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В nous avons appris comment un scientifique et enseignant américain J'ai voyagé à travers l'Europe pour la première fois. Lors de sa visite à Londres, il rendit une visite spéciale à un homme qu'il respectait profondément, un mathématicien. . Aux côtés d'Henry se trouvaient son ami Alexander Bach et sa nouvelle connaissance, également expérimentateur dans le domaine du télégraphe, . Babbage a déclaré aux invités qu'il allait bientôt faire une démonstration de sa machine à calculer au député, mais avec un plaisir encore plus grand, il a partagé avec eux l'idée de sa nouvelle machine, "qui dépassera largement les capacités de la première". Henry a enregistré des informations générales sur ce plan dans son journal :
Cette machine est divisée en deux parties, dont l'une que M. B. appelle un entrepôt, et la seconde un moulin. Le stockage est rempli de roues sur lesquelles sont peints des chiffres. Périodiquement, des leviers les extraient et les déplacent dans le broyeur, où s'effectuent les manipulations nécessaires. Une fois terminée, cette machine sera capable de tabuler n'importe quelle formule de nature algébrique.
L’historien ne peut s’empêcher de ressentir un frisson lui parcourir le dos à la suite de ces intersections aléatoires de vies humaines. Ici, deux fils de l'histoire des machines informatiques se sont croisés, l'un touchant à sa fin et l'autre ne faisant que commencer.
Après tout, bien que la machine de Babbage soit souvent présentée comme le début de l’histoire des ordinateurs universels modernes, le lien entre eux est plutôt faible. Sa machine (qu’il n’a jamais construite) était l’aboutissement du rêve de l’informatique mécanique. Ce rêve, exprimé pour la première fois par Leibniz, s'inspire des mécanismes horlogers de plus en plus complexes créés par les artisans depuis la fin du Moyen Âge. Mais aucun ordinateur généraliste n’a été construit sur la mécanique pure : la tâche est trop difficile.
Mais le relais électromagnétique, conçu par Henry et d'autres, peut être assez facilement mis en œuvre dans des circuits informatiques dont la complexité semblerait inimaginable sans lui. Cependant, ce moment était encore loin d’être atteint dans des décennies, et Henry et ses contemporains n’auraient pas pu prévoir une telle évolution. Il est devenu l’ancêtre d’innombrables transistors qui ont rendu possible le monde numérique d’aujourd’hui, si étroitement lié à nos vies modernes. Les relais remplissaient les entrailles des premiers ordinateurs programmables, régnant brièvement avant d'être remplacés par leurs cousins purement électroniques.
Les relais ont été inventés plusieurs fois indépendamment dans les années 1830. Ses objectifs étaient variés (cinq de ses inventeurs ont proposé au moins trois applications) - tout comme les exemples d'utilisation. Mais il est pratique de le considérer comme un appareil à double usage. Il peut être utilisé comme interrupteur contrôlant un autre appareil électrique (y compris, surtout, un autre relais), ou comme amplificateur qui transforme un signal faible en un signal fort.
Commutateur
Joseph Henry combinait en une seule personne une connaissance approfondie de la philosophie naturelle, de la mécanique et un intérêt pour le problème du télégraphe mécanique. Dans les années 1830, Wheatstone était peut-être le seul à posséder un tel ensemble de qualités. En 1831, il avait construit un circuit de 2,5 km de long capable de faire fonctionner une cloche à l'aide de l'aimant le plus puissant jamais construit. Peut-être que s'il avait continué à travailler si activement sur le télégraphe et avait fait preuve de la même persévérance que Morse, son nom aurait été inclus dans les manuels.
Mais Henry, professeur à l'Académie d'Albany et plus tard au College of New Jersey (aujourd'hui l'Université de Princeton), a construit et amélioré des appareils électriques à des fins de recherche, d'enseignement et de démonstration scientifique. Il n’était pas intéressé à transformer un outil pédagogique en système de messagerie.
Vers 1835, il propose une démonstration particulièrement ingénieuse utilisant deux circuits. Rappelez-vous qu'Henry a découvert deux dimensions de l'électricité : l'intensité et la quantité (nous les appelons tension et courant). Il a créé des circuits avec des batteries intensives et des aimants pour transmettre l'électromagnétisme sur de longues distances, ainsi que des circuits avec des batteries et des aimants quantitatifs pour créer des forces électromagnétiques de haute puissance.
Sa nouvelle unité combinait les deux propriétés. Un puissant électro-aimant quantitatif pourrait soulever une charge de plusieurs centaines de kilogrammes. Un aimant intense au bout d’une longue boucle était utilisé pour soulever un petit fil métallique : un interrupteur. La fermeture du circuit intensif a amené l'aimant à soulever le fil, ce qui a ouvert l'interrupteur et le circuit quantitatif. L’électro-aimant quantitatif laissa alors soudainement tomber sa charge avec un fracas assourdissant.
Ce relais - et c'est le rôle joué par un aimant intense et son fil - était nécessaire pour démontrer la transformation de l'énergie électrique en énergie mécanique, ainsi que comment une petite force peut en contrôler une grande. Tremper légèrement le fil dans l'acide pour terminer le circuit ferait légèrement bouger le petit interrupteur, ce qui entraînerait le désastre d'une chute de suffisamment de métal pour écraser toute personne assez stupide pour se tenir en dessous. Pour Henry, le relais était un outil de démonstration de principes scientifiques. C'était un levier électrique.
Henry fut probablement le premier à connecter deux circuits de cette manière - de sorte qu'en utilisant l'électromagnétisme d'un circuit, il contrôlait l'autre. La deuxième place, à notre connaissance, appartient à William Cook et Charles Wheatstone, même s'ils avaient des objectifs complètement différents.
En mars 1836, peu de temps après avoir assisté à Heidelberg à une démonstration d'un télégraphe utilisant une aiguille galvanique pour transmettre des signaux, Cook s'inspire d'une boîte à musique. Cook pensait que l'utilisation d'aiguilles pour représenter des lettres dans un vrai télégraphe nécessiterait plusieurs aiguilles, et celles-ci nécessiteraient plusieurs circuits. Cook voulait que l'électro-aimant active le mécanisme, qui pourrait déjà être aussi complexe que souhaité pour démontrer la lettre souhaitée.
Il imaginait une machine ressemblant à une boîte à musique, avec un barillet entouré de nombreuses épingles. D'un côté du canon, il devrait y avoir une échelle circulaire avec des lettres. Il devrait y avoir une telle boîte à chaque extrémité de la ligne télégraphique. Le ressort chargé devrait faire tourner le barillet, mais la plupart du temps, il sera verrouillé en place par la butée. Lorsque la touche télégraphique est enfoncée, le circuit se ferme, ce qui active les électro-aimants qui ouvrent les deux serrures et les deux machines tournent. Lorsque la lettre souhaitée apparaît sur l'échelle, la clé est relâchée, les serrures s'enclenchent et arrêtent le mouvement des barillets. Cook, sans le savoir, a recréé le modèle chronométrique du télégraphe de Ronald, inventé deux décennies plus tôt, ainsi que les premières expériences des frères Shapp avec le télégraphe (seulement ils utilisaient le son, pas l'électricité, pour synchroniser les cadrans).
Cook s'est rendu compte que le même mécanisme pourrait aider à résoudre un problème de longue date du télégraphe : informer le destinataire d'un nouveau message. Pour ce faire, vous pouvez utiliser un deuxième circuit avec un autre électro-aimant, qui activerait une cloche mécanique. La fermeture du circuit rétracterait le bouchon et la cloche sonnerait.
En mars 1837, Cook commença à travailler avec Wheatstone sur le télégraphe et, à cette époque, ils commencèrent à réfléchir à la nécessité d'un deuxième circuit. Au lieu d'installer un circuit indépendant pour le signal d'alarme (et de faire passer des kilomètres de fils supplémentaires), ne serait-il pas plus facile d'utiliser le circuit principal pour contrôler le signal ?
À cette époque, Cook et Wheatstone étaient revenus à la conception de l'aiguille et il était tout à fait évident qu'un petit morceau de fil pouvait être connecté à une aiguille de telle sorte que, lorsque son extrémité était attirée par un électro-aimant, sa queue complétait un deuxième circuit. Ce circuit piloterait le signal. Après un certain intervalle, pendant lequel le destinataire du message pouvait avoir le temps de se réveiller, d'éteindre le signal et de préparer un crayon et du papier, l'aiguille pouvait déjà être utilisée pour transmettre le message comme d'habitude.
En deux ans, sur deux continents, à deux reprises, dans deux buts différents, on s'est rendu compte qu'un électro-aimant pouvait servir d'interrupteur pour commander un autre circuit. Mais il était aussi possible d’imaginer une manière complètement différente d’interagir entre les deux circuits.
Amplificateur
À l’automne 1837, Samuel Morse était convaincu que son idée du télégraphe électrique pourrait fonctionner. Grâce à la batterie intense et à l'aimant d'Henry, il a envoyé des messages sur une distance d'un demi-kilomètre. Mais pour prouver au Congrès que son télégraphe pouvait transmettre des messages à travers le continent, il lui fallait bien plus. Il était clair que quelle que soit la puissance des batteries, à un moment donné, le circuit deviendrait trop long pour transmettre un signal intelligible à l’autre extrémité. Mais Morse s'est rendu compte que, malgré la forte baisse de puissance avec la distance, l'électro-aimant pouvait ouvrir et fermer un autre circuit, alimenté par sa propre batterie, qui à son tour pourrait transmettre le signal plus loin. Le processus peut être répété autant de fois que nécessaire et couvrir des distances de n’importe quelle longueur. C’est pourquoi ces aimants intermédiaires étaient appelés « relais », comme les postes de change des chevaux. Ils reçurent le message électrique de leur partenaire affaibli et le portèrent plus loin avec une vigueur renouvelée.
Il est impossible de déterminer si cette idée a été inspirée par les travaux de Henry, mais Morse fut certainement le premier à utiliser des relais à cette fin. Pour lui, un relais n'était pas un interrupteur, mais un amplificateur, capable de transformer un signal faible en un signal fort.
De l'autre côté de l'Atlantique à peu près à la même époque , un pharmacien londonien, a eu une idée similaire. Il s'est probablement intéressé au télégraphe vers 1835. Au début de 1837, il expérimentait régulièrement un circuit d'un kilomètre et demi à Regent's Park, au nord-ouest de Londres.
Peu de temps après la rencontre de Cook et Wheatstone en mars 1837, Davy sentit la concurrence et commença à réfléchir plus sérieusement à la construction d'un système pratique. Il a remarqué que la force de déviation de l’aiguille galvanique diminuait nettement à mesure que la longueur du fil augmentait. Comme il l’écrira plusieurs années plus tard :
Puis j'ai pensé que le moindre mouvement de l'aiguille, l'épaisseur d'un cheveu, suffirait à mettre en contact deux surfaces métalliques, complétant ainsi un nouveau circuit dépendant de la batterie locale ; et cela peut se répéter pour toujours.
Davey a appelé cette idée de transformer un signal électrique faible en un signal fort un « rappel électrique ». Mais il n’a pas réalisé cette idée ni aucune autre idée concernant le télégraphe. Il reçut un brevet pour le télégraphe en 1838, indépendamment de Cook et Wheatstone. Mais en 1839, il s'embarque pour l'Australie, fuyant un mariage malheureux, et laisse le champ d'activité aux concurrents. Leur société de télégraphie a acheté ce brevet quelques années plus tard.
Relais dans le monde
Dans l’histoire de la technologie, nous accordons beaucoup d’attention aux systèmes, mais ignorons souvent leurs composants. Nous retraçons l'histoire du télégraphe, du téléphone, de la lumière électrique et baignons leurs créateurs dans les rayons chauds de notre approbation. Mais ces systèmes n’ont pu émerger que grâce à la combinaison, la recombinaison et la modification d’éléments existants qui ont grandi tranquillement dans l’ombre.
Un relais est l'un de ces éléments. Elle évolue et se diversifie rapidement lorsque les réseaux télégraphiques commencent à proliférer dans les années 1840 et 1850. Au cours du siècle suivant, il est apparu dans des systèmes électriques de toutes sortes. La première modification consistait à utiliser une armature métallique rigide, comme sur un signal télégraphique, pour compléter le circuit. Après avoir éteint l'électro-aimant, l'armature a été déconnectée du circuit à l'aide d'un ressort. Ce mécanisme était plus fiable et plus durable que des morceaux de fil ou des aiguilles. Des modèles fermés par défaut ont également été développés, en plus de la conception originale ouverte par défaut.
Un relais typique de la fin du XNUMXème siècle. Le ressort T empêche l'armature B d'entrer en contact avec la borne C. Lorsque l'électro-aimant M est activé, il surmonte le ressort et complète le circuit entre le fil W et la borne C.
Dans les premières années de la télégraphie, les relais étaient rarement utilisés comme amplificateurs ou « renouvelleurs » puisqu'un seul circuit pouvait s'étendre sur 150 km. Mais ils étaient très utiles pour combiner de longues lignes à faible courant avec des lignes locales à haute tension qui pouvaient être utilisées pour alimenter d'autres machines, par exemple un enregistreur Morse.
Des dizaines de brevets déposés aux États-Unis dans la seconde partie du XIXe siècle décrivaient de nouveaux types de relais et leurs nouvelles applications. Un relais différentiel, qui divisait la bobine de manière à ce que l'effet électromagnétique soit annulé dans un sens et amplifié dans l'autre, permettait l'utilisation de la télégraphie duplex : deux signaux voyageant dans des directions opposées sur un fil. Thomas Edison a utilisé un relais polarisé (ou polarisé) pour créer un quadruplex capable d'envoyer 4 signaux simultanément sur un seul fil : deux dans chaque direction. Dans un relais polarisé, l'armature elle-même était un aimant permanent qui répondait à la direction du courant plutôt qu'à la force. Grâce aux aimants permanents, il a été possible de réaliser des relais avec des contacts de commutation qui restaient ouverts ou fermés après la commutation.
Relais polarisé
En plus du télégraphe, des relais ont commencé à être utilisés dans les systèmes de signalisation ferroviaire. Avec l'avènement des réseaux de transport d'énergie, des relais ont commencé à être utilisés dans ces systèmes, notamment comme dispositifs de protection.
Mais même ces réseaux étendus et complexes n’exigeaient pas des relais plus que ce qu’ils étaient capables de fournir. Le télégraphe et le chemin de fer atteignirent toutes les villes, mais pas tous les bâtiments. Ils disposaient de dizaines de milliers de points de terminaison, mais pas de millions. Les systèmes de transmission électrique ne se souciaient pas de savoir où ils aboutissaient : ils fournissaient simplement du courant à un circuit local, et chaque maison et chaque entreprise pouvait en consommer autant qu'elle en avait besoin.
La téléphonie était une tout autre affaire. Les téléphones devaient communiquer d'un point à un autre, d'une maison ou d'un bureau à un autre, et nécessitaient donc des circuits de contrôle à une échelle sans précédent. La voix humaine venant sous forme de vibrations le long des fils était un signal riche, mais faible. Par conséquent, les communications téléphoniques longue distance nécessitaient des amplificateurs de meilleure qualité. Il s'est avéré que les commutateurs peuvent également fonctionner avec de tels amplificateurs. Désormais, les réseaux téléphoniques, plus que tout autre système, contrôlaient l'évolution des commutateurs.
Quoi lire
• James B. Calvert, « Le télégraphe électromagnétique »
• Franklin Leonard Pope, « Pratique moderne du télégraphe électrique » (1891)
Source: habr.com