🥇Histoire des relais : l'ère électronique

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В la dernière fois nous avons vu comment la première génération d'ordinateurs numériques a été construite sur la base de la première génération d'interrupteurs électriques automatiques - les relais électromagnétiques. Mais au moment où ces ordinateurs ont été créés, un autre commutateur numérique attendait dans les coulisses. Le relais était un dispositif électromagnétique (utilisant l'électricité pour faire fonctionner un interrupteur mécanique) et la nouvelle classe d'interrupteurs numériques était électronique - basée sur les nouvelles connaissances sur l'électron apparues au début du XNUMXe siècle. Cette science indiquait que le porteur de la force électrique n'était pas un courant, ni une onde, ni un champ, mais une particule solide.

L’appareil qui a donné naissance à l’ère de l’électronique basée sur cette nouvelle physique est devenu connu sous le nom de tube à vide. L'histoire de sa création implique deux personnes : un Anglais Ambroise Fleming et américain Lee de Forest. En réalité, les origines de l’électronique sont plus complexes, avec de nombreux fils qui traversent l’Europe et l’Atlantique, remontant aux premières expériences avec les bocaux de Leyde au milieu du XVIIIe siècle.

Mais dans le cadre de notre présentation, il conviendra de couvrir (jeu de mots !) cette histoire, en commençant par Thomas Edison. Dans les années 1880, Edison a fait une découverte intéressante en travaillant sur l’éclairage électrique, une découverte qui ouvre la voie à notre histoire. De là est né le développement ultérieur des tubes à vide, nécessaires à deux systèmes technologiques : une nouvelle forme de messagerie sans fil et les réseaux téléphoniques en constante expansion.

Prologue : Edison

Edison est généralement considéré comme l'inventeur de l'ampoule. Cela lui fait à la fois trop et trop peu de crédit. Trop, car Edison n’est pas le seul à avoir inventé la lampe lumineuse. Outre la foule d'inventeurs qui l'ont précédé, dont les créations n'ont pas atteint une application commerciale, on peut citer les Britanniques Joseph Swan et Charles Stern et l'Américain William Sawyer, qui ont mis les ampoules sur le marché en même temps qu'Edison. [L'honneur de l'invention appartient également à l'inventeur russe Lodygin Alexandre Nikolaïevitch. Lodygin a été le premier à deviner comment pomper l'air d'une ampoule en verre, puis a suggéré de fabriquer le filament non pas à partir de charbon ou de fibres carbonisées, mais à partir de tungstène réfractaire / env. traduction]. Toutes les lampes étaient constituées d’une ampoule en verre scellée, à l’intérieur de laquelle se trouvait un filament résistif. Lorsque la lampe était connectée au circuit, la chaleur générée par la résistance du filament au courant la faisait briller. L'air a été pompé hors du ballon pour empêcher le filament de prendre feu. L'éclairage électrique était déjà connu dans les grandes villes sous la forme lampes à arc, utilisé pour éclairer les grands lieux publics. Tous ces inventeurs cherchaient un moyen de réduire la quantité de lumière en prenant une particule brillante d'un arc brûlant, suffisamment petite pour être utilisée dans les maisons pour remplacer les lampes à gaz, et rendre la source de lumière plus sûre, plus propre et plus lumineuse.

Et ce qu'Edison a réellement fait - ou plutôt ce que son laboratoire industriel a créé - n'a pas seulement créé une source de lumière. Ils ont construit tout un système électrique pour l'éclairage des maisons - générateurs, fils pour transmettre le courant, transformateurs, etc. De tout cela, l’ampoule n’était que l’élément le plus évident et le plus visible. La présence du nom d'Edison dans ses compagnies d'électricité n'était pas une simple génuflexion pour le grand inventeur, comme ce fut le cas pour Bell Telephone. Edison s'est révélé non seulement être un inventeur, mais aussi un architecte de systèmes. Son laboratoire a continué à travailler sur l'amélioration de divers composants d'éclairage électrique même après leurs premiers succès.

Un exemple des premières lampes d'Edison

Au cours de recherches vers 1883, Edison (et peut-être l'un de ses employés) décida d'enfermer une plaque métallique à l'intérieur d'une lampe lumineuse avec un filament. Les raisons de cette action ne sont pas claires. Peut-être s'agissait-il d'une tentative d'éliminer l'assombrissement de la lampe - l'intérieur du verre de l'ampoule a accumulé une mystérieuse substance sombre au fil du temps. L'ingénieur espérait apparemment que ces particules noires seraient attirées par la plaque sous tension. À sa grande surprise, il découvrit que lorsque la plaque était incluse dans le circuit avec l'extrémité positive du filament, la quantité de courant circulant à travers le filament était directement proportionnelle à l'intensité de la lueur du filament. Lors de la connexion de la plaque à l'extrémité négative du fil, rien de tel n'a été observé.

Edison a décidé que cet effet, appelé plus tard effet Edison ou émission thermoionique, peut être utilisé pour mesurer ou même contrôler la « force électromotrice » ou la tension dans un système électrique. Par habitude, il dépose un brevet pour cet « indicateur électrique », puis revient à des tâches plus importantes.

Sans fils

Regardons 20 ans dans le futur, jusqu'en 1904. A cette époque en Angleterre, John Ambrose Fleming travaillait sur instructions de la société Marconi pour améliorer un récepteur d'ondes radio.

Il est important de comprendre ce qu’était et n’était pas la radio à cette époque, tant en termes d’instrument que de pratique. À l’époque, la radio ne s’appelait même pas « radio », mais plutôt « sans fil ». Le terme « radio » n’est devenu répandu que dans les années 1910. Plus précisément, il faisait référence à la télégraphie sans fil, un système permettant de transmettre des signaux sous forme de points et de tirets de l'expéditeur au destinataire. Sa principale application était la communication entre les navires et les services portuaires et, en ce sens, elle intéressait les autorités maritimes du monde entier.

Certains inventeurs de l'époque, notamment, Réginald Fessenden, a expérimenté l'idée d'un radiotéléphone - transmettant des messages vocaux par voie hertzienne sous la forme d'une onde continue. Mais la radiodiffusion au sens moderne du terme n'est apparue que 15 ans plus tard : la transmission d'informations, d'histoires, de musique et d'autres programmes destinés à être reçus par un large public. Jusqu’alors, la nature omnidirectionnelle des signaux radio était considérée comme un problème à résoudre plutôt que comme une fonctionnalité pouvant être exploitée.

L'équipement radio qui existait à cette époque était bien adapté au travail avec le code Morse et mal adapté à tout le reste. Les émetteurs créaient des ondes hertziennes en envoyant une étincelle à travers un espace du circuit. Par conséquent, le signal était accompagné d’un crépitement statique.

Les récepteurs reconnaissaient ce signal grâce à un cohéreur : des limailles de métal dans un tube de verre, assemblées sous l'influence des ondes radio en une masse continue, complétant ainsi le circuit. Ensuite, il fallait taper sur le verre pour que la sciure se désintègre et que le récepteur soit prêt pour le signal suivant - au début, cela se faisait manuellement, mais bientôt des dispositifs automatiques sont apparus à cet effet.

En 1905, ils commencèrent tout juste à apparaître détecteurs de cristaux, également connue sous le nom de « moustache de chat ». Il s'est avéré qu'en touchant simplement un certain cristal avec un fil, par exemple du silicium, de la pyrite de fer ou galène, il était possible d'extraire un signal radio de nulle part. Les récepteurs résultants étaient bon marché, compacts et accessibles à tous. Ils ont stimulé le développement des radioamateurs, notamment auprès des jeunes. L'augmentation soudaine du taux d'occupation du temps d'antenne qui en a résulté a entraîné des problèmes dus au fait que le temps d'antenne radio était divisé entre tous les utilisateurs. Des conversations innocentes entre amateurs pourraient accidentellement croiser les négociations de la flotte maritime, et certains hooligans ont même réussi à donner de faux ordres et à envoyer des signaux d'aide. L'État a inévitablement dû intervenir. Comme l'a écrit Ambrose Fleming lui-même, l'avènement des détecteurs à cristaux

a immédiatement conduit à une recrudescence de la radiotélégraphie irresponsable en raison des pitreries d'innombrables électriciens amateurs et étudiants, nécessitant une intervention forte des autorités nationales et internationales pour garder les choses saines et sûres.

Des propriétés électriques inhabituelles de ces cristaux naîtra à terme la troisième génération d'interrupteurs numériques, après les relais et les lampes, les interrupteurs qui dominent notre monde. Mais tout a son heure. Nous avons décrit la scène, reportons désormais toute l'attention sur l'acteur qui vient d'apparaître sous les projecteurs : Ambrose Fleming, Angleterre, 1904.

Soupape

En 1904, Fleming était professeur de génie électrique à l'University College de Londres et consultant pour la société Marconi. L'entreprise l'a d'abord embauché pour apporter son expertise lors de la construction de la centrale électrique, mais il s'est ensuite impliqué dans la tâche d'amélioration du récepteur.

Flamand en 1890

Tout le monde savait que le cohéreur était un mauvais récepteur en termes de sensibilité, et que le détecteur magnétique développé chez Macroni n'était pas particulièrement meilleur. Pour trouver un remplaçant, Fleming a d'abord décidé de construire un circuit sensible pour détecter les ondes hertziennes. Un tel dispositif, même sans devenir un détecteur en soi, serait utile dans les recherches futures.

Pour ce faire, il devait trouver un moyen de mesurer en continu le courant créé par les ondes entrantes, au lieu d'utiliser un cohéreur discret (qui n'affichait que les états activés - où la sciure restait collée - ou les états désactivés). Mais les dispositifs connus pour mesurer l'intensité du courant - les galvanomètres - nécessitaient un courant constant, c'est-à-dire unidirectionnel, pour fonctionner. Le courant alternatif excité par les ondes radio changeait de direction si rapidement qu’aucune mesure n’aurait été possible.

Fleming se souvenait qu'il avait plusieurs objets intéressants qui prenaient la poussière dans son placard : des lampes indicatrices Edison. Dans les années 1880, il fut consultant pour la Edison Electric Lighting Company à Londres et travailla sur le problème du noircissement des lampes. À cette époque, il reçut plusieurs exemplaires de l'indicateur, peut-être de William Preece, l'ingénieur électricien en chef du service postal britannique, qui revenait tout juste d'une exposition électrique à Philadelphie. À cette époque, le contrôle du télégraphe et du téléphone était une pratique courante en dehors des États-Unis pour les services postaux, ils constituaient donc des centres d'expertise en électricité.

Plus tard, dans les années 1890, Fleming lui-même étudia l’effet Edison à l’aide de lampes obtenues auprès de Preece. Il a montré que le courant circulait dans une direction : un potentiel électrique négatif pouvait circuler du filament chaud vers l’électrode froide, mais pas l’inverse. Mais ce n’est qu’en 1904, lorsqu’il fut confronté à la tâche de détecter les ondes radio, qu’il réalisa que ce fait pouvait être utilisé dans la pratique. L'indicateur Edison permettra uniquement aux impulsions CA unidirectionnelles de traverser l'espace entre le filament et la plaque, ce qui entraînera un flux constant et unidirectionnel.

Fleming a pris une lampe, l'a connectée en série avec un galvanomètre et a allumé l'émetteur d'étincelles. Voilà, le miroir s'est tourné et le faisceau de lumière s'est déplacé sur la balance. Ça a marché. Il pourrait mesurer avec précision le signal radio entrant.

Prototypes de vannes Fleming. L'anode est au milieu de la boucle du filament (cathode chaude)

Fleming a appelé son invention une « valve » car elle ne permettait à l'électricité de circuler que dans une seule direction. En termes plus généraux d'électrotechnique, il s'agissait d'un redresseur - une méthode de conversion du courant alternatif en courant continu. On l'appelait alors diode car elle avait deux électrodes : une cathode chaude (filament) qui émettait de l'électricité et une anode froide (plaque) qui la recevait. Fleming a apporté plusieurs améliorations à la conception, mais, en substance, l'appareil n'était pas différent du voyant lumineux fabriqué par Edison. Sa transition vers une nouvelle qualité s'est produite à la suite d'un changement dans la façon de penser - nous avons déjà vu ce phénomène à plusieurs reprises. Le changement s'est produit dans le monde des idées dans la tête de Fleming, et non dans le monde des choses en dehors.

La valve Fleming elle-même était utile. C'était le meilleur appareil de terrain pour mesurer les signaux radio et un bon détecteur en soi. Mais il n’a pas ébranlé le monde. La croissance explosive de l'électronique n'a commencé qu'après que Lee de Forest a ajouté une troisième électrode et transformé la valve en relais.

Écoute

Lee de Forest a eu une éducation inhabituelle pour un étudiant de Yale. Son père, le révérend Henry de Forest, était un vétéran de la guerre civile de New York et un pasteur. église congrégationaliste, et croyait fermement qu'en tant que prédicateur, il devait répandre la lumière divine de la connaissance et de la justice. Obéissant à l'appel du devoir, il accepta une invitation à devenir président du Talladega College en Alabama. Le collège a été fondé après la guerre civile par l'American Missionary Association, basée à New York. Il visait à éduquer et à encadrer les résidents noirs locaux. Là, Lee se sentait entre le marteau et l'enclume - les Noirs locaux l'humiliaient pour sa naïveté et sa lâcheté, et les Blancs locaux - pour son comportement. Yankees.

Et pourtant, dans sa jeunesse, de Forest a développé une forte confiance en lui. Il s'est découvert un penchant pour la mécanique et l'invention - sa maquette de locomotive est devenue un miracle local. Adolescent, alors qu'il étudiait à Talladega, il décide de consacrer sa vie à l'invention. Puis, jeune homme vivant dans la ville de New Haven, le fils du pasteur a abandonné ses dernières croyances religieuses. Ils l'ont progressivement quitté en raison de leur connaissance du darwinisme, puis ont été emportés comme le vent après la mort prématurée de son père. Mais le sens de son destin n'a pas quitté de Forest - il se considérait comme un génie et s'efforçait de devenir le deuxième Nikola Tesla, un sorcier riche, célèbre et mystérieux de l'ère de l'électricité. Ses camarades de classe de Yale le considéraient comme un bavard suffisant. Il est peut-être l’homme le moins populaire que nous ayons jamais rencontré dans notre histoire.

de Forest, vers 1900

Après avoir obtenu son diplôme de l'Université de Yale en 1899, de Forest a choisi de maîtriser l'art émergent de la transmission de signaux sans fil comme chemin vers la richesse et la gloire. Au cours des décennies qui ont suivi, il s’est engagé dans cette voie avec beaucoup de détermination et de confiance, et sans aucune hésitation. Tout a commencé avec la collaboration de De Forest et de son partenaire Ed Smythe à Chicago. Smythe a maintenu son entreprise à flot grâce à des paiements réguliers et, ensemble, ils ont développé leur propre détecteur d'ondes radio, composé de deux plaques métalliques maintenues ensemble par de la colle que de Forest appelait « pâte » [goo]. Mais de Forest ne pouvait pas attendre longtemps les récompenses de son génie. Il s'est débarrassé de Smythe et s'est associé à un financier new-yorkais louche nommé Abraham White.ironiquement, il changea son nom de naissance, Schwartz, afin de cacher ses sombres aventures. Blanc/Blanc – (anglais) blanc, Schwarz/Schwarz – (allemand) noir / env. traduction], ouvrant la De Forest Wireless Telegraph Company.

Les activités de l'entreprise elles-mêmes étaient d'une importance secondaire pour nos deux héros. White a profité de l’ignorance des gens pour se remplir les poches. Il a escroqué des millions d’investisseurs qui luttaient pour suivre le boom attendu de la radio. Et de Forest, grâce au flux abondant de fonds provenant de ces « idiots », s’est concentré sur la preuve de son génie en développant un nouveau système américain de transmission d’informations sans fil (contrairement au système européen développé par Marconi et d’autres).

Malheureusement pour le système américain, le détecteur de Forest n'a pas particulièrement bien fonctionné. Il a résolu ce problème pendant un certain temps en empruntant la conception brevetée de Reginald Fessenden pour un détecteur appelé « baretter liquide » - deux fils de platine immergés dans un bain d'acide sulfurique. Fessenden a intenté une action en justice pour contrefaçon de brevet – et il aurait évidemment gagné ce procès. De Forest ne pouvait pas se reposer jusqu'à ce qu'il trouve un nouveau détecteur qui n'appartenait qu'à lui. À l'automne 1906, il annonce la création d'un tel détecteur. Lors de deux réunions distinctes à l'American Institute of Electrical Engineering, de Forest a décrit son nouveau détecteur sans fil, qu'il a appelé Audion. Mais sa véritable origine est mise en doute.

Pendant un certain temps, les tentatives de De Forest pour construire un nouveau détecteur tournaient autour du passage du courant à travers une flamme. Becs Bunsen, qui, selon lui, pourrait être un conducteur asymétrique. L’idée, apparemment, n’a pas été couronnée de succès. À un moment donné en 1905, il a découvert la valve Fleming. De Forest s'est mis en tête que cette vanne et son dispositif basé sur un brûleur n'étaient fondamentalement pas différents : si vous remplaciez le fil chaud par une flamme et le recouvriez d'une ampoule en verre pour confiner le gaz, vous obtiendriez la même vanne. Il a développé une série de brevets qui ont suivi l'histoire des inventions de vannes pré-Fleming utilisant des détecteurs de flamme à gaz. Il voulait apparemment se donner la priorité dans l'invention, en contournant le brevet de Fleming, puisque les travaux avec le bec Bunsen avaient précédé les travaux de Fleming (ils duraient depuis 1900).

Il est impossible de dire s'il s'agissait d'une tromperie ou d'une fraude, mais le résultat fut le brevet de De Forest d'août 1906 pour « un récipient en verre vide contenant deux électrodes séparées, entre lesquelles existe un milieu gazeux qui, lorsqu'il est suffisamment chauffé, devient un conducteur et forme un élément sensible. L'équipement et le fonctionnement de l'appareil sont dus à Fleming, et l'explication de son fonctionnement est due à De Forest. De Forest a finalement perdu le litige concernant le brevet, même si cela a pris dix ans.

Le lecteur passionné se demande peut-être déjà pourquoi consacrer autant de temps à cet homme dont le génie autoproclamé faisait passer les idées des autres pour les siennes ? La raison réside dans les transformations qu'Audion a subies au cours des derniers mois de 1906.

À cette époque, de Forest n’avait plus de travail. White et ses partenaires ont évité toute responsabilité dans le cadre du procès de Fessenden en créant une nouvelle société, United Wireless, et en lui prêtant les actifs d'American De Forest pour 1 $. De Forest a été expulsé avec 1000 XNUMX $ d'indemnisation et plusieurs brevets inutiles entre les mains, dont celui d'Audion. Habitué à un style de vie somptueux, il fait face à de sérieuses difficultés financières et tente désespérément de faire d'Audion un grand succès.

Pour comprendre ce qui s'est passé ensuite, il est important de savoir que de Forest croyait avoir inventé le relais, contrairement au redresseur Fleming. Il a fabriqué son Audion en connectant une batterie à une plaque de valve froide et pensait que le signal dans le circuit d'antenne (connecté au filament chaud) modulait un courant plus élevé dans le circuit de la batterie. Il avait tort : il ne s'agissait pas de deux circuits, la batterie déplaçait simplement le signal de l'antenne, au lieu de l'amplifier.

Mais cette erreur est devenue critique, puisqu'elle a conduit de Forest à expérimenter une troisième électrode dans le flacon, censée déconnecter davantage les deux circuits de ce « relais ». Au début, il a ajouté une deuxième électrode froide à côté de la première, mais ensuite, peut-être influencé par les mécanismes de contrôle utilisés par les physiciens pour rediriger les faisceaux dans les appareils à rayons cathodiques, il a déplacé l'électrode entre le filament et la plaque primaire. Il décida que cette position pouvait interrompre le flux d'électricité et changea la forme de la troisième électrode, passant d'une plaque à un fil ondulé ressemblant à une râpe - et l'appela une « grille ».

1908 Triode Audion. Le fil (cassé) à gauche est la cathode, le fil ondulé est le treillis, la plaque métallique arrondie est l'anode. Il y a encore des fils comme une ampoule ordinaire.

Et c'était vraiment un relais. Un courant faible (comme celui produit par une antenne radio) appliqué à la grille pourrait contrôler un courant beaucoup plus fort entre le filament et la plaque, repoussant les particules chargées qui tentaient de passer entre eux. Ce détecteur fonctionnait bien mieux que la valve car non seulement il redressait, mais il amplifiait également le signal radio. Et, comme une valve (et contrairement au cohéreur), elle pouvait produire un signal constant, ce qui permettait de créer non seulement un radiotélégraphe, mais aussi un radiotéléphone (et plus tard - la transmission de la voix et de la musique).

En pratique, cela n’a pas particulièrement bien fonctionné. Les audios de De Forest étaient capricieux, brûlaient rapidement, manquaient de cohérence dans la production et étaient inefficaces en tant qu'amplificateurs. Pour qu'un Audion particulier fonctionne correctement, il était nécessaire d'y ajuster les paramètres électriques du circuit.

Néanmoins, de Forest croyait en son invention. Il créa une nouvelle société pour en faire la publicité, la De Forest Radio Telephone Company, mais les ventes furent rares. Le plus grand succès a été la vente d'équipements à la flotte pour la téléphonie intra-flotte lors du tour du monde"Grande flotte blanche". Cependant, le commandant de la flotte, n'ayant pas le temps de faire fonctionner les émetteurs et récepteurs de De Forest et de former l'équipage à leur utilisation, ordonna de les emballer et de les laisser en stock. De plus, la nouvelle entreprise de De Forest, dirigée par un disciple d'Abraham White, n'était pas plus décente que la précédente. Pour ajouter à son malheur, il se retrouva bientôt accusé de fraude.

Pendant cinq ans, Audion n’a rien réalisé. Une fois de plus, le téléphone va jouer un rôle clé dans le développement du relais numérique, sauvant cette fois une technologie prometteuse mais non testée et au bord de l'oubli.

Et encore le téléphone

Le réseau de communications longue distance constituait le système nerveux central d'AT&T. Il a réuni de nombreuses entreprises locales et a fourni un avantage concurrentiel clé lorsque les brevets de Bell ont expiré. En rejoignant le réseau AT&T, un nouveau client pourrait, en théorie, joindre tous les autres abonnés à des milliers de kilomètres de distance, même si en réalité, les appels longue distance étaient rarement effectués. Le réseau constituait également la base matérielle de l'idéologie globale de l'entreprise : « Une politique, un système, un service à guichet unique ».

Mais au début de la deuxième décennie du XXe siècle, ce réseau atteint son maximum physique. Plus les fils téléphoniques s'étiraient, plus le signal qui les traversait devenait faible et bruyant, et par conséquent, la parole devenait presque inaudible. Pour cette raison, il existait en réalité deux réseaux AT&T aux États-Unis, séparés par une crête continentale.

Pour le réseau de l'Est, New York était le pivot, et les répéteurs mécaniques et Bobines de Pupin – une attache qui déterminait jusqu'où une voix humaine pouvait voyager. Mais ces technologies n’étaient pas omnipotentes. Les bobines modifiaient les propriétés électriques du circuit téléphonique, réduisant ainsi l'atténuation des fréquences vocales - mais elles ne pouvaient que la réduire, pas l'éliminer. Des répéteurs mécaniques (juste un haut-parleur de téléphone connecté à un microphone amplificateur) ajoutaient du bruit à chaque répétition. La ligne 1911 de New York à Denver a porté ce harnais à sa longueur maximale. Il n’était pas question d’étendre le réseau à l’ensemble du continent. Cependant, en 1909, John Carty, l'ingénieur en chef d'AT&T, a publiquement promis de faire exactement cela. Il a promis de le faire dans cinq ans - au moment où il commencerait Exposition internationale Panama-Pacifique à San Francisco en 1915.

La première personne à avoir rendu une telle entreprise possible grâce à un nouvel amplificateur téléphonique n'était pas un Américain, mais l'héritier d'une riche famille viennoise intéressée par la science. Être jeune Robert von Lieben Avec l'aide de ses parents, il rachète une entreprise de fabrication de téléphones et se lance dans la fabrication d'un amplificateur téléphonique. En 1906, il avait fabriqué un relais basé sur des tubes cathodiques, qui à cette époque étaient largement utilisés dans les expériences de physique (et devinrent plus tard la base de la technologie des écrans vidéo qui domina le XNUMXe siècle). Le faible signal entrant contrôlait un électro-aimant qui courbait le faisceau, modulant un courant plus fort dans le circuit principal.

En 1910, von Lieben et ses collègues, Eugene Reise et Sigmund Strauss, découvrirent l'Audione de Forest et remplaçèrent l'aimant du tube par une grille contrôlant les rayons cathodiques. Cette conception était la plus efficace et supérieure à tout ce qui était fabriqué aux États-Unis. États à cette époque. Le réseau téléphonique allemand a rapidement adopté l'amplificateur von Lieben. En 1914, grâce à elle, le commandant de l'armée de Prusse orientale téléphona nerveusement au quartier général allemand, situé à 1000 XNUMX kilomètres de là, à Coblence. Cela obligea le chef d'état-major à envoyer les généraux Hindenberg et Ludendorff vers l'est, vers une gloire éternelle et avec des conséquences désastreuses. Des amplificateurs similaires relièrent plus tard le quartier général allemand aux armées de campagne dans le sud et l'est jusqu'en Macédoine et en Roumanie.

Une copie du relais cathodique amélioré de von Lieben. La cathode est en bas, l'anode est la bobine en haut et la grille est la feuille métallique ronde au milieu.

Cependant, les barrières linguistiques et géographiques, ainsi que la guerre, ont empêché ce projet d'atteindre les États-Unis, et d'autres événements l'ont rapidement dépassé.

Pendant ce temps, de Forest quitta la Radio Telephone Company en faillite en 1911 et s'enfuit en Californie. Là, il a trouvé un emploi à la Federal Telegraph Company à Palo Alto, fondée par un diplômé de Stanford. par Ciril Elvel. Théoriquement, de Forest travaillerait sur un amplificateur qui augmenterait le volume de la radio fédérale. En fait, lui, Herbert van Ettan (un ingénieur en téléphonie expérimenté) et Charles Logwood (un concepteur de récepteurs) ont décidé de créer un amplificateur téléphonique afin qu'ils puissent tous les trois remporter un prix d'AT&T, qui, selon les rumeurs, s'élevait à 1 million de dollars.

Pour ce faire, de Forest a pris l'Audion depuis la mezzanine et, en 1912, lui et ses collègues disposaient déjà d'un appareil prêt à être présenté à la compagnie de téléphone. Il se composait de plusieurs Audions connectés en série, créant une amplification en plusieurs étapes, et de plusieurs autres composants auxiliaires. L'appareil fonctionnait réellement : il pouvait augmenter le signal suffisamment pour que vous puissiez entendre un mouchoir tomber ou le tic-tac d'une montre de poche. Mais seulement à des courants et des tensions trop faibles pour être utiles en téléphonie. À mesure que le courant augmentait, les Audions ont commencé à émettre une lueur bleue et le signal s'est transformé en bruit. Mais l'industrie du téléphone était suffisamment intéressée pour présenter l'appareil à ses ingénieurs et voir ce qu'ils pouvaient en faire. Il se trouve que l'un d'eux, le jeune physicien Harold Arnold, savait exactement comment réparer l'amplificateur du Federal Telegraph.

Il est temps de discuter du fonctionnement de Valve et d'Audion. Les informations clés nécessaires pour expliquer leurs travaux ont émergé du laboratoire Cavendish de Cambridge, un groupe de réflexion sur la nouvelle physique électronique. En 1899, J. J. Thomson montra dans des expériences avec des tubes cathodiques qu'une particule ayant une masse, connue plus tard sous le nom d'électron, transportait le courant de la cathode à l'anode. Au cours des années suivantes, Owen Richardson, un collègue de Thomson, a développé cette proposition en une théorie mathématique de l'émission thermoionique.

Ambrose Fleming, un ingénieur travaillant à quelques minutes en train de Cambridge, connaissait ces travaux. Il était clair pour lui que sa valve fonctionnait grâce à l'émission thermoionique d'électrons du filament chauffé, traversant l'espace vide jusqu'à l'anode froide. Mais le vide dans le voyant n'était pas profond - ce n'était pas nécessaire pour une ampoule ordinaire. Il suffisait de pomper suffisamment d’oxygène pour empêcher le fil de prendre feu. Fleming s'est rendu compte que pour que la valve fonctionne au mieux, elle devait être vidée aussi complètement que possible afin que le gaz restant n'interfère pas avec le flux d'électrons.

De Forest ne comprenait pas cela. Depuis qu'il est arrivé à la vanne et à Audion grâce à des expériences avec le bec Bunsen, sa conviction était le contraire : que le gaz ionisé chaud était le fluide de travail de l'appareil et que son élimination complète entraînerait un arrêt de fonctionnement. C'est pourquoi Audion était si instable et insatisfaisant en tant que récepteur radio, et pourquoi il émettait de la lumière bleue.

Arnold chez AT&T était dans une position idéale pour corriger l'erreur de Forest. C'était un physicien qui avait étudié sous la direction de Robert Millikan à l'Université de Chicago et avait été embauché spécifiquement pour appliquer ses connaissances de la nouvelle physique électronique au problème de la construction d'un réseau téléphonique d'un océan à l'autre. Il savait que le tube Audion fonctionnerait mieux dans un vide presque parfait, il savait que les dernières pompes pouvaient atteindre un tel vide, il savait qu'un nouveau type de filament recouvert d'oxyde, associé à une plaque et une grille plus grandes, pourrait également augmenter le flux d’électrons. En bref, il a transformé l’Audion en tube à vide, le faiseur de miracles de l’ère électronique.

AT&T disposait d’un amplificateur puissant nécessaire à la construction d’une ligne transcontinentale – mais elle n’avait tout simplement pas le droit de l’utiliser. Les représentants de l'entreprise se sont comportés de manière incrédule lors des négociations avec de Forest, mais ont entamé une conversation séparée par l'intermédiaire d'un avocat tiers, qui a réussi à acheter les droits d'utilisation d'Audion comme amplificateur téléphonique pour 50 000 $ (environ 1,25 million de dollars en dollars de 2017). La ligne New York-San Francisco a ouvert juste à temps, mais plus comme un triomphe de virtuosité technique et de publicité d'entreprise que comme moyen de communication. Le coût des appels était si astronomique que presque personne ne pouvait les utiliser.

L'ère électronique

Le véritable tube à vide est devenu la racine d’un tout nouvel arbre de composants électroniques. Tout comme le relais, le tube à vide élargit continuellement ses applications à mesure que les ingénieurs trouvent de nouvelles façons d'adapter sa conception pour résoudre des problèmes spécifiques. La croissance de la tribu "-od" ne s'est pas arrêtée aux diodes et aux triodes. Cela a continué avec tétrode, qui a ajouté une grille supplémentaire prenant en charge l'amplification avec la croissance des éléments dans le circuit. Apparu ensuite pentodes, heptodes, et même octodes. Des thyratrons remplis de vapeur de mercure apparurent, brillant d'une lumière bleue inquiétante. Les lampes miniatures ont la taille d’un petit orteil ou même d’un gland. Lampes à cathode indirecte dans lesquelles le bourdonnement de la source CA ne perturbait pas le signal. La Saga du tube à vide, qui retrace la croissance de l'industrie du tube jusqu'en 1930, répertorie plus de 1000 XNUMX modèles différents par index - même si beaucoup étaient des copies illégales de marques non fiables : Ultron, Perfectron, Supertron, Voltron, etc.

Plus importante que la variété des formes était la variété des applications du tube à vide. Les circuits régénératifs ont transformé la triode en émetteur, créant des ondes sinusoïdales douces et constantes, sans étincelles bruyantes, capables de transmettre parfaitement le son. Avec un cohéreur et des étincelles en 1901, Marconi pouvait à peine transmettre un petit morceau de code Morse à travers le étroit Atlantique. En 1915, en utilisant un tube à vide comme émetteur et récepteur, AT&T pouvait transmettre la voix humaine d'Arlington, en Virginie, à Honolulu, soit deux fois la distance. Dans les années 1920, ils combinèrent la téléphonie longue distance avec la diffusion audio de haute qualité pour créer les premiers réseaux radio. Ainsi, bientôt, la nation tout entière pourra entendre la même voix à la radio, que ce soit Roosevelt ou Hitler.

De plus, la possibilité de créer des émetteurs réglés sur une fréquence précise et stable a permis aux ingénieurs en télécommunications de réaliser le rêve de longue date du multiplexage de fréquence qui a attiré Alexander Bell, Edison et les autres il y a quarante ans. En 1923, AT&T disposait d’une ligne vocale à dix canaux reliant New York à Pittsburgh. La possibilité de transmettre plusieurs voix sur un seul fil de cuivre a radicalement réduit le coût des appels longue distance qui, en raison de leur coût élevé, avaient toujours été réservés aux personnes et aux entreprises les plus riches. Voyant ce que les tubes à vide pouvaient faire, AT&T a envoyé ses avocats acheter des droits supplémentaires auprès de de Forest afin de garantir les droits d'utilisation d'Audion dans toutes les applications disponibles. Au total, ils lui ont versé 390 000 $, ce qui équivaut aujourd'hui à environ 7,5 millions de dollars.

Avec une telle polyvalence, pourquoi les tubes à vide n’ont-ils pas dominé la première génération d’ordinateurs de la même manière qu’ils ont dominé les radios et autres équipements de télécommunications ? Évidemment, la triode pourrait être un interrupteur numérique au même titre qu'un relais. Si évident que de Forest a même cru qu'il avait créé le relais avant de le créer réellement. Et la triode était beaucoup plus réactive qu'un relais électromécanique traditionnel car elle n'avait pas besoin de déplacer physiquement l'armature. Un relais typique nécessitait quelques millisecondes pour commuter, et le changement de flux de la cathode à l'anode dû au changement de potentiel électrique sur la grille était presque instantané.

Mais les lampes présentaient un net inconvénient par rapport aux relais : leur tendance, comme leurs prédécesseurs, les ampoules, à griller. La durée de vie de l'Audion de Forest original était si courte - environ 100 heures - qu'elle contenait un filament de rechange dans la lampe, qui devait être connecté après que le premier ait grillé. C'était très mauvais, mais même après cela, même les lampes de la meilleure qualité ne pouvaient pas durer plus de plusieurs milliers d'heures. Pour des ordinateurs dotés de milliers de lampes et d’heures de calculs, c’était un problème sérieux.

Les relais, en revanche, étaient « incroyablement fiables », selon George Stibitz. À tel point qu'il a affirmé que

Si un ensemble de relais en forme de U démarrait au cours de la première année de notre ère et commutait un contact toutes les secondes, ils fonctionneraient encore aujourd'hui. Le premier échec de contact ne pouvait être attendu que mille ans plus tard, vers l’an 3000.

De plus, il n'existait aucune expérience avec de grands circuits électroniques comparables aux circuits électromécaniques des ingénieurs téléphoniques. Les radios et autres équipements peuvent contenir 5 à 10 lampes, mais pas des centaines de milliers. Personne ne savait s’il serait possible de faire fonctionner un ordinateur doté de 5000 XNUMX lampes. En choisissant des relais plutôt que des tubes, les concepteurs informatiques ont fait un choix sûr et conservateur.

Dans la prochaine partie, nous verrons comment et pourquoi ces doutes ont été surmontés.

Source: habr.com

Histoire du relais : l'ère électronique