Alte articole din ciclu:
- Istoria releului
- Istoria calculatoarelor electronice
- Istoria tranzistorului
- Istoria internetului
În am văzut cum prima generație de calculatoare digitale a fost construită pe baza primei generații de comutatoare electrice automate - relee electromagnetice. Dar în momentul în care aceste calculatoare au fost create, în culise a așteptat să iasă în evidență o altă comutatoare digitală. Releul era un dispozitiv electromagnetice (folosind electricitatea pentru a controla un comutator mecanic), iar noua clasă de comutatoare digitale era electronică - bazată pe noile cunoștințe despre electron, apărute la începutul secolului XX. Această știință a delineat că purtătorul forței electrice nu era curentul, nu era unda, nu era câmpul - ci o particulă solidă.
Dispozitivul care a dat naștere erei electronicii, bazată pe această nouă fizică, a devenit cunoscut sub numele de "lampă electronică" [în SUA - vacuum tube, sau "tub cu vid"]. În istoria creării sale sunt implicați două persoane: englezul și americanul . De fapt, originile electronicii sunt mai complexe, se împletesc dintr-o mulțime de fire, traversând Europa și Atlanticul, și se întind înapoi în timp, până la experimentele timpurii cu băncile Leyden din mijlocul secolului XVIII.
Dar în cadrul prezentării noastre, va fi convenabil să abordăm (un joc de cuvinte!) această poveste începând cu Thomas Edison. În anii 1880, Edison a făcut o descoperire interesantă, lucrând la iluminatul electric - această descoperire pregătește scena pentru povestea noastră. De aici a început dezvoltarea ulterioară a lămpilor electronice, necesare pentru două sisteme tehnologice: o nouă formă de transmitere wireless a mesajelor și rețelele telefonice în continuă expansiune.
Prolog: Edison
Edison este în mod obișnuit considerat inventatorul becului electric. Aceasta îi acordă atât multă, cât și prea puțină onoare. Prea mult, deoarece nu doar Edison a inventat lampa strălucitoare. Pe lângă mulțimea de inventatori anteriori, ale căror creații nu au ajuns la utilizare comercială, putem menționa pe Joseph Swan și Charles Stearn din Marea Britanie și pe americanul William Sawyer, care au scos pe piață becurile simultan cu Edison. [O onoare a invenției îi revine și inventorului rus . Lodygin a fost primul care a avut ideia de a pompa aerul dintr-un recipient de sticlă cu lampă, iar mai apoi a propus să folosească un fir incandescent din wolfram rezistent la temperaturi înalte în loc de cărbune sau fibre carbonizate.]. Toate lămpile erau formate dintr-o bulă de sticlă etanșă, în interiorul căreia se afla un fir rezistiv. La conectarea lămpii la circuit, căldura generată de rezistența firului la curent făcea ca acesta să lumineze. Aerul a fost pompat din bulă pentru a preveni aprinderea firului. Lumina electrică era deja cunoscută în marile orașe sub forma , folosite pentru iluminarea unor mari spații publice. Toți acești inventatori căutau o modalitate de a reduce cantitatea de lumină, preluând o particulă strălucitoare din arcul ardent, destul de mică pentru a fi utilizată în case ca înlocuitor pentru lămpile pe gaz, și de a face sursa de lumină mai sigură, mai curată și mai strălucitoare.
Și ceea ce Edison a realizat cu adevărat – sau mai precis, ceea ce laboratorul său industrial a creat – nu a fost doar dezvoltarea unei surse de lumină. Ei au construit un întreg sistem electric pentru iluminarea caselor – generatoare, fire pentru transmiterea curentului, transformatoare etc. Din toate acestea, becul era doar componenta cea mai evidentă și vizibilă. Prezența numelui lui Edison în companiile sale care produceau energie electrică nu era o simplă plecăciune în fața marelui inventator, ca în cazul Bell Telephone. Edison s-a dovedit a fi nu doar un inventator, ci și un arhitect de sisteme. Laboratorul său a continuat să lucreze la îmbunătățirea diferitelor componente ale iluminatului electric chiar și după succesul lor timpurie.
Un exemplar al primelor lămpi ale lui Edison
În timpul cercetărilor din jurul anului 1883, Edison (sau poate unul dintre angajații săi) a decis să închidă în interiorul unei lămpi incandescente, împreună cu filamentul, și o placă metalică. Motivele acestui gest sunt neclare. Poate că a fost o încercare de a elimina întunecarea lămpii – interiorul sticlei bulbului acumula, în timp, o substanță misterioasă de culoare închisă. Inginerul, se pare, spera că aceste particule negre vor fi atrase de placa aflată sub tensiune. Spre surprinderea sa, a descoperit că atunci când placa era conectată la circuit împreună cu capătul pozitiv al filamentului, valoarea curentului care trecea prin filament era direct proporțională cu intensitatea luminii filamentului. Când placa era conectată la capătul negativ al filamentului, nu s-a observat nimic similar.
Edison a decis că acest efect, care a fost numit ulterior efectul Edison sau , poate fi utilizat pentru a măsura sau chiar pentru a controla „forța electromotoare”, sau tensiunea, într-un sistem electric. Din obișnuință, a depus o cerere pentru patentul acestui „indicator electric” și apoi s-a întors la sarcinile mai importante.
Fără fire
Să ne întoarcem cu 20 de ani în viitor, în 1904. În acel moment, în Anglia, John Ambrose Fleming lucra la cererea companiei Marconi pentru a îmbunătăți receptorul de unde radio.
Este important să înțelegem ce era și ce nu era radio în acea vreme, atât din perspectiva instrumentului, cât și din perspectiva practicii. Radio la acea vreme nici măcar nu era numit „radio”, era numit „fără fir”, wireless. Termenul „radio” a devenit predominant abia în anii 1910. În special, se făcea referire la telegrafia fără fir – un sistem de transmitere a semnalelor sub formă de puncte și linii de la emitent la receptor. Principala sa utilizare era comunicarea între nave și serviciile portuare, iar în acest sens era de interes pentru agențiile maritime din întreaga lume.
Unii inventatori din acea vreme, în special, , experimentând cu ideea telefonului radio - transmiterea mesajelor vocale prin aer sub formă de undă continuă. Însă radiodifuziunea, în înțelegerea sa modernă, a apărut abia la 15 ani după aceasta: transmiterea de știri, povești, muzică și alte programe pentru un public larg. Până atunci, natura omnidirecțională a semnalelor radio era considerată o problemă de rezolvat, nu o particularitate de valorificat.
Echipamentele de radio existente la acea vreme erau bine adaptate pentru a funcționa cu codul Morse și slab - pentru orice altceva. Transmițătoarele creau unde Hertz, trimițând o scânteie printr-o întrerupere a circuitului. De aceea, semnalul era însoțit de zgomotul static.
Receiverele recunoșteau acest semnal prin intermediul unui coherer: particule metalice într-un tub de sticlă, care se aglomerau sub influența undelor radio într-o masă continuă, închizând astfel circuitul. Apoi, era necesar să se bată ușor pe tub, pentru a dispersa particulele și a pregăti receverul pentru următorul semnal - inițial se făcea manual, dar în curând au apărut și dispozitive automate pentru aceasta.
În 1905, abia începuseră să apară , cunoscute și sub numele de „mustăți de pisică”. S-a dovedit că, atingând cu un fir un anumit cristal, cum ar fi siliciul, pirita sau , se putea captura un semnal radio din aer. Receiverele rezultate erau ieftine, compacte și accesibile tuturor. Acestea au stimulat dezvoltarea amatorismului radio, în special în rândul tinerilor. Vilaul brusc de activitate pe frecvențe, care a apărut ca urmare, a dus la probleme din cauza împărțirii eterului radio între toți utilizatorii. Discuțiile inocente ale amatorilor puteau interfera accidental cu comunicațiile flotei maritime, iar unii răufăcători reușeau chiar să transmită comenzi false și să trimită semnale de ajutor. Statul a fost inevitabil nevoit să intervină. Așa cum a scris însuși Ambrose Fleming, apariția detectoarelor cristaline
Imediat a dus la o creștere a radiotelegrafiei iresponsabile din cauza nenumăratelor isprăvi ale entuziaștilor electrician și ale elevilor, ceea ce a necesitat o intervenție strictă din partea autorităților naționale și internaționale pentru a menține situația în limitele raționale și sigure.
Din proprietățile electrice neobișnuite ale acestor cristale va apărea, la un moment dat, a treia generație de comutatoare digitale, după relee și lămpi – comutatoare care vor domina lumea noastră. Dar fiecare lucru la vremea lui. Am descris scena, acum să ne întoarcem atenția asupra actorului care tocmai a apărut în lumina reflectorului: Ambrose Fleming, Anglia, 1904.
Valva
În 1904, Fleming era profesor de inginerie electrică la University College London și consultant pentru Marconi Company. Inițial, compania l-a angajat pentru a oferi o evaluare de expert privind construcția unei centrale electrice, dar ulterior s-a ocupat de îmbunătățirea receptorului.
Fleming în 1890
Toată lumea știa că cohererul era un receptor slab în ceea ce privește sensibilitatea, iar detectorul magnetic dezvoltat de Macroni nu era cu mult mai bun. Pentru a-i găsi o înlocuire, Fleming a decis mai întâi să construiască un circuit sensibil pentru detectarea undelor Hertz. Un astfel de dispozitiv, chiar dacă nu devenea un detector de sine stătător, ar fi fost util în cercetările viitoare.
Pentru aceasta, trebuia să găsească o modalitate de a măsura constant intensitatea curentului generat de undele care sosesc, în loc să folosească un coherer discret (care arată doar stările on – unde fărâmițele se agăță, sau off). Dar dispozitivele cunoscute pentru măsurarea intensității curentului – galvanometrele – necesitau un curent continuu, adică, unidirecțional. Curentul alternativ, excitat de undele radio, își schimba direcția atât de repede încât măsurarea nu era posibilă.
Fleming își amintește că în dulapul său se află câteva lucruri interesante – lămpile indicatoare ale lui Edison. În anii 1880, a fost consultant pentru Compania de iluminat electric Edison din Londra, lucrând la problema întunecării lămpilor. Atunci a primit câteva exemplare de la William Price, inginerul șef de electricitate al serviciului poștal britanic, care se întorsese recent de la o expoziție electrică în Philadelphia. La acea vreme, în afara SUA, pentru agențiile poștale, controlul asupra telegrafului și telefonului era ceva obișnuit, de aceea ele erau centre de expertiză în domeniul electricității.
Mai târziu, în anii 1890, Fleming a studiat și el efectul lui Edison, folosind lămpile primite de la Price. A arătat că efectul consta în faptul că curentul circula într-o singură direcție: potențialul electric negativ putea curge de la filamentul cald la electrodul rece, dar nu invers. Dar abia în 1904, când s-a confruntat cu sarcina de a detecta undele radio, a realizat că acest fapt poate fi utilizat în practică. Lampa lui Edison permitea doar impulsurilor de curent alternativ direcționate într-o singură direcție să treacă peste ruptura dintre filament și placă, ceea ce ar oferi un flux constant și unidirecțional.
Fleming a luat o lampă, a conectat-o în serie cu un galvanometru și a pornit un transmițător cu scânteie. Voilà – oglinda s-a rotit, iar raza de lumină s-a mutat pe scală. A funcționat. El putea măsura precis semnalul radio intrat.
Prototipurile valvei lui Fleming. Anodul se află în mijlocul buclei filamentului (catod cald).
Fleming a numit invenția sa „valvă”, deoarece permitea curentul electric să circule doar într-o direcție. Vorbind într-un limbaj electric mai general, era un redresor – o metodă de a transforma curentul alternativ în curent continuu. Apoi, a fost denumită diodă, deoarece avea două electrozi – un catod cald (filamentul), care emitea electricitate, și un anod rece (placa), care o primi. Fleming a introdus câteva îmbunătățiri în design, dar în esență, dispozitivul nu se deosebea de lampa indicatoare fabricată de Edison. Trecerea ei într-o nouă calitate a avut loc ca urmare a schimbării modului de gândire – un fenomen pe care l-am observat de multe ori. Schimbarea a avut loc în lumea ideilor din mintea lui Fleming, nu în lumea lucrurilor din afară.
Singur, valvele Fleming erau utile. Era cel mai bun dispozitiv de câmp pentru măsurarea semnalelor radio și un detector decent pe cont propriu. Însă, nu a schimbat lumea. Creșterea explozivă a electronicii a început abia după ce Lee de Forest a adăugat al treilea electrod și a transformat valva într-un releu.
Ascultare
Lee de Forest a avut o educație neobișnuită pentru un student de la Yale. Tatăl său, reverendul Henry de Forest, era un veteran al războiului civil din New York, pastor , și credea cu tărie că, ca predicator, trebuie să răspândească lumina divină a cunoștințelor și dreptății. Ascultând de chemarea datoriei, a acceptat invitația de a deveni președintele Colegiului Talladega din Alabama. Colegiul a fost fondat după războiul civil de către Asociația Misionarilor Americani, cu sediul în New York. Era destinat să educe și să îndrum localnicii de culoare. Acolo, Lee s-a simțit prins între ciocan și nicovală – localnicii de culoare îl umileau pentru naivitatea și frica sa, iar localnicii albi – pentru că era .
Cu toate acestea, tânărul de Forest și-a dezvoltat o fermă încredere în sine. A descoperit o înclinație spre mecanică și invenții – modelul său la scară al unei locomotive a devenit o minune locală. În adolescență, studiind la Talladega, a decis să-și dedice viața invențiilor. Apoi, fiind tânăr și locuind în orașul New Haven, fiul pastorului și-a abandonat ultimele convingeri religioase. Acestea au dispărut treptat din cauza întâlnirii cu darwinismul și apoi au fost răscolite după moartea timpurie a tatălui său. Totuși, sentimentul de a avea o misiune nu l-a părăsit pe de Forest – se considera un geniu și dorea să devină al doilea Nikola Tesla, bogat, faimos și un magician enigmatic al epocii electrice. Colegii săi de la Universitatea Yale îl considerau un răsfățat vanitos. Poate că ar putea fi numit cel mai puțin popular om întâlnit în istoria noastră.
de Forest, cca. 1900
După ce a absolvit Universitatea Yale în 1899, de Forest a ales să se dedice artei emergente a transmiterii semnalelor fără fir ca o cale către bogăție și celebritate. În decadelor următoare, a mers pe această cale cu mare hotărâre și încredere, fără nicio ezitare. Totul a început cu colaborarea dintre de Forest și partenerul său, Ed Smyth, în Chicago. Smyth a menținut afacerea lor pe linia de plutire prin plăți regulate, iar împreună au dezvoltat un detector de unde radio format din două plăci metalice, unite cu un adeziv pe care de Forest l-a numit „pastă” [goo]. Dar de Forest nu putea aștepta mult timp pentru a-și vedea răsplătită genialitatea. S-a despărțit de Smyth și s-a asociat cu un finanțator suspect din New York, pe nume Abraham White [ironic schimbându-și numele din cel dat la naștere, Schwartz, pentru a-și ascunde afacerile dubioase. White/White – (eng.) alb, Schwarz/Schwarz – (ger.) negru / nota trad.], deschizând compania De Forest Wireless Telegraph Company.
Activitatea companiei era secundară pentru ambii eroi ai noștri. White profita de ignoranța oamenilor pentru a umpleu buzunarele. El a escrocat milioane de la investitori, care încercau din răsputeri să nu rămână în urma așteptatelor creșteri în domeniul radio. De Forest, datorită influxului masiv de fonduri din partea acestor „băieți proști”, s-a concentrat pe dovedirea genialității sale prin dezvoltarea unui nou sistem american de transmitere fără fir a informațiilor (spre deosebire de cel european, dezvoltat de Marconi și alții).
Din păcate pentru sistemul american, detectorul lui de Forest nu funcționa foarte bine. Pentru o vreme, a rezolvat această problemă, împrumutând designul brevetat al lui Reginald Fessenden pentru un detector numit „barretă lichidă” – doi conductori din platină, scufundați într-un recipient cu acid sulfuric. Fessenden a intentat un proces pentru încălcarea brevetului – și a câștigat, evident, acest litigiu. De Forest nu s-a putut liniști până nu a inventat un nou detector, care să îi aparțină doar lui. În toamna anului 1906, a anunțat crearea unui astfel de detector. La două întâlniri diferite ale Institutului American de Inginerie Electrică, de Forest a descris noul său detector fără fir, pe care l-a numit „Audiom”. Dar originea sa reală ridică semne de întrebare.
O vreme, încercările lui de Forest de a construi un nou detector s-au concentrat pe trecerea curentului prin flacără , care, în opinia sa, ar fi putut fi un conductor asimetric. Ideea, aparent, nu a avut succes. La un moment dat în 1905, el a aflat despre supapa Fleming. De Forest s-a convins că această supapă și dispozitivul său bazat pe burnița erau, în principiu, la fel – dacă înlocuiești firul fierbinte cu flacăra și îl acoperi cu un balon de sticlă pentru a restricționa gazul, obții aceeași supapă. El a dezvoltat o serie de patente care repetau povestea invențiilor anterioare suplapăi Fleming prin intermediul detectoarelor bazate pe flacără de gaz. Evident, voia să-și revendice prioritatea în invenție, ocolind patentul lui Fleming, de vreme ce lucrările cu burnița Bunsen precedau munca lui Fleming (au început din 1900).
Nu se poate spune dacă a fost o autoiluzionare sau o fraudă, dar rezultatul a fost patentul lui de Forest din august 1906 pentru „un recipient de sticlă epuizat, conținând doi electrozi separați, între care există un mediu gazos care, la o încălzire suficientă, devine conductor și formează un element sensibil”. Echipamentul și funcționarea dispozitivului îi aparțin lui Fleming, iar explicația modului lui de funcționare – lui de Forest. De Forest a pierdut în cele din urmă disputa privind patentul, deși a durat zece ani.
Cititorul nerăbdător poate începe să se întrebe de ce petrecem atât de mult timp vorbind despre acest om, al cărui auto-declarat geniu consta în a prezenta ideile altora ca fiind ale lui. Motivul este schimbările suferite de Audion în ultimele luni ale anului 1906.
Până la acea vreme, de Forest nu avea un loc de muncă. White și partenerii săi au evitat răspunderea în cazul procesului lui Fessenden, creând o nouă companie, United Wireless, și împrumutându-i activele American De Forest pentru suma de 1 $. De Forest a fost dat afară cu 1000 $ compensație și câteva patente inutile în mână, inclusiv patentul pentru Audion. Obișnuit cu un stil de viață extravagant, s-a confruntat cu dificultăți financiare grave și a încercat disperat să transforme Audion într-un mare succes.
Pentru a înțelege ce s-a întâmplat în continuare, este important să știm că de Forest credea că a inventat un releu – spre deosebire de detectorul lui Fleming. El a creat Audionul conectând o baterie la un plăcuță rece a valvei și credea că semnalul din circuitul antenei (conectat la firul fierbinte) modula o curent mai puternic în circuitul bateriei. Se înșela: acestea nu erau două circuite, bateria doar muta semnalul de la antenă, fără a-l amplifica.
Dar această eroare a devenit critică, deoarece l-a condus pe de Forest la experimente cu un al treilea electrod în tub, care ar trebui să dezvolte și mai mult cele două circuite ale acestui „releu”. La început, el a adăugat un al doilea electrod rece lângă primul, dar apoi, probabil sub influența mecanismelor de control folosite de fizicieni pentru a redirecționa razele în dispozitivele cu fascicul electronic, a mutat electrodul într-o poziție între fir și plăcuța principală. El a decis că această poziție ar putea întrerupe fluxul de electricitate și a schimbat forma celui de-al treilea electrod de la plăcuța la un fir ondulat, asemănător cu un răspuns, numindu-l „grilă”.
Triodul Audion din 1908. Firul (tăiat) din stânga – catod, firul ondulat – grila, plăcuța metalică rotunjită – anod. Acesta are încă un fir, la fel ca o lampă obișnuită.
Și acesta era cu adevărat un releu. Un curent slab (cum ar fi cel de la o antenă radio), aplicat pe grilă, putea controla un curent mult mai puternic între fir și plăcuță, respingând particulele încărcate care încercau să treacă între ele. Acest detector funcționa mult mai bine decât valva, deoarece nu doar că rectifica, ci și amplifica semnalul radio. Și, la fel ca valva (și spre deosebire de cogeneratoare), putea emite un semnal constant, ceea ce permitea crearea nu doar a telegrafului radio, ci și a telefonului radio (iar mai târziu – transmiterea vocii și a muzicii).
În practică, nu funcționa foarte bine. Audionii lui de Forest erau capricioși, se ardeau rapid, iar procesul de fabricație lipsea de consistența calității, iar ca amplificatoare erau ineficiente. Pentru ca un anumit Audion să funcționeze corect, era necesar să se ajusteze parametrii electrici al circuitului.
Cu toate acestea, de Forest credea în invenția sa. Pentru a o promova, a înființat o nouă companie, De Forest Radio Telephone Company, dar vânzările s-au dovedit a fi mizere. Cel mai mare succes a fost vânzarea de echipamente pentru marină, pentru telefonia inter-ship, în timpul croazierei în jurul lumii "". Cu toate acestea, comandantul flotei, neavând timp pentru a face transmițătoarele și receptorii de la de Forest să funcționeze și să instruiască echipajul în utilizarea lor, a ordonat să fie împachetate și lăsate în depozit. Mai mult, noua companie a lui de Forest, condusă de un adept al lui Abraham White, nu era mai onestă decât cea precedentă. În plus față de eșecurile sale, el a fost curând acuzat de fraudă.
În cinci ani, Audion nu a realizat nimic. Și din nou, telefonul va juca un rol esențial în dezvoltarea releului digital, de data aceasta salvând o tehnologie promițătoare, dar neconfirmată, aflată pe punctul de a fi uitată.
Și din nou, telefonul
Rețeaua de comunicații pe distanțe lungi era sistemul nervos central al AT&T. Aceasta conecta între ele numeroase companii locale și oferea un avantaj competitiv cheie după expirarea brevetelor lui Bell. Un nou client, alăturându-se rețelei AT&T, putea teoretic să sune la toți ceilalți abonați, care se aflau la mii de kilometri distanță – deși, de fapt, apelurile pe distanțe mari erau făcute rar. De asemenea, rețeaua era baza materială pentru ideologia cuprinzătoare a companiei „O politică, un sistem, un serviciu universal”.
Dar odată cu începutul celui de-al doilea deceniu al secolului XX, această rețea a ajuns la maximul fizic. Cu cât firele telefonice se întindeau mai departe, cu atât semnalul devenea mai slab și mai zgomotos, iar în cele din urmă, vorbirea devenea practic indistinctă. Din această cauză, în SUA existau de fapt două rețele AT&T, separate de creasta continentală.
Pentru rețeaua estică, lumina era New York, iar repetitorii mecanici și – printr-o legătură care determina cât de departe putea ajunge vocea umană. Dar aceste tehnologii nu erau omnipotente. Bobinele schimbau proprietățile electrice ale circuitului telefonic, reducând atenuarea frecvențelor vocale – dar puteau doar să o reducă, nu să o elimine. Repetitorii mecanici (doar un difuzor telefonic conectat la un microfon amplificator) adăugau zgomot cu fiecare repetare. Linia din 1911 între New York și Denver a dus această legătură la lungimea maximă. A vorbi despre întinderea unei rețele pe întregul continent era de neimaginat. Totuși, în 1909, John Carty, inginerul șef al AT&T, a promis public că va realiza acest lucru. El a promis că va face asta în cinci ani – până la începutul de la San Francisco din 1915.
Primul care a reușit să facă posibil un astfel de proiect cu ajutorul noului amplificator telefonic nu a fost un american, ci un moștenitor al unei familii bogate vieneze, interesat de știință. Fiind tânăr, cu ajutorul fondurilor părinților săi a cumpărat o companie de producție de telefoane și a decis să construiască un amplificator pentru convorbirile telefonice. Până în 1906, el a realizat un releu bazat pe tuburi cu electroni, folosite pe scară largă în experimentele fizice (care mai târziu au devenit baza pentru tehnologia dominantă a ecranelor video din secolul XX). Semnalul slab de intrare era controlat de un electromagnet, care îndoi beam-ul, modulând un curent mai puternic în circuitul principal.
Până în 1910, von Lieben, împreună cu colegii săi, Eugene Reiss și Sigmund Strauss, au aflat despre Audion de Forest și au înlocuit magnetul din tub cu o plasă care controla electronii – acest design a fost cel mai eficient și a depășit toate dezvoltările realizate până atunci în SUA. Rețeaua telefonică germană a adoptat rapid amplificatorul lui von Lieben. În 1914, datorită acestuia, a fost posibil un apel telefonic nervos al comandantului armatei din Prusia de Est către cartierul general german, aflat la 1000 de kilometri distanță, în Coblența. Aceasta l-a determinat pe șeful de stat major să trimită pe generalii Hindenburg și Ludendorff către est, spre gloria eternă și cu consecințe grave. Același amplificator a conectat ulterior cartierul general german cu armatele de pe teren în sud și est, până în Macedonia și România.
O copie a releului catodic avansat von Lieben. Catodul este în partea de jos, anodul – este bobina de sus, iar grila – o folie metalică rotundă în mijloc.
Cu toate acestea, barierele lingvistice și geografice, precum și războiul, au făcut ca acest design să nu ajungă în SUA, iar în curând alte evenimente l-au depășit.
Între timp, de Forest a părăsit compania Radio Telephone în 1911 și a fugit în California. Acolo s-a angajat la compania Federal Telegraph, fondată de un absolvent de la Stanford. Nominal, de Forest ar fi trebuit să lucreze la un amplificator care crește volumul semnalului de ieșire al receptorului radio federal. De fapt, el, Herbert van Etten (un inginer de telefon experimentat) și Charles Logwood (dezvoltatorul receptorului) s-au apucat de construirea unui amplificator telefonic, pentru a câștiga împreună premiul de la AT&T, care, conform zvonurilor, era de 1 milion de dolari.
Pentru aceasta, de Forest a scos Audionul din pod, iar până în 1912 aveau împreună cu colegii săi un dispozitiv gata de prezentare la compania telefonică. Acesta consta din mai multe Audioane conectate în serie, care creau un proces de amplificare în mai multe etape, și câteva componente auxiliare. Dispozitivul, în principiu, funcționa – putea amplifica semnalul suficient de mult încât să auziți cum cade o batista sau cum ticăie un ceas de buzunar. Dar doar cu curenți și tensiuni mult prea mici pentru a fi utile în telefonie. Când curentul creștea, Audioanele începeau să emită o strălucire albastră, iar semnalul se transforma în zgomot. Dar inginerii erau suficient de interesați încât să ofere dispozitivul propriilor lor ingineri și să vadă ce ar putea face cu el. Astfel, s-a întâmplat ca unul dintre ei, tânărul fizician Harold Arnold, să știe exact cum să repare amplificatorul de la Federal Telegraph.
A venit timpul să discutăm despre cum a funcționat valvele și Audionul. Înțelegerea cheie, necesară pentru a explica modul lor de funcționare, a apărut în Laboratorul Cavendish din Cambridge – centrul intelectual al noii fizici electronice. În 1899, J. J. Thomson a arătat în experimentele cu tuburi cu raze catodice că o particulă, care avea masă și care a devenit cunoscută ulterior ca electron, transporta curent de la catod la anod. În următorii câțiva ani, Owen Richardson, colegul lui Thomson, a dezvoltat această ipoteză într-o teorie matematică a emisiei termo-electronice.
Ambrose Fleming, un inginer care lucra la o distanță scurtă cu trenul de Cambridge, era familiarizat cu aceste lucrări. Era clar pentru el că valva sa funcționează datorită emisiilor termo-electronice ale electronilor de la firul încălzit, care traversează golul de vid până la anodul rece. Însă vidul din lampa indicator era superficial – pentru o lampă obișnuită nu era nevoie de mai mult. Era suficient să se elimine atât oxigen, încât firul să nu se aprindă. Fleming a realizat că, pentru a funcționa optim, valva trebuia să fie evitată cât mai complet, astfel încât gazul rămas să nu interfereze cu fluxul de electroni.
De Forest nu a înțeles acest lucru. Deoarece el a ajuns la valve și Audion prin experimente cu arzătorul Bunsen, convingerea lui era opusă – că gazul ionizat și cald era agentul de lucru al dispozitivului, iar eliminarea completă a acestuia ar duce la încetarea funcționării. De aceea, Audionul funcționa atât de instabil și nesatisfăcător ca receptor radio, și de aceea emitea o lumină albastră.
Arnold la AT&T s-a aflat într-o situație ideală pentru a corecta greșelile lui De Forest. Era fizician, studiat sub îndrumarea lui Robert Millikan la Universitatea din Chicago, și a fost angajat special pentru a aplica cunoștințele sale în noua fizică electronică pentru construirea unei rețele telefonice de la coastă la coastă. Știa că lampa Audion ar funcționa cel mai bine într-un vid aproape ideal, știa că cele mai noi pompe pot obține un astfel de vid, și știa că un nou tip de fir, acoperit cu oxid, împreună cu o placă și o plasă mărită, pot de asemenea să crească fluxul de electroni. Pe scurt, el a transformat Audionul într-o lampă electronică, un făcător de minuni al erei electronice.
AT&T a avut un amplificator puternic necesar pentru construcția liniei transcontinentale – însă lipseau drepturile de utilizare. Reprezentanții companiei s-au comportat cu neîncredere în timpul negocierilor cu de Forest, dar au inițiat o conversație separată prin intermediul unui avocat, care a reușit să obțină drepturile de utilizare a Audion ca amplificator telefonic pentru 50.000 USD (aproximativ 1,25 milioane USD în dolari 2017). Linia New York – San Francisco s-a deschis exact la timp, însă mai degrabă ca un triumf al virtuozității tehnice și al publicității corporative, decât ca un mijloc de comunicare. Costul convorbirilor era atât de exorbitant, încât aproape nimeni nu putea să o folosească.
Era electronică
Verele electronice au devenit rădăcina unei veri complet noi de componente electronice. Ca și releele, verile electronice au continuat să extindă posibilitățile de aplicare, pe măsură ce inginerii găseau noi metode de a adapta construcția lor pentru a rezolva sarcini specifice. Creșterea tribului „-ode” nu s-a încheiat cu diodele și triodele. Aceasta a continuat cu , care a adăugat o plasă suplimentară, sprijinind amplificarea pe măsură ce elementele din circuit au crescut. Apoi au apărut , , și chiar . Au apărut tritoare umplute cu vapori de mercur, strălucind cu o lumină sinistră albastră. Lămpile miniaturale de mărimea unui deget mic sau chiar a unei ghinde. Lămpile cu catod cu încălzire indirectă, în care zumzetul sursei de curent alternativ nu deranja semnalul. Cartea „Saga tubului vid” [Saga of the Vacuum Tube], care descrie creșterea industriei lămpilor până în 1930, enumeră peste 1000 de modele diferite în funcție de indicele lor – deși multe dintre ele erau copii ilegale de la branduri de încredere îndoielnică: Altron, Perfectron, Supertron, Voltron, etc.
Mai important decât diversitatea formelor a fost diversitatea utilizărilor tubului electronic. Schemele regenerative transformau triodul într-un transmițător – care crea unde sinusoidale netede și constante, fără scântei zgomotoase, capabil să transmită perfect sunetul. Cu un coherer și scântei, în 1901, Marconi abia putea transmite un mic fragment din codul Morse peste o porțiune îngustă a Atlanticului. În 1915, cu ajutorul tubului electronic ca transmițător și receptor, AT&T putea transmite vocea umană din Arlington, Virginia, până în Honolulu – o distanță de două ori mai mare. Până în anii 1920, ei au combinat telefonia pe distanțe lungi cu radiodifuzarea de înaltă calitate și au creat primele rețele de radio. Astfel, în curând toată națiunea putea asculta la radio aceeași voce, fie că era Roosevelt sau Hitler.
Mai mult, capacitatea de a crea transmițători reglate pe o frecvență precisă și stabilă a permis inginerilor de telecomunicații să realizeze visul de mult timp despre multiplexarea frecvențelor, care i-a atras pe Alexander Bell, Edison și alții acum patruzeci de ani. Până în 1923, AT&T avea o linie vocală cu zece canale de la New York la Pittsburgh. Posibilitatea de a transmite multe voci printr-un singur cablu de cupru a redus radical costul apelurilor de lungă distanță, care, din cauza costurilor ridicate, fusese accesibilă doar celor mai bogați oameni și întreprinderi. Văzând ce pot face tuburile electronice, AT&T și-a trimis avocații să achiziționeze drepturi suplimentare de la de Forest, pentru a asigura drepturile de utilizare a Audionului în toate domeniile de aplicare disponibile. În total, ei i-au plătit 390.000 de dolari, ceea ce, în banii de astăzi, este echivalent cu aproximativ 7,5 milioane de dolari.
De ce, având atât de multe variante, tuburile electronice nu au dominat prima generație de calculatoare, așa cum au dominat în radio și alte echipamente de telecomunicații? Este evident că triodul ar fi putut fi un comutator digital la fel de bine ca releul. Atât de evident, încât de Forest a crezut chiar că a creat releul înainte de a-l crea de fapt. Și triodul era mult mai receptiv decât releul electromechanical tradițional, deoarece nu avea nevoie să mute fizic un angrenaj. Un releu tipic necesita câteva milisecunde pentru a comuta, în timp ce schimbarea fluxului de la catod la anod din cauza modificării potențialului electric pe grilă era aproape instantanee.
Însă tuburile aveau un dezavantaj evident față de relee: tendința lor, similar cu cea a predecesorilor lor, becurile electrice, de a se ars. Timpul de viață al originalului Audion al lui de Forest era atât de mic – aproximativ 100 de ore – încât în tub era inclusă o filament de rezervă care trebuia conectată după ce prima se ardea. Aceasta era o problemă majoră, dar chiar și de la cele mai bune tuburi nu se putea aștepta o viață mai lungă de câteva mii de ore. Pentru calculatoarele cu mii de tuburi și ore de calcul, aceasta era o problemă serioasă.
Releele, dimpotrivă, erau, conform lui George Stibitz, "fantastic de fiabile". Atât de mult, încât a susținut că
Dacă un set de relee în formă de U ar fi început să funcționeze în anul 1 d.Hr. și ar fi comutat un contact o dată pe secundă, el ar fi continuat să funcționeze și în prezent. Prima defecțiune a contactului ar fi putut fi așteptată nu mai devreme de o mie de ani, undeva prin anul 3000.
Mai mult, nu exista experiență în utilizarea unor scheme electronice mari, comparabile cu cele electromechanice folosite de inginerii de telecomunicații. Recepătoarele radio și alte echipamente ar putea conține 5-10 tuburi, dar nu sute de mii. Nimeni nu știa dacă ar fi fost posibil să se facă un calculator să funcționeze cu 5000 de tuburi. Alegând releele în loc de tuburi, dezvoltatorii de calculatoare au făcut o alegere sigură și conservatoare.
În partea următoare, vom vedea cum și de ce aceste îndoieli au fost depășite.
Sursa: habr.com
