Muut artikkelit sarjassa:
- Releen historia
- Elektronisten tietokoneiden historia
- Transistorin historia
- Internetin historia
В näimme kuinka digitaalisten tietokoneiden ensimmäinen sukupolvi rakennettiin ensimmäisen sukupolven automaattisten sähkökytkimien - sähkömagneettisten releiden - pohjalta. Mutta kun nämä tietokoneet luotiin, kulissien takana odotti toinen digitaalinen kytkin. Rele oli sähkömagneettinen laite (käytti sähköä mekaanisen kytkimen ohjaamiseen), ja uusi digitaalisten kytkimien luokka oli elektroninen - perustuen XNUMX-luvun alussa syntyneeseen uuteen tietoon elektronista. Tämä tiede osoitti, että sähkövoiman kantaja ei ollut virta, ei aalto, ei kenttä - vaan kiinteä hiukkanen.
Laite, joka synnytti tähän uuteen fysiikkaan perustuvan elektroniikan aikakauden, tunnettiin tyhjiöputkena. Sen luomishistoriaan liittyy kaksi henkilöä: englantilainen ja amerikkalainen . Todellisuudessa elektroniikan alkuperä on monimutkaisempi, ja monet säikeet kulkevat Euroopan ja Atlantin halki ulottuen varhaisiin Leyden-purkkien kokeiluihin XNUMX-luvun puolivälissä.
Mutta esityksemme puitteissa on kätevää kattaa (sanatehtävä!) tämä historia, alkaen Thomas Edisonista. 1880-luvulla Edison teki mielenkiintoisen löydön työskennellessään sähkövalaistuksen parissa – löytö, joka asettaa pohjan tarinallemme. Sieltä alkoi tyhjiöputkien jatkokehitys, joita tarvitaan kahdelle teknologiselle järjestelmälle: uudenlaiseen langattomaan viestintämuotoon ja jatkuvasti laajentuviin puhelinverkkoihin.
Prologi: Edison
Edisonia pidetään yleisesti hehkulampun keksijänä. Tämä tekee hänelle liian paljon ja liian vähän kunniaa samanaikaisesti. Liian monta, koska Edison ei ollut ainoa, joka keksi valolampun. Häntä edeltäneen keksijäjoukon lisäksi, joiden luomukset eivät päässeet kaupalliseen käyttöön, voidaan mainita brittiläiset Joseph Swan ja Charles Stern sekä amerikkalainen William Sawyer, joka toi hehkulamput markkinoille samaan aikaan Edisonin kanssa. [Keksinnön kunnia kuuluu myös venäläiselle keksijälle . Lodygin oli ensimmäinen, joka arvasi pumppaavan ilmaa lasilampun polttimosta, ja ehdotti sitten, että hehkulankaa ei tehdä hiilestä tai hiiltyneistä kuiduista, vaan tulenkestävästä volframista / noin. käännös]. Kaikki lamput koostuivat suljetusta lasikumpusta, jonka sisällä oli resistiivinen hehkulanka. Kun lamppu kytkettiin piiriin, hehkulangan virran vastustuksen synnyttämä lämpö sai sen hehkumaan. Ilma pumpattiin ulos pullosta, jotta hehkulanka ei syttyisi tuleen. Sähkövalo tunnettiin muodossaan jo suurissa kaupungeissa käytetään valaisemaan suuria julkisia paikkoja. Kaikki nämä keksijät etsivät tapaa vähentää valon määrää ottamalla palavasta kaaresta kirkkaan hiukkasen, joka on tarpeeksi pieni käytettäväksi kodeissa kaasulamppujen korvaamiseen ja tehdä valonlähteestä turvallisempi, puhtaampi ja kirkkaampi.
Ja se, mitä Edison todella teki - tai pikemminkin, mitä hänen teollinen laboratorionsa loi - ei ollut vain valonlähteen luomista. He rakensivat koko sähköjärjestelmän talojen valaistukseen - generaattorit, johdot virran siirtoon, muuntajat jne. Kaikesta tästä hehkulamppu oli vain ilmeisin ja näkyvin komponentti. Edisonin nimen läsnäolo hänen sähköyhtiöissään ei ollut pelkkä merkki suurelle keksijälle, kuten Bell Telephonen tapauksessa. Edison osoitti olevansa paitsi keksijä, myös järjestelmäarkkitehti. Hänen laboratorionsa jatkoi työskentelyä erilaisten sähköisten valaistuskomponenttien parantamiseksi jopa niiden varhaisen menestyksen jälkeen.
Esimerkki Edisonin varhaisista lampuista
Tutkimuksen aikana noin 1883 Edison (ja mahdollisesti yksi hänen työntekijöistään) päätti sulkea metallilevyn valolampun sisään hehkulangan kanssa. Tämän toimenpiteen syyt ovat epäselviä. Ehkä tämä oli yritys poistaa lampun tummuminen - polttimon lasin sisäpuolelle kertyi mystistä tummaa ainetta ajan myötä. Insinööri ilmeisesti toivoi, että nämä mustat hiukkaset vetäytyisivät jännitteiseen levyyn. Yllätykseksensä hän huomasi, että kun levy sisällytettiin piiriin hehkulangan positiivisen pään kanssa, hehkulangan läpi kulkevan virran määrä oli suoraan verrannollinen hehkulangan hehkun voimakkuuteen. Kun levy liitettiin kierteen negatiiviseen päähän, mitään tällaista ei havaittu.
Edison päätti, että tämä vaikutus, jota myöhemmin kutsuttiin Edison-ilmiöksi tai , voidaan käyttää sähköjärjestelmän "sähkömotorisen voiman" tai jännitteen mittaamiseen tai jopa ohjaamiseen. Tottumuksesta hän haki patenttia tälle "sähköindikaattorille" ja palasi sitten tärkeämpiin tehtäviin.
Ilman johtoja
Kelataanpa eteenpäin 20 vuotta tulevaisuuteen, vuoteen 1904. Tällä hetkellä Englannissa John Ambrose Fleming työskenteli Marconi Companyn ohjeiden mukaisesti parantaakseen radioaaltovastaanotinta.
On tärkeää ymmärtää, mitä radio oli ja mitä ei ollut tällä hetkellä, sekä instrumentin että käytännön suhteen. Radiota ei silloin edes kutsuttu "radioksi", sitä kutsuttiin "langattomaksi". Termi "radio" tuli yleiseksi vasta 1910-luvulla. Tarkemmin sanottuna hän viittasi langattomaan lennätykseen - järjestelmään, joka lähettää signaaleja pisteiden ja viivojen muodossa lähettäjältä vastaanottajalle. Sen pääsovellus oli laivojen ja satamapalvelujen välinen viestintä, ja tässä mielessä se kiinnostaa merenkulkuviranomaisia ympäri maailmaa.
Jotkut tuon ajan keksijät, erityisesti , kokeili ideaa radiopuhelimesta - joka lähettää ääniviestejä ilmassa jatkuvan aallon muodossa. Mutta lähetys nykyisessä mielessä syntyi vasta 15 vuotta myöhemmin: uutisten, tarinoiden, musiikin ja muiden ohjelmien välittäminen laajalle yleisölle. Siihen asti radiosignaalien suuntaamaton luonne nähtiin pikemminkin ratkaistavana ongelmana kuin hyödynnettävänä ominaisuutena.
Tuolloin olemassa olleet radiolaitteet soveltuivat hyvin morsekoodin kanssa työskentelemiseen ja huonosti kaikkeen muuhun. Lähettimet loivat Hertzi-aaltoja lähettämällä kipinän piirin raon yli. Siksi signaalia seurasi staattinen rätinä.
Vastaanottimet tunnistivat tämän signaalin koheerin kautta: lasiputkessa olevat metalliviilat, jotka lyötiin yhteen radioaaltojen vaikutuksesta jatkuvaksi massaksi, ja näin saattoi piirin valmiiksi. Sitten lasia oli koputettava, jotta sahanpuru hajoaisi ja vastaanotin olisi valmis seuraavaan signaaliin - aluksi tämä tehtiin manuaalisesti, mutta pian siihen ilmestyi automaattilaitteita.
Vuonna 1905 niitä juuri alkoi ilmestyä , joka tunnetaan myös nimellä "kissan viiksi". Kävi ilmi, että yksinkertaisesti koskettamalla tiettyä kidettä langalla, esimerkiksi piillä, rautapyriittillä tai , oli mahdollista napata radiosignaali tyhjästä. Tuloksena saadut vastaanottimet olivat halpoja, kompakteja ja kaikkien saatavilla. Ne vauhdittivat radioamatööritoiminnan kehitystä erityisesti nuorten keskuudessa. Tästä aiheutunut äkillinen lähetysajan täyttömäärän nousu johti ongelmiin radion lähetysajan jakautumisesta kaikkien käyttäjien kesken. Amatöörien viattomat keskustelut saattoivat vahingossa kohdata merilaivaston neuvotteluja, ja jotkut huligaanit onnistuivat jopa antamaan vääriä käskyjä ja lähettämään signaaleja apua varten. Valtion oli väistämättä puututtava asiaan. Kuten Ambrose Fleming itse kirjoitti, kristalliilmaisimien tulo
johti välittömästi vastuuttomien radiolennätysten lisääntymiseen lukemattomien amatöörisähköasentajien ja -opiskelijoiden temppujen vuoksi, mikä vaati kansallisten ja kansainvälisten viranomaisten voimakasta puuttumista asiaan, jotta asiat pysyisivät terveinä ja turvallisina.
Näiden kiteiden epätavallisista sähköisistä ominaisuuksista syntyy aikanaan kolmas digitaalisten kytkimien sukupolvi, joka seuraa releitä ja lamppuja - kytkimiä, jotka hallitsevat maailmaamme. Mutta kaikella on aikansa. Olemme kuvanneet kohtauksen, nyt palautetaan kaikki huomio näyttelijään, joka on juuri esiintynyt valokeilassa: Ambrose Fleming, Englanti, 1904.
Venttiili
Vuonna 1904 Fleming oli sähkötekniikan professori University College Londonissa ja Marconi Companyn konsultti. Aluksi yritys palkkasi hänet asiantuntijaksi voimalaitoksen rakentamiseen, mutta sitten hän lähti mukaan vastaanottimen parantamiseen.
Fleming vuonna 1890
Kaikki tiesivät, että coherer oli herkkyydeltään huono vastaanotin, eikä Macronilla kehitetty magneettitunnistin ollut erityisen parempi. Löytääkseen korvaavan Fleming päätti ensin rakentaa herkän piirin hertsin aaltojen havaitsemiseksi. Tällainen laite olisi hyödyllinen tulevassa tutkimuksessa, vaikka siitä ei tulisi sellaisenaan ilmaisin.
Tätä varten hänen täytyi keksiä tapa mitata jatkuvasti saapuvien aaltojen synnyttämää virtaa sen sijaan, että olisi käytetty diskreettiä kohereria (joka näytti vain tiloissa - joissa sahanpuru tarttui yhteen - tai off-tiloissa). Mutta tunnetut virranvoimakkuuden mittauslaitteet - galvanometrit - vaativat jatkuvaa, toisin sanoen yksisuuntaista virtaa toimiakseen. Radioaaltojen herättämä vaihtovirta vaihtoi suuntaa niin nopeasti, ettei mittaus olisi ollut mahdollista.
Fleming muisti, että hänellä oli useita mielenkiintoisia asioita, jotka keräävät pölyä kaapissaan - Edisonin merkkilamput. 1880-luvulla hän työskenteli Lontoon Edison Electric Lighting Companyn konsulttina ja työskenteli lamppujen tummumisen ongelman parissa. Hän sai tuolloin useita kopioita indikaattorista, mahdollisesti William Preeceltä, Britannian postilaitoksen sähköinsinööriltä, joka oli juuri palannut Philadelphian sähkönäyttelystä. Tuohon aikaan lennätin ja puhelin oli yleinen käytäntö Yhdysvaltojen ulkopuolella postipalveluissa, joten ne olivat sähköalan osaamiskeskuksia.
Myöhemmin, 1890-luvulla, Fleming itse tutki Edison-ilmiötä käyttämällä Preecestä hankittuja lamppuja. Hän osoitti, että vaikutus oli se, että virta kulki yhteen suuntaan: negatiivinen sähköpotentiaali voi virrata kuumasta filamentista kylmään elektrodiin, mutta ei päinvastoin. Mutta vasta vuonna 1904, kun hänen edessään oli tehtävä radioaaltojen havaitseminen, hän tajusi, että tätä tosiasiaa voitaisiin käyttää käytännössä. Edison-indikaattori sallii vain yksisuuntaisten AC-pulssien ylittää hehkulangan ja levyn välisen raon, mikä johtaa jatkuvaan ja yksisuuntaiseen virtaukseen.
Fleming otti yhden lampun, liitti sen sarjaan galvanometrin kanssa ja käynnisti kipinälähettimen. Voila - peili kääntyi ja valonsäde liikkui asteikolla. Se toimi. Se voisi mitata tarkasti saapuvan radiosignaalin.
Fleming-venttiilin prototyyppejä. Anodi on hehkulangan keskellä (kuumakatodi)
Fleming kutsui keksintöään "venttiiliksi", koska se salli sähkön virtauksen vain yhteen suuntaan. Yleisemmällä sähkötekniikalla se oli tasasuuntaaja - menetelmä vaihtovirran muuntamiseksi tasavirraksi. Sitten sitä kutsuttiin diodiksi, koska siinä oli kaksi elektrodia - kuuma katodi (hehkulanka), joka lähetti sähköä, ja kylmä anodi (levy), joka vastaanotti sen. Fleming esitteli useita parannuksia suunnitteluun, mutta pohjimmiltaan laite ei eronnut Edisonin valmistamasta merkkivalosta. Sen siirtyminen uuteen laatuun tapahtui ajattelutavan muutoksen seurauksena - olemme nähneet tämän ilmiön jo monta kertaa. Muutos tapahtui Flemingin pään ideamaailmassa, ei sen ulkopuolella olevien asioiden maailmassa.
Itse Fleming-venttiili oli hyödyllinen. Se oli paras kenttälaite radiosignaalien mittaamiseen ja hyvä ilmaisin sinänsä. Mutta hän ei ravistellut maailmaa. Elektroniikan räjähdysmäinen kasvu alkoi vasta sen jälkeen, kun Lee de Forest lisäsi kolmannen elektrodin ja muutti venttiilin releeksi.
Kuunteleminen
Lee de Forestilla oli epätavallinen kasvatus Yalen opiskelijalle. Hänen isänsä, pastori Henry de Forest, oli sisällissodan veteraani New Yorkista ja pastori. , ja uskoi vakaasti, että saarnaajana hänen tulisi levittää tiedon ja oikeuden jumalallista valoa. Totellen velvollisuutta hän otti vastaan kutsun tulla Talladega Collegen presidentiksi Alabamassa. Collegen perusti sisällissodan jälkeen New Yorkissa sijaitseva American Missionary Association. Se oli tarkoitettu paikallisten mustien asukkaiden kouluttamiseen ja ohjaamiseen. Siellä Lee tunsi olevansa kiven ja kovan paikan välissä - paikalliset mustat nöyryyttelivät häntä hänen naiivuutensa ja pelkuruutensa vuoksi, ja paikalliset valkoiset - siitä, että hän oli .
Ja kuitenkin nuorena miehenä de Forestilla oli vahva itseluottamus. Hän löysi mieltymyksen mekaniikkaan ja keksintöön - hänen pienoismallistaan veturista tuli paikallinen ihme. Teini-ikäisenä Talladegassa opiskellessaan hän päätti omistaa elämänsä keksinnölle. Sitten nuorena miehenä ja asuessaan New Havenin kaupungissa pastorin poika hylkäsi viimeisen uskonnollisen vakaumuksensa. He lähtivät vähitellen darwinismiin tutustumisen johdosta, ja sitten heidät puhallettiin pois kuin tuuli hänen isänsä ennenaikaisen kuoleman jälkeen. Mutta hänen kohtalonsa tunne ei jättänyt de Forestia - hän piti itseään neroina ja yritti tulla toiseksi Nikola Teslaksi, rikkaaksi, kuuluisaksi ja salaperäiseksi sähköaikakauden velhoksi. Hänen Yale-luokkatoverinsa pitivät häntä omahyväisenä tuulipussina. Hän saattaa olla vähiten suosittu mies, jonka olemme koskaan tavanneet historiamme aikana.
de Forest, noin 1900
Valmistuttuaan Yalen yliopistosta vuonna 1899 de Forest päätti hallita kehittyvän langattoman signaalinsiirron taiteen tiena vaurauteen ja kuuluisuuteen. Seuraavina vuosikymmeninä hän ryntäsi tälle tielle suurella määrätietoisesti ja luottamuksella ja epäröimättä. Kaikki alkoi de Forestin ja hänen kumppaninsa Ed Smythen yhteistyöstä Chicagossa. Smythe piti yrityksensä pinnalla säännöllisillä maksuilla, ja yhdessä he kehittivät oman radioaaltoilmaisimen, joka koostui kahdesta metallilevystä, joita pidettiin yhdessä liimalla, jota de Forest kutsui "pastaksi" [goo]. Mutta de Forest ei voinut odottaa kauan palkintoja neroistaan. Hän pääsi eroon Smythesta ja teki yhteistyötä hämärän New Yorkin rahoittajan kanssa nimeltä Abraham White [ironisesti vaihtanut nimensä siitä, mikä hänelle syntyi syntyessään, Schwartz piilottaakseen synkät asiansa. Valkoinen/valkoinen – (englanniksi) valkoinen, Schwarz/Schwarz – (saksaksi) musta / n. käännös], joka avasi De Forest Wireless Telegraph Companyn.
Itse yrityksen toiminta oli toissijaista molemmille sankareillemme. Valkoinen käytti hyväkseen ihmisten tietämättömyyttä peittääkseen taskunsa. Hän huijasi miljoonia sijoittajilta, jotka kamppailivat pysyäkseen odotetun radiobuumin tahdissa. Ja de Forest keskittyi näiden "imkarien" runsaan rahavirran ansiosta todistamaan neronsa kehittämällä uuden amerikkalaisen langattoman tiedonsiirtojärjestelmän (toisin kuin Marconin ja muiden kehittämä eurooppalainen järjestelmä).
Valitettavasti amerikkalaiselle järjestelmälle de Forestin ilmaisin ei toiminut erityisen hyvin. Hän ratkaisi tämän ongelman joksikin aikaa lainaamalla Reginald Fessendenin patentoitua suunnittelua ilmaisimelle, jota kutsutaan "nestekauppiaiksi" - kaksi platinalankaa upotettuna rikkihappohauteeseen. Fessenden nosti kanteen patentinloukkauksesta - ja hän olisi ilmeisesti voittanut tämän oikeudenkäynnin. De Forest ei voinut levätä ennen kuin keksi uuden, vain hänelle kuuluvan ilmaisimen. Syksyllä 1906 hän ilmoitti tällaisen ilmaisimen luomisesta. Kahdessa erillisessä kokouksessa American Institute of Electrical Engineeringissä de Forest kuvaili uutta langatonta ilmaisintaan, jota hän kutsui Audioniksi. Mutta sen todellinen alkuperä on kyseenalainen.
Jonkin aikaa de Forestin yritykset rakentaa uusi ilmaisin pyörivät virran ohjaamisessa liekin läpi. , joka hänen mielestään voisi olla epäsymmetrinen johdin. Ilmeisesti ideaa ei kruunannut menestys. Jossain vaiheessa vuonna 1905 hän sai tietää Fleming-venttiilistä. De Forest sai päähänsä, että tämä venttiili ja sen poltinpohjainen laite eivät pohjimmiltaan eroa toisistaan - jos korvaisit kuuman kierteen liekillä ja peittäisit sen lasikupulla kaasun rajoittamiseksi, saat saman venttiilin. Hän kehitti sarjan patentteja, jotka seurasivat Flemingiä edeltäneiden venttiilikeksintöjen historiaa käyttämällä kaasuliekkiilmaisimia. Hän ilmeisesti halusi antaa itselleen etusijaa keksinnössä ohittaen Flemingin patentin, koska työ Bunsen-polttimella edelsi Flemingin työtä (ne olivat jatkuneet vuodesta 1900).
On mahdotonta sanoa, oliko kyseessä itsepetos vai petos, mutta tuloksena oli de Forestin elokuussa 1906 patentti "tyhjälle lasiastialle, joka sisältää kaksi erillistä elektrodia, joiden välissä on kaasumainen väliaine, joka riittävän kuumennettaessa muuttuu johteeksi ja muodostaa aistivan elementin." Laitteen varusteet ja toiminta ovat Flemingin ansiota ja toiminnan selitys De Forestilta. De Forest hävisi lopulta patenttikiistan, vaikka se kesti kymmenen vuotta.
Innokas lukija saattaa jo ihmetellä, miksi käytämme niin paljon aikaa tähän mieheen, jonka itsensä julistama nero oli välittää muiden ideoita omakseen? Syynä on Audionin vuoden 1906 viimeisten kuukausien aikana tapahtuneet muutokset.
Siihen mennessä de Forestilla ei ollut työtä. White ja hänen kumppaninsa välttyivät vastuulta Fessendenin kanteesta perustamalla uuden yrityksen, United Wirelessin, ja lainaamalla sille American De Forestin omaisuutta 1 dollarilla. De Forest potkittiin ulos 1000 dollarin korvauksella ja useilla hyödyttömillä patenteilla, mukaan lukien Audionin patentti. Ylelliseen elämäntyyliin tottunut hän kohtasi vakavia taloudellisia vaikeuksia ja yritti epätoivoisesti tehdä Audionista suuren menestyksen.
Jotta ymmärtäisit, mitä seuraavaksi tapahtui, on tärkeää tietää, että de Forest uskoi keksineensä releen - toisin kuin Fleming-tasasuuntaaja. Hän teki Audioninsa liittämällä akun kylmään venttiililevyyn ja uskoi, että antennipiirin signaali (kytkettynä kuumaan filamenttiin) moduloi suurempaa virtaa akkupiirissä. Hän oli väärässä: nämä eivät olleet kaksi piiriä, akku yksinkertaisesti siirsi signaalia antennista sen sijaan, että se olisi vahvistanut sitä.
Mutta tästä virheestä tuli kriittinen, koska se johti de Forestin kokeisiin kolvissa olevalla kolmannella elektrodilla, jonka piti edelleen irrottaa tämän "releen" kaksi piiriä. Aluksi hän lisäsi toisen kylmäelektrodin ensimmäisen viereen, mutta sitten, ehkä fyysikkojen katodisädelaitteiden säteiden ohjaamiseen käyttämien ohjausmekanismien vaikutuksesta, hän siirsi elektrodin hehkulangan ja ensisijaisen levyn väliin. Hän päätti, että tämä asento voi keskeyttää sähkövirran, ja muutti kolmannen elektrodin muodon levystä aaltoilevaksi langaksi, joka muistutti raspia - ja kutsui sitä "verkoksi".
1908 Audion triodi. Vasemmalla oleva kierre (katkaistu) on katodi, aaltoileva lanka on verkko, pyöristetty metallilevy on anodi. Siinä on edelleen kierteet kuin tavallisessa hehkulampussa.
Ja se oli todella viesti. Heikko virta (kuten radioantennin tuottama) verkkoon voi ohjata paljon voimakkaampaa virtaa hehkulangan ja levyn välillä, mikä hylkii varautuneita hiukkasia, jotka yrittivät kulkea niiden välillä. Tämä ilmaisin toimi paljon paremmin kuin venttiili, koska se ei vain tasannut, vaan myös vahvisti radiosignaalia. Ja kuten venttiili (ja toisin kuin kohereri), se pystyi tuottamaan jatkuvan signaalin, mikä mahdollisti radiolennättimen lisäksi myös radiopuhelimen (ja myöhemmin - äänen ja musiikin siirron).
Käytännössä se ei toiminut erityisen hyvin. De Forestin audiot olivat nirsoja, paloivat nopeasti loppuun, tuotannossa ei ollut johdonmukaisuutta ja ne olivat tehottomia vahvistimina. Jotta tietty Audion toimisi oikein, piirin sähköiset parametrit oli säädettävä siihen.
Siitä huolimatta de Forest uskoi keksintöönsä. Hän perusti sen mainostamiseksi uuden yrityksen, De Forest Radio Telephone Companyn, mutta myynti oli vähäistä. Suurin menestys oli laitteiden myynti laivastolle laivaston sisäiseen puheluun maailman ympäri.". Laivaston komentajalla ei kuitenkaan ollut aikaa saada de Forestin lähettimiä ja vastaanottimia töihin ja kouluttaa miehistöä niiden käyttöön, ja käski ne pakata ja jättää varastoon. Lisäksi De Forestin uusi yritys, jota johti Abraham Whiten seuraaja, ei ollut kunnollisempi kuin edellinen. Epäonnensa lisäämiseksi hän huomasi pian olevansa syytettynä petoksesta.
Viiden vuoden aikana Audion ei saavuttanut mitään. Puhelimella olisi jälleen kerran keskeinen rooli digitaalisen releen kehittämisessä, tällä kertaa pelastaen lupaavan, mutta testaamattoman teknologian, joka oli unohduksen partaalla.
Ja taas puhelin
Kaukoviestintäverkko oli AT&T:n keskushermosto. Se yhdisti monia paikallisia yrityksiä ja tarjosi keskeisen kilpailuedun Bellin patenttien päättyessä. Liittymällä AT&T-verkkoon uusi asiakas voisi teoriassa tavoittaa kaikki muut tilaajat tuhansien kilometrien päästä – vaikka todellisuudessa kaukopuheluita soitettiin harvoin. Verkosto oli myös aineellinen perusta yrityksen kattavalle ideologialle "Yksi politiikka, yksi järjestelmä, yhden luukun palvelu".
Mutta XNUMX-luvun toisen vuosikymmenen alussa tämä verkko saavutti fyysisen maksiminsa. Mitä pidemmälle puhelinjohdot venyivät, sitä heikommaksi ja kohinaisemmaksi niiden läpi kulkeva signaali muuttui, ja sen seurauksena puhe muuttui lähes kuulumattomaksi. Tämän vuoksi Yhdysvalloissa oli itse asiassa kaksi AT&T-verkkoa, joita erottaa mannermainen harju.
Itäverkon osalta New York oli tappi, ja mekaaniset toistimet ja – nauha, joka määritti, kuinka kauas ihmisääni voi kulkea. Mutta nämä tekniikat eivät olleet kaikkivoipa. Kelat muuttivat puhelinpiirin sähköisiä ominaisuuksia vähentäen puhetaajuuksien vaimennusta - mutta ne pystyivät vain vähentämään sitä, eivät poistamaan sitä. Mekaaniset toistimet (vain puhelimen kaiutin yhdistettynä vahvistimeen) lisäsivät kohinaa jokaisella toistolla. Vuoden 1911 linja New Yorkista Denveriin vei nämä valjaat maksimipituuksiinsa. Verkoston laajentamisesta koko mantereelle ei puhuttu. Kuitenkin vuonna 1909 John Carty, AT&T:n pääinsinööri, lupasi julkisesti tehdä juuri niin. Hän lupasi tehdä tämän viiden vuoden kuluttua - siihen mennessä, kun hän aloitti San Franciscossa vuonna 1915.
Ensimmäinen henkilö, joka teki tällaisen yrityksen uuden puhelinvahvistimen avulla mahdolliseksi, ei ollut amerikkalainen, vaan tieteestä kiinnostuneen rikkaan wieniläisen perheen perillinen. Olla nuori Vanhempiensa avulla hän osti puhelinvalmistusyrityksen ja ryhtyi valmistamaan puhelinvahvistinta. Vuoteen 1906 mennessä hän oli valmistanut katodisädeputkiin perustuvan releen, jota käytettiin tuolloin laajalti fysiikan kokeissa (ja myöhemmin siitä tuli perusta XNUMX-lukua hallitsevalle videonäyttötekniikalle). Heikko saapuva signaali ohjasi sähkömagneettia, joka taivutti säteen moduloiden voimakkaampaa virtaa pääpiirissä.
Vuoteen 1910 mennessä von Lieben ja hänen kollegansa Eugene Reise ja Sigmund Strauss oppivat de Forestin Audionesta ja korvasivat putken magneetin katodisäteitä ohjaavalla ristikolla – tämä rakenne oli tehokkain ja ylivoimaisin kaikkiin Yhdysvalloissa valmistettuihin. valtioita tuolloin. Saksalainen puhelinverkko otti pian käyttöön von Lieben -vahvistimen. Vuonna 1914 hänen ansiostaan Itä-Preussin armeijan komentaja soitti hermostuneen puhelun Saksan päämajaan, joka sijaitsee 1000 kilometrin päässä Koblenzissa. Tämä pakotti esikuntapäällikön lähettämään kenraalit Hindenbergin ja Ludendorffin itään, ikuiseen kunniaan ja vakavin seurauksin. Samankaltaiset vahvistimet yhdistivät myöhemmin Saksan päämajan kenttäarmeijoiden kanssa etelässä ja idässä aina Makedoniaan ja Romaniaan asti.
Kopio von Liebenin parannetusta katodisädereleestä. Katodi on alaosassa, anodi on kela ylhäällä ja ristikko on pyöreä metallikalvo keskellä.
Kielelliset ja maantieteelliset esteet sekä sota kuitenkin johtivat siihen, että tämä malli ei päässyt Yhdysvaltoihin, ja muut tapahtumat ohittivat sen pian.
Sillä välin de Forest jätti epäonnistuneen Radio Telephone Companyn vuonna 1911 ja pakeni Kaliforniaan. Siellä hän sai työpaikan Federal Telegraph Companyssa Palo Altossa, jonka perusti Stanfordista valmistunut . Nimellisesti de Forest toimisi vahvistimella, joka lisäisi liittovaltion radiolähdön äänenvoimakkuutta. Itse asiassa hän, Herbert van Ettan (kokenut puhelininsinööri) ja Charles Logwood (vastaanottimen suunnittelija) päättivät luoda puhelinvahvistimen, jotta he kolme voisivat voittaa AT&T:n palkinnon, jonka huhuttiin olevan miljoona dollaria.
Tätä varten de Forest otti Audionin mezzanine-tasolta, ja vuoteen 1912 mennessä hänellä ja hänen kollegoillaan oli jo laite valmiina esittelyyn puhelinyhtiössä. Se koostui useista sarjaan kytketyistä audioneista, jotka loivat vahvistusta useissa vaiheissa, ja useista muista apukomponenteista. Laite todella toimi – se saattoi vahvistaa signaalia tarpeeksi, jotta kuulet nenäliinan putoavan tai taskukellon tikittävän. Mutta vain virroilla ja jännitteillä, jotka ovat liian pieniä ollakseen hyödyllisiä puhelintoiminnassa. Virran kasvaessa audionit alkoivat lähettää sinistä hehkua ja signaali muuttui kohinaksi. Mutta puhelinteollisuus oli tarpeeksi kiinnostunut viemään laitteen insinöörilleen ja katsomaan, mitä he voisivat tehdä sillä. Sattui niin, että yksi heistä, nuori fyysikko Harold Arnold, tiesi tarkalleen kuinka korjata vahvistin Federal Telegraphista.
On aika keskustella siitä, miten venttiili ja Audion toimivat. Heidän työnsä selittämiseen tarvittava keskeinen näkemys saatiin Cambridgessa sijaitsevasta Cavendish Laboratorysta, uuden elektronifysiikan aivoriihistä. Vuonna 1899 siellä J. J. Thomson osoitti katodisädeputkilla tehdyissä kokeissa, että hiukkanen, jolla on massa ja joka tuli myöhemmin tunnetuksi elektronina, kuljettaa virtaa katodista anodille. Muutaman seuraavan vuoden aikana Owen Richardson, Thomsonin kollega, kehitti tämän ehdotuksen termionisen emission matemaattiseksi teoriaksi.
Ambrose Fleming, insinööri, joka työskenteli lyhyen junamatkan päässä Cambridgesta, tunsi nämä teokset. Hänelle oli selvää, että hänen venttiilinsä toimi kuumennetusta filamentista peräisin olevien elektronien termionisen emission vuoksi, joka ylitti tyhjiövälin kylmälle anodille. Mutta merkkivalon tyhjiö ei ollut syvä - tämä ei ollut välttämätöntä tavalliselle hehkulampulle. Se riitti pumppaamaan tarpeeksi happea, jotta lanka ei syttynyt tuleen. Fleming tajusi, että jotta venttiili toimisi parhaiten, se oli tyhjennettävä mahdollisimman perusteellisesti, jotta jäljellä oleva kaasu ei häiritse elektronien virtausta.
De Forest ei ymmärtänyt tätä. Koska hän tuli venttiiliin ja Audioniin Bunsen-polttimella tehtyjen kokeiden kautta, hänen uskomuksensa oli päinvastainen - että kuuma ionisoitu kaasu oli laitteen käyttöneste ja että sen täydellinen poistaminen johtaisi toiminnan lopettamiseen. Tästä syystä Audion oli niin epävakaa ja epätyydyttävä radiovastaanottimena, ja miksi se säteili sinistä valoa.
Arnold AT&T:llä oli ihanteellisessa asemassa korjaamaan de Forestin virheen. Hän oli fyysikko, joka oli opiskellut Robert Millikanin johdolla Chicagon yliopistossa, ja hänet palkattiin erityisesti soveltamaan uuden elektronisen fysiikan tietämystään rannikolta rannikolle ulottuvan puhelinverkon rakentamiseen. Hän tiesi, että Audion-putki toimisi parhaiten lähes täydellisessä tyhjiössä, hän tiesi, että uusimmat pumput pystyvät saavuttamaan tällaisen tyhjiön, hän tiesi, että uudentyyppinen oksidipinnoitettu filamentti yhdessä suuremman levyn ja ristikon kanssa voisi myös lisää elektronien virtausta. Lyhyesti sanottuna hän muutti Audionista tyhjiöputken, elektroniikkaajan ihmetyöntekijän.
AT&T:llä oli tehokas vahvistin, joka tarvittiin mannertenvälisen linjan rakentamiseen – sillä ei vain ollut oikeuksia käyttää sitä. Yrityksen edustajat käyttäytyivät epäuskoisesti neuvotteluissa de Forestin kanssa, mutta aloittivat erillisen keskustelun kolmannen osapuolen asianajajan kautta, joka onnistui ostamaan oikeudet käyttää Audionia puhelimen vahvistimena 50 000 dollarilla (noin 1,25 miljoonaa dollaria vuonna 2017). New York–San Francisco -linja avautui juuri ajoissa, mutta enemmän teknisen virtuoosin ja yritysmainonnan voittona kuin viestintävälineenä. Puhelut maksoivat niin tähtitieteelliset, että melkein kukaan ei voinut käyttää sitä.
Elektroniikan aikakausi
Oikeasta tyhjiöputkesta on tullut aivan uuden elektronisten komponenttien puun juuri. Kuten rele, tyhjiöputki laajensi jatkuvasti sovelluksiaan, kun insinöörit löysivät uusia tapoja räätälöidä sen suunnittelu tiettyjen ongelmien ratkaisemiseksi. "-od"-heimon kasvu ei päättynyt diodeihin ja triodeihin. Se jatkui kanssa , joka lisäsi ylimääräisen ruudukon, joka tuki vahvistusta piirin elementtien kasvun myötä. Seuraavaksi ilmestyi , , ja jopa . Elohopeahöyryllä täytettyjä tyratroneja ilmestyi hehkuen pahaenteisellä sinisellä valolla. Pienoislamput ovat pikkuvarpaan tai jopa tammenterhojen kokoisia. Epäsuorat katodilamput, joissa vaihtovirtalähteen humina ei häirinnyt signaalia. Vacuum Tube -saaga, joka kertoo putkiteollisuuden kasvusta vuoteen 1930 asti, luettelee yli 1000 XNUMX eri mallia indeksien mukaan - vaikka monet olivatkin laittomia kopioita epäluotettavilta merkeiltä: Ultron, Perfectron, Supertron, Voltron ja niin edelleen.
Muotoilua tärkeämpää oli tyhjiöputken käyttötarkoitukset. Regeneratiiviset piirit muuttivat triodin lähettimeksi – luoden tasaisia ja jatkuvia siniaaltoja ilman meluisia kipinöitä, jotka pystyvät välittämään äänen täydellisesti. Vuonna 1901 Marconi pystyi tuskin välittämään pienen palan morsekoodia kapean Atlantin ylitse koheerin ja kipinöiden avulla. Vuonna 1915 AT&T pystyi välittämään ihmisäänen Arlingtonista Virginian osavaltiosta Honoluluun käyttämällä tyhjiöputkea sekä lähettimenä että vastaanottimena – kaksinkertaisen etäisyyden. 1920-luvulla he yhdistivät kaukopuhelut korkealaatuiseen äänilähetykseen luodakseen ensimmäiset radioverkot. Niinpä pian koko kansakunta voisi kuunnella samaa ääntä radiosta, oli se sitten Roosevelt tai Hitler.
Lisäksi kyky luoda lähettimiä, jotka on viritetty tarkalle ja vakaalle taajuudelle, antoi tietoliikenneinsinöörit toteuttaa pitkäaikaisen unelman taajuusmultipleksoinnista, joka houkutteli Alexander Bellia, Edisonia ja muita neljäkymmentä vuotta sitten. Vuoteen 1923 mennessä AT&T:llä oli kymmenen kanavainen äänilinja New Yorkista Pittsburghiin. Mahdollisuus lähettää useita ääniä yhden kuparilangan kautta alensi radikaalisti kaukopuheluiden kustannuksia, jotka olivat korkeiden kustannustensa vuoksi aina olleet edullisia vain rikkaimmille ihmisille ja yrityksille. Nähdessään, mitä tyhjiöputket voisivat tehdä, AT&T lähetti asianajajansa ostamaan lisäoikeuksia de Forestilta varmistaakseen oikeudet käyttää Audionia kaikissa käytettävissä olevissa sovelluksissa. Yhteensä he maksoivat hänelle 390 000 dollaria, mikä tämän päivän rahassa vastaa noin 7,5 miljoonaa dollaria.
Näin monipuolisuuden vuoksi tyhjiöputket eivät hallinneet ensimmäisen sukupolven tietokoneita samalla tavalla kuin radioita ja muita tietoliikennelaitteita? Ilmeisesti triodi voisi olla digitaalinen kytkin, kuten rele. Niin ilmeistä, että de Forest jopa uskoi luoneensa viestin ennen kuin hän loi sen. Ja triodi oli paljon herkempi kuin perinteinen sähkömekaaninen rele, koska sen ei tarvinnut fyysisesti siirtää ankkuria. Tyypillinen rele vaati muutaman millisekunnin kytkeytyä, ja vuon muutos katodista anodille johtuen verkon sähköpotentiaalin muutoksesta oli lähes välitöntä.
Mutta lampuilla oli selvä haitta releisiin verrattuna: niiden taipumus, kuten edeltäjänsä, hehkulamput, palaa loppuun. Alkuperäisen Audion de Forestin käyttöikä oli niin lyhyt - noin 100 tuntia -, että siinä oli ylimääräinen hehkulanka lampussa, joka piti kytkeä ensimmäisen palamisen jälkeen. Tämä oli erittäin huonoa, mutta sen jälkeenkään laadukkaimpien lamppujen ei voitu odottaa kestäneen useita tuhansia tunteja. Tietokoneille, joissa oli tuhansia lamppuja ja tuntikausia laskelmia, tämä oli vakava ongelma.
Sen sijaan releet olivat George Stibitzin mukaan "upeasti luotettavia". Niin paljon, että hän väitti niin
Jos joukko U-muotoisia releitä alkaisi aikakautemme ensimmäisenä vuonna ja vaihtaisi kontaktin kerran sekunnissa, ne toimisivat edelleen. Ensimmäistä vikaa kosketuksessa voitiin odottaa aikaisintaan tuhat vuotta myöhemmin, jossain vuonna 3000.
Lisäksi ei ollut kokemusta suurista elektronisista piireistä, jotka olisivat verrattavissa puhelininsinöörien sähkömekaanisiin piireihin. Radioissa ja muissa laitteissa voisi olla 5-10 lamppua, mutta ei satoja tuhansia. Kukaan ei tiennyt, olisiko mahdollista saada 5000 lampun tietokone toimimaan. Valitsemalla releet putkien sijaan tietokonesuunnittelijat tekivät turvallisen ja konservatiivisen valinnan.
Seuraavassa osassa näemme, kuinka ja miksi nämä epäilykset voitettiin.
Lähde: will.com