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In Abbiamo visto come la prima generazione di computer digitali sia stata costruita sulla base della prima generazione di interruttori elettrici automatici: relè elettromagnetici. Ma al momento della creazione di questi computer, un altro interruttore digitale stava attendendo il suo posto. Il relè era un dispositivo elettromagnetico (che utilizzava l'elettricità per controllare un interruttore meccanico), mentre la nuova classe di interruttori digitali era elettronica, basata su nuove conoscenze sull'elettrone emerse all'inizio del XX secolo. Questa scienza ha indicato che il portatore di forza elettrica non era la corrente, né l'onda, né il campo, ma una particella solida.
Il dispositivo che ha dato inizio all'era dell'elettronica, basata su questa nuova fisica, è divenuto noto come "valvola elettronica" [negli Stati Uniti - vacuum tube, o "tubo a vuoto"]. Nella storia della sua creazione, sono coinvolte due persone: l'inglese e l'americano . In realtà, le origini dell'elettronica sono più complesse, intrecciandosi in numerosi fili che attraversano l'Europa e l'Atlantico e risalgono nel tempo fino ai primi esperimenti con le bottiglie di Leyden a metà del XVIII secolo.
Tuttavia, nel contesto della nostra esposizione, sarà comodo illustrare questa storia iniziando da Thomas Edison. Negli anni '80 dell'Ottocento, Edison fece una scoperta interessante mentre lavorava sull'illuminazione elettrica: questa scoperta preparava il palco per la nostra storia. Da qui iniziò lo sviluppo successivo delle valvole elettroniche, necessario per due sistemi tecnologici: una nuova forma di trasmissione wireless di messaggi e le sempre più diffuse reti telefoniche.
Prologo: Edison
Edison è generalmente considerato l'inventore della lampadina elettrica. Questo gli conferisce sia troppa che troppo poca gloria. Troppa, perché non è stato solo Edison a ideare la lampada luminosa. Oltre a una serie di inventori che lo hanno preceduto, le cui creazioni non hanno raggiunto l'uso commerciale, si possono citare Joseph Swan e Charles Sturt del Regno Unito e l'americano William Sawyer, che hanno immesso lampadine sul mercato contemporaneamente a Edison. [Il merito dell'invenzione spetta anche all'inventore russo . Lodygin è stato il primo a capire come estrarre l'aria da una lampadina di vetro, e poi ha suggerito di realizzare il filamento non in carbone o in fibre carbonizzate, ma in tungsteno refrattario / nota del traduttore.]. Tutte le lampade erano costituite da una bolla di vetro sigillata, all'interno della quale si trovava un filamento resistivo. Quando la lampada veniva accesa nel circuito, il calore generato dalla resistenza del filamento alla corrente causava l'illuminazione. L'aria era stata estratta dalla bolla per impedire che il filamento si accendesse. La luce elettrica era già nota nelle grandi città sotto forma di , utilizzate per l'illuminazione di grandi luoghi pubblici. Tutti questi inventori cercavano un modo per ridurre la quantità di luce, prelevando una piccola particella brillante dall'arco ardente, abbastanza piccola da poter essere utilizzata nelle case come sostituto delle lampade a gas, e rendere la sorgente di luce più sicura, più pulita e più luminosa.
E ciò che Edison ha realmente fatto - o più precisamente, ciò che il suo laboratorio industriale ha creato - non è stato semplicemente creare una sorgente di luce. Hanno costruito un intero sistema elettrico per l'illuminazione delle case: generatori, cavi per il passaggio della corrente, trasformatori, ecc. Di tutto ciò, la lampadina era solo il componente più ovvio e visibile. La presenza del nome di Edison nelle sue aziende, che producevano energia elettrica, non era un semplice atto di riverenza verso un grande inventore, come nel caso della Bell Telephone. Edison si rivelò non solo un inventore, ma anche un architetto di sistema. Il suo laboratorio continuò a lavorare per migliorare vari componenti dell'illuminazione elettrica anche dopo il loro precoce successo.
Esemplare delle prime lampade di Edison
Nel corso delle ricerche, intorno al 1883, Edison (o forse uno dei suoi collaboratori) decise di inserire all'interno della lampada accesa, insieme al filamento, anche una piastra metallica. Le ragioni di questo gesto non sono chiare. Forse si trattava di un tentativo di eliminare l'oscuramento della lampada: l'interno del vetro del bulbo accumulava nel tempo una misteriosa sostanza scura. L'ingegnere sperava che queste particelle nere venissero attratte dalla piastra sotto tensione. Con stupore, scoprì che quando la piastra era collegata al circuito insieme all'estremità positiva del filamento, l'intensità della corrente che passava attraverso il filamento era direttamente proporzionale all'intensità di emissione luminosa del filamento. Collegando la piastra all'estremità negativa del filamento, non si osservava alcun fenomeno simile.
Edison decise che questo effetto, successivamente chiamato effetto Edison o , poteva essere utilizzato per misurare o addirittura per controllare la «forza elettromotrice», o tensione, in un sistema elettrico. Per abitudine, presentò domanda di brevetto per questo «indicatore elettrico», e poi tornò a compiti più importanti.
Senza fili
Spostiamoci avanti di 20 anni nel futuro, nel 1904. In questo periodo, in Inghilterra, John Ambrose Fleming lavorava per conto della Marconi Company al miglioramento del ricevitore di onde radio.
È importante capire cosa fosse e cosa non fosse la radio in quel tempo, sia dal punto di vista degli strumenti che della pratica. All'epoca la radio non veniva nemmeno chiamata «radio», ma «wireless», ossia senza fili. Il termine «radio» divenne predominante solo negli anni '10. Si riferiva specificamente al telegrafo senza fili - un sistema di trasmissione di segnali in forma di punti e linee dal mittente al destinatario. La sua applicazione principale era la comunicazione tra navi e servizi portuali, ed in questo senso era di grande interesse per le autorità marittime di tutto il mondo.
Alcuni degli inventori di quel tempo, in particolare, , sperimentavano con l'idea del telefono radio – trasmissione di messaggi vocali attraverso l'aria sotto forma di onda continua. Tuttavia, la trasmissione broadcast nel senso moderno del termine emerse solo 15 anni dopo: trasmissioni di notizie, storie, musica e altri programmi per una vasta audience. Prima di allora, la natura omnidirezionale dei segnali radio era vista come un problema da risolvere, piuttosto che come una caratteristica da sfruttare.
L'attrezzatura radiofonica esistente all'epoca era ben adattata per lavorare con il codice Morse e scarsa per tutto il resto. I trasmettitori generavano onde di Hertz inviando scintille attraverso un'interruzione nel circuito. Di conseguenza, il segnale era accompagnato dal rumore statico.
I ricevitori riconoscevano questo segnale tramite un coherer: particelle metalliche in un tubo di vetro, che si raggruppavano sotto l'effetto delle onde radio in una massa continua, chiudendo così il circuito. Poi era necessario bussare sul vetro per disperdere le particelle e preparare il ricevitore per il successivo segnale – inizialmente questo veniva fatto manualmente, ma presto apparvero anche dispositivi automatici.
Nel 1905 iniziarono a comparire , noti anche come "pelo di gatto". Si scoprì che toccando semplicemente con un filo un determinato cristallo, ad esempio silicio, pirite o , era possibile catturare un segnale radio dall'aria. I ricevitori che ne derivavano erano economici, compatti e accessibili a tutti. Stimolarono lo sviluppo dell'hobby della radio, in particolare tra i giovani. L'improvviso aumento dell'occupazione delle onde radio, conseguenza di ciò, portò a problemi poiché lo spettro radiofonico era condiviso tra tutti gli utenti. Le conversazioni innocenti degli appassionati potevano casualmente sovrapporsi a quelle della flotta mercantile, e alcuni vandali riuscivano anche a dare ordini falsi e inviare segnali di soccorso. Lo stato doveva inevitabilmente intervenire. Come scrisse lo stesso Ambrose Fleming, l'emergere dei rivelatori cristallini
ha subito portato a un picco di telegrafia irresponsabile a causa delle bravate di un numero innumerevole di appassionati di elettricità e studenti, il che ha richiesto un intervento rigoroso da parte delle autorità nazionali e internazionali per mantenere gli eventi entro limiti ragionevoli e sicuri.
Dalle insolite proprietà elettriche di questi cristalli nel tempo emergerà la terza generazione di interruttori digitali, seguendo i relais e le lampade – interruttori che domineranno il nostro mondo. Ma ogni cosa ha il suo tempo. Abbiamo descritto la scena, ora riportiamo tutta l'attenzione sull'attore che è appena apparso sotto i riflettori: Ambrose Fleming, Inghilterra, 1904.
Valvola
Nel 1904, Fleming era professore di ingegneria elettrica al University College di Londra e consulente per la Marconi Company. Inizialmente, la società lo aveva assunto per ottenere una valutazione esperta sulla costruzione di una centrale elettrica, ma poi si dedicò al compito di migliorare il ricevitore.
Fleming nel 1890
Tutti sapevano che il coherer era un cattivo ricevitore dal punto di vista della sensibilità, e il rivelatore magnetico sviluppato in Marconi non era particolarmente migliore. Per trovarne un sostituto, Fleming decise inizialmente di costruire un circuito sensibile per rilevare le onde di Hertz. Un tale dispositivo, anche se non diventava un rivelatore di per sé, sarebbe stato utile nelle future ricerche.
Per questo aveva bisogno di trovare un modo per misurare continuamente la forza della corrente generata dalle onde in arrivo, invece di utilizzare un coherer discreto (mostrava solo gli stati acceso – dove i trucioli si univano, o spento). Ma i noti dispositivi di misurazione della corrente – galvanometri – richiedevano un corrente continua, cioè direzionale. La corrente alternata, eccitata dalle onde radio, cambiava direzione così rapidamente che non si sarebbe potuto effettuare alcuna misurazione.
Fleming ricordò che nel suo armadio giacevano alcune cose interessanti: le lampade indicatorie di Edison. Negli anni '80 dell'Ottocento era consulente della Edison Electric Light Company a Londra e lavorava sul problema dell'annerimento delle lampadine. In quel periodo ricevette alcune copie dell'indicatore, probabilmente da William Preece, il capo ingegnere elettrico del Servizio Postale britannico, che era appena tornato da un'esposizione elettrica a Philadelphia. All'epoca, al di fuori degli Stati Uniti, il controllo del telegrafo e del telefono era una prassi comune per le poste, rendendole centri di esperti in ingegneria elettrica.
Più tardi, negli anni '90, Fleming studiò l'effetto di Edison utilizzando le lampade ricevute da Preece. Dimostrò che l'effetto consisteva nel fatto che la corrente fluiva in una sola direzione: il potenziale elettrico negativo poteva scorrere dal filamento caldo all'elettrodo freddo, ma non viceversa. Ma solo nel 1904, quando si trovò di fronte al compito di rilevare onde radio, capì che questo fatto poteva essere utilizzato praticamente. L'indicatore di Edison permetteva solo agli impulsi di corrente alternata diretti in un'unica direzione di superare il divario tra il filamento e la piastra, generando un flusso costante e unidirezionale.
Fleming prese una lampada, la collegò in serie a un galvanometro e accese il trasmettitore a scintilla. Voilà – lo specchietto ruotò e il fascio di luce si spostò sulla scala. Funzionò. Poté misurare con precisione il segnale radio in arrivo.
Prototipi della valvola di Fleming. L'anodo si trova al centro del loop del filamento (catodo caldo)
Fleming chiamò la sua invenzione "valvola", poiché lasciava passare l'elettricità solo in una direzione. Parlando in termini più generali di ingegneria elettrica, era un raddrizzatore, un modo per convertire la corrente alternata in continua. Più tardi venne chiamato diodo, poiché conteneva due elettrodi: un catodo caldo (filamento) che emetteva elettricità e un anodo freddo (piastra) che la riceveva. Fleming apportò alcuni miglioramenti al design, ma sostanzialmente l'apparecchio non differiva dall' lampada indicatrice prodotta da Edison. La sua transizione a una nuova qualità avvenne in seguito a un cambiamento di mentalità, un fenomeno che abbiamo già osservato molte volte. Il cambiamento si verificò nel mondo delle idee nella mente di Fleming, non nel mondo delle cose al di fuori di essa.
Di per sé, la valvola di Fleming era utile. Era il miglior dispositivo da campo per misurare i segnali radio e un buon rivelatore di per sé. Ma non ha scosso il mondo. La crescita esplosiva dell'elettronica è iniziata solo dopo che Lee de Forest ha aggiunto un terzo elettrodo e ha trasformato la valvola in un relè.
Ascolto
Lee de Forest ha avuto un'educazione insolita per uno studente di Yale. Suo padre, il reverendo Henry de Forest, era un veterano della Guerra Civile di New York, pastore , e credeva fermamente che come predicatore dovesse diffondere la luce divina della conoscenza e della giustizia. Rispondendo a un senso di obbligo, accettò l'invito a diventare presidente del Talladega College in Alabama. Il college fu fondato dopo la Guerra Civile dall'American Missionary Association, con sede a New York. Era destinato a formare e istruirvi i locali abitanti afroamericani. Lì Lee si sentì tra l'incudine e il martello: i neri locali lo umiliavano per la sua ingenuità e vigliaccheria, mentre i bianchi locali lo criticavano perché era .
Eppure, da giovane, de Forest sviluppò una solida fiducia in se stesso. Scoprì di avere una predisposizione per la meccanica e le invenzioni: il suo modello in scala di una locomotiva diventò una meraviglia locale. Già da adolescente, studiando a Talladega, decise di dedicare la sua vita alle invenzioni. Poi, da giovane uomo e abitante della città di New Haven, il figlio del pastore abbandonò le ultime convinzioni religiose. Queste svanivano lentamente a causa della sua familiarità con il darwinismo e poi scomparvero completamente dopo la prematura morte di suo padre. Ma il senso di avere un destino non abbandonò mai de Forest: si considerava un genio e aspirava a diventare il secondo Nikola Tesla, un mago ricco, famoso e misterioso dell'era elettrica. I suoi compagni di classe dell'Università di Yale lo consideravano un presuntuoso chiacchierone. Potrebbe essere considerato la persona meno popolare tra tutte quelle incontrate nella nostra storia.
de Forest, ca. 1900
Dopo aver completato gli studi all'Università di Yale nel 1899, De Forest scelse di dedicarsi all'arte emergente della trasmissione di segnali senza fili come strada verso la ricchezza e la fama. Nei decenni successivi, intraprese questo percorso con grande determinazione e senza esitazioni. Tutto iniziò con la collaborazione di De Forest e del suo partner Ed Smite a Chicago. Smite mantenne a galla la loro impresa grazie a pagamenti regolari, e insieme svilupparono un proprio rivelatore di onde radio, costituito da due lamine metalliche unite da una sostanza che De Forest chiamava "pasta" [goo]. Ma De Forest non poté attendere a lungo i riconoscimenti per il suo genio. Si liberò di Smite e si associò a un finanziere dubbioso di New York di nome Abraham White [ironicamente cambiando il suo nome da quello ricevuto alla nascita, Schwarz, per nascondere i suoi loschi affari. White/White – (inglese) bianco, Schwarz/Schwarz – (tedesco) nero / nota del traduttore.], fondando la De Forest Wireless Telegraph Company.
L'attività della compagnia era secondaria per entrambi i nostri protagonisti. White sfruttava l'ignoranza delle persone per riempire le proprie tasche. Estorceva milioni agli investitori, che cercavano disperatamente di non perdere il previsto boom della radio. E De Forest, grazie all'abbondante flusso di fondi da parte di questi "allocchi", si concentrò nel dimostrare il proprio genio attraverso lo sviluppo di un nuovo sistema americano per la trasmissione di informazioni senza fili (in contrasto con quello europeo sviluppato da Marconi e altri).
Sfortunatamente per il sistema americano, il rivelatore di De Forest non funzionava particolarmente bene. Per un certo tempo risolse questo problema rubando il design brevettato di Reginald Fessenden per un rivelatore chiamato "barometro liquido" – due fili di platino immersi in un bagno di acido solforico. Fessenden intentò causa per violazione di brevetto – e questa causa probabilmente l'avrebbe vinta. De Forest non riusciva a trovare pace finché non avesse ideato un nuovo rivelatore, di proprietà esclusiva. Nell'autunno del 1906 annunciò di aver creato tale rivelatore. In due incontri diversi all'American Institute of Electrical Engineers, De Forest descrisse il suo nuovo rivelatore senza fili, da lui chiamato "Audion". Ma la sua vera origine è oggetto di dubbi.
Per un certo periodo, i tentativi di De Forest di costruire un nuovo rivelatore si concentrarono sul passaggio della corrente attraverso una fiamma , che secondo lui poteva essere un conduttore asimmetrico. L'idea, a quanto pare, non ebbe successo. A un certo punto del 1905, venne a conoscenza della valvola di Fleming. De Forest si convinse che questa valvola e il suo dispositivo basato sul bruciatore non differivano affatto: se si sostituiva il filo caldo con una fiamma e si copriva con un bulbo di vetro per limitare il gas, avrebbe ottenuto la stessa valvola. Sviluppò una serie di brevetti che ripetevano la storia delle invenzioni precedenti alla valvola di Fleming utilizzando rivelatori a base di fiamma gassosa. Ovviamente, voleva rivendicare la priorità nell'invenzione, eludendo il brevetto di Fleming, poiché il lavoro con il bruciatore Bunsen precedette l'opera di Fleming (iniziato nel 1900).
Non è possibile dire se si trattasse di un'illusione o di una frode, ma alla fine emerse il brevetto di De Forest dell'agosto 1906 per "un recipiente di vetro vuoto, contenente due elettrodi separati, tra i quali esiste un mezzo gassoso che diventa conduttore quando riscaldato a sufficienza e forma un elemento sensibile". L'attrezzatura e il funzionamento del dispositivo appartengono a Fleming, mentre la spiegazione del suo funzionamento a De Forest. Alla fine, De Forest perse la disputa sui brevetti, anche se ciò richiese dieci anni.
Il lettore impaziente potrebbe già iniziare a chiedersi perché stiamo dedicando così tanto tempo a quest'uomo, il cui genio auto-incensato consisteva nel rivendicare idee altrui come proprie? La ragione risiede nelle trasformazioni subite dall'Audion negli ultimi mesi del 1906.
A quel tempo, De Forest non aveva lavoro. White e i suoi partner evitarono la responsabilità relativa alla causa legale di Fessenden, creando una nuova compagnia, United Wireless, e prestando ad essa i beni di American De Forest per la somma di $1. De Forest venne cacciato con $1000 di buonuscita e alcuni brevetti inutili in mano, incluso quello per l'Audion. Abituato a uno stile di vita dissoluto, si trovò ad affrontare gravi difficoltà finanziarie e tentò disperatamente di trasformare l'Audion in un grande successo.
Per capire cosa è successo dopo, è importante sapere che De Forest credeva di aver inventato il relè – in contrasto con il rettificatore di Fleming. Ha realizzato il suo Audion collegando una batteria a una piastra fredda di una valvola, e credeva che il segnale nel circuito dell'antenna (collegato al filamento caldo) modulasse una corrente più potente nel circuito della batteria. Si sbagliava: non si trattava di due circuiti, la batteria semplicemente spostava il segnale dall'antenna, senza amplificarlo.
Ma questo errore si rivelò critico, poiché portò De Forest a esperimenti con un terzo elettrodo nella valvola, che avrebbe dovuto separare ulteriormente i due circuiti di questo "relè". Inizialmente aggiunse un secondo elettrodo freddo accanto al primo, ma poi, forse sotto l'influenza dei meccanismi di controllo utilizzati dai fisici per deviare i raggi nei dispositivi a raggi elettronici, spostò l'elettrodo in una posizione tra il filamento e la piastra primaria. Decise che tale posizione potesse interrompere il flusso di elettricità, e cambiò la forma del terzo elettrodo da piastra a un filo ondulato, simile a un raschietto – e lo chiamò "griglia".
Triode Audion del 1908. Il filamento (interrotto) a sinistra – catodo, il filo ondulato – griglia, la piastra metallica arrotondata – anodo. Ha ancora le filettature, come una normale lampadina.
E questo era davvero un relè. Una debole corrente (quella generata da un'antenna radio), applicata alla griglia, poteva controllare una corrente molto più forte tra il filamento e la piastra, respingendo particelle cariche che tentavano di attraversare. Questo rivelatore funzionava molto meglio della valvola, poiché non si limitava a rettificare, ma amplificava anche il segnale radio. E, come la valvola (e a differenza del coerenza), poteva emettere un segnale costante, il che permetteva di creare non solo un radiotelegrafo, ma anche un radiotelefono (e in seguito – la trasmissione della voce e della musica).
Nella pratica, però, non funzionava particolarmente bene. Gli Audion di De Forest erano capricciosi, si bruciavano rapidamente, la loro produzione mancava di coerenza qualitativa e come amplificatori erano inefficaci. Perché un particolare Audion funzionasse correttamente, era necessario regolare i parametri elettrici del circuito.
Tuttavia, De Forest credeva nella sua invenzione. Per promuoverla, organizzò una nuova compagnia, De Forest Radio Telephone Company, ma le vendite furono misere. Il maggiore successo fu la vendita di attrezzature alla marina per la telefonia interna durante il viaggio intorno al mondo "". Tuttavia, il comandante della flotta, non avendo tempo per far funzionare i trasmettitori e i ricevitori di De Forest e per addestrare l'equipaggio al loro uso, ordinò di imballarli e lasciarli in deposito. Inoltre, la nuova compagnia di De Forest, guidata da un seguace di Abraham White, non era più onesta della precedente. Oltre ai suoi fallimenti, fu presto accusato di frode.
In cinque anni, Audion non ottenne nulla. E ancora, il telefono svolgerà un ruolo chiave nello sviluppo del relè digitale, questa volta salvando una tecnologia promettente ma non verificata, sul punto di essere dimenticata.
E ancora il telefono
La rete di comunicazione a lunga distanza era il sistema nervoso centrale dell'AT&T. Essa univa numerose aziende locali e forniva un chiaro vantaggio competitivo una volta scaduti i brevetti di Bell. Un nuovo cliente, unendosi alla rete dell'AT&T, poteva, in teoria, contattare tutti gli altri abbonati, sparsi per migliaia di chilometri, anche se in realtà le chiamate a lunga distanza erano rare. Inoltre, la rete era la base materiale per la filosofia onnicomprensiva dell'azienda: "Una politica, un sistema, servizio universale".
Ma con l'inizio del secondo decennio del ventesimo secolo, questa rete aveva raggiunto il massimo fisico. Più i fili telefonici si estendevano, più il segnale che vi passava diventava debole e rumoroso, e alla fine il discorso diveniva praticamente illeggibile. A causa di ciò, negli Stati Uniti c'erano in realtà due reti AT&T, separate dalla catena montuosa continentale.
Per la rete orientale, il punto di riferimento era New York, con ripetitori meccanici e – un vincolo che determinava fino a che punto potesse arrivare la voce umana. Ma queste tecnologie non erano onnipotenti. Le bobine modificavano le proprietà elettriche del circuito telefonico, riducendo l'attenuazione delle frequenze vocali – ma potevano solo diminuirla, non eliminarla. I ripetitori meccanici (sostanzialmente un altoparlante telefonico collegato a un microfono amplificatore) aggiungevano rumore ad ogni ripetizione. La linea del 1911 da New York a Denver portò questo vincolo alla lunghezza massima. La possibilità di estendere la rete su tutto il continente non era nemmeno presa in considerazione. Tuttavia, nel 1909, John Carty, il direttore tecnico di AT&T, promise pubblicamente di fare esattamente questo. Promise di farlo in cinque anni – entro l'inizio a San Francisco nel 1915.
Il primo a rendere possibile un'impresa del genere grazie a un nuovo amplificatore telefonico non fu un americano, ma un erede di una famiglia benestante di Vienna, interessato alla scienza. Da giovane, con i fondi dei suoi genitori acquistò una società produttrice di telefoni e si ripromise di realizzare un amplificatore per le conversazioni telefoniche. Nel 1906, sviluppò un relè basato su tubi a raggi elettronici, che all'epoca venivano ampiamente utilizzati in esperimenti scientifici (e in seguito diventarono la base per la tecnologia dei display video predominante nel XX secolo). Un debole segnale in ingresso era controllato da un elettromagnete, che piegava il fascio, modulando un' corrente più forte nel circuito principale.
Entro il 1910, von Lieben e i suoi collaboratori, Eugene Raze e Sigmund Strauss, vennero a conoscenza dell'Audione di de Forest e sostituirono il magnete nel tubo con una rete che controllava i fasci di catodo – questo design era il più efficace e superava tutte le realizzazioni fatte fino a quel momento negli Stati Uniti. La rete telefonica tedesca adottò presto l'amplificatore di von Lieben. Nel 1914, grazie ad esso, si rese possibile una conversazione telefonica nervosa tra il comandante dell'esercito della Prussia orientale e il comando tedesco situato a 1000 chilometri di distanza, a Coblenza. Questo portò il capo di stato maggiore a inviare i generali Hindenburg e Ludendorff verso est, verso un'eterna gloria e gravi conseguenze. Amplificatori simili successivamente collegarono il comando tedesco con gli eserciti sul campo a sud e a est fino alla Macedonia e alla Romania.
Copia del relè a catodo di Liben. Il catodo è in basso, l'anodo è la bobina in alto e la griglia è una pellicola di metallo rotonda al centro.
Tuttavia, le barriere linguistiche e geografiche, così come la guerra, hanno portato a non vedere questo design negli Stati Uniti, e presto altri eventi lo hanno sorpassato.
Nel frattempo, de Forest lasciò la Radio Telephone Company in difficoltà nel 1911 e fuggì in California. Lì si unì alla Federal Telegraph Company a Palo Alto, fondata da un laureato di Stanford, . Ufficialmente, de Forest doveva lavorare su un amplificatore che aumentava il volume del segnale di uscita del ricevitore radio federale. In realtà, lui, Herbert Van Etten (un ingegnere telefonico esperto) e Charles Logwood (lo sviluppatore del ricevitore) si concentrarono sulla creazione di un amplificatore telefonico per guadagnare un premio da AT&T, che si diceva fosse di 1 milione di dollari.
Per fare ciò, de Forest recuperò un Audion dagli armadi e entro il 1912 lui e i suoi colleghi avevano già un dispositivo pronto per essere dimostrato alla compagnia telefonica. Era composto da diversi Audion collegati in serie, creando amplificazione in più fasi, e da alcuni componenti ausiliari. Il dispositivo, in linea di massima, funzionava: poteva amplificare un segnale abbastanza da farvi sentire la caduta di un fazzoletto o il ticchettio di un orologio da tasca. Ma solo a correnti e tensioni troppo basse per essere utili nella telefonia. Con l'aumento della corrente, gli Audion cominciavano a emettere una luce blu e il segnale si trasformava in rumore. Tuttavia, i telefonisti erano abbastanza interessati da consegnare il dispositivo ai loro ingegneri e vedere cosa avrebbero potuto fare con esso. Così, uno di loro, un giovane fisico di nome Harold Arnold, sapeva esattamente come riparare l'amplificatore della Federal Telegraph.
È giunto il momento di discutere come hanno funzionato la valvola e l'Audion. La comprensione chiave necessaria per spiegare il loro funzionamento è emersa nel Laboratorio Cavendish di Cambridge, un centro intellettuale della nuova fisica elettronica. Nel 1899, lì J.J. Thomson dimostrò negli esperimenti con i tubi a raggi catodici che una particella dotata di massa, meglio conosciuta in seguito come elettrone, trasmette corrente dal catodo all'anodo. Nei successivi anni, Owen Richardson, collega di Thomson, sviluppò questa ipotesi in una teoria matematica sull'emissione termo-elettronica.
Ambrose Fleming, un ingegnere che lavorava a breve distanza in treno da Cambridge, era a conoscenza di questi lavori. Era chiaro per lui che la sua valvola funzionava grazie all'emissione termo-elettronica degli elettroni da un filamento riscaldato che attraversava il vuoto fino all'anodo freddo. Ma il vuoto nella lampada indicatrice non era profondo: per una lampadina normale non era necessario. Era sufficiente aspirare abbastanza ossigeno affinché il filamento non si accendesse. Fleming capì che per una migliore operatività della valvola doveva essere svuotata il più possibile, affinché il gas residuo non interferisse con il flusso di elettroni.
De Forest non lo comprese. Poiché si era avvicinato alla valvola e all'Audion attraverso esperimenti con il bruciatore di Bunsen, la sua convinzione era opposta: credeva che il gas ionizzato caldo fosse il mezzo di lavoro del dispositivo e che la sua rimozione completa avrebbe portato all'interruzione del funzionamento. Proprio per questo motivo l'Audion funzionava in modo così instabile e insoddisfacente come ricevitore radio e per questo emetteva luce blu.
Arnold in AT&T si trovò nella situazione ideale per correggere l'errore di De Forest. Era un fisico che aveva studiato con Robert Millikan all'Università di Chicago ed era stato assunto appositamente per applicare le sue conoscenze nella nuova fisica elettronica alla costruzione di una rete telefonica da costa a costa. Sapeva che la lampada dell'Audion avrebbe funzionato meglio in un vuoto quasi perfetto, sapeva che le nuove pompe potevano ottenere tale vuoto e sapeva che un nuovo tipo di filamento rivestito di ossido, insieme a una piastra e una griglia ingrandite, avrebbero aumentato il flusso di elettroni. In breve, trasformò l'Audion in una lampada elettronica, un miracolo dell'era elettronica.
AT&T ha ottenuto un potente amplificatore, necessario per costruire una linea transcontinentale - mancavano solo i diritti per utilizzarlo. I rappresentanti dell'azienda si sono comportati con diffidenza durante i colloqui con de Forest, ma hanno avviato una conversazione separata tramite un avvocato esterno, riuscendo ad acquisire i diritti per utilizzare l'Audion come amplificatore telefonico per 50.000 dollari (circa 1,25 milioni di dollari nel 2017). La linea New York - San Francisco è stata inaugurata proprio in tempo, più come un trionfo di virtuosismo tecnico e pubblicità aziendale che come mezzo di comunicazione. Il costo delle conversazioni era così elevato che quasi nessuno poteva permetterselo.
Era elettronica
La vera valvola elettronica è diventata la radice di un albero assolutamente nuovo di componenti elettronici. Come i relè, la valvola elettronica ha costantemente ampliato le opzioni del suo utilizzo, mentre gli ingegneri scoprivano nuovi modi di adattarne la struttura per risolvere compiti specifici. La crescita della tribù dei “-odi” non si è fermata con i diodi e i triodi. È proseguita con , che ha aggiunto una griglia supplementare, supportando l'amplificazione con l'aumento degli elementi nel circuito. Seguivano , , e persino . Sono apparse tiratroni, riempiti di vapore mercuriale, che brillavano di una sinistra luce blu. Lampade miniaturizzate delle dimensioni di un mignolo o persino di una ghianda. Lampade a catodo riscaldato indirettamente, nelle quali il ronzio della sorgente di corrente alternata non disturbava il segnale. Il libro “Saga della valvola elettronica” [Saga of the Vacuum Tube], che descrive la crescita dell'industria delle valvole fino al 1930, elenca oltre 1000 modelli diversi secondo il loro indice - sebbene molti di essi fossero copie illegali di marchi poco affidabili: Alttron, Perfectron, Supertron, Voltron, e così via.
Più importante della varietà di forme era la varietà di applicazioni della valvola elettronica. I circuiti rigenerativi trasformavano il triodo in un trasmettitore, capace di generare onde sinusoidali lisce e costanti, senza scosse rumorose, in grado di trasmettere perfettamente il suono. Con il coerenza e le scintille nel 1901, Marconi riusciva a trasmettere appena un piccolo frammento del codice Morse attraverso la parte ristretta dell'Atlantico. Nel 1915, grazie all'uso della valvola elettronica come trasmettitore e ricevitore, l'AT&T riusciva a trasmettere la voce umana da Arlington, Virginia, a Honolulu – una distanza doppia. Negli anni '20, combinarono la telefonia a lunga distanza con l'alta qualità della trasmissione sonora e crearono le prime reti radio. Così, ben presto, l'intera nazione poteva ascoltare alla radio la stessa voce, che fosse quella di Roosevelt o di Hitler.
Inoltre, la possibilità di creare trasmettitori sintonizzati su frequenze precise e stabili consentiva agli ingegneri delle telecomunicazioni di realizzare un sogno di lunga data del multiplexing di frequenza, che attirava Alexander Bell, Edison e gli altri quarant'anni fa. Nel 1923, l'AT&T aveva una linea vocale a dieci canali da New York a Pittsburgh. La possibilità di trasmettere più voci su un unico filo di rame riduceva drasticamente il costo delle chiamate a lunga distanza, che a causa dei costi elevati era sempre stata accessibile solo alle persone e alle aziende più ricche. Vedendo di cosa erano capaci le valvole elettroniche, l'AT&T inviò i propri avvocati a riscattare diritti aggiuntivi da De Forest, al fine di garantire i diritti sull'uso dell'Audion in tutte le aree disponibili. In totale gli pagarono $390.000, che oggi equivalgono a circa $7,5 milioni.
Perché, nonostante la loro versatilità, le valvole elettroniche non hanno dominato la prima generazione di computer come avevano fatto nella radio e in altre attrezzature per telecomunicazioni? È ovvio che un triodo poteva essere un interruttore digitale proprio come un relè. Così ovvio che de Forest credeva addirittura di aver creato un relè prima di averlo realmente fatto. E il triodo era molto più reattivo di un tradizionale relè elettromeccanico, poiché non c'era bisogno di muovere fisicamente il palpito. Un relè tipico richiedeva diversi millisecondi per commutare, mentre il passaggio della corrente dal catodo all'anodo a causa della variazione del potenziale elettrico sulla griglia era quasi istantaneo.
Ma le valvole avevano un chiaro svantaggio rispetto ai relè: la loro tendenza, in analogia con i loro predecessori, le lampadine per l'illuminazione, a bruciarsi. La vita utile dell'Audion originale di de Forest era così ridotta - circa 100 ore - che nella sua lampada era presente un filamento di riserva da collegare dopo la rottura del primo. Era molto deludente, e anche dopo, le valvole della migliore qualità non potevano garantire una durata superiore ai pochi migliaia di ore. Per computer con migliaia di valvole e calcoli che duravano ore, questo era un problema serio.
I relè, al contrario, secondo George Stibitz, erano "fantasticamente affidabili". Tanto che lui sosteneva che
Se un insieme di relè a forma di U avesse iniziato a funzionare nel primo anno della nostra era e avesse commutato il contatto una volta al secondo, sarebbe ancora in funzione adesso. Il primo guasto nel contatto sarebbe previsto non prima di mille anni, da qualche parte nell'anno 3000.
Inoltre, non c'erano esperienze con circuiti elettronici di grandi dimensioni, comparabili ai circuiti elettromeccanici degli ingegneri telefonici. I ricevitori radio e altre attrezzature potevano contenere 5-10 valvole, ma non centinaia di migliaia. Nessuno sapeva se si sarebbe potuto far funzionare un computer con 5000 valvole. Scegliendo relè invece di valvole, gli sviluppatori di computer hanno fatto una scelta sicura e conservativa.
Nella parte successiva vedremo come e perché sono stati superati questi dubbi.
Fonte: habr.com
