Andere artikelen in de serie:
- Geschiedenis van het relais
- Geschiedenis van elektronische computers
- Geschiedenis van de transistor
- Internetgeschiedenis
В we zagen hoe de eerste generatie digitale computers werd gebouwd op basis van de eerste generatie automatische elektrische schakelaars - elektromagnetische relais. Maar tegen de tijd dat deze computers werden gemaakt, wachtte er achter de schermen nog een digitale schakelaar. Het relais was een elektromagnetisch apparaat (dat elektriciteit gebruikte om een mechanische schakelaar te bedienen), en de nieuwe klasse digitale schakelaars was elektronisch - gebaseerd op nieuwe kennis over het elektron die in het begin van de XNUMXe eeuw opkwam. Deze wetenschap gaf aan dat de drager van elektrische kracht geen stroom, geen golf, geen veld was, maar een vast deeltje.
Het apparaat dat het tijdperk van de elektronica op basis van deze nieuwe fysica inluidde, werd bekend als de vacuümbuis. Bij de geschiedenis van de oprichting ervan zijn twee mensen betrokken: een Engelsman en Amerikaans . In werkelijkheid is de oorsprong van elektronica complexer, met veel draden die Europa en de Atlantische Oceaan doorkruisen, die teruggaan tot de vroege experimenten met Leidse potten in het midden van de XNUMXe eeuw.
Maar in het kader van onze presentatie zal het handig zijn om (woordspeling bedoeld!) deze geschiedenis te bespreken, te beginnen met Thomas Edison. In de jaren tachtig van de negentiende eeuw deed Edison een interessante ontdekking toen hij aan elektrische verlichting werkte; een ontdekking die de basis vormt voor ons verhaal. Van hieruit kwam de verdere ontwikkeling van vacuümbuizen, nodig voor twee technologische systemen: een nieuwe vorm van draadloze berichtenuitwisseling en de steeds groter wordende telefoonnetwerken.
Proloog: Edison
Edison wordt algemeen beschouwd als de uitvinder van de gloeilamp. Dit levert hem tegelijkertijd te veel en te weinig eer op. Te veel, want Edison was niet de enige die de lichtgevende lamp uitvond. Naast de menigte uitvinders die hem voorgingen, wier creaties geen commerciële toepassing bereikten, kunnen we Joseph Swan en Charles Stern uit Groot-Brittannië noemen, en de Amerikaan William Sawyer, die tegelijkertijd met Edison gloeilampen op de markt bracht. [De eer van de uitvinding behoort ook toe aan de Russische uitvinder . Lodygin was de eerste die vermoedde lucht uit een glazen lamp te pompen, en stelde toen voor om de gloeidraad niet van steenkool of verkoolde vezels te maken, maar van vuurvast wolfraam / ca. vertaling]. Alle lampen bestonden uit een afgesloten glazen bol, waarin zich een resistieve gloeidraad bevond. Toen de lamp op het circuit werd aangesloten, zorgde de warmte die werd gegenereerd door de weerstand van de gloeidraad tegen de stroom ervoor dat deze gloeide. De lucht werd uit de kolf gepompt om te voorkomen dat het filament vlam vatte. Elektrisch licht was in de vorm al bekend in de grote steden , gebruikt om grote openbare plaatsen te verlichten. Al deze uitvinders waren op zoek naar een manier om de hoeveelheid licht te verminderen door een helder deeltje uit een brandende boog te nemen, klein genoeg om in huizen te gebruiken ter vervanging van gaslampen, en om de lichtbron veiliger, schoner en helderder te maken.
En wat Edison werkelijk deed – of beter gezegd: wat zijn industriële laboratorium creëerde – was niet alleen het creëren van een lichtbron. Ze bouwden een compleet elektrisch systeem voor de verlichting van huizen: generatoren, draden voor het overbrengen van stroom, transformatoren, enz. Van dit alles was de gloeilamp slechts het meest voor de hand liggende en zichtbare onderdeel. De aanwezigheid van Edisons naam in zijn elektriciteitsbedrijven was voor de grote uitvinder geen simpele kniebuiging, zoals het geval was bij Bell Telephone. Edison toonde zich niet alleen een uitvinder, maar ook een systeemarchitect. Zijn laboratorium bleef werken aan het verbeteren van verschillende elektrische verlichtingscomponenten, zelfs na hun vroege succes.
Een voorbeeld van de vroege lampen van Edison
Tijdens onderzoek rond 1883 besloot Edison (en mogelijk een van zijn medewerkers) om samen met een gloeidraad een metalen plaat in een lichtgevende lamp te stoppen. De redenen voor deze actie zijn onduidelijk. Misschien was dit een poging om het donker worden van de lamp te elimineren - de binnenkant van het glas van de lamp verzamelde in de loop van de tijd een mysterieuze donkere substantie. De ingenieur hoopte kennelijk dat deze zwarte deeltjes door de onder spanning staande plaat zouden worden aangetrokken. Tot zijn verbazing ontdekte hij dat wanneer de plaat samen met het positieve uiteinde van de gloeidraad in het circuit werd opgenomen, de hoeveelheid stroom die door de gloeidraad vloeide recht evenredig was met de intensiteit van de gloed van de gloeidraad. Bij het verbinden van de plaat met het negatieve uiteinde van de draad werd zoiets niet waargenomen.
Edison besloot dat dit effect, later het Edison-effect genoemd, of , kan worden gebruikt om de ‘elektromotorische kracht’ of spanning in een elektrisch systeem te meten of zelfs te regelen. Uit gewoonte vroeg hij patent aan voor deze “elektrische indicator” en keerde daarna terug naar belangrijkere taken.
Zonder draden
Laten we twintig jaar vooruitspoelen in de toekomst, naar 20. Op dat moment werkte John Ambrose Fleming in Engeland aan instructies van de Marconi Company om een radiogolfontvanger te verbeteren.
Het is belangrijk om te begrijpen wat radio in deze tijd wel en niet was, zowel qua instrument als qua praktijk. Radio heette toen niet eens ‘radio’, het heette ‘draadloos’. De term ‘radio’ werd pas in de jaren tien van de vorige eeuw gangbaar. In het bijzonder verwees hij naar draadloze telegrafie: een systeem voor het verzenden van signalen in de vorm van punten en streepjes van zender naar ontvanger. De belangrijkste toepassing ervan was de communicatie tussen schepen en havendiensten, en in die zin was het van belang voor maritieme autoriteiten over de hele wereld.
Vooral sommige uitvinders uit die tijd , experimenteerde met het idee van een radiotelefoon - het verzenden van gesproken berichten via de ether in de vorm van een continue golf. Maar omroepen in de moderne zin van het woord ontstond pas vijftien jaar later: het uitzenden van nieuws, verhalen, muziek en andere programma’s voor ontvangst door een breed publiek. Tot dan toe werd het omnidirectionele karakter van radiosignalen eerder gezien als een probleem dat moest worden opgelost dan als een kenmerk dat kon worden uitgebuit.
De radioapparatuur die destijds bestond was prima geschikt voor het werken met morsecode en voor al het andere slecht geschikt. De zenders creëerden Hertz-golven door een vonk over een gat in het circuit te sturen. Daarom ging het signaal gepaard met een gekraak van ruis.
De ontvangers herkenden dit signaal via een coherer: metaalvijlsel in een glazen buisje, onder invloed van radiogolven samengeslagen tot een continue massa, en zo de schakeling compleet maken. Vervolgens moest er op het glas worden getikt zodat het zaagsel uiteenviel en de ontvanger klaar zou zijn voor het volgende signaal - aanvankelijk gebeurde dit handmatig, maar al snel verschenen hiervoor automatische apparaten.
In 1905 begonnen ze net te verschijnen , ook bekend als "kattenwhisker". Het bleek dat simpelweg door een bepaald kristal aan te raken met een draad, bijvoorbeeld silicium, ijzerpyriet of , was het mogelijk om een radiosignaal uit het niets te halen. De resulterende ontvangers waren goedkoop, compact en voor iedereen toegankelijk. Ze stimuleerden de ontwikkeling van amateurradio, vooral onder jongeren. De plotselinge stijging van de zendtijdbezetting die hierdoor ontstond, leidde tot problemen doordat de radiozendtijd onder alle gebruikers werd verdeeld. Onschuldige gesprekken tussen amateurs konden per ongeluk de onderhandelingen van de marinevloot kruisen, en sommige hooligans slaagden er zelfs in valse bevelen te geven en signalen om hulp te sturen. De staat moest onvermijdelijk ingrijpen. Zoals Ambrose Fleming zelf schreef: de komst van kristaldetectoren
leidde onmiddellijk tot een toename van onverantwoordelijke radiotelegrafie als gevolg van de capriolen van talloze amateur-elektriciens en studenten, waardoor krachtig ingrijpen door nationale en internationale autoriteiten nodig was om de zaken gezond en veilig te houden.
Uit de ongebruikelijke elektrische eigenschappen van deze kristallen zal te zijner tijd de derde generatie digitale schakelaars voortkomen, na relais en lampen – de schakelaars die onze wereld domineren. Maar alles heeft zijn tijd. We hebben de scène beschreven, laten we nu alle aandacht terugbrengen naar de acteur die zojuist in de schijnwerpers is verschenen: Ambrose Fleming, Engeland, 1904.
Klep
In 1904 was Fleming hoogleraar elektrotechniek aan het University College London en adviseur voor de Marconi Company. Het bedrijf huurde hem aanvankelijk in om expertise te leveren bij de bouw van de energiecentrale, maar daarna raakte hij betrokken bij de taak om de ontvanger te verbeteren.
Vlaming in 1890
Iedereen wist dat de coherer qua gevoeligheid een slechte ontvanger was, en de bij Macroni ontwikkelde magnetische detector was niet bijzonder beter. Om een vervanger te vinden, besloot Fleming eerst een gevoelig circuit te bouwen om Hertz-golven te detecteren. Een dergelijk apparaat zou, zelfs zonder op zichzelf een detector te worden, nuttig zijn in toekomstig onderzoek.
Om dit te doen moest hij een manier bedenken om continu de stroom te meten die door inkomende golven wordt gecreëerd, in plaats van een discrete coherer te gebruiken (die alleen zichtbaar was in toestanden - waar het zaagsel aan elkaar plakte - of uit toestanden). Maar de bekende apparaten voor het meten van de stroomsterkte - galvanometers - hadden een constante, dat wil zeggen unidirectionele stroom nodig om te kunnen werken. De door radiogolven opgewekte wisselstroom veranderde zo snel van richting dat er geen meting mogelijk zou zijn geweest.
Fleming herinnerde zich dat hij een aantal interessante dingen in zijn kast had liggen die stof stonden te verstoffen: Edison-indicatielampen. In de jaren tachtig van de negentiende eeuw was hij adviseur voor de Edison Electric Lighting Company in Londen en werkte hij aan het probleem van het zwart worden van lampen. Destijds ontving hij verschillende exemplaren van de indicator, mogelijk van William Preece, de hoofdelektrotechnisch ingenieur van de British Postal Service, die net was teruggekeerd van een elektrische tentoonstelling in Philadelphia. In die tijd was de controle over telegraaf en telefoon buiten de Verenigde Staten gebruikelijk voor de postdiensten, dus het waren centra van elektrische expertise.
Later, in de jaren 1890, bestudeerde Fleming zelf het Edison-effect met behulp van lampen verkregen van Preece. Hij toonde aan dat het effect was dat de stroom in één richting vloeide: een negatief elektrisch potentieel kon van de hete gloeidraad naar de koude elektrode vloeien, maar niet andersom. Maar pas in 1904, toen hij werd geconfronteerd met de taak om radiogolven te detecteren, besefte hij dat dit feit in de praktijk kon worden gebruikt. De Edison-indicator zorgt ervoor dat alleen eenrichtingswisselstroompulsen de opening tussen het filament en de plaat kunnen overbruggen, wat resulteert in een constante en unidirectionele stroom.
Fleming nam één lamp, verbond deze in serie met een galvanometer en zette de vonkzender aan. Voila - de spiegel draaide en de lichtstraal bewoog over de weegschaal. Het werkte. Het kon het binnenkomende radiosignaal nauwkeurig meten.
Fleming-klepprototypes. De anode bevindt zich in het midden van de gloeidraadlus (hete kathode)
Fleming noemde zijn uitvinding een ‘klep’ omdat elektriciteit maar in één richting kon stromen. In meer algemene elektrotechnische termen was het een gelijkrichter - een methode om wisselstroom om te zetten in gelijkstroom. Toen werd het een diode genoemd omdat het twee elektroden had: een hete kathode (filament) die elektriciteit uitstraalde, en een koude anode (plaat) die deze ontving. Fleming bracht verschillende verbeteringen aan in het ontwerp, maar in essentie verschilde het apparaat niet van de indicatielamp van Edison. De overgang naar een nieuwe kwaliteit vond plaats als gevolg van een verandering in de manier van denken - we hebben dit fenomeen al vaak gezien. De verandering vond plaats in de ideeënwereld in Flemings hoofd, niet in de wereld van de dingen daarbuiten.
De Fleming-klep zelf was nuttig. Het was het beste veldapparaat voor het meten van radiosignalen, en op zichzelf een goede detector. Maar hij bracht de wereld niet op zijn kop. De explosieve groei van de elektronica begon pas nadat Lee de Forest een derde elektrode had toegevoegd en de klep in een relais had veranderd.
Luisteren
Lee de Forest had een ongebruikelijke opvoeding voor een Yale-student. Zijn vader, dominee Henry de Forest, was een veteraan uit de burgeroorlog uit New York en predikant. , en was er vast van overtuigd dat hij als prediker het goddelijke licht van kennis en gerechtigheid moest verspreiden. Gehoorzaam aan zijn plicht aanvaardde hij een uitnodiging om president te worden van Talladega College in Alabama. Het college werd na de burgeroorlog opgericht door de American Missionary Association, gevestigd in New York. Het was bedoeld om lokale zwarte inwoners op te leiden en te begeleiden. Daar voelde Lee zich tussen een rots en een harde plek - de lokale zwarten vernederden hem vanwege zijn naïviteit en lafheid, en de lokale blanken - omdat hij .
En toch ontwikkelde De Forest als jonge man een sterk gevoel van zelfvertrouwen. Hij ontdekte een voorliefde voor mechanica en uitvindingen - zijn schaalmodel van een locomotief werd een plaatselijk wonder. Als tiener besloot hij tijdens zijn studie aan Talladega zijn leven te wijden aan uitvindingen. Vervolgens wierp de zoon van de predikant, als jonge man en woonachtig in de stad New Haven, zijn laatste religieuze overtuigingen van zich af. Ze vertrokken geleidelijk vanwege hun kennismaking met het darwinisme, en werden vervolgens weggeblazen als de wind na de vroegtijdige dood van zijn vader. Maar het besef van zijn lot verliet De Forest niet - hij beschouwde zichzelf als een genie en streefde ernaar de tweede Nikola Tesla te worden, een rijke, beroemde en mysterieuze tovenaar uit het tijdperk van elektriciteit. Zijn Yale-klasgenoten beschouwden hem als een zelfvoldane windzak. Hij is misschien wel de minst populaire man die we ooit in onze geschiedenis hebben ontmoet.
de Bos, ca.1900
Nadat hij in 1899 afstudeerde aan de Yale Universiteit, koos De Forest ervoor om de opkomende kunst van draadloze signaaloverdracht onder de knie te krijgen als een pad naar rijkdom en roem. In de decennia die volgden bewandelde hij dit pad met grote vastberadenheid en vertrouwen, en zonder enige aarzeling. Het begon allemaal met de samenwerking van de Forest en zijn partner Ed Smythe in Chicago. Smythe hield hun onderneming draaiende met regelmatige betalingen, en samen ontwikkelden ze hun eigen radiogolfdetector, bestaande uit twee metalen platen die bij elkaar werden gehouden door lijm die De Forest "pasta" [goo] noemde. Maar De Forest kon niet lang wachten op beloningen voor zijn genialiteit. Hij ontdeed zich van Smythe en ging samenwerken met een duistere New Yorkse financier genaamd Abraham White.Ironisch genoeg veranderde hij zijn naam van de naam die hij bij zijn geboorte kreeg, Schwartz, om zijn duistere zaken te verbergen. Wit/Wit – (Engels) wit, Schwarz/Schwarz – (Duits) zwart/ca. vertaling], waarmee de De Forest Wireless Telegraph Company werd geopend.
Voor onze beide helden waren de activiteiten van het bedrijf zelf van ondergeschikt belang. White profiteerde van de onwetendheid van mensen om zijn zakken te vullen. Hij heeft miljoenen investeerders opgelicht die moeite hadden om de verwachte radio-hausse bij te houden. En De Forest concentreerde zich, dankzij de overvloedige geldstroom van deze ‘sukkels’, op het bewijzen van zijn genialiteit door de ontwikkeling van een nieuw Amerikaans systeem voor draadloze informatieoverdracht (in tegenstelling tot het Europese systeem ontwikkeld door Marconi en anderen).
Helaas voor het Amerikaanse systeem werkte de de Forest-detector niet bijzonder goed. Hij loste dit probleem een tijdlang op door het gepatenteerde ontwerp van Reginald Fessenden te lenen voor een detector die een 'vloeibare bareter' wordt genoemd: twee platinadraden ondergedompeld in een bad met zwavelzuur. Fessenden heeft een rechtszaak aangespannen wegens patentinbreuk - en hij zou deze rechtszaak uiteraard hebben gewonnen. De Forest kon niet rusten voordat hij met een nieuwe detector op de proppen kwam die alleen van hem was. In de herfst van 1906 kondigde hij de oprichting van een dergelijke detector aan. Op twee afzonderlijke bijeenkomsten bij het American Institute of Electrical Engineering beschreef de Forest zijn nieuwe draadloze detector, die hij de Audion noemde. Maar de werkelijke oorsprong ervan is twijfelachtig.
Een tijdlang draaiden de pogingen van De Forest om een nieuwe detector te bouwen om het doorgeven van stroom door een vlam , wat naar zijn mening een asymmetrische geleider zou kunnen zijn. Het idee werd blijkbaar niet met succes bekroond. Op een bepaald moment in 1905 hoorde hij over de Fleming-klep. De Forest kwam tot de conclusie dat deze klep en het op een brander gebaseerde apparaat fundamenteel niet anders waren: als je de hete draad zou vervangen door een vlam en deze zou afdekken met een glazen bol om het gas op te sluiten, zou je dezelfde klep krijgen. Hij ontwikkelde een reeks patenten die de geschiedenis volgden van pre-Vlaming klepuitvindingen met behulp van gasvlamdetectoren. Blijkbaar wilde hij zichzelf voorrang geven bij de uitvinding, waarbij hij het patent van Fleming omzeilde, aangezien het werk met de bunsenbrander aan het werk van Fleming voorafging (ze waren al sinds 1900 aan de gang).
Het is onmogelijk te zeggen of dit zelfbedrog of fraude was, maar het resultaat was het patent van De Forest uit augustus 1906 voor ‘een leeg glazen vat met twee afzonderlijke elektroden, waartussen zich een gasvormig medium bevindt dat, wanneer het voldoende wordt verwarmd, een geleider wordt en vormt een sensorelement.” De uitrusting en werking van het apparaat zijn te danken aan Fleming, en de uitleg van de werking ervan is te danken aan De Forest. De Forest verloor uiteindelijk het patentgeschil, hoewel het tien jaar duurde.
De enthousiaste lezer vraagt zich misschien al af waarom we zoveel tijd besteden aan deze man wiens zelfverklaarde genie de ideeën van anderen voor de zijne hield? De reden ligt in de transformaties die Audion in de laatste maanden van 1906 onderging.
Tegen die tijd had De Forest geen baan. White en zijn partners vermeden aansprakelijkheid in verband met de rechtszaak van Fessenden door een nieuw bedrijf op te richten, United Wireless, en het Amerikaanse De Forest-activa te lenen voor $ 1. De Forest werd eruit gezet met $ 1000 aan compensatie en verschillende nutteloze patenten in zijn handen, waaronder het patent voor Audion. Gewend aan een weelderige levensstijl, kreeg hij te maken met ernstige financiële problemen en probeerde hij wanhopig van Audion een groot succes te maken.
Om te begrijpen wat er daarna gebeurde, is het belangrijk om te weten dat De Forest geloofde dat hij het relais had uitgevonden - in tegenstelling tot de Vlaamse gelijkrichter. Hij maakte zijn Audion door een batterij op een koude klepplaat aan te sluiten, en geloofde dat het signaal in het antennecircuit (verbonden met de hete gloeidraad) een hogere stroom in het batterijcircuit moduleerde. Hij had het mis: dit waren geen twee circuits, de batterij verschoof eenvoudigweg het signaal van de antenne in plaats van het te versterken.
Maar deze fout werd van cruciaal belang, omdat het De Forest ertoe bracht te experimenteren met een derde elektrode in de kolf, die de twee circuits van dit "relais" verder moest ontkoppelen. Aanvankelijk voegde hij een tweede koude elektrode toe naast de eerste, maar daarna, misschien beïnvloed door de controlemechanismen die door natuurkundigen worden gebruikt om bundels in kathodestraalapparaten opnieuw te richten, verplaatste hij de elektrode op zijn plaats tussen de gloeidraad en de primaire plaat. Hij besloot dat deze positie de stroom van elektriciteit kon onderbreken en veranderde de vorm van de derde elektrode van een plaat in een golvende draad die op een rasp leek - en noemde het een "rooster".
1908 Audion-triode. De draad (gebroken) aan de linkerkant is de kathode, de golvende draad is het gaas, de ronde metalen plaat is de anode. Het heeft nog steeds draden zoals een gewone gloeilamp.
En het was echt een estafette. Een zwakke stroom (zoals geproduceerd door een radioantenne) die op het rooster wordt toegepast, kan een veel sterkere stroom tussen de gloeidraad en de plaat regelen, waardoor geladen deeltjes worden afgestoten die ertussen proberen te passeren. Deze detector werkte veel beter dan de klep, omdat hij het radiosignaal niet alleen gelijkrichtte, maar ook versterkte. En net als de klep (en in tegenstelling tot de coherer) kon hij een constant signaal produceren, wat het mogelijk maakte om niet alleen een radiotelegraaf te creëren, maar ook een radiotelefoon (en later - de overdracht van stem en muziek).
In de praktijk werkte het niet bijzonder goed. De Forest-audio was kieskeurig, brandde snel op, miste consistentie in de productie en was niet effectief als versterkers. Om een bepaalde Audion correct te laten werken, was het noodzakelijk om de elektrische parameters van het circuit daarop aan te passen.
Niettemin geloofde De Forest in zijn uitvinding. Hij richtte een nieuw bedrijf op om er reclame voor te maken, de De Forest Radio Telephone Company, maar de omzet was schaars. Het grootste succes was de verkoop van apparatuur aan de vloot voor telefonie binnen de vloot tijdens de wereldreis "". De vlootcommandant, die echter geen tijd had om de zenders en ontvangers van De Forest aan het werk te krijgen en de bemanning in het gebruik ervan te trainen, gaf opdracht om ze in te pakken en in opslag te laten. Bovendien was het nieuwe bedrijf van De Forest, geleid door een volgeling van Abraham White, niet fatsoenlijker dan het vorige. Om zijn tegenslagen nog groter te maken, werd hij al snel beschuldigd van fraude.
Vijf jaar lang heeft Audion niets bereikt. Opnieuw zou de telefoon een sleutelrol spelen in de ontwikkeling van het digitale relais, en deze keer een veelbelovende maar ongeteste technologie redden die op de rand van de vergetelheid stond.
En weer de telefoon
Het langeafstandscommunicatienetwerk was het centrale zenuwstelsel van AT&T. Het verbond veel lokale bedrijven met elkaar en zorgde voor een belangrijk concurrentievoordeel toen de patenten van Bell afliepen. Door zich aan te sluiten bij het AT&T-netwerk zou een nieuwe klant in theorie alle andere abonnees duizenden kilometers verderop kunnen bereiken, hoewel er in werkelijkheid zelden interlokale gesprekken werden gevoerd. Het netwerk was ook de materiële basis voor de overkoepelende ideologie van het bedrijf: ‘Eén beleid, één systeem, één-stop-service’.
Maar aan het begin van het tweede decennium van de twintigste eeuw bereikte dit netwerk zijn fysieke maximum. Hoe verder de telefoondraden werden uitgerekt, hoe zwakker en luidruchtiger het signaal dat erdoorheen ging, werd, en als gevolg daarvan werd de spraak bijna onhoorbaar. Hierdoor waren er feitelijk twee AT&T-netwerken in de VS, gescheiden door een continentale bergkam.
Voor het oostelijke netwerk was New York de koppeling, en mechanische repeaters en – een ketting die bepaalde hoe ver een menselijke stem kon reizen. Maar deze technologieën waren niet almachtig. De spoelen veranderden de elektrische eigenschappen van het telefooncircuit, waardoor de verzwakking van de stemfrequenties werd verminderd, maar ze konden deze alleen verminderen en niet elimineren. Mechanische repeaters (slechts een telefoonluidspreker aangesloten op een versterkende microfoon) voegden bij elke herhaling ruis toe. De lijn van 1911 van New York naar Denver bracht dit harnas tot zijn maximale lengte. Er was geen sprake van een uitbreiding van het netwerk over het hele continent. In 1909 beloofde John Carty, de hoofdingenieur van AT&T, echter publiekelijk dat hij dat zou doen. Hij beloofde dit binnen vijf jaar te doen – tegen de tijd dat hij begon in San Francisco in 1915.
De eerste persoon die een dergelijke onderneming mogelijk maakte met behulp van een nieuwe telefoonversterker was geen Amerikaan, maar de erfgenaam van een rijke Weense familie met belangstelling voor de wetenschap. Jong zijn Met de hulp van zijn ouders kocht hij een telefoonfabrikant en begon een telefoonversterker te maken. In 1906 had hij een relais gemaakt op basis van kathodestraalbuizen, die tegen die tijd op grote schaal werden gebruikt in natuurkundige experimenten (en later de basis werden voor de videoschermtechnologie die de XNUMXe eeuw domineerde). Het zwakke binnenkomende signaal bestuurde een elektromagneet die de straal verbogen, waardoor een sterkere stroom in het hoofdcircuit werd gemoduleerd.
In 1910 leerden Von Lieben en zijn collega's, Eugene Reise en Sigmund Strauss, over de Audione van De Forest en vervingen ze de magneet in de buis door een rooster dat de kathodestralen regelde - dit ontwerp was het meest efficiënt en superieur aan alles wat in de Verenigde Staten werd gemaakt. Staten van die tijd. Het Duitse telefoonnetwerk nam al snel de von Lieben-versterker over. In 1914 werd dankzij haar een zenuwachtig telefoontje gepleegd door de commandant van het Oost-Pruisische leger naar het 1000 kilometer verderop gelegen Duitse hoofdkwartier in Koblenz. Dit dwong de stafchef de generaals Hindenberg en Ludendorff naar het oosten te sturen, naar eeuwige glorie en met ernstige gevolgen. Soortgelijke versterkers verbond later het Duitse hoofdkwartier met veldlegers in het zuiden en oosten tot aan Macedonië en Roemenië.
Een kopie van het verbeterde kathodestraalrelais van von Lieben. De kathode bevindt zich onderaan, de anode is de spoel bovenaan en het rooster is de ronde metaalfolie in het midden.
Taal- en geografische barrières, evenals de oorlog, zorgden er echter voor dat dit ontwerp de Verenigde Staten niet bereikte, en andere gebeurtenissen haalden het al snel in.
Ondertussen verliet de Forest in 1911 de falende Radiotelefoonmaatschappij en vluchtte naar Californië. Daar kreeg hij een baan bij de Federal Telegraph Company in Palo Alto, opgericht door een afgestudeerde van Stanford . Nominaal zou De Forest werken aan een versterker die het volume van de federale radio-uitvoer zou verhogen. In feite wilden hij, Herbert van Ettan (een ervaren telefooningenieur) en Charles Logwood (een ontvangerontwerper) een telefoonversterker maken, zodat ze alle drie een prijs konden winnen van AT&T, die naar verluidt $ 1 miljoen bedroeg.
Om dit te doen, haalde De Forest de Audion van de tussenverdieping, en in 1912 hadden hij en zijn collega's al een apparaat klaar voor demonstratie bij de telefoonmaatschappij. Het bestond uit verschillende in serie geschakelde audionen, waardoor versterking in verschillende fasen ontstond, en nog een aantal hulpcomponenten. Het apparaat werkte echt: het kon het signaal voldoende versterken zodat je een zakdoek kon horen vallen of een zakhorloge kon horen tikken. Maar alleen bij stromen en spanningen die te laag zijn om bruikbaar te zijn bij telefonie. Naarmate de stroom toenam, begonnen de Audions een blauwe gloed uit te zenden en veranderde het signaal in ruis. Maar de telefoonindustrie was zo geïnteresseerd om het apparaat naar hun technici te brengen en te kijken wat ze ermee konden doen. Het gebeurde zo dat een van hen, de jonge natuurkundige Harold Arnold, precies wist hoe hij de versterker van de Federal Telegraph moest repareren.
Het is tijd om te bespreken hoe de klep en Audion werkten. Het belangrijkste inzicht dat nodig was om hun werk te verklaren, kwam voort uit het Cavendish Laboratory in Cambridge, een denktank voor nieuwe elektronenfysica. In 1899 toonde J.J. Thomson daar in experimenten met kathodestraalbuizen aan dat een deeltje met massa, dat later bekend werd als een elektron, stroom van de kathode naar de anode transporteert. In de daaropvolgende jaren ontwikkelde Owen Richardson, een collega van Thomson, dit voorstel tot een wiskundige theorie van thermionische emissie.
Ambrose Fleming, een ingenieur die op een korte treinrit van Cambridge werkte, was bekend met deze werken. Het was hem duidelijk dat zijn klep werkte vanwege de thermionische emissie van elektronen uit de verwarmde gloeidraad, die de vacuümspleet naar de koude anode passeerden. Maar het vacuüm in de indicatielamp was niet diep - dit was niet nodig voor een gewone gloeilamp. Het was voldoende om voldoende zuurstof weg te pompen om te voorkomen dat de draad vlam vatte. Fleming realiseerde zich dat om de klep optimaal te laten werken, deze zo grondig mogelijk moest worden geleegd, zodat het resterende gas de elektronenstroom niet hinderde.
De Forest begreep dit niet. Sinds hij door experimenten met de bunsenbrander bij de klep en Audion kwam, was zijn overtuiging het tegenovergestelde: dat het hete geïoniseerde gas de werkvloeistof van het apparaat was en dat de volledige verwijdering ervan zou leiden tot stopzetting van de werking. Dit is de reden waarom Audion zo onstabiel en onbevredigend was als radio-ontvanger, en waarom hij blauw licht uitstraalde.
Arnold van AT&T bevond zich in een ideale positie om de fout van De Forest recht te zetten. Hij was een natuurkundige die bij Robert Millikan aan de Universiteit van Chicago had gestudeerd en speciaal was aangenomen om zijn kennis van de nieuwe elektronische fysica toe te passen op het probleem van het bouwen van een telefoonnetwerk van kust tot kust. Hij wist dat de Audion-buis het beste zou werken in een vrijwel perfect vacuüm, hij wist dat de nieuwste pompen een dergelijk vacuüm konden bereiken, hij wist dat een nieuw type met oxide bedekt filament, samen met een grotere plaat en rooster, ook de stroom van elektronen vergroten. Kortom, hij maakte van de Audion een vacuümbuis, de wonderdoener van het elektronische tijdperk.
AT&T beschikte over een krachtige versterker die nodig was om een transcontinentale lijn te bouwen, maar beschikte alleen niet over de rechten om deze te gebruiken. Vertegenwoordigers van het bedrijf gedroegen zich ongelovig tijdens de onderhandelingen met de Forest, maar begonnen een afzonderlijk gesprek via een externe advocaat, die erin slaagde de rechten om Audion als telefoonversterker te gebruiken voor $ 50 (ongeveer $ 000 miljoen in dollars van 1,25) te kopen. De lijn New York-San Francisco ging net op tijd open, maar meer als een triomf van technische virtuositeit en bedrijfsreclame dan als communicatiemiddel. De telefoonkosten waren zo astronomisch dat bijna niemand er gebruik van kon maken.
Elektronisch tijdperk
De echte vacuümbuis is de wortel geworden van een geheel nieuwe boom van elektronische componenten. Net als het relais breidde de vacuümbuis zijn toepassingen voortdurend uit naarmate ingenieurs nieuwe manieren vonden om het ontwerp aan te passen om specifieke problemen op te lossen. De groei van de "-od"-stam eindigde niet met diodes en triodes. Het ging verder met , dat een extra raster toevoegde dat versterking ondersteunde met de groei van elementen in het circuit. Volgende verscheen , , En zelfs . Thyratrons gevuld met kwikdamp verschenen, gloeiend met een onheilspellend blauw licht. Miniatuurlampen hebben het formaat van een kleine teen of zelfs een eikel. Indirecte kathodelampen waarbij het gezoem van de wisselstroombron het signaal niet verstoorde. De Saga of the Vacuum Tube, die de groei van de buizenindustrie tot 1930 beschrijft, somt meer dan 1000 verschillende modellen op per index - hoewel velen illegale kopieën waren van onbetrouwbare merken: Ultron, Perfectron, Supertron, Voltron, enzovoort.
Belangrijker dan de verscheidenheid aan vormen was de verscheidenheid aan toepassingen van de vacuümbuis. Regeneratieve circuits veranderden de triode in een zender, waardoor vloeiende en constante sinusgolven ontstonden, zonder luidruchtige vonken, die geluid perfect konden overbrengen. Met een coherer en vonken kon Marconi in 1901 nauwelijks een klein stukje morsecode over de smalle Atlantische Oceaan verzenden. In 1915 kon AT&T, door gebruik te maken van een vacuümbuis als zender en ontvanger, de menselijke stem van Arlington, Virginia naar Honolulu overbrengen – tweemaal de afstand. In de jaren twintig combineerden ze langeafstandstelefonie met hoogwaardige audio-uitzendingen om de eerste radionetwerken te creëren. Zo kon het hele land binnenkort naar dezelfde stem op de radio luisteren, of het nu Roosevelt of Hitler was.
Bovendien zorgde de mogelijkheid om zenders te maken die waren afgestemd op een nauwkeurige en stabiele frequentie ervoor dat telecommunicatie-ingenieurs de lang gekoesterde droom van frequentiemultiplexing konden verwezenlijken die Alexander Bell, Edison en de rest veertig jaar geleden aantrok. In 1923 beschikte AT&T over een spraaklijn met tien kanalen van New York naar Pittsburgh. De mogelijkheid om meerdere stemmen over één enkele koperdraad te verzenden, zorgde voor een radicale verlaging van de kosten van langeafstandsgesprekken, die vanwege hun hoge kosten altijd alleen betaalbaar waren geweest voor de rijkste mensen en bedrijven. AT&T zag wat vacuümbuizen konden doen en stuurde hun advocaten om aanvullende rechten van de Forest te kopen om de rechten om Audion in alle beschikbare toepassingen te gebruiken veilig te stellen. In totaal betaalden ze hem $390, wat in hedendaagse termen neerkomt op ongeveer $000 miljoen.
Waarom domineerden vacuümbuizen, met zo'n veelzijdigheid, de eerste generatie computers niet op de manier waarop ze radio's en andere telecommunicatieapparatuur domineerden? Het is duidelijk dat de triode een digitale schakelaar kan zijn, net als een relais. Zo duidelijk dat De Forest zelfs geloofde dat hij het relais had gemaakt voordat hij het daadwerkelijk had gemaakt. En de triode reageerde veel beter dan een traditioneel elektromechanisch relais, omdat het anker niet fysiek hoefde te bewegen. Een typisch relais had een paar milliseconden nodig om te schakelen, en de verandering in de flux van de kathode naar de anode als gevolg van de verandering in de elektrische potentiaal op het elektriciteitsnet was vrijwel onmiddellijk.
Maar lampen hadden een duidelijk nadeel ten opzichte van relais: hun neiging om, net als hun voorgangers, gloeilampen, door te branden. De levensduur van de originele Audion de Forest was zo kort - ongeveer 100 uur - dat de lamp een reservegloeidraad bevatte, die moest worden aangesloten nadat de eerste was doorgebrand. Dit was erg slecht, maar zelfs daarna kon men niet verwachten dat zelfs lampen van de beste kwaliteit langer dan enkele duizenden uren mee zouden gaan. Voor computers met duizenden lampen en uren rekenwerk was dit een serieus probleem.
Relais daarentegen waren volgens George Stibitz ‘fantastisch betrouwbaar’. Zo erg zelfs dat hij dat beweerde
Als een stel U-vormige relais in het eerste jaar van onze jaartelling zou starten en elke seconde een contact verwisselde, zouden ze vandaag de dag nog steeds werken. De eerste mislukking van het contact kon niet eerder dan duizend jaar later worden verwacht, ergens in het jaar 3000.
Bovendien was er geen ervaring met grote elektronische schakelingen vergelijkbaar met de elektromechanische schakelingen van telefoontechnici. Radio's en andere apparatuur kunnen 5 tot 10 lampen bevatten, maar geen honderdduizenden. Niemand wist of het mogelijk zou zijn om een computer met 5000 lampen te laten werken. Door relais te kiezen in plaats van buizen maakten computerontwerpers een veilige en conservatieve keuze.
In het volgende deel zullen we zien hoe en waarom deze twijfels werden overwonnen.
Bron: www.habr.com