jako triumf technické virtuozity a firemní reklamy, než jako prostředek komunikace. Náklady na hovory byly tak astronomické, že je téměř nikdo nemohl využívat.
Elektronická éra
Skutečná elektronická trubice se stala základem zcela nového stromu elektronických komponentů. Stejně jako relé elektronická trubice neustále rozšiřovala možnosti svého použití, když inženýři nacházeli nové způsoby, jak přizpůsobit její konstrukci konkrétním úkolům. Růst kmene „-odů“ neskončil s diodami a triody. Pokračoval s , které přidaly další mřížku, podporující zesílení při rostoucím počtu prvků v obvodu. Následovaly , , a dokonce . Objevily se thyratrony naplněné rtutí, vyzařující zlověstné modré světlo. Miniaturní lampy velikosti malíčku nebo dokonce žaludu. Lampy s katodou s nepřímým ohřevem, ve kterých bzučení zdroje střídavého proudu nenarušovalo signál. Kniha „Sága elektronické lampy“ [Saga of the Vacuum Tube], popisující růst průmyslu lamp do roku 1930, uvádí více než 1000 různých modelů podle jejich indexu – ačkoli mnoho z nich bylo ilegálními kopiemi od nedůvěryhodných značek: Altron, Perfectron, Supertron, Voltron, atd.
Důležitější než rozmanitost forem bylo rozmanité využití elektronické lampy. Regenerativní obvody proměnily triody na vysílače, které vytvářely hladké a stabilní sinusové vlny, bez hlučných jisker, schopné dokonale přenášet zvuk. S kohererem a jiskrami v roce 1901 Marconi sotva dokázal přenést krátký úryvek Morseovy abecedy přes úzkou část Atlantiku. V roce 1915, s elektronickou lampou jako vysílačem a přijímačem, dokázal AT&T přenášet lidský hlas z Arlingtonu, Virginia do Honolulu – dvojnásobnou vzdálenost. Do 20. let 20. století kombinovali telefonii na dlouhé vzdálenosti s vysoce kvalitním zvukovým vysíláním a vytvořili první rozhlasové sítě. Tím pádem brzy celá země mohla poslouchat po rádiu jeden a tentýž hlas, ať už to byl Roosevelt nebo Hitler.
Navíc možnost vytvářet vysílače laděné na přesnou a stabilní frekvenci umožnila telekomunikačním inženýrům realizovat dávný sen o frekvenčním multiplexu, který přitahoval Alexandra Bella, Edisona a další před čtyřiceti lety. Do roku 1923 měla AT&T desetikanálovou hlasovou linku z New Yorku do Pittsburghu. Možnost přenosu mnoha hlasů po jednom měděném drátu radikálně snížila náklady na dálkové hovory, které byly kvůli vysokým cenám vždy dostupné pouze pro nejbohatší lidi a podniky. Když viděli, na co jsou elektronické lampy schopny, poslali právníky AT&T, aby odkoupili dodatečná práva od de Forest, aby získali práva na použití Audionu ve všech dostupných oblastech. Celkově mu zaplatili 390 000 dolarů, což je v dnešních penězích ekvivalentní přibližně 7,5 milionu dolarů.
Proč elektronické lampy, ač tak různorodé, nedominovaly v první generaci počítačů tak, jak dominovaly v rádiu a jiném telekomunikačním zařízení? Je zřejmé, že triody mohly fungovat jako digitální spínače stejně jako relé. Bylo to natolik zřejmé, že de Forest si dokonce myslel, že vynalezl relé ještě předtím, než ho skutečně navrhl. A triody byly mnohem pohotovější než tradiční elektromagnetická relé, protože nemusely fyzicky posunovat kotvu. Typickému relé na přepínání trvalo několik milisekund, zatímco změna toku z katody na anodu v důsledku změny elektrického potenciálu na mřížce byla téměř okamžitá.
Lampy však měly jednoznačnou nevýhodu vůči relé: jejich tendenci, podobně jako u jejich předchůdců, žárovek, praskat. Doba života původního Audiona de Foresta byla tak krátká – asi 100 hodin – že v lampě byla záložní vlákno, které se muselo připojit po prasknutí prvního. To bylo velmi špatné, ale ani od lampy nejvyšší kvality se nedalo očekávat větší provozuschopnost než několik tisíc hodin. Pro počítače s tisíci lampami a hodinami výpočtů to byl vážný problém.
Relé, naopak, podle George Stibitze byla „fantasticky spolehlivá“. Tak moc, že tvrdil, že
Kdyby sada U-rovných relé začala fungovat v prvním roce našeho letopočtu a přepínala kontakt jednou za sekundu, fungovala by dodnes. První selhání kontaktu by se dalo očekávat nejdříve za tisíc let, někdy kolem roku 3000.
Kromě toho neexistovaly zkušenosti s použitím velkých elektronických obvodů, které by se daly srovnávat s elektromagnetickými obvody telefonních inženýrů. Rádio a další zařízení mohla obsahovat 5-10 lamp, ale ne stovky tisíc. Nikdo nevěděl, zda bude možné provozovat počítač se 5000 lampami. Volba relé místo lamp byla pro vývojáře počítačů bezpečným a konzervativním rozhodnutím.
V další části uvidíme, jak a proč se podařilo tyto pochybnosti překonat.
Zdroj: habr.com
