🥇リレーの歴史: 電子時代 |プロホスター

シリーズの他の記事:

В 前回私たちは、第一世代の自動電気スイッチ、つまり電磁リレーに基づいて第一世代のデジタルコンピューターがどのように構築されたのかを見てきました。しかし、これらのコンピューターが作成されるまでに、舞台裏では別のデジタルスイッチが待機していました。リレーは電磁装置 (電気を使用して機械スイッチを操作する) であり、新しい種類のデジタルスイッチは電子的なもので、20 世紀初頭に出現した電子に関する新しい知識に基づいています。この科学は、電気力の伝達物質は電流でも波でも場でもなく、固体粒子であることを示しました。

この新しい物理学に基づいてエレクトロニクスの時代を生み出した装置は、真空管として知られるようになりました。その創造の歴史には 2 人の人物が関わっています。アンブローズ・フレミングそしてアメリカ人リー・ド・フォレスト。実際には、エレクトロニクスの起源はより複雑で、多くの糸がヨーロッパと大西洋を横断し、18 世紀半ばのライデン瓶を使った初期の実験にまで遡ります。

しかし、私たちのプレゼンテーションの枠組みの中で、トーマス・エジソンから始まるこの歴史を取り上げる（冗談です！）と便利です。 1880 年代、エジソンは電気照明の研究中に興味深い発見をしました。この発見が私たちの物語の舞台を設定します。ここから、新しい形式の無線メッセージングと拡大し続ける電話ネットワークという XNUMX つの技術システムに必要な真空管のさらなる開発が始まりました。

プロローグ: エジソン

エジソンは一般に電球の発明者とみなされています。これは彼にとってあまりにも大きな功績であると同時に、あまりにも少ない功績だ。多すぎるのは、発光ランプを発明したのはエジソンだけではないからです。エジソンよりも先に、その創作物が商業的応用に至らなかった大勢の発明家に加えて、イギリスのジョセフ・スワンとチャールズ・スターン、そしてエジソンと同時期に電球を市場に出したアメリカ人のウィリアム・ソーヤーを挙げることができます。 [発明の名誉もロシアの発明家に帰属するロディギン・アレクサンダー・ニコラエヴィッチ。 Lodygin は、ガラスランプの電球から空気をポンプで送り出すことを最初に推測し、フィラメントを石炭や焦げた繊維からではなく、耐火性のタングステン (約 100g) から作ることを提案しました。翻訳]。すべてのランプは密閉されたガラス電球で構成されており、その内部には抵抗フィラメントがありました。ランプが回路に接続されると、電流に対するフィラメントの抵抗によって発生する熱によってランプが点灯します。フィラメントの発火を防ぐためにフラスコから空気を排出しました。電灯はすでに大都市ではその形で知られていました。アークランプ、大きな公共の場所を照らすために使用されます。これらの発明者は全員、燃焼アークから明るい粒子を取り出して光の量を減らし、ガス灯の代わりに家庭で使用できるほど小さい、光源をより安全でクリーンで明るいものにする方法を探していました。

そして、エジソンが実際に行ったこと、あるいはむしろ彼の工業研究所が作成したことは、単に光源を作成することではありませんでした。彼らは、発電機、送電線、変圧器など、照明住宅用の電気システム全体を構築しました。これらすべての中で、電球は最も明白で目に見えるコンポーネントにすぎません。ベル電話の場合のように、電力会社にエジソンの名前が存在することは、偉大な発明家にとって単純な思い入れではありませんでした。エジソンは、自分が発明家であるだけでなく、システムアーキテクトでもあることを示しました。彼の研究室は、初期の成功の後でも、さまざまな電気照明コンポーネントの改良に取り組み続けました。

エジソンの初期ランプの一例

1883 年頃の研究中に、エジソン (およびおそらく彼の従業員の XNUMX 人) は、発光ランプの中にフィラメントと一緒に金属板を封入することを決定しました。この行動の理由は不明です。おそらくこれは、ランプの黒ずみを解消するための試みでした。電球のガラスの内側には、時間の経過とともに謎の黒い物質が蓄積しました。技術者は明らかに、これらの黒い粒子が通電したプレートに引き寄せられることを期待していました。驚いたことに、彼は、プレートがフィラメントの正端と一緒に回路に含まれている場合、フィラメントを流れる電流の量がフィラメントの発光の強度に正比例することを発見しました。プレートをネジのマイナス端に接続すると、このようなことは何も観察されませんでした。

エジソンは、後にエジソン効果またはエジソン効果と呼ばれるこの効果を決定しました。熱電子放出を使用して、電気システムの「起電力」または電圧を測定したり、制御したりすることもできます。彼は習慣的にこの「電気インジケータ」の特許を申請し、その後、より重要な仕事に戻りました。

ワイヤーなし

20 年後の 1904 年まで早送りしてみましょう。この頃イギリスでは、ジョン・アンブローズ・フレミングがマルコーニ社からの指示を受けて電波受信機の改良に取り組んでいました。

楽器と実践の両方の観点から、当時のラジオが何であり、何でなかったかを理解することが重要です。当時はラジオは「ラジオ」とさえ呼ばれず、「ワイヤレス」と呼ばれていました。「ラジオ」という用語が普及したのは 1910 年代になってからです。具体的には、彼は無線電信、つまり送信者から受信者に点と点の形で信号を送信するシステムについて言及していました。その主な用途は船舶と港湾サービス間の通信であり、この意味で世界中の海事当局の関心を集めていました。

特に当時の発明家の中には、レジナルド・フェッセンデン、音声メッセージを連続波の形で空中に送信する、無線電話のアイデアを実験しました。しかし、現代的な意味での放送は 15 年後まで登場しませんでした。つまり、幅広い視聴者に受け入れられるニュース、物語、音楽、その他の番組の送信です。それまで、無線信号の全方向性の性質は、利用できる機能ではなく、解決すべき問題とみなされていました。

当時存在していた無線機器は、モールス信号の処理には適していましたが、その他のすべてにはあまり適していませんでした。送信機は、回路のギャップにスパークを送信することでヘルツ波を生成しました。したがって、信号には静電気のパチパチ音が伴いました。

受信機はコヒーラー、つまりガラス管内の金属の粉が電波の影響で互いに衝突して連続的な塊となり、回路を完成させることによってこの信号を認識しました。次に、おがくずが砕け、受信機が次の信号に対応できるようにガラスを叩く必要がありました。最初はこれは手動で行われていましたが、すぐにこのための自動装置が登場しました。

1905年にそれらは現れ始めたばかりです水晶検出器、「猫のひげ」とも呼ばれます。シリコン、黄鉄鉱、鉄などの特定の結晶をワイヤーで触れるだけで、方鉛鉱、何もないところから無線信号を奪うことが可能でした。結果として得られた受信機は、安価でコンパクトで、誰でもアクセスできるものになりました。これらは、特に若者の間でアマチュア無線の発展を刺激しました。この結果として生じた通信時間占有率の急増は、ラジオの通信時間をすべてのユーザーに分割するという事実による問題を引き起こしました。アマチュア同士の無邪気な会話が偶然に海洋艦隊の交渉と交差する可能性があり、一部のフーリガンは誤った命令を出し、助けを求める合図を送ることさえできた。国家は必然的に介入せざるを得なくなった。アンブローズ・フレミング自身が書いているように、結晶検出器の出現

無数のアマチュア電気技師や学生のふざけた行為により、無責任な無線通信が直ちに急増し、事態を健全かつ安全に保つために国内外の当局による強力な介入が必要となった。

これらの結晶の異常な電気的特性から、やがて、私たちの世界を支配するスイッチであるリレーやランプに続く、第 1904 世代のデジタルスイッチが登場するでしょう。しかし、何事にもタイミングがあります。シーンについては説明しましたが、ここで注目を集めたばかりの俳優、アンブローズ・フレミング、イギリス、XNUMX 年に戻りましょう。

バルブ

1904 年、フレミングはユニバーシティカレッジロンドンの電気工学教授であり、マルコーニ社のコンサルタントでもありました。同社は当初、発電所の建設に関する専門知識を提供するために彼を雇用しましたが、その後、受信機の改良作業に携わるようになりました。

1890年のフレミング

コヒーラーの受信機は感度の点で劣っており、マクロニ社が開発した磁気検出器が特に優れているわけではないことは誰もが知っていました。代替品を見つけるために、フレミングはまずヘルツ波を検出する高感度回路を構築することにしました。このようなデバイスは、それ自体が検出器にならなくても、将来の研究に役立つでしょう。

これを行うには、離散コヒーラー（おがくずがくっついた状態またはオフ状態のみを表示する）を使用する代わりに、到来する波によって生成される電流を継続的に測定する方法を考え出す必要がありました。しかし、電流の強さを測定する既知の装置である検流計は、動作のために一定、つまり一方向の電流を必要としました。電波によって励起された交流は非常に急速に方向を変えたため、測定は不可能でした。

フレミングは、クローゼットの中に埃をかぶっている興味深いものがいくつかあったことを思い出しました - エジソン表示灯です。 1880 年代、彼はロンドンのエジソン電気照明会社のコンサルタントとして、ランプの黒ずみの問題に取り組みました。その時、彼はおそらくフィラデルフィアでの電気展示会から戻ったばかりの英国郵便公社の主任電気技師ウィリアム・プリースから、この表示器のコピーを数枚受け取った。当時、米国外の郵便サービスでは電信と電話の制御が一般的であったため、これらは電気の専門知識の中心地でした。

その後、1890 年代に、フレミング自身がプリースから入手したランプを使用してエジソン効果を研究しました。彼は、電流が一方向に流れる効果であることを示しました。負の電位は熱いフィラメントから冷たい電極に流れることはできますが、その逆はありません。しかし、彼がこの事実を実際に利用できることに気づいたのは、1904 年になって初めて、電波を検出するという課題に直面したときでした。エジソン指示計は、フィラメントとプレートの間のギャップを通過する一方向の AC パルスのみを許可し、その結果、一定の一方向の流れが生じます。

フレミングは 1 つのランプを取り、検流計と直列に接続し、火花発信器のスイッチを入れました。出来上がり - 鏡が回転し、光線がスケール上を移動しました。出来た。入ってくる無線信号を正確に測定できます。

フレミングバルブの試作品。アノードはフィラメントループの真ん中にあります（熱陰極）

フレミングは、電気を一方向にのみ流すことができるため、彼の発明を「バルブ」と呼びました。より一般的な電気工学用語では、それは整流器、つまり交流を直流に変換する方法でした。その後、電気を放出する熱陰極 (フィラメント) と電気を受け取る冷陽極 (プレート) の 2 つの電極を備えていたため、ダイオードと呼ばれるようになりました。フレミングは設計にいくつかの改良を加えましたが、本質的にはこの装置はエジソンが作った表示灯と何ら変わりませんでした。新しい性質への移行は、考え方の変化の結果として起こりました。私たちはこの現象をすでに何度も見てきました。変化はフレミングの頭の中にあるアイデアの世界で起こり、その外側の物事の世界では起こりませんでした。

フレミングバルブ自体は役に立ちました。これは無線信号を測定するための最良のフィールドデバイスであり、それ自体が優れた検出器でした。しかし、彼は世界を揺るがしませんでした。エレクトロニクスの爆発的な成長は、リー・デ・フォレスト社が 3 番目の電極を追加し、バルブをリレーに変えてから始まりました。

聞いている

リー・デ・フォレストはイェール大学の学生としては珍しい生い立ちを持っていた。彼の父親、ヘンリー・デ・フォレスト牧師は、ニューヨーク出身の南北戦争退役軍人で牧師でした。会衆の教会、そして説教者として知識と正義の神聖な光を広めるべきだと固く信じていました。義務に従って、彼はアラバマ州タラデガ大学の学長になるよう招待を受け入れました。この大学は南北戦争後に、ニューヨークに拠点を置くアメリカ宣教師協会によって設立されました。地元の黒人住民を教育し、指導することを目的としていました。そこでリーは岩と困難な場所の間に自分自身を感じました - 地元の黒人は彼の純朴さと卑怯さのために彼を辱め、そして地元の白人は - という理由で彼を辱めました - ヤンキース.

それでも、若い頃、デ・フォレストは強い自信を持っていました。彼は力学と発明に興味を持ち、彼の作った機関車の縮尺模型は地元の奇跡となりました。 10 代の頃、タラデガで学びながら、彼は発明に人生を捧げることを決心しました。その後、牧師の息子は若い頃、ニューヘブン市に住んでいたが、最後の宗教的信念を捨てた。彼らはダーウィニズムに親しんだために徐々に離れていったが、父親の不慮の死の後、風のように吹き飛ばされた。しかし、自分の運命の感覚はデ・フォレストから離れませんでした。彼は自分を天才だと考え、電気の時代の裕福で有名で神秘的な魔法使いである第二のニコラ・テスラになろうと努力しました。イェール大学のクラスメートたちは、彼を独善的な風袋だと考えていた。彼は私たちがこれまで出会った中で最も人気のない男かもしれません。

デ・フォレスト、1900 年頃

1899 年にイェール大学を卒業した後、デフォレストは富と名声への道として無線信号伝送という新興技術を習得することを選択しました。その後の数十年間、彼は大きな決意と自信を持って、何の躊躇もなくこの道を突き進みました。それはすべて、シカゴのデ・フォレストと彼のパートナー、エド・スマイスのコラボレーションから始まりました。スミスは定期的な支払いで事業を継続し、共同で独自の電波検出器を開発しました。これは、デ・フォレストが「ペースト」と呼んだ接着剤で固定された XNUMX 枚の金属板で構成されています [goo]。しかし、デ・フォレストは自分の天才に対する報酬を長く待つことができなかった。彼はスマイスを追い出し、エイブラハム・ホワイトという名の怪しげなニューヨークの金融家と手を組んだ[皮肉なことに、彼は自分の暗い出来事を隠すために、出生時に与えられた名前であるシュワルツから名前を変更しました。ホワイト/ホワイト – (英語) ホワイト、Schwarz/シュヴァルツ – (ドイツ語) ブラック / 約。翻訳』を設立し、デ・フォレスト無線電信会社を設立。

私たちのヒーローである二人にとって、会社の活動自体は二の次でした。ホワイトは人々の無知を利用して私腹を肥やした。彼は予想されるラジオブームに追いつくのに苦労している投資家から数百万ドルを騙し取った。そして、デ・フォレストは、これらの「カモ」たちからの豊富な資金の流れのおかげで、（マルコーニらが開発したヨーロッパのシステムとは対照的に）無線情報伝送のための新しいアメリカのシステムの開発を通じて自分の天才性を証明することに集中した。

アメリカのシステムにとって残念なことに、de Forest 検出器は特にうまく機能しませんでした。彼は、レジナルド・フェッセンデンが特許を取得した「液体バレッター」と呼ばれる検出器の設計 (硫酸の槽に浸した 1906 本の白金線) を借用することで、この問題を一時的に解決しました。フェッセンデンは特許侵害をめぐって訴訟を起こしたが、フェッセンデンは明らかにこの訴訟に勝っていただろう。デ・フォレストは、自分だけのものである新しい探知機を思いつくまで休むことができませんでした。 XNUMX 年の秋に、彼はそのような検出器の作成を発表しました。米国電気学会での XNUMX つの別々の会議で、デフォレスト氏は、オーディオンと名付けた新しい無線探知機について説明しました。しかし、その本当の起源は疑わしい。

しばらくの間、新しい検出器を構築するというデ・フォレストの試みは、炎に電流を流すことを中心に展開されていました。ブンゼンバーナー、彼の意見では、これは非対称の導体である可能性があります。どうやら、このアイデアは成功を収めることはできなかった。 1905 年のある時点で、彼はフレミングバルブについて知りました。デ・フォレスト氏は、このバルブとそのバーナーベースの装置は基本的に何ら変わらないことを頭の中で理解しました。熱い糸を炎に置き換え、ガスを閉じ込めるためにガラス球で覆うと、同じバルブが得られるでしょう。彼は、ガス炎検出器を使用したフレミング以前のバルブ発明の歴史をたどる一連の特許を開発しました。ブンゼンバーナーの研究はフレミングの研究よりも先だったため（ブンゼンバーナーは1900年から続いていた）、彼は明らかにフレミングの特許を回避して発明を優先したかったようだ。

これが自己欺瞞だったのか詐欺だったのかを言うのは不可能だが、その結果が、デ・フォレストの1906年XNUMX月の特許である。「二つの別々の電極を含む空のガラス容器であり、電極間には十分に加熱されると導体となり、電極間にガス媒体が存在する。」感知素子を形成します。」装置の装備と操作はフレミング、操作説明はデ・フォレストが担当する。デ・フォレスト社は最終的に特許紛争に敗れたが、XNUMX年かかった。

熱心な読者は、なぜ私たちが、他人のアイデアを自分のものであるかのように自称天才と称するこの男にこれほど多くの時間を費やしているのか疑問に思っているかもしれません。その理由は、1906 年の最後の数か月間でオーディオンが経験した変革にあります。

その時までに、デ・フォレストさんには仕事がなかった。ホワイトと彼のパートナーは、新会社ユナイテッド・ワイヤレスを設立し、それにアメリカン・デ・フォレストの資産を1ドルで貸与することで、フェッセンデンの訴訟に関連した責任を回避した。デ・フォレストは、1000ドルの賠償金と、オーディオンの特許を含むいくつかの役に立たない特許を手にして追い出された。贅沢なライフスタイルに慣れていた彼は、深刻な経済的困難に直面し、オーディオンを大成功に導こうと必死に努めました。

次に何が起こったのかを理解するには、フレミング整流器とは対照的に、デ・フォレストがリレーを発明したのは自分だと信じていたことを知ることが重要です。彼はバッテリーを冷たいバルブプレートに接続することによってオーディオンを作り、(熱いフィラメントに接続された) アンテナ回路の信号がバッテリー回路のより大きな電流を変調すると信じていました。彼は間違っていました。これらは 2 つの回路ではなく、バッテリーはアンテナからの信号を増幅するのではなく、単にシフトしただけなのです。

しかし、この間違いが致命的となったのは、デ・フォレスト博士がフラスコ内の 3 番目の電極を使った実験を行うことになり、この「リレー」の 2 つの回路がさらに切断されるはずだったからです。最初、彼は最初の冷電極の隣に 2 番目の冷電極を追加しましたが、おそらく陰極線装置でビームの方向を変えるために物理学者が使用する制御メカニズムの影響を受けて、電極をフィラメントと主プレートの間の位置に移動しました。彼は、この位置が電気の流れを遮断する可能性があると判断し、3 番目の電極の形状を板からヤスリに似た波形のワイヤーに変更し、それを「グリッド」と呼びました。

1908 オーディオオン三極管。左側の糸（切れている）が陰極、波線がメッシュ、丸い金属板が陽極です。通常の電球と同じようにネジ山が残っています。

そしてそれは本当にリレーでした。グリッドに適用される弱い電流（ラジオアンテナによって生成される電流など）は、フィラメントとプレートの間のはるかに強い電流を制御し、フィラメントとプレートの間を通過しようとする荷電粒子を反発する可能性があります。この検出器は、無線信号を整流するだけでなく増幅するため、バルブよりもはるかにうまく機能しました。そして、バルブのように（そしてコヒーラーとは異なり）、一定の信号を生成することができ、これにより無線電信だけでなく無線電話（そして後には音声や音楽の送信）も作成することができました。

実際には、特にうまく機能しませんでした。 De Forest のオーディオは気難しく、すぐに燃え尽きてしまい、生産に一貫性が欠けており、アンプとしては効果がありませんでした。特定のAudionが正しく動作するためには、回路の電気パラメータをそれに合わせて調整する必要がありました。

それにもかかわらず、デ・フォレストは自分の発明を信じていました。彼はそれを宣伝するために新しい会社、De Forest Radio Telephone Company を設立しましたが、売り上げはわずかでした。最大の成功は、世界一周中の艦隊内電話用の機器を艦隊に販売したことです。」グレート・ホワイト・フリート」。しかし、艦隊司令官は、デ・フォレストの送信機と受信機を動作させ、乗組員に使い方を訓練する時間がなかったため、それらを梱包して倉庫に放置するよう命じました。さらに、エイブラハム・ホワイトの信奉者が率いるデ・フォレストの新しい会社は、前の会社と同じくらいまともなものではなかった。さらに不幸なことに、彼はすぐに詐欺容疑で告発されることになった。

5年間、オーディオンは何も達成できなかった。ここでもまた、電話はデジタルリレーの開発において重要な役割を果たし、今度は忘れ去られようとしていた有望だがテストされていない技術を救い出すことになります。

そしてまた電話

長距離通信ネットワークは AT&T の中枢神経系でした。ベルの特許が期限切れになったため、多くの地元企業を結びつけ、重要な競争上の優位性をもたらしました。 AT&T ネットワークに参加することで、理論的には、新規顧客は何千マイルも離れた他のすべての加入者に連絡できるようになります。ただし、実際には長距離電話がかけられることはほとんどありませんでした。このネットワークは、「1 つのポリシー、1 つのシステム、ワンストップサービス」という同社の包括的なイデオロギーの重要な基盤でもありました。

しかし、20 世紀の 20 年代が始まると、このネットワークは物理的に限界に達しました。電話線が伸びるほど、電話線を通過する信号は弱くなり、ノイズが多くなり、その結果、音声はほとんど聞こえなくなりました。このため、実際には米国には大陸の尾根で区切られた 2 つの AT&T ネットワークがありました。

東部のネットワークでは、ニューヨークがペグであり、機械式中継器とピュピンコイル – 人間の声がどこまで届くかを決定するテザー。しかし、これらのテクノロジーは万能ではありませんでした。コイルは電話回路の電気的特性を変更し、音声周波数の減衰を減少させましたが、それは減少させるだけで、なくすことはできませんでした。機械式中継器 (増幅マイクに接続された単なる電話スピーカー) は、中継するたびにノイズを加えていました。 1911 年のニューヨークからデンバーまでの路線では、このハーネスが最大の長さになりました。大陸全体にネットワークを拡張するという話はありませんでした。しかし、1909 年に、AT&T の主任エンジニアであるジョンカーティは、まさにそうすることを公に約束しました。彼はこれを XNUMX 年以内に行うと約束しました - 彼が始めるまでにパナマ・パシフィック国際展示会 1915年にサンフランシスコで。

新しい電話増幅器の助けを借りてそのような事業を可能にした最初の人物はアメリカ人ではなく、科学に興味を持つ裕福なウィーンの家族の相続人でした。若いことロベルト・フォン・リーベン両親の援助を受けて、彼は電話製造会社を買収し、電話増幅器の製造に着手しました。 1906 年までに、彼はブラウン管をベースにしたリレーを作成しました。ブラウン管は、その時までに物理実験に広く使用されていました (その後、XNUMX 世紀を支配したビデオスクリーン技術の基礎となりました)。弱い入力信号が電磁石を制御してビームを曲げ、主回路内のより強い電流を変調しました。

1910 年までに、フォンリーベンとその同僚、ユージンライゼとジークムントシュトラウスは、デフォレストのオーディオネについて学び、チューブ内の磁石を陰極線を制御するグリッドに置き換えました。この設計は、米国で製造されたものよりも最も効率的で優れていました。当時の州。ドイツの電話網はすぐにフォン・リーベン増幅器を採用しました。 1914年、彼女のおかげで、東プロイセン軍司令官から1000キロ離れたコブレンツのドイツ軍司令部に緊張しながら電話がかかってきた。このため参謀長はヒンデンベルク将軍とルーデンドルフ将軍を東方へ派遣せざるを得なくなり、永遠の栄光と悲惨な結果をもたらした。同様の増幅器は後にドイツ軍司令部と南と東のマケドニアとルーマニアに至る野戦軍を接続した。

フォン・リーベンの改良型陰極線リレーのコピー。カソードは下部にあり、アノードは上部のコイルであり、グリッドは中央の丸い金属箔です。

しかし、言語と地理的障壁、そして戦争のため、このデザインは米国に伝わらず、すぐに他の出来事が米国に伝わりました。

一方、デ・フォレストは1911年に経営破綻した無線電話会社を辞め、カリフォルニアへ逃亡した。そこで彼は、スタンフォード大学卒業生が設立したパロアルトの連邦電信会社に就職した。シリル・エルベル著。名目上、デ・フォレストは連邦無線出力の音量を増大させるアンプの開発に取り組むことになっていた。実際、彼、ハーバート・ヴァン・エッタン（経験豊富な電話技術者）、チャールズ・ログウッド（受信機設計者）は、AT&T から 1 万ドルと噂される賞金を XNUMX 人で獲得するために、電話増幅器の作成に着手しました。

これを行うために、デフォレストは中 1912 階からオーディオオンを取り出し、XNUMX 年までに彼と同僚はすでに電話会社でのデモンストレーション用のデバイスを準備していました。これは、直列に接続された複数のオーディオオンで構成され、複数の段階で増幅を行い、さらにいくつかの補助コンポーネントが含まれています。この装置は実際に機能し、ハンカチが落ちる音や懐中時計がチクタクする音を聞くことができるほど信号を増幅させることができました。ただし、電話で使用するには低すぎる電流と電圧の場合に限ります。電流が増加すると、オーディオオンが青い光を発し始め、信号がノイズに変わりました。しかし、電話業界は、このデバイスを自社のエンジニアに持ち込み、それを使って何ができるかを検討するのに十分な関心を持っていました。偶然にも、そのうちの一人である若い物理学者ハロルド・アーノルドは、連邦電信局からの増幅器の修理方法を正確に知っていました。

バルブとオーディオオンがどのように機能するかについて説明します。彼らの研究を説明するために必要な重要な洞察は、新しい電子物理学のシンクタンクであるケンブリッジのキャベンディッシュ研究所から生まれました。そこで 1899 年に、J. J. トムソンは陰極線管を用いた実験で、後に電子として知られるようになった質量を持つ粒子が陰極から陽極に電流を流すことを示しました。その後数年間にわたって、トムソン氏の同僚であるオーウェンリチャードソン氏は、この提案を熱電子放出の数学理論に発展させました。

ケンブリッジから電車ですぐの場所で働くエンジニア、アンブローズ・フレミングは、これらの研究に精通していました。加熱されたフィラメントから真空ギャップを通って冷たい陽極に至る電子の熱電子放出によってバルブが機能していることは彼にとって明らかでした。しかし、インジケーターランプの真空は深くありませんでした。これは通常の電球には必要ありませんでした。糸の発火を防ぐのに十分な酸素を送り出すには十分でした。フレミングは、バルブが最適に機能するには、残留ガスが電子の流れを妨げないように、バルブをできるだけ完全に空にする必要があることに気づきました。

デ・フォレストにはそれが理解できなかった。彼はブンゼンバーナーの実験を通じてバルブとオーディオンにたどり着いて以来、彼の信念は逆でした。つまり、高温のイオン化ガスが装置の作動流体であり、その完全な除去は動作の停止につながるというものでした。これが、Audion がラジオ受信機として非常に不安定で満足のいくものではなかった理由であり、青い光を発する理由でもありました。

AT&T のアーノルドは、デフォレストの間違いを正すのに理想的な立場にありました。彼はシカゴ大学でロバート・ミリカンの下で学んだ物理学者であり、新しい電子物理学の知識を沿岸間の電話ネットワークの構築の問題に応用するために特別に雇われました。彼は、オーディオン管がほぼ完璧な真空で最もよく機能することを知っていました。最新のポンプがそのような真空を達成できることを知っていました。また、新しいタイプの酸化物でコーティングされたフィラメントを、より大きなプレートとグリッドと組み合わせることで、同様に真空を実現できることも知っていました。電子の流れを増加させます。つまり、彼はオーディオンを電子時代の奇跡を起こす真空管に変えたのです。

AT&T は大陸横断回線の建設に必要な強力な増幅器を持っていましたが、それを使用する権利がなかっただけです。同社の代表者らはデ・フォレスト氏との交渉中、信じられないような態度をとったが、第三者弁護士を通じて別の話し合いを開始し、オーディオンを電話増幅器として使用する権利を50万ドル（000年換算で約1,25万ドル）で購入することに成功した。ニューヨーク - サンフランシスコ線はちょうど間に合うように開通しましたが、通信手段というよりも、技術的な妙技と企業広告の勝利としての意味が強かったです。通話料金が天文学的だったので、ほとんど誰も使用できませんでした。

電子時代

本物の真空管は、まったく新しい電子部品の木の根になっています。リレーと同様に、真空管もエンジニアが特定の問題を解決するために設計を調整する新しい方法を発見するにつれて、その用途を継続的に拡大してきました。「-od」族の成長はダイオードやトライオードだけでは終わりませんでした。と続きました四極管、回路内の要素の増加に伴う増幅をサポートする追加のグリッドが追加されました。次に登場したのは五芒星, ヘプトデスそしてさらにオクトデス。水銀蒸気を満たしたサイラトロンが現れ、不気味な青い光を発した。ミニチュアランプは小指ほどの大きさ、あるいはドングリほどの大きさもあります。 AC 電源のハムが信号を妨害しない間接カソードランプ。 1930 年までの真空管産業の成長を記録した『真空管の物語』には、1000 を超えるさまざまなモデルがインデックスごとにリストされていますが、その多くは信頼できないブランド (Ultron、Perfectron、Supertron、Voltron など) からの違法コピーでした。

形状の多様性よりも重要なのは、真空管の用途の多様性でした。再生回路は三極管を送信機に変え、ノイズの多い火花を発生させずに滑らかで一定の正弦波を生成し、音を完全に送信することができます。 1901 年、マルコーニはコヒーラーとスパークを使って、狭い大西洋を越えてモールス信号の小さな部分をかろうじて送信することができました。 1915 年、AT&T は真空管を送信機と受信機の両方として使用して、バージニア州アーリントンからホノルルまで、つまり 1920 倍の距離で人間の音声を送信することができました。 XNUMX 年代までに、長距離電話と高品質の音声放送を組み合わせて、最初の無線ネットワークを構築しました。こうして間もなく、ルーズベルトであろうとヒトラーであろうと、全国民がラジオで同じ声を聞くことができるようになった。

さらに、正確で安定した周波数に調整された送信機を作成できるため、電気通信技術者は、1923 年前にアレクサンダーベル、エジソンらを魅了した周波数多重化という長年の夢を実現することができました。 390 年までに、AT&T はニューヨークからピッツバーグまで 000 チャンネルの音声回線を開設しました。単一の銅線で複数の音声を送信できる機能により、長距離通話のコストが大幅に削減されました。長距離通話は、コストが高いため、常に最も裕福な人々や企業のみが手頃な価格でした。 AT&T は、真空管の可能性を見て、利用可能なすべてのアプリケーションで Audioon を使用する権利を確保するために、弁護士を派遣して de Forest から追加の権利を購入させました。合計で彼らは彼に7,5万ドルを支払ったが、これは今日のお金で約XNUMX万ドルに相当する。

このような多用途性を備えた真空管が、ラジオやその他の電気通信機器を支配したように、なぜ第一世代のコンピューターを支配しなかったのでしょうか?明らかに、三極管はリレーと同じようにデジタルスイッチになる可能性があります。あまりに明白なので、デ・フォレスト氏は実際にリレーを作成する前に、自分がリレーを作成したとさえ信じていました。また、三極管はアーマチュアを物理的に動かす必要がないため、従来の電気機械リレーよりもはるかに応答性が高かった。一般的なリレーはスイッチングに数ミリ秒を要し、グリッド上の電位の変化によるカソードからアノードへの磁束の変化はほぼ瞬間的でした。

しかし、ランプにはリレーに比べて明らかな欠点がありました。それは、以前の電球と同様に、ランプが切れる傾向があるということです。オリジナルの Audioon de Forest の寿命は約 100 時間と非常に短かったため、ランプには予備のフィラメントが含まれており、最初のフィラメントが切れた後に接続する必要がありました。これは非常にひどいことでしたが、その後でも、最高品質のランプであっても数千時間以上の寿命は期待できませんでした。何千ものランプを備え、何時間も計算を行うコンピュータにとって、これは深刻な問題でした。

一方、ジョージ・スティビッツ氏によれば、リレーは「非常に信頼性が高かった」という。彼はこう主張するほどだった

私たちの時代の最初の年に一連の U 字型リレーが動作し、3000 秒ごとに接点を切り替えたとしたら、それらは現在でも機能するでしょう。最初の接触失敗は、遅くとも千年後、西暦 XNUMX 年のどこかに起こると予想されます。

さらに、電話技術者の電気機械回路に匹敵する大規模な電子回路の経験はありませんでした。ラジオやその他の機器には 5 ～ 10 個のランプが搭載されていますが、数十万個は搭載されていません。 5000 個のランプを備えたコンピューターを動作させることが可能かどうかは誰も知りませんでした。真空管の代わりにリレーを選択することで、コンピュータ設計者は安全かつ保守的な選択をしました。

次のパートでは、これらの疑問がどのように、そしてなぜ克服されたのかを見ていきます。

出所： habr.com

リレーの歴史: 電子時代

プロローグ: エジソン

ワイヤーなし

バルブ

聞いている

そしてまた電話

電子時代

コメントを追加します 返信をキャンセル

コメントを追加します返信をキャンセル