Andre artikler i serien:
- Historien om stafetten
- Historien om elektroniske computere
- Transistorens historie
- Internet historie
В vi så, hvordan den første generation af digitale computere blev bygget på basis af den første generation af automatiske elektriske kontakter - elektromagnetiske relæer. Men da disse computere blev skabt, var der en anden digital switch, der ventede bag kulisserne. Relæet var en elektromagnetisk enhed (der brugte elektricitet til at betjene en mekanisk kontakt), og den nye klasse af digitale omskiftere var elektronisk – baseret på ny viden om elektronen, der opstod i begyndelsen af det XNUMX. århundrede. Denne videnskab viste, at bæreren af elektrisk kraft ikke var en strøm, ikke en bølge, ikke et felt - men en fast partikel.
Enheden, der fødte elektronikkens æra baseret på denne nye fysik, blev kendt som vakuumrøret. Historien om dens skabelse involverer to personer: en englænder og amerikansk . I virkeligheden er elektronikkens oprindelse mere kompleks, med mange tråde, der krydser Europa og Atlanterhavet, og strækker sig tilbage til de tidlige eksperimenter med Leyden-krukker i midten af det XNUMX. århundrede.
Men inden for rammerne af vores præsentation vil det være praktisk at dække (pun intended!) denne historie, begyndende med Thomas Edison. I 1880'erne gjorde Edison en interessant opdagelse, mens han arbejdede på elektrisk belysning - en opdagelse, der sætter scenen for vores historie. Herfra kom den videre udvikling af vakuumrør, der kræves til to teknologiske systemer: en ny form for trådløs beskedudveksling og de stadigt voksende telefonnetværk.
Prolog: Edison
Edison betragtes generelt som opfinderen af pæren. Dette giver ham for meget og for lidt kredit på samme tid. For mange, for Edison var ikke den eneste, der opfandt den lysende lampe. Ud over mængden af opfindere, der gik forud for ham, hvis kreationer ikke nåede kommerciel anvendelse, kan vi nævne Joseph Swan og Charles Stern fra Storbritannien og amerikaneren William Sawyer, der bragte pærer til markedet samtidig med Edison. [Æren ved opfindelsen tilhører også den russiske opfinder . Lodygin var den første, der gættede på at pumpe luft ud af en glaspære og foreslog derefter at lave glødetråden ikke af kul eller forkullede fibre, men af ildfast wolfram / ca. oversættelse]. Alle lamper bestod af en forseglet glaspære, inden i hvilken der var en resistiv glødetråd. Når lampen var tilsluttet kredsløbet, fik den varme, der blev genereret af glødetrådens modstand mod strømmen, den til at lyse. Luften blev pumpet ud af kolben for at forhindre filamentet i at antænde. Elektrisk lys var allerede kendt i store byer i formen , bruges til at oplyse store offentlige steder. Alle disse opfindere ledte efter en måde at reducere mængden af lys ved at tage en lys partikel fra en brændende bue, lille nok til at blive brugt i hjem til at erstatte gaslamper og gøre lyskilden sikrere, renere og lysere.
Og hvad Edison virkelig gjorde - eller rettere, hvad hans industrielle laboratorium skabte - var ikke bare at skabe en lyskilde. De byggede et helt elektrisk system til belysning af huse - generatorer, ledninger til at overføre strøm, transformere mv. Af alt dette var pæren kun den mest oplagte og synlige komponent. Tilstedeværelsen af Edisons navn i hans elselskaber var ikke en simpel genfleksion for den store opfinder, som det var tilfældet med Bell Telephone. Edison viste sig ikke kun at være en opfinder, men også en systemarkitekt. Hans laboratorium fortsatte med at arbejde på at forbedre forskellige elektriske belysningskomponenter selv efter deres tidlige succes.
Et eksempel på Edisons tidlige lamper
Under forskning omkring 1883 besluttede Edison (og muligvis en af hans medarbejdere) at lukke en metalplade inde i en lysende lampe sammen med en glødetråd. Årsagerne til denne handling er uklare. Måske var dette et forsøg på at eliminere mørkningen af lampen - indersiden af pærens glas akkumulerede et mystisk mørkt stof over tid. Ingeniøren håbede åbenbart, at disse sorte partikler ville blive tiltrukket af den strømførende plade. Til sin overraskelse opdagede han, at når pladen blev inkluderet i kredsløbet sammen med den positive ende af glødetråden, var mængden af strøm, der strømmede gennem glødetråden, direkte proportional med intensiteten af glødetrådens glød. Ved tilslutning af pladen til den negative ende af gevindet blev der ikke observeret noget lignende.
Edison besluttede, at denne effekt, senere kaldet Edison-effekten eller , kan bruges til at måle eller endda kontrollere den "elektromotoriske kraft" eller spændingen i et elektrisk system. Af vane søgte han om patent på denne "elektriske indikator", og vendte derefter tilbage til vigtigere opgaver.
Uden ledninger
Lad os spole 20 år frem i fremtiden, til 1904. På dette tidspunkt i England arbejdede John Ambrose Fleming på instruktioner fra Marconi Company om at forbedre en radiobølgemodtager.
Det er vigtigt at forstå, hvad radio var og ikke var på dette tidspunkt, både hvad angår instrument og praksis. Radio blev ikke engang kaldt "radio" dengang, den hed "trådløs". Begrebet "radio" blev først udbredt i 1910'erne. Helt konkret henviste han til trådløs telegrafi – et system til at sende signaler i form af prikker og streger fra afsender til modtager. Dens hovedanvendelse var kommunikation mellem skibe og havnetjenester, og i denne forstand var den af interesse for søfartsmyndigheder rundt om i verden.
Nogle opfindere fra dengang, især, , eksperimenterede med ideen om en radiotelefon - der transmitterede talebeskeder over 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 radiosignalernes omnidirektionelle karakter set som et problem, der skulle løses snarere end en funktion, der kunne udnyttes.
Det radioudstyr, der fandtes på det tidspunkt, var velegnet til at arbejde med morsekode og dårligt egnet til alt muligt andet. Senderne skabte Hertzian-bølger ved at sende en gnist hen over et hul i kredsløbet. Derfor blev signalet ledsaget af et knitren af statisk elektricitet.
Modtagerne genkendte dette signal gennem en koherer: metalspåner i et glasrør, slået sammen under påvirkning af radiobølger til en kontinuerlig masse, og dermed fuldende kredsløbet. Derefter skulle der bankes på glasset, så savsmuldet skulle gå i opløsning, og modtageren var klar til næste signal - først blev det gjort manuelt, men hurtigt dukkede automatiske apparater op til dette.
I 1905 begyndte de bare at dukke op , også kendt som "kattens knurhår". Det viste sig, at blot ved at røre en bestemt krystal med en tråd, for eksempel silicium, jernkis eller , var det muligt at snuppe et radiosignal ud af den blå luft. De resulterende modtagere var billige, kompakte og tilgængelige for alle. De stimulerede udviklingen af amatørradio, især blandt unge. Den pludselige stigning i taletidsbelægning, der opstod som følge heraf, førte til problemer, fordi radiosendetiden var fordelt på alle brugere. Uskyldige samtaler mellem amatører kunne ved et uheld krydse havflådens forhandlinger, og nogle hooligans formåede endda at give falske ordrer og sende signaler om hjælp. Staten måtte uundgåeligt gribe ind. Som Ambrose Fleming selv skrev, fremkomsten af krystaldetektorer
førte øjeblikkeligt til en stigning i uansvarlig radiotelegrafi på grund af utallige amatørelektrikeres og -studerendes løjer, hvilket nødvendiggjorde en kraftig indgriben fra nationale og internationale myndigheder for at holde tingene sunde og sikre.
Fra disse krystallers usædvanlige elektriske egenskaber vil tredje generation af digitale kontakter med tiden opstå, efter relæer og lamper - de kontakter, der dominerer vores verden. Men alt har sin tid. Vi har beskrevet scenen, lad os nu vende al opmærksomheden tilbage til skuespilleren, der lige er dukket op i rampelyset: Ambrose Fleming, England, 1904.
Ventil
I 1904 var Fleming professor i elektroteknik ved University College London og konsulent for Marconi Company. Firmaet hyrede ham i første omgang til at stille ekspertise til rådighed om opførelsen af kraftværket, men siden blev han involveret i opgaven med at forbedre modtageren.
Fleming i 1890
Alle vidste, at cohereren var en dårlig modtager i forhold til følsomhed, og den magnetiske detektor udviklet hos Macroni var ikke specielt bedre. For at finde en erstatning besluttede Fleming først at bygge et følsomt kredsløb til at detektere Hertzian-bølger. En sådan enhed, selv uden at blive en detektor i sig selv, ville være nyttig i fremtidig forskning.
For at gøre dette var han nødt til at finde på en måde til kontinuerligt at måle den strøm, der skabes af indkommende bølger, i stedet for at bruge en diskret koherer (som kun viste sig på tilstande - hvor savsmuldet klæbede sammen - eller slukkede tilstande). Men de kendte enheder til måling af strømstyrke - galvanometre - krævede konstant, det vil sige ensrettet strøm til drift. Vekselstrømmen exciteret af radiobølger ændrede retning så hurtigt, at ingen måling ville have været mulig.
Fleming huskede, at han havde flere interessante ting, der samlede støv i hans skab - Edison-indikatorlamper. I 1880'erne var han konsulent for Edison Electric Lighting Company i London, og arbejdede med problemet med, at lampen blev sort. På det tidspunkt modtog han flere kopier af indikatoren, muligvis fra William Preece, chefelektroingeniøren for British Postal Service, som netop var vendt tilbage fra en elektrisk udstilling i Philadelphia. På det tidspunkt var kontrol med telegraf og telefon almindelig praksis uden for USA for posttjenester, så de var centre for elektrisk ekspertise.
Senere, i 1890'erne, studerede Fleming selv Edison-effekten ved hjælp af lamper hentet fra Preece. Han viste, at effekten var, at strømmen gik i én retning: et negativt elektrisk potentiale kunne strømme fra den varme glødetråd til den kolde elektrode, men ikke omvendt. Men det var først i 1904, da han stod over for opgaven med at opdage radiobølger, at han indså, at dette faktum kunne bruges i praksis. Edison-indikatoren tillader kun envejs AC-impulser at krydse mellemrummet mellem glødetråden og pladen, hvilket resulterer i et konstant og ensrettet flow.
Fleming tog en lampe, forbandt den i serie med et galvanometer og tændte for gnistsenderen. Voila - spejlet drejede og lysstrålen bevægede sig på skalaen. Det virkede. Det kunne nøjagtigt måle det indkommende radiosignal.
Fleming ventil prototyper. Anoden er i midten af filamentløkken (varm katode)
Fleming kaldte sin opfindelse for en "ventil", fordi den kun tillod elektricitet at flyde i én retning. I mere generelle elektrotekniske termer var det en ensretter - en metode til at omdanne vekselstrøm til jævnstrøm. Så blev den kaldt en diode, fordi den havde to elektroder - en varm katode (filament), der udsendte elektricitet, og en kold anode (plade), der modtog den. Fleming introducerede flere forbedringer til designet, men i det væsentlige var enheden ikke anderledes end indikatorlampen lavet af Edison. Dens overgang til en ny kvalitet skete som et resultat af en ændring i måden at tænke på - vi har allerede set dette fænomen mange gange. Forandringen fandt sted i idéverdenen i Flemings hoved, ikke i tingenes verden udenfor.
Selve Fleming-ventilen var nyttig. Det var den bedste feltenhed til måling af radiosignaler og en god detektor i sig selv. Men han rystede ikke verden. Den eksplosive vækst af elektronik begyndte først efter Lee de Forest tilføjede en tredje elektrode og gjorde ventilen til et relæ.
Hører efter
Lee de Forest havde en usædvanlig opvækst for en Yale-studerende. Hans far, pastor Henry de Forest, var en borgerkrigsveteran fra New York og præst. , og troede fuldt og fast på, at han som prædikant skulle sprede kundskabens og retfærdighedens guddommelige lys. Idet han adlød pligtopfordringen, accepterede han en invitation til at blive præsident for Talladega College i Alabama. Kollegiet blev grundlagt efter borgerkrigen af American Missionary Association med base i New York. Det var beregnet til at uddanne og vejlede lokale sorte beboere. Der følte Lee sig mellem sten og hård - lokale sorte ydmygede ham for hans naivitet og fejhed, og lokale hvide - for at være .
Og alligevel udviklede de Forest som ung mand en stærk følelse af selvtillid. Han opdagede en forkærlighed for mekanik og opfindelser - hans skalamodel af et lokomotiv blev et lokalt mirakel. Som teenager, mens han studerede i Talladega, besluttede han at vie sit liv til opfindelser. Så, som ung mand og boede i byen New Haven, forkastede præstens søn sin sidste religiøse overbevisning. De forlod gradvist på grund af deres bekendtskab med darwinismen, og så blev de blæst væk som vinden efter hans fars alt for tidlige død. Men følelsen af hans skæbne forlod ikke de Forest - han betragtede sig selv som et geni og stræbte efter at blive den anden Nikola Tesla, en rig, berømt og mystisk troldmand fra elektricitetens æra. Hans klassekammerater i Yale betragtede ham som en selvtilfreds vindpose. Han er måske den mindst populære mand, vi nogensinde har mødt i vores historie.
de Skov, ca. 1900
Efter at have dimitteret fra Yale University i 1899, valgte de Forest at mestre den nye kunst med trådløs signaltransmission som en vej til rigdom og berømmelse. I de følgende årtier stormede han denne vej med stor beslutsomhed og selvtillid og uden tøven. Det hele startede med samarbejdet mellem de Forest og hans partner Ed Smythe i Chicago. Smythe holdt deres virksomhed oven vande med regelmæssige betalinger, og sammen udviklede de deres egen radiobølgedetektor, bestående af to metalplader holdt sammen af lim, som de Forest kaldte "paste" [goo]. Men de Forest kunne ikke vente længe på belønninger for sit geni. Han slap af med Smythe og slog sig sammen med en lyssky finansmand fra New York ved navn Abraham White [Ironisk nok ændrede han sit navn fra det, han fik ved fødslen, Schwartz, for at skjule sine mørke affærer. Hvid/Hvid – (engelsk) hvid, Schwarz/Schwarz – (tysk) sort / ca. oversættelse], åbner De Forest Wireless Telegraph Company.
Selskabets aktiviteter i sig selv var af sekundær betydning for begge vores helte. White udnyttede folks uvidenhed til at fore sine lommer. Han svindlede millioner ud af investorer, der kæmpede for at følge med det forventede radioboom. Og de Forest, takket være den rigelige strøm af midler fra disse "sugere", koncentrerede sig om at bevise sit geni gennem udviklingen af et nyt amerikansk system til trådløs informationstransmission (i modsætning til det europæiske udviklet af Marconi og andre).
Desværre for det amerikanske system fungerede de Forest-detektoren ikke særlig godt. Dette problem løste han for en tid ved at låne Reginald Fessendens patenterede design til en detektor kaldet en "flydende baretter" - to platintråde nedsænket i et bad af svovlsyre. Fessenden anlagde en retssag over patentkrænkelse - og han ville åbenbart have vundet denne retssag. De Forest kunne ikke hvile sig, før han kom med en ny detektor, der kun tilhørte ham. I efteråret 1906 annoncerede han oprettelsen af en sådan detektor. Ved to separate møder på American Institute of Electrical Engineering beskrev de Forest sin nye trådløse detektor, som han kaldte Audion. Men dens egentlige oprindelse er i tvivl.
I en periode drejede de Forests forsøg på at bygge en ny detektor sig om at føre strøm gennem en flamme , som efter hans mening kunne være en asymmetrisk dirigent. Idéen blev tilsyneladende ikke kronet med succes. På et tidspunkt i 1905 lærte han om Fleming-ventilen. De Forest fik det ind i hovedet, at denne ventil og dens brænderbaserede enhed grundlæggende ikke var anderledes - hvis du erstattede den varme tråd med en flamme og dækkede den med en glaspære for at begrænse gassen, ville du få den samme ventil. Han udviklede en række patenter, der fulgte historien om præ-Fleming-ventilopfindelser ved hjælp af gasflammedetektorer. Han ønskede tilsyneladende at give sig selv prioritet i opfindelsen og omgå Flemings patent, da arbejdet med Bunsen-brænderen gik forud for Flemings arbejde (de havde stået på siden 1900).
Det er umuligt at sige, om dette var selvbedrag eller bedrageri, men resultatet var de Forests patent fra august 1906 på "en tom glasbeholder indeholdende to separate elektroder, mellem hvilke der findes et gasformigt medium, som, når det er tilstrækkeligt opvarmet, bliver en leder og danner et sanseelement." Udstyret og betjeningen af enheden skyldes Fleming, og forklaringen på dens funktion skyldes De Forest. De Forest tabte til sidst patentstriden, selvom det tog ti år.
Den ivrige læser undrer sig måske allerede over, hvorfor vi bruger så meget tid på denne mand, hvis selverklærede genialitet var at bortgive andres ideer som sine egne? Årsagen ligger i de transformationer, som Audion gennemgik i de sidste par måneder af 1906.
På det tidspunkt havde de Forest intet arbejde. White og hans partnere undgik ansvar i forbindelse med Fessendens retssag ved at oprette et nyt firma, United Wireless, og låne det amerikanske De Forest-aktiver for $1. De Forest blev smidt ud med $1000 i kompensation og flere ubrugelige patenter i hænderne, inklusive patentet for Audion. Han var vant til en overdådig livsstil og stod over for alvorlige økonomiske vanskeligheder og forsøgte desperat at gøre Audion til en stor succes.
For at forstå, hvad der derefter skete, er det vigtigt at vide, at de Forest troede, at han havde opfundet relæet - i modsætning til Fleming-ensretteren. Han lavede sin Audion ved at forbinde et batteri til en kold ventilplade, og mente, at signalet i antennekredsløbet (forbundet til den varme glødetråd) modulerede en højere strøm i batterikredsløbet. Han tog fejl: det var ikke to kredsløb, batteriet flyttede simpelthen signalet fra antennen i stedet for at forstærke det.
Men denne fejl blev kritisk, da den førte de Forest til eksperimenter med en tredje elektrode i kolben, som skulle yderligere afbryde de to kredsløb i dette "relæ". Først tilføjede han en anden kold elektrode ved siden af den første, men derefter, måske påvirket af de kontrolmekanismer, der blev brugt af fysikere til at omdirigere stråler i katodestråleanordninger, flyttede han elektroden på plads mellem glødetråden og den primære plade. Han besluttede, at denne position kunne afbryde strømmen af elektricitet, og ændrede formen på den tredje elektrode fra en plade til en bølget ledning, der lignede en rasp - og kaldte det et "gitter".
1908 Audion triode. Tråden (brudt) til venstre er katoden, den bølgede tråd er nettet, den afrundede metalplade er anoden. Den har stadig tråde som en almindelig pære.
Og det var virkelig et stafet. En svag strøm (såsom den, der produceres af en radioantenne) påført nettet kunne kontrollere en meget stærkere strøm mellem glødetråden og pladen og frastøde ladede partikler, der forsøgte at passere mellem dem. Denne detektor fungerede meget bedre end ventilen, fordi den ikke kun ensrettede, men også forstærkede radiosignalet. Og ligesom ventilen (og i modsætning til kohereren) kunne den producere et konstant signal, som gjorde det muligt at skabe ikke kun en radiotelegraf, men også en radiotelefon (og senere - transmission af stemme og musik).
I praksis fungerede det ikke særlig godt. De Forest-lydsignaler var kræsne, brændte hurtigt ud, manglede konsistens i produktionen og var ineffektive som forstærkere. For at en bestemt Audion skulle fungere korrekt, var det nødvendigt at justere kredsløbets elektriske parametre til det.
Ikke desto mindre troede de Forest på sin opfindelse. Han dannede et nyt firma for at reklamere for det, De Forest Radio Telephone Company, men salget var ringe. Den største succes var salget af udstyr til flåden til telefoni inden for flåden under jordens jordomsejling.". Men flådechefen, der ikke havde tid til at få de Forests sendere og modtagere til at virke og til at træne besætningen i deres brug, beordrede dem til at blive pakket sammen og efterladt på lager. Desuden var De Forests nye selskab, ledet af en tilhænger af Abraham White, ikke mere anstændigt end det forrige. For at føje til sine ulykker blev han snart anklaget for bedrageri.
I fem år opnåede Audion ingenting. Endnu en gang ville telefonen spille en nøglerolle i udviklingen af det digitale relæ, denne gang redde en lovende, men uprøvet teknologi, der var på grænsen til at glemme.
Og igen telefonen
Langdistancekommunikationsnetværket var AT&T's centralnervesystem. Det bandt mange lokale virksomheder sammen og gav en vigtig konkurrencefordel, da Bells patenter udløb. Ved at slutte sig til AT&T-netværket kunne en ny kunde i teorien nå ud til alle andre abonnenter tusindvis af kilometer væk – selvom der i virkeligheden sjældent blev foretaget langdistanceopkald. Netværket var også det materielle grundlag for virksomhedens overordnede ideologi om "One Policy, One System, One-Stop Service."
Men med begyndelsen af det andet årti af det tyvende århundrede nåede dette netværk sit fysiske maksimum. Jo længere telefonledningerne strakte sig, jo svagere og mere støjende blev signalet, der passerede gennem dem, og som et resultat blev tale næsten uhørlig. På grund af dette var der faktisk to AT&T-netværk i USA, adskilt af en kontinental højderyg.
For det østlige netværk var New York pinden, og mekaniske repeatere og – en tøjring, der bestemte, hvor langt en menneskelig stemme kunne rejse. Men disse teknologier var ikke almægtige. Spolerne ændrede telefonkredsløbets elektriske egenskaber og reducerede dæmpningen af stemmefrekvenser - men de kunne kun reducere det, ikke eliminere det. Mekaniske repeatere (kun en telefonhøjttaler forbundet til en forstærkende mikrofon) tilføjede støj med hver gentagelse. Linjen fra 1911 fra New York til Denver tog denne sele til sin maksimale længde. Der var ikke tale om at udvide netværket på tværs af hele kontinentet. Men i 1909 lovede John Carty, AT&T's chefingeniør, offentligt at gøre netop det. Han lovede at gøre dette om fem år – da han startede i San Francisco i 1915.
Den første person, der muliggjorde en sådan virksomhed ved hjælp af en ny telefonforstærker, var ikke en amerikaner, men arving fra en velhavende wienerfamilie med interesse for videnskab. At være ung Med hjælp fra sine forældre købte han et telefonfabrikant og satte sig for at lave en telefonforstærker. I 1906 havde han lavet et relæ baseret på katodestrålerør, som på det tidspunkt blev meget brugt i fysikforsøg (og senere blev grundlaget for videoskærmteknologien, der dominerede det XNUMX. århundrede). Det svage indkommende signal styrede en elektromagnet, der bøjede strålen og modulerede en stærkere strøm i hovedkredsløbet.
I 1910 lærte von Lieben og hans kolleger, Eugene Reise og Sigmund Strauss, om de Forests Audione og erstattede magneten i røret med et gitter, der styrede katodestrålerne - dette design var det mest effektive og overlegne i forhold til noget, der blev lavet i USA stater på det tidspunkt. Det tyske telefonnetværk overtog snart von Lieben-forstærkeren. I 1914 blev der takket være hende foretaget et nervøst telefonopkald af den østpreussiske hærs øverstbefalende til det tyske hovedkvarter, der ligger 1000 kilometer væk, i Koblenz. Dette tvang stabschefen til at sende generalerne Hindenberg og Ludendorff mod øst, til evig ære og med voldsomme konsekvenser. Lignende forstærkere forbandt senere det tyske hovedkvarter med felthære i syd og øst så langt som til Makedonien og Rumænien.
En kopi af von Liebens forbedrede katodestrålerelæ. Katoden er i bunden, anoden er spolen øverst, og gitteret er den runde metalfolie i midten.
Men sproglige og geografiske barrierer, såvel som krigen, betød, at dette design ikke nåede USA, og andre begivenheder overhalede det hurtigt.
I mellemtiden forlod de Forest det fejlslagne Radio Telephone Company i 1911 og flygtede til Californien. Der fik han et job hos Federal Telegraph Company i Palo Alto, grundlagt af en Stanford-kandidat . Nominelt ville de Forest arbejde på en forstærker, der ville øge lydstyrken af den føderale radioudgang. Faktisk satte han, Herbert van Ettan (en erfaren telefoningeniør) og Charles Logwood (en modtagerdesigner) sig for at skabe en telefonforstærker, så de tre af dem kunne vinde en præmie fra AT&T, som rygtedes at være $1 million.
For at gøre dette tog de Forest Audion fra mezzaninen, og i 1912 havde han og hans kolleger allerede et apparat klar til demonstration hos telefonselskabet. Den bestod af adskillige audioner forbundet i serie, hvilket skabte forstærkning i flere trin, og flere yderligere hjælpekomponenter. Enheden virkede faktisk - den kunne booste signalet nok til, at du kunne høre et lommetørklæde falde eller et lommeur tikke. Men kun ved strømme og spændinger for lave til at være nyttige i telefoni. Efterhånden som strømmen steg, begyndte Audionerne at udsende et blåt skær, og signalet blev til støj. Men telefonindustrien var interesseret nok til at tage enheden til deres ingeniører og se, hvad de kunne gøre med den. Det skete så, at en af dem, den unge fysiker Harold Arnold, vidste præcis, hvordan man fikser forstærkeren fra Federal Telegraph.
Det er tid til at diskutere, hvordan ventilen og Audion fungerede. Den vigtigste indsigt, der var nødvendig for at forklare deres arbejde, kom fra Cavendish Laboratory i Cambridge, en tænketank for ny elektronfysik. I 1899 viste J. J. Thomson i forsøg med katodestrålerør, at en partikel med masse, som senere blev kendt som en elektron, fører strøm fra katoden til anoden. I løbet af de næste par år udviklede Owen Richardson, en kollega til Thomsons, dette forslag til en matematisk teori om termionisk emission.
Ambrose Fleming, en ingeniør, der arbejder en kort togtur fra Cambridge, var bekendt med disse værker. Det var klart for ham, at hans ventil fungerede på grund af termionisk emission af elektroner fra den opvarmede filament, der krydsede vakuumgabet til den kolde anode. Men vakuumet i indikatorlampen var ikke dybt - det var ikke nødvendigt for en almindelig pære. Det var nok at pumpe nok ilt ud til at forhindre tråden i at brænde. Fleming indså, at for at ventilen skulle fungere bedst, skulle den tømmes så grundigt som muligt, så den resterende gas ikke forstyrrede strømmen af elektroner.
De Forest forstod det ikke. Da han kom til ventilen og Audion gennem eksperimenter med Bunsen-brænderen, var hans overbevisning den modsatte - at den varme ioniserede gas var apparatets arbejdsvæske, og at dens fuldstændige fjernelse ville føre til et standsning af driften. Det er derfor, Audion var så ustabil og utilfredsstillende som radiomodtager, og hvorfor den udsendte blåt lys.
Arnold hos AT&T var i en ideel position til at rette op på de Forests fejl. Han var en fysiker, der havde studeret under Robert Millikan ved University of Chicago og blev ansat specifikt til at anvende sin viden om den nye elektroniske fysik til problemet med at bygge et kyst-til-kyst telefonnetværk. Han vidste, at Audion-røret ville fungere bedst i et næsten perfekt vakuum, han vidste, at de nyeste pumper kunne opnå et sådant vakuum, han vidste, at en ny type oxid-coated filament sammen med en større plade og gitter også kunne øge strømmen af elektroner. Kort sagt, han forvandlede Audion til et vakuumrør, den elektroniske tidsalders mirakelmager.
AT&T havde en kraftig forstærker, der skulle bruges til at bygge en transkontinental linje – den havde bare ikke rettighederne til at bruge den. Repræsentanter for virksomheden opførte sig vantro under forhandlingerne med de Forest, men startede en separat samtale gennem en tredjepartsadvokat, som formåede at købe rettighederne til at bruge Audion som telefonforstærker for $50 (ca. $000 millioner i 1,25-dollars). New York-San Francisco-linjen åbnede lige i tide, men mere som en triumf af teknisk virtuositet og virksomhedsreklamer end som et kommunikationsmiddel. Omkostningerne ved opkald var så astronomiske, at næsten ingen kunne bruge dem.
elektronisk æra
Det rigtige vakuumrør er blevet roden til et helt nyt træ af elektroniske komponenter. Ligesom relæet udvidede vakuumrøret løbende sine applikationer, efterhånden som ingeniører fandt nye måder at skræddersy dets design til at løse specifikke problemer. Væksten af "-od"-stammen sluttede ikke med dioder og trioder. Det fortsatte med , som tilføjede et ekstra gitter, der understøttede forstærkning med væksten af elementer i kredsløbet. Næste dukkede op , og endda . Thyratroner fyldt med kviksølvdamp dukkede op, glødende med et ildevarslende blåt lys. Miniaturelamper er på størrelse med en lilletå eller endda et agern. Indirekte katodelamper, hvor brummen fra AC-kilden ikke forstyrrede signalet. Sagaen om vakuumrøret, som skildrer væksten i rørindustrien frem til 1930, lister over 1000 forskellige modeller efter indeks - selvom mange var ulovlige kopier fra utroværdige mærker: Ultron, Perfectron, Supertron, Voltron og så videre.
Vigtigere end de mange forskellige former var de mange forskellige anvendelser af vakuumrøret. Regenerative kredsløb forvandlede trioden til en sender - hvilket skaber jævne og konstante sinusbølger uden støjende gnister, der er i stand til at transmittere lyd perfekt. Med en koherer og gnister i 1901 kunne Marconi knap sende et lille stykke morsekode over det smalle Atlanterhav. I 1915, ved hjælp af et vakuumrør som både sender og modtager, kunne AT&T transmittere den menneskelige stemme fra Arlington, Virginia til Honolulu - det dobbelte af afstanden. I 1920'erne kombinerede de langdistancetelefoni med lydudsendelser af høj kvalitet for at skabe de første radionetværk. Således kunne hele nationen snart lytte til den samme stemme i radioen, det være sig Roosevelt eller Hitler.
Desuden tillod evnen til at skabe sendere indstillet til en præcis og stabil frekvens telekommunikationsingeniører at realisere den langvarige drøm om frekvensmultipleksing, som tiltrak Alexander Bell, Edison og resten for fyrre år siden. I 1923 havde AT&T en ti-kanals stemmelinje fra New York til Pittsburgh. Evnen til at transmittere flere stemmer over en enkelt kobbertråd reducerede radikalt omkostningerne ved langdistanceopkald, som på grund af deres høje omkostninger altid kun havde været overkommelige for de rigeste mennesker og virksomheder. For at se, hvad vakuumrør kunne gøre, sendte AT&T deres advokater for at købe yderligere rettigheder fra de Forest for at sikre rettighederne til at bruge Audion i alle tilgængelige applikationer. I alt betalte de ham 390 dollars, hvilket i dagens penge svarer til omkring 000 millioner dollars.
Med en sådan alsidighed, hvorfor dominerede vakuumrør ikke den første generation af computere, som de dominerede radioer og andet telekommunikationsudstyr? Det er klart, at trioden kunne være en digital kontakt ligesom et relæ. Så indlysende, at de Forest endda troede, at han havde skabt stafetten, før han rent faktisk skabte den. Og trioden var meget mere lydhør end et traditionelt elektromekanisk relæ, fordi det ikke behøvede fysisk at flytte armaturet. Et typisk relæ krævede et par millisekunder for at skifte, og ændringen i flux fra katoden til anoden på grund af ændringen i elektrisk potentiale på nettet var næsten øjeblikkelig.
Men lamper havde en klar ulempe i forhold til relæer: deres tendens, ligesom deres forgængere, pærer, til at brænde ud. Levetiden for den originale Audion de Forest var så kort - omkring 100 timer - at den indeholdt en reserveglødetråd i lampen, som skulle tilsluttes, efter at den første brændte ud. Dette var meget slemt, men selv efter det kunne selv de bedste kvalitetslamper ikke forventes at holde mere end flere tusinde timer. For computere med tusindvis af lamper og timers beregninger var dette et alvorligt problem.
Relæer var på den anden side "fantastisk pålidelige", ifølge George Stibitz. Så meget, at han påstod det
Hvis et sæt U-formede relæer startede i det første år af vores æra og skiftede en kontakt en gang hvert sekund, ville de stadig fungere i dag. Den første kontaktsvigt kunne ikke forventes tidligere end tusind år senere, et sted i år 3000.
Desuden var der ingen erfaring med store elektroniske kredsløb, der kan sammenlignes med telefoningeniørers elektromekaniske kredsløb. Radioer og andet udstyr kunne indeholde 5-10 lamper, men ikke hundredtusindvis. Ingen vidste, om det ville være muligt at få en computer med 5000 lamper til at fungere. Ved at vælge relæer i stedet for rør traf computerdesignere et sikkert og konservativt valg.
I den næste del vil vi se, hvordan og hvorfor disse tvivl blev overvundet.
Kilde: www.habr.com