Ostali članci u seriji:
- Povijest releja
- Povijest elektroničkih računala
- Povijest tranzistora
- povijest interneta
В vidjeli smo kako je prva generacija digitalnih računala izgrađena na temelju prve generacije automatskih električnih sklopki – elektromagnetskih releja. Ali u vrijeme kad su ta računala stvorena, iza kulisa je čekao još jedan digitalni prekidač. Relej je bio elektromagnetski uređaj (koji je koristio električnu energiju za upravljanje mehaničkim prekidačem), a nova klasa digitalnih prekidača bila je elektronička - temeljena na novom znanju o elektronu koje se pojavilo početkom XNUMX. stoljeća. Ova je znanost pokazala da nositelj električne sile nije struja, val, polje - već čvrsta čestica.
Uređaj koji je iznjedrio eru elektronike temeljenu na ovoj novoj fizici postao je poznat kao vakuumska cijev. Povijest njegovog stvaranja uključuje dvije osobe: Englez i američki . U stvarnosti, porijeklo elektronike je složenije, s mnogim nitima koje prelaze Europu i Atlantik, protežući se do ranih eksperimenata s Leydenovim staklenkama sredinom XNUMX. stoljeća.
Ali u okviru naše prezentacije bit će zgodno pokriti (namjera igre!) ovu povijest, počevši od Thomasa Edisona. U 1880-ima, Edison je došao do zanimljivog otkrića dok je radio na električnoj rasvjeti - otkriće koje postavlja pozornicu za našu priču. Odavde je došao daljnji razvoj vakuumskih cijevi, potrebnih za dva tehnološka sustava: novi oblik bežične razmjene poruka i telefonske mreže koje se neprestano šire.
Prolog: Edison
Edison se općenito smatra izumiteljem žarulje. To mu čini previše i premalo zasluga u isto vrijeme. Previše, jer Edison nije bio jedini koji je izumio svjetleću lampu. Uz gomilu izumitelja koji su mu prethodili, a čije kreacije nisu doživjele komercijalnu primjenu, možemo spomenuti Josepha Swana i Charlesa Sterna iz Britanije te Amerikanca Williama Sawyera, koji je žarulje izveo na tržište u isto vrijeme kad i Edison. [Čast izuma također pripada ruskom izumitelju . Lodygin je bio prvi koji je pogodio ispumpavanje zraka iz staklene žarulje svjetiljke, a zatim je predložio izradu žarne niti od ugljena ili pougljenjenih vlakana, već od vatrostalnog volframa / cca. prijevod]. Sve su se svjetiljke sastojale od zapečaćene staklene žarulje unutar koje se nalazila otporna žarna nit. Kad je žarulja bila spojena na strujni krug, toplina koju je stvorila otpornost žarne niti na struju uzrokovala je njezino svijetljenje. Zrak je ispumpan iz tikvice kako bi se spriječilo da se nit zapali. Električno svjetlo bilo je već poznato u velikim gradovima u obliku , koristi se za osvjetljavanje velikih javnih mjesta. Svi ovi izumitelji tražili su način da smanje količinu svjetlosti uzimajući svijetle čestice iz gorućeg luka, dovoljno male da se koriste u domovima kao zamjena za plinske svjetiljke, i da izvor svjetlosti učine sigurnijim, čišćim i svjetlijim.
A ono što je Edison stvarno učinio - ili bolje rečeno, ono što je stvorio njegov industrijski laboratorij - nije samo stvaranje izvora svjetlosti. Izgradili su cijeli električni sustav za rasvjetu kuća - generatore, žice za prijenos struje, transformatore itd. Od svega toga, žarulja je bila samo najočiglednija i najvidljivija komponenta. Prisutnost Edisonova imena u njegovim elektroenergetskim tvrtkama nije bila jednostavno klečanje velikom izumitelju, kao što je to bio slučaj s telefonom Bell. Edison se pokazao ne samo kao izumitelj, već i kao arhitekt sustava. Njegov laboratorij nastavio je raditi na poboljšanju različitih komponenti električne rasvjete čak i nakon njihovog ranog uspjeha.
Primjer Edisonovih ranih svjetiljki
Tijekom istraživanja oko 1883., Edison (a vjerojatno i jedan od njegovih zaposlenika) odlučio je staviti metalnu ploču unutar svjetleće svjetiljke zajedno sa žarnom niti. Razlozi za ovaj postupak nisu jasni. Možda je to bio pokušaj da se eliminira zatamnjenje svjetiljke - unutar stakla žarulje nakupila se tajanstvena tamna tvar tijekom vremena. Inženjer se očito nadao da će te crne čestice privući energizirana ploča. Na svoje iznenađenje, otkrio je da kada je ploča uključena u strujni krug zajedno s pozitivnim krajem žarne niti, količina struje koja teče kroz žarnu nit bila je izravno proporcionalna intenzitetu sjaja žarne niti. Prilikom spajanja ploče na negativni kraj navoja, ništa slično nije primijećeno.
Edison je odlučio da ovaj efekt, kasnije nazvan Edisonov efekt ili , može se koristiti za mjerenje ili čak kontrolu "elektromotorne sile" ili napona u električnom sustavu. Iz navike je prijavio patent za ovaj “električni indikator”, a onda se vratio važnijim poslovima.
Bez žica
Premotajmo unaprijed 20 godina u budućnost, u 1904. U to vrijeme u Engleskoj, John Ambrose Fleming je radio na uputama tvrtke Marconi za poboljšanje prijamnika radio valova.
Važno je razumjeti što je radio bio, a što nije bio u to vrijeme, kako u smislu instrumenta tako i prakse. Radio se tada nije ni zvao "radio", zvao se "bežični". Izraz "radio" postao je raširen tek 1910-ih. Konkretno, mislio je na bežičnu telegrafiju - sustav za prijenos signala u obliku točkica i crtica od pošiljatelja do primatelja. Njegova glavna primjena bila je komunikacija između brodova i lučkih službi, te je u tom smislu bio zanimljiv pomorskim vlastima diljem svijeta.
Osobito neki izumitelji tog vremena, , eksperimentirao je s idejom radiotelefona - prijenos glasovnih poruka putem zraka u obliku kontinuiranog vala. Ali emitiranje u modernom smislu nije se pojavilo sve do 15 godina kasnije: prijenos vijesti, priča, glazbe i drugih programa za prijem od strane široke publike. Do tada se na svesmjernu prirodu radio signala gledalo kao na problem koji treba riješiti, a ne kao značajku koju bi se moglo iskoristiti.
Radio oprema koja je postojala u to vrijeme bila je dobro prilagođena za rad s Morseovim kodom, a slabo prilagođena za sve ostalo. Odašiljači su stvorili Hertzove valove slanjem iskre preko pukotine u krugu. Stoga je signal bio popraćen pucketanjem statike.
Prijemnici su prepoznali ovaj signal kroz koherer: metalne strugotine u staklenoj cijevi, spojene zajedno pod utjecajem radio valova u kontinuiranu masu i tako dovršile krug. Zatim je trebalo lupkati po staklu kako bi se piljevina raspala i prijamnik bio spreman za sljedeći signal - isprva se to radilo ručno, ali ubrzo su se za to pojavili automatski uređaji.
Godine 1905. tek su se počeli pojavljivati , također poznat kao "mačji brk". Pokazalo se da jednostavnim dodirom žicom određenog kristala, npr. silicija, željeznog pirita ili , bilo je moguće istrgnuti radio signal iz ničega. Dobiveni prijemnici bili su jeftini, kompaktni i dostupni svima. Poticali su razvoj radioamaterstva, osobito među mladima. Iznenadna popunjenost termina koja je nastala kao posljedica toga dovela je do problema zbog činjenice da je radio termin podijeljen na sve korisnike. Bezazleni razgovori između amatera mogli su se slučajno ukrstiti s pregovorima mornaričke flote, a neki su huligani čak uspjeli davati lažne naredbe i slati signale za pomoć. Država je neizbježno morala intervenirati. Kako je sam Ambrose Fleming napisao, pojava kristalnih detektora
odmah je doveo do porasta neodgovorne radiotelegrafije zbog nestašluka bezbrojnih električara amatera i studenata, što je zahtijevalo snažnu intervenciju nacionalnih i međunarodnih vlasti kako bi stvari bile zdrave i sigurne.
Iz neobičnih električnih svojstava ovih kristala s vremenom će nastati treća generacija digitalnih sklopki, nakon releja i lampi - sklopki koje dominiraju našim svijetom. Ali sve ima svoje vrijeme. Opisali smo scenu, a sada vratimo svu pozornost na glumca koji se upravo pojavio u središtu pozornosti: Ambrose Fleming, Engleska, 1904.
Ventil
Godine 1904. Fleming je bio profesor elektrotehnike na Sveučilištu u Londonu i konzultant tvrtke Marconi. Tvrtka ga je isprva angažirala da pruži ekspertizu o izgradnji elektrane, no onda se uključio u zadatak poboljšanja prijamnika.
Fleming 1890. godine
Svi su znali da je koherer loš prijemnik u smislu osjetljivosti, a ni magnetski detektor razvijen u Macroniju nije bio osobito bolji. Kako bi pronašao zamjenu, Fleming je prvo odlučio izgraditi osjetljivi krug za otkrivanje Hertzovih valova. Takav bi uređaj, iako sam po sebi ne postane detektor, bio koristan u budućim istraživanjima.
Da bi to učinio, trebao je smisliti način za kontinuirano mjerenje struje koju stvaraju nadolazeći valovi, umjesto korištenja diskretnog koherera (koji se pokazivao samo na stanjima - gdje se piljevina zalijepila - ili izvan stanjima). No poznati uređaji za mjerenje jakosti struje - galvanometri - za rad su zahtijevali konstantnu, odnosno jednosmjernu struju. Izmjenična struja pobuđena radiovalovima promijenila je smjer tako brzo da nikakvo mjerenje ne bi bilo moguće.
Fleming se sjetio da je u ormaru imao nekoliko zanimljivih stvari koje su skupljale prašinu - Edisonove indikatorske lampe. U 1880-ima bio je konzultant za Edison Electric Lighting Company u Londonu, i radio je na problemu zatamnjenja svjetiljki. U to je vrijeme primio nekoliko primjeraka indikatora, vjerojatno od Williama Preecea, glavnog inženjera elektrotehnike Britanske poštanske službe, koji se upravo vratio s izložbe elektrike u Philadelphiji. U to je vrijeme kontrola telegrafa i telefona bila uobičajena praksa izvan Sjedinjenih Država za poštanske usluge, tako da su one bile središta elektrotehničke ekspertize.
Kasnije, 1890-ih, Fleming je sam proučavao Edisonov efekt koristeći lampe dobivene od Preecea. Pokazao je da je učinak bio da struja teče u jednom smjeru: negativan električni potencijal može teći od vruće niti do hladne elektrode, ali ne i obrnuto. Ali tek 1904. godine, kada se suočio sa zadatkom detekcije radiovalova, shvatio je da se ta činjenica može koristiti u praksi. Edisonov indikator će dopustiti samo jednosmjernim AC impulsima da prijeđu razmak između žarne niti i ploče, što rezultira konstantnim i jednosmjernim protokom.
Fleming je uzeo jednu lampu, spojio je u seriju s galvanometrom i uključio odašiljač iskre. Voila - ogledalo se okrenulo i snop svjetla se pomaknuo na vagi. Upalilo je. Mogao je točno izmjeriti dolazni radio signal.
Prototipovi Fleming ventila. Anoda je u sredini petlje žarne niti (vruća katoda)
Fleming je svoj izum nazvao "ventil" jer je omogućavao protok struje samo u jednom smjeru. U općenitijim terminima elektrotehnike, to je bio ispravljač - metoda pretvaranja izmjenične struje u istosmjernu. Tada se zvala dioda jer je imala dvije elektrode - vruću katodu (žarna nit) koja je emitirala elektricitet, i hladnu anodu (ploču) koja ga je primala. Fleming je uveo nekoliko poboljšanja u dizajn, ali u biti se uređaj nije razlikovao od indikatorske lampe koju je napravio Edison. Njegov prijelaz u novu kvalitetu dogodio se kao rezultat promjene načina razmišljanja - taj smo fenomen već vidjeli mnogo puta. Promjena se dogodila u svijetu ideja u Flemingovoj glavi, a ne u svijetu stvari izvan nje.
Sam Flemingov ventil bio je koristan. Bio je to najbolji terenski uređaj za mjerenje radijskih signala, a sam po sebi i dobar detektor. Ali nije uzdrmao svijet. Eksplozivan rast elektronike započeo je tek nakon što je Lee de Forest dodao treću elektrodu i pretvorio ventil u relej.
Slušanje
Lee de Forest imao je neobičan odgoj za studenta Yalea. Njegov otac, velečasni Henry de Forest, bio je veteran građanskog rata iz New Yorka i pastor. , te je čvrsto vjerovao da kao propovjednik treba širiti božansko svjetlo znanja i pravde. Poslušavši se pozivom dužnosti, prihvatio je poziv da postane predsjednik Talladega Collegea u Alabami. Koledž je nakon građanskog rata osnovala Američka misionarska udruga sa sjedištem u New Yorku. Namijenjen je obrazovanju i mentorstvu lokalnih crnaca. Tu se Lee osjećao između čekića i nakovnja - lokalni crnci su ga ponižavali zbog njegove naivnosti i kukavičluka, a lokalni bijelci - zbog toga što je .
Pa ipak, kao mladić, de Forest je razvio snažan osjećaj samopouzdanja. Otkrio je sklonost prema mehanici i izumiteljstvu - njegova maketa lokomotive postala je lokalno čudo. Kao tinejdžer, dok je studirao u Talladegi, odlučio je svoj život posvetiti izumiteljstvu. Tada je, kao mladić i živeći u gradu New Havenu, pastorov sin odbacio svoja posljednja vjerska uvjerenja. Postupno su odlazili zbog poznanstva s darvinizmom, a onda su ih kao vjetar raznijeli nakon prerane očeve smrti. No osjećaj njegove sudbine nije napuštao de Foresta - smatrao se genijem i težio je postati drugi Nikola Tesla, bogati, slavni i tajanstveni čarobnjak ere elektriciteta. Njegovi kolege s Yalea smatrali su ga samozadovoljnim vjetrometinom. On je možda najmanje popularan čovjek kojeg smo ikada sreli u našoj povijesti.
de Forest, oko 1900
Nakon što je diplomirao na Sveučilištu Yale 1899., de Forest je odlučio svladati novo umijeće bežičnog prijenosa signala kao put do bogatstva i slave. U desetljećima koja su uslijedila on je s velikom odlučnošću i samopouzdanjem, bez imalo oklijevanja, jurio tim putem. Sve je počelo suradnjom de Foresta i njegovog partnera Eda Smythea u Chicagu. Smythe je održao svoju tvrtku u životu uz redovita plaćanja, a zajedno su razvili vlastiti detektor radiovalova, koji se sastoji od dvije metalne ploče spojene ljepilom koje je de Forest nazvao "pasta" [goo]. Ali de Forest nije mogao dugo čekati na nagradu za svoj genij. Riješio se Smythea i udružio se s sumnjivim njujorškim financijerom po imenu Abraham White [ironično promijenio svoje ime od onog koje je dobio pri rođenju, Schwartz, kako bi sakrio svoje mračne afere. Bijelo/bijelo – (englesko) bijelo, Schwarz/Schwarz – (njemačko) crno / pribl. prijevod], otvarajući De Forest Wireless Telegraph Company.
Sama djelatnost tvrtke bila je od sekundarnog značaja za oba naša heroja. White je iskoristio neznanje ljudi da napuni svoje džepove. Izvukao je milijune od investitora koji su se borili da održe korak s očekivanim radijskim bumom. A de Forest se, zahvaljujući obilnom protoku sredstava od tih “naivčina”, koncentrirao na dokazivanje svoje genijalnosti kroz razvoj novog američkog sustava za bežični prijenos informacija (za razliku od europskog kojeg su razvili Marconi i drugi).
Nažalost za američki sustav, de Forestov detektor nije radio osobito dobro. Riješio je ovaj problem na neko vrijeme posuđivanjem patentiranog dizajna Reginalda Fessendena za detektor nazvan "tekući baretter" - dvije platinaste žice uronjene u kupku sumporne kiseline. Fessenden je podnio tužbu zbog kršenja patenta - i očito bi je dobio. De Forest nije mogao stati dok nije smislio novi detektor koji je pripadao samo njemu. U jesen 1906. najavio je stvaranje takvog detektora. Na dva odvojena sastanka na Američkom institutu za elektrotehniku, de Forest je opisao svoj novi bežični detektor, koji je nazvao Audion. Ali njegovo pravo podrijetlo je upitno.
Neko su se vrijeme de Forestovi pokušaji da napravi novi detektor vrtjeli oko propuštanja struje kroz plamen , koji bi, po njegovom mišljenju, mogao biti asimetrični vodič. Ideja, očito, nije bila okrunjena uspjehom. U nekom trenutku 1905. saznao je za Flemingov ventil. De Forest je sebi utuvio u glavu da se ovaj ventil i njegov uređaj temeljen na plameniku u osnovi ne razlikuju - ako vruću nit zamijenite plamenom i pokrijete je staklenom žaruljom da ograničite plin, dobit ćete isti ventil. Razvio je niz patenata koji su pratili povijest izuma ventila prije Fleminga koristeći detektore plinskog plamena. Očito je sebi želio dati prednost u izumu, zaobilazeći Flemingov patent, budući da je rad s Bunsenovim plamenikom prethodio Flemingovom radu (trajali su od 1900.).
Nemoguće je reći je li to bila samoobmana ili prijevara, ali rezultat je bio de Forestov patent iz kolovoza 1906. za "praznu staklenu posudu koja sadrži dvije odvojene elektrode, između kojih postoji plinoviti medij koji, kada se dovoljno zagrije, postaje vodič i čini osjetni element." Za opremu i rad uređaja zaslužan je Fleming, a za objašnjenje rada De Forest. De Forest je na kraju izgubio patentni spor, iako je trajao deset godina.
Revni čitatelj možda se već pita zašto toliko vremena trošimo na ovog čovjeka čiji je samoproglašeni genij tuđe ideje izdavao za svoje? Razlog leži u transformacijama koje je Audion doživio u posljednjih nekoliko mjeseci 1906. godine.
Do tada de Forest nije imao posao. White i njegovi partneri izbjegli su odgovornost u vezi s Fessendenovom tužbom osnivanjem nove tvrtke, United Wireless, i posuđivanjem imovine American De Foresta za 1 dolar. De Forest je izbačen s 1000 dolara odštete i nekoliko beskorisnih patenata u rukama, uključujući patent za Audion. Naviknut na raskošan život, suočio se s ozbiljnim financijskim poteškoćama i očajnički pokušavao pretvoriti Audion u veliki uspjeh.
Da bismo razumjeli što se zatim dogodilo, važno je znati da je de Forest vjerovao da je on izumio relej - za razliku od Flemingovog ispravljača. Napravio je svoj Audion spajanjem baterije na hladnu ventilsku ploču i vjerovao je da signal u krugu antene (spojen na vruću nit) modulira veću struju u krugu baterije. Bio je u krivu: to nisu bila dva kruga, baterija je jednostavno preusmjerila signal s antene, umjesto da ga pojača.
Ali ta je pogreška postala kritična, budući da je navela de Foresta na eksperimente s trećom elektrodom u tikvici, koja je trebala dodatno odspojiti dva kruga ovog "releja". Isprva je dodao drugu hladnu elektrodu uz prvu, ali onda je, možda pod utjecajem kontrolnih mehanizama koje fizičari koriste za preusmjeravanje zraka u uređajima s katodnim zrakama, pomaknuo elektrodu na mjesto između žarne niti i primarne ploče. Odlučio je da taj položaj može prekinuti protok električne energije, te je promijenio oblik treće elektrode iz ploče u valovitu žicu koja je nalikovala rašpi - i nazvao ju je "mreža".
1908 Audion trioda. Konac (prekinut) lijevo je katoda, valovita žica je mreža, zaobljena metalna ploča je anoda. Još ima niti kao obična žarulja.
I stvarno je bila štafeta. Slaba struja (kao što je ona koju proizvodi radio antena) primijenjena na rešetku mogla bi kontrolirati mnogo jaču struju između žarne niti i ploče, odbijajući nabijene čestice koje su pokušale proći između njih. Ovaj je detektor radio puno bolje od ventila jer nije samo ispravljao, već i pojačavao radio signal. I, poput ventila (i za razliku od koherera), mogao je proizvesti konstantan signal, što je omogućilo stvaranje ne samo radiotelegrafa, već i radiotelefona (a kasnije - prijenosa glasa i glazbe).
U praksi to nije djelovalo osobito dobro. De Forestovi audio zapisi bili su izbirljivi, brzo su izgarali, nedostajalo im je dosljednosti u proizvodnji i bili su neučinkoviti kao pojačala. Kako bi određeni Audion ispravno radio, bilo je potrebno prilagoditi mu električne parametre strujnog kruga.
Ipak, de Forest je vjerovao u svoj izum. Osnovao je novu tvrtku da je reklamira, De Forest Radio Telephone Company, ali prodaja je bila slaba. Najveći uspjeh bila je prodaja opreme floti za telefoniranje unutar flote tijekom plovidbe oko svijeta"". Međutim, zapovjednik flote, nije imao vremena pokrenuti de Forestove odašiljače i prijemnike i obučiti posadu za njihovo korištenje, naredio je da se spakiraju i ostave u skladište. Štoviše, De Forestova nova tvrtka, koju je vodio sljedbenik Abrahama Whitea, nije bila ništa pristojnija od prethodne. Da bi njegova nesreća bila veća, ubrzo se našao optužen za prijevaru.
Pet godina Audion nije postigao ništa. Još jednom će telefon odigrati ključnu ulogu u razvoju digitalnog releja, ovoga puta spašavajući obećavajuću, ali neprovjerenu tehnologiju koja je bila na rubu zaborava.
I opet telefon
Komunikacijska mreža na daljinu bila je središnji živčani sustav AT&T-a. Povezao je mnoge lokalne tvrtke i osigurao ključnu konkurentsku prednost jer su Bellovi patenti istekli. Pridruživanjem mreži AT&T, novi bi korisnik mogao, u teoriji, doprijeti do svih ostalih pretplatnika udaljenih tisućama milja—iako su se u stvarnosti međugradski pozivi rijetko obavljali. Mreža je također bila materijalna osnova za sveobuhvatnu ideologiju tvrtke "Jedna politika, jedan sustav, usluga na jednom mjestu".
Ali s početkom drugog desetljeća dvadesetog stoljeća ta je mreža dosegla svoj fizički maksimum. Što su se telefonske žice više protezale, to je signal koji je prolazio kroz njih postajao slabiji i bučniji, a kao rezultat toga govor je postao gotovo nečujan. Zbog toga su zapravo postojale dvije AT&T mreže u SAD-u, odvojene kontinentalnim grebenom.
Za istočnu mrežu New York je bio klin, a mehanički repetitori i – uzica koja je određivala koliko daleko ljudski glas može doprijeti. Ali te tehnologije nisu bile svemoćne. Zavojnice su promijenile električna svojstva telefonskog kruga, smanjujući prigušenje glasovnih frekvencija - ali mogle su ga samo smanjiti, ne i eliminirati. Mehanički repetitori (samo telefonski zvučnik spojen na mikrofon za pojačavanje) dodavali su šum sa svakim ponavljanjem. Linija iz 1911. od New Yorka do Denvera dovela je ovaj pojas do svoje najveće duljine. Nije bilo govora o širenju mreže na cijeli kontinent. Međutim, 1909. John Carty, glavni inženjer AT&T-a, javno je obećao da će učiniti upravo to. Obećao je da će to učiniti za pet godina - do trenutka kad počne u San Franciscu 1915.
Prvi koji je uz pomoć novog telefonskog pojačala omogućio takav pothvat nije bio Amerikanac, već nasljednik bogate bečke obitelji zainteresiran za znanost. Biti mlad Uz pomoć roditelja kupio je tvrtku za proizvodnju telefona i krenuo u izradu telefonskog pojačala. Do 1906. izradio je relej temeljen na katodnim cijevima, koje su se u to vrijeme naširoko koristile u fizikalnim eksperimentima (a kasnije su postale osnova za tehnologiju video ekrana koja je dominirala XNUMX. stoljećem). Slabi dolazni signal kontrolirao je elektromagnet koji je savijao zraku, modulirajući jaču struju u glavnom krugu.
Do 1910. von Lieben i njegovi kolege, Eugene Reise i Sigmund Strauss, saznali su za de Forestov Audione i zamijenili magnet u cijevi rešetkom koja je kontrolirala katodne zrake - ovaj je dizajn bio najučinkovitiji i superiorniji od svega što je napravljeno u Sjedinjenim Državama. Države u to vrijeme. Njemačka telefonska mreža ubrzo je prihvatila von Lieben pojačalo. Godine 1914., zahvaljujući njoj, zapovjednik istočnopruske vojske obavio je nervozan telefonski razgovor s njemačkim stožerom, koji se nalazio 1000 kilometara dalje, u Koblenzu. To je natjeralo načelnika stožera da pošalje generale Hindenberga i Ludendorffa na istok, u vječnu slavu i sa strašnim posljedicama. Slični pojačivači kasnije su povezali njemački stožer s terenskim vojskama na jugu i istoku sve do Makedonije i Rumunjske.
Kopija von Liebenovog poboljšanog katodnog releja. Katoda je na dnu, anoda je zavojnica na vrhu, a rešetka je okrugla metalna folija u sredini.
Međutim, jezične i zemljopisne barijere, kao i rat, doveli su do toga da ovaj dizajn nije dospio u Sjedinjene Države, a ubrzo su ga prestigli drugi događaji.
U međuvremenu, de Forest je 1911. napustio propalu radiotelefonsku tvrtku i pobjegao u Kaliforniju. Ondje se zaposlio u Federalnoj telegrafskoj tvrtki u Palo Altu, koju je osnovao diplomac Stanforda . Nominalno, de Forest bi radio na pojačalu koje bi povećalo glasnoću federalnog radijskog izlaza. Zapravo, on, Herbert van Ettan (iskusni telefonski inženjer) i Charles Logwood (dizajner prijemnika) krenuli su u stvaranje telefonskog pojačala kako bi njih trojica mogli osvojiti nagradu od AT&T-a, za koju se pričalo da iznosi milijun dolara.
Da bi to učinio, de Forest je uzeo Audion s polukata, a do 1912. on i njegovi kolege već su imali uređaj spreman za demonstraciju u telefonskoj tvrtki. Sastojao se od nekoliko Audiona spojenih u seriju, stvarajući pojačanje u nekoliko stupnjeva, te još nekoliko pomoćnih komponenti. Uređaj je zapravo radio - mogao je pojačati signal dovoljno da čujete kako pada rupčić ili otkucava džepni sat. Ali samo pri strujama i naponima koji su preniski da bi bili korisni u telefoniji. Kako je struja rasla, Audioni su počeli emitirati plavi sjaj, a signal se pretvorio u šum. Ali telefonska industrija bila je dovoljno zainteresirana da odnese uređaj svojim inženjerima i vidi što mogu učiniti s njim. Dogodilo se da je jedan od njih, mladi fizičar Harold Arnold, točno znao kako popraviti pojačalo iz Federalnog telegrafa.
Vrijeme je da razgovaramo o tome kako su radili ventil i Audion. Ključni uvid potreban za objašnjenje njihovog rada došao je iz Laboratorija Cavendish u Cambridgeu, think tanka za novu fiziku elektrona. Tamo je 1899. J. J. Thomson u eksperimentima s katodnim cijevima pokazao da čestica mase, koja je kasnije postala poznata kao elektron, nosi struju od katode do anode. Tijekom sljedećih nekoliko godina, Owen Richardson, Thomsonov kolega, razvio je ovaj prijedlog u matematičku teoriju termionske emisije.
Ambrose Fleming, inženjer koji je radio kratkom vožnjom vlakom od Cambridgea, bio je upoznat s tim radovima. Bilo mu je jasno da njegov ventil radi zbog termoemisije elektrona iz zagrijane žarne niti, prolazeći kroz vakuumski raspor do hladne anode. Ali vakuum u indikatorskoj lampici nije bio dubok - to nije bilo potrebno za običnu žarulju. Bilo je dovoljno ispumpati dovoljno kisika da se nit ne zapali. Fleming je shvatio da ventil za najbolji rad mora biti ispražnjen što je temeljitije moguće kako preostali plin ne bi ometao protok elektrona.
De Forest to nije razumio. Budući da je do ventila i Audiona došao kroz pokuse s Bunsenovim plamenikom, njegovo je uvjerenje bilo suprotno – da je vrući ionizirani plin radni fluid uređaja, te da bi njegovo potpuno uklanjanje dovelo do prestanka rada. To je razlog zašto je Audion bio tako nestabilan i nezadovoljavajući kao radio prijemnik i zašto je emitirao plavo svjetlo.
Arnold iz AT&T-a bio je u idealnoj poziciji da ispravi de Forestovu grešku. Bio je fizičar koji je studirao pod vodstvom Roberta Millikana na Sveučilištu u Chicagu i bio je angažiran posebno da primijeni svoje znanje o novoj elektronskoj fizici na problem izgradnje telefonske mreže obala-obala. Znao je da će Audion cijev najbolje raditi u gotovo savršenom vakuumu, znao je da najnovije pumpe mogu postići takav vakuum, znao je da bi nova vrsta filamenta obloženog oksidom, zajedno s većom pločom i rešetkom, također mogla povećati protok elektrona. Ukratko, pretvorio je Audion u vakuumsku cijev, čudotvorca elektroničkog doba.
AT&T je imao moćno pojačalo potrebno za izgradnju transkontinentalne linije - samo nije imao prava za njegovu upotrebu. Predstavnici tvrtke ponašali su se s nevjericom tijekom pregovora s de Forestom, ali su započeli odvojeni razgovor preko odvjetnika treće strane, koji je uspio kupiti prava na korištenje Audiona kao telefonskog pojačala za 50 dolara (oko 000 milijuna dolara u dolarima iz 1,25. godine). Linija New York – San Francisco otvorena je baš na vrijeme, ali više kao trijumf tehničke virtuoznosti i korporativnog oglašavanja nego kao sredstvo komunikacije. Cijena poziva bila je toliko astronomska da je gotovo nitko nije mogao koristiti.
Elektronička era
Prava vakuumska cijev postala je korijen potpuno novog stabla elektroničkih komponenti. Poput releja, vakuumska cijev neprestano je širila svoje primjene kako su inženjeri pronalazili nove načine da prilagode njezin dizajn za rješavanje specifičnih problema. Rast plemena "-od" nije završio na diodama i triodama. Nastavilo se sa , koji je dodao dodatnu rešetku koja je podržavala pojačanje s rastom elemenata u krugu. Sljedeći se pojavio , , pa čak i . Pojavili su se tiratroni ispunjeni živinim parama, sjajeći zlokobnom plavom svjetlošću. Minijaturne lampe su veličine malog nožnog prsta ili čak žira. Indirektne katodne žarulje kod kojih zujanje izmjeničnog izvora nije ometalo signal. Saga o vakuumskoj cijevi, koja bilježi rast industrije cijevi do 1930. godine, navodi preko 1000 različitih modela prema indeksu - iako su mnogi bili ilegalne kopije nepouzdanih marki: Ultron, Perfectron, Supertron, Voltron i tako dalje.
Važnija od raznolikosti oblika bila je raznolikost primjene vakuumske cijevi. Regenerativni krugovi pretvorili su triodu u odašiljač - stvarajući glatke i konstantne sinusne valove, bez bučnih iskri, sposobnih za savršen prijenos zvuka. S kohererom i iskrama 1901., Marconi je jedva uspio prenijeti mali dio Morseove abecede preko uskog Atlantika. Godine 1915., koristeći vakuumsku cijev i kao odašiljač i kao prijemnik, AT&T je mogao prenijeti ljudski glas od Arlingtona u Virginiji do Honolulua — dvostruko veće udaljenosti. Do 1920-ih godina kombinirali su međugradsku telefoniju s visokokvalitetnim audio emitiranjem kako bi stvorili prve radijske mreže. Tako bi uskoro cijeli narod mogao slušati isti glas na radiju, bio to Roosevelt ili Hitler.
Štoviše, sposobnost stvaranja odašiljača podešenih na preciznu i stabilnu frekvenciju omogućila je telekomunikacijskim inženjerima da ostvare dugogodišnji san o frekvencijskom multipleksiranju koji je privukao Alexandera Bella, Edisona i ostale prije četrdeset godina. Do 1923. AT&T je imao desetokanalnu govornu liniju od New Yorka do Pittsburgha. Mogućnost prijenosa više glasova preko jedne bakrene žice radikalno je smanjila troškove međugradskih poziva, koji su zbog visoke cijene uvijek bili pristupačni samo najbogatijim ljudima i tvrtkama. Vidjevši što vakuumske cijevi mogu učiniti, AT&T je poslao svoje odvjetnike da kupe dodatna prava od de Foresta kako bi osigurali prava korištenja Audiona u svim dostupnim aplikacijama. Ukupno su ga platili 390 dolara, što je u današnjem novcu ekvivalentno oko 000 milijuna dolara.
Uz takvu svestranost, zašto vakuumske cijevi nisu dominirale prvom generacijom računala na način na koji su dominirale radijima i drugom telekomunikacijskom opremom? Očito, trioda bi mogla biti digitalni prekidač baš kao i relej. Toliko očito da je de Forest čak vjerovao da je stvorio relej prije nego što ga je zapravo stvorio. A trioda je bila puno osjetljivija od tradicionalnog elektromehaničkog releja jer nije morala fizički pomicati armaturu. Tipičnom releju bilo je potrebno nekoliko milisekundi za prebacivanje, a promjena toka od katode do anode zbog promjene električnog potencijala na mreži bila je gotovo trenutna.
Ali lampe su imale jasan nedostatak u odnosu na releje: njihovu tendenciju, kao i njihove prethodnice, žarulje, da pregore. Životni vijek originalnog Audion de Foresta bio je toliko kratak - oko 100 sati - da je lampa sadržavala rezervnu žarnu nit, koja se morala spojiti nakon što je prva pregorjela. To je bilo jako loše, ali čak i nakon toga, čak ni najkvalitetnije lampe nisu mogle trajati više od nekoliko tisuća sati. Za računala s tisućama lampi i satima izračuna, to je bio ozbiljan problem.
Releji su, s druge strane, bili "fantastično pouzdani", prema Georgeu Stibitzu. Toliko da je to tvrdio
Kad bi set releja u obliku slova U počeo raditi prve godine naše ere i prebacivao kontakt jednom svake sekunde, radili bi i danas. Prvi kvar u kontaktu mogao se očekivati najranije tisuću godina kasnije, negdje 3000. godine.
Štoviše, nije bilo iskustva s velikim elektroničkim sklopovima usporedivim s elektromehaničkim sklopovima telefonskih inženjera. Radio i druga oprema mogu sadržavati 5-10 lampi, ali ne i stotine tisuća. Nitko nije znao hoće li biti moguće pokrenuti računalo s 5000 lampica. Odabirom releja umjesto cijevi, dizajneri računala napravili su siguran i konzervativan izbor.
U sljedećem ćemo dijelu vidjeti kako i zašto su te sumnje prevladane.
Izvor: www.habr.com