Releedest: elektroonika ajastu

Teised tsükli artiklid:

• Rela ajalugu
  • Kiire teabe edastamise meetod ehk relee tekkimine
  • Kaugréle
  • Galvanism
  • Ettevõtjad
  • Ja lõpuks, relee
  • Rääkiv telegraaf
  • Lihtsalt ühendamine
  • Unustatud rälitsid kompuutritest
  • Elektriaeg
• Elektriliste kompuutrite ajalugu
  • Proloog
  • Kolloss
  • ENIAC
  • Elektriline revolutsioon
• Transistori ajalugu
  • Käies pimeduses tunde järgi
  • Sõjakooretest
  • Korduv leiutamine
• Interneti ajalugu
  • Tugivõrk
  • Lagunemine, osa 1
  • Lagunemine, osa 2
  • Interaktiivsuse avamine
  • Interaktiivsuse laiendamine
  • ARPANET — algus
  • ARPANET — pakett
  • ARPANET — alamvõrk
  • Arvuti kui sidevahend
  • Interneti ajalugu: võrguühendus

V eelmine kord me nägime, kuidas esimene põlvkond digitaalarvuteid ehitati esimese põlvkonna automaatsete elektriliste lülitite – elektromagnetiliste releede – põhjal. Kuid sel ajal, kui need arvutid loodi, ootas lava taga veel üks digitaalne lüliti. Relee oli elektromagnetiline seade (millel oli elektri abil mehhanismi lüliti juhtimine), samas kui uus digitaalsete lülitite klass oli elektrooniline – põhines uutel teadmistel elektronist, mis ilmus 20. sajandi alguses. See teadus näitas, et elektrilise energia kandja ei olnud vool, laine ega väli, vaid tahke partikkel.

Seade, mis käivitas elektroonika ajastu, mis põhines sellel uuel füüsikal, tuntakse kui „elektronlamp” [Ameerikas – vacuum tube, või „vaakumtoru”]. Selle loo loomises osalesid kaks inimest: inglane Ambrose Fleming ja ameeriklane Lee de Forest. Tegelikult on elektroonika päritolu keerukam, see punutakse koos mitmest niidist, mis ristuvad Euroopas ja Atlandi ookeanis ning ulatuvad tagasi ajalukku, ulatudes varaste katseteni Leydeni pankadega XVIII sajandi keskel.

Kuid meie ülevaate raames on mugav (mäng sõnadega!) käsitleda seda ajalugu alates Thomas Edisonist. 1880. aastatel tegi Edison huvitava avastuse, töötades elektrivalgustuse kallal – see avastus valmistas ette meie loo stseeni. Sellest algas edasine elektronlampide areng, mis oli vajalik kahe tehnoloogilise süsteemi jaoks: uue vormi juhtmevaba teateedastuse ja pidevalt laienevate telefonivõrkude jaoks.

Proloog: Edison

Edisoni peetakse tavaliselt elektripirni leiutajaks. See annab talle samal ajal liiga palju ja liiga vähe au. Liiga palju, sest mitte üksnes Edison ei leiutanud säravat lamppu. Lisaks hulgale eelnenud leiutajatele, kelle looming ei jõudnud kommertsialiseerimisele, võib mainida Joseph Swani ja Charles Stearnsi Suurbritanniast ning ameeriklast William Soyeri, kes tõid turule lambid samal ajal kui Edison.Leiutamise au kuulub ka vene leiutajale Aleksandr Nikolaevič Lodyginile. Lodygin oli esimene, kes sai aru, et tuleb klaasist lampikolbist õhk välja pumbata, ja siis pakkus välja, et kuumutava niidi materjaliks ei peaks olema süsi või põletatud kiud, vaid sulamiskindel volfram.Kõik lambid koosnesid suletud klaasikolbist, mille sees oli resistiivne niit. Lambi vooluvõrku ühendamisel põhjustas niidi takistusele vastav soojus selle töötamise, sundides seda helendama. Kolbist pumbati õhk välja, et niit ei süttiks. Elektrivalgus oli juba suurlinnades tuntud kaarelampide näol, mis jagavad valgust., mis kasutati suuremate avalike kohtade valgustamiseks. Kõik need leiutajad otsisid viisi, kuidas vähendada tulelt kiirguva valguse hulka, võttes põlevast kaarest välja hele osake, piisavalt väike, et seda kasutada kodudes gaasijalgede asendamiseks, ning muuta valgusallikas ohutumaks, puhtamaks ja eredamaks.

Kuid mida Edison tõepoolest tegi – või õigemini, mida tema tööstuslaboratoorium lõi – ei olnud lihtsalt valgusallika loomine. Nad ehitasid terve elektrisüsteemi kodude valgustamiseks – generaatorid, elektriülekande kaablid, trafod jne. Kõikidest neist oli lambipirn ainult kõige ilmsem ja nähtavam komponent. Edisoni nimi tema energia tootmisettevõtetes ei olnud lihtsalt auavaldus suurele leiutajale, nagu Bell Telephone'i puhul. Edison tõestas end mitte ainult leiutajana, vaid ka süsteemi arhitektina. Tema labor jätkas erinevate elektriliste valgustuse komponentide täiustamist isegi pärast varajast edu.

Edisoni varajaste lampide eksemplar

Uuringute käigus umbes 1883. aastal otsustas Edison (või võib-olla üks tema töötajatest) paigutada särava lambipirni sisse, koos niidiga, ka metallplaadi. Selle tegu põhjused pole selged. Võib-olla oli see katse eemaldada lambipirni tumenemine – kolbi sisemus kogus aja jooksul salapärase tumeda aine. Insener arvas, et need mustad osakesed tõmbuvad pingestatud plaadi poole. Ometi avastas ta üllatuseks, et kui plaat oli ühendatud skeemi koos niidi positiivse otsaga, siis vool, mis läks läbi niidi, oli otseselt proportsionaalne niidi heledusintensiivsusega. Kui plaat ühendati niidi negatiivse otsaga, ei täheldatud midagi sarnast.

Edison leidis, et see efekt, mida hiljem hakati kutsuma Edison'i efektiks või termoelektroniliseks emissiooniks, võib kasutada „elektromotoorjõu“ või pingete mõõtmiseks või isegi juhtimiseks elektrisüsteemis. Harjumusest ta esitas patendi selle „elektrilise indikaatori“ jaoks ja seejärel naasis olulisemate ülesannete juurde.

Ilma juhtmeteta

Kujundame plaani 20 aasta pärast, 1904. aastal. Sel ajal töötas Inglismaal John Ambrose Fleming Marconi Company ülesandel raadiolainete vastuvõtja täiustamise kallal.

On oluline mõista, mis raadio tol ajal oli ja mis see ei olnud, nii tööriistana kui ka praktikas. Raadiot ei tuntud isegi nime all „radio”, vaid seda nimetati „wireless” ehk juhtmeta. Termin „raadio” hakkas üle domineerima alles 1910. aastatel. Täpsemalt viidati juhtmeteta telegraafile – signaalide edastamise süsteemile punktide ja kriipsude kujul saatjalt vastuvõtjale. Selle peamine rakendusala oli side laevade ja sadamate teenistuste vahel, seetõttu huvitas see maailma mereametite esindajaid.

Mõned tolleaegsed leiutajad, eelkõige, Reginald Fessenden, katsetati ideed raadiotelefonist – häälsõnumite edastamisest õhus pideva laine vormis. Kuid ülekanded tänapäeva mõistes tekkisid alles 15 aastat hiljem: uudiste, lugude, muusika ja muude programmide edastamine laiaauditooriumile. Enne seda peeti raadiolainete suunatud olemust pigem probleemiks, mida tuli lahendada, mitte omaduseks, mida kasutada.

Sel ajal olemas olnud raadioseadmed olid hästi kohandatud Morse'i tähestiku töötlemiseks, kuid muude asjade jaoks toimisid nad halvasti. Saatjad genereerisid Hertz'i laineid, saates sädemet läbi katkemise vooluringis. Seetõttu kaasnes signaaliga statiilise müra prõks.

Vastuvõtjad tundsid signaali ära läbi kohereri: metallipuru klaastorustikus, mis raadiolainete mõjul kogunes pidevaks massiks ja sellega sulges vooluringi. Seejärel tuli klaasi klõbistada, et puru laiali minna ja vastuvõtja oleks valmis järgmise signaali jaoks – algul tehti seda käsitsi, kuid varsti ilmusid ka automaatsed seadmed.

Aastal 1905 hakkasid just ilmuma kristallidetektorid, tuntud ka kui "kassikõrvad". Selgus, et kui puutuda juhtmega teatud kristalli, näiteks räni, raudpüriidi või galeniti, saadakse õhust raadi signaal. Saadud vastuvõtjad olid odavad, kompaktsed ja kergesti ligipääsetavad. Need soodustasid raadiohuviliste arvu kasvu, eriti noorte seas. Sellest tulenev õhu ruumi äkiline koormus tekitas probleeme kuna raadioeeter jagunes kõikide kasutajate vahel. Ahnelt vestlevate hobihuvilised said omavahel seguneda kaubantu ja mõned nuhid isegi suutsid saata vale käske ja hädasignaale. Riik pidi sekkuma. Nagu kirjutas Ambrose Fleming ise, kristallidetektorite ilmumine

seele tõi kaasa vastutustundetut raadio-telegraafiat, mille põhjustasid arvukad elektrihuvilised ja õpilased, mis nõudis riiklike ja rahvusvaheliste ametiasutuste ranget sekkumist, et hoida asjad mõistlikus ja ohutus raamistikus.

Nende kristallide ebatavalistest elektrilistest omadustest ilmub varsti kolmas digitaalsete lülitite generatsioon, järgides releesid ja lampe – lüliteid, mis domineerivad meie maailmas. Kuid igaühel on oma aeg. Me kirjeldasime stseeni, nüüd suuname tähelepanu näitlejale, kes just tuli valguse kätte: Ambrose Fleming, Inglismaa, 1904.

Klapp

Aastal 1904 oli Fleming Londoni Ülikooli Kolledži elektriõppe professor ja Marconi Company nõunik. Alguses palkas ettevõte teda eksperdi arvamuse saamiseks elektrijaama ehitamise kohta, kuid seejärel pühendus ta vastuvõtja parandamise ülesandele.

Fleming 1890. aastal

Kõik teadsid, et kogereer oli halb vastuvõtja tundlikkuse osas, ja Macronil välja töötatud magnetiline detektor ei olnud eriti parem. Asenduse leidmiseks otsustas Fleming esmalt ehitada tundliku skeemi Hertz'i lainete avastamiseks. Selline seade, kuigi ei muutu ise detektoriks, on tulevaste uurimiste jaoks kasulik.

Selleks pidi ta välja mõtlema viisi, kuidas pidevalt mõõta voolu tugevust, mida tekitavad saabuvad lained, selle asemel et kasutada diskreetset kogereeri (millel oli ainult sisse-välja olek - kus metalline puru kleepus või lahkus). Kuid tuntud voolu mõõteseadmed - galvanomeetrid - nõudsid pidevat, st ühesuunalist voolu. Muutuv vool, mida tekitavad raadiosagedused, muutis suunda nii kiiresti, et mingit mõõtmist ei oleks võimalik teha.

Fleming meenutab, et tal on kapis paar huvitavat eset – Edison'i indikaatortuled. 1880. aastatel oli ta Edison'i elektrivalgustuse ettevõtte konsultant Londonis ning töötas lambide suitsustumise probleemide kallal. Sel ajal sai ta mitmeid indikaatoreid, tõenäoliselt Inglise Posti teenistuse peainsenerilt William Pristelt, kes oli just naasnud elektrinäituselt Philadelphia's. Tol ajal oli telegraafi ja telefoni kontroll postiteenuste jaoks harjumuslik, mistõttu olid nad elektriinsenerite ja -ekspertide keskused.

Hiljem, 1890ndatel, uuris Fleming ise Edisoni efekti, kasutades Prisast saadud lampe. Ta näitas, et efekt seisnes selles, et vool liikus ühes suunas: negatiivne elektripotentsiaal võis voolata kuumalt niidilt külmale elektroodile, kuid mitte vastupidi. Kuid alles 1904. aastal, kui tal tekkis ülesanne tuvastada raadiolaineid, mõistis ta, et seda fakti saab kasutada praktikas. Edisoni indikaator võimaldab ainult ühes suunas suunatud vahelduvvoolu impulsse ületada tühimik niidi ja plaadi vahel, mis annab pideva ja ühesuunalise voolu.

Fleming võttis ühe lambiga, ühendas selle järjestikku galvaanomeetriga ning lülitas sisse sädemete edastaja. Vau – peegel pöördus ja valguskiir nihkus skaalal. See töötas. Ta suutis täpselt mõõta sissetulevat raadi signaali.

Flemingu klapi prototüübid. Anood asub niidi silmus (kuuma katoodi) keskel.

Fleming kutsus oma leiutist "klapiks", kuna see lasi elektrit voolata ainult ühes suunas. Üldisema elektrotehnika keelekasutuse kohaselt oli see alaldi – viis vahelduvvoolu muutmiseks alalisvooluks. Hiljem nimetati seda dioodiks, kuna seal oli kaks elektroodi – kuum katood (niit), mis kiirgab elektrit, ja külm anod (plaat), mis seda saab. Fleming tõi disainile mitmeid täiustusi, kuid seadmestik ei erinenud põhimõtteliselt Edisonile kuuluva näituselampist. Selle muutumine uueks kvaliteediks toimus mõtteviisi muutuse tõttu – sellist nähtust oleme juba korduvalt näinud. Muutus toimus ideede maailmas Fleming'i peas, mitte asjade maailmas väljas.

Fleming'i klapp iseenesest oli kasulik. See oli parim välisseade raadiosignaalide mõõtmiseks ja iseenesest hea detektor. Kuid see ei raputanud maailma. Elektronika plahvatuslik kasv algas alles pärast seda, kui Lee de Forest lisas kolmanda elektroodi ja muutis klapi releeks.

Kuulamine

Li de Foresti haris haruldane kasvatuse Yale'i tudengi jaoks. Tema isa, pastori Henry de Forest, oli New Yorgi kodusõja veteran, kongregatsioonikiriku, ja uskus siiralt, et jutlustajana peab ta levitama jumalikku teadmiste ja õiguse valgust. Kohustuse kutsel võttis ta vastu kutse saama Alabama Talladega Kolledži presidendiks. Kolledž asutati pärast Ameerika kodusõda New Yorgis asuva Ameerika Misjonäri Assotsiatsiooni poolt. See oli mõeldud kohalike mustanahaliste elanike õpetamiseks ja juhendamiseks. Seal tundis Li end nagu vahepeal, - kohalikud mustanahalised alandasid teda tema naiivsuse ja arguse tõttu ning kohalikud valged - et ta oli yankee.

Siiski, de Foresti noormees arendas endas tugevat enesekindlust. Ta avastas, et tal on kalduvus mehhaanika ja leiutamise vastu – tema suur mudel lokomotiivist sai kohaliku imeks. Veel teismelisena, õppides Talladegas, otsustas ta pühendada oma elu leiutamistele. Seejärel, olles noor mees ja elades New Havenis, heitis pastori poeg maha viimased religioossed uskumused. Need kadusid järk-järgult darvinismi tutvustamise tõttu, ja siis kadusid nad nagu tuul, kui tema isa varakult suri. Kuid tunne, et tal on määratud tee, ei lahkunud de Forestist – ta pidas end geeniuseks ja soovis saada teiseks Nikola Tesla’ks, rikkaks, kuulsaks ja salapäraseks elektriaja maagiks. Tema Yale'i ülikooli klassikaaslased pidasid teda ülemeelikuks lobaajaks. Teda võib-olla kasutada kui ajaloo kõige vähem populaarset inimest.

de Forest, ca 1900

Pärast Yale'i ülikooli lõpetamist 1899. aastal valis de Forest endale teeks kiirelt areneva juhtmevaba signaalide edastamise kunsti, lootes rikka ja kuulsana silma paista. Järgnevate aastakümnete jooksul läks ta sellesse teekonda suure määratluse ja enesekindlusega ning ilma igasuguste kõhklusteta. Kõik sai alguse de Foresti ja tema partneri Ed Smite'i koostööst Chicagos. Smite hoidis nende ettevõtet pinnal regulaarsete maksetega ning koos töötasid nad välja oma raadiolaine detektori, mis koosnes kahest metallplaadist, mida sidus liim, mida de Forest nimetas "pastaks" [goo]. Kuid de Forest ei saanud kaua oodata tunnustust oma geeniuse eest. Ta vabanes Smitest ja liitus kahtlase New Yorgi rahanduriga nimega Abraham White [ironia tõttu oma sünninime, Schwartz, muutmisega, et peita oma tumedad tehingud. White/White - (ingl.) valge, Schwartz/Schwarz - (saksa) must / tõlkija märk.], asutades ettevõtte De Forest Wireless Telegraph Company.

Ettevõtte tegevus oli mõlema meie kangelase jaoks teisejärguline. White kasutas inimeste teadmatusest, et oma taskud rõõmsalt täita. Ta petis investoreid, kes püüdsid tõeliselt mitte maha jääda raadio oodatavast buumist, välja miljoneid. De Forest keskendus aga tänu nende "lollide" tugevale rahalisele toestusele oma geniaalsuse tõestamisele, töötades välja uue Ameerika teabe edastamise süsteemi (erinevalt Euroopas loodud süsteemidest, mille töötas välja Marconi ja teised).

Kahjuks ei töötanud De Foresti detektor Ameerika süsteemi jaoks eriti hästi. Ühe hetke jooksul lahendas ta probleemi, laenates Reginald Fessendeni patenditud disaini detektorile nimega "vedel baromeeter" – kaks plaatina juhet, mis on sukeldatud väävelhappe vanni. Fessenden kaebas patendi rikkumise tõttu – ja ta võinuks selle juhtumi tõenäoliselt võita. De Forest ei saanud rahu, kuni ta ei leidnud uut detektorit, mis kuuluks ainult temale. Sügisel 1906 kuulutas ta välja sellise detektori väljatöötamise. Kahel erineval koosolekul Ameerika Elektritehnika Instituudis kirjeldas De Forest oma uut juhtmevaba detektorit, mille ta nimetas "Audioksi". Kuid selle tegelik päritolu on küsitav.

Mõnda aega olid De Foresti katsed uue detektori ehitamiseks keskendunud voolu läbimisele läbi leegid. Bunzeni põleti, mis tema arvates võidi olla asümmeetriline juhiks. Idee, tundub, ei kroonitud eduga. 1905. aasta mingil hetkel kuulis ta Fleming'i ventiilist. De Forest sai endale selgeks, et see ventiil ja selle seadeldis, mis põhines põlevikus, ei erine põhimõtteliselt mitte millegagi – kui asendada kuum niit leegiga ja katta see klaaskolbiga, et gaasi piirata, siis saadakse sama ventiil. Ta töötas välja hulga patente, mis kordasid Fleming'i veeru eelnevaid leiutisi gaasipõletite detektorite abil. Tundub, et ta soovis endale leiu esmasuse, mööda minnes Fleming'i patentist, arvestades, et Bunseni põleti tööd eelnesid Fleming'i töödele (need algasid 1900. aastal).

Ei ole võimalik öelda, kas tegemist oli iseennast petmise või kelmuse juhtumiga, kuid tulemusena ilmus de ForestiPatent augustis 1906 "tühi klaaspurk, milles on kaks eraldatud elektroodi, mille vahel on gaasikeskkond, mis piisava kuumutamise korral muutub juhiks ja moodustab tundlikku elementi." Seadmete ja seadme toimimine kuulub Flemingle, samas kui selle töö selgitus kuulub de Foresti. De Forest kaotas lõpuks patendi vaidluse, kuigi see võttis aega kümme aastat.

Kannatamatu lugeja võib juba hakata küsima, miks me kulutame nii palju aega sellele inimesele, kelle eneseteadlik geenius seisnes teiste ideede esitlemises oma omadena? Põhjus seisneb neis transformatsioonides, mida Audion on kogenud viimase paari kuu jooksul 1906. aastal.

Selleks ajaks ei olnud de Forestil tööd. White ja tema partnerid pääsesid Fessendeni hagist vastutusest, luues uue ettevõtte, United Wireless, ja laenates American De Foresti varad summas 1 $. De Forest visati välja 1000 dollari suuruse lahkumishüvitisega ja mõne kasutu patendiga, sealhulgas ka Audioni patent. Harjunud luksusliku elustiiliga, seisis ta tõsiste rahaliste raskustega silmitsi ja üritas meeleheitlikult muuta Audioni suureks eduks.

Selleks, et mõista, mis edasi juhtus, on oluline teada, et de Forest arvas, et ta on välja mõelnud relé – vastupidiselt Flemingi diodile. Ta valmistas oma Audioni, ühendades aku külma klapi plaadi külge, ja arvas, et signaal antenni skeemis (mis oli ühendatud kuuma niidiga) moduleeris võimsamat voolu aku skeemis. Ta eksis: need ei olnud kaks skeemi, aku lihtsalt nihutas signaali antennilt, mitte ei võimendanud seda.

Kuid see viga muutus kriitiliseks, kuna see viis de Foresti kolmanda elektroodi katsetamiseni kuulas, mis pidi veelgi lahutama kahe selle "relee" skeemi. Alguses lisas ta esimese kõrval teise külma elektroodi, kuid seejärel, võimalik, et füüsikute kasutatavate juhtimisseadmete mõjul, mis suunavad kiiri elektronkiirette seadmetes, liikus ta elektroodi koha vahele niidi ja esmase plaadi. Ta otsustas, et selline asend võib katkestada elektrivoolu ja muutis kolmanda elektroodi kuju plaadist lainsaks juhtmeks, mis meenutas rushper'i – ja nimetas seda "võrguks".

Triod Audion 1908. aastast. Niit (katkine) vasakul – katood, laineline juhe – võrk, ümar metallplaat – anood. Sellel on ikka veel keere, nagu tavalisel lambipirnil.

Ja see oli tõepoolest relee. Nõrk vool (nagu see, mis saadakse raadioantennist), mida toidi maatriks, sai kontrollida palju tugevamat voolu traadi ja plaadi vahel, tõukates laetud osakesi, mis üritasid nende vahelt läbi minna. See detektor töötas palju paremini kui klapp, kuna see mitte ainult ei sirutanud, vaid ka võimendas raadiolainet. Ja nagu klapp (ja erinevalt kohererist) suutis see väljastada pideva signaali, mis võimaldas luua mitte ainult raadiotelegraafe, vaid ka raadiotelefone (ja hiljem – hääle ja muusika edastamist).

Praktiliselt ei töötanud see eriti hästi. De Foresti audioonid olid peened, kergesti lõhkevad, nende tootmises puudus kvaliteedi stabiilsus ja võimendajana olid nad ebaefektiivsed. Selleks, et konkreetne audioon õigesti töötaks, tuli seda kohandada elektriliste parameetritega.

Küll aga uskus de Forest oma leiutisse. Reklaamimiseks asutas ta uue ettevõtte, De Forest Radio Telephone Company, kuid müük jäi tagasihoidlikuks. Suurim edu oli seadmete müük laevadele laevadevaheliseks telefoniks ümbermaailmareisi ajal —Suure valge laeva«. Siiski, laevastiku ülem, kellel polnud aega de Foresti edastajate ja vastuvõtjate töö ära õpetamiseks ning meeskonna õpetamiseks, käskis need kokku pakkida ja ladustada. Veelgi enam, de Foresti uus ettevõte, mida juhtis Abraham White'i järgija, ei olnud sugugi ausam kui eelmine. Lisaks oma ebaõnnestumistele sattus ta peagi petmise süüdistuste alla.

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

Ja jälle telefon

Kaugsidevõrk oli AT&T keskne närvisüsteem. See sidus kokku mitmed kohalikud ettevõtted ja andis olulise konkurentsieelise pärast Bell'i patentide aegumist. Liitudes AT&T võrguga, sai uus klient teoreetiliselt helistada kõikidele teistele tellijatele, kes asusid tuhandeid kilomeetreid eemal – kuigi tegelikult tehti kaugekõnesid harva. Samuti oli see võrk materiaalseks aluseks ettevõtte „Üks poliitika, üks süsteem, universaalne teenus” ulatuslikule ideoloogiale.

Kuid 20. sajandi teise kümnendi alguseks oli see võrk füüsilise maksimumi saavutanud. Mida kaugemale telefonikaablid ulatusid, seda nõrgemaks ja müra küllastatumaks helisignaal muutus ning lõpuks muutus jutt peaaegu eristamatuks. Seetõttu oli Ameerika Ühendriikides tegelikult kaks AT&T võrguskeemi, mida eraldas mandriline seljaküngas.

Idapoolse võrgu keskpunkt oli New York, ning mehhaanilised repetiitorid ja Pupini spiraalid – seot, mis määrasid, kui kaugele võis inimhääl ulatuda. Kuid need tehnoloogiad ei olnud kõikvõimsad. Rullikud muutsid telefonikaabli elektrilisi omadusi, vähendades häälekadude sagedusi – kuid nad suutsid vaid vähendada seda, mitte kõrvaldada. Mehaanilised kordajad (lihtsalt telefonikõlar, mis oli ühendatud võimendava mikrofoniga) lisasid iga kordumisega müra. 1911. aasta ühendus New Yorgist Denverisse tõi selle piiri maksimaalsesse pikkusesse. Terve mandri ulatuslikku võrku laiendada ei mõeldud. Siiski lubas 1909. aastal AT&T peainsener John Carthy avalikult seda teha. Ta lubas seda teha viie aasta jooksul – ajaks, mil alanud Panama-Tikhoookeani rahvusnäitus San Franciscos 1915. aastal.

Esimene, kes suutis sellise ettevõtmise uue telefonivõimendi toel teostatavaks teha, ei olnud mitte ameeriklane, vaid rikkast viini perekonnast pärit teadusest huvitatud järeltulija. Noore mehena, Robert von Lieben Oma vanemate raha abil ostis ta telefonide tootmisettevõtte ja kavatses teha telefonikõnede tugevdamiseks seadme. 1906. aastaks oli ta valmistanud relee, mis põhines elektronkiirtehnoloogial, mida tol ajal kasutati laialdaselt füüsikakatses (ja mis hiljem sai XX sajandi videotehnoloogia aluseks). Nõrk sisenew signaal kontrollis elektromagneti kaudu kiirt, moduleerides tugevamat voolu peamises ringis.

1910. aastal õppisid Fon Liben koos kolleegide, Eugene Ray'i ja Sigmund Straussiga Audion de Foresti kohta ning asendasid magneti torus võrgu abil, mis kontrollis katoodkiiri – see disain oli kõige tõhusam ja ületas kõik tol ajal Ameerikas tehtud arendused. Saksamaa telefonivõrk võttis peagi kasutusele fon Libeni võimendi. 1914. aastal võimaldas see komandör East Prussia armee närvilise telefonikõne saksa peakorterisse, mis asus tema juurest 1000 kilomeetri kaugusel, Koblenzisse. See sundis peakorterisse saatma kindralid Hindenburgi ja Ludendorfi itta, igavese kuulsuse nimel ja raskete tagajärgedega. Sarnased võimendid ühendasid hiljem saksa peakorteri laevade armee ja idas, kuni Makedooniani ja Rumeeniani.

Fon Libeni täiustatud katoodkiirülevaate koopia. Katood on all, anood – see on ülemine spiraal, ja võrk – ümmargune metallfoolium keskel.

Kuid keele- ja geograafilised barjäärid ning sõda viisid sellise disaini mitte jõudmiseni Ameerikasse, ja peagi ületasid seda muud sündmused.

Samas ajal lahkus de Forest hääbuvast Radio Telephone Company'ist 1911. aastal ning põgenes Californiasse. Seal asus ta tööle Federal Telegraph Company's Palo Altos, mille asutas Stanfordi ülikooli vilistlane Cyril Elwell. Nime poolest pidi de Forest töötama võimendi kallal, mis tõstaks föderaalse raadio vastuvõtja väljundsignaali tugevust. Tegelikult töötasid tema, Herbert Van Etton (kogenud telefonitehnik) ja Charles Logwood (vastuvõtja arendaja) telefonivõimendi loomise kallal, et kolmepeale võita auhind AT&T-lt, mille väärtus, kuulujuttude kohaselt, oli 1 miljon dollarit.

Selleks tõi de Forest välja Audioni, ja 1912. aastaks oli neil kolleegidega juba seade, mis oli valmis esitamiseks telefonifirmas. See koosnes mitmest järjestikku ühendatud Audionist, mis pakkusid mitmeastmelist võimendust, ja veel mitmest abikomponendist. Seade töötas põhimõtteliselt – see suutis signaali piisavalt võimendada, et kuuleksite, kuidas langeb lapikudu või kuidas tiksub taskukell. Kuid ainult siis, kui voolud ja pinged olid liiga madalad, et olla telefonias kasutatavad. Voolu suurenedes hakkasid Audiionid kiirgama sinist valgust ning signaal muutus müra. Kuid telefonitehnikud olid piisavalt huvitatud, et anda seade oma inseneridele ja vaadata, mida nad sellega teha suudavad. Nii juhtus, et üks neist, noor füüsik Harold Arnold, teadis täpselt, kuidas parandada Föderaalse telegraafi võimendit.

On aeg arutada, kuidas klapp ja Audion töötasid. Oluline arusaam nende töö selgitamiseks tekkis Kēvendiša laboratooriumis Cambridge'is – uue elektronifüüsika intellektuaalses keskuses. 1899. aastal näitas seal J. J. Thomson katoodkiirusest lampidega katsetes, et massiga osake, mis hiljem sai tuntuks elektronina, kannab voolu katoodilt anodile. Järgmistel aastatel arendas Owen Richardson, Thomsoni kolleeg, seda eeldust välja matemaatiliseks teooriaks termoelektroonilisest emissioonist.

Ambrose Fleming, insener, kes töötab lühikese rongireisi kaugusel Cambridge'ist, oli nende töödega tuttav. Talle oli selge, et tema ventiil töötab tänu kuumutatud niidi pinnalt vabanevatele elektronidele, mis ületasid vaakumirikka ala külma anoodi suunas. Kuid indikaatorlampti vaakum ei olnud sügav – tavalise lambipirni jaoks ei olnud see vajalik. Oli piisav, et pumpada välja piisavalt hapnikku, et niit ei süttiks. Fleming mõistis, et parima toimimise saavutamiseks peab ventiil olema võimalikult tühjendatud, et jääv gaas ei takistaks elektronide voolu.

De Forest seda ei mõistnud. Kuna ta jõudis ventiili ja Audioni juurde läbi Bunseni põleti katsete, oli tema veendumus vastupidine – et kuum iooniseeritud gaas oli seadme töökeha ja selle täielik eemaldamine tooks kaasa lõpetamise. Just seetõttu töötas Audion nii ebastabiilselt ja rahuldamatult raadiovastuvõtjana ning seetõttu kiirgas ta sinist valgust.

Arnold oli AT&T-s täiuslikus olukorras de Foresti vea parandamiseks. Ta oli füüsik, kes õppis Robert Millikeni juures Chicago ülikoolis, ja ta palkati spetsiaalselt selleks, et kasutada oma teadmisi uue elektroonika füüsikas telefonivõrgu rajamiseks rannikult rannikule. Ta teadis, et Audioni lamp töötab kõige paremini peaaegu ideaalsetes vaakumtingimustes, teadis, et uusimad pumbad suudavad sellist vaakumit saavutada, ning teadis, et uue tüübiga oksüüdiga kaetud niit koos suurendatud plaadi ja võrguga suudab samuti elektronide voolu suurendada. Ühesõnaga, ta muutis Audioni elektrooniliseks lambiks, elektroonika ajastu imemeheks.

AT&T-l ilmus välja võimas võimendi, mis oli vajalik transkontinentaalse liini ehitamiseks – puudusid vaid õigused selle kasutamiseks. Ettevõtte esindajad käitusid de Foresti läbirääkimistel kahtlevalt, kuid alustasid eraldi vestlust kaudu kolmanda osapoole advokaadi, kes suutis osta õigused Audiona kasutamiseks telefonivõimendina $50,000 (umbes $1,25 miljonit 2017. aasta dollarites). New Yorgi ja San Francisco vahel avati liin täpselt õigel ajal, kuid pigem kui tehnilise virtuoossuse ja ettevõtte reklaami triumf, mitte kommunikatsioonivahendina. Kõnede maksumus oli nii kosmiline, et peaaegu keegi ei suutnud seda kasutada.

Elektriaeg

Tõeline elektronlamp sai absoluutselt uue elektroonikakomponentide puu juureks. Nagu relé, laiendas elektronlamp pidevalt oma rakenduste võimalusi, kui insenerid leidsid uusi viise selle struktuuri kohandamiseks konkreetsete ülesannete lahendamiseks. "-ode" rahva kasv ei lõppenud diodide ja triodega. See jätkus tetroodiga, lisades täiendava võrgu, mis toetas elementide kasvu skeemis. Järgmisena ilmusid pentoodid, heptoodid, ja isegi oktoodid. Ilmusid tiatratronid, täidetud elavhõbeda auruga, kiirgades kurja sinist valgust. Miniatuursed lambid, mis olid sõrmeotsa või isegi süsi suurused. Katodi vahelise soojendusega lambid, kus vahelduvvoolu allika mürin ei seganud signaali. Raamat „Saja elektronkilde“ [Saga of the Vacuum Tube], mis kirjeldab lampide tööstuse kasvu kuni 1930. aastani, loetleb üle 1000 erineva mudeli nende indeksis – kuigi paljud neist olid ebaseaduslikud koopiad usaldusväärsetest brändidest: Altron, Perfectron, Supertron, Voltron jne.

Olulisem kui elektronlampide vormide mitmekesisus oli nende rakenduste mitmekesisus. Regeneratiivsed skeemid muundasid triodi saatjaks, mis genereeris sujuvaid ja pidevaid siinuslaineid, ilma lärmakate sädemeteta, suutes ideaalselt edastada heli. 1901. aastal suutis Marconi koos kohereriga ja sädemetega edastada väikese katkendi Morse'i tähest läbi Atlandi kitsaste osade. 1915. aastal, kasutades elektronlampi saatjana ja vastuvõtjana, suutis AT&T edastada inimhäält Arlingtont, Virginias kuni Honolulu, mis on kaks korda suurem vahemaa. 1920. aastaks kombineerisid nad pika vahemaa telefonitootmise kõrgekvaliteedilise helivoo laialdase edastamisega ning lõid esimesed raadiovõrgud. Nii sai varsti kogu rahvas raadiost kuulata üht ja sama häält, olgu see Roosevelt või Hitler.

Lisaks võimaldas täpsete ja stabiilsete sagedustega saatjate loomine telekommunikatsiooninseneridel ellu viia kauaoodatud sagedusmultiplexi unistuse, mis paelus Aleksander Bella, Edisoni ja teisi juba nelikümmend aastat tagasi. 1923. aastaks oli AT&T-l kümnekanaline häältelefoniliin New Yorgist Pittsburghi. Võime edastada mitmeid hääli ühe vaskkaabli kaudu vähendas radikaalselt kaugkõnede kulu, mis oli senini olnud kättesaadav vaid kõige rikkamatele inimestele ja ettevõtetele. Näidates, mida suudavad elektronlampid, saatis AT&T oma advokaadid, et osta De Foresti käest täiendavaid õigusi, et kindlustada õigused Audiooni kasutamiseks kõikides võimalikestes rakendustes. Kokku maksid nad talle 390 000 dollarit, mis on tänapäeva rahas umbes 7,5 miljoni dollari ekvivalent.

Kuid miks ei olnud elektroonilised lambid esimese põlvkonna arvutites nii domineerivad kui raadios ja muus telekommunikatsiooniseadmes, hoolimata nende mitmekesisusest? Ilmselgelt võis triode toimida digitaalse lülitina samamoodi nagu relee. Nii ilmne oli see, et de Forest arvas isegi, et on loonud relee veel enne, kui ta selle tegelikult valmistas. Triod oli palju vastuvõtlikum kui traditsiooniline elektromehaaniline relee, kuna tal puudus vajadus füüsiliselt liikuda ankrul. Tüüpilise relee lülitus võttis mitu millisekundit, samas kui elektripotentsiaali muutus võrgus põhjustas katoodist anoodini voolu muutuse peaaegu koheselt.

Kuid lampidel oli rikke suhtes ilmne puudus võrreldes releedega: nende kalduvus, sarnaselt oma eelkäijatele, valgustuslampidele, läbi põleda. Algse Audion de Foresti eluiga oli nii lühike – umbes 100 tundi – et lamp sisaldas varu niiti, mille pidi ühendama esimese läbi põlemise järel. See oli väga halb, kuid isegi parima kvaliteediga lampidelt ei saanud oodata, et nende tööiga ületaks paar tuhat tundi. Arvutites, kus oli tuhandeid lampe ja mille arvutuste kestus oli mitu tundi, oli see tõsine probleem.

Releed seevastu olid George Stibitsi sõnul "fantastiliselt usaldusväärsed". Nii palju, et ta väitis, et

Kui U-kujulised releed oleksid alustanud oma tööd aastaarvumise esimesel aastal ja lülitanud kontakti iga sekundi taga, töötaksid need endiselt. Esimest kontakti rikku oleks võinud oodata mitte varem kui tuhat aastat hiljem, kuskil aastal 3000.

Lisaks ei olnud kogemust suurtest elektroonilistest skeemidest, mis oleksid võrreldavad telefonitehnika inseneride elektromehaaniliste skeemidega. Raadioseadmed ja muu varustus võisid sisaldada 5-10 lampi, kuid mitte sadu tuhandeid. Keegi ei teadnud, kas on võimalik käivitada arvuti 5000 lambiga. Valides releed lampide asemel, tegid arvutiarendajad ohutu ja konservatiivse valiku.

Järgmises osas näeme, kuidas ja miks need kahtlused suudeti ületada.

Allikas: habr.com