🥇릴레이의 역사: 전자 시대

릴레이의 역사: 전자 시대

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В 지난 번에 우리는 1세대 디지털 컴퓨터가 1세대 자동 전기 스위치, 즉 전자기 릴레이 위에 어떻게 구축되었는지 살펴보았습니다. 하지만 그 컴퓨터들이 만들어질 무렵에는 또 다른 디지털 스위치가 이미 존재하고 있었습니다. 릴레이는 전자기 장치(전기를 사용하여 기계식 스위치를 작동시키는 장치)였지만, 새로운 종류의 디지털 스위치는 20세기 초에 등장한 전자에 대한 새로운 지식에 기반한 전자식이었습니다. 이러한 과학은 전기력을 전달하는 매개체가 전류도, 파동도, 장이 아니라 고체 입자라는 것을 밝혀냈습니다.

이 새로운 물리학에 기반하여 전자 시대를 연 장치는 진공관으로 알려지게 되었습니다. 진공관의 탄생 이야기에는 두 사람이 등장합니다. 한 사람은 영국인입니다. 앰브로즈 플레밍 그리고 미국인 리 드 포레스트사실, 전자공학의 기원은 훨씬 더 복잡합니다. 유럽과 대서양을 가로지르는 여러 가지 실이 얽혀 있으며, 18세기 중반 라이덴병을 이용한 초기 실험까지 거슬러 올라갑니다.

하지만 이 이야기의 목적을 위해서는 토마스 에디슨부터 시작하는 것이 편리할 것 같습니다(말장난입니다!). 1880년대 에디슨은 전기 조명을 연구하던 중 흥미로운 발견을 했습니다. 바로 이 발견이 우리 이야기의 배경이 됩니다. 이 발견은 진공관의 개발로 이어졌고, 진공관은 두 가지 기술 시스템에 필요했습니다. 새로운 형태의 무선 메시징과 끊임없이 확장되는 전화망입니다.

프롤로그: 에디슨

에디슨은 일반적으로 전구를 발명한 사람으로 여겨집니다. 하지만 이는 그에게 너무 많은 공로를 돌리는 동시에 너무 적은 공로를 돌리는 것과 같습니다. 에디슨이 전구를 발명한 유일한 사람이 아니었기에 너무 많은 공로를 돌리는 것입니다. 에디슨보다 먼저 전구를 발명했지만 상업적으로 사용되지 못한 수많은 발명가들 외에도, 영국의 조셉 스완과 찰스 스턴, 그리고 에디슨과 동시에 전구를 시장에 내놓은 미국의 윌리엄 소여가 있습니다.발명의 명예는 또한 러시아 발명가에게 돌아갑니다. Lodygin Alexander Nikolaevich에게. 로디긴은 유리 전구에서 공기를 펌핑하는 방법을 처음으로 생각해 낸 사람이었고, 그 후 석탄이나 탄화 섬유가 아닌 내화성 텅스텐으로 필라멘트를 만들 것을 제안했습니다.]. 모든 램프는 내부에 저항성 필라멘트가 있는 밀봉된 유리 전구로 구성되었습니다. 램프를 회로에 연결하면 필라멘트의 전류 저항으로 인해 발생하는 열로 인해 불이 켜졌습니다. 필라멘트에 불이 들어오지 않도록 전구 안의 공기를 빼냈습니다. 전기 조명은 이미 대도시에서 아크 램프, 넓은 공공장소를 밝히는 데 사용되었습니다. 이 모든 발명가들은 연소 아크에서 밝은 입자를 추출하여 빛의 양을 줄이는 방법을 찾고 있었습니다. 이 입자는 가정에서 가스등을 대체할 수 있을 만큼 작았으며, 광원을 더 안전하고 깨끗하며 밝게 만들 수 있었습니다.

에디슨이 실제로 한 일, 아니, 그의 산업 연구실이 실제로 한 일은 단순히 광원을 만든 것이 아니었습니다. 그들은 발전기, 전류를 전달하는 전선, 변압기 등 가정을 밝히는 데 필요한 전기 시스템 전체를 구축했습니다. 이 모든 것 중 전구는 가장 눈에 띄는 부품일 뿐이었습니다. 전기를 생산하는 그의 회사에 에디슨의 이름이 새겨진 것은 벨 전화 회사처럼 위대한 발명가에게 바치는 단순한 오마주가 아니었습니다. 에디슨은 자신이 발명가일 뿐만 아니라 시스템 설계자임을 보여주었습니다. 그의 연구실은 초기 성공 이후에도 전기 조명의 다양한 구성 요소를 개선하는 연구를 계속했습니다.

릴레이의 역사: 전자 시대
초기 에디슨 전구의 예

1883년경 에디슨(그리고 아마도 그의 직원 중 한 명)은 연구 중에 빛나는 전구 안에 필라멘트와 함께 금속판을 넣기로 결정했습니다. 그 이유는 불분명합니다. 아마도 전구가 어두워지는 것을 막기 위한 시도였을 것입니다. 유리 전구 내부에는 시간이 지남에 따라 알 수 없는 검은 물질이 축적되었습니다. 에디슨은 전압이 가해지면 이 검은 입자들이 금속판에 끌려들어가기를 바랐던 것 같습니다. 놀랍게도, 금속판을 필라멘트의 양극과 함께 회로에 연결했을 때 필라멘트에 흐르는 전류의 양이 필라멘트의 발광 강도에 정비례한다는 것을 발견했습니다. 금속판을 필라멘트의 음극에 연결했을 때는 이러한 현상이 관찰되지 않았습니다.

에디슨은 이 효과를 나중에 에디슨 효과 또는 열전자 방출, 전기 시스템의 "기전력", 즉 전압을 측정하거나 제어하는 데 사용될 수 있었습니다. 그는 습관적으로 이 "전기 표시기"에 대한 특허를 출원한 후 더 중요한 작업으로 돌아갔습니다.

와이어 없이

20년 후인 1904년으로 넘어가면, 당시 영국에서는 존 앰브로즈 플레밍이 마르코니 회사를 위해 개량된 라디오 수신기를 개발하고 있었습니다.

당시 라디오가 어떤 기기였고 어떤 기기가 아니었는지를 이해하는 것은 중요합니다. 당시 라디오는 "라디오"라고 불리지도 않았고, "무선"이라고 불렸습니다. "라디오"라는 용어는 1910년대에 들어서야 널리 쓰이기 시작했습니다. 구체적으로, 이 용어는 무선 전신, 즉 송신자에서 수신자로 점과 선 형태로 신호를 전송하는 시스템을 지칭했습니다. 라디오의 주요 용도는 선박과 항만 서비스 간의 통신이었으며, 전 세계 해군 당국의 관심을 끌었습니다.

특히 그 당시의 일부 발명가들은 레지날드 페센덴는 무선 전화, 즉 음성 메시지를 연속파로 공중에 전송하는 개념을 실험했습니다. 하지만 현대적인 의미의 방송은 15년 후에야 등장했습니다. 뉴스, 이야기, 음악 및 기타 프로그램을 광범위한 청취자에게 전송하는 것이었습니다. 그때까지만 해도 무선 신호의 전방향성은 활용해야 할 기능이 아니라 해결해야 할 문제로 여겨졌습니다.

당시 사용 가능한 무선 장비는 모스 부호를 처리하는 데는 좋았지만, 그 외의 모든 면에서는 형편없었습니다. 송신기는 회로의 단선 부위에 스파크를 보내 헤르츠파를 생성했습니다. 그래서 신호에는 탁탁거리는 잡음이 동반되었습니다.

수신기는 이 신호를 코히러(coherer)를 통해 감지했습니다. 코히러는 유리관에 금속 가루를 넣고 전파를 쬐면 연속적인 덩어리로 응축되어 회로를 완성합니다. 그런 다음 유리관을 두드려 가루를 분해하고 수신기가 다음 신호를 수신할 수 있도록 준비합니다. 처음에는 수동으로 진행되었지만, 곧 자동 장치가 개발되었습니다.

1905년에 그들은 막 나타나기 시작했습니다. 크리스탈 검출기, "고양이 수염"으로도 알려져 있습니다. 실리콘, 황철석 또는 방연광공중에서 무선 신호를 가로채는 것이 가능해졌습니다. 그 결과 개발된 수신기는 저렴하고 소형이었으며 누구나 쉽게 구할 수 있었습니다. 이는 특히 젊은 세대를 중심으로 아마추어 무선의 발전을 촉진했습니다. 이로 인해 사용 시간이 급격히 증가하면서 모든 사용자가 통신 시간을 나눠 갖게 되면서 여러 문제가 발생했습니다. 아마추어 무선 사용자의 무고한 대화가 우연히 해군 통신에 섞여 들어갈 수 있었고, 일부 불량배들은 거짓 명령을 내리고 구조 신호를 보내기도 했습니다. 결국 국가가 개입할 수밖에 없었습니다. 앰브로즈 플레밍이 직접 기술했듯이, 수정 검출기의 등장은

수많은 아마추어 전기 기술자와 학생들의 엉뚱한 짓으로 인해 무책임한 무선 전신이 폭발적으로 증가하였고, 이로 인해 국가 및 국제 당국이 단호하게 개입하여 사건을 합리적이고 안전한 범위 내에서 유지해야 했습니다.

이 결정의 특이한 전기적 특성은 결국 릴레이와 램프에 이어 1904세대 디지털 스위치를 탄생시킬 것입니다. 이 스위치들은 우리 세상을 지배하는 스위치입니다. 하지만 모든 것에는 때가 있습니다. 우리는 그 장면을 묘사했으니, 이제 방금 스포트라이트를 받은 배우, 앰브로즈 플레밍(XNUMX년 영국)에게 모든 관심을 돌려보겠습니다.

판막

1904년, 플레밍은 유니버시티 칼리지 런던(UCL)의 전기공학 교수이자 마르코니 회사의 컨설턴트였습니다. 마르코니 회사는 처음에 그를 발전소 건설 전문 지식 제공자로 고용했지만, 이후 그는 수신기 개선 작업을 맡았습니다.

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1890년의 플레밍

코히러가 감도 면에서 수신기에 좋지 않다는 것은 누구나 알고 있었고, 마크로니가 개발한 자기 검출기도 그다지 나을 것이 없었습니다. 플레밍은 대체품을 찾기 위해 먼저 헤르츠파를 검출할 수 있는 감도 높은 회로를 만들기로 했습니다. 비록 그 자체로는 검출기가 아니더라도, 그러한 장치는 향후 연구에 유용할 것입니다.

이를 위해 그는 불연속적인 코히러(코히러가 켜져 있는지, 가루가 서로 달라붙어 있는지, 아니면 꺼져 있는지만 보여주는 장치)를 사용하는 대신, 들어오는 파동에 의해 생성되는 전류를 지속적으로 측정하는 방법을 고안해야 했습니다. 그러나 오늘날 알려진 전류 측정 장치인 검류계는 작동하려면 일정한, 즉 단방향의 전류가 필요했습니다. 전파에 의해 생성되는 교류 전류는 방향이 너무 빠르게 변해서 측정이 불가능했습니다.

플레밍은 옷장에 먼지가 쌓인 흥미로운 물건들이 몇 개 있었던 걸 기억했습니다. 바로 에디슨 표시등이었습니다. 1880년대에 그는 런던 에디슨 전등 회사의 컨설턴트로 램프의 흑화 문제를 연구했습니다. 당시 그는 표시등 사본 몇 장을 받았는데, 아마도 영국 우정국의 수석 전기 기술자였던 윌리엄 프리스에게서였을 것입니다. 윌리엄 프리스는 필라델피아에서 열린 전기 박람회에서 막 돌아온 참이었습니다. 미국 외 지역에서는 우체국이 전신과 전화를 관리하는 것이 일반적이었기에, 우체국은 전기 전문 지식의 중심지였습니다.

1890년대에 플레밍은 프리스로부터 받은 램프를 사용하여 에디슨 효과를 직접 연구했습니다. 그는 전류가 한 방향으로 흐른다는 것을 보였습니다. 즉, 음의 전위가 뜨거운 필라멘트에서 차가운 전극으로 흐를 수는 있지만, 그 반대로는 흐를 수 없다는 것입니다. 그러나 1904년, 전파를 감지하는 과제에 직면하면서야 이 사실이 실제로 적용될 수 있다는 것을 깨달았습니다. 에디슨 표시기는 필라멘트와 판 사이의 틈을 교류의 단방향 펄스만 통과시켜 일정한 단방향 전류를 생성합니다.

플레밍은 램프 하나를 가져다가 검류계에 직렬로 연결하고 스파크 송신기를 켰습니다. 짜잔, 거울이 돌아가고 광선이 저울 위에서 움직였습니다. 작동했습니다. 그는 수신되는 무선 신호를 정확하게 측정할 수 있었습니다.

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플레밍 밸브 프로토타입. 양극은 필라멘트 루프(열음극)의 중앙에 위치합니다.

플레밍은 자신의 발명품을 "밸브"라고 불렀는데, 이는 전기가 한 방향으로만 흐르도록 했기 때문입니다. 더 일반적인 전기 공학 용어로 표현하자면, 이는 교류를 직류로 변환하는 정류기였습니다. 나중에는 두 개의 전극, 즉 전기를 방출하는 열음극(필라멘트)과 전기를 받는 차가운 양극(판)을 가지고 있었기 때문에 다이오드라고 불렸습니다. 플레밍은 설계를 여러 차례 개선했지만, 이 장치는 에디슨의 표시등과 본질적으로 다르지 않았습니다. 새로운 특성으로의 변화는 사고의 변화에서 비롯되었는데, 이는 우리가 이전에도 여러 번 목격했던 현상입니다. 이러한 변화는 플레밍의 머릿속에 있는 아이디어의 세계에서 일어났지, 그 바깥의 사물의 세계에서 일어난 것이 아니었습니다.

플레밍 밸브 자체는 유용했습니다. 무선 신호를 측정하는 데 가장 적합한 현장 장치였고, 그 자체로도 훌륭한 검출기였습니다. 하지만 세상을 뒤흔들지는 못했습니다. 리 드 포레스트가 세 번째 전극을 추가하고 밸브를 릴레이로 바꾸고 나서야 전자 기술이 폭발적으로 발전했습니다.

청취

리 드 포레스트는 예일대 학생으로서는 특이한 성장기를 보냈습니다. 그의 아버지인 헨리 드 포레스트 목사는 뉴욕 출신의 남북전쟁 참전 용사이자 목사였습니다. 회중 교회그는 설교자로서 지식과 정의라는 신성한 빛을 전파해야 한다고 굳게 믿었습니다. 의무의 부름에 따라 그는 앨라배마주 탈라데가 대학의 총장직 제의를 받아들였습니다. 이 대학은 남북 전쟁 이후 뉴욕시에 본부를 둔 미국 선교 협회에 의해 설립되었습니다. 이 대학은 지역 흑인들을 교육하고 인도하기 위해 설립되었습니다. 그곳에서 리는 난관에 봉착했습니다. 지역 흑인들은 그의 순진함과 비겁함을, 그리고 지역 백인들은 그를 모욕했습니다. 양키스.

하지만 젊은 시절, 드 포레스트는 강한 자신감을 키웠습니다. 그는 기계와 발명에 재능을 보였고, 그의 축소 모형 기관차는 지역의 경이로운 발명품이 되었습니다. 십 대 시절, 탈라데가에서 공부하며 그는 평생을 발명가로 바치기로 결심했습니다. 그러다 뉴헤이븐에서 젊은 시절을 보내던 목사의 아들은 마지막 남은 종교적 신념마저 버렸습니다. 그의 신념은 점차 다윈주의에 물들어갔고, 아버지의 갑작스러운 죽음으로 완전히 무너졌습니다. 하지만 드 포레스트의 운명에 대한 감각은 결코 사라지지 않았습니다. 그는 스스로를 천재라고 여겼고, 전기 시대의 부유하고 유명하며 신비로운 마법사, 니콜라 테슬라가 되기를 열망했습니다. 예일대 동창들은 그를 거만한 허풍쟁이로 여겼습니다. 그는 역사상 가장 인기 없는 인물일지도 모릅니다.

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드 포레스트, 1900년경

1899년 예일대를 졸업한 드 포레스트는 부와 명예를 향한 길로 떠오르는 무선 신호 전송 기술을 선택했습니다. 이후 수십 년 동안 그는 확고한 결의와 자신감을 가지고 주저 없이 이 기술을 추구했습니다. 모든 것은 드 포레스트가 시카고에서 파트너 에드 스미스와 함께 일하면서 시작되었습니다. 스미스는 정기적인 회비를 납부하며 사업을 유지했고, 두 사람은 함께 두 개의 금속판을 "구(goo)"라는 접착제로 붙인 전파 검출기를 개발했습니다. 하지만 드 포레스트는 자신의 천재성이 가져다줄 보상을 오래 기다릴 수 없었습니다. 그는 스미스를 버리고 에이브러햄 화이트라는 뉴욕의 수상한 금융가와 팀을 이루었습니다.아이러니하게도 본명인 슈워츠에서 이름을 바꿔 자신의 어두운 행각을 감추려 했다. White – (영어) white, Schwartz – (독일어) black / 번역 참고], De Forest Wireless Telegraph Company를 개설했습니다.

회사의 활동은 두 영웅에게 부차적인 것이었습니다. 화이트는 사람들의 무지를 이용해 주머니를 불렸습니다. 그는 예상되는 라디오 붐에 발맞추려 애쓰는 투자자들에게서 수백만 달러를 사취했습니다. 그리고 앞서 말한 "바보들"의 풍부한 자금을 바탕으로 드 포레스트는 (마르코니 등이 개발한 유럽식 무선 전송 시스템과는 대조적으로) 새로운 미국식 무선 전송 시스템을 개발하여 자신의 천재성을 입증하는 데 집중했습니다.

불행히도 미국 시스템의 경우, 드 포레스트의 검출기는 제대로 작동하지 않았습니다. 그는 레지널드 페센든의 특허 설계를 차용하여 "액체 배러터(liquid baretter)"라는 검출기를 개발하여 일시적으로 문제를 해결했습니다. 이 검출기는 황산 용액에 담근 두 개의 백금선으로 이루어져 있습니다. 페센든은 특허 침해 소송을 제기했고, 아마도 승소할 가능성이 높았습니다. 드 포레스트는 자신만의 새로운 검출기를 발명할 때까지 쉬지 않았습니다. 1906년 가을, 그는 그러한 검출기를 개발했다고 발표했습니다. 미국 전기공학회(AIE)의 두 차례에 걸친 회의에서 드 포레스트는 "오디온(Audion)"이라는 이름의 새로운 무선 검출기를 설명했습니다. 하지만 이 검출기의 실제 출처는 불분명합니다.

한동안 드 포레스트는 불꽃에 전류를 흘려 새로운 감지기를 만드는 것에 집중했습니다. 분젠 버너그는 이것이 비대칭 도체일 것이라고 생각했습니다. 이 아이디어는 성공하지 못한 것 같습니다. 1905년 어느 시점에 그는 플레밍 밸브에 대해 알게 되었습니다. 드 포레스트는 이 밸브와 그의 버너 기반 장치가 본질적으로 동일하다고 생각했습니다. 즉, 뜨거운 필라멘트를 불꽃으로 바꾸고 유리구로 덮어 가스를 가두면 같은 밸브가 된다는 것입니다. 그는 가스 불꽃 감지기를 사용하여 플레밍 밸브 이전의 발명품들의 역사를 반복하는 일련의 특허를 개발했습니다. 그는 분젠 버너 연구가 플레밍의 연구보다 앞섰기 때문에(1900년부터 진행되어 왔기 때문에) 플레밍의 특허를 우회하여 이 발명의 우선권을 주장하고자 했던 것 같습니다.

이것이 자기기만이었는지 사기였는지는 알 수 없지만, 그 결과 1906년 XNUMX월 드 포레스트는 "두 개의 개별 전극이 들어 있는 빈 유리 용기, 그 사이에 가스 매질이 유지되고, 충분히 가열되면 도체가 되어 감지 소자를 형성한다"는 내용의 특허를 출원했습니다. 이 장치의 장비와 작동 원리는 플레밍의 것이며, 작동 원리에 대한 설명은 드 포레스트의 것입니다. 드 포레스트는 결국 특허 분쟁에서 패소했지만, XNUMX년이 걸렸습니다.

참을성 없는 독자라면 이미 다른 사람의 아이디어를 자신의 것처럼 포장하며 스스로 천재성을 과시했던 이 인물에게 왜 우리가 이렇게 많은 시간을 할애하는지 의아해할 것입니다. 그 이유는 1906년 마지막 몇 달 동안 오디온이 겪은 변화 때문입니다.

그때쯤 드 포레스트는 실직 상태였습니다. 화이트와 그의 파트너들은 페센덴 소송에서 유나이티드 와이어리스라는 새 회사를 설립하고 아메리칸 드 포레스트의 자산을 단 1달러에 빌려줌으로써 책임을 면했습니다. 드 포레스트는 1000달러의 보상금과 오디온 특허를 포함한 여러 개의 쓸모없는 특허를 가지고 쫓겨났습니다. 호사스러운 생활에 익숙해진 그는 심각한 재정적 어려움에 처했고, 오디온을 큰 성공으로 이끌기 위해 필사적이었습니다.

그 다음에 무슨 일이 일어났는지 이해하려면, 드 포레스트가 플레밍의 정류기와는 대조적으로 자신이 계전기를 발명했다고 생각했다는 사실을 아는 것이 중요합니다. 그는 배터리를 밸브의 차가운 판에 연결하여 오디온을 만들었고, 뜨거운 필라멘트에 연결된 안테나 회로의 신호가 배터리 회로에서 더 강력한 전류를 변조한다고 생각했습니다. 하지만 그는 틀렸습니다. 회로가 두 개가 아니었습니다. 배터리는 안테나 신호를 증폭하는 것이 아니라 단순히 바이어스만 준 것입니다.

하지만 이 오류는 결정적이었습니다. 드 포레스트는 전구에 세 번째 전극을 추가하여 이 "릴레이"의 두 회로를 더욱 분리하는 실험을 진행했기 때문입니다. 처음에는 첫 번째 전극 옆에 두 번째 차가운 전극을 추가했지만, 아마도 물리학자들이 음극선 장치에서 빔의 방향을 바꾸는 데 사용하는 제어 메커니즘의 영향을 받아 전극을 필라멘트와 1차 전극판 사이로 옮겼습니다. 그는 이 위치가 전기 흐름을 방해할 수 있다고 판단하여 세 번째 전극의 모양을 판에서 석쇠를 닮은 물결 모양의 전선으로 바꾸었고, 이를 "격자"라고 불렀습니다.

릴레이의 역사: 전자 시대
1908년 오디온 XNUMX극관. 왼쪽의 (끊어진) 필라멘트는 음극, 물결 모양의 전선은 그리드, 둥근 금속판은 양극입니다. 일반 전구처럼 여전히 실이 남아 있습니다.

그리고 이것은 이미 실제 릴레이였습니다. 그리드에 인가된 약한 전류(무선 안테나에서 생성되는 것과 같은)는 필라멘트와 플레이트 사이에 훨씬 더 강한 전류를 제어하여 그 사이를 통과하려는 대전된 입자를 밀어낼 수 있었습니다. 이 검출기는 무선 신호를 정류할 뿐만 아니라 증폭하기 때문에 밸브보다 훨씬 더 잘 작동했습니다. 또한 밸브처럼(그리고 코히러와는 달리) 일정한 신호를 생성할 수 있어 무선 전신뿐만 아니라 무선 전화(그리고 나중에는 음성 및 음악 전송)도 가능하게 했습니다.

실제로는 그다지 잘 작동하지 않았습니다. 드 포레스트의 오디온은 까다롭고, 금방 타버렸으며, 제조 품질이 일정하지 않았고, 앰프로서도 비효율적이었습니다. 특정 오디온이 제대로 작동하려면 회로의 전기적 매개변수를 그에 맞게 조정해야 했습니다.

그럼에도 불구하고 드 포레스트는 자신의 발명품을 믿었습니다. 그는 이를 광고하기 위해 드 포레스트 무선 전화 회사라는 새 회사를 설립했지만, 매출은 저조했습니다. 그의 가장 큰 성공은 전 세계 항해 중 해군 내부 전화 통신 장비를 해군에 판매한 것이었습니다.그레이트 화이트 함대하지만 함대 사령관은 드 포레스트의 송신기와 수신기를 작동시키고 승무원들에게 사용법을 교육할 시간이 없었기에, 그것들을 포장하여 창고에 보관했습니다. 게다가 에이브러햄 화이트의 추종자가 운영하는 드 포레스트의 새 회사는 이전 회사보다 더 정직하지 못했습니다. 그의 실패에 더해, 그는 곧 사기 혐의를 받게 되었습니다.

5년 동안 오디온은 아무런 성과도 거두지 못했습니다. 전화는 다시 한번 디지털 릴레이 개발에 핵심적인 역할을 하게 되었고, 이번에는 유망하지만 검증되지 않아 잊혀져 가던 기술을 구해냈습니다.

그리고 또 전화

장거리 통신망은 AT&T의 중추 신경계였습니다. 벨의 특허가 만료된 후에도 여러 지역 기업들을 하나로 묶고 핵심 경쟁 우위를 제공했습니다. AT&T 네트워크에 가입하면 이론적으로는 신규 고객이 수천 마일 떨어진 다른 모든 가입자에게 전화를 걸 수 있었지만, 실제로 장거리 전화는 드물었습니다. 또한 이 네트워크는 "하나의 정책, 하나의 시스템, 보편적 서비스"라는 회사의 핵심 이념의 중요한 기반이 되었습니다.

하지만 20세기 20년대 초, 네트워크는 물리적으로 최대치에 도달했습니다. 전화선이 더 길어질수록 그 위를 지나가는 신호는 더 약해지고 잡음이 심해져서 결국 말을 거의 들을 수 없게 되었습니다. 이 때문에 미국에는 대륙을 중심으로 두 개의 AT&T 네트워크가 존재하게 되었습니다.

동부 네트워크의 경우 뉴욕이 페그였고 기계식 중계기와 푸핀 코일 – 사람의 목소리가 얼마나 멀리까지 도달할 수 있는지를 결정하는 연결고리. 하지만 이러한 기술들이 만능은 아니었다. 코일은 전화 회로의 전기적 특성을 변화시켜 음성 주파수의 감쇠를 줄였지만, 감쇠를 줄일 수는 있었을 뿐 완전히 없앨 수는 없었다. 기계식 중계기(전화기 스피커를 증폭 마이크에 연결한 것)는 반복될 때마다 잡음을 더했다. 1911년 뉴욕에서 덴버까지 이어진 전화선은 이 연결고리를 최대 길이까지 연장했다. 하지만 대륙을 가로질러 네트워크를 확장한다는 논의는 없었다. 그러나 1909년, AT&T의 수석 엔지니어 존 카티는 바로 그 약속을 공개적으로 이행하겠다고 약속했다. 그는 XNUMX년 안에, 파나마-태평양 국제 박람회 1915년 샌프란시스코에서.

새로운 전화 증폭기의 도움으로 그러한 사업을 가능하게 한 최초의 사람은 미국인이 아니라, 과학에 관심이 많은 부유한 빈 가문의 상속자였습니다. 젊은 시절, 로버트 폰 리벤 부모님의 돈으로 전화기 제조 회사를 인수하고 전화 통화용 증폭기를 만들기 시작했습니다. 1906년에는 당시 물리학 실험에서 흔히 사용되던 음극선관을 이용한 계전기를 개발했는데, 이는 나중에 XNUMX세기 비디오 화면 기술의 기반이 되었습니다. 약한 신호가 전자석을 제어하여 빔을 휘게 하고, 주 회로에 더 강한 전류를 흐르게 했습니다.

1910년, 폰 리벤과 그의 동료 유진 라이스, 지그문트 슈트라우스는 드 포레스트의 오디온(Audion)에 대해 알게 되었고, 진공관의 자석을 음극선을 제어하는 그리드로 교체했습니다. 이 설계는 당시 미국에서 만들어진 어떤 것보다 효율적이고 뛰어났습니다. 독일 전화망은 곧 폰 리벤의 증폭기를 채택했습니다. 1914년, 이 증폭기 덕분에 동프로이센군 사령관은 1000km 떨어진 코블렌츠의 독일 본부와 불안한 통화를 할 수 있었습니다. 이 사건으로 참모총장은 힌덴베르크와 루덴도르프 장군을 동쪽으로 파견하여 영원한 영광과 비참한 결과를 안겨주었습니다. 이후 유사한 증폭기들이 독일 본부와 마케도니아, 루마니아 등 남쪽과 동쪽의 야전군을 연결했습니다.

릴레이의 역사: 전자 시대
폰 리벤의 개량된 음극선 계전기의 복제품입니다. 음극은 아래쪽에, 양극은 위쪽 코일에, 그리고 그리드는 가운데 있는 둥근 금속 호일에 있습니다.

그러나 언어와 지리적 장벽, 전쟁으로 인해 이 디자인은 결코 미국에 도달하지 못했으며, 곧 다른 사건에 의해 대체되었습니다.

그 사이 드 포레스트는 1911년에 쇠퇴한 무선 전화 회사를 떠나 캘리포니아로 도피하여 스탠포드 졸업생이 설립한 팔로 알토의 연방 전신 회사에서 일하게 되었습니다. 시릴 엘벨명목상 드 포레스트는 연방 라디오 수신기의 출력 볼륨을 높이는 증폭기를 개발하고 있었습니다. 하지만 실제로는 그와 허버트 밴 에탄(숙련된 전화 엔지니어), 그리고 찰스 롱우드(수신기 설계자)가 AT&T로부터 1만 달러의 상금을 받을 수 있다는 소문을 듣고 전화 증폭기를 개발하고 있었습니다.

이를 위해 드 포레스트는 다락방에서 오디온(Audion)을 꺼냈고, 1912년에는 동료들과 함께 전화 회사에 시연할 장치를 완성했습니다. 이 장치는 직렬로 연결된 여러 개의 오디온과 몇 가지 보조 부품으로 구성되어 단계적으로 증폭을 일으켰습니다. 이 장치는 원리적으로 손수건이 떨어지거나 회중시계가 똑딱거리는 소리를 들을 수 있을 정도로 신호를 증폭할 수 있었습니다. 하지만 전화 통신에는 적합하지 않을 정도로 전류와 전압이 너무 낮아야만 작동했습니다. 전류가 증가함에 따라 오디온은 파란색으로 빛나기 시작했고 신호는 잡음으로 바뀌었습니다. 그러나 전화 회사는 이 장치에 흥미를 느껴 엔지니어들에게 이 장치를 주어 어떤 용도로 사용할 수 있는지 알아보게 했습니다. 마침 엔지니어 중 한 명인 해럴드 아놀드라는 젊은 물리학자가 페더럴 텔레그래프(Federal Telegraph)에서 이 증폭기를 수리하는 방법을 정확히 알고 있었습니다.

진공관과 오디온의 작동 원리를 설명할 시간입니다. 이 두 장치의 작동 원리를 설명하는 데 필요한 핵심적인 통찰력은 새로운 전자 물리학의 중심지였던 케임브리지의 캐번디시 연구소에서 나왔습니다. 1899년, J. J. 톰슨은 음극선관 실험을 통해 질량을 가진 입자(나중에 전자로 알려짐)가 음극에서 양극으로 전류를 전달한다는 것을 보였습니다. 이후 몇 년 동안 톰슨의 동료 오웬 리처드슨은 이러한 통찰력을 바탕으로 열전자 방출에 대한 수학적 이론을 개발했습니다.

케임브리지에서 기차로 가까운 곳에서 일하던 엔지니어 앰브로즈 플레밍은 이 연구에 익숙했습니다. 그는 자신의 밸브가 가열된 필라멘트에서 전자가 열전자 방출을 통해 진공 틈을 통과하여 차가운 양극으로 이동한다는 것을 깨달았습니다. 하지만 표시등의 진공은 깊지 않았습니다. 일반 전구에는 필요하지 않았습니다. 필라멘트가 켜지지 않도록 충분한 산소를 펌핑하기에 충분했습니다. 플레밍은 밸브가 가장 잘 작동하려면 남아 있는 가스가 전자의 흐름을 방해하지 않도록 최대한 완전히 비워야 한다는 것을 깨달았습니다.

드 포레스트는 이해하지 못했습니다. 분젠 버너 실험을 통해 밸브와 오디온에 대해 알게 되었기 때문에, 그의 믿음은 정반대였습니다. 즉, 뜨거운 이온화 가스가 장치의 작동 유체이며, 그것을 완전히 제거하면 작동이 중단될 것이라는 것이었습니다. 바로 그 때문에 오디온은 라디오 수신기로서 그토록 불규칙하고 만족스럽지 못하게 작동했고, 푸른 빛을 방출했습니다.

AT&T의 아놀드는 드 포레스트의 실수를 바로잡을 수 있는 이상적인 위치에 있었습니다. 그는 시카고 대학교에서 로버트 밀리컨의 지도를 받은 물리학자였으며, 새로운 전자 물리학 지식을 전국 전화망 구축 문제에 적용하기 위해 특별히 고용되었습니다. 그는 오디온 진공관이 거의 완벽한 진공 상태에서 가장 잘 작동할 것이라는 점, 최신 펌프가 그러한 진공을 달성할 수 있다는 점, 그리고 더 큰 판과 그리드와 함께 새로운 유형의 산화물 코팅 필라멘트가 전자의 흐름을 증가시킬 수 있다는 점을 알고 있었습니다. 간단히 말해, 그는 오디온을 전자 시대의 기적을 만들어낸 진공관으로 탈바꿈시켰습니다.

AT&T는 대륙 횡단 회선을 구축하는 데 필요한 강력한 증폭기를 보유하고 있었지만, 사용할 권리가 없었습니다. 회사는 드 포레스트와의 협상에서 회의적이었지만, 외부 변호사를 통해 협상을 진행했고, 변호사는 오디온을 전화 증폭기로 사용할 권리를 50만 달러(000년 가치로 약 1,25만 달러)에 인수했습니다. 뉴욕-샌프란시스코 회선은 시기적절하게 개통되었지만, 통신 수단이라기보다는 기술적 기교와 기업 광고의 승리로 평가받았습니다. 통화료가 너무 높아서 거의 아무도 사용할 수 없었습니다.

전자 시대

진정한 진공관은 완전히 새로운 전자 부품의 뿌리가 되었습니다. 릴레이처럼 진공관은 엔지니어들이 특정 작업에 맞게 설계를 조정하는 새로운 방법을 발견하면서 끊임없이 응용 분야를 확장했습니다. -ode 부족의 부상은 다이오드와 트라이오드에서 끝나지 않았습니다. 테트로돔, 회로의 요소가 커짐에 따라 이득을 지원하는 추가 그리드를 추가했습니다. 그런 다음 펜토드, 칠극류, 심지어는 옥토드수은 증기로 가득 차 으스스한 푸른빛을 내는 사이러트론이 등장했습니다. 새끼발가락이나 도토리만 한 크기의 소형 진공관도 등장했습니다. 교류 전원의 윙윙거리는 소리가 신호를 방해하지 않는 간접 가열 음극관도 등장했습니다. 1930년까지 진공관 산업의 성장을 설명한 『진공관의 전설』(Saga of the Vacuum Tube)에는 1000개가 넘는 모델이 색인별로 나열되어 있는데, 그중 상당수는 울트론, 퍼펙트론, 슈퍼트론, 볼트론 등 신뢰할 수 없는 브랜드의 불법 복제품이었습니다.

릴레이의 역사: 전자 시대

다양한 형태보다 더 중요한 것은 진공관의 다양한 응용 분야였습니다. 재생 회로는 삼극관을 송신기로 바꾸어 잡음이 많은 스파크 없이 부드럽고 일정한 사인파를 생성하고 소리를 완벽하게 전송할 수 있게 했습니다. 1901년, 마르코니는 코히러와 스파크를 사용하여 좁은 대서양을 가로질러 짧은 모스 부호 조각을 간신히 전송할 수 있었습니다. 1915년, AT&T는 진공관을 송신기와 수신기로 사용하여 버지니아주 알링턴에서 호놀룰루까지 사람의 음성을 두 배나 먼 거리로 전송할 수 있었습니다. 1920년대에 이르러 AT&T는 장거리 전화와 고품질 방송을 결합하여 최초의 라디오 네트워크를 구축했습니다. 곧 루즈벨트든 히틀러든 온 나라가 라디오에서 같은 목소리를 들을 수 있게 되었습니다.

더욱이, 정확하고 안정적인 주파수에 맞춰진 송신기를 제작할 수 있게 되면서 통신 엔지니어들은 1923년 전 알렉산더 그레이엄 벨, 에디슨 등이 매료되었던 주파수 다중화라는 오랜 숙원을 실현할 수 있었습니다. 390년, AT&T는 뉴욕에서 피츠버그까지 000채널 음성 회선을 구축했습니다. 하나의 구리선으로 여러 음성을 전송할 수 있게 되면서 장거리 전화 비용이 크게 절감되었는데, 이는 부유한 개인과 기업만이 감당할 수 없을 정도로 비쌌습니다. 진공관의 잠재력을 확인한 AT&T는 변호사를 파견하여 드 포레스트로부터 추가 권리를 매입하여 모든 응용 분야에서 오디온을 사용할 수 있도록 했습니다. 그들은 총 7,5만 달러를 지불했는데, 이는 오늘날 가치로 약 XNUMX만 달러에 해당합니다.

이처럼 다재다능한 진공관이 라디오나 다른 통신 장비를 지배했던 것처럼 1세대 컴퓨터를 지배하지 못한 이유는 무엇일까요? 트라이오드가 릴레이처럼 쉽게 디지털 스위치가 될 수 있다는 것은 분명했습니다. 사실, 너무나 명백해서 드 포레스트는 릴레이를 실제로 만들기도 전에 이미 릴레이를 만들어냈다고 믿었습니다. 게다가 트라이오드는 전기자를 물리적으로 움직일 필요가 없었기 때문에 기존의 전기기계식 릴레이보다 훨씬 더 반응성이 뛰어났습니다. 일반적인 릴레이는 스위칭하는 데 몇 밀리초가 걸렸지만, 그리드 전위 변화로 인한 캐소드에서 애노드로의 전류 변화는 거의 즉각적이었습니다.

하지만 진공관은 릴레이에 비해 뚜렷한 단점이 있었습니다. 바로 전구처럼 타버리는 경향이었습니다. 드 포레스트의 초기 오디온은 수명이 약 100시간으로 너무 짧아서, 첫 번째 진공관이 타버리면 예비 필라멘트를 연결해야 했습니다. 이것만으로도 충분히 문제였지만, 아무리 좋은 진공관이라도 수천 시간 이상은 버틸 수 없었습니다. 수천 개의 진공관과 수시간의 계산을 필요로 하는 컴퓨터에서 이는 심각한 문제였습니다.

반면에 릴레이는 George Stibitz에 따르면 "엄청나게 안정적"이었습니다. 그는 다음과 같이 주장했습니다.

만약 U자형 계전기가 서기 3000년에 작동을 시작하여 XNUMX초에 한 번씩 접점을 전환했다면, 오늘날에도 여전히 작동하고 있을 것입니다. 첫 번째 접점 고장은 그로부터 XNUMX년 후, 아마도 XNUMX년경에나 일어날 것으로 예상됩니다.

더욱이 전화 엔지니어의 전기 기계 회로에 비견될 만한 대형 전자 회로에 대한 경험이 전무했습니다. 라디오와 다른 장비는 5~10개의 진공관을 포함할 수 있지만, 수십만 개는 불가능했습니다. 컴퓨터가 5000개의 진공관으로 작동하도록 만들 수 있을지 아무도 알지 못했습니다. 진공관 대신 릴레이를 선택함으로써 컴퓨터 설계자들은 안전하고 보수적인 선택을 할 수 있었습니다.

다음 부분에서는 이런 의심이 어떻게 그리고 왜 극복되었는지 살펴보겠습니다.

출처 : habr.com

릴레이의 역사: 전자 시대

프롤로그: 에디슨

와이어 없이

판막

청취

그리고 또 전화

전자 시대

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