Sarja teised artiklid:
- Relee ajalugu
- Elektrooniliste arvutite ajalugu
- Transistori ajalugu
- Interneti ajalugu
В nägime, kuidas esimese põlvkonna digitaalarvuteid ehitati esimese põlvkonna automaatsete elektrilülitite – elektromagnetreleede – baasil. Kuid nende arvutite loomise ajaks ootas kulisside taga veel üks digilüliti. Relee oli elektromagnetiline seade (kasutas mehaanilise lüliti käitamiseks elektrit) ja uus digitaalsete lülitite klass oli elektrooniline – põhines XNUMX. sajandi alguses tekkinud uutel teadmistel elektronide kohta. See teadus näitas, et elektrijõu kandja ei olnud vool, laine, mitte väli, vaid tahke osake.
Sellel uuel füüsikal põhineva elektroonika ajastu sünnitanud seadet hakati nimetama vaakumtoruks. Selle loomise ajalugu hõlmab kahte inimest: inglast ja Ameerika . Tegelikkuses on elektroonika päritolu keerulisem, paljud lõimed läbivad Euroopat ja Atlandi ookeani, ulatudes tagasi Leydeni purkidega XNUMX. sajandi keskel tehtud katsetusteni.
Kuid meie ettekande raames on mugav seda ajalugu kajastada (sõnamäng!), alustades Thomas Edisonist. 1880. aastatel tegi Edison elektrivalgustuse kallal töötades huvitava avastuse – avastus, mis paneb aluse meie loole. Siit sai alguse vaakumtorude edasiarendus, mis on vajalik kahe tehnoloogilise süsteemi jaoks: uus traadita sõnumite vorm ja pidevalt laienevad telefonivõrgud.
Proloog: Edison
Edisoni peetakse üldiselt lambipirni leiutajaks. See teeb talle liiga palju ja liiga vähe tunnustust samal ajal. Liiga palju, sest Edison polnud ainus, kes valguslambi leiutas. Lisaks talle eelnenud leiutajatehulgale, kelle looming kaubanduslikku rakendusse ei jõudnud, võib mainida Joseph Swani ja Charles Sternit Suurbritanniast ning ameeriklast William Sawyerit, kes tõi lambid turule Edisoniga samal ajal. [Leiutise au kuulub ka vene leiutajale . Lodygin oli esimene, kes arvas klaasist lambipirnist õhku välja pumbata ja soovitas seejärel hõõgniidi valmistada mitte kivisöest või söestunud kiududest, vaid tulekindlast volframist / u. tõlge]. Kõik lambid koosnesid suletud klaaspirnist, mille sees oli takistuslik hõõgniit. Kui lamp oli vooluringiga ühendatud, pani hõõgniidi voolutakistusest tekkinud soojus selle hõõguma. Õhk pumbati kolvist välja, et vältida hõõgniidi süttimist. Elektrivalgus oli kujul tuntud juba suurlinnades , kasutatakse suurte avalike kohtade valgustamiseks. Kõik need leiutajad otsisid võimalust vähendada valguse hulka, võttes põlevast kaarest ereda osakese, mis on piisavalt väike, et seda saaks kasutada kodudes gaasilampide asendamiseks ning muuta valgusallikas turvalisemaks, puhtamaks ja heledamaks.
Ja see, mida Edison tegelikult tegi – või õigemini, see, mida tema tööstuslabor lõi – ei olnud ainult valgusallika loomine. Nad ehitasid majade valgustamiseks terve elektrisüsteemi - generaatorid, vooluülekande juhtmed, trafod jne. Kõigest sellest oli lambipirn vaid kõige ilmsem ja nähtavam komponent. Edisoni nime esinemine tema elektrienergiaettevõtetes ei olnud suurele leiutajale lihtne väljaütlemine, nagu juhtus Bell Telephone'i puhul. Edison ei näidanud end mitte ainult leiutajana, vaid ka süsteemiarhitektina. Tema labor jätkas tööd erinevate elektrivalgustuse komponentide täiustamiseks isegi pärast nende varajast edu.
Näide Edisoni varajastest lampidest
1883. aasta paiku uurimistöö käigus otsustas Edison (ja võib-olla ka üks tema töötajatest) ümbritseda helendava lambi sisse metallplaadi koos hõõgniidiga. Selle tegevuse põhjused on ebaselged. Võib-olla oli see katse likvideerida lambi tumenemist - pirni klaasi sisemusse kogunes aja jooksul salapärane tume aine. Ilmselt lootis insener, et need mustad osakesed tõmbavad pingestatud plaadi poole. Oma üllatuseks avastas ta, et kui plaat lülitati ahelasse koos hõõgniidi positiivse otsaga, oli hõõgniidi läbiv vooluhulk otseselt võrdeline hõõgniidi hõõgumise intensiivsusega. Plaadi ühendamisel keerme negatiivse otsaga midagi sellist ei täheldatud.
Edison otsustas, et see efekt, mida hiljem nimetati Edisoni efektiks või , saab kasutada elektrisüsteemi "elektromootori jõu" või pinge mõõtmiseks või isegi juhtimiseks. Harjumusest taotles ta sellele “elektrilisele indikaatorile” patenti ja naasis siis olulisemate ülesannete juurde.
Ilma juhtmeteta
Liigume edasi 20 aastat tulevikku, aastasse 1904. Sel ajal töötas John Ambrose Fleming Inglismaal Marconi Company juhiste järgi raadiolainete vastuvõtja täiustamiseks.
Oluline on aru saada, mis raadio oli ja mis ei olnud sel ajal, nii pilli kui praktika poolest. Raadiot ei kutsutud tollal isegi raadioks, seda nimetati juhtmevabaks. Mõiste "raadio" sai levinud alles 1910. aastatel. Täpsemalt pidas ta silmas traadita telegraafi – süsteemi punktide ja kriipsude kujul signaalide edastamiseks saatjalt adressaadile. Selle põhirakenduseks oli side laevade ja sadamateenuste vahel ning selles mõttes pakkus see huvi merendusasutustele üle maailma.
Mõned tolleaegsed leiutajad, eriti , katsetas raadiotelefoni ideed - häälsõnumite edastamist õhu kaudu pideva laine kujul. Kuid ringhääling tänapäeva mõistes tekkis alles 15 aastat hiljem: uudiste, lugude, muusika ja muude saadete edastamine laiale publikule. Kuni selle ajani peeti raadiosignaalide kõikehõlmavat olemust pigem lahendamist vajavaks probleemiks kui ärakasutatavaks omaduseks.
Tol ajal olemas olnud raadioaparatuur sobis hästi morsekoodiga töötamiseks ja halvasti kõigeks muuks. Saatjad tekitasid Hertsi laineid, saates sädeme üle vooluringi tühimiku. Seetõttu kaasnes signaaliga staatiline praks.
Vastuvõtjad tundsid selle signaali ära koheereri kaudu: klaastorus olevad metallviilud, mis löödi raadiolainete mõjul kokku pidevaks massiks ja lõpetasid seega vooluringi. Seejärel tuli klaas koputada, et saepuru laguneks ja vastuvõtja oleks järgmiseks signaaliks valmis - algul tehti seda käsitsi, kuid peagi ilmusid selleks automaatsed seadmed.
1905. aastal hakkasid nad just ilmuma , tuntud ka kui "kassi vurrud". Selgus, et lihtsalt puudutades juhtmega teatud kristalli, näiteks räni, raudpüriiti või , oli võimalik õhust raadiosignaal ära napsata. Saadud vastuvõtjad olid odavad, kompaktsed ja kõigile kättesaadavad. Need stimuleerisid raadioamatöörtegevuse arengut, eriti noorte seas. Selle tagajärjel tekkinud eetriaja täituvuse järsk tõus tõi kaasa probleeme, kuna raadio eetriaeg oli jagatud kõikide kasutajate vahel. Amatööride süütud vestlused võisid kogemata ristuda merelaevastiku läbirääkimistega ning mõnel huligaanil õnnestus isegi valekäsklusi anda ja abi signaale saata. Riik pidi paratamatult sekkuma. Nagu Ambrose Fleming ise kirjutas, kristallidetektorite tulek
põhjustas lugematute amatöörelektrikute ja üliõpilaste võltsimise tõttu kohe vastutustundetu raadiotelegraafi leviku tõusu, mis nõudis riiklike ja rahvusvaheliste võimude jõulist sekkumist, et asjad oleksid terved ja ohutud.
Nende kristallide ebatavalistest elektrilistest omadustest kerkib õigel ajal välja kolmas põlvkond digitaalseid lüliteid, mis järgivad releed ja lampe – meie maailmas domineerivaid lüliteid. Aga igal asjal on oma aeg. Oleme stseeni kirjeldanud, nüüd pöörame kogu tähelepanu tagasi äsja tähelepanu keskpunkti ilmunud näitlejale: Ambrose Fleming, Inglismaa, 1904.
Klapp
1904. aastal oli Fleming Londoni ülikooli kolledži elektrotehnika professor ja Marconi Company konsultant. Ettevõte palkas ta algul elektrijaama ehitamiseks ekspertiisi andma, kuid seejärel hakkas ta tegelema vastuvõtja täiustamisega.
Fleming 1890. aastal
Kõik teadsid, et kohereer on tundlikkuse poolest kehv vastuvõtja ja Macronis välja töötatud magnetdetektor polnud just parem. Asenduse leidmiseks otsustas Fleming kõigepealt ehitada tundliku vooluringi Hertsi lainete tuvastamiseks. Selline seade, isegi ilma detektoriks muutumata, oleks tulevastes uuringutes kasulik.
Selleks pidi ta leidma võimaluse sissetulevate lainete tekitatud voolu pidevaks mõõtmiseks, selle asemel, et kasutada diskreetset kohererit (mis näitas ainult olekuid - kus saepuru kleepus kokku - või väljalülitatud olekuid). Kuid tuntud voolutugevuse mõõtmise seadmed - galvanomeetrid - nõudsid töötamiseks konstantset, see tähendab ühesuunalist voolu. Raadiolainetega ergastav vahelduvvool muutis suunda nii kiiresti, et mõõtmine poleks olnud võimalik.
Fleming mäletas, et tal oli kapis tolmu kogumas mitu huvitavat asja – Edisoni indikaatorlambid. 1880. aastatel oli ta Londoni Edison Electric Lighting Company konsultant ja tegeles lampide mustamise probleemiga. Sel ajal sai ta indikaatorist mitu koopiat, võimalik, et Briti postiteenistuse peaelektriinsener William Preece oli just naasnud Philadelphiast elektrinäituselt. Tol ajal oli telegraafi ja telefoni juhtimine väljaspool Ameerika Ühendriike postiteenuste puhul levinud praktika, seega olid need elektrivaldkonna ekspertiisi keskused.
Hiljem, 1890. aastatel, uuris Fleming ise Edisoni efekti, kasutades Preece'ist saadud lampe. Ta näitas, et mõju oli selles, et vool voolas ühes suunas: negatiivne elektripotentsiaal võib voolata kuumalt hõõgniidilt külmale elektroodile, kuid mitte vastupidi. Kuid alles 1904. aastal, kui ta seisis silmitsi raadiolainete tuvastamise ülesandega, mõistis ta, et seda fakti saab praktikas kasutada. Edisoni indikaator võimaldab hõõgniidi ja plaadi vahelist pilu ületada ainult ühesuunalistel vahelduvvooluimpulssidel, mille tulemuseks on konstantne ja ühesuunaline vool.
Fleming võttis ühe lambi, ühendas selle galvanomeetriga järjestikku ja lülitas sisse sädeme saatja. Voila - peegel pöördus ja valgusvihk liikus skaalal. See töötas. See võib täpselt mõõta sissetulevat raadiosignaali.
Flemingi klapi prototüübid. Anood on hõõgniidi silmuse keskel (kuum katood)
Fleming nimetas oma leiutist "ventiiliks", kuna see võimaldas elektril voolata ainult ühes suunas. Üldisemas elektrotehnilises mõttes oli see alaldi – meetod vahelduvvoolu muutmiseks alalisvooluks. Siis nimetati seda dioodiks, kuna sellel oli kaks elektroodi – kuum katood (hõõgniit), mis kiirgas elektrit, ja külm anood (plaat), mis seda vastu võttis. Fleming tegi disainis mitmeid täiustusi, kuid sisuliselt ei erinenud seade Edisoni valmistatud indikaatorlambist. Selle üleminek uuele kvaliteedile toimus mõtteviisi muutumise tulemusena – oleme seda nähtust juba korduvalt näinud. Muutus toimus ideede maailmas Flemingi peas, mitte asjade maailmas väljaspool seda.
Flemingi klapp ise oli kasulik. See oli parim väliseade raadiosignaalide mõõtmiseks ja omaette hea detektor. Kuid ta ei raputanud maailma. Elektroonika plahvatuslik kasv algas alles pärast seda, kui Lee de Forest lisas kolmanda elektroodi ja muutis klapi releeks.
Kuulamine
Lee de Forestil oli Yale'i üliõpilase jaoks ebatavaline kasvatus. Tema isa, reverend Henry de Forest, oli kodusõja veteran New Yorgist ja pastor. ja uskus kindlalt, et jutlustajana peaks ta levitama teadmiste ja õigluse jumalikku valgust. Kohusekutset järgides võttis ta vastu kutse saada Alabamas asuva Talladega kolledži presidendiks. Kolledži asutas pärast kodusõda New Yorgis asuv Ameerika misjoniühendus. See oli mõeldud kohalike mustanahaliste elanike harimiseks ja juhendamiseks. Seal tundis Lee end kivi ja kõva koha vahel – kohalikud mustad alandasid teda tema naiivsuse ja arguse pärast ning kohalikud valged – selle eest, et ta oli. .
Ja ometi tekkis de Forestis noorena tugev enesekindlus. Ta avastas kiindumuse mehaanika ja leiutamise vastu – tema veduri skaalamudelist sai kohalik ime. Talladegas õppides otsustas ta teismelisena pühendada oma elu leiutamisele. Siis, noorena ja New Haveni linnas elades, heitis pastori poeg kõrvale oma viimased usulised tõekspidamised. Nad lahkusid tasapisi, kuna tutvusid darvinismiga, ja siis läksid nad pärast isa enneaegset surma nagu tuul minema. Kuid tema saatusetunnetus ei jätnud de Foresti maha – ta pidas end geeniuseks ja püüdis saada teiseks Nikola Teslaks, elektriajastu rikkaks, kuulsaks ja salapäraseks võluriks. Tema Yale'i klassikaaslased pidasid teda ennastunustavaks tuuletaskuks. Ta võib olla kõige vähem populaarne mees, keda oleme oma ajaloos kohanud.
de Forest, umbes 1900
Pärast Yale'i ülikooli lõpetamist 1899. aastal otsustas de Forest omandada traadita signaaliedastuse areneva kunsti kui tee rikkuse ja kuulsuse poole. Järgnevatel aastakümnetel tungis ta sellele teele suure sihikindlalt ja enesekindlalt ning kõhklemata. Kõik sai alguse de Foresti ja tema partneri Ed Smythe’i koostööst Chicagos. Smythe hoidis oma ettevõtet regulaarsete maksetega vee peal ja koos arendasid nad välja oma raadiolainedetektori, mis koosnes kahest metallplaadist, mida hoiab koos liim, mida de Forest nimetas "kleebiks" [goo]. Kuid de Forest ei saanud oma geeniuse eest tasu kaua oodata. Ta vabanes Smythe'ist ja tegi koostööd New Yorgi hämara rahastajaga Abraham White [muutis irooniliselt oma nime Schwartzi nimest, mis talle sündides anti, et varjata oma hämaraid asju. White/White – (inglise) valge, Schwarz/Schwarz – (saksa) must / ca. tõlge], avades ettevõtte De Forest Wireless Telegraph Company.
Seltsi tegevus ise oli meie mõlema kangelase jaoks teisejärguline. Valge kasutas ära inimeste teadmatust, et oma taskud vooderdada. Ta pettis miljoneid investoritelt välja, kes püüdsid oodatava raadiobuumiga sammu pidada. Ja de Forest keskendus tänu nende "imejate" rohkele rahavoole oma geniaalsuse tõestamisele uue Ameerika traadita teabeedastussüsteemi väljatöötamise kaudu (erinevalt Marconi ja teiste välja töötatud Euroopa süsteemist).
Kahjuks Ameerika süsteemi jaoks ei töötanud de Foresti detektor eriti hästi. Ta lahendas selle probleemi mõneks ajaks, laenates Reginald Fessendeni patenteeritud disaini detektorile, mida nimetatakse "vedeliku vahetajaks" – kaks plaatinatraati, mis olid sukeldatud väävelhappevanni. Fessenden esitas patendi rikkumise eest hagi – ja ilmselgelt oleks ta selle hagi võitnud. De Forest ei saanud rahu enne, kui tuli välja uue detektoriga, mis kuulus ainult talle. 1906. aasta sügisel teatas ta sellise detektori loomisest. Kahel eraldi kohtumisel Ameerika Elektrotehnika Instituudis kirjeldas de Forest oma uut juhtmevaba detektorit, mida ta nimetas Audioniks. Kuid selle tegelik päritolu on kaheldav.
Mõnda aega keerlesid de Foresti katsed ehitada uus detektor voolu läbimise ümber leegi , mis tema arvates võiks olla asümmeetriline juht. Ilmselt ei krooninud ideed edu. Mingil hetkel aastal 1905 sai ta teada Flemingi klapist. De Forest sai pähe, et see klapp ja selle põletipõhine seade ei erine põhimõtteliselt – kui asendada kuum niit leegiga ja katta see gaasi piiramiseks klaaskolbiga, saaks sama klapi. Ta töötas välja rea patente, mis järgisid Flemingi-eelsete ventiilide leiutiste ajalugu, kasutades gaasileegidetektoreid. Ilmselt tahtis ta Flemingi patendist mööda minnes anda endale leiutises eelisjärjekorra, kuna töö Bunseni põletiga eelnes Flemingi tööle (need olid kestnud alates 1900. aastast).
On võimatu öelda, kas see oli enesepettus või pettus, kuid tulemuseks oli de Foresti 1906. aasta augusti patent "tühjale klaasanumale, mis sisaldab kahte eraldi elektroodi, mille vahel on gaasiline keskkond, mis piisavalt kuumutades muutub juhiks ja moodustab sensoorse elemendi." Seadme varustus ja töö on tingitud Flemingist ning selle toimimise selgitus De Forestilt. De Forest kaotas lõpuks patendivaidluse, kuigi selleks kulus kümme aastat.
Innukas lugeja võib juba mõelda, et miks me kulutame nii palju aega sellele mehele, kelle end geeniuseks nimetanud geenius oli võõraste ideede enda omaks kandmine? Põhjus peitub muutustes, mille Audion 1906. aasta viimastel kuudel läbi elas.
Selleks ajaks polnud de Forestil tööd. White ja tema partnerid vältisid Fessendeni hagist tulenevat vastutust, luues uue ettevõtte United Wireless ja laenanud sellele American De Foresti varasid 1 dollari eest. De Forest visati välja 1000 dollari suuruse hüvitise ja mitme kasutu patendiga, sealhulgas Audioni patent. Priiskava elustiiliga harjunud seisis ta silmitsi tõsiste rahaliste raskustega ja püüdis meeleheitlikult Audionist suurt edu saavutada.
Et mõista, mis edasi juhtus, on oluline teada, et de Forest arvas, et ta leiutas relee – erinevalt Flemingi alaldist. Ta valmistas oma Audioni, ühendades aku külma klapiplaadiga, ja uskus, et antenniahelas (ühendatud kuuma hõõgniidiga) olev signaal moduleerib akuahelas suuremat voolu. Ta eksis: need polnud kaks vooluahelat, aku nihutas signaali antennist lihtsalt ära, mitte ei võimendanud seda.
Kuid see viga muutus kriitiliseks, kuna see viis de Foresti katseteni kolvis oleva kolmanda elektroodiga, mis pidi selle "relee" kaks vooluahelat veelgi lahti ühendama. Algul lisas ta esimese kõrvale teise külma elektroodi, kuid siis, võib-olla füüsikute poolt katoodkiirseadmete kiirte ümbersuunamiseks kasutatavate juhtimismehhanismide mõjul, nihutas ta elektroodi hõõgniidi ja primaarse plaadi vahele. Ta otsustas, et see asend võib elektrivoolu katkestada, ja muutis kolmanda elektroodi kuju plaadist laineliseks traadiks, mis meenutas rasplit - ja nimetas seda "võrguks".
1908 Audioon triood. Vasakpoolne niit (katki) on katood, laineline traat on võrk, ümar metallplaat on anood. Sellel on ikka niidid nagu tavalisel lambipirnil.
Ja see oli tõesti relee. Võrku rakendatud nõrk vool (näiteks raadioantenni tekitatud vool) võib kontrollida palju tugevamat voolu hõõgniidi ja plaadi vahel, tõrjudes nende vahelt läbida püüdnud laetud osakesi. See detektor töötas palju paremini kui klapp, sest see mitte ainult ei alaldanud, vaid ka võimendas raadiosignaali. Ja nagu klapp (ja erinevalt kohereerist), suutis see toota pidevat signaali, mis võimaldas luua mitte ainult raadiotelegraafi, vaid ka raadiotelefoni (ja hiljem - hääle ja muusika edastamist).
Praktikas see eriti hästi ei toiminud. De Foresti helid olid peened, põlesid kiiresti läbi, tootmisel puudusid järjepidevused ja need ei olnud võimendid tõhusad. Selleks, et konkreetne Audion korralikult töötaks, oli vaja vooluringi elektrilised parameetrid selle järgi kohandada.
Sellest hoolimata uskus de Forest oma leiutisse. Ta asutas selle reklaamimiseks uue ettevõtte De Forest Radio Telephone Company, kuid müük oli napp. Suurim edu oli laevastikule seadmete müük laevastikusiseseks telefonisideks ümbermaailmareisi ajal "". Kuid laevastiku ülem, kellel polnud aega de Foresti saatjaid ja vastuvõtjaid tööle panna ning meeskonda nende kasutamiseks välja õpetada, käskis need kokku pakkida ja hoiule jätta. Pealegi ei olnud De Foresti uus ettevõte, mida juhtis Abraham White'i järgija, eelmisest korralikum. Oma ebaõnne veelgi suurendades leidis ta end peagi süüdistatuna pettuses.
Viie aasta jooksul ei saavutanud Audion midagi. Digirelee väljatöötamisel mängiks taaskord võtmerolli telefon, päästes seekord paljulubava, kuid unustuse hõlma vaevleva, testimata tehnoloogia.
Ja jälle telefon
Kaugsidevõrk oli AT&T kesknärvisüsteem. See ühendas palju kohalikke ettevõtteid ja andis Belli patendi kehtivuse lõppedes olulise konkurentsieelise. AT&T võrguga liitudes võib uus klient teoreetiliselt jõuda kõigi teiste tuhandete miilide kaugusel asuvate abonentideni – kuigi tegelikkuses tehti kaugkõnesid harva. Võrgustik oli ka materiaalseks aluseks ettevõtte kõikehõlmavale ideoloogiale "Üks poliitika, üks süsteem, üks teenus".
Kuid kahekümnenda sajandi teise kümnendi algusega saavutas see võrk oma füüsilise maksimumi. Mida kaugemale telefonijuhtmed venisid, seda nõrgemaks ja mürarikkamaks muutus neid läbiv signaal ning selle tulemusena muutus kõne peaaegu kuulmatuks. Seetõttu oli USA-s tegelikult kaks AT&T võrku, mida eraldas mandriharja.
Idavõrgu jaoks oli New York pulk ning mehaanilised repiiterid ja – lõas, mis määras, kui kaugele võib inimhääl liikuda. Kuid need tehnoloogiad ei olnud kõikvõimsad. Mähised muutsid telefoniahela elektrilisi omadusi, vähendades kõnesageduste sumbumist – kuid nad suutsid seda ainult vähendada, mitte kaotada. Mehaanilised repiiterid (ainult võimendimikrofoniga ühendatud telefonikõlar) lisasid iga kordusega müra. 1911. aasta liin New Yorgist Denverisse viis selle rakmed maksimaalse pikkuseni. Võrgustiku laiendamisest üle kogu kontinendi polnud juttugi. 1909. aastal lubas AT&T peainsener John Carty aga avalikult just seda teha. Ta lubas seda teha viie aasta pärast – selleks ajaks, kui ta alustas San Franciscos 1915. aastal.
Esimene, kes uue telefonivõimendi abil sellise ettevõtmise võimalikuks tegi, polnud mitte ameeriklane, vaid jõuka Viini perekonna teadushuviline pärija. Noor olemine Vanemate abiga ostis ta telefonitootmisettevõtte ja asus telefonivõimendit valmistama. 1906. aastaks oli ta valmistanud katoodkiiretorudel põhineva relee, mida selleks ajaks laialdaselt kasutati füüsikakatsetes (ja hiljem sai sellest XNUMX. sajandil domineerinud videoekraanitehnoloogia aluseks). Nõrk sissetulev signaal kontrollis elektromagnetit, mis painutas kiirt, moduleerides põhiahelas tugevamat voolu.
1910. aastaks õppisid von Lieben ja tema kolleegid Eugene Reise ja Sigmund Strauss tundma de Foresti Audione'i ja asendasid torus oleva magneti katoodkiiri kontrolliva võrguga – see konstruktsioon oli kõige tõhusam ja parem kui kõik, mis Ameerika Ühendriikides toodetud. tolleaegsetes riikides. Saksa telefonivõrk võttis peagi kasutusele von Liebeni võimendi. 1914. aastal tegi Ida-Preisi armee ülem tänu temale närvilise telefonikõne 1000 kilomeetri kaugusel Koblenzis asuvasse Saksa peakorterisse. See sundis staabiülemat saatma kindralid Hindenbergi ja Ludendorffi itta, igavese au ja kohutavate tagajärgedega. Sarnased võimendid ühendasid hiljem Saksa peakorteri väliarmeedega lõunas ja idas kuni Makedoonia ja Rumeeniani välja.
Von Liebeni täiustatud katoodkiirrelee koopia. Katood on allosas, anood on mähis ülaosas ja võrk on ümmargune metallfoolium keskel.
Kuid keele- ja geograafilised tõkked ning sõda tähendasid, et see kujundus ei jõudnud USA-sse ja muud sündmused võtsid sellest peagi mööda.
Vahepeal lahkus de Forest 1911. aastal ebaõnnestunud raadiotelefoniettevõttest ja põgenes Californiasse. Seal asus ta tööle Palo Altos asuvasse Federal Telegraph Companysse, mille asutas Stanfordi lõpetanud . Nominaalselt töötaks de Forest võimendiga, mis suurendaks föderaalraadio väljundi helitugevust. Tegelikult otsustasid tema, Herbert van Ettan (kogenud telefoniinsener) ja Charles Logwood (vastuvõtja disainer) luua telefonivõimendi, et nad saaksid kolmekesi võita AT&T auhinna, mille suurus kuulujuttude järgi oli miljon dollarit.
Selleks võttis de Forest poolkorruselt Audiooni ning 1912. aastaks oli tal koos kolleegidega telefonifirmas juba demonstreerimiseks valmis seade. See koosnes mitmest järjestikku ühendatud audioonist, luues mitmeastmelise võimenduse, ja veel mitmest abikomponendist. Seade tegelikult töötas – see võib signaali piisavalt suurendada, et kuuleksite taskurätiku kukkumist või taskukella tiksumist. Kuid ainult voolude ja pingete korral, mis on liiga madalad, et olla telefonis kasulikud. Kui vool suurenes, hakkasid audioonid kiirgama sinist kuma ja signaal muutus müraks. Kuid telefonitööstus oli piisavalt huvitatud, et viia seade oma inseneride juurde ja vaadata, mida nad sellega teha saavad. Juhtus nii, et üks neist, noor füüsik Harold Arnold, teadis täpselt, kuidas Federal Telegraphi võimendit parandada.
On aeg arutada, kuidas klapp ja Audion töötasid. Nende töö selgitamiseks vajalik põhiteave tekkis Cambridge'is asuvas Cavendishi laboris, uue elektronfüüsika mõttekojas. 1899. aastal näitas J. J. Thomson seal katsetes katoodkiiretorudega, et massiga osake, mis sai hiljem tuntuks elektronina, kannab voolu katoodilt anoodile. Järgmise paari aasta jooksul arendas Thomsoni kolleeg Owen Richardson selle ettepaneku termilise emissiooni matemaatiliseks teooriaks.
Ambrose Fleming, insener, kes töötas lühikese rongisõidu kaugusel Cambridge'ist, oli nende töödega tuttav. Talle oli selge, et tema klapp töötas kuumutatud hõõgniidi elektronide termilise emissiooni tõttu, mis ületas vaakumipilu külma anoodini. Kuid indikaatorlambi vaakum ei olnud sügav - tavalise lambipirni jaoks polnud see vajalik. Piisas hapniku väljapumpamisest, et niit ei süttiks. Fleming mõistis, et klapi parimaks toimimiseks tuleb see võimalikult põhjalikult tühjendada, et järelejäänud gaas ei segaks elektronide liikumist.
De Forest ei saanud sellest aru. Kuna ta jõudis klapi ja Audioni Bunseni põletiga tehtud katsete kaudu, oli tema veendumus vastupidine – kuum ioniseeritud gaas on seadme töövedelik ja selle täielik eemaldamine toob kaasa töö katkemise. Seetõttu oli Audion raadiovastuvõtjana nii ebastabiilne ja ebarahuldav ning kiirgas sinist valgust.
Arnoldil AT&T-s oli ideaalne positsioon de Foresti vea parandamiseks. Ta oli füüsik, kes õppis Chicago ülikoolis Robert Millikani käe all ja palgati spetsiaalselt selleks, et rakendada oma teadmisi uuest elektroonilisest füüsikast rannikust rannikuni telefonivõrgu ehitamise probleemi lahendamisel. Ta teadis, et Audioni toru töötab kõige paremini peaaegu ideaalses vaakumis, ta teadis, et uusimad pumbad suudavad saavutada sellise vaakumi, ta teadis, et uut tüüpi oksiidkattega hõõgniit koos suurema plaadi ja võrega võib samuti suurendada elektronide voolu. Lühidalt öeldes muutis ta Audioni vaakumtoruks, elektroonikaajastu imetegijaks.
AT&T-l oli võimas võimendi, mida oli vaja transkontinentaalse liini ehitamiseks – tal lihtsalt polnud õigusi seda kasutada. Ettevõtte esindajad käitusid de Forestiga läbirääkimistel umbusklikult, kuid alustasid eraldi vestlust kolmandast isikust advokaadi vahendusel, kellel õnnestus 50 000 dollari eest (1,25. aasta dollarites umbes 2017 miljonit dollarit) osta Audioni telefonivõimenduse kasutamise õigused. New York-San Francisco liin avanes õigel ajal, kuid pigem tehnilise virtuoossuse ja ettevõtte reklaami võidukäiguna kui suhtlusvahendina. Kõnede hind oli nii astronoomiline, et peaaegu keegi ei saanud seda kasutada.
Elektroonika ajastu
Tõelisest vaakumtorust on saanud täiesti uue elektroonikakomponentide puu juur. Nagu relee, laiendas vaakumtoru pidevalt oma rakendusi, kuna insenerid leidsid uusi viise selle disaini kohandamiseks konkreetsete probleemide lahendamiseks. "-od" hõimu kasv ei lõppenud dioodide ja trioodidega. See jätkus koos , mis lisas täiendava ruudustiku, mis toetas võimendamist koos elementide kasvuga vooluringis. Järgmine ilmus , ja isegi . Ilmusid elavhõbedaauruga täidetud türatroonid, mis helendasid kurjakuulutava sinise valgusega. Miniatuursed lambid on väikese varba või isegi tammetõru suurused. Kaudkatoodlambid, mille vahelduvvooluallika sumin ei häirinud signaali. Vaakumtoru saaga, mis kirjeldab torutööstuse kasvu kuni 1930. aastani, loetleb indeksite kaupa üle 1000 erineva mudeli – kuigi paljud neist olid ebaseaduslikud koopiad ebausaldusväärsetelt kaubamärkidelt: Ultron, Perfectron, Supertron, Voltron ja nii edasi.
Vormi mitmekesisusest olulisem oli vaakumtoru kasutusvõimaluste mitmekesisus. Regeneratiivsed ahelad muutsid trioodi saatjaks - luues sujuvaid ja püsivaid siinuslaineid, ilma müra tekitavate sädemeteta, mis on võimelised heli suurepäraselt edastama. Marconi suutis 1901. aastal siduri ja sädemetega vaevu edastada väikese morsekooditüki üle kitsa Atlandi ookeani. 1915. aastal suutis AT&T, kasutades vaakumtoru nii saatja kui ka vastuvõtjana, edastada inimhäält Virginia osariigist Arlingtonist Honolulusse – kaks korda kaugemal. 1920. aastateks ühendasid nad kaugtelefoni kvaliteetse heliülekandega, et luua esimesed raadiovõrgud. Seega võis peagi kogu rahvas raadiost sama häält kuulata, olgu selleks siis Roosevelt või Hitler.
Veelgi enam, võimalus luua täpsele ja stabiilsele sagedusele häälestatud saatjaid võimaldas telekommunikatsiooniinseneridel ellu viia kauaaegse unistuse sageduste multipleksimisest, mis meelitas Alexander Belli, Edisoni ja ülejäänud nelikümmend aastat tagasi. 1923. aastaks oli AT&T-l kümne kanaliga hääleliin New Yorgist Pittsburghi. Võimalus edastada mitut häält ühe vaskjuhtme kaudu vähendas radikaalselt kaugkõnede kulusid, mis oma kõrge hinna tõttu olid alati olnud taskukohased vaid rikkaimatele inimestele ja ettevõtetele. Nähes, mida vaakumtorud võiksid teha, saatis AT&T oma advokaadid de Forestilt täiendavaid õigusi ostma, et tagada Audioni kasutamise õigused kõigis saadaolevates rakendustes. Kokku maksid nad talle 390 000 dollarit, mis tänases rahas võrdub umbes 7,5 miljoni dollariga.
Miks ei domineerinud esimese põlvkonna arvutites vaakumtorud sellise mitmekülgsuse juures nii, nagu nad domineerisid raadiotes ja muudes telekommunikatsiooniseadmetes? Ilmselgelt võiks triood olla digitaalne lüliti nagu relee. Nii ilmne, et de Forest uskus isegi, et oli loonud relee enne selle loomist. Ja triood oli palju tundlikum kui traditsiooniline elektromehaaniline relee, sest see ei pidanud armatuuri füüsiliselt liigutama. Tüüpiline relee vajas ümberlülitumiseks paar millisekundit ja voo muutus katoodilt anoodile elektrilise potentsiaali muutumise tõttu võrgus oli peaaegu hetkeline.
Kuid lampidel oli releedega võrreldes selge puudus: nende kalduvus, nagu nende eelkäijad, lambipirnid, läbi põleda. Algse Audion de Foresti eluiga oli nii lühike - umbes 100 tundi -, et see sisaldas lambis tagavarahõõgniiti, mis tuli ühendada pärast esimese läbipõlemist. See oli väga halb, kuid isegi pärast seda ei saanud oodata, et isegi parima kvaliteediga lambid kestaks üle mitme tuhande tunni. Tuhandete lampide ja tundidepikkuste arvutustega arvutite puhul oli see tõsine probleem.
Teisest küljest olid releed George Stibitzi sõnul "fantastiliselt usaldusväärsed". Nii palju, et ta väitis seda
Kui U-kujuliste releede komplekt alustaks meie ajastu esimesel aastal ja vahetaks kontakti kord sekundis, töötaksid need ka tänapäeval. Esimest kontakti ebaõnnestumist võis oodata mitte varem kui tuhat aastat hiljem, kuskil 3000. aastal.
Pealegi puudus kogemus suurte elektrooniliste vooluringidega, mis oleks võrreldavad telefoniinseneride elektromehaaniliste vooluahelatega. Raadiod ja muu tehnika võiks sisaldada 5-10 lampi, kuid mitte sadu tuhandeid. Keegi ei teadnud, kas 5000 lambiga arvutit on võimalik tööle panna. Valides torude asemel releed, tegid arvutidisainerid turvalise ja konservatiivse valiku.
Järgmises osas näeme, kuidas ja miks need kahtlused ületati.
Allikas: www.habr.com