További cikksorozatok:
- A relék története
- Az elektronikus számítógépek története
- A tranzisztor története
- Az internet története
A Láttuk, hogy a digitális számítógépek első generációját az első generációs automatikus elektromos kapcsolók – elektromágneses relék – alapjára építették. De mire ezek a számítógépek elkészültek, a háttérben egy másik digitális kapcsoló várta, hogy megjelenjen. A relé egy elektromágneses eszköz volt (amely áramot használt egy mechanikus kapcsoló irányítására), míg az új digitális kapcsolók osztálya elektronikus volt – az új elektron tudományon alapult, amely a XX. század elején jelent meg. Ez a tudomány azt jelezte, hogy az elektromos energia hordozója nem áram, nem hullám, nem mező – hanem egy szilárd részecske.
A készülék, amely elindította az elektronikának ezzel az új fizikával alapozott korszakát, az "elektroncső" [az Egyesült Államokban – vacuum tube, vagy "vákuumcső"] néven vált ismertté. A létrejöttének történetében két ember játszik szerepet: egy angol és egy amerikai . Az elektronika eredete valójában bonyolultabb, számos szálból fonódik össze, amelyek átszelik Európát és az Atlanti-óceánt, és visszanyúlnak a múltig, egészen a XVIII. század közepén végzett Leyden banki kísérletekig.
De a mi tárgyalásunk keretein belül célszerű (amennyire csak lehet) ezt a történetet Thomas Edisonról kezdeni. Az 1880-as években Edison érdekes felfedezést tett, miközben az elektromos világítással foglalkozott – ez a felfedezés készíti elő a színpadot a mi történetünkhöz. Innen indult az elektroncsövek további fejlesztése, amely szükséges volt két technológiai rendszerhez: az új típusú vezeték nélküli üzenetátvitelhez és az folyamatosan bővülő telefonhálózatokhoz.
Prológus: Edison
Edisont általában a villanykörte feltalálójának tartják. Ez egyszerre ad neki túl sok és túl kevés elismerést. Túl sokat, mivel nem ő volt az egyetlen, aki a világító körtét kitalálta. Sok elődjéről, akinek találmányai nem jutottak el a kereskedelmi alkalmazásig, lehet beszélni, köztük Joseph Swan és Charles Stern Britanniából, valamint William Sawyer Amerikából, akik egy időben dobta piacra az izzókat Edisonnal. [A találmány tisztelete egy orosz feltalálót is megillet . Lodygin volt az első, aki rájött, hogy az üveg lámpa gömbből ki kell vonni a levegőt, és aztán a szálat nem szénből vagy égetett rostokból kell készíteni, hanem olvadáspontjában ellenálló volframból.]. Minden izzó egy lezárt üveggömbből állt, amelyben egy ellenálló szál helyezkedett el. Amikor az izzót áramkörbe kapcsolták, az áram által létrejövő hő, ami a szál ellenállásából adódott, világítani kezdett. A gömbből levegőt vontak ki, hogy a szál ne gyulladjon meg. Az elektromos fény már ismert volt a nagyvárosokban, mint , amelyeket nagy közterek megvilágítására használtak. Mindezen feltalálók olyan módszert kerestek, amely csökkenti a fény mennyiségét, miközben a lángoló ívből egy fényes részecskét vonnak ki, ami elég kicsi ahhoz, hogy otthon alkalmazzák, helyettesítve a gázlámpákat, és biztonságosabb, tisztább és világosabb fényforrást teremtsenek.
De amit Edison valóban tett – pontosabban, amit az ipari laboratóriuma létrehozott – nem pusztán fényforrás létrehozása. Ők egy teljes elektromos rendszert építettek az otthonok megvilágítására – generátorok, a áram szállítására szolgáló vezetékek, transzformátorok stb. Mindezek közül az izzó csupán a legnyilvánvalóbb és leglátványosabb komponens volt. Edison neve a villamos energiát előállító cégeiben nem csupán a nagy feltaláló iránti tiszteletnyilvánítás volt, mint a Bell Telephone esetében. Edison nemcsak feltalálóként mutatkozott be, hanem mint rendszerépítő is. Laboratóriuma a korai sikereik után is folytatta az elektromos világítás különböző összetevőinek fejlesztését.
Edison korai izzója
A kutatások során valamikor 1883 körül Edison (vagy talán az egyik munkatársa) úgy döntött, hogy a világító izzóba a fonalon kívül egy fémlapot is bezár. Ennek az akciónak az okai nem világosak. Lehet, hogy ez egy kísérlet volt a lámpa elsötétedésének megszüntetésére - a izzó üvegének belseje az idő múlásával rejtélyes sötét anyagot halmozott fel. A mérnök nyilván abban bízott, hogy ezek a fekete részecskék vonzódni fognak a feszültség alatt lévő laphoz. Meglepetésére felfedezte, hogy amikor a lemezt a fonal pozitív végéhez csatlakoztatta, a fonalon átfolyó áram mennyisége közvetlen arányban állt a fonál fényességével. Ha a lemezt a fonal negatív végéhez csatlakoztatta, ilyesmi nem figyelhető meg.
Edison úgy döntött, hogy ezt a hatást, amelyet később Edison-hatásnak vagy , fel lehet használni az "elektromotoros erő" vagy a feszültség mérésére vagy akár kezelésére az elektromos rendszerben. A megszokás miatt beadott egy szabadalomkérelmet erről az "elektrikus indikátorról", majd visszatért a fontosabb feladatokhoz.
Vezetékek nélkül
Ugorjunk 20 évet a jövőbe, 1904-re. Ekkor Angliában John Ambrose Fleming a Marconi Company megbízásából a rádióhullámok vevőjének javításán dolgozott.
Fontos megérteni, hogy mi volt és mi nem volt a rádió akkoriban, mind eszközként, mind gyakorlati szempontból. Akkoriban a rádiót még nem nevezték "rádiónak", hanem "vezeték nélkülinek". A "rádió" kifejezés csak az 1910-es években vált dominálttá. Különösképpen a vezeték nélküli távíróra utaltak – a jelek pontokban és vonalakban történő továbbítására az adótól a vevőhöz. Fő alkalmazása a hajók és a kikötői szolgáltatások közötti kommunikáció volt, és ebben az értelemben a világ minden tájáról érdeklődtek utána a tengeri hatóságok.
A korszak néhány feltalálója, különösen , kísérleteztek a rádiótelefon ötletével – a hangüzenetek levegőn való folyamatos hullámban történő továbbításával. De a modern értelmében vett műsorszórás csak 15 évvel ezután jelent meg: hírek, történetek, zene és egyéb programok továbbítása széles közönség számára. Előtte a rádióhullámok minden irányba sugárzó természete problémaként jelent meg, amelyet meg kellett oldani, nem mint olyan sajátosság, amit ki lehetne használni.
Akkoriban létező rádióberendezések jól alkalmazkodtak a Morse-ábécé kezeléséhez, de nem voltak alkalmasak másra. Az adók Hertz-hullámokat generáltak, szikrát küldve egy áramkörbeli résen keresztül. Ezért a jel statikus zajjal társult.
A vevők ezt a jelet egy kogerer segítségével ismerték fel: fémforgácsok egy üvegtubusban, amelyek a rádióhullámok hatására egy folytonos masszába tömörültek, ezáltal zárva az áramkört. Ezután az üvegen meg kellett kopogtatni, hogy a forgácsok szétesenek és a vevő készen álljon a következő jelre – kezdetben ezt kézzel végezték, de hamarosan automatikus eszközök is megjelentek.
1905-ben kezdték megjelenni , amelyek más néven „macskauszonyok”. Kiderült, hogy ha egy vezetéket érintünk meg egy bizonyos kristállyal, például szilíciummal, vasérccel vagy , ki lehetett nyerni a levegőből a rádiójelet. Az így készült vevők olcsók, kompaktak és mindenki számára elérhetők voltak. Serkentették a rádiózás iránti érdeklődést, különösen a fiatalok körében. A rádiós éter hirtelen megnövekedett forgalma problémákat okozott, mivel az rádióéter minden felhasználó között megosztódott. Az amatőrök ártalmatlan beszélgetései véletlenül ütközhettek a hajózási flotta kommunikációjával, és néhány csintalan személy még hamis parancsokat is tudott kiadni és segélyjelet küldeni. Az államnak elkerülhetetlenül be kellett avatkoznia. Amint Ambrose Fleming maga is írta, a kristálydetektorok megjelenése
Ez azonnali fellendülést eredményezett a felelőtlen rádiótávírózásban, számos villanyszerelő és diák csínytevése miatt, ami szigorú beavatkozást igényelt a nemzeti és nemzetközi hatóságoktól, hogy a történések a racionális és biztonságos keretek között maradjanak.
Ezeknek a kristályoknak a különös elektromos tulajdonságai révén megjelenik majd a digitális kapcsolók harmadik generációja, a relék és izzók után – kapcsolók, amelyek uralkodóvá válnak világunkban. De mindennek megvan a maga ideje. Leírtuk a színpadot, most pedig fordítsuk figyelmünket az újonnan felbukkanó szereplőre: Ambrose Fleming, Anglia, 1904.
Szelep
Fleming 1904-ben az Elektrotechnikai Tanszék professzora volt a Londresi Egyetemen, és tanácsadó a Marconi Company számára. A társaság eredetileg azért vette fel, hogy szakértői véleményt adjon a villamosenergia-állomás építéséről, de később a vevőegység fejlesztésére összpontosított.
Fleming 1890-ben
Mindenki tudta, hogy a kóherer rossz érzékenységgel rendelkező vevő volt, és a Marconinál kifejlesztett mágneses detektor sem volt sokkal jobb. Helyette Fleming először egy érzékeny áramkört kívánt építeni a Hertz-hullámok érzékelésére. Ez a készülék, még ha nem is válik detektorává, hasznos lesz a jövőbeli kutatások során.
Ehhez egy módszert kellett kitalálnia, amely folyamatosan méri az érkező hullámok által keltett áramerősséget, ahelyett, hogy egy diszkrét kóherert használna (az csak ON – amikor a fémreszelék összetapadt, vagy OFF állapotot mutatott). De a kiterjedt árammérő műszerek – galvanométerek – folyamatos, azaz egyirányú áramot igényeltek. Az alternáló áram, amelyet a rádióhullámok gerjesztettek, olyan gyorsan megváltoztatta az irányát, hogy semmiféle mérés nem lett volna lehetséges.
Fleming eszébe jutott, hogy van a szekrényében néhány érdekes dolog – Edison indikátor izzói. Az 1880-as években ő Edison Elektromos Világítási Társaságának tanácsadója volt Londonban, és azon dolgozott, hogy megoldja az izzók megfeketedésének problémáját. Ekkor kapott néhány példányt az indikátorból, valószínűleg William Price-tól, a brit Posta fő mérnökétől, aki éppen most tért vissza egy elektromos kiállításról Philadelphia-ból. Akkoriban az Egyesült Államokon kívül a postai szolgáltatások számára a távíró és a telefon ellenőrzése szokványos dolog volt, így ezek a villamos műszaki szakértelem központjai voltak.
Később, az 1890-es években, Fleming maga is tanulmányozta Edison hatását azoktól a Price-tól kapott lámpák felhasználásával. Megmutatta, hogy a hatás abban állt, hogy az áram egy irányban áramlott: a negatív elektromos potenciál a forró szálról a hideg elektródra áramolhatott, de fordítva nem. De csak 1904-ben, amikor a rádióhullámok észlelésének feladatával szembesült, értette meg, hogy ezt a tényt gyakorlati alkalmazásra lehet használni. Edison indikátora lehetővé tette, hogy csak az egy irányba irányzott váltakozó áram impulzusai áthidalják a szál és a lemez közötti rést, ami állandó és egyirányú áramot eredményezett.
Fleming fogott egy izzót, sorba kötötte egy galvanométerrel, és bekapcsolta a szikrás adót. Voilà – a tükör elfordult, és a fénycsóva elmozdult a skálán. Működött. Pontosan mérni tudta a bejövő rádiójelet.
Fleming szelepek prototípusai. Az anód a szál hurkjának (forró katód) közepén található.
Fleming a találmányát «szelepként» nevezte el, mivel csak egy irányban engedte át az áramot. Általánosabb elektromos nyelven ez egy egyenirányító volt – a váltakozó áram állandó árammá alakításának módja. Később diódként nevezték el, mivel két elektródája volt – a forró katód (szál), amely áramot bocsátott ki, és a hideg anód (lemez), amely azt fogadta. Fleming a tervnél néhány javítást vezetett be, de lényegében az eszköz nem különbözött Edison által gyártott indikátor lámpától. Az átmenet új minőségbe a gondolkodásmód megváltozásának következményeként történt – ilyesmit már számtalanszor láttunk. A változás Fleming fejében a gondolatok világában történt, nem a dolgok világában azon kívül.
A Flemingi szelep önmagában hasznos volt. Ez volt a legjobb műszaki eszköz a rádiós jelek mérésére, és maga a detektor is megállta a helyét. De a világot nem változtatta meg. Az elektronikában bekövetkező robbanás csak akkor indult el, amikor Lee de Forest hozzáadta a harmadik elektródot, és a szelepet relévé alakította.
Lejátszás
Lee de Forest szokatlan neveltetésben részesült a Yale-ből. Apja, Henry de Forest tiszteletes, a New York-i polgárháború veteránja volt. , és szentül hitte, hogy mint prédikátor terjesztenie kell a tudás és az igazság isteni fényét. A kötelesség szavára elfogadta a csábító lehetőséget, hogy a Talladega Főiskola elnöke legyen Alabamában. Az intézményt a New York-i Amerikai Misszionárius Szövetség alapította a polgárháború után, hogy helyi fekete lakosokat oktasson és támogasson. Ott Lee úgy érezte magát, mint akit kalapács és anvil között szorongatnak – a helyi feketék a naivságáért és gyávaságáért megalázták, a fehérek pedig, mert ő volt a .
Mégis, fiatalon de Forestben szilárd önbizalom alakult ki. Felfedezte, hogy vonzalma van a mechanikához és találmányokhoz – a modellvonata helyi csodává vált. Már tinédzserkorában, Talladegában, elhatározta, hogy életét a találmányoknak szenteli. Ezután, fiatal férfiként, New Haven városában élve, a tiszteletes fia levetette magáról az utolsó vallási meggyőződéseit. Ezek fokozatosan eltűntek a darwinizmus miatt, míg végül a jelek szerint a gyermekkori halálával lettek úrrá rajta. De az érzés, hogy küldetése van, sosem hagyta el de Forestet – géniusznak tartotta magát, és arra törekedett, hogy második Nikola Tesla legyen, gazdag, híres és titokzatos varázsló az elektromosság korában. Yale-i osztálytársai öntelt szajkónak tartották. Talán ő volt a legkevésbé népszerű ember az összes, akivel a történelmünk során találkoztunk.
de Forest, kb. 1900
Miután 1899-ben diplomázott a Yale Egyetemen, de Forest úgy döntött, hogy a folyamatosan fejlődő vezeték nélküli jelátvitel művészetének elsajátítása lesz az útja a gazdagsághoz és a hírnévhez. Az ezt követő évtizedekben hatalmas eltökéltséggel és magabiztossággal vágott neki ennek az útnak, minden kétség nélkül. Minden a de Forest és partnere, Ed Smite közös munkájával kezdődött Chicagóban. Smite a rendszeres kifizetésekkel tartotta a vállalkozásukat, és együtt kifejlesztettek egy saját rádióhullám-észlelőt, amely két fémlemezből állt, amelyeket ragasztó kötött össze, amit de Forest „pasztának” nevezett [goo]. De Forest azonban nem tudott sokáig várni a zseniálitásáért járó jutalomra. Megszabadult Smitetől, és egy kétes New York-i pénzügyi vezetővel, Abraham White-tel állt össze [irónikus módon a születési nevét, Schwartzt, megváltoztatva, hogy elrejtse sötét ügyeit. White – (angolul) fehér, Schwartz – (németül) fekete / megj. ford.], megalapítva a De Forest Wireless Telegraph Companyt.
A cég tevékenysége mindkét hősünk számára másodlagos volt. White kihasználta az emberek tudatlanságát, hogy megtömje a zsebeit. Milliókat csalt ki a befektetőktől, akik minden erejükkel próbáltak lépést tartani a várható rádióboommal. De Forest, a megnevezett „balekok” által beáramló forrásoknak köszönhetően, arra összpontosított, hogy bizonyítsa zsenialitását egy új amerikai vezeték nélküli információátviteli rendszer kifejlesztésével (ellentétben a Marconival és másokkal kidolgozott európaival).
Sajnos de Forest amerikai rendszere nem működött túl jól. Egy időre megoldotta ezt a problémát, amikor Reginald Fessenden szabadalmaztatott „folyékony barret”-eszközének a tervezését kölcsönözte – két platina vezetéket, amelyeket kénesav folyadékba merítettek. Fessenden pert indított a szabadalom megsértése miatt – és egyértelműen megnyerte volna ezt a pert. De Forest nem nyugodott meg, amíg ki nem találta az őt egyedül megillető új észlelőt. 1906 őszén bejelentette egy ilyen észlelő létrehozását. Két különböző találkozón az Amerikai Elektromérnöki Intézetben de Forest bemutatta új vezeték nélküli érzékelőjét, amelyet „Audionnak” nevezett. De igazi eredete megkérdőjelezhető.
Egy időben de Forest kísérletei egy új detektorral a lángon átáramló áram körül forogtak. , amelyről úgy vélte, hogy aszimmetrikus vezető lehet. Az elképzelés, láthatóan, nem volt sikeres. 1905-ben egy ponton értesült Fleming szelepeiről. De Forestbe belebújt, hogy ez a szelep és az égő alapú eszköze lényegében nem különbözött – ha a forró szálat lánggal helyettesítjük, és üvegpalackkal fedjük le, hogy korlátozzuk a gázt, akkor megkapjuk ugyanazt a szelepet. Sorozat szabadalmat dolgozott ki, amelyek megismételték Fleming szelepe előtti találmányok történetét gázláng alapú detektorok segítségével. Nyilvánvalóan meg akarta őrizni a találmány elsőbbségét, megkerülve Fleming szabadalmát, mivel a Bunsen-égővel végzett munkák megelőzték Fleming munkáit (1900-tól kezdődően).
Nem lehet megmondani, hogy önámítás vagy csalás volt-e ez, de ennek következtében született meg a de Forest augusztusi szabadalma az "üres üvegedény, amely két külön elektromos elektródot tartalmaz, közöttük egy gázközeggel, amely elegendő felmelegedés esetén vezetővé válik és képez egy érzékeny elemet". Az eszköz berendezése és működése Flemingé, míg a működésének magyarázata de Foresté. De Forest végül elvesztette a szabadalmi pert, bár ez tíz évet vett igénybe.
A türelmetlen olvasó már érdeklődhet, miért töltünk ennyi időt ezzel az emberrel, akinek öntudatos zsenialitása mások ötleteinek a sajátjaként való kiadásában állt? Az ok a 1906-os év utolsó hónapjaiban bekövetkezett Aúdion átalakulásaiban rejlik.
Ekkorra de Forestnek nem volt munkája. White és társai elkerülték a felelősséget a Fessenden által indított kereset miatt, új céget alapítva, United Wireless néven, és átadva neki az American De Forest vagyont $1 összegért. De Forestet $1000 váltságdíjjal elbocsátották, és néhány haszontalan szabadalom került a kezébe, beleértve az Aúdion szabadalmát. A pazarló életvitelt megszokva súlyos pénzügyi nehézségekkel kellett szembenéznie, és kétségbeesetten próbálta az Aúdiont nagy sikerre vinni.
Ahhoz, hogy megértsük, mi történt ezután, fontos tudni, hogy de Forest azt hitte, ő találta fel a relét – szemben a Fleming-diódával. Megalkotta az Audiont, úgy, hogy egy akkumulátort csatlakoztatott a szelepen lévő hideg tányérhoz, és azt gondolta, hogy az antennás áramkör (amelyet a forró szálhoz csatlakoztatott) modulálja a nagyobb áramot az akkumulátor áramkörében. Tévedett: nem két áramkör volt itt, az akkumulátor egyszerűen eltolta az antennán érkező jelet, nem erősítette azt meg.
De ez a hiba kritikus lett, mivel de Forestet a kísérletezésre vezette a harmadik elektródával a gömbben, amelynek még jobban szét kellett választania e két áramkört. Először egy második hideg elektródot helyezett el az első mellett, de később, valószínűleg a fizikák által a elektronágyúkban használt irányító mechanizmusok hatására, az elektródot a szál és az első lemez közé helyezte. Úgy döntött, hogy ez a pozíció megszakíthatja az elektromosság áramlását, és megváltoztatta a harmadik elektróda formáját lemezről hullámos huzalra, amely a rasperre hasonlított – és elnevezte „hálónak”.
A 1908-as Audion triód. A szál (tönkrement) balra – katód, a hullámos huzal – háló, a lekerekített fémlap – anód. Még mindig van menetes része, mint a szokásos izzónak.
És ez valóban egy relé volt. A gyenge áram (amilyet a rádióantennák produkálnak), amelyet a hálóra adtak, képes volt irányítani egy sokkal erősebb áramot a szál és a lemez között, eltolva a közöttük próbáló töltött részecskéket. Ez a detektor sokkal jobban működött, mint a szelep, mivel nemcsak egyenirányított, hanem amplifikálta is a rádiójelet. És, mint a szelep (és ellentétben a kohérierrel), folyamatos jelet is ki tudott adni, ami lehetővé tette a rádiótelegrafikus és rádiótelefonok létrehozását (később pedig a hang és a zene továbbítását).
A gyakorlatban viszont nem működött különösebben jól. De Forest Audionjai érzékenyek voltak, gyorsan elégtek, a gyártásuk során nem volt meg a minőség állandósága, és erősítőképességük hatékonytalan volt. Annak érdekében, hogy egy adott Audion megfelelően működjön, a kapcsolás elektromos paramétereit kellett hozzáigazítani.
Ennek ellenére de Forest hitt a találmányában. Az ötlete népszerűsítése érdekében megalapította az új céget, a De Forest Rádió Telefon Társaságot, de az eladások elhanyagolhatóak voltak. A legnagyobb siker a flotta számára értékesített berendezések voltak a belső flottás telefonálás érdekében a 'Nagy Fehér Flotta' körüli út során.. Azonban a flottaparancsnok, mivel nem volt ideje arra, hogy a de Forest adóvevőket működésbe hozza és a legénységet megtanítsa a használatukra, azt parancsolta, hogy csomagolják be és hagyják a raktárban. Ráadásul de Forest új cége, amelyet Abraham White követője vezetett, nem volt sokkal megbízhatóbb, mint az előző. A kudarcai mellett hamarosan csalás vádjával is szembe kellett néznie.
Öt év alatt az Audion semmit sem ért el. És ismét a telefon játszik kulcsszerepet a digitális relé fejlesztésében, ezúttal megmentve egy ígéretes, de még nem kipróbált technológiát, amely a feledés határán állt.
Ismét a telefon
A távoli kommunikációs hálózat az AT&T központi idegrendszere volt. Összekapcsolta a számos helyi vállalatot és kulcsfontosságú versenyelőnyhöz juttatta a Bell szabadalmainak lejárta után. Az AT&T hálózatához csatlakozva az új ügyfél elméletileg elérhette az összes többi előfizetőt, akik ezre kilométerekre voltak tőle — bár valójában a távoli hívásokat ritkán kezdeményezték. A hálózat volt az anyagi alapja a „Egy politika, egy rendszer, univerzális szolgáltatás” átfogó ideológiájának.
De a huszadik század második évtizedének kezdetével ez a hálózat elérte a fizikai maximumot. Minél távolabb nyúltak a telefonvezetékek, annál gyengébb és zajosabb lett a rajtuk haladó jel, és végül a beszéd gyakorlatilag észlelhetetlenné vált. Emiatt az Egyesült Államokban valójában két AT&T hálózat létezett, amelyet a kontinentális gerinc választott el.
A keleti hálózatot New York biztosította, míg a mechanikai ismétlők és – a kötöttséggel, amely meghatározta, hogy a emberi hang mennyire tud eljutni. De ezek a technológiák nem voltak mindentudók. A tekercsek megváltoztatták a telefonberendezés elektromos tulajdonságait, csökkentve a hangfrekvenciák gyengülését – de csak csökkenteni tudták, nem pedig megszüntetni. A mechanikai ismétlők (egy telefonhangszóró, amelyet egy erősítő mikrofonnal kötöttek össze) minden egyes ismétléssel zajt adtak hozzá. Az 1911-es vonal New York és Denver között maximális hosszúságra növelte ezt a kötöttséget. Arról, hogy az egész kontinensen át egy hálózatot húzzanak, szó sem lehetett. Azonban 1909-ben John Carty, az AT&T főmérnöke nyilvánosan megígérte, hogy ezt fogja tenni. Azt ígérte, hogy ezt öt éven belül megoldja – a Panamai Csendes-óceáni Kiállítás kezdetére. San Franciscóban 1915-ben.
Az első, aki lehetővé tette egy ilyen vállalkozás létrehozását az új telefonos erősítő segítségével, nem amerikai volt, hanem egy gazdag bécsi család örököse, aki a tudomány iránt érdeklődött. Fiatal korában, szülei pénzéből megvásárolta a telefontermelő vállalatot, és elhatározta, hogy erősítőt készít a telefonbeszélgetésekhez. 1906-ra elektroncsöves relét készített, amelyet ekkor már széles körben használtak fizikai kísérletekben (és később a 20. század domináló képernyőtechnológiájának alapját képezte). A gyenge bejövő jelet egy elektromágnes kontrollálta, amely meggörbítette a sugarat, modulálva egy erősebb áramot a fő áramkörben.
1910-re Liben kollégáival, Eugene Rayessel és Sigmund Strauss-szal, megismerték de Forest Audionját és a csövet egy rácsra cserélték, amely kontrollálta a katódsugarakat – ez a tervezés volt a leghatékonyabb, és felülmúlta az Egyesült Államokban addig készült összes fejlesztést. A német telefonhálózat hamarosan felvette Liben erősítőjét. 1914-ben ennek köszönhetően lehetett ideges telefonhívás a Kelet-Porosz Hadsereg parancsnokától a német főhadiszállásra, amely 1000 kilométerre volt tőle, Koblenzbe. Ez arra kényszerítette a vezérkari főnököt, hogy Gindenberg és Ludendorff tábornokokat keleten indítsa el, a dicsőség örömére és súlyos következményekkel. Ugyanezeket az erősítőket később a német főhadiszállás és a déli és keleti frontok katonai erői között kötötték össze egészen Makedóniáig és Romániáig.
A Liben tube relay with improved cathode-ray design. The cathode is at the bottom, the anode is the coil at the top, and the grid is a round metal foil in the middle.
However, language and geographic barriers, as well as the war, led to this design not reaching the USA, and soon it was overtaken by other events.
At that time, de Forest left the struggling Radio Telephone Company in 1911 and escaped to California. There, he joined the Federal Telegraph Company in Palo Alto, founded by a Stanford graduate, Nominally, de Forest was supposed to work on an amplifier to increase the output volume of the federal radio receiver. In reality, he, Herbert Van Etten (an experienced telephone engineer), and Charles Logwood (a receiver developer) got involved in creating a telephone amplifier in order to jointly win a prize from AT&T, rumored to be $1 million.
To do this, de Forest retrieved Audions from the attic, and by 1912, he and his colleagues had a device ready for demonstration at the telephone company. It consisted of several Audions connected in series, creating multi-stage amplification, along with several auxiliary components. The device essentially worked—it could amplify the signal enough for you to hear a handkerchief drop or pocket watches ticking. But only at currents and voltages too low to be useful in telephony. As the current increased, the Audions began to emit a blue glow, and the signal turned into noise. However, the telephone engineers were interested enough to give the device to their engineers to see what they could do with it. It turned out that one of them, a young physicist named Harold Arnold, knew exactly how to fix the amplifier from the Federal Telegraph.
Ideje elérkezett, hogy megvitassuk, hogyan működött a szelep és az Audion. Az alapvető megértés, amely szükséges volt a működésük magyarázatához, a Cambridge-i Cavendish Laboratóriumban született – az új elektronfizika szellemi központjában. 1899-ben J.J. Thomson kísérletek során katódsugárcsövekkel megmutatta, hogy egy tömeggel rendelkező részecske, amely később elektronnak ismertté vált, áramot vezet a katód és az anód között. Az ezt követő néhány évben Owen Richardson, Thomson munkatársa, kidolgozta ezt a feltételezést a termoelektronikus emisszió matematikai elméletévé.
Ambrose Fleming, a Cambridge-től rövid vonatútra dolgozó mérnök, tisztában volt e munkákkal. Világos volt számára, hogy a szelepe a felhevített szálon keresztül, a vákuumtörésen átlépő elektronok termoelektronikus emisszióján keresztül működik, amelyek a hideg anódhoz érnek. De a vákuum a jelzőlámpában nem volt mély – egy átlagos izzóhoz ez nem is szükséges. Elég volt annyi oxigént eltávolítani, hogy a szál ne gyulladjon meg. Fleming megértette, hogy a szelep legjobb működéséhez minél alaposabban ki kell üríteni, hogy a megmaradó gáz ne zavarja az elektronok áramlását.
De Forest ezt nem értette. Mivel a szelepet és az Audiont a Bunsen-égőn végzett kísérletek során találta, meggyőződése az ellenkező volt – hogy a forró, ionizált gáz az eszköz munkaközege, és hogy teljes eltávolítása leállítaná a működést. Ezért dolgozott az Audion olyan instabilan és kielégítetlenül rádióvevőként, és ezért bocsátott ki kék fényt.
Arnold az AT&T-nél ideális helyzetbe került, hogy kijavítsa De Forest hibáját. Ő egy fizikus volt, aki Robert Millikan tanítványaként a Chicagói Egyetemen tanult, és kifejezetten azért vették fel, hogy új elektronfizikai tudását a telefonhálózat parttól partig történő kiépítésére alkalmazza. Tudta, hogy az Audion lámpa a lehető legjobb teljesítményt egy szinte tökéletes vákuumban nyújtja, tudta, hogy az újabb szivattyúk képesek ilyen vákuumot létrehozni, tudta, hogy az oxidréteggel bevont új szál, valamint a megnövelt lemez és rács szintén növelni fogja az elektronok áramlását. Röviden, ő alakította az Audiont egy elektroncsővé, a elektronika korának csodájává.
Az AT&T-nek volt egy erőteljes erősítője, amely szükséges volt a transzkontinentális vonal kiépítéséhez – csak a használati jogok hiányoztak. A cég képviselői bizalmatlanul viselkedtek De Foresttel folytatott tárgyalásaik során, de külön beszélgetést folytattak egy külső ügyvéd közvetítésével, aki sikeresen megszerezte az Audiion telefonos erősítőként való használati jogát 50 000 dollárért (kb. 1,25 millió dollár 2017-es árfolyamon). A New York – San Francisco vonal éppen időben nyílt meg, de inkább a technikai virtuozitás és a vállalati reklám diadalaként, mint kommunikációs eszközként. A beszélgetések költsége olyan magas volt, hogy szinte senki sem tudta kihasználni őket.
Elektronikus korszak
A valódi elektroncső egy teljesen új elektronikai komponensek fájának gyökerét jelentette. Mint a relék, az elektroncsövek folyamatosan bővítették alkalmazásának lehetőségeit, amikor a mérnökök új módszereket találtak a szerkezetük finomhangolására konkrét feladatok megoldására. A „-ód” törzs növekedése nem ért véget a diódákkal és triódákkal. Folytatódott , amely egy extra rácsot adott hozzá, amely támogatta az erősítést az áramkör elemeinek növekedésével. Ezt követték a , , és még a . Megjelentek a higanygőz tölcsérek, amelyeket baljóslatú kék fény világított meg. Miniatűr lámpák olyan kicsik, mint egy lábujj vagy akár egy makk. Indirekt fűtésű katódos lámpák, amelyekben az váltakozó áram forrásának zümmögése nem zavarta meg a jelet. A „SAGA AZ ELEKTRONCSŐRŐL” [Saga of the Vacuum Tube] című könyv, amely az iparág növekedését írja le 1930-ig, több mint 1000 különböző modellt sorol fel azok indexe szerint – bár sok közülük illegális másolatok voltak megbízhatatlan márkáktól: Altron, Perfectron, Supertron, Voltron, stb.
Fontosabb volt az elektroncsövek felhasználásának változatossága, mint a formájuké. A regeneratív kapcsolások a triódát adóvevővé alakították – sima és állandó szinuszos hullámokat létrehozva, zörejek nélkül, tökéletesen alkalmas a hangátvitelre. 1901-ben Marconi alig tudott átkonvertálni egy kis Morse-jelzést az Atlanti-óceán egy keskeny részén egy koherer és szikrák segítségével. 1915-re az elektroncsövet adó- és vevőegységként használva az AT&T képes volt emberi hangot közvetíteni Arlington, Virginia és Honolulu között – kétszer olyan távolságra. Az 1920-as évekre a távoli telefonálást ötvözték a kiváló minőségű hangközvetítéssel, és megalapították az első rádióhálózatokat. Így hamarosan az egész nemzet egy és ugyanazon hangot hallgathatott a rádión, akár Roosevelt, akár Hitler volt az.
Ráadásul az, hogy pontosan és stabilan hangolható adókészülékeket hozhattak létre, lehetővé tette a telekommunikációs mérnökök számára, hogy megvalósítsák a frekvenciamultiplexálás régóta dédelgetett álmát, amely négy évtizeddel korábban vonzotta Bell-t, Edisont és másokat. 1923-ra az AT&T-nek már tíz csatornás hangvonal volt New York és Pittsburgh között. A sok hang egyetlen rézhuzalon történő átvitele radikálisan csökkentette a távoli hívások költségét, amelyek mindig is csak a leggazdagabb emberek és vállalatok számára voltak elérhetők, mivel azok túl drágák voltak. Látva, mire képesek az elektroncsövek, az AT&T ügyvédeket küldött a De Foresttől történő további jogok megvásárlására, hogy biztosítsák az Audion használatának jogait minden lehetséges alkalmazás területén. Összesen 390 000 dollárt fizettek neki, ami a mai pénzben körülbelül 7,5 millió dollárnak felel meg.
Miért nem domináltak az elektroncsövek az első generációs számítógépekben olyan mértékben, ahogyan a rádiókban és más telekommunikációs berendezésekben? Nyilvánvaló, hogy a triód digitális kapcsolóként működhetett, csakúgy, mint a relék. Annyira egyértelmű volt ez, hogy De Forest azt hitte, hogy létrehozta a relét, mielőtt valójában megalkotta volna. A triód sokkal érzékenyebb volt, mint a hagyományos elektromechanikus relé, mivel nem kellett fizikailag mozgatni a zárat. Egy tipikus kapcsoló relé néhány milliszekundumot igényelt, míg a katód és az anód közötti áramlás megváltozása a rács elektromos potenciáljának változása miatt szinte azonnali volt.
A lámpák azonban nyilvánvaló hátránnyal indultak a relék előtt: hajlamosak voltak, akárcsak elődeik, a világító izzók, kiégni. Az eredeti De Forest Audion élettartama olyan rövid volt – körülbelül 100 óra –, hogy a lámpában volt egy tartalék szál, amelyet a első kiégése után kellett csatlakoztatni. Ez nagyon rossz volt, de még a legjobb minőségű lámpák esetében sem lehetett várni több ezer óránál hosszabb élettartamot. Az olyan számítógépek, amelyek ezrek lámpát használtak, és órákon át számoltak, komoly problémát jelentettek.
A relék viszont, George Stibitz szavai szerint, "fantasztikusan megbízhatóak" voltak. Olyannyira, hogy azt állította,
Ha egy U-alakú relékből álló készlet az első évben elkezdte volna a munkáját, és másodpercenként kapcsolt volna, még most is működne. Az első kapcsolási meghibásodásra nem lehetett volna számítani a későbbiekben, mint ezer év múlva, valahol 3000-ben.
Továbbá, nem volt tapasztalat nagy elektronikus áramkörök használatában, amelyek összehasonlíthatóak voltak az elektromechanikus telefonmérnöki áramkörökkel. A rádióvevők és más berendezések 5-10 lámpát tartalmazhattak, de nem számos ezer. Senki sem tudta, hogy egy 5000 lámpás számítógép működne-e. A relék választása a lámpák helyett a számítógép-fejlesztők biztonságos és konzervatív választását jelentette.
A következő részben megnézzük, hogyan és miért sikerült ezeket a kétségeket leküzdeni.
Forrás: habr.com
