Rela ajalugu: elektroonika ajastu

Teised tsükli artiklid:

• Relay ajalugu
  • Kiire teabe edastamise meetod, või Reléde tekkimine
  • Kaugkirjutaja
  • Galvanism
  • Ettevõtjad
  • Ja lõpuks on siin relé
  • Rääkiv telegraaf
  • Lihtsalt ühendada
  • Unustatud rälite arvutite põlvkond
  • Elektrooniline ajastu
• Elektrooniliste arvutite ajalugu
  • Proloog
  • Koloss
  • ENIAC
  • Elektrooniline revolutsioon
• Transistori ajalugu
  • Käies pimeduses komberdades
  • Sõja sügavusest
  • Korduvalt leiutatud
• Internet ajalugu
  • Tugivõrk
  • Lagunemine, osa 1
  • Lagunemine, osa 2
  • Avades interaktiivsuse
  • Laiendades interaktiivsust
  • ARPANET - algus
  • ARPANET - pakett
  • ARPANET - alamsüsteem
  • Arvuti kui suhtlemisseade
  • Interneti ajalugu: võrguvahetamine

Uues eelmine kord Oleme näinud, kuidas esimene digitaalsete arvutite põlvkond ehitati esimese põlvkonna automaatsete elektriliste lülitite - elektromagnetiliste releede - põhjal. Kuid selleks ajaks, kui need arvutid loodi, ootas lavataguses veel üks digitaalne lüliti oma aega. Relee oli elektromagnetiline seade (mis kasutas elektrit mehaanilise lüliti juhtimiseks), samas kui uus digitaalsete lülitite klass oli elektrooniline - tuginedes uuele arusaamale elektronist, mis ilmus 20. sajandi alguses. See teadus näitas, et elektrilise jõu kandjaks ei olnud vool, laine ega väli - vaid tahke osake.

Seade, mis käivitas elektrooni ajastu, mida see uus füüsika loob, tunti kui "elektronlamp" [USA-s - vacuum tube ehk "tühja toru"]. Selle inventsiooni ajaloos mängisid kaks meest: inglane Ambrose Fleming ja ameeriklane Lee de Forest. Tegelikult on elektroonika päritolu keerulisem, see kootakse kokku paljusid niite, mis ristuvad Euroopas ja Atlandi üle ning ulatuvad tagasi minevikku, kuni varaste katsetusteni Leideni pankadega 18. sajandi keskel.

Kuid meie käsitluses on mugav käsitleda (mängu sõna!) seda lugu, alustades Thomas Edisonist. 1880ndatel tegi Edison huvitava avastuse, töötades elektrivalgustuse kallal - see avastus valmistab meie loo areenile. Sealt algas edasine elektronlampide areng, mis oli vajalik kahe tehnoloogilise süsteemi jaoks: uue vormi juhtmevaba sõnumite edastamiseks ja pidevalt laienevate telefonivõrkude jaoks.

Proloog: Edison

Edisonit peetakse tavaliselt elektripirni leiutajaks. See teeb temale samal ajal liiga palju ja liiga vähe au. Liiga palju, kuna mitte ainult Edison ei leiutanud säravat lampi. Kasutades palju eelkäijaid, kelle leiutisi ei viidud kommertskasutusse, võib mainida Joseph Swan ja Charles Stearn Britanniast ning ameeriklast William Sawyerit, kes tõid lambid turule samal ajal kui Edison.Auhind usalduse kuulub ka vene leiutajale Lodõgin Aleksandr Nikolajevitšile. Lodõgin oli esimene, kes mõistis, et tuleb eemaldada õhk klaaslampide kolbist ning pakkus, et küttevõrk ei peaks olema valmistatud süsinikust või süsinikukiududest, vaid kõrge sulamistemperatuuriga volframist / märk. tõlk.] . Kõik lambid koosnesid suletud klaaskolbist, mille sees oli takistav hõõgniidi. Kui lamp oli vooluringi ühendatud, tekitas niidi takistuse tõttu tekkiv soojus selle särama. Kolbist oli õhk välja pumbatud, et niit ei süttiks. Elektrivalgus oli teada juba suurtes linnades kui kaare lambid, mida kasutati suurte avalike kohtade valgustamiseks. Kõik need leiutajad otsisid viisi, kuidas vähendada valgust, saades põletavast kaarest väikese ereda osa, piisavalt väikese, et seda saaks kodudes kasutada gaasilampide asendamiseks, ning teha valgusallikas ohutumaks, puhtamaks ja kirkamaks.

Ent mida Edison tõeliselt tegi - täpsemalt öeldes, mida tema tööstuslaboratoorium lõi - ei olnud mitte ainult valgusallika loomine. Nad ehitasid terve elektrisüsteemi maja valgustamiseks - generaatorid, juhtmed voolu edastamiseks, trafod jne. Kõigest sellest oli lambipirn ainult kõige ilmsem ja nähtavam komponent. Edisoni nimi tema ettevõtetes, mis tootsid elektrit, ei olnud lihtsalt suure leiutaja ees kummardamine, nagu Bell Telefoni puhul. Edison tõestas end mitte ainult leiutajana, vaid ka süsteemi arhitektina. Tema laboratoorium jätkas erinevate elektrilise valgustuse komponentide täiustamist isegi pärast nende varajast edu.

Varajaste Edisoni lampide eksemplar

Uuringute käigus, umbes 1883. aastal, otsustas Edison (või võib-olla mõni tema töötajatest) paigutada säravas lambis koos kiuga ka metallplaadi. Selle sammu põhjused on ebaselged. Võib-olla oli see katse kõrvaldada lambi tumenemine – klaaspudeli sisemusse kogunes aja jooksul salapärane tumedat ainet. Insener lootis, et need mustad osakesed tõukuvad pingestatud plaadi poole. Oma üllatuseks avastas ta, et kui plaat oli ühendatud koos kiu positiivse otsaga, siis kius läbiv vool oli otseselt proportsionaalne kiu valgustuse intensiivsusega. Kui plaat oli ühendatud kiu negatiivse otsaga, siis midagi sellist ei juhtunud.

Edison otsustas, et seda efekti, hiljem nimetatud Edisoni efektiks või termoelektroniliseks emissiooniks, saab kasutada "elektrilise jõu", st pingluse, mõõtmiseks või isegi juhtimiseks elektrisüsteemis. Harjumusest ta esitas patenditaotluse selle "elektrilise indikaatori" jaoks, seejärel naasis ta olulisemate ülesannete juurde.

Ilma juhtmeteta

Liigume 20 aastat tulevikku, 1904. aastasse. Sel ajal töötas Inglismaal John Ambrose Fleming Marconi Company tellimusel raadiolainete vastuvõtja parandamise kallal.

Oluline on mõista, mis oli ja mis ei olnud raadio toona, nii tööriista kui ka praktika seisukohalt. Raadiot ei nimetatud siis isegi "radio", seda nimetati "wireless", juhtmeta. Termin "raadio" hakkas domineerima alles 1910-ndatel. Kindlasti viidati juhtmevaba telegraafia süsteemile, kus signaalid edastati punktide ja kriipsudena saatjalt vastuvõtjale. Selle peamine rakendus oli suhtlemine laevade ja sadamate teenindustega ning selles tähenduses huvitas see kogu maailma merehalduse asutusi.

Mõned tolleaegsed leiutajad, sealhulgas Reginald Fessenden, katsetati idee raadotelefonist - häälsõnumite edastamisest õhus pideva laine kujul. Kuid laiendatud edastamine tänapäevases mõistes tekkis alles 15 aastat hiljem: uudiste, lugude, muusika ja teiste programmide edastamine laia publikuni. Enne seda peeti raadiosignaalide suunatud iseloomu probleemiks, mida tuli lahendada, mitte eripäraks, mida saaks ära kasutada.

Selles ajastus olemasolev raadioseade oli hästi kohandatud Morze kodee jaoks ja halvasti igasuguseks muuks. Saatjad genereerisid Hertz'i laineid, saates säde läbi augu skeemis. Seetõttu kaasnes signaalile staatika kräkker.

Vastuvõtjad tunnustasid seda signaali läbi kohereri: metallipuru klaastorus, mis raadiosignaalide mõjul nihkus pidevaks massiks ja sulges seega ühenduse. Siis tuli klaasile koputada, et puru laiali lüüa ja vastuvõtja oleks järgmise signaali jaoks valmis - alguses tehti seda käsitsi, kuid peagi tuli selleks ka automaatseid seadmeid.

Aastal 1905 hakkasid alles tekkima kristalsed detektorid, tuntud ka kui "kassi vuntsid". Selgus, et lihtsalt puudutades teatud kristalli, näiteks silikooni, rauasilikaati või galenitit, oli võimalik õhust raadiosignaale kinni püüda. Saadud vastuvõtjad olid odavad, kompaktsed ja igaleühele kergesti kätte saadavad. Need stimuleerisid raadioshobi arengut, eriti noorte seas. Sellest tulenev ootamatu eetris oleva tegevuse plahvatus tekitas probleeme, kuna raadioeeter jagunes kõigi kasutajate vahel. Süütu raamatuvestmine võis juhuslikult ristuda mereteenistuse kommunikatsiooniga ja mõned poisikesed suudsid isegi vale käske anda ja hädasignaale saata. Riik pidi paratamatult sekkuma. Nagu kirjutas Ambrose Fleming ise, tõi kristallide detektorite ilmumine.

see tõi kaasa vastutustundetu raadiotelegraafia plahvatuse, mis tekkis arvukate elektrihuviliste ja õppijate käitumise tõttu, mis nõudis riiklike ja rahvusvaheliste võimude range sekkumist, et hoida toimuv mõistlikkuse ja ohutuse raames.

Nende kristallide ebatavalistest elektrilistest omadustest sünnib varsti kolmas digitaalsete lülitite põlvkond, järgides relaid ja lampe – lülitid, mis domineerivad meie maailmas. Kuid igal asjal on oma aeg. Me oleme kirjeldanud stseeni, nüüd suuname kogu tähelepanu näitlejale, kes just ilmus reflektorite valguses: Ambrose Fleming, Inglismaa, 1904.

Klapp

1904. aastal oli Fleming Londoni Ülikoolikolledži elektritehnika professor ning Marconi Company konsultant. Alguses palgati ta ettevõtte poolt, et anda eksperthinnang elektrijaama ehitamise kohta, kuid hiljem hakkas ta tegelema vastuvõtja parandamisega.

Fleming 1890. aastal

Kõik teadsid, et kogematus oli halva vastuvõtjana, ning Macroni välja töötatud magnetiline detektor ei olnud palju parem. Asenduse leidmiseks otsustas Fleming esialgu ehitada tundliku skeemi Herz'i lainete avastamiseks. Sellest seadmed, isegi kui see ei saanud ise detektoriks, osutus tulevaste uuringute jaoks kasulikuks.

Selleks pidi ta välja mõtlema viisi, kuidas pidevalt mõõta voolu tugevust, mida saabuvate lainete kaudu tekitatakse, selle asemel et kasutada diskreetset kogemust (mis näitas ainult olekuid sisse – kus metalljupid kleepusid, või välja). Kuid tuntud voolu mõõtmisseadmed – galvanomeetrid – nõudsid töötamiseks pidevat, st ühesuunalist voolu. Vahelduvvool, mille põhjustasid raadiosagedused, muutis suunda nii kiiresti, et mingit mõõtmist ei oleks olnud võimalik teha.

Fleming meenutas, et tal on kapis mitu huvitavat eset – Edisoni indikaatorlampid. 1880. aastatel oli ta Edisoni elektrivalgustuse firma konsultant Londonis ning töötas lampide mustumise probleemi kallal. Sel ajal sai ta mitmeid indikaatoreid, ilmselt Williem Prisilt, Briti Postiteenistuse peamiselt elektrikinsenerilt, kes oli just naasnud Philadelphias toimunud elektrinäituselt. Sel ajal oli USA-st väljas postiteenustes telegraafi ja telefoni kontroll tavapärane, mistõttu nad olid elektritehnika ekspertiisi keskused.

Hiljem, 1890. aastatel, uuris Fleming ise Edisoni efekti, kasutades Priselt saadud lampe. Ta näitas, et efekt seisnes selles, et vool liikus ühes suunas: negatiivne elektripotentsiaal võis voolata kuumalt nöörilt külmale elektrodile, kuid mitte vastupidi. Kuid alles 1904. aastal, kui talle esitati raadiosignaalide avastamise ülesanne, mõistis ta, et seda fakti saab praktikas kasutada. Edisoni indikaator lubas ainult ühes suunas liikuvatel vahelduvvoolu impulssidel ületada lõhe nööri ja plaadi vahel, mis andis pideva ja ühesuunalise voolu.

Fleming võttis ühe lambi, ühendas selle järjestikku galvanomeetriga ja lülitas sisse sädepeender. Voilà – peegel pöördus ja valguskiir nihkus skaalal. Väga toimis. Ta suutis täpselt mõõta sisenevat raadiosignaali.

Flemingi ventiili prototüübid. Anood asub kiudvõrgu (kuuma katoodi) keskel.

Fleming nimetas oma leiutist «ventiilikseks», kuna see lasi elektril voolata ainult ühes suunas. Üldiselt elektritehniliste terminite järgi oli see sirgesti voolaja – viis vahelduvvoolu muundamiseks alalisvooluks. Hiljem hakati seda nimetama dioodiks, kuna seal oli kaks elektroodi – kuum katood (nöör), mis laskis elektrit välja, ja külm anood (plaat), mis seda vastu võttis. Fleming tegi disainis mitmeid parandusi, kuid põhimõtteliselt ei erine seade Edisoni indikaatorlampist. Selle üleminek uude kvaliteeti toimus mõtteviisi muutumise tõttu – sellist nähtust oleme juba mitu korda näinud. Muudatus toimus ideede maailmas Flemingi peas, mitte asjade maailmas selle ümber.

Fleming'i ventiil iseenesest oli kasulik. See oli parim väli seade raadiolainete mõõtmiseks ning ka iseenesest mitte halb detektor. Kuid see ei pööranud maailma pea peale. Elektronikast toimunud plahvatuslik kasv algas alles pärast seda, kui Lee de Forest lisas kolmanda elektroodi ja muutis ventiili releeks.

Kuulamine

Lee de Forestil oli ebatavaline haridus Yale'i üliõpilase jaoks. Tema isa, pastoraal Henry de Forest, oli New Yorgi kodanik ja kodusõja veteran, jutlustaja kongregatsioonilised kirikud, ja uskus pühendunult, et jutlustajana peab ta levitama jumalikku valgust teadmiste ja õigluse osas. Kohuseks olles nõustus ta vastu võtma Talladega kolledži presidendi koha Alabamas. Kolledž asutati pärast kodusõda New Yorgis asuva Ameerika Misjonäride Assotsiatsiooniga. See oli mõeldud kohalike mustanahaliste elanike harimiseks ja juhendamiseks. Seal tundis Lee end nagu vahel kahe kiviraami vahel – kohalikud mustanahalised alandasid teda tema naiivsuse ja arguse tõttu, kuid kohalikud valged alandasid teda selle tõttu, et ta oli yankee.

Kuid noormees de Forest arendas endas tugevat enesekindlust. Ta avastas enda juures oskuse mehaanikas ja leiutamises – tema mõõtkavas rongimudel sai kohalikuks imelisuseks. Kohe teismelisena, õppides Talladega, otsustas ta pühendada oma elu leiutamisele. Siis, noore mehena New Havenis elades, loobus pastori poeg oma viimastest usust. Need kadusid järk-järgult Darwinismiga tutvumise tõttu ja siis pühkis need minema pärast oma isa ebaloomulikku surma. Kuid de Foresti ei jätnud tunne, et tal on saatus. Ta pidas end geeniuseks ja soovis saada teiseks Nikolai Teslaks, rikkaks, kuulsaks ja salapäraseks võlurniks elektriajastus. Tema Yale'i ülikooli kaasõpilased pidasid teda enesekehtestavaks räägiks. Võib-olla võib teda nimetada vähem populaarsuseks ajaloos.

de Forest, u. 1900

Pärast Yale'i ülikooli lõpetamist 1899. aastal valis de Forest üha kasvava traadita signaalide edastamise kunsti valdamise rikkuse ja kuulsuse teeks. Järgnevatel aastatel läks ta sellele teele suure määramuse ja enesekindlusega, ilma igasuguste kõhklusteta. Kõik algas de Foresti ja tema partneri Ed Smite'i koostööst Chicagos. Smite hoidis nende ettevõtte käimas regulaarsete maksete abil ning koos töötasid nad välja oma raadiolaine detektori, mis koosnes kahest metallplaadist, mis olid liimitud, ja mida de Forest nimetas „pastaks“ [goo]. Kuid de Forest ei saanud kaua oodata oma geniaalsuse vilju. Ta vabastas Smite'i ja tegi koostööd kahtlase New Yorgi finantseerijaga nimega Abraham White [ironia, muutes oma sünninime Schwarz, et peita oma tumedaid tegemisi. White/White – (ingl.) valge, Schwarz/Schwarz – (saks.) must / märk. tõlk.] asutades De Forest Wireless Telegraph Company.

Ettevõtte tegevus oli mõlemale meie kangelasele teisejärguline. White kasutas inimeste teadmatusest, et rahakoti täita. Ta petis investoritelt miljonite nimel, kes üritasid mitte maha jääda raadioootuste buumist. De Forest, tänu nende „lollide“ üleliigsetele rahavoogudele, keskendus oma geeniuse tõestamisele, arendades uut Ameerika süsteemi traadita teabe edastamiseks (vastandina Euroopas välja töötatud süsteemile, mille autoriõiguse omanik oli Marconi jt).

Kahjuks ei töötanud de Foresti detektor Ameerika süsteemi jaoks eriti hästi. Mingil ajal lahendas ta selle probleemi, laenates Reginald Fessendeni patendeeritud disaini detektorist nimega „vedelikku barjäär“ – kaks plaatina traati, mis olid sukeldatud väävelhappe kaussi. Fessenden esitas hagi patendi rikkumise tõttu – ja see kohtuvaidlus oleks tõenäoliselt tema kasuks lõppenud. De Forest ei saanud rahu, kuni ta ei leiutanud uut detektorit, mis kuulus ainult temale. 1906. aasta sügisel kuulutas ta välja sellise detektori loomise. Kahel erineval kohtumisel Ameerika Elektritehnika Instituudis tutvustas de Forest oma uut traadita detektorit, mille ta nimetas „Audiöoniks“. Kuid selle tõeline päritolu on kahtluse alla seatud.

Mõne aja jooksul püüdsid de Foresti katsed ehitada uut detektorit keskenduda voolu läbimisele leegist. Bunseni põleti, mis, tema arvates, võis olla asümmeetriline juht. Idee ei paistnud olevat edukas. 1905. aastal kuulis ta Flemingi ventiilist. De Forest pani endale, et see ventiil ja selle seade, mis põhines põletajal, olid põhimõtteliselt samad – kui asendada kuum niit leegiga ja katta see klaaskolbiga gaasi piiramiseks, siis on saadud sama ventiil. Ta töötas välja patentide seeria, mis kordas eelneva Flemingi ventiili leiutiste ajalugu gaasipõlemise detektorite abil. Näis, et ta soovis endale välja mõelda, möödudes Flemingi patentist, kuna Bunseni põleti kasutamisega tehti tööd enne Flemingi tööd (alates 1900. aastast).

Ei ole võimalik öelda, kas see oli enesepettus või petmine, kuid selle tulemusena ilmus de Foresti patent augustis 1906 "tühjendatud klaasist anum, mis sisaldab kahte eraldi elektroodi, mille vahel on gaasikeskkond, mis piisava kuumutamise korral muutub juhiks ja moodustab tundliku elemendi." Seadme varustus ja töö kuuluvad Flemingile ning selle töö seletus de Forestile. De Forest kaotas patentide vaidluse, kuigi see võttis kümme aastat.

Kannatamatu lugeja võib juba hakata küsima, miks me kulutame nii palju aega sellele inimesele, kelle iseendaks nimetatud geenius seisnes teiste ideede esitamisest enda omadena? Põhjus seisneb neis muutustes, mis toimusid Audioni osas 1906. aasta viimastel kuudel.

Sel ajal ei olnud de Forestil tööd. White ja partnerid pääsesid Fessendeni kohtuasjast vastutusest, luues uue ettevõtte United Wireless ning laenates sellele American De Foresti varad 1 dollari eest. De Forest saadeti minema 1000 dollari lahusrahaga ja paar tühja patendiga, sealhulgas ka Audioni patent. Harjunud luksusliku eluviisiga, seisis ta tõsiste rahaliste raskustega silmitsi ja püüdis meeleheitlikult muuta Audioni suureks eduks.

Ette mõista, mis edasi juhtus, on oluline teada, et de Forest pidas ennast relé leiutajaks – vastandina Flemingu sirgele. Ta valmistas oma Audioni, ühendades aku ja külma plaadi, ning arvas, et antenniahela signaal (mis on ühendatud kuuma niidiga) moduleerib aku ahelas tugevamat voolu. Ta eksis: need ei olnud kaks ahelat, aku lihtsalt nihutas signaali antennist, mitte ei võimendanud seda.

Kuid see eksimus osutus kriitiliseks, kuna see viis de Foresti katseteni kolmanda elektroodiga vaakumklaasis, mis pidanuks veelgi rohkem eraldama neid kaht ahelat. Alguses lisas ta teise külma elektroodi esimesele lähedale, kuid siis, võib-olla füüsikute juhtimismehhanismide mõjul, mis suunavad kiiri elektronide sädevates seadmetes, tõukas ta elektroodi niidi ja esmase plaadi vahele. Ta arvas, et see paigutus võib katkestada elektrivoo, ja muutis kolmanda elektroodi kuju plaadist lainelise juhtme sarnaseks, mis meenutas rashper'i – ja nimetas selle „võrguks”.

Triod Audion 1908. aastast. Niit (katkine) vasakul – katood, laineline juhtme – võrk, ümar metallplaat – anood. Sellel on endiselt keermega nagu tavaline pirn.

Ja see oli tõepoolest relé. Nõrk vool (nagu seda saab raadioantennist), mis suundus võrku, suutis juhtida palju tugevamat voolu niidi ja plaadi vahel, tõukates laetud osakesi, mis üritasid nende vahel liikuda. See detektor töötas palju paremini kui klapp, kuna see mitte ainult ei sirutanud, vaid ka võimendas raadio signaali. Ja nagu klapp (ja erinevalt kohererist) suutis see anda pidevat signaali, mis võimaldas luua mitte ainult raadiotelegraafi, vaid ka raadiotelefoni (ja hiljem hääle ja muusika edastamist).

Praktikas ei töötanud see eriti hästi. De Foresti audioonid olid kapriissed, kestsid kiiresti ära, nende tootmises puudus kvaliteedi järjepidevus, ja võimendajatena olid nad ebaefektiivsed. Selleks, et konkreetne Audion õigesti töötaks, tuli sisendvõrgustiku elektriparameetreid temaga kohandada.

Kuid De Forest uskus oma leiutisse. Reklaamimiseks asutas ta uue ettevõtte, De Forest Radio Telephone Company, kuid müük oli väike. Suurimaks eduks oli seadmete müük laevastikule laevadevaheliseks telefoniks ümbermaailmareisi ajal.Suure valge laevaKuid laevastikuülemal, kellel ei olnud aega De Foresti saatjate ja vastuvõtjate tööle panemiseks ega meeskonna koolitamiseks, kästi need pakendada ja ladustamisele jätta. Veelgi enam, De Foresti uus ettevõte, mida juhtis Abrahami White'i järglane, ei olnud sugugi usaldusväärsem kui eelmine. Lisaks oma ebaõnnestumistele sattus ta kiiresti pettuse süüdistuste alla.

Viie aasta jooksul ei saavutanud Audion midagi. Jällegi mängib telefon võtmerolli digitaalse relee arendamisel, seekord päästes paljulubava, kuid katsetamata tehnoloogia, mis oli unustuse äärel.

Ja jälle telefon

Kaugside võrk oli AT&T keskne närvisüsteem. See sidus kokku mitmeid kohalikke ettevõtteid ja pakkus olulist konkurentsieelist Bell'i patentide aegumisel. Liitudes AT&T võrguga, võiks uus klient teoreetiliselt helistada kõigile teistele tellijatele, kes asusid tuhandeid kilomeetreid eemal – kuigi tegelikult tehti kaugkõnesid harva. See võrk oli ka materiaalne alus ettevõtte kõikehõlmavale ideoloogiale "Üks poliitika, üks süsteem, universaalne teenus."

Kuid kahekümnenda sajandi teise kümnendi algusega oli see võrk jõudnud füüsilise maksimumini. Mida kaugemale telefonikaabli lõngad venisid, seda nõrgem ja lärmakam muutus nendes kulgev signaal, ja lõpuks muutus kõne praktiliselt mõistetamatuks. Selle tõttu oli Ameerika Ühendriikides tegelikult kaks AT&T võrku, mis olid jagatud mandrilise seljandiku järgi.

Idavõrgu tugipunktiks oli New York, samas kui mehaanilised kordajad ja Pupini mähised – kinnitus, mis määras, kui kaugele inimesed saaksid oma häält kanda. Kuid need tehnoloogiad polnud kõikvõimsad. Rullikud muutsid telefoni skeemi elektrilisi omadusi, vähendades häälte sageduste nõrgenemist – kuid nad suudsid vaid nõrgenemist vähendada, mitte täiesti kõrvaldada. Mehaanilised repetiitorid (lihtsalt telefonikõlar, mis oli ühendatud võimendava mikrofoniga) lisasid iga kord müra. 1911. aasta ühendus New Yorgi ja Denveri vahel viis selle kinnituseni maksimaalse pikkuse. Kogu kontinendi ulatuses võrgu pikendamisest ei saanud juttugi olla. Siiski lubas AT&T peainsener John Carthy 1909. aastal avalikult seda just teha. Ta lubas, et saab seda tehtud viie aastaga – enne Panama–Vaikse ookeani rahvusvaheline näitus San Franciscos 1915. aastal.

Esimene, kes suudab sellist ettevõtmist uue telefonivõimendaja abil teostada, polnud mitte ameeriklane, vaid jõuka viinlase pereliige, kes huvitas teadusest. Noore mehena Robert von Lieben oma vanemate vahenditega ostis telefonitootmisettevõtte ja kavandas luua võimendi telefonikõnede jaoks. 1906. aastaks oli ta välja töötanud relee, mis põhines elektronkiire torudel, mida sel ajal laialdaselt kasutati füüsikakatsetes (ja hiljem sai neist XX sajandi domineeriva tehnoloogia videopaneelide alus). Nõrk sisendsignaal kontrollis elektromagneti, mis painutas kiirt, moduleerides peamisse skeemi tugevamat voolu.

1910. aastaks olid Lieben ja tema kolleegid, Eugene Reis ja Sigmund Strauss, kuulnud de Foresti Audionist ning asendanud toru magneti ketiga, mis kontrollis katoodkiiri – see disain oli kõige efektiivsem ja ületas kõik toona Ameerikas tehtud arendused. Saksamaa telefonivõrk võttis peagi Liebeni võimendi kasutusele. 1914. aastal võimaldas see toimuda närvilisel telefonikõnel komandörilt Ida-Prussia armeele, kes helistas Saksamaa peakorterisse, mis asus 1000 kilomeetrit eemal Koblenzis. See sundis opsipead saatma kindraleid Hindenbergi ja Ludendorfi itta, igavese kuulsuse nimel ja tõsiste tagajärgedega. Sellised võimendid ühendasid hiljem Saksamaa peakorteri välivägedega lõunas ja idas, ulatudes Kreekasse ja Rumeeniasse.

Koopia täiustatud katoodkiirgusrelees Livena. Katood on all, anood – see on spiraal ülal, ja võrgu – ümmargune metallfoolium keskel.

Kuid keele- ja geograafilised barjäärid, samuti sõda, viisid selleni, et see disain ei jõudnud USA-sse, ning peagi suudeti seda ületada muude sündmustega.

Ja sel ajal lahkus de Forest hääbumas olnud Radio Telephone Company'st 1911. aastal ning põgenes Californiasse. Seal töötas ta Palo Alto Föderaalsetele Telegraafifirmale, mille asutas Stanfordi vilistlane Cyril Elwell.. Nime poolest pidi de Forest töötama võimendi kallal, mis suurendaks föderaalraadio vastuvõtja väljundsignaali valjust. Tegelikult töötasid tema, Herbert van Etten (kogenud telefonitehnik) ja Charles Logwood (vastuvõtja arendaja) telefonivõimendi loomise kallal, et kolmekesi teenida AT&T auhinda, mis, nagu kuuldavasti, oli $1 miljon.

Selleks tõi de Forest pööningult välja Audioni, ja 1912. aastaks oli neil kolleegidega juba seade, mis oli telefonifirmale demonstreerimiseks valmis. See koosnes mitmest järjestikku ühendatud Audionist, mis pakkusid mitmeastmelist tugevdamist, ja veel mitmest abikomponendist. Seade töötas põhimõtteliselt – see suutis signaali piisavalt tugevdada, et kuulete, kuidas langeb taskurätik või kuidas tikivad taskukellad. Kuid ainult voolud ja pinged, mis olid liiga madalad telefonitehnikas kasutamiseks. Voolu suurendades hakkasid Audionid kiirgama sinist helendust, ja signaal muutus müraks. Kuid telefonitehnikute huvi oli piisav, et anda seade oma inseneridele ja vaadata, mida nad sellega teha suudavad. Nii juhtus, et üks neist, noor füüsik Harold Arnold teadis täpselt, kuidas Föderaalse Telegraafi võimendit parandada.

On saabunud aeg arutada, kuidas toimis ventiil ja Audion. Peamine arusaam, mis oli vajalik nende töötamise selgitamiseks, ilmus Këvendiši Laboris Cambridge'is - uue elektronfüüsika intellektuaalses keskuses. 1899. aastal näitas seal J. J. Thomson katodooside katsetes, et massiga osake, mis hiljem sai tuntuks elektroni nime all, kannab voolu katoodilt anoodile. Järgmise paari aasta jooksul arendas Owen Richardson, Thomsoni kolleeg, seda oletust välja matemaatiliseks teooriaks termoelektronide emissioonist.

Ambrose Fleming, insener, kes elas lühikese sõidu kaugusel Cambridge'ist, oli nende töödega tuttav. Talle oli selge, et tema ventiil toimib tänu termoelektronide emissioonile kuumenenud niidist, mis ületavad vaakumlahkme kuni külma anoodi. Kuid indikaatorlamp oli mitte sügav vaakum – tavalise lambipirni jaoks ei olnud see vajalik. Piisab, kui eemaldada piisavalt hapnikku, et niit ei süttiks. Fleming mõistis, et ventiili parimaks toimimiseks tuleb see võimalikult põhjalikult tühjendada, et jäänud gaas ei segaks elektronide voolu.

De Forest seda ei mõistnud. Kuna ta jõudis ventiili ja Audioni kaudu Bunseni põletaja katsetest, oli tema veendumus vastupidine – et kuum ja ioniseeritud gaas oli seadme tööaine ning selle täielik eemaldamine katkestaks töö. Just seetõttu töötas Audion kui raadiovastuvõtja nii ebastabiilselt ja rahuldamatult ning seetõttu kiiris see sinist valgust.

Arnold AT&T-s oli ideaalne olukord De Foresti vea parandamiseks. Ta oli füüsik, kes õppis Robert Millikanilt Chicago ülikoolis, ja oli spetsiaalselt palgatud, et rakendada oma teadmisi uues elektronfüüsikas telefonivõrgu ülesehitamiseks rannikult rannikule. Ta teadis, et Audioni lamp töötab kõige paremini peaaegu ideaalsetes vaakumtingimustes, teadis, et uusimad pumbad suudavad sellise vaakumi saavutada, teadis, et uue tüübi niit, mis on kaetud oksüdiga, koos suurenenud plaadi ja võrguga, suudavad samuti suurendada elektronide voolu. Lühidalt öeldes, muutis ta Audoni elektronlampideks, imelisteks elektronaja imetegijateks.

AT&T-lle tuli jõuline võimendi, mis oli vajalik transkontinentaalse liini ehitamiseks – puudusid vaid õigused selle kasutamiseks. Ettevõtte esindajad käitusid kahtlevalt de Forestiga peetavatel läbirääkimistel, kuid avasid eraldi vestluse läbi kolmanda osapoole advokaadi, kes suutis osta õigused Audioni kasutamiseks telefonivõimendina 50 000 dollari eest (umbes 1,25 miljonit dollarit 2017. aastal). New Yorgi ja San Francisco vaheline liin avati just õigel ajal, kuid pigem tehnilise virtuoossuse ja ettevõtte reklaami triumfina, kui suhtlemise vahendina. Vestluste maksumus oli nii kosmiline, et peaaegu keegi ei saanud seda kasutada.

Elektrooniline ajastu

Tõeline elektronlampe sai täiesti uue elektrooniliste komponentide puu juureks. Nagu relee, laiendas elektronlamm pidevalt oma kasutusvõimalusi, kui insenerid leidsid uusi viise oma seadme kohandamiseks konkreetsete ülesannete täitmiseks. "-ode" hõimu kasv ei lõppenud diodide ja triode’idega. See jätkus tetrodiga, mis lisas täiendava võrgu, et toetada võimendust scheemi elementide kasvu. Järgnesid pentoodid, heptoodid, ja isegi oktoodid. Tekkisid tiatrorid, mis olid täidetud elavhõbeda auruga, heites hirmuäratavat sinist valgust. Miniatuursed lambid sõrmeotsasuurused või isegi acorn'i suurused. Katoodiga indutseeritud lambid, milles vahelduvvoolu allika sumin ei häirinud signaali. Raamat "Elektroonilise lambi saaga" [Saga of the Vacuum Tube], mis kirjeldab lampide tööstuse kasvu kuni 1930. aastani, loetleb üle 1000 erineva mudeli nende indeksite järgi – kuigi paljud neist olid ebaseaduslikud kopeerimised usaldamatute kaubamärkide poolt nagu Altron, Perfectron, Supertron, Volttron ja nii edasi.

Olulisem kui elektronlampide vormide mitmekesisus oli nende rakenduste mitmekesisus. Regenereerivad skeemid muutsid triode edastajaks – luues sujuvaid ja pidevaid siinuslaineid, ilma kõmisevate sädemeteta, mis suudavad ideaalselt edasi anda heli. Koos kohereriga ja sädemetega suutis Marconi 1901. aastal vaevu edastada väikese katkendi Morse’i tähestikust läbi kitsase Atlandi osa. 1915. aastal suutis AT&T elektronlampi edastajana ja vastuvõtjana kasutada inimhäälte edastamiseks Arlingtonist, Virginia, kuni Honolulu – kaks korda suurem kaugus. 1920. aastateks kombineerisid nad pika vahemaa telefoniteenused kõrgekvaliteedilise heli raadioteenusega ja lõid esimesed raadiovõrgud. Nii sai peagi kogu rahvas kuulata raadiost sama häält, olgu selleks siis Roosevelti või Hitleri hääl.

Veelgi enam, edastajate loomine, mis on häälestatud täpsesse ja stabiilsesse sagedusse, võimaldas telekommunikatsioonitehnikutel ellu viia pikaaegse unistuse sagedusmultiplexist, mis oli köitnud Aleksander Bella, Edisoni ja teisi juba nelikümmend aastat tagasi. Aastal 1923 oli AT&T-l kümnekanaline häälteed New Yorgist Pittsburghi. Paljude häälte edastamise võimalus ühe vaskkaabli kaudu vähendas radikaalselt kaugkõnede maksumust, mis oli alati olnud kergelt kalle, kergesti kätte saadav ainult kõige rikkamatele inimestele ja ettevõtetele. Nähtes, milleks elektronlampid võimelised olid, saatis AT&T oma advokaadid ostma täiendavaid õigusi de Forrestilt, et tagada õigused Audio kasutamiseks kõigis olemasolevates rakendustes. Kokku maksid nad talle 390 000 dollarit, mis on tänapäeva rahas umbes 7,5 miljonit dollarit.

Kuid miks ei domineerinud elektronlampid esimese põlvkonna arvutites nii nagu nad valitsesid raadios ja muudes telekommunikatsiooniseadmetes? Ilmselgelt võis triode olla digitaalne lüliti sama hästi kui relee. Nii ilmne, et de Forest arvas, et ta lõi relee isegi enne, kui ta selle tõeliselt leiutas. Ja triode oli palju tundlikum kui traditsioonilised elektromehaanilised releed, kuna tal ei olnud vaja füüsiliselt liikuda ankrut. Tüüpilise lüliti relee jaoks kulus mitu millisekundit, samas kui voolu muutumine katoodist anodisse pingede muutumise tõttu võrgu peal oli peaaegu kohene.

Kuid lampide silmatorkav miinus releede ees oli nende kalduvus, nagu nende eelkäijatel, valgustuslampidel, põlemiseks. De Foresti algse audioli eluea pikkus oli nii väike – umbes 100 tundi – et lamp sisaldas varu niiti, mille tuli ühendada pärast esimese põlemist. See oli väga halb, kuid isegi parimatel lampidel ei saanud oodata tööea pikkust, mis ületaks mõned tuhanded tunnid. Arvutid, millel oli tuhandeid lampe ja mis töötasid tunde, olid see tõsine probleem.

Releed olid aga vastupidavad, nagu ütles George Stibitz, "fantastiliselt usaldusväärsed". Nii usaldusväärsed, et ta väitis, et

Kui U-kujulised releed oleksid alustanud oma tööd meie ajastu esimesel aastal ja lülitanud kontakti iga sekundi järel, siis nad töötaksid siiani. Esimese kontakti rikke oodata võiks mitte varem kui tuhat aastat hiljem, kuskil 3000. aastal.

Pealegi ei olnud suurt elektrooniliste skeemide kasutamise kogemust, mis oleks võrreldav elektromehaaniliste skeemidega telefonitehnikute seas. Raadiovastuvõtjad ja muud seadmed võisid sisaldada 5-10 lampi, kuid mitte sadu tuhandeid. Keegi ei teadnud, kas on võimalik käivitada arvuti, kus on 5000 lampi. Arendajad valisid lambi asemel relee, tehes ohutu ja konservatiivse valiku.

Järgmisel osal näeme, kuidas ja miks need kahtlused suudeti ületada.

Allikas: habr.com