Andre artikler i cyklen:
- Historien om relæet
- Historien om elektroniske computere
- Historien om transistoren
- Internettets historie
I Vi så, hvordan den første generation af digitale computere blev bygget på basis af den første generation af automatiske elektriske kontaktdele – elektromekaniske relæer. Men på det tidspunkt, hvor disse computere blev skabt, ventede en anden digital kontakt en chance i kulissen. Relæet var en elektromekanisk enhed (der brugte elektricitet til at styre en mekanisk kontakt), mens den nye klasse af digitale kontakter var elektronisk – baseret på ny viden om elektronen, der opstod i begyndelsen af det 20. århundrede. Denne videnskab markerede, at det, der bar den elektriske kraft, ikke var strømmen, ikke bølgen, ikke feltet – men en fast partikel.
Enheden, der satte gang i elektronikeæraen baseret på denne nye fysik, blev kendt som "elektronrør" [i USA – vacuum tube, eller "vakuumrør"]. I historien om dens skabelse er der to personer involveret: englænderen og amerikaneren . Faktisk er oprindelsen af elektronikken mere kompleks, da den væver sig sammen af mange tråde, der krydser Europa og Atlanterhavet, og strækker sig tilbage i tiden til de tidlige eksperimenter med Leydenkrukkerne i midten af det 18. århundrede.
Men for vores fremstilling vil det være praktisk at belyse (spøg til side!) denne historie, der begynder med Thomas Edison. I 1880'erne gjorde Edison en interessant opdagelse, mens han arbejdede med elektrisk belysning – denne opdagelse forberedte scenen for vores historie. Herfra gik videre udviklingen af elektronrør, som var nødvendig for to teknologiske systemer: en ny form for trådløs kommunikation og de konstant udvidende telefonnetværk.
Prolog: Edison
Edison betragtes ofte som opfinderen af glødelampen. Dette giver ham både for meget og for lidt ære. For meget, fordi det ikke kun var Edison, der fandt på den lysende lampe. Udover de mange forgængere, hvis opfindelser aldrig kom til kommerciel anvendelse, kan man nævne Joseph Swan og Charles Stirling fra Storbritannien og amerikaneren William Sawyer, der lancere lamper på markedet samtidig med Edison. [Æren for opfindelsen tilhører også den russiske opfinder . Lodygin var den første, der kom på ideen om at trække luften ud af en glas lampelampe, og han foreslog også at lave glødetråden ikke af kul eller forbrændte fibre, men af hårdfør wolfram / bem. red.]. Alle lamper bestod af en forseglet glasbeholder, hvor der både var en resistiv tråd indeni. Når lampen blev tændt, skabte varmen fra modstanden i tråden strømmen, som fik den til at lyse. Luften blev trukket ud af beholderen for at forhindre, at tråden lyste op. Elektrisk lys var allerede kendt i større byer i form af , der blev brugt til at oplyse store offentlige steder. Alle disse opfindere søgte efter en måde at reducere lyset ved at tage en klar partikel fra den brændende bue, som var lille nok til at blive brugt i hjemmet i stedet for gaslamper, og gøre lys-kilden sikrere, renere og mere lysstærk.
Hvad Edison faktisk gjorde – mere præcist, hvad hans industrielle laboratorium skabte – var ikke bare en lyskilde. De byggede et helt elektrisk system til belysning af hjem – generatorer, ledninger til strømoverførsel, transformatorer osv. Af alt dette var pæren kun den mest åbenlyse og synlige komponent. Tilstedeværelsen af Edisons navn i hans virksomheder, der producerede elektricitet, var ikke blot en simpel anerkendelse af den store opfinder, som i tilfældet med Bell Telephone. Edison viste sig ikke kun som en opfinder, men også som en systemarkitekt. Hans laboratorium fortsatte med at forbedre forskellige komponenter af elektrisk belysning, selv efter deres tidlige succes.
Eksemplar af tidlige Edison-lamper
I løbet af undersøgelserne omkring 1883 besluttede Edison (eller måske en af hans medarbejdere) at placere en metallisk plade inde i den lysende pære sammen med glødetråden. Årsagen til denne handling er uklar. Måske var det et forsøg på at fjerne mørkningen af pæren – indersiden af glaskolben samlede over tid en mystisk mørk substans. Ingeniøren håbede åbenbart, at disse sorte partikler ville blive tiltrukket af den spændingførende plade. Til sin overraskelse opdagede han, at når pladen blev tilsluttet kredsløbet sammen med den positive ende af tråden, var strømmen, der flød gennem tråden, direkte proportional med lysstyrken af glødetråden. Da pladen blev tilsluttet den negative ende af tråden, blev der ikke observeret noget lignende.
Edison konkluderede, at denne effekt, som senere blev kaldt Edisoneffekten eller , kunne bruges til at måle eller endda styre "elektromotorisk kraft", eller spændingen, i et elektrisk system. Af vanet liv indsendte han en patentansøgning på denne "elektriske indikator" og gik derefter tilbage til mere vigtige opgaver.
Trådløst
Lad os flytte 20 år frem i tiden, til 1904. På dette tidspunkt arbejdede John Ambrose Fleming i England for Marconi Company med at forbedre modtageren af radiobølger.
Det er vigtigt at forstå, hvad radio var, og hvad det ikke var på det tidspunkt, både som værktøj og i praksis. Radio blev dengang ikke engang kaldt "radio"; det blev kaldt "wireless", trådløs. Termen "radio" begyndte først at dominere i 1910'erne. Det henviste specifikt til trådløs telegrafering – et system til at sende signaler i form af prikker og streger fra afsender til modtager. Dens primære anvendelse var kommunikation mellem skibe og havnetjenester, og i denne henseende var det af interesse for marinevæsenet over hele verden.
Nogle opfindere på det tidspunkt, især , eksperimenterede med ideen om radiotelefonen – transmission af stemmemeldinger gennem luften i form af en kontinuerlig bølge. Men broadcasting i moderne forstand opstod først 15 år senere: transmission af nyheder, historier, musik og andre programmer til modtagelse af et bredt publikum. Indtil da blev den omnidirektionale natur af radiosignaler set som et problem, der skulle løses, i stedet for som en funktion, der kunne udnyttes.
Det eksisterende radioudstyr var godt tilpasset til at arbejde med morsealfabetet, men dårligt til alt andet. Senderne skabte Hertz-bølger ved at sende en gnist gennem et brud i kredsløbet. Derfor blev signalet ledsaget af statisk knitring.
Modtagerne genkendte dette signal gennem en kogerer: metalspåner i et glasrør, der blev samlet i en kontinuerlig masse under indflydelse af radiobølger og dermed lukkede kredsløbet. Derefter skulle man banke på glasset for at få spånerne til at falde fra hinanden, så modtageren var klar til det næste signal – dette blev først gjort manuelt, men snart kom der også automatiske enheder til.
I 1905 begyndte der kun at dukke op , også kendt som «katte-whisker». Det viste sig, at man blot ved at berøre en bestemt krystal med en ledning, for eksempel silikone, jernkis eller , kunne opfange radiosignal fra luften. De resulterende modtagere var billige, kompakte og tilgængelige for alle. De stimulerede udviklingen af radioamatørisme, især blandt unge mennesker. Den pludselige stigning i brugen af frekvenser, der opstod som følge heraf, førte til problemer, fordi radiofrekvenserne blev delt blandt alle brugere. Uskyldige samtaler mellem amatører kunne pludselig krydse med kommunikationen fra skibsfarten, og nogle bøller formåede endda at afgive falske ordrer og sende nødsignaler. Staten måtte uundgåeligt gribe ind. Som Ambrose Fleming selv skrev, var fremkomsten af krystalliske detektorer
Det førte straks til en stigning i uansvarlig radiotelegrafi på grund af udslip fra det utallige antal amatørere og studerende, hvilket krævede hård indblanding fra nationale og internationale myndigheder for at holde det i rimelige og sikre rammer.
Fra de usædvanlige elektriske egenskaber af disse krystaller vil der på et tidspunkt dukke en tredje generation af digitale kontakter op, efter relæer og lamper – kontakterne, der dominerer i vores verden. Men alt har sin tid. Vi har beskrevet scenen, nu lad os rette al opmærksomhed mod skuespilleren, der netop er trådt ind i rampelyset: Ambrose Fleming, England, 1904.
Ventil
I 1904 var Fleming professor i elektroteknik ved University College London og consultant for Marconi Company. Oprindeligt ansatte firmaet ham for sin ekspertvurdering af opførelsen af et kraftværk, men senere tog han sig af opgaven med at forbedre modtageren.
Fleming i 1890
Alle vidste, at en kogerer var en dårlig modtager med hensyn til følsomhed, og den magnetiske detektor, der blev udviklet af Marconi, var heller ikke meget bedre. For at finde en erstatning besluttede Fleming sig først for at bygge et følsomt kredsløb til at opdage Hertz-bølger. En sådan enhed, selvom den ikke blev detektor i sig selv, ville være nyttig i fremtidige undersøgelser.
For dette måtte han finde en måde at konstant måle strømstyrken, der blev genereret af de ankommende bølger, i stedet for at bruge en diskret kogerer (den viste kun tilstande som tændt – hvor metalspånerne klæbede sammen, eller slukket). Men de kendte apparater til måling af strømstyrke – galvanometre – krævede, at der blev anvendt jævnstrøm, det vil sige ensrettet strøm. Den vekselstrøm, der blev fremkaldt af radiobølger, skiftede retning så hurtigt, at nogen måling ikke ville være mulig.
Fleming huskede, at der ligger flere interessante ting i hans skab – Edison’s indikatorlamper. I 1880’erne var han konsulent for Edison’s Electrical Lighting Company i London og arbejdede på problemet med forbrænding af lamper. På det tidspunkt fik han flere eksemplarer af indikatorlampen, muligvis fra William Prise, hovedingeniøren for den britiske Posttjeneste, som lige var kommet tilbage fra den elektriske udstilling i Philadelphia. Dengang var kontrol over telegraf og telefon almindeligt for posttjenester uden for USA, så de var centre for elektroteknisk ekspertise.
Senere, i 1890’erne, undersøgte Fleming selv Edison-effekten ved hjælp af lamperne, han havde fået fra Prise. Han viste, at effekten bestod i, at strømmen flød i én retning: den negative elektriske potentiale kunne strømme fra den varme tråd til den kolde elektrode, men ikke omvendt. Først i 1904, da han stod over for opgaven med at opdage radiobølger, indså han, at denne kendsgerning kunne anvendes praktisk. Edison-indikatoren ville kun tillade strømpulser i én retning at krydse spalten mellem tråden og pladen, hvilket ville give en konstant og ensrettet strøm.
Fleming tog en lampe, tilsluttede den i serie med en galvanometer og tændte den gnistproducerende sender. Voilà – spejlet drejede sig, og lysstrålen flyttede sig på skalaen. Det fungerede. Han kunne præcist måle den indkommende radiosignal.
Prototyper af Flemings ventil. Anoden er placeret i midten af trådsløjfen (den varme katode).
Fleming kaldte sin opfindelse en «ventil», da den kun tillod elektricitet at strømme i én retning. Med mere generelt elektroteknisk sprog var det en ensretter – en metode til at omdanne vekselstrøm til jævnstrøm. Senere blev den kaldt en diode, da den havde to elektroder – den varme katode (tråd), der udsendte elektricitet, og den kolde anode (plade), der modtog den. Fleming introducerede flere forbedringer i designet, men i sin grundsubstans var enheden ikke forskellig fra den indikatorlampe, som Edison havde fremstillet. Dens overgang til en ny kvalitet skete som resultat af en ændring i tankegangen – et fænomen, vi allerede har set mange gange. Ændringen fandt sted i verdens idéer i Flemings sind og ikke i verdens ting udenfor det.
Klausulen i sig selv var nyttige. Det var den bedste feltanordning til måling af radiosignaler og en udmærket detektor i sig selv. Men verden blev ikke rystet. Den eksplosive vækst inden for elektronik begyndte først, da Lee de Forest tilføjede en tredje elektrode og forvandlede ventilen til et relæ.
Lytning
Lee de Forest havde en usædvanlig opvækst som studerende fra Yale. Hans far, præst Henry de Forest, var veteran fra Borgerkrigen fra New York, pastor , og troede fast på, at en præst skulle sprede det guddommelige lys af viden og retfærdighed. I overensstemmelse med pligtfølelsen accepterede han invitationen til at blive præsident for Talladega College i Alabama. College blev grundlagt efter Borgerkrigen af den Amerikanske Missionsforening med base i New York. Det var beregnet til at uddanne og vejlede de lokale sorte indbyggere. Her følte Lee sig fanget mellem hammeren og ambolten – de lokale sorte ydmygede ham for hans naivitet og fejehed, mens de lokale hvide hævdede, at han var .
Og alligevel udviklede den unge de Forest en stærk selvtillid. Han opdagede en interesse for mekanik og opfindelser – hans model af en lokomotiv blev et lokalt vidunder. Allerede som teenager, mens han studerede i Talladega, besluttede han at dedikere sit liv til opfindelser. Senere, som ung mand i New Haven, frigav præstefaderen sig fra sine sidste religiøse overbevisninger. Disse forsvandt gradvist efter at have stiftet bekendtskab med darwinismen, og de blev blæst væk efter sin fars tidlige død. Men følelsen af at have en mission forlod ikke de Forest – han betragtede sig selv som et geni og stræbte efter at blive den anden Nikola Tesla, rig, berømt og mystisk tryllekunstner fra elektricitetens tidsalder. Hans klassekammerater fra Yale betragtede ham som en selvgod snakkende. Han kunne muligvis kaldes den mindst populære person, der nogensinde har krydset vores historie.
de Forest, ca. 1900
Efter at have afsluttet sin uddannelse ved Yale-universitetet i 1899, valgte de Forest at fordybe sig i det hastigt voksende kunst at transmittere trådløse signaler som vej til rigdom og berømmelse. I de følgende årtier forfulgte han denne vej med stor beslutsomhed og selvtillid, uden tøven. Det hele begyndte med et samarbejde mellem de Forest og hans partner Ed Smite i Chicago. Smite holdt deres virksomhed flydende med regelmæssige betalinger, og sammen udviklede de deres egen radiobølge-detektor, bestående af to metalplader, der var limet sammen, som de Forest kaldte "pasta" [goo]. Men de Forest kunne ikke vente længe på belønningen for sin genialitet. Han skildte sig af med Smite og samarbejdede med en tvivlsom finansmand fra New York ved navn Abraham White [ironisk ændret fra det navn, han fik ved fødslen, Schwarz, for at skjule sine mørke aktiviteter. White/White – (eng.) hvid, Schwarz/Schwarz – (tysk) sort / overs. anm.], og åbnede virksomheden De Forest Wireless Telegraph Company.
Selve virksomhedens aktiviteter var sekundære for begge vores helte. White udnyttede folks uvidenhed til at fylde sine lommer. Han svindlede millioner fra investorer, der kraftigt forsøgte at holde trit med den forventede radio-boom. Og de Forest, takket være de omfattende midler fra disse "naive", fokuserede på at bevise sit geni gennem udviklingen af et nyt amerikansk system til trådløs informationsoverførsel (i modsætning til det europæiske, der var udviklet af Marconi m.fl.).
Desværre for det amerikanske system fungerede de Forests detektor ikke særlig godt. I en periode løste han dette problem ved at låne det patenterede design fra Reginald Fessenden på en detektor kaldet "flydende barret" – to platintråde nedsænket i en skål med svovlsyre. Fessenden anlagde sag for patentkrænkelse – og denne retssag ville han åbenbart have vundet. De Forest kunne ikke finde ro, før han havde opfundet en ny detektor, der kun tilhørte ham. I efteråret 1906 annoncerede han skabelsen af en sådan detektor. På to forskellige møder i American Institute of Electrical Engineers beskrev de Forest sin nye trådløse detektor, som han kaldte "Audion". Men dens reelle oprindelse er tvivlsom.
I nogen tid drejede de Forests forsøg på at bygge en ny detektor sig om at føre elektricitet gennem flammen , som han mente kunne fungere som en asymmetrisk leder. Ideen, synes det, blev ikke en succes. I et eller andet øjeblik i 1905 hørte han om Flemings ventil. De Forest fik det for sig, at denne ventil og hans apparat baseret på brænderen i princippet ikke var forskellige – hvis man erstattede den varme tråd med en flamme og dækkede den med en glasbeholder for at begrænse gassen, ville man få den samme ventil. Han udviklede en række patenter, der gentog historien om forgængerne til Flemings ventil ved hjælp af detektorer baseret på gasflamme. Han ville åbenbart tilskrive sig selv æren for opfindelsen og omgå Flemings patent, da arbejdet med Bunsen-brænderen gik forud for Flemings arbejde (det blev udført fra 1900).
Det er umuligt at sige, om det var selvbedrag eller bedrageri, men resultatet blev, at der i august 1906 blev givet et patent til de Forest på "en udhulet glasbeholder, der indeholder to adskilte elektroder, mellem hvilke der er et gasmedium, der ved tilstrækkelig opvarmning bliver leder og danner et følsomt element". Udstyr og funktion af apparatet tilhørte Fleming, mens forklaringen på dets funktion tilkom de Forest. De Forest tabte i sidste ende patentstriden, selvom det tog ti år.
Den utålmodige læser kan allerede begynde at undre sig over, hvorfor vi bruger så meget tid på denne person, hvis selvudnævnte genialitet bestod i at udgive andres idéer som sine egne? Årsagen ligger i de transformationer, som Audion gennemgik i løbet af de seneste måneder af 1906.
På dette tidspunkt havde de Forest ikke noget arbejde. White og hans partnere undslap ansvar i forbindelse med Fessendens søgsmål ved at oprette et nyt selskab, United Wireless, og låne aktiverne fra American De Forest for $1. De Forest blev smidt ud med $1000 i fratrædelsesgodtgørelse og nogle ubrugelige patenter i hænderne, herunder patentet på Audion. Efter at have vænnet sig til en frivol livsstil, stod han overfor alvorlige økonomiske problemer og forsøgte desperat at gøre Audion til en stor succes.
For at forstå, hvad der skete derefter, er det vigtigt at vide, at de Forest troede, han havde opfundet relæet – i modsætning til Flemings ensretter. Han lavede sin Audion ved at forbinde et batteri til en kold plade i ventilen og mente, at signalet i antennekredsløbet (forbundet til den varme tråd) modulerede en stærkere strøm i batterikredsløbet. Han tog fejl: det var ikke to kredsløb, batteriet flyttede blot signalet fra antennen, snarere end at forstærke det.
Men denne fejl blev kritisk, da den fik de Forest til at eksperimentere med en tredje elektrode i kolben, som skulle adskille de to kredsløb i dette 'relæ' endnu mere. Først tilføjede han en anden kold elektrode ved siden af den første, men derefter, muligvis under indflydelse af de styremekanismer, der bruges af fysikere til at omdirigere stråler i elektroniske apparater, flyttede han elektroden til et sted mellem tråden og den primære plade. Han konkluderede, at en sådan placering kunne afbryde strømmen af elektricitet, og ændrede formen på den tredje elektrode fra plade til bølget ledning, der mindede om en rasper – og kaldte den 'gitter'.
Trioden Audion fra 1908. Tråden (brudt) til venstre – katoden, den bølgede ledning – gitteret, den rundede metalplade – anoden. Den har stadig gevind, ligesom en almindelig pære.
Og det var allerede virkelig et relæ. Den svage strøm (som den, der genereres af radioantenner), der blev givet til gitteret, kunne kontrollere en langt stærkere strøm mellem tråden og pladen ved at skubbe de ladede partikler væk, der forsøgte at overføre mellem dem. Denne detektor fungerede meget bedre end ventilen, da den ikke blot ensrettede, men også forstærkede radiosignalet. Og ligesom ventilen (og i modsætning til kogeneratoren) kunne den give et kontinuerligt signal, hvilket gjorde det muligt at skabe ikke kun radiotelegrafi, men også radiotelefon (og senere transmission af stemme og musik).
I praksis fungerede den ikke særlig godt. de Forests Audions var kræsne, brændte hurtigt ud, og der var mangel på ensartet kvalitet i deres produktion, og som forstærkere var de ineffektive. For at en specifik Audion kunne fungere korrekt, var det nødvendigt at justere de elektriske parametre i kredsløbet specifikt til den.
Alligevel troede de Forest på sin opfindelse. For at promovere den, oprettede han et nyt firma, De Forest Radio Telephone Company, men salget viste sig at være minimalt. Den største succes var salget af udstyr til flåden til intern flådetelefoni under den verdensomspændende rejse.Dog, da flådekommandøren ikke havde tid til at få de Forests transmittere og modtagere til at fungere og træne besætningen i deres brug, beordrede han dem pakket og efterladt i opbevaring. Desuden var de Forests nye selskab, ledet af en efterfølger til Abraham White, ikke mere ordentligt end det tidligere. Ud over sine fiaskoer blev han snart anklaget for svindel.
I løbet af fem år opnåede Audion intet. Og igen ville telefonen spille en nøglerolle i udviklingen af det digitale relæ, denne gang redde en lovende, men uafprøvet teknologi, der var på randen af glemsel.
Og igen telefonen
Langdistancenettet var AT&T's centrale nervesystem. Det samlede mange lokale virksomheder og gav en vigtig konkurrencefordel, når Bell-patenterne udløb. Når en ny kunde sluttede sig til AT&T-netværket, kunne de teoretisk set ringe til alle andre abonnenter, der befandt sig tusindvis af kilometer væk – selvom langdistanceopkald sjældent blev foretaget. Netværket var også den materielle grundlag for virksomhedens altomfattende ideologi "Én politik, ét system, universel service".
Men med begyndelsen af det andet årti i det tyvende århundrede havde dette netværk nået sin fysiske grænse. Jo længere telefonledningerne blev strakt, desto svagere og mere støjende blev signalet, der passerede gennem dem, og til sidst blev talen næsten utydelig. På grund af dette var der faktisk to AT&T-netværk i USA, adskilt af det kontinentale bælt.
For det østlige netværk var stikket New York, og de mekaniske gentagere og – en forbindelse, der bestemte, hvor langt den menneskelige stemme kunne nå. Men disse teknologier var ikke almægtige. Spoler ændrede de elektriske egenskaber i telefonkredsløbet, hvilket mindskede dæmpningen af stemmefrekvenser – men de kunne kun reducere den, ikke fjerne den. Mekaniske repeatrer (bare en telefonhøjttaler forbundet med en forstærkende mikrofon) tilføjede støj med hver gentagelse. Linjen fra 1911 mellem New York og Denver bragte denne grænse til sin maksimale længde. At strække et netværk over hele kontinentet var ikke engang til diskussion. Men i 1909 lovede John Carthy, hovedingeniøren hos AT&T, offentligt at gøre netop det. Han lovede at gøre det inden for fem år – til starten af i San Francisco i 1915.
Den første, der muliggorde en sådan virksomhed ved hjælp af en ny telefonforstærker, var ikke en amerikaner, men en arving til en rig wienersk familie med interesse for videnskab. Som ung ved hjælp af sine forældres midler købte en telefonproduktionsvirksomhed og havde til hensigt at lave en forstærker til telefonopkald. I 1906 havde han lavet et relæ baseret på katodestrålerør, som på det tidspunkt blev almindeligt brugt i fysiske eksperimenter (og senere blev grundlaget for den dominerende teknologi for videoskærme i det 20. århundrede). Det svage indgående signal blev kontrolleret af en elektromagnet, der bøjede strålen og modulerede en stærkere strøm i hovedkredsløbet.
I 1910 havde von Lieben sammen med sine kolleger, Eugene Rayz og Sigmund Strauss, fået kendskab til Audion fra de Forest og blev mester i at erstatte magneten i røret med et gitter, der kontrollerede katodestrålerne – dette design var det mest effektive og overgik alle andre udviklinger, der var lavet indtil da i USA. Det tyske telefonnetværk tog hurtigt von Liebens forstærker i brug. I 1914 muligtgjorde det en nervepirrende telefonopkald fra generalen for den østpreussiske hær til det tyske hovedkvarter, som lå 1000 kilometer væk i Koblenz. Dette fik stabschefen til at sende generalerne Hindenburg og Ludendorff østpå, mod evig ære og med alvorlige konsekvenser. Lignende forstærkere forbandt senere det tyske hovedkvarter med felthærerne i syd og øst helt til Makedonien og Rumænien.
En kopi af det forbedrede katode-strålerelæ fra Liben. Kathoden er nederst, anoden er spolen øverst, og gitteret er en rund metalfolie i midten.
Men sprog- og geografiske barrierer samt krig gjorde, at dette design ikke nåede til USA, og snart blev det overhalet af andre begivenheder.
I mellemtiden forlod de Forest det kriseramte Radio Telephone Company i 1911 og flygtede til Californien. Der fik han ansættelse i Federal Telegraph Company i Palo Alto, grundlagt af en Stanford-kandidat. . Nominelt skulle de Forest arbejde på en forstærker, der skulle øge lydstyrken på den føderale radiomodtager. Faktisk arbejdede han sammen med Herbert Van Etten (en erfaren telefoningeniør) og Charles Logwood (en modtagerskaber) på at skabe en telefonforstærker for at vinde en præmie fra AT&T, som rygterne sagde var $1 million.
Til dette fandt de Forest Audion frem fra loftet, og inden 1912 havde han og hans kolleger et apparat klar til demonstration i telefonfirmaet. Det bestod af flere seriekoblede Audioner, der skabte forstærkning i flere trin, samt nogle få hjælpekomponenter. Apparatet fungerede grundlæggende – det kunne forstærke signalet tilstrækkeligt til, at man kunne høre en næseklud falde eller lytte til lommeuret tikke. Men kun ved strømme og spændinger, der var for lave til at være nyttige i telefoni. Ved en stigning i strømmen begyndte Audionerne at udsende et blåt lys, og signalet blev til støj. Men telefonfolkene var tilpas interesserede til at give apparatet til deres ingeniører for at se, hvad de kunne gøre med det. Faktisk vidste en af dem, den unge fysiker Harold Arnold præcist, hvordan man kunne forbedre forstærkeren fra Federal Telegraph.
Det er tid til at diskutere, hvordan ventilen og Audion fungerede. Den nøgleforståelse, der var nødvendig for at forklare deres funktion, kom fra Cavendish-laboratoriet i Cambridge – et intellektuelt centrum for ny elektronisk fysik. I 1899 viste J.J. Thomson i eksperimenter med katodestrålerør, at en partikel med masse, som senere blev kendt som elektron, overførte strøm fra katoden til anoden. I de følgende år udviklede Owen Richardson, Thomsons kollega, denne antagelse til en matematisk teori om termoelektronisk emission.
Ambrose Fleming, en ingeniør der arbejdede en kort togtur fra Cambridge, var bekendt med disse arbejder. Det var klart for ham, at hans ventil fungerede takket være termoelektronisk emission af elektroner fra en opvarmet tråd, der krydsede det vacuum, der var til stede til den kolde anode. Men vaccumet i indikatorlampen var ikke dybt – det var ikke nødvendigt for en almindelig lampe. Det var tilstrækkeligt at fjerne så meget ilt, at tråden ikke kunne antændes. Fleming indså, at for at ventilen skulle fungere bedst muligt, skulle den tømmes grundigt, så den resterende gas ikke hindrede elektronernes strøm.
De Forest forstod ikke dette. Da han kom til ventilen og Audion gennem eksperimenter med Bunsens brænder, var hans overbevisning den modsatte – at den varme, ioniserede gas var arbejdsmediet for enheden, og at en fuldstændig fjernelse ville føre til, at den stoppede med at fungere. Det var derfor, Audion fungerede så ustabilt og utilfredsstillende som en radiomodtager, og derfor udsendte den blåt lys.
Arnold i AT&T befandt sig i en ideel situation til at rette de Forests fejl. Han var fysiker, der havde studeret under Robert Millikan på University of Chicago, og blev ansat specielt for at anvende sin viden om ny elektronisk fysik til opgaven med at bygge et telefonnet fra kyst til kyst. Han vidste, at Audion-lampen ville fungere bedst i næsten perfekt vakuum, vidste, at de nyeste pumper kunne opnå sådan et vakuum, og vidste, at en ny type tråd, der var belagt med oxid, sammen med en forstørret plade og gitter også kunne øge elektronernes strøm. Kort sagt, han forvandlede Audion til en elektronrør, et vidunderprodukt i den elektroniske æra.
AT&T fik en kraftfuld forstærker, der var nødvendig for at bygge den transkontinentale linje – der manglede dog kun rettighederne til at bruge den. Virksomhedens repræsentanter optrådte skeptisk under forhandlingerne med de Forest, men de havde en separat samtale gennem en ekstern advokat, der formåede at købe brugsrettighederne til Audion som telefonforstærker for $50.000 (omkring $1,25 millioner i 2017-dollar). Linjen New York – San Francisco åbnede lige i tide, men mere som et triumf for teknisk dygtighed og corporate branding end som et kommunikationsmiddel. Omkostningerne ved opkald var så astronomiske, at næsten ingen kunne benytte sig af det.
Den elektroniske æra
Den virkelige elektroniske lampe blev roden til et helt nyt træ af elektroniske komponenter. Ligesom relæet udvidede den elektroniske lampe konstant anvendelsesmulighederne, efterhånden som ingeniører fandt nye måder at tilpasse dens konstruktion til specifikke opgaver. Væksten af stammen af "-oder" stoppede ikke med dioder og trioder. Den fortsatte med , der tilføjede et ekstra gitter, der understøttede forstærkningen, efterhånden som elementerne i kredsløbet voksede. Efterfølgende kom , , og endda . Der kom thyratrons fyldt med kviksølvdamp, der lysede op i et ildevarslende blåt lys. Miniaturelamper på størrelse med en lille tå eller endda en agern. Lamper med indirekte opvarmning, hvor summen fra vekselstrømskilden ikke forstyrrede signalet. Bogen "Saga om den elektroniske lampe" [Saga of the Vacuum Tube], der beskriver voksende lampindustri indtil 1930, opregner over 1000 forskellige modeller efter deres indeks – selvom mange af dem var ulovlige kopier fra utroværdige mærker: Altron, Perfectron, Supertron, Voltron osv.
Vigtigere end mangfoldigheden af former var mangfoldigheden af anvendelser af den elektroniske lampe. Regenerative kredsløb forvandlede trioden til en transmitter, der skabte glatte og konstante sinusformede bølger uden støjende gnister, i stand til perfekt at transmittere lyd. Med en kogerer og gnister kunne Marconi i 1901 knap transmittere en lille del af Morsealfabetet over en smal del af Atlanterhavet. I 1915 kunne AT&T ved hjælp af den elektroniske lampe som transmitter og modtager transmittere menneskestemmer fra Arlington, Virginia til Honolulu – det dobbelte af den afstand. I 1920’erne kombinerede de langdistance telefoni med høj kvalitet lydbroadcasting og skabte de første radiosnetværk. Dermed kunne snart hele nationen lytte til den samme stemme på radio, hvad enten det var Roosevelt eller Hitler.
Desuden gjorde muligheden for at skabe transmittere indstillet på en præcis og stabil frekvens, at telekommunikationsingeniører kunne realisere en længe næret drøm om frekvensmultiplexing, der havde tiltrukket Alexander Bell, Edison og de andre for fyrre år siden. I 1923 havde AT&T en ti-kanals telefonlinje fra New York til Pittsburgh. Muligheden for at transmittere mange stemmer over en enkelt kobberledning reducerede radikalt omkostningerne ved langdistanceopkald, som altid havde været tilgængelige kun for de rigeste mennesker og virksomheder på grund af de høje omkostninger. Har set, hvad de elektroniske lamper kunne, sendte AT&T deres advokater for at købe yderligere rettigheder fra de Forest for at sikre rettighederne til at bruge Audion i alle tilgængelige anvendelsesområder. Samlet betalte de ham $390.000, hvilket i dagens penge svarer til cirka $7,5 millioner.
Hvorfor dominerede elektroniske rør ikke første generation af computere på samme måde, som de dominerede radio og andet telekommunikationsudstyr, trods deres alsidighed? Det er tydeligt, at trioden kunne fungere som en digital kontakt ligesom relæet. Så åbenlyst, at de Forest endda mente, han havde skabt et relæ, før han faktisk gjorde det. Og trioden var meget mere responsiv end det traditionelle elektromekaniske relæ, da det ikke havde behov for at flytte en ankerfjedert. Et typisk relæ krævede flere millisekunder for at skifte, mens ændringen i strømmen fra katode til anode på grund af ændringen i det elektriske potentiale på gitteret var næsten øjeblikkelig.
Men lamperne havde en åbenlys ulempe i forhold til relæerne: deres tendens til at brænde ud, ligesom deres forgængere, glødepærer. Levetiden for den originale Audion af de Forest var så kort - omkring 100 timer - at den indeholdt en reserveledning, der skulle tilsluttes efter den første brændte ud. Dette var meget problematisk, men selv de bedste lamper kunne man ikke forvente at have en levetid længere end et par tusinde timer. For computere med tusindvis af lamper og som kunne køre i timevis, var det et alvorligt problem.
Relæer, derimod, ifølge George Stibitz, var "fantastisk pålidelige". Så meget, at han påstod, at
Hvis et sæt U-formede relæer var begyndt at arbejde i det første år efterskuddet, og vekslende kontakt en gang i sekundet, ville de stadig fungere den dag i dag. Den første fejl i kontakten kunne man forvente først om mindst tusinde år, engang i år 3000.
Desuden eksisterede der ikke erfaring med at bruge store elektroniske kredsløb, der kunne sammenlignes med de elektromekaniske kredsløb, som telefoningeniører brugte. Radiomodtagere og andet udstyr kunne indeholde 5-10 lamper, men ikke hundrede tusinde. Ingen vidste, om det ville være muligt at få en computer til at fungere med 5000 lamper. Ved at vælge relæer i stedet for lamper, tog computerudviklerne et sikkert og konservativt valg.
I næste del vil vi se, hvordan og hvorfor disse tvivl blev overvundet.
Kilde: habr.com
