Weitere Artikel der Reihe:
- Geschichte der Staffel
- Geschichte elektronischer Computer
- Geschichte des Transistors
- Internetgeschichte
В Wir haben gesehen, wie die erste Generation digitaler Computer auf der Grundlage der ersten Generation automatischer elektrischer Schalter – elektromagnetischer Relais – gebaut wurde. Doch als diese Computer entwickelt wurden, gab es hinter den Kulissen einen weiteren digitalen Schalter. Das Relais war ein elektromagnetisches Gerät (das Elektrizität nutzte, um einen mechanischen Schalter zu betätigen), und die neue Klasse digitaler Schalter war elektronisch – basierend auf neuen Erkenntnissen über das Elektron, die zu Beginn des XNUMX. Jahrhunderts entstanden. Diese Wissenschaft zeigte, dass der Träger der elektrischen Kraft kein Strom, keine Welle, kein Feld war – sondern ein festes Teilchen.
Das Gerät, das auf dieser neuen Physik das Zeitalter der Elektronik einläutete, wurde als Vakuumröhre bekannt. An der Entstehungsgeschichte sind zwei Personen beteiligt: ein Engländer und amerikanisch . In Wirklichkeit sind die Ursprünge der Elektronik komplexer: Viele Fäden verlaufen durch Europa und den Atlantik und reichen bis zu den frühen Experimenten mit Leydener Gefäßen in der Mitte des XNUMX. Jahrhunderts zurück.
Aber im Rahmen unserer Präsentation wird es sinnvoll sein, diese Geschichte, beginnend mit Thomas Edison, zu behandeln (Wortspiel beabsichtigt!). In den 1880er Jahren machte Edison bei seiner Arbeit an elektrischer Beleuchtung eine interessante Entdeckung – eine Entdeckung, die den Grundstein für unsere Geschichte legte. Von hier aus entstand die Weiterentwicklung der Vakuumröhren, die für zwei technologische Systeme erforderlich sind: eine neue Form der drahtlosen Nachrichtenübermittlung und die ständig wachsenden Telefonnetze.
Prolog: Edison
Edison gilt allgemein als Erfinder der Glühbirne. Das macht ihm zu viel und zu wenig Ehre zugleich. Zu viele, denn Edison war nicht der Einzige, der die Leuchtlampe erfunden hat. Neben der Schar von Erfindern vor ihm, deren Schöpfungen keine kommerzielle Anwendung fanden, können wir Joseph Swan und Charles Stern aus Großbritannien sowie den Amerikaner William Sawyer erwähnen, der gleichzeitig mit Edison Glühbirnen auf den Markt brachte. [Die Ehre der Erfindung gebührt auch dem russischen Erfinder . Lodygin war der erste, der auf die Idee kam, Luft aus einem Glaslampenkolben zu pumpen, und schlug dann vor, den Glühfaden nicht aus Kohle oder verkohlten Fasern, sondern aus feuerfestem Wolfram herzustellen / ca. Übersetzung]. Alle Lampen bestanden aus einem versiegelten Glaskolben, in dessen Inneren sich ein Widerstandsfaden befand. Wenn die Lampe an den Stromkreis angeschlossen wurde, brachte die durch den Widerstand des Glühfadens gegenüber dem Strom erzeugte Wärme ihn zum Leuchten. Die Luft wurde aus dem Kolben abgepumpt, um zu verhindern, dass das Filament Feuer fängt. Elektrisches Licht war in der Form bereits in Großstädten bekannt , zur Beleuchtung großer öffentlicher Plätze. Alle diese Erfinder suchten nach einer Möglichkeit, die Lichtmenge zu reduzieren, indem sie ein helles Teilchen aus einem brennenden Lichtbogen entnehmen, das klein genug ist, um in Häusern als Ersatz für Gaslampen verwendet zu werden, und die Lichtquelle sicherer, sauberer und heller zu machen.
Und was Edison wirklich tat – oder besser gesagt, was sein Industrielabor schuf – war nicht nur die Schaffung einer Lichtquelle. Sie bauten ein komplettes elektrisches System zur Beleuchtung von Häusern – Generatoren, Drähte zur Stromübertragung, Transformatoren usw. Von all dem war die Glühbirne nur das offensichtlichste und sichtbarste Bauteil. Dass Edisons Name in seinen Elektrizitätswerken auftauchte, war keine bloße Kniebeugung vor dem großen Erfinder, wie es bei Bell Telephone der Fall war. Edison erwies sich nicht nur als Erfinder, sondern auch als Systemarchitekt. Sein Labor arbeitete auch nach ihrem frühen Erfolg weiter an der Verbesserung verschiedener elektrischer Beleuchtungskomponenten.
Ein Beispiel für Edisons frühe Lampen
Während seiner Forschung um 1883 beschloss Edison (und möglicherweise einer seiner Mitarbeiter), eine Metallplatte zusammen mit einem Glühfaden in eine leuchtende Lampe einzubauen. Die Gründe für diese Maßnahme sind unklar. Vielleicht war dies ein Versuch, die Verdunkelung der Lampe zu verhindern – im Inneren des Glases der Glühbirne sammelte sich mit der Zeit eine geheimnisvolle dunkle Substanz an. Der Ingenieur hoffte offenbar, dass diese schwarzen Partikel von der unter Spannung stehenden Platte angezogen würden. Zu seiner Überraschung stellte er fest, dass, wenn die Platte zusammen mit dem positiven Ende des Glühfadens in den Stromkreis einbezogen wurde, die durch den Glühfaden fließende Strommenge direkt proportional zur Intensität des Glühens des Glühfadens war. Beim Anschließen der Platte an das negative Ende des Gewindes wurde nichts dergleichen beobachtet.
Edison entschied, dass dieser Effekt, später Edison-Effekt oder genannt kann zur Messung oder sogar Steuerung der „elektromotorischen Kraft“ oder Spannung in einem elektrischen System verwendet werden. Aus Gewohnheit meldete er diesen „elektrischen Anzeiger“ zum Patent an und widmete sich dann wieder wichtigeren Aufgaben.
Ohne Kabel
Lassen Sie uns 20 Jahre in die Zukunft vorspulen, bis ins Jahr 1904. Zu dieser Zeit arbeitete John Ambrose Fleming in England im Auftrag der Marconi Company an der Verbesserung eines Radiowellenempfängers.
Es ist wichtig zu verstehen, was Radio zu dieser Zeit war und was nicht, sowohl im Hinblick auf das Instrument als auch auf die Praxis. Radio hieß damals noch nicht einmal „Radio“, sondern „drahtlos“. Der Begriff „Radio“ setzte sich erst in den 1910er Jahren durch. Konkret bezog er sich auf die drahtlose Telegrafie – ein System zur Übertragung von Signalen in Form von Punkten und Strichen vom Sender zum Empfänger. Sein Hauptanwendungsgebiet war die Kommunikation zwischen Schiffen und Hafendiensten und in diesem Sinne war es für Seebehörden auf der ganzen Welt von Interesse.
Insbesondere einige Erfinder dieser Zeit , experimentierte mit der Idee eines Funktelefons – das Übermitteln von Sprachnachrichten über die Luft in Form einer Dauerwelle. Doch erst 15 Jahre später entstand der Rundfunk im modernen Sinne: die Übertragung von Nachrichten, Geschichten, Musik und anderen Programmen für den Empfang durch ein breites Publikum. Bis dahin wurde die omnidirektionale Natur von Funksignalen als ein zu lösendes Problem und nicht als eine ausnutzbare Eigenschaft angesehen.
Die damals vorhandenen Funkgeräte waren für die Arbeit mit Morsezeichen gut geeignet, für alles andere jedoch schlecht. Die Sender erzeugten Hertzsche Wellen, indem sie einen Funken über eine Lücke im Stromkreis schickten. Daher wurde das Signal von einem Knistern statischer Aufladung begleitet.
Die Empfänger erkannten dieses Signal über einen Kohärenter: Metallspäne in einer Glasröhre, die unter dem Einfluss von Radiowellen zu einer zusammenhängenden Masse zusammengeschlagen wurden und so den Stromkreis schlossen. Dann musste auf das Glas geklopft werden, damit das Sägemehl zerfiel und der Empfänger für das nächste Signal bereit war – zunächst geschah dies manuell, doch bald erschienen dafür automatische Geräte.
Im Jahr 1905 tauchten sie gerade erst auf , auch als „Katzenbart“ bekannt. Es stellte sich heraus, dass durch einfaches Berühren eines bestimmten Kristalls mit einem Draht, beispielsweise Silizium, Eisenpyrit oder , war es möglich, ein Funksignal aus dem Nichts zu ergattern. Die daraus resultierenden Empfänger waren günstig, kompakt und für jedermann zugänglich. Sie förderten die Entwicklung des Amateurfunks, insbesondere bei jungen Menschen. Der dadurch bedingte plötzliche Anstieg der Sendezeitauslastung führte zu Problemen, da die Sendezeit im Radio unter allen Nutzern aufgeteilt wurde. Unschuldige Gespräche zwischen Amateuren könnten sich versehentlich mit den Verhandlungen der Marineflotte überschneiden, und einige Hooligans schafften es sogar, falsche Befehle zu erteilen und Hilfesignale zu senden. Der Staat musste zwangsläufig eingreifen. Wie Ambrose Fleming selbst schrieb, das Aufkommen von Kristalldetektoren
Aufgrund der Eskapaden zahlloser Amateurelektriker und Studenten kam es sofort zu einem Anstieg der unverantwortlichen Funktelegrafie, was ein starkes Eingreifen nationaler und internationaler Behörden erforderlich machte, um für Ordnung und Sicherheit zu sorgen.
Aus den ungewöhnlichen elektrischen Eigenschaften dieser Kristalle wird zu gegebener Zeit die dritte Generation digitaler Schalter hervorgehen, nach Relais und Lampen – den Schaltern, die unsere Welt dominieren. Aber alles hat seine Zeit. Wir haben die Szene beschrieben, jetzt richten wir unsere Aufmerksamkeit wieder auf den Schauspieler, der gerade im Rampenlicht stand: Ambrose Fleming, England, 1904.
Ventil
Im Jahr 1904 war Fleming Professor für Elektrotechnik am University College London und Berater der Marconi Company. Das Unternehmen beauftragte ihn zunächst mit der Bereitstellung von Fachwissen für den Bau des Kraftwerks, doch dann engagierte er sich für die Verbesserung des Empfängers.
Fleming im Jahr 1890
Jeder wusste, dass der Kohärenzempfänger hinsichtlich der Empfindlichkeit ein schlechter Empfänger war und der bei Macroni entwickelte Magnetdetektor nicht besonders besser war. Um einen Ersatz zu finden, beschloss Fleming zunächst, eine empfindliche Schaltung zur Erkennung von Hertzschen Wellen zu bauen. Ein solches Gerät wäre, auch ohne selbst ein Detektor zu werden, für zukünftige Forschungen nützlich.
Dazu musste er eine Möglichkeit finden, den von den eintreffenden Wellen erzeugten Strom kontinuierlich zu messen, anstatt einen diskreten Kohärenzwerter zu verwenden (der nur Ein-Zustände anzeigte – bei denen das Sägemehl zusammenklebte – oder Aus-Zustände). Die bekannten Geräte zur Messung der Stromstärke – Galvanometer – benötigten jedoch für den Betrieb einen konstanten, also unidirektionalen Strom. Der durch Radiowellen angeregte Wechselstrom änderte so schnell seine Richtung, dass keine Messung möglich gewesen wäre.
Fleming erinnerte sich, dass in seinem Schrank mehrere interessante Dinge verstaubten – Edison-Anzeigelampen. In den 1880er Jahren war er Berater der Edison Electric Lighting Company in London und beschäftigte sich mit dem Problem der Lampenschwärzung. Damals erhielt er mehrere Exemplare des Anzeigegeräts, möglicherweise von William Preece, dem leitenden Elektroingenieur des britischen Postdienstes, der gerade von einer Elektroausstellung in Philadelphia zurückgekehrt war. Zu dieser Zeit war die Kontrolle von Telegraphen und Telefonen außerhalb der Vereinigten Staaten für Postdienste üblich, sodass es sich bei diesen Diensten um Zentren elektrischer Kompetenz handelte.
Später, in den 1890er Jahren, untersuchte Fleming selbst den Edison-Effekt mit Lampen von Preece. Er zeigte, dass der Effekt darin bestand, dass der Strom in eine Richtung floss: Ein negatives elektrisches Potenzial konnte vom heißen Faden zur kalten Elektrode fließen, aber nicht umgekehrt. Doch erst 1904, als er vor der Aufgabe stand, Radiowellen aufzuspüren, erkannte er, dass diese Tatsache in der Praxis genutzt werden konnte. Der Edison-Indikator lässt nur einseitige Wechselstromimpulse durch den Spalt zwischen dem Glühfaden und der Platte zu, was zu einem konstanten und unidirektionalen Fluss führt.
Fleming nahm eine Lampe, schloss sie in Reihe mit einem Galvanometer und schaltete den Funkensender ein. Voila – der Spiegel drehte sich und der Lichtstrahl bewegte sich auf der Skala. Es funktionierte. Es könnte das eingehende Funksignal genau messen.
Fleming-Ventil-Prototypen. Die Anode befindet sich in der Mitte der Filamentschleife (Heißkathode).
Fleming nannte seine Erfindung ein „Ventil“, weil es den Strom nur in eine Richtung fließen ließ. Allgemeiner ausgedrückt handelte es sich in der Elektrotechnik um einen Gleichrichter – eine Methode zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom. Damals wurde sie Diode genannt, weil sie zwei Elektroden hatte – eine heiße Kathode (Glühfaden), die Elektrizität aussendete, und eine kalte Anode (Platte), die sie empfing. Fleming führte mehrere Verbesserungen am Design ein, aber im Wesentlichen unterschied sich das Gerät nicht von der Anzeigelampe von Edison. Der Übergang zu einer neuen Qualität erfolgte als Folge einer Änderung der Denkweise – dieses Phänomen haben wir schon oft gesehen. Die Veränderung fand in der Ideenwelt in Flemings Kopf statt, nicht in der Welt der Dinge außerhalb.
Das Fleming-Ventil selbst war nützlich. Es war das beste Feldgerät zur Messung von Funksignalen und ein guter Detektor für sich. Aber er hat die Welt nicht erschüttert. Das explosionsartige Wachstum der Elektronik begann erst, nachdem Lee de Forest eine dritte Elektrode hinzufügte und das Ventil in ein Relais verwandelte.
Hören
Lee de Forest hatte für einen Yale-Studenten eine ungewöhnliche Erziehung. Sein Vater, Reverend Henry de Forest, war ein Bürgerkriegsveteran aus New York und Pastor. und glaubte fest daran, dass er als Prediger das göttliche Licht der Erkenntnis und Gerechtigkeit verbreiten sollte. Dem Ruf seiner Pflicht folgend, nahm er die Einladung an, Präsident des Talladega College in Alabama zu werden. Das College wurde nach dem Bürgerkrieg von der American Missionary Association mit Sitz in New York gegründet. Ziel war es, die schwarzen Bewohner vor Ort aufzuklären und zu betreuen. Dort fühlte sich Lee zwischen einem Felsen und einem harten Ort – die einheimischen Schwarzen demütigten ihn wegen seiner Naivität und Feigheit und die einheimischen Weißen – wegen seiner Existenz .
Und doch entwickelte de Forest als junger Mann ein starkes Selbstvertrauen. Er entdeckte eine Vorliebe für Mechanik und Erfindungsreichtum – sein maßstabsgetreues Modell einer Lokomotive wurde zu einem lokalen Wunderwerk. Als Teenager beschloss er während seines Studiums in Talladega, sein Leben der Erfindung zu widmen. Dann, als junger Mann und in der Stadt New Haven lebend, legte der Sohn des Pfarrers seine letzten religiösen Überzeugungen ab. Aufgrund ihrer Bekanntschaft mit dem Darwinismus verließen sie ihn nach und nach und wurden nach dem frühen Tod seines Vaters wie der Wind davongeweht. Aber das Gefühl für sein Schicksal ließ de Forest nicht los – er betrachtete sich selbst als Genie und strebte danach, der zweite Nikola Tesla zu werden, ein reicher, berühmter und mysteriöser Zauberer der Ära der Elektrizität. Seine Yale-Klassenkameraden hielten ihn für einen selbstgefälligen Blödmann. Er ist möglicherweise der unbeliebteste Mann, den wir je in unserer Geschichte getroffen haben.
de Forest, um 1900
Nach seinem Abschluss an der Yale University im Jahr 1899 entschied sich de Forest, die aufkommende Kunst der drahtlosen Signalübertragung zu beherrschen, um zu Reichtum und Ruhm zu gelangen. In den folgenden Jahrzehnten stürmte er diesen Weg mit großer Entschlossenheit, Zuversicht und ohne jegliches Zögern. Alles begann mit der Zusammenarbeit von de Forest und seinem Partner Ed Smythe in Chicago. Smythe hielt ihr Unternehmen mit regelmäßigen Zahlungen am Leben und gemeinsam entwickelten sie ihren eigenen Radiowellendetektor, der aus zwei Metallplatten bestand, die durch einen Kleber zusammengehalten wurden, den de Forest „Paste“ (klebrig) nannte. Aber de Forest konnte nicht lange auf die Belohnung für sein Genie warten. Er wurde Smythe los und tat sich mit einem zwielichtigen New Yorker Finanzier namens Abraham White zusammen [Ironischerweise änderte er seinen Namen von dem, der ihm bei seiner Geburt gegeben wurde, Schwartz, um seine dunklen Angelegenheiten zu verbergen. White/White – (Englisch) weiß, Schwarz/Schwarz – (Deutsch) schwarz / ca. Übersetzung], Eröffnung der De Forest Wireless Telegraph Company.
Die Aktivitäten des Unternehmens selbst waren für unsere beiden Helden zweitrangig. White nutzte die Unwissenheit der Menschen aus, um seine Taschen zu füllen. Er betrog Millionen von Investoren, die Schwierigkeiten hatten, mit dem erwarteten Radioboom Schritt zu halten. Und de Forest konzentrierte sich dank des reichlichen Geldflusses dieser „Trottel“ darauf, sein Genie durch die Entwicklung eines neuen amerikanischen Systems zur drahtlosen Informationsübertragung unter Beweis zu stellen (im Gegensatz zu dem von Marconi und anderen entwickelten europäischen System).
Unglücklicherweise für das amerikanische System funktionierte der De-Forest-Detektor nicht besonders gut. Er löste dieses Problem eine Zeit lang, indem er Reginald Fessendens patentiertes Design für einen Detektor namens „Liquid Barette“ übernahm – zwei Platindrähte, die in ein Bad aus Schwefelsäure getaucht wurden. Fessenden reichte eine Klage wegen Patentverletzung ein – und er hätte diese Klage offensichtlich gewonnen. De Forest konnte nicht ruhen, bis er einen neuen Detektor entwickelte, der nur ihm gehörte. Im Herbst 1906 kündigte er die Entwicklung eines solchen Detektors an. Bei zwei getrennten Treffen am American Institute of Electrical Engineering beschrieb de Forest seinen neuen drahtlosen Detektor, den er Audion nannte. Aber sein wirklicher Ursprung ist zweifelhaft.
Eine Zeit lang drehten sich de Forests Versuche, einen neuen Detektor zu bauen, darum, Strom durch eine Flamme zu leiten , was seiner Meinung nach ein asymmetrischer Leiter sein könnte. Die Idee war offenbar nicht von Erfolg gekrönt. Irgendwann im Jahr 1905 erfuhr er vom Fleming-Ventil. De Forest kam zu dem Schluss, dass sich dieses Ventil und sein auf einem Brenner basierendes Gerät im Grunde nicht unterscheiden – wenn man den heißen Faden durch eine Flamme ersetzt und ihn mit einem Glaskolben abdeckt, um das Gas einzuschließen, erhält man das gleiche Ventil. Er entwickelte eine Reihe von Patenten, die die Geschichte der Ventilerfindungen vor Fleming mit Gasflammendetektoren verfolgten. Offenbar wollte er sich selbst Vorrang bei der Erfindung geben und Flemings Patent umgehen, da die Arbeit mit dem Bunsenbrenner Flemings Arbeit vorausging (sie wurde bereits seit 1900 betrieben).
Es lässt sich nicht sagen, ob es sich dabei um Selbsttäuschung oder Betrug handelte, aber das Ergebnis war de Forests Patent vom August 1906 für „ein leeres Glasgefäß, das zwei getrennte Elektroden enthält, zwischen denen sich ein gasförmiges Medium befindet, das bei ausreichender Erhitzung zu einem Leiter wird.“ bildet ein sensorisches Element.“ Die Ausrüstung und der Betrieb des Geräts sind Fleming zu verdanken, und die Erklärung seiner Funktionsweise ist De Forest zu verdanken. De Forest verlor schließlich den Patentstreit, obwohl es zehn Jahre dauerte.
Der eifrige Leser fragt sich vielleicht schon, warum wir so viel Zeit mit diesem Mann verbringen, dessen selbsternanntes Genie die Ideen anderer als seine eigenen ausgab? Der Grund liegt in den Veränderungen, die Audion in den letzten Monaten des Jahres 1906 durchmachte.
Zu diesem Zeitpunkt hatte de Forest keine Arbeit mehr. White und seine Partner vermieden die Haftung im Zusammenhang mit Fessendens Klage, indem sie ein neues Unternehmen, United Wireless, gründeten und ihm Vermögenswerte von American De Forest für 1 US-Dollar liehen. De Forest wurde mit einer Entschädigung von 1000 US-Dollar und mehreren nutzlosen Patenten in seinen Händen, darunter das Patent für Audion, rausgeschmissen. Da er an einen verschwenderischen Lebensstil gewöhnt war, geriet er in große finanzielle Schwierigkeiten und versuchte verzweifelt, Audion zu einem großen Erfolg zu machen.
Um zu verstehen, was als nächstes geschah, ist es wichtig zu wissen, dass de Forest glaubte, das Relais erfunden zu haben – im Gegensatz zum Fleming-Gleichrichter. Er stellte seinen Audion her, indem er eine Batterie an eine kalte Ventilplatte anschloss und glaubte, dass das Signal im Antennenkreis (verbunden mit dem heißen Glühfaden) einen höheren Strom im Batteriekreis modulierte. Er hat sich geirrt: Es handelte sich nicht um zwei Schaltkreise, die Batterie verschob lediglich das Signal von der Antenne, anstatt es zu verstärken.
Dieser Fehler wurde jedoch kritisch, da er de Forest zu Experimenten mit einer dritten Elektrode im Kolben veranlasste, die die beiden Stromkreise dieses „Relais“ weiter trennen sollte. Zunächst fügte er neben der ersten eine zweite Kaltelektrode hinzu, doch dann brachte er die Elektrode, möglicherweise beeinflusst durch die Kontrollmechanismen, die Physiker zur Strahlenumlenkung in Kathodenstrahlgeräten verwendeten, in Position zwischen dem Glühfaden und der Primärplatte. Er entschied, dass diese Position den Stromfluss unterbrechen könnte, und änderte die Form der dritten Elektrode von einer Platte in einen wellenförmigen Draht, der einer Raspel ähnelte – und nannte ihn „Gitter“.
1908 Audion-Triode. Der Faden (gebrochen) links ist die Kathode, der gewellte Draht ist das Geflecht, die abgerundete Metallplatte ist die Anode. Es hat immer noch Gewinde wie eine normale Glühbirne.
Und es war wirklich eine Staffel. Ein schwacher Strom (wie er beispielsweise von einer Radioantenne erzeugt wird), der an das Gitter angelegt wird, könnte einen viel stärkeren Strom zwischen dem Filament und der Platte steuern und geladene Teilchen abstoßen, die zwischen ihnen hindurchgehen wollten. Dieser Detektor funktionierte viel besser als das Ventil, da er das Funksignal nicht nur gleichrichtete, sondern auch verstärkte. Und wie das Ventil (und im Gegensatz zum Kohärenter) konnte es ein konstantes Signal erzeugen, das es ermöglichte, nicht nur einen Funktelegraphen, sondern auch ein Funktelefon (und später die Übertragung von Sprache und Musik) zu schaffen.
In der Praxis hat es nicht besonders gut funktioniert. De-Forest-Audios waren empfindlich, gingen schnell kaputt, es mangelte ihnen an Konsistenz in der Produktion und sie waren als Verstärker unwirksam. Damit ein bestimmtes Audion richtig funktioniert, war es notwendig, die elektrischen Parameter der Schaltung daran anzupassen.
Dennoch glaubte de Forest an seine Erfindung. Um Werbung dafür zu machen, gründete er eine neue Firma, die De Forest Radio Telephone Company, aber der Umsatz war gering. Der größte Erfolg war der Verkauf von Ausrüstung an die Flotte für die flotteninterne Telefonie während der Weltumsegelung.". Da der Flottenkommandant jedoch keine Zeit hatte, die Sender und Empfänger von de Forest zum Laufen zu bringen und die Besatzung in ihrer Verwendung zu schulen, befahl er, sie einzupacken und einzulagern. Darüber hinaus war De Forests neues Unternehmen, das von einem Anhänger Abraham Whites geführt wurde, nicht anständiger als das vorherige. Um sein Unglück noch schlimmer zu machen, wurde er bald des Betrugs beschuldigt.
Fünf Jahre lang hat Audion nichts erreicht. Wieder einmal spielte das Telefon eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung des digitalen Relais, diesmal bei der Rettung einer vielversprechenden, aber unerprobten Technologie, die kurz vor dem Vergessen stand.
Und wieder das Telefon
Das Fernkommunikationsnetz war das zentrale Nervensystem von AT&T. Es verband viele lokale Unternehmen und verschaffte einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil, als Bells Patente ausliefen. Durch den Beitritt zum AT&T-Netzwerk könnte ein neuer Kunde theoretisch alle anderen Abonnenten erreichen, die Tausende von Kilometern entfernt sind – obwohl Ferngespräche in Wirklichkeit selten geführt wurden. Das Netzwerk war auch die materielle Grundlage für die übergeordnete Unternehmensideologie „One Policy, One System, One-Stop Service“.
Doch mit Beginn des zweiten Jahrzehnts des XNUMX. Jahrhunderts erreichte dieses Netzwerk sein physikalisches Maximum. Je weiter sich die Telefonleitungen erstreckten, desto schwächer und lauter wurde das Signal, das durch sie hindurchging, und infolgedessen wurde die Sprache fast unhörbar. Aus diesem Grund gab es in den USA tatsächlich zwei AT&T-Netze, die durch einen Kontinentalrücken getrennt waren.
Für das östliche Netzwerk war New York der Anker, und mechanische Repeater und – ein Band, das bestimmte, wie weit eine menschliche Stimme reisen konnte. Aber diese Technologien waren nicht allmächtig. Die Spulen veränderten die elektrischen Eigenschaften des Telefonstromkreises und verringerten die Dämpfung der Sprachfrequenzen – sie konnten sie jedoch nur reduzieren, nicht beseitigen. Mechanische Repeater (nur ein Telefonlautsprecher, der an ein verstärkendes Mikrofon angeschlossen ist) fügten bei jeder Wiederholung Geräusche hinzu. Die Strecke von New York nach Denver im Jahr 1911 brachte dieses Geschirr auf seine maximale Länge. Von einer Ausweitung des Netzwerks auf den gesamten Kontinent war keine Rede. Doch 1909 versprach John Carty, Chefingenieur von AT&T, öffentlich, genau das zu tun. Er versprach, dies in fünf Jahren zu tun – wenn er anfing 1915 in San Francisco.
Der erste, der ein solches Unterfangen mit Hilfe eines neuen Telefonverstärkers ermöglichte, war kein Amerikaner, sondern der Erbe einer wohlhabenden, naturwissenschaftlich interessierten Wiener Familie. Jung sein Mit Hilfe seiner Eltern kaufte er eine Telefonfabrik und begann mit der Herstellung eines Telefonverstärkers. Bis 1906 hatte er ein auf Kathodenstrahlröhren basierendes Relais hergestellt, das zu dieser Zeit häufig in physikalischen Experimenten verwendet wurde (und später die Grundlage für die Videobildschirmtechnologie bildete, die das XNUMX. Jahrhundert dominierte). Das schwache eingehende Signal steuerte einen Elektromagneten, der den Strahl beugte und einen stärkeren Strom im Hauptstromkreis modulierte.
Im Jahr 1910 erfuhren von Lieben und seine Kollegen Eugene Reise und Sigmund Strauss von de Forests Audione und ersetzten den Magneten in der Röhre durch ein Gitter, das die Kathodenstrahlen kontrollierte – dieses Design war das effizienteste und allen in den Vereinigten Staaten hergestellten Produkten überlegen Staaten damals. Das deutsche Telefonnetz übernahm bald den von Lieben-Verstärker. Dank ihr kam es 1914 zu einem nervösen Telefonanruf des Befehlshabers der Ostpreußischen Armee an das 1000 Kilometer entfernte deutsche Hauptquartier in Koblenz. Dies zwang den Stabschef, die Generäle Hindenberg und Ludendorff nach Osten zu schicken, was zu ewigem Ruhm und schlimmen Folgen führte. Ähnliche Verstärker verbanden später das deutsche Hauptquartier mit Feldarmeen im Süden und Osten bis nach Mazedonien und Rumänien.
Eine Kopie von Liebens verbessertem Kathodenstrahlrelais. Die Kathode befindet sich unten, die Anode ist die Spule oben und das Gitter ist die runde Metallfolie in der Mitte.
Allerdings führten sprachliche und geografische Barrieren sowie der Krieg dazu, dass dieser Entwurf nicht in die Vereinigten Staaten gelangte und bald von anderen Ereignissen überholt wurde.
Unterdessen verließ de Forest 1911 die scheiternde Radio Telephone Company und floh nach Kalifornien. Dort bekam er eine Anstellung bei der Federal Telegraph Company in Palo Alto, die von einem Stanford-Absolventen gegründet wurde . Nominell würde de Forest an einem Verstärker arbeiten, der die Lautstärke des Bundesradios erhöhen würde. Tatsächlich machten er, Herbert van Ettan (ein erfahrener Telefoningenieur) und Charles Logwood (ein Empfängerdesigner) sich daran, einen Telefonverstärker zu entwickeln, damit die drei einen Preis von AT&T gewinnen konnten, der angeblich 1 Million US-Dollar betrug.
Zu diesem Zweck holte de Forest das Audion aus dem Zwischengeschoss, und 1912 hatten er und seine Kollegen bereits ein Gerät zur Vorführung bei der Telefongesellschaft bereit. Es bestand aus mehreren in Reihe geschalteten Audions, die eine mehrstufige Verstärkung erzeugten, und mehreren weiteren Hilfskomponenten. Das Gerät funktionierte tatsächlich – es konnte das Signal so stark verstärken, dass man ein Taschentuch fallen oder das Ticken einer Taschenuhr hören konnte. Aber nur bei Strömen und Spannungen, die zu niedrig sind, um in der Telefonie nützlich zu sein. Als der Strom zunahm, begannen die Audions ein blaues Leuchten auszusenden und das Signal verwandelte sich in Rauschen. Aber die Telefonindustrie war so interessiert, dass sie das Gerät zu ihren Ingenieuren brachte und sah, was sie damit machen könnten. Zufällig wusste einer von ihnen, der junge Physiker Harold Arnold, genau, wie man den Verstärker des Federal Telegraph repariert.
Es ist Zeit zu besprechen, wie das Ventil und Audion funktionierten. Die wichtigsten Erkenntnisse, die zur Erklärung ihrer Arbeit erforderlich waren, stammten aus dem Cavendish Laboratory in Cambridge, einer Denkfabrik für neue Elektronenphysik. Dort zeigte J. J. Thomson 1899 in Experimenten mit Kathodenstrahlröhren, dass ein Teilchen mit Masse, das später als Elektron bekannt wurde, Strom von der Kathode zur Anode transportiert. In den nächsten Jahren entwickelte Owen Richardson, ein Kollege von Thomson, diesen Vorschlag zu einer mathematischen Theorie der thermionischen Emission.
Ambrose Fleming, ein Ingenieur, der nur eine kurze Zugfahrt von Cambridge entfernt arbeitete, war mit diesen Arbeiten vertraut. Ihm war klar, dass sein Ventil aufgrund der thermionischen Emission von Elektronen aus dem erhitzten Filament funktionierte, die den Vakuumspalt zur kalten Anode durchquerten. Aber das Vakuum in der Anzeigelampe war nicht tief – das war bei einer gewöhnlichen Glühbirne nicht nötig. Es reichte aus, genügend Sauerstoff abzupumpen, um zu verhindern, dass der Faden Feuer fängt. Fleming erkannte, dass das Ventil für eine optimale Funktion so gründlich wie möglich entleert werden musste, damit das verbleibende Gas den Elektronenfluss nicht behinderte.
De Forest hat das nicht verstanden. Da er durch Experimente mit dem Bunsenbrenner zum Ventil und zu Audion kam, glaubte er das Gegenteil – dass das heiße ionisierte Gas das Arbeitsmedium des Geräts sei und dass seine vollständige Entfernung zu einer Betriebsunterbrechung führen würde. Aus diesem Grund war Audion als Funkempfänger so instabil und unbefriedigend und strahlte blaues Licht aus.
Arnold von AT&T war in einer idealen Position, um de Forests Fehler zu korrigieren. Er war ein Physiker, der bei Robert Millikan an der University of Chicago studiert hatte und speziell eingestellt wurde, um sein Wissen über die neue elektronische Physik auf das Problem des Aufbaus eines Telefonnetzes von Küste zu Küste anzuwenden. Er wusste, dass die Audion-Röhre am besten in einem nahezu perfekten Vakuum funktionieren würde, er wusste, dass die neuesten Pumpen ein solches Vakuum erreichen konnten, er wusste, dass ein neuer Typ von oxidbeschichtetem Filament zusammen mit einer größeren Platte und einem größeren Gitter dies auch konnte den Elektronenfluss erhöhen. Kurz gesagt, er verwandelte den Audion in eine Vakuumröhre, den Wundertäter des elektronischen Zeitalters.
AT&T verfügte über einen leistungsstarken Verstärker, der für den Aufbau einer transkontinentalen Leitung benötigt wurde – es hatte jedoch nicht die Rechte, ihn zu nutzen. Vertreter des Unternehmens verhielten sich während der Verhandlungen mit de Forest ungläubig, begannen jedoch ein separates Gespräch über einen externen Anwalt, dem es gelang, die Rechte zur Nutzung von Audion als Telefonverstärker für 50 US-Dollar (etwa 000 Millionen US-Dollar im Jahr 1,25) zu erwerben. Die Linie New York–San Francisco wurde gerade noch rechtzeitig eröffnet, allerdings eher als Triumph technischer Virtuosität und Unternehmenswerbung denn als Kommunikationsmittel. Die Kosten für Anrufe waren so astronomisch, dass fast niemand sie nutzen konnte.
elektronisches Zeitalter
Die echte Vakuumröhre ist zur Wurzel eines völlig neuen Baums elektronischer Komponenten geworden. Wie das Relais erweiterte auch die Vakuumröhre ihre Einsatzmöglichkeiten kontinuierlich, da Ingenieure neue Wege fanden, ihr Design an die Lösung spezifischer Probleme anzupassen. Das Wachstum des „-od“-Stammes endete nicht mit Dioden und Trioden. Es ging weiter mit , das ein zusätzliches Gitter hinzufügte, das die Verstärkung mit dem Wachstum der Elemente im Schaltkreis unterstützte. Als nächstes erschien , , und sogar . Mit Quecksilberdampf gefüllte Thyratrons erschienen und leuchteten in einem bedrohlichen blauen Licht. Miniaturlampen haben die Größe eines kleinen Zehs oder sogar einer Eichel. Indirekte Kathodenlampen, bei denen das Brummen der Wechselstromquelle das Signal nicht störte. Книжка «Сага электронной лампы» [Saga of the Vacuum Tube], описывающая рост индустрии ламп до 1930 года, перечисляет более 1000 различных моделей по их индексу – хотя многие из них были незаконными копиями от незаслуживающих доверия брендов: Альтрон, Перфектрон, Супертрон, Вольтрон , usw.
Wichtiger als die Formenvielfalt war die Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten der Vakuumröhre. Regenerative Schaltkreise verwandelten die Triode in einen Sender, der glatte und konstante Sinuswellen ohne störende Funken erzeugte und den Ton perfekt übertragen konnte. Mit einem Kohärenter und Funken im Jahr 1901 konnte Marconi kaum ein kleines Stück Morsezeichen über den schmalen Atlantik übertragen. Im Jahr 1915 konnte AT&T mithilfe einer Vakuumröhre als Sender und Empfänger die menschliche Stimme von Arlington, Virginia, nach Honolulu übertragen – über die doppelte Distanz. In den 1920er Jahren kombinierten sie Ferntelefonie mit hochwertiger Audioübertragung und schufen so die ersten Radionetze. So konnte bald die ganze Nation im Radio dieselbe Stimme hören, sei es Roosevelt oder Hitler.
Darüber hinaus ermöglichte die Fähigkeit, Sender zu entwickeln, die auf eine präzise und stabile Frequenz abgestimmt sind, Telekommunikationsingenieuren, den lang gehegten Traum des Frequenzmultiplexens zu verwirklichen, der Alexander Bell, Edison und die anderen vor vierzig Jahren anzog. Bis 1923 verfügte AT&T über eine zehnkanalige Sprachleitung von New York nach Pittsburgh. Die Möglichkeit, mehrere Stimmen über ein einziges Kupferkabel zu übertragen, reduzierte die Kosten für Ferngespräche, die aufgrund ihrer hohen Kosten immer nur für die reichsten Menschen und Unternehmen erschwinglich waren, drastisch. Als AT&T sah, was Vakuumröhren leisten können, schickte es seine Anwälte los, um zusätzliche Rechte von de Forest zu kaufen, um sich die Rechte zur Nutzung von Audion in allen verfügbaren Anwendungen zu sichern. Insgesamt zahlten sie ihm 390 Dollar, was in heutigem Geld etwa 000 Millionen Dollar entspricht.
Warum dominierten Vakuumröhren bei dieser Vielseitigkeit nicht die erste Generation von Computern so, wie sie Radios und andere Telekommunikationsgeräte dominierten? Offensichtlich könnte die Triode ein digitaler Schalter sein, genau wie ein Relais. So offensichtlich, dass de Forest sogar glaubte, er hätte das Relais geschaffen, bevor er es tatsächlich schuf. Und die Triode reagierte viel schneller als ein herkömmliches elektromechanisches Relais, da sie den Anker nicht physisch bewegen musste. Das Schalten eines typischen Relais dauerte einige Millisekunden, und die Änderung des Flusses von der Kathode zur Anode aufgrund der Änderung des elektrischen Potenzials im Gitter erfolgte nahezu augenblicklich.
Allerdings hatten Lampen gegenüber Relais einen entscheidenden Nachteil: Sie neigten wie ihre Vorgänger, die Glühbirnen, dazu, durchzubrennen. Die Lebensdauer der ursprünglichen Audion de Forest war so kurz – etwa 100 Stunden –, dass sie einen Ersatzfaden in der Lampe enthielt, der angeschlossen werden musste, nachdem der erste durchgebrannt war. Das war sehr schlimm, aber auch danach war nicht zu erwarten, dass selbst die hochwertigsten Lampen länger als mehrere tausend Stunden halten. Für Computer mit Tausenden von Lampen und stundenlangen Berechnungen war dies ein ernstes Problem.
Relais hingegen waren laut George Stibitz „unglaublich zuverlässig“. So sehr, dass er das behauptete
Wenn im ersten Jahr unserer Zeitrechnung ein Satz U-förmiger Relais startete und jede Sekunde einen Kontakt schaltete, würden sie auch heute noch funktionieren. Mit dem ersten Scheitern des Kontakts war frühestens tausend Jahre später, etwa im Jahr 3000, zu rechnen.
Darüber hinaus gab es keine Erfahrungen mit großen elektronischen Schaltkreisen, die mit den elektromechanischen Schaltkreisen der Telefoningenieure vergleichbar wären. Radios und andere Geräte könnten 5-10 Lampen enthalten, aber nicht Hunderttausende. Niemand wusste, ob es möglich sein würde, einen Computer mit 5000 Lampen zum Laufen zu bringen. Mit der Wahl von Relais anstelle von Röhren trafen Computerentwickler eine sichere und konservative Wahl.
Im nächsten Teil werden wir sehen, wie und warum diese Zweifel überwunden wurden.
Source: habr.com