Andre artikler i serien:
- Historien til stafetten
- Elektroniske datamaskiners historie
- Transistorens historie
- Internett-historie
В vi så hvordan den første generasjonen av digitale datamaskiner ble bygget på grunnlag av den første generasjonen av automatiske elektriske brytere - elektromagnetiske releer. Men da disse datamaskinene ble laget, var det en annen digital bryter som ventet bak kulissene. Reléet var en elektromagnetisk enhet (som brukte elektrisitet til å betjene en mekanisk bryter), og den nye klassen av digitale brytere var elektronisk – basert på ny kunnskap om elektronet som dukket opp på begynnelsen av XNUMX-tallet. Denne vitenskapen indikerte at bæreren av elektrisk kraft ikke var en strøm, ikke en bølge, ikke et felt - men en fast partikkel.
Enheten som fødte epoken med elektronikk basert på denne nye fysikken ble kjent som vakuumrøret. Historien om opprettelsen involverer to personer: en engelskmann og amerikansk . I virkeligheten er opprinnelsen til elektronikken mer kompleks, med mange tråder som krysser Europa og Atlanterhavet, og strekker seg tilbake til de tidlige eksperimentene med Leyden-krukker på midten av XNUMX-tallet.
Men innenfor rammen av presentasjonen vår vil det være praktisk å dekke (pun intended!) denne historien, med utgangspunkt i Thomas Edison. På 1880-tallet gjorde Edison en interessant oppdagelse mens han jobbet med elektrisk belysning – en oppdagelse som setter scenen for historien vår. Herfra kom videreutviklingen av vakuumrør, som kreves for to teknologiske systemer: en ny form for trådløs meldingstjeneste og de stadig voksende telefonnettverkene.
Prolog: Edison
Edison regnes generelt som oppfinneren av lyspæren. Dette gir ham for mye og for lite æren på samme tid. For mange, fordi Edison ikke var den eneste som oppfant den lysende lampen. I tillegg til mengden av oppfinnere som gikk foran ham, hvis kreasjoner ikke nådde kommersiell anvendelse, kan vi nevne Joseph Swan og Charles Stern fra Storbritannia og amerikaneren William Sawyer, som brakte lyspærer til markedet samtidig med Edison. [Æren for oppfinnelsen tilhører også den russiske oppfinneren . Lodygin var den første som gjettet å pumpe luft ut av en glasslampe, og foreslo deretter å lage glødetråden ikke av kull eller forkullede fibre, men av ildfast wolfram / ca. oversettelse]. Alle lamper besto av en forseglet glasspære, på innsiden av hvilken det var en resistiv glødetråd. Da lampen ble koblet til kretsen, fikk varmen som ble generert av glødetrådens motstand mot strømmen at den glødet. Luften ble pumpet ut av kolben for å hindre at filamentet tok fyr. Elektrisk lys var allerede kjent i store byer i form , brukes til å lyse opp store offentlige steder. Alle disse oppfinnerne lette etter en måte å redusere mengden lys ved å ta en lys partikkel fra en brennende bue, liten nok til å brukes i hjemmene for å erstatte gasslamper, og gjøre lyskilden tryggere, renere og lysere.
Og det Edison egentlig gjorde - eller rettere sagt, det hans industrielle laboratorium skapte - var ikke bare å lage en lyskilde. De bygget et helt elektrisk system for belysning av hus - generatorer, ledninger for overføring av strøm, transformatorer, etc. Av alt dette var lyspæren bare den mest åpenbare og synlige komponenten. Tilstedeværelsen av Edisons navn i hans elektriske kraftselskaper var ikke en enkel gjenfleksjon for den store oppfinneren, slik tilfellet var med Bell Telephone. Edison viste seg ikke bare å være en oppfinner, men også en systemarkitekt. Laboratoriet hans fortsatte å jobbe med å forbedre forskjellige elektriske lyskomponenter selv etter deres tidlige suksess.
Et eksempel på Edisons tidlige lamper
Under forskning rundt 1883 bestemte Edison (og muligens en av hans ansatte) seg for å omslutte en metallplate inne i en lysende lampe sammen med en glødetråd. Årsakene til denne handlingen er uklare. Kanskje dette var et forsøk på å eliminere mørkningen av lampen - innsiden av glasset på pæren akkumulerte et mystisk mørkt stoff over tid. Ingeniøren håpet tilsynelatende at disse svarte partiklene ville bli tiltrukket av den strømførende platen. Til sin overraskelse oppdaget han at når platen ble inkludert i kretsen sammen med den positive enden av glødetråden, var mengden strøm som strømmet gjennom glødetråden direkte proporsjonal med intensiteten til glødetråden. Når platen ble koblet til den negative enden av tråden, ble det ikke observert noe lignende.
Edison bestemte at denne effekten, senere kalt Edison-effekten eller , kan brukes til å måle eller til og med kontrollere den "elektromotoriske kraften" eller spenningen i et elektrisk system. Av vane søkte han om patent på denne "elektriske indikatoren", og vendte deretter tilbake til viktigere oppgaver.
Uten ledninger
La oss spole 20 år inn i fremtiden, til 1904. På dette tidspunktet i England jobbet John Ambrose Fleming på instruksjoner fra Marconi Company for å forbedre en radiobølgemottaker.
Det er viktig å forstå hva radio var og ikke var på denne tiden, både når det gjelder instrument og praksis. Radio ble ikke engang kalt "radio" den gang, den ble kalt "trådløs". Begrepet "radio" ble utbredt først på 1910-tallet. Konkret siktet han til trådløs telegrafi – et system for å overføre signaler i form av prikker og streker fra avsender til mottaker. Dens hovedanvendelse var kommunikasjon mellom skip og havnetjenester, og i denne forstand var den av interesse for maritime myndigheter over hele verden.
Noen oppfinnere fra den tiden, spesielt, , eksperimenterte med ideen om en radiotelefon - overføring av talemeldinger over luften i form av en kontinuerlig bølge. Men kringkasting i moderne forstand dukket ikke opp før 15 år senere: overføring av nyheter, historier, musikk og andre programmer for mottak av et bredt publikum. Inntil da ble den rundstrålende naturen til radiosignaler sett på som et problem som skulle løses snarere enn en funksjon som kunne utnyttes.
Radioutstyret som fantes på den tiden var godt egnet til å jobbe med morsekode og dårlig egnet til alt annet. Senderne skapte hertziske bølger ved å sende en gnist over et gap i kretsen. Derfor ble signalet ledsaget av et knitring av statisk elektrisitet.
Mottakerne gjenkjente dette signalet gjennom en koherer: metallspåner i et glassrør, slått sammen under påvirkning av radiobølger til en kontinuerlig masse, og fullfører dermed kretsen. Da måtte glasset bankes for at sagfliset skulle gå i oppløsning og mottakeren var klar for neste signal – først ble dette gjort manuelt, men snart dukket det opp automatiske enheter for dette.
I 1905 begynte de bare å dukke opp , også kjent som "cat's whisker". Det viste seg at bare ved å berøre en bestemt krystall med en ledning, for eksempel silisium, jernkis eller , var det mulig å snappe et radiosignal ut av løse luften. De resulterende mottakerne var billige, kompakte og tilgjengelige for alle. De stimulerte utviklingen av amatørradio, spesielt blant unge mennesker. Den plutselige økningen i taletidsbelegget som oppsto som følge av dette førte til problemer på grunn av at radiosendetiden ble delt mellom alle brukere. Uskyldige samtaler mellom amatører kunne ved et uhell krysse forhandlingene til marineflåten, og noen hooligans klarte til og med å gi falske ordre og sende signaler om hjelp. Staten måtte uunngåelig gripe inn. Som Ambrose Fleming selv skrev, fremkomsten av krystalldetektorer
førte umiddelbart til en bølge av uansvarlig radiotelegrafi på grunn av krumspring fra utallige amatørelektrikere og studenter, noe som nødvendiggjorde kraftig inngripen fra nasjonale og internasjonale myndigheter for å holde ting sunt og trygt.
Fra de uvanlige elektriske egenskapene til disse krystallene vil tredje generasjon digitale brytere etter hvert dukke opp, etter releer og lamper - bryterne som dominerer vår verden. Men alt har sin tid. Vi har beskrevet scenen, la oss nå gi all oppmerksomhet tilbake til skuespilleren som nettopp har dukket opp i søkelyset: Ambrose Fleming, England, 1904.
Ventil
I 1904 var Fleming professor i elektroteknikk ved University College London, og konsulent for Marconi Company. Selskapet hyret ham i utgangspunktet inn for å skaffe kompetanse om byggingen av kraftverket, men så ble han involvert i oppgaven med å forbedre mottakeren.
Fleming i 1890
Alle visste at cohereren var en dårlig mottaker med tanke på følsomhet, og den magnetiske detektoren utviklet på Macroni var ikke spesielt bedre. For å finne en erstatning bestemte Fleming seg først for å bygge en følsom krets for å oppdage Hertzian-bølger. En slik enhet, selv uten å bli en detektor i seg selv, vil være nyttig i fremtidig forskning.
For å gjøre dette, måtte han komme opp med en måte å kontinuerlig måle strømmen skapt av innkommende bølger, i stedet for å bruke en diskret koherer (som bare viste på tilstander - der sagflis klistret sammen - eller av tilstander). Men de kjente enhetene for å måle strømstyrken - galvanometre - krevde konstant, det vil si ensrettet strøm for drift. Vekselstrømmen eksitert av radiobølger endret retning så raskt at ingen måling ville vært mulig.
Fleming husket at han hadde flere interessante ting som samlet støv i skapet hans - Edison-indikatorlamper. På 1880-tallet var han konsulent for Edison Electric Lighting Company i London, og jobbet med problemet med at lampen ble svart. På den tiden mottok han flere kopier av indikatoren, muligens fra William Preece, sjefelektroingeniøren til British Postal Service, som nettopp hadde kommet tilbake fra en elektrisk utstilling i Philadelphia. På den tiden var kontroll av telegraf og telefon vanlig praksis utenfor USA for posttjenester, så de var sentre for elektrisk ekspertise.
Senere, på 1890-tallet, studerte Fleming selv Edison-effekten ved å bruke lamper hentet fra Preece. Han viste at effekten var at strømmen gikk i én retning: et negativt elektrisk potensial kunne strømme fra den varme glødetråden til den kalde elektroden, men ikke omvendt. Men det var først i 1904, da han sto overfor oppgaven med å oppdage radiobølger, at han innså at dette faktum kunne brukes i praksis. Edison-indikatoren vil tillate bare enveis AC-pulser å krysse gapet mellom filamentet og platen, noe som resulterer i en konstant og ensrettet strømning.
Fleming tok en lampe, koblet den i serie med et galvanometer og skrudde på gnistsenderen. Voila - speilet snudde og lysstrålen beveget seg på skalaen. Det funket. Den kunne måle det innkommende radiosignalet nøyaktig.
Fleming ventil prototyper. Anoden er i midten av filamentløkken (varm katode)
Fleming kalte oppfinnelsen sin for en "ventil" fordi den bare tillot elektrisitet å strømme i én retning. I mer generelle elektrotekniske termer var det en likeretter - en metode for å konvertere vekselstrøm til likestrøm. Da ble den kalt en diode fordi den hadde to elektroder – en varm katode (filament) som avga elektrisitet, og en kald anode (plate) som mottok den. Fleming introduserte flere forbedringer av designet, men i hovedsak var enheten ikke forskjellig fra indikatorlampen laget av Edison. Overgangen til en ny kvalitet skjedde som et resultat av en endring i tenkemåten - vi har allerede sett dette fenomenet mange ganger. Endringen fant sted i idéverdenen i Flemings hode, ikke i tingenes verden utenfor.
Selve Fleming-ventilen var nyttig. Det var det beste feltapparatet for å måle radiosignaler, og en god detektor i seg selv. Men han rystet ikke verden. Den eksplosive veksten av elektronikk begynte først etter at Lee de Forest la til en tredje elektrode og gjorde ventilen om til et relé.
Lytter
Lee de Forest hadde en uvanlig oppvekst for en Yale-student. Faren hans, pastor Henry de Forest, var en borgerkrigsveteran fra New York og pastor. , og trodde bestemt at han som predikant skulle spre kunnskapens og rettferdighetens guddommelige lys. Etter å ha fulgt pliktoppfordringen, takket han ja til en invitasjon til å bli president for Talladega College i Alabama. Høgskolen ble grunnlagt etter borgerkrigen av American Missionary Association, med base i New York. Det var ment å utdanne og veilede lokale svarte innbyggere. Der følte Lee seg mellom stein og hard - lokale svarte ydmyket ham for hans naivitet og feighet, og lokale hvite - for å være .
Og likevel, som ung mann, utviklet de Forest en sterk følelse av selvtillit. Han oppdaget en forkjærlighet for mekanikk og oppfinnelser - hans skalamodell av et lokomotiv ble et lokalt mirakel. Som tenåring, mens han studerte ved Talladega, bestemte han seg for å vie livet sitt til oppfinnelser. Så, som en ung mann og bosatt i byen New Haven, forkastet pastorens sønn sin siste religiøse tro. De dro gradvis på grunn av deres bekjentskap med darwinismen, og så ble de blåst bort som vinden etter farens altfor tidlige død. Men følelsen av hans skjebne forlot ikke de Forest - han betraktet seg selv som et geni og forsøkte å bli den andre Nikola Tesla, en rik, berømt og mystisk trollmann fra elektrisitetstiden. Yale-klassekameratene hans betraktet ham som en selvtilfreds vindsekk. Han kan være den minst populære mannen vi noen gang har møtt i vår historie.
de Forest, ca. 1900
Etter å ha uteksaminert seg fra Yale University i 1899, valgte de Forest å mestre den nye kunsten trådløs signaloverføring som en vei til rikdom og berømmelse. I tiårene som fulgte stormet han denne veien med stor besluttsomhet og selvtillit, og uten å nøle. Det hele startet med samarbeidet til de Forest og hans partner Ed Smythe i Chicago. Smythe holdt virksomheten flytende med regelmessige betalinger, og sammen utviklet de sin egen radiobølgedetektor, bestående av to metallplater holdt sammen av lim som de Forest kalte "paste" [goo]. Men de Forest kunne ikke vente lenge på belønninger for sitt geni. Han ble kvitt Smythe og slo seg sammen med en lyssky finansmann fra New York ved navn Abraham White [endret ironisk nok navnet hans fra det som ble gitt til ham ved fødselen, Schwartz, for å skjule hans mørke saker. Hvit/Hvit – (engelsk) hvit, Schwarz/Schwarz – (tysk) svart / ca. oversettelse], åpnet De Forest Wireless Telegraph Company.
Selve selskapets virksomhet var av underordnet betydning for begge våre helter. White utnyttet folks uvitenhet til å fore lommene hans. Han svindlet ut millioner av investorer som slet med å holde tritt med den forventede radioboomen. Og de Forest, takket være den rikelige strømmen av midler fra disse "suckers", konsentrerte seg om å bevise sitt geni gjennom utviklingen av et nytt amerikansk system for trådløs informasjonsoverføring (i motsetning til det europeiske utviklet av Marconi og andre).
Dessverre for det amerikanske systemet fungerte ikke de Forest-detektoren spesielt godt. Han løste dette problemet for en tid ved å låne Reginald Fessendens patenterte design for en detektor kalt "liquid baretter" - to platinatråder nedsenket i et bad med svovelsyre. Fessenden anla søksmål om patentinngrep - og han ville åpenbart vunnet denne rettssaken. De Forest kunne ikke hvile før han kom med en ny detektor som bare tilhørte ham. Høsten 1906 kunngjorde han opprettelsen av en slik detektor. På to separate møter ved American Institute of Electrical Engineering beskrev de Forest sin nye trådløse detektor, som han kalte Audion. Men dens virkelige opprinnelse er i tvil.
For en tid dreide de Forest sine forsøk på å bygge en ny detektor rundt å føre strøm gjennom en flamme , som etter hans mening kan være en asymmetrisk dirigent. Ideen ble tilsynelatende ikke kronet med suksess. På et tidspunkt i 1905 lærte han om Fleming-ventilen. De Forest fikk det inn i hodet at denne ventilen og dens brennerbaserte innretning ikke var fundamentalt annerledes - hvis du erstattet den varme tråden med en flamme, og dekket den med en glasspære for å begrense gassen, ville du få den samme ventilen. Han utviklet en serie patenter som fulgte historien til pre-Fleming-ventiloppfinnelser ved bruk av gassflammedetektorer. Han ønsket tilsynelatende å gi seg selv prioritet i oppfinnelsen, og omgå Flemings patent, siden arbeidet med Bunsen-brenneren gikk foran Flemings arbeid (de hadde pågått siden 1900).
Det er umulig å si om dette var selvbedrag eller svindel, men resultatet ble de Forests patent fra august 1906 for «et tomt glasskar som inneholder to separate elektroder, mellom hvilke det eksisterer et gassformig medium som, når det er tilstrekkelig oppvarmet, blir en leder og danner et sanseelement." Utstyret og driften av enheten skyldes Fleming, og forklaringen på driften skyldes De Forest. De Forest tapte til slutt patenttvisten, selv om det tok ti år.
Den ivrige leser lurer kanskje allerede på hvorfor vi bruker så mye tid på denne mannen hvis selverklærte geni var å gi bort andres ideer som sine egne? Årsaken ligger i transformasjonene som Audion gjennomgikk de siste månedene av 1906.
Da hadde de Forest ingen jobb. White og partnerne hans unngikk ansvar i forbindelse med Fessendens søksmål ved å opprette et nytt selskap, United Wireless, og låne det amerikanske De Forest-eiendeler for $1. De Forest ble sparket ut med 1000 dollar i kompensasjon og flere ubrukelige patenter i hendene, inkludert patentet for Audion. Vant til en overdådig livsstil, møtte han alvorlige økonomiske vanskeligheter og prøvde desperat å gjøre Audion til en stor suksess.
For å forstå hva som skjedde videre, er det viktig å vite at de Forest trodde han hadde oppfunnet stafetten – i motsetning til Fleming-likeretteren. Han laget sin Audion ved å koble et batteri til en kald ventilplate, og mente at signalet i antennekretsen (koblet til den varme glødetråden) modulerte en høyere strøm i batterikretsen. Han tok feil: dette var ikke to kretser, batteriet flyttet ganske enkelt signalet fra antennen, i stedet for å forsterke det.
Men denne feilen ble kritisk, siden den førte til at de Forest eksperimenterte med en tredje elektrode i kolben, som skulle koble fra de to kretsene til dette "reléet" ytterligere. Først la han til en andre kald elektrode ved siden av den første, men deretter, kanskje påvirket av kontrollmekanismene som brukes av fysikere for å omdirigere stråler i katodestråleenheter, flyttet han elektroden på plass mellom glødetråden og primærplaten. Han bestemte at denne posisjonen kunne avbryte strømmen av elektrisitet, og endret formen på den tredje elektroden fra en plate til en bølget ledning som lignet en rasp - og kalte det et "gitter".
1908 Audion triode. Tråden (bruddet) til venstre er katoden, den bølgete ledningen er nettet, den avrundede metallplaten er anoden. Den har fortsatt tråder som en vanlig lyspære.
Og det var virkelig en stafett. En svak strøm (som den som produseres av en radioantenne) påført nettet kan kontrollere en mye sterkere strøm mellom glødetråden og platen, og frastøte ladede partikler som forsøkte å passere mellom dem. Denne detektoren fungerte mye bedre enn ventilen fordi den ikke bare rettet opp, men også forsterket radiosignalet. Og, som ventilen (og i motsetning til kohereren), kunne den produsere et konstant signal, som gjorde det mulig å lage ikke bare en radiotelegraf, men også en radiotelefon (og senere - overføring av stemme og musikk).
I praksis fungerte det ikke spesielt bra. De Forest-lydene var kresne, brent raskt ut, manglet konsistens i produksjonen og var ineffektive som forsterkere. For at en bestemt Audion skulle fungere riktig, var det nødvendig å justere de elektriske parameterne til kretsen til den.
Likevel trodde de Forest på oppfinnelsen hans. Han dannet et nytt selskap for å annonsere det, De Forest Radio Telephone Company, men salget var lite. Den største suksessen var salget av utstyr til flåten for telefoni innen flåten under verdensomseilingen.". Men flåtesjefen, som ikke hadde tid til å få de Forests sendere og mottakere til å fungere og trene mannskapet i bruken, beordret dem til å pakkes sammen og legges i lager. Dessuten var De Forests nye selskap, ledet av en tilhenger av Abraham White, ikke mer anstendig enn det forrige. For å øke ulykkene hans ble han snart anklaget for svindel.
I fem år oppnådde Audion ingenting. Nok en gang skulle telefonen spille en nøkkelrolle i utviklingen av det digitale reléet, denne gangen redde en lovende, men uprøvd teknologi som var på grensen til glemselen.
Og igjen telefonen
Langdistansekommunikasjonsnettverket var AT&Ts sentralnervesystem. Det knyttet sammen mange lokale selskaper og ga et viktig konkurransefortrinn da Bells patenter utløp. Ved å bli med i AT&T-nettverket kunne en ny kunde i teorien nå alle andre abonnenter tusenvis av kilometer unna – selv om det i realiteten sjelden ble foretatt langdistansesamtaler. Nettverket var også det materielle grunnlaget for selskapets overordnede ideologi om «One Policy, One System, One-Stop Service».
Men med begynnelsen av det andre tiåret av det tjuende århundre nådde dette nettverket sitt fysiske maksimum. Jo lenger telefonledningene strakte seg, jo svakere og mer støyende ble signalet som passerte gjennom dem, og som et resultat ble tale nesten uhørlig. På grunn av dette var det faktisk to AT&T-nettverk i USA, atskilt av en kontinental ås.
For det østlige nettverket var New York tappen, og mekaniske repeatere og – en tjor som bestemte hvor langt en menneskelig stemme kunne reise. Men disse teknologiene var ikke allmektig. Spolene endret de elektriske egenskapene til telefonkretsen, og reduserte dempingen av talefrekvenser - men de kunne bare redusere den, ikke eliminere den. Mekaniske repeatere (bare en telefonhøyttaler koblet til en forsterkermikrofon) la til støy med hver repetisjon. Linjen fra 1911 fra New York til Denver tok denne selen til sin maksimale lengde. Det var ikke snakk om å utvide nettverket over hele kontinentet. Men i 1909 lovet John Carty, AT&Ts sjefingeniør, offentlig å gjøre nettopp det. Han lovet å gjøre dette om fem år – innen han begynte i San Francisco i 1915.
Den første personen som gjorde et slikt foretak mulig ved hjelp av en ny telefonforsterker var ikke en amerikaner, men arvingen til en velstående wiensk familie med interesse for vitenskap. Å være ung Ved hjelp av foreldrene kjøpte han et telefonprodusentfirma og satte i gang med å lage en telefonforsterker. I 1906 hadde han laget et relé basert på katodestrålerør, som på den tiden ble mye brukt i fysikkeksperimenter (og senere ble grunnlaget for videoskjermteknologien som dominerte det XNUMX. århundre). Det svake innkommende signalet styrte en elektromagnet som bøyde strålen, og modulerte en sterkere strøm i hovedkretsen.
I 1910 lærte von Lieben og kollegene hans, Eugene Reise og Sigmund Strauss, om de Forests Audione og erstattet magneten i røret med et rutenett som kontrollerte katodestrålene - denne designen var den mest effektive og overlegen alt som ble laget i USA stater på den tiden. Det tyske telefonnettverket tok snart i bruk von Lieben-forsterkeren. I 1914, takket være henne, ble det foretatt en nervøs telefonsamtale av sjefen for den østprøyssiske hæren til det tyske hovedkvarteret, som ligger 1000 kilometer unna, i Koblenz. Dette tvang stabssjefen til å sende generalene Hindenberg og Ludendorff østover, til evig ære og med alvorlige konsekvenser. Lignende forsterkere koblet senere det tyske hovedkvarteret med felthærer i sør og øst så langt som til Makedonia og Romania.
En kopi av von Liebens forbedrede katodestrålerelé. Katoden er nederst, anoden er spolen på toppen, og gitteret er den runde metallfolien i midten.
Språklige og geografiske barrierer, så vel som krigen, gjorde imidlertid at denne utformingen ikke nådde USA, og andre hendelser overtok det snart.
I mellomtiden forlot de Forest det sviktende Radio Telephone Company i 1911 og flyktet til California. Der fikk han jobb i Federal Telegraph Company i Palo Alto, grunnlagt av en utdannet Stanford . Nominelt ville de Forest fungere på en forsterker som ville øke volumet på den føderale radioutgangen. Faktisk satte han, Herbert van Ettan (en erfaren telefoningeniør) og Charles Logwood (en mottakerdesigner) ut for å lage en telefonforsterker slik at de tre kunne vinne en premie fra AT&T, som ryktes å være $1 million.
For å gjøre dette tok de Forest Audion fra mesaninen, og i 1912 hadde han og kollegene allerede en enhet klar for demonstrasjon hos telefonselskapet. Den besto av flere audioner koblet i serie, og skapte forsterkning i flere trinn, og flere hjelpekomponenter. Enheten fungerte faktisk – den kunne øke signalet nok til at du kunne høre et lommetørkle falle eller et lommeur tikke. Men bare ved for lave strømmer og spenninger til å være nyttig i telefoni. Etter hvert som strømmen økte, begynte Audionene å avgi en blå glød, og signalet ble til støy. Men telefonindustrien var interessert nok til å ta enheten til ingeniørene sine og se hva de kunne gjøre med den. Det skjedde slik at en av dem, den unge fysikeren Harold Arnold, visste nøyaktig hvordan forsterkeren skulle fikses fra Federal Telegraph.
Det er på tide å diskutere hvordan ventilen og Audion fungerte. Nøkkelinnsikten som trengs for å forklare arbeidet deres kom fra Cavendish Laboratory i Cambridge, en tenketank for ny elektronfysikk. I 1899 der, viste J. J. Thomson i eksperimenter med katodestrålerør at en partikkel med masse, som senere ble kjent som et elektron, fører strøm fra katoden til anoden. I løpet av de neste årene utviklet Owen Richardson, en kollega av Thomsons, dette forslaget til en matematisk teori om termionisk emisjon.
Ambrose Fleming, en ingeniør som jobbet en kort togtur fra Cambridge, var kjent med disse arbeidene. Det var klart for ham at ventilen hans fungerte på grunn av termionisk emisjon av elektroner fra det oppvarmede filamentet, og krysset vakuumgapet til den kalde anoden. Men vakuumet i indikatorlampen var ikke dypt - dette var ikke nødvendig for en vanlig lyspære. Det var nok å pumpe ut nok oksygen til å hindre at tråden tok fyr. Fleming innså at for at ventilen skulle fungere best mulig, måtte den tømmes så grundig som mulig slik at den gjenværende gassen ikke forstyrret strømmen av elektroner.
De Forest forsto ikke dette. Siden han kom til ventilen og Audion gjennom eksperimenter med Bunsen-brenneren, var hans tro den motsatte - at den varme ioniserte gassen var arbeidsvæsken til enheten, og at fullstendig fjerning av den ville føre til driftsstans. Dette er grunnen til at Audion var så ustabil og utilfredsstillende som radiomottaker, og hvorfor den sendte ut blått lys.
Arnold hos AT&T var i en ideell posisjon til å rette opp de Forests feil. Han var en fysiker som hadde studert under Robert Millikan ved University of Chicago og ble ansatt spesielt for å bruke sin kunnskap om den nye elektroniske fysikken til problemet med å bygge et kyst-til-kyst-telefonnettverk. Han visste at Audion-røret ville fungere best i et nesten perfekt vakuum, han visste at de nyeste pumpene kunne oppnå et slikt vakuum, han visste at en ny type oksidbelagt filament, sammen med en større plate og gitter, også kunne øke strømmen av elektroner. Kort sagt, han gjorde Audion om til et vakuumrør, den elektroniske tidsalderens mirakelarbeider.
AT&T hadde en kraftig forsterker som trengs for å bygge en transkontinental linje - den hadde bare ikke rettighetene til å bruke den. Representanter for selskapet oppførte seg vantro under forhandlinger med de Forest, men startet en egen samtale gjennom en tredjepartsadvokat, som klarte å kjøpe rettighetene til å bruke Audion som telefonforsterker for 50 000 dollar (omtrent 1,25 millioner dollar i 2017-dollar). Linjen New York–San Francisco åpnet akkurat i tide, men mer som en triumf av teknisk virtuositet og bedriftsreklame enn som et kommunikasjonsmiddel. Kostnadene for samtaler var så astronomiske at nesten ingen kunne bruke den.
elektronisk æra
Det virkelige vakuumrøret har blitt roten til et helt nytt tre av elektroniske komponenter. I likhet med reléet, utvidet vakuumrøret kontinuerlig sine applikasjoner ettersom ingeniører fant nye måter å skreddersy designet for å løse spesifikke problemer. Veksten til "-od"-stammen endte ikke med dioder og trioder. Det fortsatte med , som la til et ekstra rutenett som støttet forsterkning med veksten av elementer i kretsen. Neste dukket opp , , Til og med . Thyratroner fylt med kvikksølvdamp dukket opp, glødende med et illevarslende blått lys. Miniatyrlamper er på størrelse med en lilletå eller til og med et eikenøtt. Indirekte katodelamper der summingen fra AC-kilden ikke forstyrret signalet. Sagaen om vakuumrøret, som skildrer veksten i rørindustrien frem til 1930, viser over 1000 forskjellige modeller etter indeks - selv om mange var ulovlige kopier fra upålitelige merker: Ultron, Perfectron, Supertron, Voltron, og så videre.
Viktigere enn variasjonen av former var mangfoldet av bruksområder for vakuumrøret. Regenerative kretser gjorde trioden til en sender - og skapte jevne og konstante sinusbølger, uten støyende gnister, i stand til å overføre lyd perfekt. Med en koherer og gnister i 1901 kunne Marconi knapt sende et lite stykke morsekode over det trange Atlanterhavet. I 1915, ved å bruke et vakuumrør som både sender og mottaker, kunne AT&T overføre den menneskelige stemmen fra Arlington, Virginia til Honolulu - det dobbelte av avstanden. På 1920-tallet kombinerte de langdistansetelefoni med høykvalitets lydkringkasting for å skape de første radionettverkene. Dermed kunne snart hele nasjonen lytte til den samme stemmen på radioen, det være seg Roosevelt eller Hitler.
Dessuten tillot evnen til å lage sendere innstilt til en presis og stabil frekvens telekommunikasjonsingeniører å realisere den langvarige drømmen om frekvensmultipleksing som tiltrakk Alexander Bell, Edison og resten for førti år siden. I 1923 hadde AT&T en ti-kanals stemmelinje fra New York til Pittsburgh. Evnen til å overføre flere stemmer over en enkelt kobbertråd reduserte kostnadene for langdistansesamtaler radikalt, som på grunn av deres høye kostnader alltid hadde vært rimelige bare for de rikeste menneskene og bedriftene. For å se hva vakuumrør kunne gjøre, sendte AT&T sine advokater for å kjøpe ytterligere rettigheter fra de Forest for å sikre rettighetene til å bruke Audion i alle tilgjengelige applikasjoner. Totalt betalte de ham 390 dollar, som i dagens penger tilsvarer rundt 000 millioner dollar.
Med en slik allsidighet, hvorfor dominerte ikke vakuumrør den første generasjonen datamaskiner slik de dominerte radioer og annet telekommunikasjonsutstyr? Tydeligvis kan trioden være en digital bryter akkurat som et relé. Så åpenbart at de Forest til og med trodde at han hadde laget stafetten før han faktisk laget den. Og trioden var mye mer responsiv enn et tradisjonelt elektromekanisk relé fordi den ikke trengte å bevege armaturet fysisk. Et typisk relé krevde noen få millisekunder for å bytte, og endringen i fluks fra katoden til anoden på grunn av endringen i elektrisk potensial på nettet var nesten øyeblikkelig.
Men lamper hadde en tydelig ulempe i forhold til releer: deres tendens, som deres forgjengere, lyspærer, til å brenne ut. Levetiden til den originale Audion de Forest var så kort - omtrent 100 timer - at den inneholdt en reserveglødetråd i lampen, som måtte kobles til etter at den første brant ut. Dette var veldig dårlig, men selv etter det kunne ikke en gang de beste kvalitetslampene forventes å vare mer enn flere tusen timer. For datamaskiner med tusenvis av lamper og timer med beregninger var dette et alvorlig problem.
Stafetter, på den annen side, var "fantastisk pålitelige," ifølge George Stibitz. Så mye at han hevdet det
Hvis et sett med U-formede reléer startet i det første året av vår tidsregning og byttet en kontakt en gang hvert sekund, ville de fortsatt fungere i dag. Den første kontaktfeilen kunne forventes tidligst tusen år senere, et sted i år 3000.
Dessuten var det ingen erfaring med store elektroniske kretser som kan sammenlignes med de elektromekaniske kretsene til telefoningeniører. Radioer og annet utstyr kunne inneholde 5-10 lamper, men ikke hundretusenvis. Ingen visste om det ville være mulig å få en datamaskin med 5000 lamper til å fungere. Ved å velge releer i stedet for rør, tok datadesignere et trygt og konservativt valg.
I neste del vil vi se hvordan og hvorfor denne tvilen ble overvunnet.
Kilde: www.habr.com