Kiti šios serijos straipsniai:
- Estafetės istorija
- Elektroninių kompiuterių istorija
- Tranzistoriaus istorija
- Interneto istorija
В matėme, kaip pirmosios kartos automatinių elektros jungiklių – elektromagnetinių relių pagrindu buvo pastatyti pirmosios kartos skaitmeniniai kompiuteriai. Tačiau tuo metu, kai buvo sukurti šie kompiuteriai, užkulisiuose laukė dar vienas skaitmeninis jungiklis. Relė buvo elektromagnetinis įtaisas (naudojantis elektrą mechaniniam jungikliui valdyti), o naujoji skaitmeninių jungiklių klasė buvo elektroninė – paremta naujomis žiniomis apie elektroną, atsiradusią XX amžiaus pradžioje. Šis mokslas parodė, kad elektros jėgos nešėjas buvo ne srovė, ne banga, ne laukas, o kieta dalelė.
Prietaisas, kuris pagimdė elektronikos erą, pagrįstą šia nauja fizika, buvo žinomas kaip vakuuminis vamzdis. Jo sukūrimo istorija apima du žmones: anglą ir amerikiečių . Tiesą sakant, elektronikos ištakos yra sudėtingesnės – daug gijų kerta Europą ir Atlanto vandenyną ir siekia ankstyvuosius eksperimentus su Leyden stiklainiais XVIII amžiaus viduryje.
Tačiau mūsų pristatymo rėmuose bus patogu aprėpti šią istoriją, pradedant Thomasu Edisonu. Devintajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje Edisonas padarė įdomų atradimą dirbdamas su elektriniu apšvietimu – atradimu, kuris nustato pagrindą mūsų istorijai. Iš čia buvo toliau plėtojami vakuuminiai vamzdžiai, reikalingi dviem technologinėms sistemoms: naujai belaidžio pranešimų formai ir nuolat besiplečiantiems telefono tinklams.
Prologas: Edisonas
Edisonas paprastai laikomas elektros lemputės išradėju. Tai jam suteikia per daug ir per mažai nuopelnų vienu metu. Per daug, nes Edisonas nebuvo vienintelis, kuris išrado šviečiančią lempą. Be minios prieš jį buvusių išradėjų, kurių kūryba nepasiekė komercinio pritaikymo, galima paminėti Josephą Swaną ir Charlesą Sterną iš Didžiosios Britanijos bei amerikietį Williamą Sawyerį, kuris elektros lemputes rinkai pristatė tuo pačiu metu kaip Edisonas. [Išradimo garbė taip pat priklauso rusų išradėjui . Lodyginas pirmasis atspėjo išpumpuoti orą iš stiklinės lempos lemputės, o tada pasiūlė siūlą gaminti ne iš anglies ar suanglėjusių pluoštų, o iš ugniai atsparaus volframo / apytiksliai. vertimas]. Visas lempas sudarė sandari stiklinė lemputė, kurios viduje buvo varžinis siūlas. Kai lempa buvo prijungta prie grandinės, kaitinamojo siūlelio atsparumo srovei sukurta šiluma privertė ją švytėti. Oras buvo išpumpuotas iš kolbos, kad siūlas neužsidegtų. Elektrinė šviesa jau buvo žinoma didžiuosiuose miestuose , naudojamas didelėms viešosioms vietoms apšviesti. Visi šie išradėjai ieškojo būdo sumažinti šviesos kiekį iš degančio lanko paimant ryškią dalelę, pakankamai mažą, kad ją būtų galima naudoti namuose pakeisti dujines lempas, o šviesos šaltinis būtų saugesnis, švaresnis ir šviesesnis.
Ir tai, ką Edisonas iš tikrųjų padarė – tiksliau, tai, ką sukūrė jo pramoninė laboratorija – buvo ne tik šviesos šaltinio kūrimas. Jie pastatė visą elektros sistemą namų apšvietimui – generatorius, laidus srovei perduoti, transformatorius ir kt. Iš viso to lemputė buvo tik akivaizdžiausias ir matomiausias komponentas. Edisono vardo buvimas jo elektros energijos įmonėse nebuvo paprastas reiškinys didžiajam išradėjui, kaip buvo Bell Telephone atveju. Edisonas parodė save ne tik kaip išradėjas, bet ir sistemų architektas. Jo laboratorija ir toliau tobulino įvairius elektros apšvietimo komponentus net ir po ankstyvos sėkmės.
Ankstyvųjų Edisono lempų pavyzdys
Tyrinėdamas apie 1883 m., Edisonas (ir galbūt vienas iš jo darbuotojų) nusprendė šviečiančioje lempoje kartu su kaitinimo siūlu įdėti metalinę plokštę. Šio veiksmo priežastys neaiškios. Galbūt taip buvo bandoma panaikinti lempos patamsėjimą – lemputės stiklo viduje laikui bėgant susikaupė paslaptinga tamsi medžiaga. Inžinierius, matyt, tikėjosi, kad šios juodos dalelės pritrauks į energiją įjungtą plokštelę. Savo nuostabai jis atrado, kad kai plokštė buvo įtraukta į grandinę kartu su teigiamu kaitinamojo siūlo galu, srovės kiekis, tekantis per siūlą, buvo tiesiogiai proporcingas kaitinimo siūlelio švytėjimo intensyvumui. Prijungus plokštę prie neigiamo sriegio galo, nieko panašaus nepastebėta.
Edisonas nusprendė, kad šis efektas, vėliau vadinamas Edisono efektu arba , gali būti naudojamas „elektrovaros jėgai“ arba įtampai elektros sistemoje matuoti ar net valdyti. Iš įpročio jis kreipėsi dėl šio „elektrinio indikatoriaus“ patento ir grįžo prie svarbesnių užduočių.
Be laidų
Pasukkime į priekį 20 metų į ateitį, iki 1904 m. Tuo metu Anglijoje Johnas Ambrose'as Flemingas dirbo pagal Marconi kompanijos nurodymus tobulinti radijo bangų imtuvą.
Svarbu suprasti, kas šiuo metu buvo ir nebuvo radijas, tiek instrumentų, tiek praktikos prasme. Radijas tada net nebuvo vadinamas „radiju“, jis buvo vadinamas „belaidžiu“. Terminas „radijas“ paplito tik praėjusio amžiaus 1910-ajame dešimtmetyje. Konkrečiai, jis turėjo omenyje belaidę telegrafiją – sistemą, skirtą signalams perduoti taškais ir brūkšneliais nuo siuntėjo iki gavėjo. Pagrindinis jos pritaikymas buvo laivų ir uosto tarnybų bendravimas, ir šiuo požiūriu jis domino viso pasaulio jūrų institucijas.
Kai kurie to meto išradėjai, ypač , eksperimentavo su radijo telefono idėja - perduodant balso pranešimus oru nenutrūkstamos bangos pavidalu. Tačiau transliacija šiuolaikine prasme atsirado tik po 15 metų: naujienų, istorijų, muzikos ir kitų programų perdavimas plačiajai auditorijai. Iki tol radijo signalų įvairiakryptis pobūdis buvo vertinamas kaip problema, kurią reikia išspręsti, o ne savybė, kurią galima išnaudoti.
Tuo metu egzistavusi radijo aparatūra puikiai tiko darbui su Morzės abėcėlėmis, o viskam – menkai. Siųstuvai sukūrė Herco bangas, siųsdami kibirkštį per grandinės tarpą. Todėl signalą lydėjo statikos traškėjimas.
Imtuvai šį signalą atpažino per koheerį: metalines drožles stikliniame vamzdyje, radijo bangų veikiami sumuštas į vientisą masę ir taip užbaigiant grandinę. Tada reikėjo bakstelėti stiklą, kad pjuvenos suirtų ir imtuvas būtų paruoštas kitam signalui – iš pradžių tai buvo daroma rankiniu būdu, tačiau netrukus tam atsirado automatiniai įrenginiai.
1905 m. jie ką tik pradėjo pasirodyti , taip pat žinomas kaip „katės ūsas“. Paaiškėjo, kad tiesiog palietus tam tikrą kristalą viela, pavyzdžiui, siliciu, geležies piritu ar , buvo galima iš oro išplėšti radijo signalą. Gauti imtuvai buvo pigūs, kompaktiški ir visiems prieinami. Jie paskatino radijo mėgėjų raidą, ypač tarp jaunimo. Dėl to staigus eterio užimtumo padidėjimas sukėlė problemų dėl to, kad radijo eterio laikas buvo padalintas visiems vartotojams. Nekalti mėgėjų pokalbiai galėjo atsitiktinai susikirsti su jūrų laivyno derybomis, o kai kurie chuliganai netgi sugebėjo duoti melagingus įsakymus ir siųsti pagalbos signalus. Valstybė neišvengiamai turėjo įsikišti. Kaip rašė pats Ambrose'as Flemingas, kristalų detektorių atsiradimas
iš karto sukėlė neatsakingos radiotelegrafijos antplūdį dėl daugybės elektrikų mėgėjų ir studentų išdaigų, todėl reikėjo stipriai įsikišti nacionalinėms ir tarptautinėms valdžios institucijoms, kad viskas būtų sveika ir saugi.
Iš neįprastų šių kristalų elektrinių savybių laikui bėgant atsiras trečioji skaitmeninių jungiklių karta, kuri po relių ir lempų – jungiklių, kurie dominuoja mūsų pasaulyje. Bet viskam savas laikas. Aprašėme sceną, dabar visą dėmesį grąžinkime į ką tik dėmesio centre pasirodžiusį aktorių: Ambrose'ą Flemingą, Anglija, 1904 m.
Vožtuvas
1904 m. Flemingas buvo Londono universiteto koledžo elektros inžinerijos profesorius ir Marconi kompanijos konsultantas. Iš pradžių bendrovė pasamdė jį, kad jis teiktų elektrinės statybos ekspertizę, tačiau vėliau jis įsitraukė į imtuvo tobulinimą.
Flemingas 1890 m
Visi žinojo, kad kohereris yra prastas imtuvas jautrumo prasme, o Macroni sukurtas magnetinis detektorius nebuvo ypač geresnis. Siekdamas rasti pakaitalą, Flemingas pirmiausia nusprendė sukurti jautrią grandinę Herco bangoms aptikti. Toks prietaisas, net netapdamas detektoriumi, būtų naudingas būsimuose tyrimuose.
Kad tai padarytų, jam reikėjo sugalvoti būdą, kaip nuolat matuoti įeinančių bangų sukuriamą srovę, o ne naudoti atskirą koheerį (kuri buvo rodoma tik būsenose, kur pjuvenos sulipo, arba išjungtas būsenas). Tačiau žinomiems srovės stiprumo matavimo prietaisams - galvanometrams - reikėjo nuolatinės, tai yra, vienakryptės srovės. Radijo bangų sužadinta kintamoji srovė taip greitai pakeitė kryptį, kad nebūtų buvę įmanoma išmatuoti.
Flemingas prisiminė, kad jo spintoje buvo keli įdomūs daiktai, renkantys dulkes – Edisono indikatoriaus lempos. Devintajame dešimtmetyje jis buvo Londono „Edison Electric Lighting Company“ konsultantas ir sprendė lempų juodėjimo problemą. Tuo metu jis gavo keletą indikatoriaus kopijų, galbūt iš Williamo Preece'o, Didžiosios Britanijos pašto tarnybos vyriausiojo elektros inžinieriaus, ką tik grįžusio iš elektros parodos Filadelfijoje. Tuo metu telegrafo ir telefono valdymas buvo įprasta praktika už JAV ribų pašto paslaugoms, todėl jie buvo elektrinių žinių centrai.
Vėliau, 1890-aisiais, pats Flemingas ištyrė Edisono efektą naudodamas lempas, gautas iš Preece. Jis parodė, kad srovė teka viena kryptimi: neigiamas elektrinis potencialas gali tekėti iš karšto gijos į šaltą elektrodą, bet ne atvirkščiai. Tačiau tik 1904 m., kai jam teko aptikti radijo bangas, jis suprato, kad šį faktą galima panaudoti praktiškai. Edisono indikatorius leis tik vienpusiams kintamosios srovės impulsams kirsti tarpą tarp kaitinamojo siūlelio ir plokštės, todėl srautas bus pastovus ir vienakryptis.
Flemingas paėmė vieną lempą, sujungė ją nuosekliai galvanometru ir įjungė kibirkšties siųstuvą. Voila – veidrodis pasisuko ir šviesos spindulys judėjo ant skalės. Pavyko. Jis gali tiksliai išmatuoti gaunamą radijo signalą.
Flemingo vožtuvo prototipai. Anodas yra kaitinimo siūlelio kilpos viduryje (karštas katodas)
Flemingas savo išradimą pavadino „vožtuvu“, nes jis leido elektrai tekėti tik viena kryptimi. Bendresne elektrotechnika kalbant, tai buvo lygintuvas – kintamosios srovės pavertimo nuolatine srove būdas. Tada jis buvo vadinamas diodu, nes turėjo du elektrodus – karštą katodą (kaitinamąjį siūlą), kuris skleidė elektrą, ir šaltą anodą (plokštę), kuris ją priėmė. Flemingas pristatė keletą dizaino patobulinimų, tačiau iš esmės prietaisas niekuo nesiskyrė nuo Edisono pagamintos indikatoriaus lempos. Jo perėjimas į naują kokybę įvyko pasikeitus mąstymui – šį reiškinį jau matėme ne kartą. Pokytis įvyko idėjų pasaulyje Flemingo galvoje, o ne dalykų pasaulyje už jo ribų.
Pats Flemingo vožtuvas buvo naudingas. Tai buvo geriausias lauko prietaisas radijo signalams matuoti ir pats geras detektorius. Bet jis nesupurtė pasaulio. Sprogus elektronikos augimas prasidėjo tik po to, kai Lee de Forest pridėjo trečią elektrodą ir pavertė vožtuvą rele.
Klausymas
Lee de Forestas buvo neįprastai auklėjamas Jeilio studentui. Jo tėvas, gerbiamas Henris de Forestas, buvo pilietinio karo veteranas iš Niujorko ir pastorius. , ir tvirtai tikėjo, kad kaip pamokslininkas turėtų skleisti dieviškąją žinių ir teisingumo šviesą. Paklusdamas pareigos raginimui, jis priėmė kvietimą tapti Talladega koledžo Alabamoje prezidentu. Kolegiją po pilietinio karo įkūrė Amerikos misionierių asociacija, įsikūrusi Niujorke. Jis buvo skirtas vietiniams juodaodžiams gyventojams šviesti ir patarti. Ten Lee jautėsi tarp uolos ir kietos vietos – vietiniai juodaodžiai žemino jį už naivumą ir bailumą, o vietiniai baltaodžiai – už tai, kad buvo .
Ir vis dėlto, būdamas jaunas, de Forestas išugdė stiprų pasitikėjimo savimi jausmą. Jis atrado polinkį į mechaniką ir išradimus – jo mastelio lokomotyvo modelis tapo vietiniu stebuklu. Paauglystėje, studijuodamas Talladegoje, jis nusprendė savo gyvenimą pašvęsti išradimams. Tada, būdamas jaunas ir gyvendamas Niu Heiveno mieste, pastoriaus sūnus atsisakė paskutinių savo religinių įsitikinimų. Pamažu jie pasitraukė dėl pažinties su darvinizmu, o paskui buvo nupūsti kaip vėjas po ankstyvos tėvo mirties. Tačiau jo likimo nuojauta neapleido de Foresto – jis laikė save genijumi ir siekė tapti antruoju Nikola Tesla, turtingu, žinomu ir paslaptingu elektros eros burtininku. Jeilio klasės draugai jį laikė pasipūtusiu vėjo maišeliu. Jis gali būti mažiausiai populiarus žmogus, kurį mes kada nors sutikome savo istorijoje.
de Forest, apie 1900 m
1899 m. baigęs Jeilio universitetą, de Forestas pasirinko įvaldyti besiformuojantį belaidžio signalo perdavimo meną, kaip kelią į turtus ir šlovę. Vėlesniais dešimtmečiais jis su dideliu ryžtu ir pasitikėjimu šturmavo šį kelią, be jokių dvejonių. Viskas prasidėjo nuo de Foresto ir jo partnerio Edo Smythe'o bendradarbiavimo Čikagoje. Smythe'as išlaikė savo įmonę nuolat mokėdamas, ir kartu jie sukūrė savo radijo bangų detektorių, sudarytą iš dviejų metalinių plokščių, laikomų kartu klijais, kuriuos de Forest pavadino „paste“ [goo]. Tačiau de Forestas negalėjo ilgai laukti apdovanojimo už savo genialumą. Jis atsikratė Smythe'o ir susivienijo su šešėliniu Niujorko finansininku Abraomu White'u [Ironiškai pakeitė savo vardą iš to, kuris jam buvo suteiktas gimus, Schwartz, kad nuslėptų savo tamsius reikalus. White/White – (anglų k.) balta, Schwarz/Schwarz – (vok.) juoda / apytiksl. vertimas], atidarydama „De Forest Wireless Telegraph Company“.
Pati įmonės veikla abiems mūsų herojams buvo antraeilė. White'as pasinaudojo žmonių neišmanymu, kad apsitaisė kišenes. Jis išviliojo milijonus iš investuotojų, kurie stengėsi neatsilikti nuo laukiamo radijo bumo. O de Forestas dėl gausaus šių „siurblių“ lėšų srauto sutelkė dėmesį į savo genialumo įrodymą kurdamas naują amerikietišką belaidžio informacijos perdavimo sistemą (priešingai nei europietiškoji, kurią sukūrė Marconi ir kiti).
Deja, amerikietiškai sistemai de Forest detektorius neveikė itin gerai. Jis kurį laiką išsprendė šią problemą, pasiskolinęs Reginaldo Fessendeno patentuotą detektoriaus dizainą, vadinamą „skysčių bareteriu“ – du platininius laidus, panardintus į sieros rūgšties vonią. Fessendenas pateikė ieškinį dėl patento pažeidimo – ir jis akivaizdžiai būtų laimėjęs šį ieškinį. De Forestas negalėjo atsipalaiduoti, kol nesugalvojo naujo, tik jam priklausančio detektoriaus. 1906 metų rudenį jis paskelbė apie tokio detektoriaus sukūrimą. Dviejuose atskiruose susitikimuose Amerikos elektros inžinerijos institute de Forestas aprašė savo naująjį belaidį detektorių, kurį pavadino „Audion“. Tačiau tikroji jo kilmė abejotina.
Kurį laiką de Foresto bandymai sukurti naują detektorių sukosi aplink srovę per liepsną. , kuris, jo nuomone, galėtų būti asimetrinis laidininkas. Sumanymas, matyt, nebuvo vainikuotas sėkme. Tam tikru momentu 1905 m. jis sužinojo apie Flemingo vožtuvą. De Forest į galvą šovė, kad šis vožtuvas ir jo degikliu pagrįstas įrenginys iš esmės nesiskiria – jei karštą siūlą pakeistumėte liepsna ir uždengtumėte stikline lempute, kad sulaikytumėte dujas, gautumėte tą patį vožtuvą. Jis sukūrė daugybę patentų, kurie sekė iki Flemingo vožtuvų išradimų, naudojant dujų liepsnos detektorius, istoriją. Matyt, jis norėjo suteikti sau pirmenybę išradime, aplenkdamas Flemingo patentą, nes darbas su Bunseno degikliu buvo prieš Flemingo darbą (jie vyko nuo 1900 m.).
Neįmanoma pasakyti, ar tai buvo saviapgaulė, ar apgaulė, bet rezultatas buvo 1906 m. rugpjūčio mėn. de Forest patentas „tuščiam stikliniam indui, kuriame yra du atskiri elektrodai, tarp kurių yra dujinė terpė, kuri, pakankamai įkaitusi, tampa laidininku ir sudaro jutimo elementą“. Prietaiso įranga ir veikimas priklauso Flemingui, o jo veikimo paaiškinimas – De Forest. De Forestas galiausiai pralaimėjo ginčą dėl patento, nors užtruko dešimt metų.
Nekantrus skaitytojas jau gali susimąstyti, kodėl mes tiek daug laiko skiriame šiam žmogui, kurio genijus save vadino svetimas idėjas perdavęs kaip savas? Priežastis slypi transformacijose, kurias „Audion“ patyrė per pastaruosius kelis 1906 m. mėnesius.
Tuo metu de Forestas neturėjo darbo. White'as ir jo partneriai išvengė atsakomybės, susijusios su Fessendeno ieškiniu, sukurdami naują įmonę „United Wireless“ ir paskolindami jai „American De Forest“ turtą už 1 USD. De Forestas buvo išmestas su 1000 USD kompensacija ir keliais nenaudingais patentais, įskaitant „Audion“ patentą. Pripratęs prie prabangaus gyvenimo būdo, jis susidūrė su rimtais finansiniais sunkumais ir desperatiškai bandė paversti Audioną didele sėkme.
Norint suprasti, kas nutiko toliau, svarbu žinoti, kad de Forestas tikėjo, kad išrado relę – priešingai nei Flemingo lygintuvas. Jis padarė savo „Audion“ prijungdamas akumuliatorių prie šalto vožtuvo plokštės ir tikėjo, kad signalas antenos grandinėje (prijungtas prie karšto siūlelio) moduliuoja didesnę srovę akumuliatoriaus grandinėje. Jis klydo: tai nebuvo dvi grandinės, baterija tiesiog perkėlė signalą iš antenos, o ne jį sustiprino.
Tačiau ši klaida tapo kritiška, nes ji paskatino de Forestą eksperimentuoti su trečiuoju kolboje esančiu elektrodu, kuris turėjo toliau atjungti dvi šios „relės“ grandines. Iš pradžių jis pridėjo antrą šaltą elektrodą šalia pirmojo, bet tada, galbūt veikiamas valdymo mechanizmų, kuriuos fizikai naudoja katodinių spindulių prietaisų spinduliams nukreipti, jis perkėlė elektrodą į vietą tarp kaitinamojo siūlelio ir pirminės plokštės. Jis nusprendė, kad ši padėtis gali nutraukti elektros srautą, ir pakeitė trečiojo elektrodo formą iš plokštelės į banguotą laidą, primenančią raspą, ir pavadino jį „tinkleliu“.
1908 Audion triodas. Sriegis (nutrūkęs) kairėje yra katodas, banguota viela yra tinklelis, suapvalinta metalinė plokštė yra anodas. Jis vis dar turi sriegius kaip įprastą lemputę.
Ir tai tikrai buvo estafetė. Silpna srovė (pavyzdžiui, kurią sukuria radijo antena), nukreipta į tinklą, galėtų valdyti daug stipresnę srovę tarp kaitinimo siūlelio ir plokštės, atstumdama įkrautas daleles, kurios bandė prasiskverbti tarp jų. Šis detektorius veikė daug geriau nei vožtuvas, nes jis ne tik ištaisė, bet ir sustiprino radijo signalą. Ir, kaip ir vožtuvas (ir skirtingai nei koheereris), jis galėjo generuoti nuolatinį signalą, kuris leido sukurti ne tik radiotelegrafą, bet ir radijo telefoną (o vėliau - balso ir muzikos perdavimą).
Praktiškai tai neveikė ypač gerai. „De Forest“ garso įrašai buvo sudėtingi, greitai sudegė, trūko nuoseklumo gaminant ir buvo neveiksmingi kaip stiprintuvai. Kad konkretus „Audion“ veiktų tinkamai, reikėjo prie jo pritaikyti elektros grandinės parametrus.
Nepaisant to, de Forestas tikėjo savo išradimu. Jai reklamuoti jis įkūrė naują bendrovę „De Forest Radio Telephone Company“, tačiau pardavimai buvo menki. Didžiausia sėkmė buvo įrangos pardavimas laivynui, skirtas telefono laivyno viduje, keliaujant aplink pasaulį.“. Tačiau laivyno vadas, nespėjęs paleisti de Forest siųstuvų ir imtuvų bei išmokyti įgulos jais naudotis, įsakė juos supakuoti ir palikti saugykloje. Be to, naujoji De Forest kompanija, vadovaujama Abrahamo White'o pasekėjo, nebuvo padoresnė už ankstesnę. Dar daugiau nelaimių jis netrukus buvo apkaltintas sukčiavimu.
Penkerius metus Audionas nieko nepasiekė. Telefonas ir vėl vaidins pagrindinį vaidmenį kuriant skaitmeninę relę, šį kartą išgelbėdamas perspektyvią, bet neišbandytą technologiją, kuri buvo ant užmaršties slenksčio.
Ir vėl telefonas
Tolimojo ryšio tinklas buvo AT&T centrinė nervų sistema. Tai sujungė daug vietinių įmonių ir suteikė pagrindinį konkurencinį pranašumą pasibaigus Bell patentų galiojimui. Prisijungęs prie AT&T tinklo, naujas klientas teoriškai galėtų pasiekti visus kitus abonentus, esančius už tūkstančių mylių, nors iš tikrųjų tarpmiestiniai skambučiai buvo atliekami retai. Tinklas taip pat buvo esminis bendrovės „Viena politika, viena sistema, vieno langelio paslauga“ ideologijos pagrindas.
Tačiau XX amžiaus antrojo dešimtmečio pradžioje šis tinklas pasiekė savo fizinį maksimumą. Kuo toliau driekėsi telefono laidai, tuo silpnesnis ir triukšmingesnis jais einantis signalas tapo beveik negirdimas. Dėl šios priežasties JAV iš tikrųjų buvo du AT&T tinklai, atskirti žemynine ketera.
Rytiniam tinklui Niujorkas buvo kaištis, o mechaniniai kartotuvai ir – raištis, nustatęs, kiek toli gali nukeliauti žmogaus balsas. Tačiau šios technologijos nebuvo visagalės. Ritės pakeitė telefono grandinės elektrines savybes, sumažindamos balso dažnių slopinimą – tačiau galėjo jį tik sumažinti, o ne panaikinti. Mechaniniai kartotuvai (tiesiog telefono garsiakalbis, prijungtas prie stiprinančio mikrofono) padidino triukšmą su kiekvienu kartojimu. 1911 m. linija iš Niujorko į Denverį pakėlė šį diržą iki didžiausio ilgio. Apie tinklo išplėtimą visame žemyne nebuvo nė kalbos. Tačiau 1909 m. Johnas Carty, AT&T vyriausiasis inžinierius, viešai pažadėjo tai padaryti. Jis pažadėjo tai padaryti per penkerius metus – iki to laiko, kai pradės San Franciske 1915 m.
Pirmasis žmogus, kuriam pavyko įgyvendinti tokią veiklą, pasitelkęs naują telefono stiprintuvą, buvo ne amerikietis, o turtingos Vienos šeimos, besidominčios mokslu, įpėdinis. Būdamas jaunas Su tėvų pagalba jis nusipirko telefonų gamybos įmonę ir ėmėsi telefono stiprintuvo. Iki 1906 m. jis pagamino relę, paremtą katodinių spindulių vamzdžiais, kurie tuo metu buvo plačiai naudojami fiziniuose eksperimentuose (o vėliau tapo XX amžiuje vyravusios vaizdo ekrano technologijos pagrindu). Silpnas įeinantis signalas valdė elektromagnetą, kuris sulenkė spindulį, moduliuodamas stipresnę srovę pagrindinėje grandinėje.
Iki 1910 m. von Liebenas ir jo kolegos Eugene'as Reise'as ir Sigmundas Straussas sužinojo apie de Forest'o „Audione“ ir vamzdyje esantį magnetą pakeitė tinkleliu, kuris valdo katodinius spindulius – ši konstrukcija buvo efektyviausia ir pranašesnė už viską, kas pagaminta Jungtinėse Valstijose. tuometinės valstybės. Vokietijos telefonų tinklas netrukus priėmė von Lieben stiprintuvą. 1914 metais jos dėka Rytprūsių armijos vadas nervingai paskambino į vokiečių štabą, esančią už 1000 kilometrų, Koblence. Tai privertė štabo viršininką išsiųsti generolus Hindenbergą ir Ludendorffą į rytus, į amžinąją šlovę ir su siaubingomis pasekmėmis. Panašūs stiprintuvai vėliau sujungė Vokietijos štabą su lauko armijomis pietuose ir rytuose iki pat Makedonijos ir Rumunijos.
Von Liebeno patobulintos katodinių spindulių relės kopija. Katodas yra apačioje, anodas yra ritė viršuje, o tinklelis yra apvali metalinė folija viduryje.
Tačiau kalbos ir geografiniai barjerai, taip pat karas lėmė, kad šis dizainas nepasiekė JAV, o kiti įvykiai netrukus jį aplenkė.
Tuo tarpu 1911 m. de Forestas paliko žlugusią Radio Telephone Company ir pabėgo į Kaliforniją. Ten jis įsidarbino Federalinėje telegrafo įmonėje Palo Alte, kurią įkūrė Stanfordo absolventas . Nominaliai de Forestas dirbtų su stiprintuvu, kuris padidintų federalinio radijo išvesties garsumą. Tiesą sakant, jis, Herbertas van Ettanas (patyręs telefonų inžinierius) ir Charlesas Logwoodas (imtuvų dizaineris) nusprendė sukurti telefono stiprintuvą, kad jie trys galėtų laimėti AT&T prizą, kuris, kaip gandai, siekė 1 mln.
Norėdami tai padaryti, de Forestas paėmė „Audion“ iš antresolės, o 1912 m. jis ir jo kolegos jau turėjo prietaisą, paruoštą demonstravimui telefonų kompanijoje. Jį sudarė keli nuosekliai sujungti garso signalai, sukuriantys sustiprinimą keliais etapais, ir dar keli pagalbiniai komponentai. Prietaisas iš tikrųjų veikė – jis galėjo pakankamai sustiprinti signalą, kad išgirstumėte krentant nosinę arba tiksintį kišeninį laikrodį. Bet tik esant per mažoms srovėms ir įtampoms, kad būtų naudinga telefonu. Didėjant srovei, audionai pradėjo skleisti mėlyną švytėjimą, o signalas virto triukšmu. Tačiau telefonų pramonė buvo pakankamai suinteresuota nunešti įrenginį savo inžinieriams ir sužinoti, ką jie galėtų su juo padaryti. Taip atsitiko, kad vienas iš jų, jaunasis fizikas Haroldas Arnoldas, tiksliai žinojo, kaip sutaisyti stiprintuvą iš federalinio telegrafo.
Atėjo laikas aptarti, kaip veikė vožtuvas ir „Audion“. Pagrindinė įžvalga, reikalinga jų darbui paaiškinti, atsirado Cavendish laboratorijoje Kembridže – naujosios elektronų fizikos tyrimų centre. 1899 m. ten J. J. Thomsonas, atlikdamas eksperimentus su katodinių spindulių vamzdžiais, parodė, kad masės dalelė, kuri vėliau tapo žinoma kaip elektronas, neša srovę iš katodo į anodą. Per kelerius ateinančius metus Owenas Richardsonas, Thomsono kolega, išplėtojo šį pasiūlymą į matematinę terminės emisijos teoriją.
Ambrose'as Flemingas, inžinierius, dirbantis trumpu traukiniu iš Kembridžo, buvo susipažinęs su šiais darbais. Jam buvo aišku, kad jo vožtuvas veikė dėl terminės elektronų emisijos iš įkaitinto siūlelio, kertančio vakuumo tarpą iki šalto anodo. Tačiau indikatorinės lempos vakuumas nebuvo gilus - tai nebuvo būtina įprastai lemputei. Užteko išsiurbti pakankamai deguonies, kad siūlas neužsidegtų. Flemingas suprato, kad tam, kad vožtuvas veiktų geriausiai, jį reikia kuo kruopščiau ištuštinti, kad likusios dujos netrukdytų elektronų srautui.
De Forestas to nesuprato. Kadangi jis atėjo į vožtuvą ir „Audion“ eksperimentuodamas su Bunseno degikliu, jo įsitikinimas buvo priešingas - kad karštos jonizuotos dujos yra prietaiso darbinis skystis, o visiškai pašalinus jas veikimas bus nutrauktas. Štai kodėl „Audion“ buvo toks nestabilus ir nepatenkinamas kaip radijo imtuvas ir skleidė mėlyną šviesą.
Arnoldas iš AT&T buvo idealioje padėtyje, kad ištaisytų de Foresto klaidą. Jis buvo fizikas, studijavęs pas Robertą Millikaną Čikagos universitete ir buvo pasamdytas specialiai tam, kad pritaikytų savo žinias apie naująją elektroninę fiziką sprendžiant telefono tinklo nuo kranto iki kranto kūrimo problemą. Jis žinojo, kad „Audion“ vamzdis geriausiai veiktų beveik tobulame vakuume, jis žinojo, kad naujausi siurbliai gali pasiekti tokį vakuumą, jis žinojo, kad naujo tipo oksidu dengtas siūlas kartu su didesne plokšte ir tinkleliu taip pat galėtų padidinti elektronų srautą. Trumpai tariant, jis „Audion“ pavertė vakuuminiu vamzdžiu – elektroninio amžiaus stebukladariu.
AT&T turėjo galingą stiprintuvą, reikalingą transkontinentinei linijai nutiesti – tiesiog neturėjo teisės juo naudotis. Bendrovės atstovai per derybas su de Forest elgėsi nepatikliai, tačiau atskirą pokalbį pradėjo per trečiosios šalies advokatą, kuriam pavyko už 50 000 USD (1,25 m. – apie 2017 mln. USD) įsigyti teises naudoti „Audion“ kaip telefono stiprintuvą. Linija Niujorkas–San Franciskas atsidarė pačiu laiku, bet labiau kaip techninio virtuoziškumo ir įmonių reklamos triumfas, o ne kaip komunikacijos priemonė. Skambučių kaina buvo tokia astronominė, kad beveik niekas negalėjo jomis pasinaudoti.
Elektronikos era
Tikrasis vakuuminis vamzdis tapo visiškai naujo elektroninių komponentų medžio šaknimi. Kaip ir relė, vakuuminis vamzdis nuolat plėtė savo taikymą, nes inžinieriai rado naujų būdų, kaip pritaikyti jo dizainą, kad būtų išspręstos konkrečios problemos. „-od“ genties augimas nesibaigė diodais ir triodais. Tai tęsėsi su , kuris pridėjo papildomą tinklelį, kuris palaikė stiprinimą didėjant grandinės elementams. Toliau pasirodė , ir netgi . Pasirodė tiratronai, pripildyti gyvsidabrio garų, švytintys grėsminga mėlyna šviesa. Miniatiūrinės lempos yra mažojo piršto ar net gilės dydžio. Netiesioginės katodinės lempos, kuriose kintamosios srovės šaltinio dūzgimas netrikdė signalo. Vakuuminių vamzdžių sakmėje, kurioje aprašomas vamzdžių pramonės augimas iki 1930 m., pagal indeksą pateikiama daugiau nei 1000 skirtingų modelių, nors daugelis jų buvo nelegalios nepatikimų prekių ženklų kopijos: Ultron, Perfectron, Supertron, Voltron ir pan.
Svarbesnė už formų įvairovę buvo vakuuminio vamzdžio pritaikymo įvairovė. Regeneracinės grandinės triodą pavertė siųstuvu – sukurdamos lygias ir pastovias sinusines bangas, be triukšmingų kibirkščių, galinčių puikiai perduoti garsą. 1901 m. Marconi, turėdamas kohererį ir kibirkštis, vos galėjo perduoti nedidelę Morzės abėcėlės dalį per siaurą Atlanto vandenyną. 1915 m. naudodama vakuuminį vamzdelį kaip siųstuvą ir imtuvą, AT&T galėjo perduoti žmogaus balsą iš Arlingtono (Virdžinijos valstijoje) į Honolulu – dvigubai didesniu atstumu. 1920-aisiais jie sujungė tarpmiestinę telefoniją su aukštos kokybės garso transliavimu, kad sukurtų pirmuosius radijo tinklus. Taigi netrukus visa tauta galės klausytis to paties balso per radiją, nesvarbu, ar tai būtų Ruzveltas, ar Hitleris.
Be to, galimybė sukurti tikslaus ir stabilaus dažnio siųstuvus leido telekomunikacijų inžinieriams įgyvendinti seną svajonę apie dažnių tankinimą, kuri prieš keturiasdešimt metų patraukė Aleksandrą Bellą, Edisoną ir kitus. Iki 1923 m. AT&T turėjo dešimties kanalų balso liniją nuo Niujorko iki Pitsburgo. Galimybė perduoti kelis balsus vienu variniu laidu radikaliai sumažino tolimojo susisiekimo skambučius, kurie dėl didelės kainos visada buvo prieinami tik turtingiausiems žmonėms ir įmonėms. Pamatę, ką gali padaryti vakuuminiai vamzdžiai, AT&T nusiuntė savo teisininkus įsigyti papildomų teisių iš „de Forest“, kad užsitikrintų teises naudoti „Audion“ visose prieinamose programose. Iš viso jie jam sumokėjo 390 000 USD, o tai šiandienos pinigais prilygsta maždaug 7,5 mln.
Dėl tokio universalumo vakuuminiai vamzdžiai nedominavo pirmosios kartos kompiuteriuose taip, kaip jie dominavo radijo imtuvuose ir kitoje telekomunikacijų įrangoje? Akivaizdu, kad triodas gali būti skaitmeninis jungiklis, kaip ir relė. Taip akivaizdu, kad de Forestas net patikėjo, kad sukūrė estafetę, kol iš tikrųjų ją sukūrė. Ir triodas buvo daug jautresnis nei tradicinė elektromechaninė relė, nes jam nereikėjo fiziškai judinti armatūros. Įprastai relei perjungti prireikė kelių milisekundžių, o srauto pokytis nuo katodo iki anodo dėl elektros potencialo pasikeitimo tinkle buvo beveik akimirksniu.
Tačiau lempos turėjo ryškų trūkumą prieš reles: jų, kaip ir pirmtakų, lempučių, tendencija perdegti. Originalaus „Audion de Forest“ gyvavimo laikas buvo toks trumpas – apie 100 valandų –, kad lempoje buvo atsarginis siūlelis, kurį reikėjo prijungti, kai sudegė pirmasis. Tai buvo labai blogai, tačiau net ir po to nebuvo galima tikėtis, kad net geriausios kokybės lempos tarnaus ilgiau nei kelis tūkstančius valandų. Kompiuteriams su tūkstančiais lempų ir valandų skaičiavimais tai buvo rimta problema.
Kita vertus, pasak George'o Stibitzo, relės buvo „fantastiškai patikimos“. Tiek, kad jis taip tvirtino
Jei U formos relių rinkinys prasidėtų pirmaisiais mūsų eros metais ir kartą per sekundę perjungtų kontaktą, jos veiktų ir šiandien. Pirmojo kontakto gedimo buvo galima tikėtis ne anksčiau kaip po tūkstančio metų, kažkur 3000 metais.
Be to, nebuvo patirties su didelėmis elektroninėmis grandinėmis, panašiomis į telefonų inžinierių elektromechanines grandines. Radijas ir kita įranga galėjo turėti 5-10 lempų, bet ne šimtus tūkstančių. Niekas nežinojo, ar bus įmanoma priversti kompiuterį su 5000 lempų veikti. Vietoj vamzdžių pasirinkę reles, kompiuterių dizaineriai padarė saugų ir konservatyvų pasirinkimą.
Kitoje dalyje pamatysime, kaip ir kodėl šios abejonės buvo įveiktos.
Šaltinis: www.habr.com