Ďalšie články cyklu:
- História relé
- História elektronických počítačov
- História tranzistora
- História internetu
V Videli sme, ako bola prvá generácia digitálnych počítačov postavená na základe prvej generácie automatických elektrických prepínačov – elektromagnetických relé. No v čase, keď sa tieto počítače vytvorili, za kulisami čakal na svoje vystúpenie ďalší digitálny prepínač. Relé bolo elektromagnetickým zariadením (využívajúcim elektrinu na ovládanie mechanického prepínača), zatiaľ čo nový druh digitálnych prepínačov bol elektronický – založený na nových poznatkoch o elektróne, ktoré sa objavili na začiatku 20. storočia. Táto veda označila, že nositeľom elektrickej sily nebol prúd, vlna, pole – ale pevná častica.
Zariadenie, ktoré priviedlo éru elektroniky, založenej na tejto novej fyzike, sa stalo známym ako „elektrónová lampa“ [v USA – vacuum tube, alebo „vakuová trubica“]. V histórii jej vzniku sa podieľajú dvaja muži: Angličan a Američan . V skutočnosti je pôvod elektroniky zložitější, spletený z množstva nití, prechádzajúcich Európou a Atlantikom, a siaha späť do minulosti, až k raným experimentom s Leydenovými nádobami v polovici 18. storočia.
Ale v rámci našej prezentácie bude pohodlné osvetliť (vtip!) tento príbeh, počínajúc Thomasom Edisonem. V 80. rokoch 19. storočia Edison urobil zaujímavý objav, pracujúc na elektrickom osvetlení – toto objavenie pripravuje scénu pre náš príbeh. Odtiaľ sa odviedlo ďalšie rozvoj elektronových lámp, ktoré boli potrebné pre dve technologické systémy: novú formu bezdrôtového prenosu správ a neustále sa rozširujúce telefónne siete.
Prológ: Edison
Edisona zvyčajne považujú za vynálezcu elektrickej žiarovky. To mu zároveň robí príliš veľa a príliš málo cti. Príliš veľa, pretože žiarivú lampu nevymyslel sám. Okrem množstva predchodcov, ktorých vynálezy nedosiahli komerčné uplatnenie, môžeme spomenúť Joseph Swan a Charlesa Sturta z Británie a Američana Williama Sawyer, ktorí uviedli na trh žiarovky súčasne s Edisonom. [Česť vynálezu patrí aj ruskému vynálezcovi . Lodygin bol prvý, kto prišiel na myšlienku vyčerpať vzduch zo sklenenej lampovej baňky a naviac navrhol robiť žiarovkový vodič nie z uhlia alebo karbonizovaných vlákien, ale z ťažko topiteľného volfrámu / pozn. prekl.]. Všetky lampy pozostávali zo zapecenej sklenenej baňky, vo vnútri ktorej sa nachádzala rezistívna niť. Pri zapnutí lampy v obvode teplo, ktoré vznikalo vďaka odporu nite prúdu, nútilo ju svietiť. Z baňky bol vyčerpaný vzduch, aby sa niť nezapálila. Elektrické svetlo už bolo známe vo veľkých mestách vo forme , ktoré sa používali na osvetlenie veľkých verejných miest. Všetci títo vynálezcovia hľadali spôsob, ako znížiť množstvo svetla, pričom brali z horiacej oblúka jasnú časť, dostatočne malú na to, aby sa mohla použiť v domácnostiach ako náhrada plynových lám, a urobiť zdroj svetla bezpečnejším, čistejším a jasnejším.
A čo Edison naozaj urobil – presnejšie, čo vytvorila jeho priemyselná laboratórium – to nebolo len vytvorenie zdroja svetla. Vytvorili celú elektrickú sústavu na osvetlenie domov – generátory, drôty na prenos prúdu, transformátory, atď. Z toho všetkého bola žiarovka len najočividnejšou a najviditeľnejšou súčasťou. Prítomnosť mena Edisona v jeho spoločnostiach vyrábajúcich elektrinu nebola len prostým poklonením sa pred veľkým vynálezcom, ako v prípade Bell Telephone. Edison sa ukázal nielen ako vynálezca, ale aj ako systémový architekt. Jeho laboratórium pokračovalo vo vývoji rôznych komponentov elektrického osvetlenia aj po ich skorých úspechoch.
Exemplár raných žiaroviek Edisona
V priebehu výskumov niekde v roku 1883 Edison (alebo možno niektorý z jeho zamestnancov) sa rozhodol umiestniť do svietiacej žiarovky spolu s vláknom aj kovovú platňu. Dôvody tohto kroku nie sú jasné. Možno to bola snaha odstrániť zatemnenie žiarovky – vnútro skleneného obalu si časom hromadilo záhadnú tmavú substanciu. Inžinier pravdepodobne dúfal, že tieto čierne častice budú priťahované k platni pod napätím. Prekvapilo ho, že keď bola platňa zapojená do obvodu spolu s kladným koncom vlákna, prúd prechádzajúci cez vlákno bol priamo úmerný intenzite jeho žiarenia. Pri pripojení platne k zápornému koncu vlákna nič podobné nebolo pozorované.
Edison sa rozhodol, že tento efekt, neskôr nazvaný Edisonov efekt alebo , sa dá využiť na meranie alebo dokonca ovládanie „elektrickej sily“, alebo napätia v elektrickom systéme. Z návyku podal prihlášku na patent tohto „elektrického indikátora“ a potom sa vrátil k dôležitejším úlohám.
Bezdrôtovo
Presunieme sa o 20 rokov do budúcnosti, do roku 1904. V tom čase v Anglicku John Ambrose Fleming pracoval na príkaz Marconi Company na vylepšení prijímača rádiových vĺn.
Je dôležité pochopiť, čím rádio vtedy bolo a čím nebolo, a to z pohľadu nástroja aj praktiky. Rádio vtedy ani nenazývali „radio“, ale nazývali ho „bezdrôtové“. Termín „rádio“ sa stal prevládajúcim až v 10. rokoch 20. storočia. Konkrétne sa myslel bezdrôtový telegraf – systém prenosu signálov vo forme bodov a čiar z odosielateľa k prijímateľovi. Jeho hlavné využitie bolo v komunikácii medzi plavidlami a prístavnými službami a v tomto zmysle sa oň zaujímali námorné úrady celého sveta.
Niektorí vynálezcovia tej doby, konkrétne , experimentovali s myšlienkou rádiotelefónu – prenášania hlasových správ vzduchom vo forme nepretržitej vlny. Ale masové vysielanie v súčasnom ponímaní vzniklo až o 15 rokov neskôr: prenos správ, príbehov, hudby a iných programov pre široké publikum. Predtým bola všesmerová povaha rádiových signálov považovaná za problém, ktorý treba vyriešiť, nie za vlastnosť, ktorú možno využiť.
Existujúce rádio vybavenie v tej dobe bolo dobre prispôsobené na prácu s Morseovou abecedou a zle – na všetko ostatné. Vysielače vytvárali Hertzove vlny, posielajúc iskru cez prerušenie v obvode. Preto bol signál sprevádzaný praskotom statiky.
Prijímače rozpoznávali tento signál cez koherer: kovové piliny v sklenenej trubici, ktoré sa pod vplyvom rádiových vĺn zhlukovali do nepretržitej hmoty a tak uzatvárali obvod. Potom bolo potrebné na sklo zaklopať, aby sa piliny rozpadli a prijímač bol pripravený na ďalší signál – najprv to robili ručne, ale čoskoro sa objavili aj automatické zariadenia.
V roku 1905 sa začali objavovať , známe aj ako „mačací fúzik“. Ukázalo sa, že stačí dotknúť sa vodičom určitého kryštálu, napríklad kremíka, železného chalkopyritu alebo , aby sa dal zachytiť rádiový signál. Výsledné prijímače boli lacné, kompaktne a dostupné pre každého. Podporovali rozvoj rádióamatérstva, najmä medzi mládežou. Náhly nárast obsadenosti éteru, ktorý z toho vznikol, spôsobil problémy, pretože rádioéter bol rozdelený medzi všetkých používateľov. Nevinné rozhovory amatérov sa mohli náhodne prekryť s rokovaniami námorníctva, a niektorí výtržníci dokonca dokázali posielať falošné príkazy a signály o pomoc. Štát musel nevyhnutne zasiahnuť. Ako napísal sám Ambrose Fleming, objavenie krystalických detektorov
Okamžite to viedlo k nárastu nezodpovedného rádiotelegrafu kvôli výstrelkom nespočetných nadšencov a študentov, čo vyžadovalo prísne zasahovanie národných a medzinárodných orgánov na udržanie situácie v rozumných a bezpečných medziach.
Z neobyčajných elektrických vlastností týchto kryštálikov sa v určitom čase objaví tretia generácia digitálnych spínačov, po relé a lampách – spínače, ktoré dominujú v našom svete. Ale všetkému svoj čas. Opísali sme scénu, teraz vráťme všetku pozornosť k hercovi, ktorý sa práve objavil na svetle reflektorov: Ambrose Fleming, Anglicko, 1904.
Ventil
V roku 1904 bol Fleming profesorom elektrotechniky na University College London a konzultantom pre spoločnosť Marconi. Pôvodne ho spoločnosť najala na získanie odborného posudku pri výstavbe elektrárne, ale potom sa pustil do úlohy zlepšenia prijímača.
Fleming v roku 1890
Všetci vedeli, že koherér bol zlým prijímačom z hľadiska citlivosti a magnetický detektor vyvinutý v spoločnosti Marconi nebol zvlášť lepší. Aby mu našiel náhradu, Fleming sa najprv rozhodol postaviť citlivý obvod na detekciu Hertzových vĺn. Takéto zariadenie, aj keď sa samo o sebe nestane detektorom, bude užitočné v budúcich výskumoch.
Na to potreboval vymyslieť spôsob, ako neustále merať prúd, ktorý vytvárali prichádzajúce vlny, namiesto použitia diskrétneho koheréra (zobrazoval iba stavy zapnuté – kde sa piliny spojili, alebo vypnuté). Ale známe prístroje na meranie prúdu – galvanometre – vyžadovali na svoju činnosť jednosmerný, teda jednosmerný prúd. Striedavý prúd vzbudený rádiovlnami menil smer tak rýchlo, že by sa nedalo vykonať žiadne meranie.
Fleming si spomenul, že v jeho skrini sa niekoľko zaujímavých vecí zaprášilo – indikátorové lampy Edisona. V 80. rokoch 19. storočia bol konzultantom pre Edisonovu elektrickú osvetľovaciu spoločnosť v Londýne a pracoval na probléme černania žiaroviek. Vtedy dostal niekoľko kópií indikátora, možno od Williama Prisa, hlavného inžiniera britskej poštovej služby, ktorý sa práve vrátil z elektrickej výstavy vo Philadelphii. V tom čase bol pre poštové služby mimo USA dohľad nad telegrafom a telefónom bežným javom, takže sa stali centrami elektrotechnickej expertízy.
Neskôr, v 90. rokoch, Fleming sám skúmal Edisonov efekt, pričom používal lampy získané od Prisa. Ukázal, že efekt spočíval v tom, že prúd tiekol jedným smerom: negatívny elektrický potenciál mohol prúdiť z horúceho vlákna na studený elektród, ale nie naopak. Až v roku 1904, keď sa pred ním objavila úloha detekcie rádiových vĺn, si uvedomil, že tento fakt možno využiť v praxi. Edisonov indikátor umožní iba smerovaným jednosmerným impulzom prekonávať medzeru medzi vláknom a doskou, čo spôsobí stály a jednosmerný prúd.
Fleming vzal jednu lampu, spojil ju sériovo s galvanometrom a zapol iskrivý vysielač. Voilà – zrkadlo sa otočilo a lúč svetla sa posunul na stupnici. Fungovalo to. Mohol presne zmerať prichádzajúci rádiový signál.
Prototypy Flemingovho ventilu. Anód je umiestnený uprostred vláknovej slučky (horúceho katódu).
Fleming nazval svoje vynálezy "ventil", pretože prepúšťal elektrinu iba jedným smerom. Hovorí sa o tom všeobecným elektrotechnickým jazykom, bol to usmerňovač – spôsob, ako prevádzať striedavý prúd na jednosmerný. Neskôr ho nazvali diódom, pretože mal dva elektródy – horúci katód (vlákno), ktorý vyžaroval elektrinu, a studený anód (doska), ktorý ju prijímal. Fleming do dizajnu zaviedol niekoľko vylepšení, ale v podstate sa zariadenie nelíšilo od indikátorovej lampy vyrobenej Edisonom. Jeho prechod na novú kvalitu nastal v dôsledku zmeny prístupu – takéto javy sme už viackrát videli. Zmena sa udiala vo svete myšlienok v hlave Fleminga, nie vo svete vecí mimo nej.
Sám o sebe bol Flemningov ventil užitočný. Bola to najlepšia terénna jednotka na meranie rádiových signálov a celkom dobrý detektor. Ale svet nezmenil. Explozívny rast elektroniky začal až po tom, čo Lee de Forest pridal tretí elektród a premenil ventil na relé.
Počúvanie
Lee de Forest mal nezvyčajné vzdelanie pre študenta z Yale. Jeho otec, reverend Henry de Forest, bol veteránom občianskej vojny z New Yorku, pastorom , a sväte ver rovnal, že ako kazateľ musí šíriť božské svetlo poznania a spravodlivosti. V súlade s povolaním prijal pozvanie stať sa prezidentom Talladega College v Alabame. College bol založený po občianskej vojne Americkou misionárskou asociáciou so sídlom v New Yorku. Bol určený na vzdelávanie a vedenie miestnych černošských obyvateľov. Tam Lee pocítil, že je medzi kladivom a anvilom – miestni černosi ho zosmiešňovali za naivitu a zbabranosť, zatiaľ čo miestni bieli ho kritizovali za to, že bol .
A predsa, mladík de Forest si vybudoval pevnú sebadôveru. Objavil v sebe sklon k mechanike a vynálezom – jeho rozšírený model lokomotívy sa stal miestnym zázrakom. Ešte v teenagere, zatiaľ čo sa učil v Talladege, sa rozhodol zasvätiť svoj život vynálezom. Potom, ako mladý muž žijúci v New Haven, syn pastora sa zbavil posledných náboženských presvedčení. Tieto postupne zmizli vplyvom darwinizmu a potom ich akoby vietor odniesol po predčasnej smrti jeho otca. Ale pocit, že má poslanie, neopúšťal de Foresta – považoval sa za génia a snažil sa stať druhým Nikolom Teslom, bohatým, slávnym a tajomným kúzelníkom éry elektriny. Jeho spolužiaci z Yale ho považovali za spokojného pátorci. Možno ho možno nazvať najmenej obľúbenou osobou zo všetkých, ktoré sa v našej histórii stretli.
de Forest, ok. 1900
Po ukončení štúdia na Yale v roku 1899 si de Forest zvolil osvojenie sa s narastajúcim umením bezdrôtového prenosu signálov ako cestu k bohatstvu a sláve. V nasledujúcich desaťročiach sa s veľkým odhodlaním a sebavedomím vydal touto cestou bez akýchkoľvek pochybností. Všetko začalo spoluprácou de Foresta a jeho partnera Eda Smita v Chicagu. Smit udržiaval ich podnikanie nad vodou pravidelnými platbami a spoločne vyvinuli vlastný detektor rádiových vĺn, ktorý sa skladal z dvoch kovových dosiek spojených lepidlom, ktoré de Forest nazval "pasta" [goo]. Ale de Forest nemohol dlho čakať na odmenu za svoju genialitu. Zbavil sa Smita a spojil sa so sporným finančníkom z New Yorku menom Abraham White [ironicky zmenil svoje meno z toho, ktoré mu bolo dané pri narodení, Schwarz, aby skryl svoje temné obchody. White – (angl.) biely, Schwarz – (nem.) čierny / pozn. prekl.], otvoril spoločnosť De Forest Wireless Telegraph Company.
Samotná činnosť spoločnosti bola pre oboch našich hrdinov sekundárna. White využíval nevedomosť ľudí na naplnenie svojich vreciek. Vydával milióny od investorov, ktorí sa snažili nezmeškať očakávaný boom rádia. A de Forest, vďaka hojnosti prostriedkov spomínaných "hlupákov", sa sústredil na to, aby dokázal svoju genialitu prostredníctvom vývoja novej americkej sústavy bezdrôtového prenosu informácií (na rozdiel od európskej, ktorú vyvinuli Marconi a iní).
Bohužiaľ pre americký systém detektor de Foresta nefungoval veľmi dobre. Na nejaký čas túto problém vyriešil, keď si požičal patentovaný dizajn Reginalda Fessendena na detektor nazývaný "kvapalný barret" – dva platinové vodiče ponorené v vaničke so sírovou kyselinou. Fessenden podal žalobu na porušenie patentu – a tento spor by zjavne vyhral. De Forest sa nemohol upokojiť, pokiaľ nevymyslel nový detektor, ktorý by patril len jemu. Na jeseň 1906 oznámil vytvorenie takého detektora. Na dvoch rôznych stretnutiach v Americkom inštitúte elektrotechniky de Forest opísal svoj nový bezdrôtový detektor, ktorý nazval "Audion". Ale jeho skutočný pôvod vyvoláva pochybnosti.
Nekoľko rokov sa de Forest pokúšal vytvoriť nový detektor, ktorý by fungoval na princípe prechodu elektrického prúdu cez plameň. , ktorý, podľa neho, mohol byť asymetrickým vodičom. Jeho myšlienka, zdá sa, nebola úspešná. V určitom momente v roku 1905 sa dozvedel o Flemingovom ventile. De Forest sa presvedčil, že tento ventil a jeho zariadenie založené na horáku v zásade nie sú ničím odlišné - ak by bola horúca vlákno nahradené plameňom a zakryté sklenenou nádobou na obmedzenie plynu, dostal by sa k rovnakému ventilu. Vyvinul sériu patentov, ktoré zopakovali príbeh predchádzajúcich vynálezov pred Flemingovým ventilom pomocou detektorov založených na plynovom plameni. Očividne chcel prevziať prvenstvo za vynález a obísť Flemingov patent, pretože práca s Bunsenovým horákom predchádzala práci Fleminga (začala sa v roku 1900).
Nie je možné povedať, či išlo o sebaosvietenie alebo podvod, ale výsledkom bol de Forestov patent z augusta 1906 na „vyprázdnenú sklenenú nádobu obsahujúcu dva oddelené elektródy, medzi ktorými existuje plynové prostredie, ktoré pri dostatočnom zahriatí sa stáva vodičom a vytvára citlivý prvok“. Zariadenie a fungovanie zariadenia patria Flemingovi, zatiaľ čo vysvetlenie jeho fungovania patrí de Forestovi. De Forest nakoniec prehral patentový spor, aj keď to trvalo desať rokov.
Netrpezlivý čitateľ už môže začať zaujímať, prečo trávime toľko času týmto človekom, ktorého sebaustanovený génius spočíval v predstavení cudzích myšlienok ako svojich. Dôvodom sú tie transformácie, ktoré prešiel Audion v posledných mesiacoch roku 1906.
V tom čase de Forest nemal prácu. White a partneri sa vyhli zodpovednosti za žalobu Fessendena a založili novú spoločnosť United Wireless a prenajali jej aktíva American De Forest za sumu 1 $. De Forest bol vyhodený s odstupným 1000 $ a niekoľkými nepoužiteľnými patentami, vrátane patentu na Audion. Zvyknutý na rozhadzovací spôsob života sa stretol so vážnymi finančnými ťažkosťami a beznádejne sa snažil zmeniť Audion na veľký úspech.
Aby ste pochopili, čo sa stalo ďalej, je dôležité vedieť, že de Forest považoval za objavenie relé – na rozdiel od Flemingovho usmerňovača. Urobil svoj Audion pripojením batérie k studenej doske ventilu, a mylne si myslel, že signál v anténovom obvode (spojenom s horúcou niťou) moduloval mocnejší prúd v obvode batérie. Mýlil sa: nešlo o dva obvody, batéria len posúvala signál z antény, a nie ho zosilňovala.
Ale táto chyba sa stala kritickou, pretože priviedla de Foresta k experimentovaniu s tretím elektródou v baňke, ktorá mala ešte viac oddeliť dve schémy tohto „relé“. Spočiatku pridával druhú studenú elektródu vedľa prvej, ale potom, pravdepodobne pod vplyvom ovládacích mechanizmov používaných fyzikmi na odklon lúčov v elektronových zariadeniach, posunul elektródu na miesto medzi niťou a primárnou doskou. Rozhodol sa, že takéto umiestnenie môže prerušovať prúd elektriny, a zmenil tvar tretej elektródy z dosky na zvlnený drôt, pripomínajúci rašper – a nazval ju „mriežkou“.
Triód Audion z roku 1908. Niť (pretrhnutá) vľavo – katóda, zvlnený drôt – mriežka, zaoblená kovová doska – anóda. Stále má závit, ako bežná žiarovka.
A to už naozaj bolo relé. Slabý prúd (taký, aký produkuje rádioanténa), ktorý sa podal na mriežku, mohol ovládať oveľa silnejší prúd medzi niťou a doskou, odpudzujúc nabité častice snažiace sa prechádzať medzi nimi. Tento detektor pracoval mnohem lepšie ako ventil, pretože nielenže usmerňoval, ale aj zosilňoval rádiový signál. A rovnako ako ventil (a na rozdiel od koheréra) mohol vydávať stály signál, čo umožnilo vytvárať nielen rádiotelegraf, ale aj rádiotelefón (a neskôr prenos hlasu a hudby).
V praxi však nefungoval obzvlášť dobre. Audiony de Foresta boli rozmarné, rýchlo sa spálili, pri ich výrobe chýbala stálosť kvality a ako zosilňovače boli neefektívne. Aby konkrétny Audion správne fungoval, bolo potrebné prispôsobiť k nemu elektrické parametre schémy.
Napriek tomu veril de Forest vo svoje vynález. Na jeho propagáciu založil novú spoločnosť, De Forest Radio Telephone Company, no predaj sa ukázal ako bezvýznamný. Najväčším úspechom bolo predaj zariadení námorníctvu na vnútorné telefonovanie počas okružnej plavby „“. Avšak veliteľ flotily, nemajúc čas na to, aby dostal de Forestove prenosné a prijímacie zariadenia do chodu a vytrénoval posádku ich používať, prikázal ich zabaliť a ponechať v sklade. Navyše, nová de Forestova spoločnosť, vedená nasledovníkom Abrahama Whitea, nebola o nič čestnejšia než predchádzajúca. Okrem svojich neúspechov sa čoskoro dostal pod obvinenie z podvodu.
Za päť rokov Audion nič nedosiahol. A opäť zohral telefón kľúčovú úlohu vo vývoji digitálneho relé, tentoraz zachraňujúc sľubnú, ale neskúmanú technológiu, ktorá bola na pokraji zabudnutia.
A opäť telefón
Telekomunikačná sieť na dlhé vzdialenosti bola centrálna nervová sústava AT&T. Prepájala množstvo miestnych spoločností a poskytovala kľúčovú konkurenčnú výhodu po vypršaní patentov Bellu. Pripojením k sieti AT&T mohol nový klient teoreticky zavolať všetkým ostatným predplatiteľom, ktorí boli tisíce kilometrov od neho – hoci v skutočnosti sa telefonáty na dlhé vzdialenosti robili zriedka. Sieť bola tiež hmatateľným základom pre prevastnú ideológiu spoločnosti „Jedna politika, jeden systém, univerzálny servis.“
Ale s nástupom druhého desaťročia dvadsiateho storočia sa táto sieť dostala na fyzické maximum. Čím ďalej ťahané telefónne káble, tým slabší a hlučnejší sa stal signál, ktorý nimi prechádzal, a nakoniec bola reč prakticky neodlíšiteľná. Z tohto dôvodu boli v USA v skutočnosti dve siete AT&T, oddelené kontinentálnym hrebeňom.
Pre východnú sieť bol kolískom New York, a mechanické opakovače a – väzbou, ktorá určovala, ako ďaleko mohol dosiahnuť ľudský hlas. Tieto technológie však neboli všemocné. Cievky menili elektrické vlastnosti telefónneho obvodu, čím znižovali attenuáciu hlasových frekvencií – ale mohli ju len znížiť, nie odstrániť. Mechanické repetítory (len telefónny reproduktor spojený s zosilňujúcim mikrofónom) pridávali šum s každým opakovaním. Linka z roku 1911 z New Yorku do Denveru však priniesla túto väzbu do maximálnej dĺžky. O možnosti natiahnuť sieť cez celý kontinent nemohla byť ani reč. Napriek tomu v roku 1909 John Carthy, hlavný inžinier AT&T, verejne sľúbil urobiť práve to. Sľúbil, že to stihne za päť rokov – do začiatku v San Franciscu v roku 1915.
Prvým, kto uspel s realizáciou takéhoto podniku pomocou nového telefónneho zosilňovača, nebol Američan, ale dedič bohatého viedenského rodu, ktorý sa zaujímal o vedu. Ako mladý, s pomocou prostriedkov svojich rodičov kúpil výrobnú spoločnosť telefónov a rozhodol sa vytvoriť zosilňovač pre telefónne hovory. V roku 1906 vyrobil relé na báze elektronických trubíc, ktoré sa v tom čase bežne používali vo fyzikálnych experimentoch (následne sa stali základom pre dominujúcu technológiu videovzťahov 20. storočia). Slabý prichádzajúci signál kontroloval elektromagnet, ktorý ohýbal lúč a moduloval silnejší prúd v hlavnom obvode.
Do roku 1910 sa von Lieben s kolegami, Eugene Reitzom a Zigmundom Straussom, dozvedeli o Audionovi de Forest a nahradili magnet v trubici mriežkou, ktorá kontrolovala katódové lúče – tento dizajn bol najefektívnejší a prekonal všetky doteraz vyvinuté návrhy v USA. Nemecká telefónna sieť čoskoro prevzala zosilňovač von Liebena. V roku 1914 vďaka nemu mohla prebehnúť nervózna telefonická výzva veliteľa Východopruského vojenského zboru do nemeckého štábu, ktorý sa nachádzal 1000 kilometrov od neho v Koblenzi. To prinútilo náčelníka štábu poslať generálov Hindenburga a Ludendorfa na východ, k večnej sláve a s ťažkými následkami. Podobné zosilňovače neskôr spojili nemecký štáb s poľnými armádami na juhu a východe až po Makedóniu a Rumunsko.
Kópia zdokonaleného katódového relé von Líbena. Katóda je dole, anóda – je cievka hore a mriežka – je guľatá kovová fólia v strede.
Avšak jazykové a geografické bariéry, ako aj vojna, spôsobili, že takýto dizajn sa nedostal do USA a čoskoro ho predbehli iné udalosti.
A v medzičase de Forest opustil upadajúcu Radio Telephone Company v roku 1911 a utiekol do Kalifornie. Tam sa zamestnal vo Federálnej telegrafnej spoločnosti v Palo Alto, ktorú založil absolvent Stanfordu, . Nominálne mal de Forest pracovať na zosilňovači, ktorý zvyšoval hlasitosť výstupného signálu federálneho rádiového prijímača. V skutočnosti sa s Herbertom van Ettenom (skúseným telefonickým inžinierom) a Charlesom Logwoodom (vývojárom prijímača) pustili do vytvorenia telefonického zosilňovača, aby spoločne získali cenu od AT&T, ktorá údajne činila 1 milión dolárov.
Na tento účel de Forest vytiahol z podkrovia Audion a do roku 1912 už mali s kolegami zariadenie pripravené na demonštráciu v telefonickej spoločnosti. Skladalo sa z viacerých po sebe zapojených Audionov, ktoré vytvárali zosilnenie v niekoľkých fázach, a ešte niekoľkých pomocných komponentov. Zariadenie v podstate fungovalo – mohlo zosilniť signál dosť na to, aby ste počuli, ako padá ovládací vreckový šál alebo ako tikajú vreckové hodinky. Ale iba pri prúdoch a napätiach príliš malých na to, aby boli užitočné v telefónii. Pri zvýšení prúdu začali Audiony vyžarovať modré svetlo a signál sa premenil na šum. Avšak telefonisti boli dostatočne zvedaví, aby odovzdali zariadenie svojim inžinierom a pozreli sa, čo s ním dokážu urobiť. Stalo sa, že jeden z nich, mladý fyzik Harold Arnold, presne vedel, ako opraviť zosilňovač z Federálnej telegrafnej spoločnosti.
Prišiel čas na diskusiu o tom, ako fungovali ventil a Audion. Kľúčové pochopenie, potrebné na vysvetlenie ich fungovania, sa objavilo v Kavenidžskej laboratórii v Cambridge – intelektuálnom centre novej elektronickej fyziky. V roku 1899 tam J. J. Thomson ukázal v experimentoch s katódovými trubicami, že častica s hmotnosťou, ktorá neskôr získala názov elektron, prenáša prúd z katódy na anódu. V nasledujúcich niekoľkých rokoch Owen Richardson, kolega Thomsona, rozvinul túto hypotézu do matematickej teórie termoelektrónovej emisii.
Ambrose Fleming, inžinier, ktorý pracoval krátku vzdialenosť vlakom od Cambridge, bol oboznámený s týmito prácami. Bolo mu jasné, že jeho ventil funguje vďaka termoelektrónovej emisii elektronov z nahriateho vlákna, ktoré prekonávalo vákuový priestor až k studenej anóde. Avšak, vákuum v indikátorovej lampe nebolo hlboké – pre bežnú žiarovku to ani nebolo potrebné. Stačilo odčerpať toľko kyslíka, aby sa vlákno nezhorelo. Fleming si uvedomil, že pre najlepšiu funkciu ventilu je potrebné vyprázdniť ho čo najdôkladnejšie, aby zostávajúci plyn nebránil prúdu elektronov.
De Forest to nepochopil. Keďže sa k ventilu a Audionu dostal cez experimenty s Bunsenovou horákou, jeho presvedčenie bolo opačné – že horúci ionizovaný plyn bol pracovným médiom zariadenia, a že jeho úplné odstránenie by viedlo k zastaveniu činnosti. Preto Audion tak nestabilne a nespokojne fungoval ako rádiový prijímač, a preto emitoval modré svetlo.
Arnold v AT&T sa ocitol v ideálnej situácii na opravu chyby De Foresta. Bol fyzikom, ktorý študoval u Roberta Millikana na Chicagskej univerzite a bol najatý špeciálne na to, aby aplikoval svoje znalosti v novej elektronickej fyzike na úlohu vybudovania telefónnej siete od pobrežia k pobrežiu. Vedel, že Audionová lampa bude najlepšie fungovať v takmer ideálnom vákuu, vedel, že najnovšie pumpy môžu dosiahnuť také vákuum, vedel, že nový typ vlákna pokrytého oxidom, spolu so zväčšenou doskou a mriežkou, tiež dokáže zvýšiť prúd elektronov. Skrátka, premenil Audion na elektronovú lampu, zázrak elektronickej éry.
AT&T získal výkonný zosilňovač potrebný na vybudovanie transkontinentálnej linky – chýbali však práva na jeho používanie. Zástupcovia spoločnosti sa na rokovaniach s de Forestom správali nedôverčivo, ale začali samostatný rozhovor cez externého právnika, ktorý dokázal získať práva na používanie Audionu ako telefonického zosilňovača za 50 000 dolárov (približne 1,25 milióna dolárov v dolároch 2017). Linka New York – San Francisco bola otvorená presne včas, ale skôr ako triumf technickej virtuozity a firemnej reklamy než ako prostriedok komunikácie. Náklady na rozhovory boli také astronomické, že takmer nikto ich nemohol využívať.
Elektronická éra
Prvá elektronická trúbka sa stala základom úplne nového stromu elektronických komponentov. Rovnako ako relé, elektronická trúbka neustále rozširovala možnosti svojej aplikácie, keď inžinieri nachádzali nové spôsoby prispôsobovania jej konštrukcie pre konkrétne úlohy. Rast klanu "-odov" neskončil s diódami a triódami. Pokračoval s , ktorá pridala ďalšiu mriežku na podporu zosilnenia počas rastu prvkov v schéme. Následne sa objavili , , a dokonca . Objavili sa tyratróny, naplnené ortuťovou parou, osvetľujúce desivou modrou svetelnou aurou. Miniatúrne lampy veľkosti prsta na nohe alebo dokonca žalúdzia. Lampy s katódou s nepriamym ohrevom, v ktorých bzučanie striedavého prúdu nenarušovalo signál. Kniha "Sága elektronickej trúbky" [Saga of the Vacuum Tube], popisujúca rast odvetvia lamip do roku 1930, uvádza viac ako 1000 rôznych modelov podľa ich indexu – hoci mnohé z nich boli nelegálnymi kópiami od nespolehlivých značiek: Altron, Perfectron, Supertron, Voltron, atď.
Dôležitejšie než rozmanitosť foriem bola rozmanitosť aplikácií elektronickej lampy. Regeneratívne schémy premenili triód na vysielač, ktorý vytváral hladké a stabilné sínusové vlny bez rušivých iskier, schopných dokonale prenášať zvuk. S koherérom a iskrami mohol Marconi v roku 1901 len s ťažkosťami poslať malý úryvok Morseovej abecedy cez úzku časť Atlantiku. V roku 1915, pomocou elektronickej lampy ako vysielača a prijímača, mohla spoločnosť AT&T prenášať ľudský hlas z Arlingtonu vo Virgínii do Honoľulu – na dvojnásobnú vzdialenosť. Do 20. rokov skombinovali telefóniu na dlhých vzdialenostiach s vysokokvalitným zvukovým rozhlasovým vysielaním a vytvorili prvé rozhlasové siete. Takže čoskoro mohla celá národ počúvať po rádiu ten istý hlas, či už to bol Roosevelt alebo Hitler.
Navyše, schopnosť vytvárať vysielače ladené na presnú a stabilnú frekvenciu umožnila telekomunikačným inžinierom realizovať dávnu túžbu po frekvenčnom multiplexe, ktorá upútala Alexandra Bella, Edisona a ostatných pred štyridsiatimi rokmi. Do roku 1923 mala spoločnosť AT&T desiatok kanálov hlasových liniek z New Yorku do Pittsburghu. Schopnosť prenášať množstvo hlasov po jednom medenom vodiči radikálne znížila náklady na diaľkové hovory, ktoré z dôvodu vysokých nákladov boli vždy dostupné len pre najbohatších ľudí a podniky. Keď videli, na čo sú elektronické lampy schopné, poslali právnikov AT&T, aby odkúpili dodatočné práva od de Forest, aby zabezpečili práva na využitie Audion vo všetkých dostupných oblastiach aplikácie. Spolu mu zaplatili 390 000 dolárov, čo je dnes ekvivalent približne 7,5 milióna dolárov.
Prečo elektronické lampy, napriek svojej rozmanitosti, nedominovali v prvej generácii počítačov tak, ako dominovali v rádiu a iných telekomunikačných zariadeniach? Je zrejmé, že triód mohol byť digitálnym spínačom rovnako ako relé. Je to tak zrejmé, že de Forest dokonca veril, že vytvoril relé oveľa skôr, než ho naozaj vytvoril. A triód bol oveľa rýchlejší ako tradičné elektromechanické relé, pretože nemusel fyzicky pohybovať kotvou. Typické relé na prepínanie potrebovalo niekoľko milisekúnd, zatiaľ čo zmena prúdu od katódu k anóde v dôsledku zmeny elektrického potenciálu na mriežke bola takmer okamžitá.
Ale lampy mali jasnú nevýhodu oproti relé: ich tendencia, podobne ako u ich predchodcov, žiaroviek na osvetlenie, prepaľovať sa. Doba životnosti pôvodného Audiána de Foresta bola taká krátka – okolo 100 hodín – že v lampe mal rezervnú niť, ktorú bolo treba pripojiť po prepaľovaní prvej. To bolo veľmi zlé, ale aj po tom, od najkvalitnejších lámp sa nedala očakávať dlhšia životnosť ako zopár tisíc hodín. Pre počítače s tisícami lámp a dlhými hodinami výpočtov to bola vážna problém.
Ale relé, naopak, podľa Georga Stibitza, boli "fantasticky spoľahlivé". Tak veľmi, že tvrdil, že
Ak by súbor U-štýlových relé začal s prácou v prvom roku nášho letopočtu a prepínal by kontakt raz za sekundu, pracoval by dodnes. Prvý výpadok kontaktu by sa dal očakávať najskôr až o tisíc rokov, niekde v roku 3000.
Okrem toho neexistovali skúsenosti s používaním veľkých elektronických obvodov, porovnateľných s elektromechanickými obvodmi telefónnych inžinierov. Rádioprijímače a iné zariadenia mohli obsahovať 5-10 lam, ale nie stovky tisíc. Nikto nevedel, či by sa dal počítač s 5000 lampami dostať do chodu. Zvolením relé namiesto lámp, vývojári počítačov urobili bezpečnú a konzervatívnu voľbu.
V ďalšej časti uvidíme, ako a prečo sa tieto pochybnosti podarilo prekonať.
Zdroj: habr.com
