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В vimos como a primeira geração de computadores digitais foi construída com base na primeira geração de interruptores elétricos automáticos - relés eletromagnéticos. Mas na época em que esses computadores foram criados, havia outro switch digital esperando nos bastidores. O relé era um dispositivo eletromagnético (que usava eletricidade para operar uma chave mecânica), e a nova classe de chaves digitais era eletrônica - baseada em novos conhecimentos sobre o elétron que surgiram no início do século XX. Esta ciência indicou que o portador da força elétrica não era uma corrente, nem uma onda, nem um campo - mas uma partícula sólida.
O dispositivo que deu origem à era da eletrônica baseada nesta nova física ficou conhecido como tubo de vácuo. A história da sua criação envolve duas pessoas: um inglês e americano . Na realidade, as origens da eletrónica são mais complexas, com muitos fios que atravessam a Europa e o Atlântico, remontando às primeiras experiências com jarras de Leyden, em meados do século XVIII.
Mas no âmbito da nossa apresentação será conveniente cobrir (trocadilho intencional!) esta história, começando por Thomas Edison. Na década de 1880, Edison fez uma descoberta interessante enquanto trabalhava com iluminação elétrica – uma descoberta que prepara o terreno para a nossa história. Daí veio o desenvolvimento de tubos de vácuo, necessários para dois sistemas tecnológicos: uma nova forma de mensagens sem fio e as redes telefônicas em constante expansão.
Prólogo: Edison
Edison é geralmente considerado o inventor da lâmpada. Isso lhe dá muito e pouco crédito ao mesmo tempo. Muitos, porque Edison não foi o único que inventou a lâmpada luminosa. Além da multidão de inventores que o precederam, cujas criações não alcançaram aplicação comercial, podemos citar Joseph Swan e Charles Stern, da Grã-Bretanha, e o americano William Sawyer, que trouxe lâmpadas ao mercado na mesma época que Edison. [A honra da invenção também pertence ao inventor russo . Lodygin foi o primeiro a adivinhar como bombear o ar de uma lâmpada de vidro e então sugeriu fazer o filamento não de carvão ou fibras carbonizadas, mas de tungstênio refratário / aprox. tradução]. Todas as lâmpadas consistiam em um bulbo de vidro selado, dentro do qual havia um filamento resistivo. Quando a lâmpada foi conectada ao circuito, o calor gerado pela resistência do filamento à corrente fez com que ela brilhasse. O ar foi bombeado para fora do frasco para evitar que o filamento pegasse fogo. A luz elétrica já era conhecida nas grandes cidades na forma , usado para iluminar grandes locais públicos. Todos esses inventores procuravam uma maneira de reduzir a quantidade de luz retirando uma partícula brilhante de um arco em chamas, pequena o suficiente para ser usada em residências para substituir lâmpadas a gás e tornar a fonte de luz mais segura, mais limpa e mais brilhante.
E o que Edison realmente fez – ou melhor, o que seu laboratório industrial criou – não foi apenas criar uma fonte de luz. Eles construíram todo um sistema elétrico para iluminação de casas - geradores, fios para transmissão de corrente, transformadores, etc. De tudo isto, a lâmpada era apenas o componente mais óbvio e visível. A presença do nome de Edison em suas empresas de energia elétrica não foi uma simples genuflexão ao grande inventor, como foi o caso da Bell Telephone. Edison mostrou-se não apenas um inventor, mas também um arquiteto de sistemas. Seu laboratório continuou a trabalhar na melhoria de vários componentes de iluminação elétrica, mesmo após seu sucesso inicial.
Um exemplo das primeiras lâmpadas de Edison
Durante a pesquisa por volta de 1883, Edison (e possivelmente um de seus funcionários) decidiu colocar uma placa de metal dentro de uma lâmpada luminosa junto com um filamento. As razões para esta ação não são claras. Talvez tenha sido uma tentativa de eliminar o escurecimento da lâmpada - o interior do vidro da lâmpada acumulou uma misteriosa substância escura ao longo do tempo. O engenheiro aparentemente esperava que essas partículas pretas fossem atraídas pela placa energizada. Para sua surpresa, ele descobriu que quando a placa era incluída no circuito junto com a extremidade positiva do filamento, a quantidade de corrente que fluía através do filamento era diretamente proporcional à intensidade do brilho do filamento. Ao conectar a placa na ponta negativa da rosca, nada parecido foi observado.
Edison decidiu que este efeito, mais tarde chamado de efeito Edison ou , pode ser usado para medir ou mesmo controlar a “força eletromotriz”, ou tensão, em um sistema elétrico. Por hábito, solicitou a patente deste “indicador elétrico” e depois voltou a tarefas mais importantes.
Sem fios
Vamos avançar 20 anos no futuro, até 1904. Nessa época, na Inglaterra, John Ambrose Fleming estava trabalhando sob instruções da Marconi Company para melhorar um receptor de ondas de rádio.
É importante compreender o que era e o que não era a rádio nesta época, tanto em termos de instrumento como de prática. O rádio nem era chamado de “rádio” naquela época, era chamado de “wireless”. O termo "rádio" só se tornou predominante na década de 1910. Especificamente, ele estava se referindo à telegrafia sem fio – um sistema para transmitir sinais na forma de pontos e traços do remetente ao destinatário. A sua principal aplicação era a comunicação entre navios e serviços portuários, e nesse sentido interessava às autoridades marítimas de todo o mundo.
Alguns inventores da época, em particular, , experimentou a ideia de um radiotelefone - transmitir mensagens de voz pelo ar na forma de uma onda contínua. Mas a radiodifusão no sentido moderno só surgiu 15 anos depois: a transmissão de notícias, histórias, música e outros programas para recepção por um público vasto. Até então, a natureza omnidirecional dos sinais de rádio era vista como um problema a ser resolvido e não como um recurso que pudesse ser explorado.
O equipamento de rádio que existia naquela época era adequado para trabalhar com código Morse e pouco adequado para todo o resto. Os transmissores criaram ondas hertzianas enviando uma faísca através de uma lacuna no circuito. Portanto, o sinal foi acompanhado por um estalo de estática.
Os receptores reconheceram esse sinal por meio de um coesor: limalhas de metal em um tubo de vidro, reunidas sob a influência de ondas de rádio em uma massa contínua, completando assim o circuito. Em seguida, o vidro teve que ser batido para que a serragem se desintegrasse e o receptor ficasse pronto para o próximo sinal - a princípio isso era feito manualmente, mas logo surgiram dispositivos automáticos para isso.
Em 1905 eles apenas começaram a aparecer , também conhecido como "bigode de gato". Descobriu-se que simplesmente tocando um determinado cristal com um fio, por exemplo, silício, pirita de ferro ou , foi possível captar um sinal de rádio do nada. Os receptores resultantes eram baratos, compactos e acessíveis a todos. Estimularam o desenvolvimento do rádio amador, principalmente entre os jovens. O aumento repentino de ocupação do tempo de antena que surgiu em consequência disso gerou problemas devido ao facto do tempo de antena da rádio ser dividido entre todos os utilizadores. Conversas inocentes entre amadores poderiam acidentalmente cruzar-se com as negociações da frota marítima, e alguns hooligans conseguiram até dar ordens falsas e enviar sinais de ajuda. O Estado inevitavelmente teve que intervir. Como escreveu o próprio Ambrose Fleming, o advento dos detectores de cristal
imediatamente levou a um aumento na radiotelegrafia irresponsável devido às travessuras de inúmeros eletricistas e estudantes amadores, necessitando de uma forte intervenção por parte das autoridades nacionais e internacionais para manter as coisas sensatas e seguras.
Das propriedades eléctricas invulgares destes cristais, surgirá no devido tempo a terceira geração de interruptores digitais, seguindo os relés e as lâmpadas - os interruptores que dominam o nosso mundo. Mas tudo tem seu tempo. Já descrevemos a cena, agora vamos voltar todas as atenções para o ator que acaba de aparecer no centro das atenções: Ambrose Fleming, Inglaterra, 1904.
Válvula
Em 1904, Fleming foi professor de engenharia elétrica na University College London e consultor da Marconi Company. A empresa inicialmente o contratou para fornecer expertise na construção da usina, mas depois ele se envolveu na tarefa de aprimorar o receptor.
Flamengo em 1890
Todos sabiam que o coesor era um receptor pobre em termos de sensibilidade, e o detector magnético desenvolvido em Macroni não era particularmente melhor. Para encontrar um substituto, Fleming decidiu primeiro construir um circuito sensível para detectar ondas hertzianas. Tal dispositivo, mesmo sem se tornar um detector em si, seria útil em pesquisas futuras.
Para fazer isso, ele precisava encontrar uma maneira de medir continuamente a corrente criada pelas ondas que chegavam, em vez de usar um coesor discreto (que só aparecia nos estados - onde a serragem grudava - ou nos estados desligados). Mas os dispositivos conhecidos para medir a intensidade da corrente - galvanômetros - exigiam corrente constante, ou seja, unidirecional para operação. A corrente alternada excitada pelas ondas de rádio mudou de direção tão rapidamente que nenhuma medição teria sido possível.
Fleming lembrou que tinha várias coisas interessantes acumulando poeira em seu armário - lâmpadas indicadoras Edison. Na década de 1880, ele foi consultor da Edison Electric Lighting Company em Londres e trabalhou no problema do escurecimento das lâmpadas. Naquela época ele recebeu várias cópias do indicador, possivelmente de William Preece, o engenheiro elétrico-chefe do Serviço Postal Britânico, que acabara de retornar de uma exposição elétrica na Filadélfia. Naquela época, o controle do telégrafo e do telefone era uma prática comum fora dos Estados Unidos para os serviços postais, portanto eram centros de especialização elétrica.
Mais tarde, na década de 1890, o próprio Fleming estudou o efeito Edison usando lâmpadas obtidas de Preece. Ele mostrou que o efeito era que a corrente fluía em uma direção: um potencial elétrico negativo poderia fluir do filamento quente para o eletrodo frio, mas não vice-versa. Mas foi apenas em 1904, quando se deparou com a tarefa de detectar ondas de rádio, que percebeu que esse fato poderia ser utilizado na prática. O indicador Edison permitirá que apenas pulsos CA unidirecionais atravessem a lacuna entre o filamento e a placa, resultando em um fluxo constante e unidirecional.
Fleming pegou uma lâmpada, conectou-a em série com um galvanômetro e ligou o transmissor de faísca. Voila - o espelho girou e o feixe de luz se moveu na balança. Funcionou. Poderia medir com precisão o sinal de rádio recebido.
Protótipos de válvula Fleming. O ânodo está no meio do circuito do filamento (cátodo quente)
Fleming chamou sua invenção de “válvula” porque ela só permitia que a eletricidade fluísse em uma direção. Em termos mais gerais de engenharia elétrica, era um retificador – um método de conversão de corrente alternada em corrente contínua. Então foi chamado de diodo porque tinha dois eletrodos - um cátodo quente (filamento) que emitia eletricidade e um ânodo frio (placa) que a recebia. Fleming introduziu várias melhorias no design, mas em essência o dispositivo não era diferente da lâmpada indicadora fabricada por Edison. Sua transição para uma nova qualidade ocorreu a partir de uma mudança na forma de pensar - já vimos esse fenômeno muitas vezes. A mudança ocorreu no mundo das ideias na cabeça de Fleming, e não no mundo das coisas fora dela.
A própria válvula Fleming foi útil. Era o melhor dispositivo de campo para medir sinais de rádio e um bom detector por si só. Mas ele não abalou o mundo. O crescimento explosivo da eletrônica começou somente depois que Lee de Forest adicionou um terceiro eletrodo e transformou a válvula em um relé.
Ouvindo
Lee de Forest teve uma educação incomum para um estudante de Yale. Seu pai, o reverendo Henry de Forest, era um veterano da Guerra Civil de Nova York e pastor. , e acreditava firmemente que, como pregador, deveria espalhar a luz divina do conhecimento e da justiça. Obedecendo ao chamado do dever, ele aceitou o convite para se tornar presidente do Talladega College, no Alabama. A faculdade foi fundada após a Guerra Civil pela Associação Missionária Americana, com sede em Nova York. O objetivo era educar e orientar os residentes negros locais. Lá, Lee se sentiu entre a espada e a espada - os negros locais o humilharam por sua ingenuidade e covardia, e os brancos locais - por ser .
Mesmo assim, quando jovem, De Forest desenvolveu um forte senso de autoconfiança. Ele descobriu uma propensão para a mecânica e a invenção - seu modelo em escala de uma locomotiva tornou-se um milagre local. Ainda adolescente, enquanto estudava em Talladega, decidiu dedicar sua vida à invenção. Então, ainda jovem e morando na cidade de New Haven, o filho do pastor abandonou suas últimas crenças religiosas. Eles gradualmente partiram devido ao seu conhecimento do darwinismo, e então foram levados como o vento após a morte prematura de seu pai. Mas o sentido de seu destino não abandonou De Forest - ele se considerava um gênio e se esforçou para se tornar o segundo Nikola Tesla, um mago rico, famoso e misterioso da era da eletricidade. Seus colegas de Yale o consideravam um fanfarrão presunçoso. Ele pode ser o homem menos popular que já conhecemos na nossa história.
de Floresta, c.1900
Depois de se formar na Universidade de Yale em 1899, de Forest escolheu dominar a arte emergente da transmissão de sinais sem fio como caminho para a riqueza e a fama. Nas décadas que se seguiram, ele avançou neste caminho com grande determinação e confiança, e sem qualquer hesitação. Tudo começou com a colaboração de de Forest e seu parceiro Ed Smythe em Chicago. Smythe manteve seu empreendimento funcionando com pagamentos regulares e, juntos, desenvolveram seu próprio detector de ondas de rádio, consistindo de duas placas de metal unidas por cola que De Forest chamou de "pasta" [goo]. Mas de Forest não podia esperar muito pelas recompensas por seu gênio. Ele se livrou de Smythe e se juntou a um duvidoso financista de Nova York chamado Abraham White [ironicamente mudou seu nome daquele que lhe foi dado ao nascer, Schwartz, a fim de esconder seus assuntos obscuros. Branco/Branco – (Inglês) branco, Schwarz/Schwarz – (Alemão) preto / aprox. tradução], abrindo a De Forest Wireless Telegraph Company.
As próprias atividades da empresa eram de importância secundária para nossos dois heróis. White aproveitou a ignorância das pessoas para encher os bolsos. Ele roubou milhões de investidores que lutavam para acompanhar o esperado boom do rádio. E de Forest, graças ao abundante fluxo de fundos destes “otários”, concentrou-se em provar a sua genialidade através do desenvolvimento de um novo sistema americano para transmissão de informação sem fios (em contraste com o europeu desenvolvido por Marconi e outros).
Infelizmente para o sistema americano, o detector de Forest não funcionou muito bem. Ele resolveu esse problema por um tempo pegando emprestado o projeto patenteado de Reginald Fessenden para um detector chamado "bareador líquido" - dois fios de platina imersos em um banho de ácido sulfúrico. Fessenden entrou com uma ação judicial por violação de patente - e obviamente teria vencido a ação. De Forest não pôde descansar até encontrar um novo detector que pertencia apenas a ele. No outono de 1906, ele anunciou a criação de tal detector. Em duas reuniões separadas no Instituto Americano de Engenharia Elétrica, de Forest descreveu seu novo detector sem fio, que chamou de Audion. Mas a sua verdadeira origem é duvidosa.
Por um tempo, as tentativas de De Forest de construir um novo detector giraram em torno da passagem de corrente através de uma chama. , que, em sua opinião, poderia ser um condutor assimétrico. A ideia, aparentemente, não foi coroada de sucesso. Em algum momento de 1905, ele aprendeu sobre a válvula Fleming. De Forest colocou na cabeça que esta válvula e seu dispositivo baseado em queimador não eram fundamentalmente diferentes - se você substituísse o fio quente por uma chama e o cobrisse com um bulbo de vidro para confinar o gás, obteria a mesma válvula. Ele desenvolveu uma série de patentes que seguiram a história das invenções de válvulas pré-Fleming usando detectores de chama de gás. Aparentemente, ele queria se dar prioridade na invenção, contornando a patente de Fleming, já que o trabalho com o bico de Bunsen precedeu o trabalho de Fleming (eles estavam em andamento desde 1900).
É impossível dizer se isso foi autoengano ou fraude, mas o resultado foi a patente de De Forest, de agosto de 1906, para "um recipiente de vidro vazio contendo dois eletrodos separados, entre os quais existe um meio gasoso que, quando suficientemente aquecido, torna-se um condutor e forma um elemento sensor." O equipamento e o funcionamento do aparelho ficam por conta de Fleming, e a explicação de seu funcionamento fica por conta de De Forest. De Forest acabou perdendo a disputa de patentes, embora tenha demorado dez anos.
O leitor ávido pode já estar se perguntando por que estamos gastando tanto tempo com esse homem cujo gênio autoproclamado estava fazendo passar as idéias de outras pessoas como se fossem suas? A razão está nas transformações que Audion sofreu nos últimos meses de 1906.
Naquela época, de Forest não tinha emprego. White e seus sócios evitaram responsabilidades relacionadas ao processo de Fessenden criando uma nova empresa, a United Wireless, e emprestando-lhe ativos da American De Forest por US$ 1. De Forest foi expulso com US$ 1000 de indenização e várias patentes inúteis em suas mãos, incluindo a patente do Audion. Acostumado a um estilo de vida luxuoso, ele enfrentou sérias dificuldades financeiras e tentou desesperadamente transformar Audion em um grande sucesso.
Para entender o que aconteceu a seguir, é importante saber que de Forest acreditava ter inventado o relé – em contraste com o retificador de Fleming. Ele fez seu Audion conectando uma bateria a uma placa de válvula fria, e acreditava que o sinal no circuito da antena (conectado ao filamento quente) modulava uma corrente mais alta no circuito da bateria. Ele estava errado: não eram dois circuitos, a bateria simplesmente desviava o sinal da antena, em vez de amplificá-lo.
Mas esse erro tornou-se crítico, pois levou de Forest a fazer experimentos com um terceiro eletrodo no frasco, que deveria desconectar ainda mais os dois circuitos desse “relé”. A princípio, ele adicionou um segundo eletrodo frio próximo ao primeiro, mas depois, talvez influenciado pelos mecanismos de controle usados pelos físicos para redirecionar os feixes em dispositivos de raios catódicos, ele moveu o eletrodo para uma posição entre o filamento e a placa primária. Ele decidiu que essa posição poderia interromper o fluxo de eletricidade e mudou o formato do terceiro eletrodo de uma placa para um fio ondulado que lembrava uma grosa - e o chamou de “grade”.
Triodo de áudio de 1908. O fio (quebrado) da esquerda é o cátodo, o fio ondulado é a malha, a placa metálica arredondada é o ânodo. Ainda tem fios como uma lâmpada normal.
E realmente foi um revezamento. Uma corrente fraca (como a produzida por uma antena de rádio) aplicada à grade poderia controlar uma corrente muito mais forte entre o filamento e a placa, repelindo partículas carregadas que tentassem passar entre eles. Este detector funcionou muito melhor que a válvula porque não apenas retificou, mas também amplificou o sinal de rádio. E, como a válvula (e ao contrário do coesor), poderia produzir um sinal constante, o que possibilitou a criação não só de um radiotelégrafo, mas também de um radiotelefone (e mais tarde - a transmissão de voz e música).
Na prática, não funcionou muito bem. Os áudios de De Forest eram meticulosos, esgotavam-se rapidamente, não tinham consistência na produção e eram ineficazes como amplificadores. Para que um determinado Audion funcionasse corretamente, foi necessário ajustar os parâmetros elétricos do circuito a ele.
Mesmo assim, de Forest acreditou em sua invenção. Ele formou uma nova empresa para anunciá-lo, a De Forest Radio Telephone Company, mas as vendas foram escassas. O maior sucesso foi a venda à frota de equipamentos para telefonia intra-frota durante a circunavegação do mundo”". No entanto, o comandante da frota, não tendo tempo para fazer funcionar os transmissores e receptores de Forest e treinar a tripulação no seu uso, ordenou que fossem embalados e armazenados. Além disso, a nova companhia de De Forest, liderada por um seguidor de Abraham White, não era mais decente que a anterior. Para aumentar seu infortúnio, ele logo se viu acusado de fraude.
Durante cinco anos, Audion não conseguiu nada. Mais uma vez, o telefone desempenharia um papel fundamental no desenvolvimento do relé digital, desta vez resgatando uma tecnologia promissora, mas não testada, que estava à beira do esquecimento.
E novamente o telefone
A rede de comunicações de longa distância era o sistema nervoso central da AT&T. Uniu muitas empresas locais e proporcionou uma vantagem competitiva importante quando as patentes da Bell expiraram. Ao ingressar na rede da AT&T, um novo cliente poderia, em teoria, alcançar todos os outros assinantes a milhares de quilômetros de distância – embora, na realidade, raramente fossem feitas chamadas de longa distância. A rede também foi a base material para a ideologia abrangente da empresa de “Uma Política, Um Sistema, Serviço Único”.
Mas com o início da segunda década do século XX, esta rede atingiu o seu máximo físico. Quanto mais os fios telefônicos se estendiam, mais fraco e barulhento se tornava o sinal que passava por eles e, como resultado, a fala tornava-se quase inaudível. Por causa disso, havia na verdade duas redes da AT&T nos EUA, separadas por uma cordilheira continental.
Para a rede oriental, Nova York era o ponto de referência, e repetidores mecânicos e – uma corda que determinava a distância que uma voz humana poderia viajar. Mas estas tecnologias não eram onipotentes. As bobinas alteraram as propriedades elétricas do circuito telefônico, reduzindo a atenuação das frequências de voz - mas só conseguiram reduzi-la, não eliminá-la. Repetidores mecânicos (apenas um alto-falante telefônico conectado a um microfone amplificador) adicionavam ruído a cada repetição. A linha de 1911 de Nova York a Denver levou esse arnês ao seu comprimento máximo. Não se falava em estender a rede a todo o continente. Contudo, em 1909, John Carty, engenheiro-chefe da AT&T, prometeu publicamente fazer exatamente isso. Ele prometeu fazer isso em cinco anos - quando começou em São Francisco em 1915.
A primeira pessoa a tornar possível tal empreendimento com a ajuda de um novo amplificador telefônico não foi um americano, mas o herdeiro de uma rica família vienense interessada em ciência. Sendo jovem Com a ajuda de seus pais, ele comprou uma empresa fabricante de telefones e começou a fabricar um amplificador telefônico. Em 1906, ele havia feito um relé baseado em tubos de raios catódicos, que naquela época eram amplamente utilizados em experimentos de física (e mais tarde se tornaram a base para a tecnologia de tela de vídeo que dominou o século XX). O fraco sinal de entrada controlava um eletroímã que dobrava o feixe, modulando uma corrente mais forte no circuito principal.
Em 1910, von Lieben e seus colegas, Eugene Reise e Sigmund Strauss, aprenderam sobre o Audione de Forest e substituíram o ímã no tubo por uma grade que controlava os raios catódicos - esse projeto era o mais eficiente e superior a qualquer coisa feita nos Estados Unidos. Estados naquela época. A rede telefônica alemã logo adotou o amplificador von Lieben. Em 1914, graças a ela, um nervoso telefonema foi feito pelo comandante do Exército da Prússia Oriental para o quartel-general alemão, localizado a 1000 quilômetros de distância, em Koblenz. Isto forçou o chefe do Estado-Maior a enviar os generais Hindenberg e Ludendorff para o leste, para a glória eterna e com terríveis consequências. Amplificadores semelhantes mais tarde conectaram o quartel-general alemão com exércitos de campanha no sul e no leste, até a Macedônia e a Romênia.
Uma cópia do relé de raios catódicos aprimorado de von Lieben. O cátodo está na parte inferior, o ânodo é a bobina na parte superior e a grade é a folha metálica redonda no meio.
No entanto, as barreiras linguísticas e geográficas, bem como a guerra, fizeram com que este desígnio não chegasse aos Estados Unidos, e outros acontecimentos rapidamente o ultrapassaram.
Enquanto isso, de Forest deixou a falida Radio Telephone Company em 1911 e fugiu para a Califórnia. Lá ele conseguiu um emprego na Federal Telegraph Company em Palo Alto, fundada por um graduado de Stanford . Nominalmente, de Forest trabalharia em um amplificador que aumentaria o volume da saída de rádio federal. Na verdade, ele, Herbert van Ettan (um experiente engenheiro telefônico) e Charles Logwood (um designer de receptores) decidiram criar um amplificador telefônico para que os três pudessem ganhar um prêmio da AT&T, que, segundo rumores, seria de US$ 1 milhão.
Para isso, de Forest tirou o Audion do mezanino e, em 1912, ele e seus colegas já tinham um aparelho pronto para demonstração na companhia telefônica. Consistia em vários Audions conectados em série, criando amplificação em vários estágios, e vários outros componentes auxiliares. O dispositivo realmente funcionou – poderia aumentar o sinal o suficiente para que você ouvisse um lenço caindo ou o tique-taque de um relógio de bolso. Mas apenas em correntes e tensões muito baixas para serem úteis em telefonia. À medida que a corrente aumentava, os Audions começaram a emitir um brilho azul e o sinal se transformou em ruído. Mas a indústria telefônica estava interessada o suficiente para levar o dispositivo aos seus engenheiros e ver o que eles poderiam fazer com ele. Acontece que um deles, o jovem físico Harold Arnold, sabia exatamente como consertar o amplificador do Telégrafo Federal.
É hora de discutir como a válvula e o Audion funcionavam. A principal informação necessária para explicar o seu trabalho surgiu do Laboratório Cavendish em Cambridge, um think tank para a nova física electrónica. Lá em 1899, J. J. Thomson mostrou em experimentos com tubos de raios catódicos que uma partícula com massa, que mais tarde ficou conhecida como elétron, transporta corrente do cátodo para o ânodo. Nos anos seguintes, Owen Richardson, um colega de Thomson, desenvolveu esta proposta em uma teoria matemática da emissão termiônica.
Ambrose Fleming, um engenheiro que trabalhava a uma curta distância de trem de Cambridge, estava familiarizado com esses trabalhos. Ficou claro para ele que sua válvula funcionava devido à emissão termiônica de elétrons do filamento aquecido, cruzando a lacuna de vácuo até o ânodo frio. Mas o vácuo na lâmpada indicadora não era profundo - isso não era necessário para uma lâmpada comum. Foi o suficiente para bombear oxigênio suficiente para evitar que o fio pegasse fogo. Fleming percebeu que, para que a válvula funcionasse melhor, ela deveria ser esvaziada o mais completamente possível, para que o gás restante não interferisse no fluxo de elétrons.
De Forest não entendeu isso. Desde que ele chegou à válvula e ao Audion por meio de experimentos com o bico de Bunsen, sua crença era o oposto - que o gás ionizado quente era o fluido de trabalho do dispositivo e que sua remoção completa levaria à interrupção da operação. É por isso que o Audion era tão instável e insatisfatório como receptor de rádio, e por que emitia luz azul.
Arnold, da AT&T, estava em uma posição ideal para corrigir o erro de De Forest. Ele era um físico que estudou com Robert Millikan na Universidade de Chicago e foi contratado especificamente para aplicar seu conhecimento da nova física eletrônica ao problema da construção de uma rede telefônica de costa a costa. Ele sabia que o tubo Audion funcionaria melhor em um vácuo quase perfeito, ele sabia que as bombas mais recentes poderiam atingir esse vácuo, ele sabia que um novo tipo de filamento revestido de óxido, junto com uma placa e grade maiores, também poderia aumentar o fluxo de elétrons. Resumindo, ele transformou o Audion em uma válvula a vácuo, o milagre da era eletrônica.
A AT&T tinha um amplificador poderoso necessário para construir uma linha transcontinental – ela simplesmente não tinha os direitos para usá-lo. Representantes da empresa se comportaram de forma incrédula durante as negociações com de Forest, mas iniciaram uma conversa separada por meio de um advogado terceirizado, que conseguiu adquirir os direitos de uso do Audion como amplificador de telefone por US$ 50 (cerca de US$ 000 milhão em dólares de 1,25). A linha Nova Iorque-São Francisco foi inaugurada bem a tempo, mas mais como um triunfo do virtuosismo técnico e da publicidade corporativa do que como um meio de comunicação. O custo das ligações era tão astronômico que quase ninguém conseguia utilizá-las.
Era eletrônica
O verdadeiro tubo de vácuo tornou-se a raiz de uma árvore inteiramente nova de componentes eletrônicos. Assim como o relé, o tubo de vácuo expandiu continuamente suas aplicações à medida que os engenheiros encontravam novas maneiras de adaptar seu projeto para resolver problemas específicos. O crescimento da tribo "-od" não terminou com diodos e triodos. Continuou com , que adicionou uma grade adicional que suportava a amplificação com o crescimento dos elementos do circuito. Em seguida apareceu , , e até mesmo . Tiratrons cheios de vapor de mercúrio apareceram, brilhando com uma sinistra luz azul. As lâmpadas em miniatura têm o tamanho de um dedinho do pé ou até mesmo de uma bolota. Lâmpadas catódicas indiretas nas quais o zumbido da fonte CA não perturbou o sinal. A Saga do Tubo de Vácuo, que narra o crescimento da indústria de tubos até 1930, lista mais de 1000 modelos diferentes por índice – embora muitos fossem cópias ilegais de marcas não confiáveis: Ultron, Perfectron, Supertron, Voltron e assim por diante.
Mais importante que a variedade de formas foi a variedade de aplicações do tubo de vácuo. Circuitos regenerativos transformaram o triodo em um transmissor - criando ondas senoidais suaves e constantes, sem faíscas barulhentas, capazes de transmitir o som perfeitamente. Com um coerente e faíscas em 1901, Marconi mal conseguia transmitir um pequeno pedaço de código Morse através do estreito Atlântico. Em 1915, usando um tubo de vácuo como transmissor e receptor, a AT&T conseguiu transmitir a voz humana de Arlington, Virgínia, para Honolulu – o dobro da distância. Na década de 1920, combinaram a telefonia de longa distância com a transmissão de áudio de alta qualidade para criar as primeiras redes de rádio. Assim, em breve toda a nação poderá ouvir a mesma voz no rádio, seja Roosevelt ou Hitler.
Além disso, a capacidade de criar transmissores sintonizados numa frequência precisa e estável permitiu aos engenheiros de telecomunicações realizar o antigo sonho de multiplexação de frequência que atraiu Alexander Bell, Edison e outros quarenta anos atrás. Em 1923, a AT&T tinha uma linha de voz de dez canais de Nova York a Pittsburgh. A capacidade de transmitir múltiplas vozes através de um único fio de cobre reduziu radicalmente o custo das chamadas de longa distância, que, devido ao seu alto custo, sempre foram acessíveis apenas às pessoas e empresas mais ricas. Vendo o que os tubos de vácuo poderiam fazer, a AT&T enviou seus advogados para comprar direitos adicionais de De Forest, a fim de garantir os direitos de uso do Audion em todos os aplicativos disponíveis. No total, eles pagaram a ele US$ 390 mil, o que no dinheiro de hoje equivale a cerca de US$ 000 milhões.
Com tanta versatilidade, por que os tubos de vácuo não dominaram a primeira geração de computadores da mesma forma que dominaram os rádios e outros equipamentos de telecomunicações? Obviamente, o triodo poderia ser uma chave digital como um relé. Tão óbvio que De Forest até acreditou ter criado o relé antes de realmente criá-lo. E o triodo respondia muito mais do que um relé eletromecânico tradicional porque não precisava mover fisicamente a armadura. Um relé típico exigia alguns milissegundos para mudar, e a mudança no fluxo do cátodo para o ânodo devido à mudança no potencial elétrico na rede era quase instantânea.
Mas as lâmpadas tinham uma desvantagem distinta em relação aos relés: sua tendência, como suas antecessoras, as lâmpadas, de queimar. A vida útil do Audion de Forest original era tão curta - cerca de 100 horas - que continha um filamento sobressalente na lâmpada, que teve que ser conectado após a queima do primeiro. Isso era muito ruim, mas mesmo depois disso, mesmo as lâmpadas da melhor qualidade não poderiam durar mais do que vários milhares de horas. Para computadores com milhares de lâmpadas e horas de cálculos, este era um problema sério.
Os relés, por outro lado, eram “fantasticamente confiáveis”, segundo George Stibitz. Tanto que ele afirmou que
Se um conjunto de relés em forma de U começasse no primeiro ano de nossa era e trocasse um contato uma vez a cada segundo, eles ainda funcionariam hoje. A primeira falha no contato não poderia ser esperada antes de mil anos depois, em algum lugar no ano 3000.
Além disso, não havia experiência com grandes circuitos eletrônicos comparáveis aos circuitos eletromecânicos dos engenheiros telefônicos. Rádios e outros equipamentos podem conter de 5 a 10 lâmpadas, mas não centenas de milhares. Ninguém sabia se seria possível fazer funcionar um computador com 5000 lâmpadas. Ao escolher relés em vez de tubos, os projetistas de computadores fizeram uma escolha segura e conservadora.
Na próxima parte veremos como e por que essas dúvidas foram superadas.
Fonte: habr.com