Ďalšie články zo série:
- História relé
- História elektronických počítačov
- História tranzistora
- História internetu
В videli sme, ako bola prvá generácia digitálnych počítačov postavená na základe prvej generácie automatických elektrických spínačov - elektromagnetických relé. Ale v čase, keď boli tieto počítače vytvorené, v zákulisí čakal ďalší digitálny prepínač. Relé bolo elektromagnetické zariadenie (používajúce elektrickú energiu na ovládanie mechanického spínača) a nová trieda digitálnych spínačov bola elektronická – na základe nových poznatkov o elektróne, ktoré sa objavili na začiatku 20. storočia. Táto veda naznačila, že nositeľom elektrickej sily nebol prúd, ani vlna, ani pole – ale pevná častica.
Zariadenie, ktoré zrodilo éru elektroniky založenej na tejto novej fyzike, sa stalo známym ako vákuová trubica. História jeho vzniku zahŕňa dvoch ľudí: Angličana a americký . V skutočnosti sú počiatky elektroniky zložitejšie, s mnohými vláknami pretínajúcimi Európu a Atlantik, siahajúce až k raným experimentom s leydenskými nádobami v polovici 18. storočia.
Ale v rámci našej prezentácie bude vhodné pokryť (slovná hračka!) túto históriu, počnúc Thomasom Edisonom. V 1880. rokoch XNUMX. storočia Edison pri práci na elektrickom osvetlení urobil zaujímavý objav – objav, ktorý pripravuje pôdu pre náš príbeh. Odtiaľto prišiel ďalší vývoj vákuových trubíc, ktoré sú potrebné pre dva technologické systémy: novú formu bezdrôtového prenosu správ a neustále sa rozširujúce telefónne siete.
Prológ: Edison
Edison je všeobecne považovaný za vynálezcu žiarovky. To mu robí príliš veľa a príliš málo cti zároveň. Príliš veľa, pretože Edison nebol jediný, kto vynašiel svetelnú lampu. Okrem zástupu vynálezcov, ktorí mu predchádzali a ktorých výtvory sa nedostali do komerčného uplatnenia, môžeme spomenúť Josepha Swana a Charlesa Sterna z Británie a Američana Williama Sawyera, ktorý priniesol na trh žiarovky v rovnakom čase ako Edison. [Česť vynálezu patrí aj ruskému vynálezcovi . Lodygin bol prvý, kto uhádol odčerpať vzduch zo sklenenej žiarovky a potom navrhol vyrobiť vlákno nie z uhlia alebo zuhoľnatených vlákien, ale zo žiaruvzdorného volfrámu / cca. preklad]. Všetky lampy pozostávali z uzavretej sklenenej banky, vo vnútri ktorej bolo odporové vlákno. Keď bola lampa pripojená k obvodu, teplo generované odporom vlákna voči prúdu spôsobilo, že sa rozžiarilo. Vzduch sa odčerpal z banky, aby sa zabránilo vznieteniu vlákna. Elektrické svetlo poznali už vo veľkých mestách v podobe , ktorý sa používa na osvetlenie veľkých verejných miest. Všetci títo vynálezcovia hľadali spôsob, ako znížiť množstvo svetla odoberaním jasných častíc z horiaceho oblúka, dostatočne malých na to, aby sa dali použiť v domácnostiach ako náhrada plynových lámp, a aby bol zdroj svetla bezpečnejší, čistejší a jasnejší.
A to, čo Edison skutočne urobil – alebo skôr to, čo vytvorilo jeho priemyselné laboratórium – nebolo len vytvorenie svetelného zdroja. Postavili celý elektrický systém na osvetlenie domov - generátory, drôty na prenos prúdu, transformátory atď. Z toho všetkého bola žiarovka len najviditeľnejšou a najviditeľnejšou súčasťou. Prítomnosť Edisonovho mena v jeho elektroenergetických spoločnostiach nebola pre veľkého vynálezcu jednoduchým poklonením, ako to bolo v prípade Bell Telephone. Edison sa ukázal nielen ako vynálezca, ale aj ako systémový architekt. Jeho laboratórium pokračovalo v práci na zlepšovaní rôznych komponentov elektrického osvetlenia aj po ich skorých úspechoch.
Príklad raných Edisonových lámp
Počas výskumu okolo roku 1883 sa Edison (a možno aj jeden z jeho zamestnancov) rozhodol vložiť do svietidla kovovú platňu spolu s vláknom. Dôvody tohto konania sú nejasné. Možno to bol pokus eliminovať stmavnutie lampy - vo vnútri skla žiarovky sa časom nahromadila tajomná tmavá látka. Inžinier zrejme dúfal, že tieto čierne častice budú priťahované k doske pod napätím. Na svoje prekvapenie zistil, že keď bola doštička zaradená do obvodu spolu s kladným koncom vlákna, množstvo prúdu pretekajúceho vláknom bolo priamo úmerné intenzite žiary vlákna. Pri pripájaní platničky k zápornému koncu závitu sa nič také nepozorovalo.
Edison sa rozhodol, že tento efekt, neskôr nazývaný Edisonov efekt resp , možno použiť na meranie alebo dokonca riadenie „elektromotorickej sily“ alebo napätia v elektrickom systéme. Zo zvyku požiadal o patent na tento „elektrický indikátor“ a potom sa vrátil k dôležitejším úlohám.
Bez drôtov
Poďme rýchlo vpred o 20 rokov do budúcnosti, do roku 1904. V tom čase v Anglicku John Ambrose Fleming pracoval na pokynoch od spoločnosti Marconi na zlepšenie prijímača rádiových vĺn.
Je dôležité pochopiť, čo rádio bolo a nebolo v tejto dobe, a to z hľadiska nástroja aj praxe. Rádio sa vtedy ani nevolalo „rádio“, hovorilo sa „bezdrôtové“. Pojem „rádio“ sa presadil až v 1910. rokoch XNUMX. storočia. Konkrétne mal na mysli bezdrôtovú telegrafiu – systém na prenos signálov vo forme bodiek a čiarok od odosielateľa k príjemcovi. Jeho hlavnou aplikáciou bola komunikácia medzi loďami a prístavnými službami a v tomto zmysle sa oň zaujímali námorné úrady na celom svete.
Najmä niektorí vynálezcovia tej doby, , experimentoval s myšlienkou rádiotelefónu - prenášajúceho hlasové správy vzduchom vo forme súvislej vlny. Vysielanie v modernom zmysle sa však objavilo až o 15 rokov neskôr: vysielanie správ, príbehov, hudby a iných programov pre široké publikum. Dovtedy sa všesmerová povaha rádiových signálov považovala skôr za problém, ktorý treba vyriešiť, než za vlastnosť, ktorú by bolo možné využiť.
Rádiové zariadenie, ktoré v tom čase existovalo, sa dobre hodilo na prácu s Morseovou abecedou a zle sa hodilo na všetko ostatné. Vysielače vytvorili Hertzove vlny vyslaním iskry cez medzeru v obvode. Preto bol signál sprevádzaný praskaním statickej elektriny.
Prijímače rozpoznali tento signál cez koherér: kovové piliny v sklenenej trubici, ktoré sa vplyvom rádiových vĺn zrazili do súvislej hmoty, čím sa okruh uzavrel. Potom bolo potrebné poklepať na sklo, aby sa piliny rozpadli a prijímač bol pripravený na ďalší signál - najprv sa to robilo ručne, ale čoskoro sa na to objavili automatické zariadenia.
V roku 1905 sa práve začali objavovať , známy aj ako „mačací fúz“. Ukázalo sa, že jednoduchým dotykom určitého kryštálu drôtom, napríklad kremíka, pyritu železa alebo , bolo možné z ničoho nič vytrhnúť rádiový signál. Výsledné prijímače boli lacné, kompaktné a dostupné pre každého. Podnietili rozvoj rádioamatérstva najmä medzi mládežou. Náhly nárast obsadenosti vysielacieho času, ktorý vznikol v dôsledku toho, viedol k problémom, pretože vysielací čas rádia bol rozdelený medzi všetkých používateľov. Nevinné rozhovory medzi amatérmi sa mohli náhodne pretnúť s rokovaniami námornej flotily a niektorým chuligánom sa dokonca podarilo vydávať falošné rozkazy a vysielať signály o pomoc. Nevyhnutne musel zasiahnuť štát. Ako napísal sám Ambrose Fleming, nástup kryštálových detektorov
okamžite viedlo k prudkému nárastu nezodpovednej rádiotelegrafie v dôsledku vyčíňania nespočetných amatérskych elektrikárov a študentov, čo si vyžiadalo silný zásah národných a medzinárodných orgánov, aby sa veci zachovali v poriadku a v bezpečí.
Z nezvyčajných elektrických vlastností týchto kryštálov sa v pravý čas objaví tretia generácia digitálnych spínačov, po relé a lampách - spínačoch, ktoré dominujú nášmu svetu. Ale všetko má svoj čas. Opísali sme scénu, teraz vráťme všetku pozornosť hercovi, ktorý sa práve objavil v centre pozornosti: Ambrose Fleming, Anglicko, 1904.
Ventil
V roku 1904 bol Fleming profesorom elektrotechniky na University College London a konzultantom spoločnosti Marconi. Spoločnosť ho najprv najala, aby poskytol odborné znalosti o výstavbe elektrárne, ale potom sa zapojil do úlohy zlepšovania prijímača.
Fleming v roku 1890
Každý vedel, že coherer je slabý prijímač z hľadiska citlivosti a magnetický detektor vyvinutý v Macroni nebol o nič lepší. Aby našiel náhradu, Fleming sa najprv rozhodol postaviť citlivý obvod na detekciu Hertzových vĺn. Takéto zariadenie, aj keď sa samo o sebe nestane detektorom, by bolo užitočné v budúcom výskume.
Aby to urobil, potreboval vymyslieť spôsob, ako nepretržite merať prúd vytvorený prichádzajúcimi vlnami, namiesto použitia diskrétneho koheréra (ktorý sa ukázal iba v stavoch - kde sa piliny zlepili - alebo v stave vypnutia). Ale známe zariadenia na meranie sily prúdu - galvanometre - vyžadovali konštantný, to znamená jednosmerný prúd na prevádzku. Striedavý prúd vybudený rádiovými vlnami zmenil smer tak rýchlo, že by nebolo možné žiadne meranie.
Fleming si spomenul, že má v skrini niekoľko zaujímavých vecí, na ktoré sa zbiera prach – Edisonove indikátory. V 1880. rokoch XNUMX. storočia bol konzultantom spoločnosti Edison Electric Lighting Company v Londýne a pracoval na probléme sčernenia lámp. V tom čase dostal niekoľko kópií indikátora, možno od Williama Preecea, hlavného elektrotechnika Britskej poštovej služby, ktorý sa práve vrátil z elektrotechnickej výstavy vo Philadelphii. V tom čase bolo ovládanie telegrafu a telefónu bežnou praxou pre poštové služby mimo Spojených štátov, takže to boli centrá elektrotechnických odborov.
Neskôr, v 1890. rokoch 1904. storočia, sám Fleming študoval Edisonov efekt pomocou lámp získaných od Preece. Ukázal, že efekt bol taký, že prúd prúdil jedným smerom: záporný elektrický potenciál mohol prúdiť z horúceho vlákna do studenej elektródy, ale nie naopak. Ale až v roku XNUMX, keď stál pred úlohou odhaliť rádiové vlny, zistil, že túto skutočnosť možno využiť v praxi. Edisonov indikátor umožní, aby cez medzeru medzi vláknom a doskou prešli iba jednosmerné striedavé impulzy, výsledkom čoho je konštantný a jednosmerný tok.
Fleming vzal jednu lampu, zapojil ju do série s galvanometrom a zapol vysielač iskier. Voila - zrkadlo sa otočilo a lúč svetla sa pohol na stupnici. Fungovalo to. Mohlo by to presne merať prichádzajúci rádiový signál.
Prototypy ventilov Fleming. Anóda je v strede vláknovej slučky (horúca katóda)
Fleming nazval svoj vynález „ventil“, pretože umožňoval prúdenie elektriny iba jedným smerom. Vo všeobecnejšej elektrotechnike to bol usmerňovač – spôsob premeny striedavého prúdu na jednosmerný. Potom sa nazývala dióda, pretože mala dve elektródy - horúcu katódu (vlákno), ktorá emitovala elektrinu, a studenú anódu (doštičku), ktorá ju prijímala. Fleming predstavil niekoľko vylepšení dizajnu, ale v podstate sa zariadenie nelíšilo od kontrolky vyrobenej Edisonom. Jeho prechod na novú kvalitu nastal v dôsledku zmeny spôsobu myslenia – tento jav sme už videli veľakrát. Zmena nastala vo svete myšlienok vo Flemingovej hlave, nie vo svete vecí mimo nej.
Užitočný bol aj samotný Flemingov ventil. Bol to najlepší terénny prístroj na meranie rádiových signálov a sám o sebe dobrý detektor. Svetom však neotriasol. Explozívny rast elektroniky začal až potom, čo Lee de Forest pridal tretiu elektródu a premenil ventil na relé.
Počúvanie
Lee de Forest mal na študenta Yale nezvyčajnú výchovu. Jeho otec, reverend Henry de Forest, bol veterán občianskej vojny z New Yorku a pastor. a pevne veril, že ako kazateľ by mal šíriť božské svetlo poznania a spravodlivosti. Poslúchol výzvu povinnosti a prijal pozvanie stať sa prezidentom Talladega College v Alabame. Vysoká škola bola založená po občianskej vojne Americkou misijnou asociáciou so sídlom v New Yorku. Bol určený na vzdelávanie a mentoring miestnych černošských obyvateľov. Tam sa Lee cítil medzi skalou a tvrdým miestom – miestni černosi ho ponižovali za jeho naivitu a zbabelosť a miestni bieli – za to, že .
A predsa, ako mladý muž, de Forest vyvinul silný zmysel pre sebadôveru. Objavil záľubu v mechanike a invenciu – jeho zmenšený model lokomotívy sa stal miestnym zázrakom. Ako tínedžer sa počas štúdia na Talladega rozhodol zasvätiť svoj život vynálezom. Potom, ako mladý muž žijúci v meste New Haven, pastorov syn zavrhol svoje posledné náboženské presvedčenie. Zo známosti s darvinizmom postupne odišli a potom ich zavialo ako vietor po predčasnej smrti jeho otca. Zmysel jeho osudu však de Foresta neopustil – považoval sa za génia a usiloval sa stať druhým Nikolom Teslom, bohatým, slávnym a tajomným čarodejníkom éry elektriny. Jeho spolužiaci z Yale ho považovali za samoľúby. Možno je to najmenej populárny muž, akého sme kedy v našej histórii stretli.
de Forest, okolo 1900
Po absolvovaní Yale University v roku 1899 sa de Forest rozhodol zvládnuť vznikajúce umenie bezdrôtového prenosu signálu ako cestu k bohatstvu a sláve. V nasledujúcich desaťročiach sa na túto cestu vydal s veľkým odhodlaním a sebavedomím a bez akéhokoľvek zaváhania. Všetko to začalo spoluprácou de Foresta a jeho partnera Eda Smythea v Chicagu. Smythe udržiaval svoj podnik nad vodou pravidelnými platbami a spoločne vyvinuli vlastný detektor rádiových vĺn, ktorý pozostával z dvoch kovových platní spojených lepidlom, ktoré de Forest nazýval „paste“ [goo]. Ale de Forest na odmeny za svojho génia nedal dlho čakať. Zbavil sa Smythea a spojil sa s temným newyorským finančníkom menom Abraham White [ironicky zmenil svoje meno z toho, ktoré dostal pri narodení, Schwartz, aby skryl svoje temné záležitosti. White/White – (anglická) biela, Schwarz/Schwarz – (nemecká) čierna / cca. preklad], otvárajúc De Forest Wireless Telegraph Company.
Samotné aktivity spoločnosti boli pre oboch našich hrdinov druhoradé. White využil nevedomosť ľudí, aby si podložil vrecká. Podviedol milióny investorov, ktorí sa snažili udržať krok s očakávaným rozmachom rádií. A de Forest sa vďaka bohatému toku financií od týchto „prísavníkov“ sústredil na preukázanie svojej geniality prostredníctvom vývoja nového amerického systému na bezdrôtový prenos informácií (na rozdiel od európskeho, ktorý vyvinul Marconi a iní).
Nanešťastie pre americký systém, detektor de Forest nefungoval obzvlášť dobre. Tento problém na čas vyriešil požičaním patentovaného dizajnu Reginalda Fessendena na detektor nazývaný „liquid baretter“ – dva platinové drôty ponorené do kúpeľa s kyselinou sírovou. Fessenden podal žalobu za porušenie patentu - a očividne by tento súdny spor vyhral. De Forest si nedal pokoj, kým neprišiel s novým detektorom, ktorý patril len jemu. Na jeseň roku 1906 oznámil vytvorenie takéhoto detektora. Na dvoch samostatných stretnutiach v Americkom inštitúte elektrotechniky opísal de Forest svoj nový bezdrôtový detektor, ktorý nazval Audion. Jeho skutočný pôvod je však otázny.
Na nejaký čas sa de Forestove pokusy postaviť nový detektor točili okolo prechodu prúdu cez plameň , čo by podľa jeho názoru mohol byť asymetrický vodič. Nápad zrejme nebol korunovaný úspechom. Niekedy v roku 1905 sa dozvedel o Flemingovom ventile. De Forest si uvedomil, že tento ventil a jeho zariadenie založené na horáku sa v zásade nelíšia - ak by ste horúcu niť nahradili plameňom a zakryli ju sklenenou bankou, aby ste obmedzili plyn, dostali by ste rovnaký ventil. Vyvinul sériu patentov, ktoré nasledovali históriu vynálezov ventilov pred Flemingom pomocou detektorov plameňa plynu. Zrejme chcel dať pri vynáleze prednosť sebe, obísť Flemingov patent, keďže Flemingovej práci predchádzali práce s Bunsenovým horákom (trvali od roku 1900).
Nedá sa povedať, či to bol sebaklam alebo podvod, ale výsledkom bol de Forestov patent z augusta 1906 na „prázdnu sklenenú nádobu obsahujúcu dve samostatné elektródy, medzi ktorými existuje plynné médium, ktoré sa po dostatočnom zahriatí stáva vodičom a tvorí snímací prvok“. Za vybavenie a prevádzku prístroja sa zaslúžil Fleming a za vysvetlenie jeho fungovania De Forest. De Forest nakoniec spor o patent prehral, hoci to trvalo desať rokov.
Dychtivý čitateľ sa už možno čuduje, prečo trávime toľko času nad týmto človekom, ktorého samozvaný génius vydával cudzie nápady za svoje? Dôvodom sú premeny, ktorými Audion prešiel v posledných mesiacoch roku 1906.
Vtedy de Forest nemal prácu. White a jeho partneri sa vyhli zodpovednosti v súvislosti s Fessendenovým súdnym sporom vytvorením novej spoločnosti United Wireless a zapožičaním aktív American De Forest za 1 dolár. De Forest bol vyhodený s kompenzáciou 1000 XNUMX dolárov a niekoľkými zbytočnými patentmi v rukách, vrátane patentu pre Audion. Zvyknutý na bohatý životný štýl čelil vážnym finančným ťažkostiam a zúfalo sa snažil premeniť Audion na veľký úspech.
Aby sme pochopili, čo sa stalo potom, je dôležité vedieť, že de Forest veril, že on vynašiel relé – na rozdiel od Flemingovho usmerňovača. Svoj Audion vyrobil pripojením batérie k studenej ventilovej doske a veril, že signál v anténnom obvode (pripojenom k horúcemu vláknu) moduluje vyšší prúd v obvode batérie. Mýlil sa: neboli to dva okruhy, batéria jednoducho posunula signál z antény, namiesto toho, aby ho zosilnila.
Táto chyba sa však stala kritickou, pretože viedla de Forest k experimentom s treťou elektródou v banke, ktorá mala ďalej odpojiť dva obvody tohto „relé“. Najprv pridal druhú studenú elektródu vedľa prvej, ale potom, možno ovplyvnený kontrolnými mechanizmami používanými fyzikmi na presmerovanie lúčov v katódových zariadeniach, posunul elektródu do polohy medzi vlákno a primárnu dosku. Rozhodol sa, že táto poloha môže prerušiť tok elektriny a zmenil tvar tretej elektródy z dosky na vlnitý drôt, ktorý pripomínal rašpľu – a nazval ju „mriežkou“.
1908 Audion trióda. Závit (prerušený) vľavo je katóda, vlnitý drôt je sieťka, zaoblená kovová platňa je anóda. Stále má závity ako bežná žiarovka.
A bola to naozaj štafeta. Slabý prúd (napríklad prúd produkovaný rádiovou anténou) aplikovaný na mriežku by mohol ovládať oveľa silnejší prúd medzi vláknom a platňou a odpudzovať nabité častice, ktoré sa medzi nimi pokúšali prejsť. Tento detektor fungoval oveľa lepšie ako ventil, pretože nielen usmerňoval, ale aj zosilňoval rádiový signál. A rovnako ako ventil (a na rozdiel od koherera) mohol produkovať konštantný signál, čo umožnilo vytvoriť nielen rádiotelegraf, ale aj rádiotelefón (a neskôr - prenos hlasu a hudby).
V praxi to nefungovalo obzvlášť dobre. Zvuky De Forest boli vyberavé, rýchlo sa vypaľovali, chýbala im konzistentnosť vo výrobe a ako zosilňovače boli neúčinné. Aby konkrétny Audion správne fungoval, bolo potrebné mu prispôsobiť elektrické parametre obvodu.
Napriek tomu de Forest svojmu vynálezu veril. Založil novú spoločnosť, aby ju propagoval, De Forest Radio Telephone Company, ale predaje boli slabé. Najväčším úspechom bol predaj vybavenia flotile na vnútroflotilovú telefóniu počas obehu sveta“". Avšak veliteľ flotily, ktorý nemal čas uviesť de Forestove vysielače a prijímače do prevádzky a vycvičiť posádku v ich používaní, nariadil ich zbaliť a nechať v sklade. Navyše, De Forestova nová spoločnosť, vedená nasledovníkom Abrahama Whitea, nebola o nič slušnejšia ako tá predchádzajúca. Aby toho nebolo málo, čoskoro sa ocitol obvinený z podvodu.
Za päť rokov Audion nič nedosiahol. Telefón by opäť zohral kľúčovú úlohu vo vývoji digitálneho relé, tentoraz by zachraňoval sľubnú, no nevyskúšanú technológiu, ktorá bola na pokraji zabudnutia.
A opäť telefón
Komunikačná sieť na veľké vzdialenosti bola centrálnym nervovým systémom AT&T. Spojila mnoho miestnych spoločností a poskytla kľúčovú konkurenčnú výhodu, keďže Bellove patenty vypršali. Pripojením sa k sieti AT&T by nový zákazník mohol teoreticky osloviť všetkých ostatných účastníkov vzdialených tisíce kilometrov – hoci v skutočnosti sa medzimestské hovory uskutočňovali len zriedka. Sieť bola tiež materiálnym základom pre zastrešujúcu ideológiu spoločnosti „Jedna politika, jeden systém, služba na jednom mieste“.
So začiatkom druhej dekády dvadsiateho storočia však táto sieť dosiahla svoje fyzické maximum. Čím viac sa telefónne drôty naťahovali, tým bol signál prechádzajúci cez ne slabší a hlučnejší a v dôsledku toho bola reč takmer nepočuteľná. Z tohto dôvodu boli v USA v skutočnosti dve siete AT&T, oddelené kontinentálnym hrebeňom.
Pre východnú sieť bol kolíkom New York a mechanické opakovače a – reťaz, ktorá určovala, ako ďaleko môže ľudský hlas cestovať. Ale tieto technológie neboli všemocné. Cievky menili elektrické vlastnosti telefónneho obvodu, zmenšovali útlm hlasových frekvencií – mohli ho však iba znížiť, nie odstrániť. Mechanické zosilňovače (len telefónny reproduktor pripojený k zosilňovaciemu mikrofónu) pridávali šum pri každom opakovaní. Linka z New Yorku do Denveru z roku 1911 predĺžila tento postroj na maximálnu dĺžku. O rozšírení siete na celý kontinent sa nehovorilo. V roku 1909 však John Carty, hlavný inžinier AT&T, verejne sľúbil, že to urobí. Sľúbil, že to urobí o päť rokov – kým začne v San Franciscu v roku 1915.
Prvým človekom, ktorý umožnil takýto podnik pomocou nového telefónneho zosilňovača, nebol Američan, ale dedič bohatej viedenskej rodiny so záujmom o vedu. Byť mladý S pomocou rodičov kúpil firmu na výrobu telefónov a pustil sa do výroby telefónneho zosilňovača. Do roku 1906 vyrobil relé založené na katódových trubiciach, ktoré boli v tom čase široko používané vo fyzikálnych experimentoch (a neskôr sa stali základom technológie video obrazovky, ktorá dominovala XNUMX. storočiu). Slabý prichádzajúci signál ovládal elektromagnet, ktorý ohýbal lúč a moduloval silnejší prúd v hlavnom obvode.
V roku 1910 sa von Lieben a jeho kolegovia Eugene Reise a Sigmund Strauss dozvedeli o de Forest's Audione a nahradili magnet v trubici mriežkou, ktorá ovládala katódové lúče - tento dizajn bol najúčinnejší a lepší ako čokoľvek vyrobené v Spojených štátoch. štátov v tom čase. Nemecká telefónna sieť čoskoro prijala von Liebenov zosilňovač. V roku 1914 sa vďaka nej uskutočnil nervózny telefonát veliteľa Východopruskej armády do 1000 kilometrov vzdialeného nemeckého veliteľstva v Koblenzi. To prinútilo náčelníka štábu poslať generálov Hindenberga a Ludendorffa na východ, do večnej slávy a s hroznými následkami. Podobné zosilňovače neskôr spojili nemecké veliteľstvo s poľnými armádami na juhu a východe až po Macedónsko a Rumunsko.
Kópia von Liebenovho vylepšeného katódového relé. Katóda je dole, anóda je cievka hore a mriežka je okrúhla kovová fólia v strede.
Jazykové a geografické bariéry, ako aj vojna však spôsobili, že tento dizajn sa do Spojených štátov nedostal a čoskoro ho predbehli ďalšie udalosti.
Medzitým de Forest v roku 1911 opustil krachujúcu rádiotelefónnu spoločnosť a utiekol do Kalifornie. Tam sa zamestnal vo Federal Telegraph Company v Palo Alto, ktorú založil absolvent Stanfordu . Nominálne by de Forest pracoval na zosilňovači, ktorý by zvýšil hlasitosť výstupu federálneho rádia. V skutočnosti sa on, Herbert van Ettan (skúsený telefónny inžinier) a Charles Logwood (konštruktér prijímačov) rozhodli vytvoriť telefónny zosilňovač, aby všetci traja mohli vyhrať cenu od AT&T, o ktorej sa hovorilo, že je 1 milión dolárov.
Aby to urobil, de Forest vzal z medziposchodia Audion a v roku 1912 už mal so svojimi kolegami zariadenie pripravené na demonštráciu v telefónnej spoločnosti. Pozostával z niekoľkých audionov zapojených do série, vytvárajúcich zosilnenie v niekoľkých stupňoch, a niekoľkých ďalších pomocných komponentov. Zariadenie skutočne fungovalo – mohlo dostatočne zosilniť signál, aby ste počuli padať vreckovku alebo tikať vreckové hodinky. Ale iba pri príliš nízkych prúdoch a napätiach na to, aby boli užitočné pri telefonovaní. Keď sa prúd zvýšil, Audiony začali vyžarovať modrú žiaru a signál sa zmenil na šum. Telefónny priemysel však prejavil dostatočný záujem na to, aby vzal zariadenie svojim inžinierom a pozrelo sa, čo s ním dokážu urobiť. Stalo sa, že jeden z nich, mladý fyzik Harold Arnold, presne vedel, ako opraviť zosilňovač z Federal Telegraph.
Je čas diskutovať o tom, ako fungoval ventil a Audion. Kľúčový poznatok potrebný na vysvetlenie ich práce vyplynul z Cavendish Laboratory v Cambridge, think-tanku pre novú elektrónovú fyziku. V roku 1899 tam J. J. Thomson pri pokusoch s katódovými trubicami ukázal, že častica s hmotnosťou, ktorá sa neskôr stala známou ako elektrón, prenáša prúd z katódy na anódu. Počas niekoľkých nasledujúcich rokov Owen Richardson, Thomsonov kolega, rozvinul tento návrh do matematickej teórie termionickej emisie.
Ambrose Fleming, inžinier pracujúci kúsok vlakom z Cambridge, tieto diela poznal. Bolo mu jasné, že jeho ventil funguje vďaka termionickej emisii elektrónov z vyhrievaného vlákna, ktoré prechádzajú cez vákuovú medzeru k studenej anóde. Ale vákuum v kontrolke nebolo hlboké - to nebolo potrebné pre obyčajnú žiarovku. Stačilo odčerpať dostatok kyslíka, aby sa vlákno nevznietilo. Fleming si uvedomil, že na to, aby ventil fungoval čo najlepšie, je potrebné ho čo najdôkladnejšie vyprázdniť, aby zvyšný plyn nezasahoval do toku elektrónov.
De Forest tomu nerozumel. Keďže sa k ventilu a Audionu dostal cez experimenty s Bunsenovým horákom, jeho presvedčenie bolo opačné – že horúci ionizovaný plyn je pracovnou tekutinou zariadenia a jeho úplné odstránenie by viedlo k zastaveniu prevádzky. To je dôvod, prečo bol Audion ako rádiový prijímač taký nestabilný a neuspokojivý a preto vyžaroval modré svetlo.
Arnold v AT&T bol v ideálnej pozícii na nápravu de Forestovej chyby. Bol to fyzik, ktorý študoval pod vedením Roberta Millikana na Chicagskej univerzite a bol najatý špeciálne, aby aplikoval svoje znalosti novej elektronickej fyziky na problém budovania telefónnej siete od pobrežia k pobrežiu. Vedel, že elektrónka Audion bude najlepšie fungovať v takmer dokonalom vákuu, vedel, že najnovšie pumpy dokážu také vákuum dosiahnuť, vedel, že nový typ vlákna potiahnutého oxidom spolu s väčšou platňou a mriežkou zvýšiť tok elektrónov. Stručne povedané, premenil Audion na vákuovú elektrónku, divotvorcu elektronického veku.
AT&T mala výkonný zosilňovač potrebný na vybudovanie transkontinentálnej linky – jednoducho nemala práva na jeho používanie. Zástupcovia spoločnosti sa počas rokovaní s de Forestom správali nedôverčivo, no začali samostatný rozhovor prostredníctvom právnika tretej strany, ktorému sa podarilo kúpiť práva na používanie Audionu ako telefónneho zosilňovača za 50 000 dolárov (asi 1,25 milióna dolárov v dolároch roku 2017). Linka New York – San Francisco sa otvorila práve včas, ale skôr ako triumf technickej virtuozity a firemnej reklamy než ako prostriedok komunikácie. Cena hovorov bola taká astronomická, že ju takmer nikto nedokázal využiť.
Elektronická éra
Skutočná vákuová trubica sa stala koreňom úplne nového stromu elektronických komponentov. Rovnako ako relé, vákuová trubica neustále rozširovala svoje aplikácie, pretože inžinieri našli nové spôsoby, ako prispôsobiť jej dizajn na riešenie špecifických problémov. Diódami a triódami sa rast kmeňa „-od“ neskončil. Pokračovalo to s , ktorý pridal ďalšiu mriežku, ktorá podporovala zosilnenie s rastom prvkov v obvode. Objavil sa ďalší , , a dokonca . Objavili sa tyratróny naplnené ortuťovými parami, ktoré žiarili zlovestným modrým svetlom. Miniatúrne lampy majú veľkosť malíčka na nohe alebo dokonca žaluďa. Nepriame katódové výbojky, v ktorých bzučanie AC zdroja nerušilo signál. Sága o vákuovej trubici, ktorá zaznamenáva rast elektrónkového priemyslu až do roku 1930, uvádza viac ako 1000 XNUMX rôznych modelov podľa indexu – hoci mnohé boli nelegálne kópie od nedôveryhodných značiek: Ultron, Perfectron, Supertron, Voltron atď.
Dôležitejšia ako rozmanitosť foriem bola rozmanitosť aplikácií vákuovej trubice. Regeneračné obvody premenili triódu na vysielač – vytvárali hladké a konštantné sínusové vlny, bez hlučných iskier, schopné dokonale prenášať zvuk. S koherérom a iskrami v roku 1901 Marconi sotva mohol preniesť malý kúsok Morseovej abecedy cez úzky Atlantik. V roku 1915 mohla AT&T pomocou vákuovej trubice ako vysielača aj prijímača prenášať ľudský hlas z Arlingtonu vo Virgínii do Honolulu – dvojnásobnú vzdialenosť. Do 1920. rokov XNUMX. storočia skombinovali telefonovanie na veľké vzdialenosti s vysokokvalitným audio vysielaním a vytvorili prvé rádiové siete. Čoskoro tak mohol celý národ počúvať v rádiu ten istý hlas, či už to bol Roosevelt alebo Hitler.
Schopnosť vytvárať vysielače naladené na presnú a stabilnú frekvenciu navyše umožnila telekomunikačným inžinierom realizovať dávny sen o frekvenčnom multiplexovaní, ktorý prilákal Alexandra Bella, Edisona a ostatných pred štyridsiatimi rokmi. V roku 1923 mala AT&T desaťkanálovú hlasovú linku z New Yorku do Pittsburghu. Schopnosť prenášať viacero hlasov cez jeden medený drôt radikálne znížila náklady na diaľkové hovory, ktoré boli kvôli ich vysokým nákladom vždy dostupné len pre najbohatších ľudí a podniky. Keď spoločnosť AT&T videla, čo dokážu vákuové trubice, poslala svojich právnikov, aby kúpili ďalšie práva od spoločnosti de Forest, aby si zabezpečili práva na používanie Audion vo všetkých dostupných aplikáciách. Celkovo mu vyplatili 390 000 dolárov, čo v prepočte na dnešné peniaze predstavuje približne 7,5 milióna dolárov.
Prečo pri takejto všestrannosti nedominovali v prvej generácii počítačov elektrónky tak, ako dominovali rádiám a iným telekomunikačným zariadeniam? Je zrejmé, že trióda by mohla byť digitálnym spínačom rovnako ako relé. Tak zrejmé, že de Forest dokonca veril, že relé vytvoril skôr, ako ho skutočne vytvoril. A trióda bola oveľa citlivejšia ako tradičné elektromechanické relé, pretože nemusela fyzicky pohybovať kotvou. Typické relé potrebovalo na prepnutie niekoľko milisekúnd a zmena toku z katódy na anódu v dôsledku zmeny elektrického potenciálu na sieti bola takmer okamžitá.
Žiarovky však mali oproti relé jednoznačnú nevýhodu: mali tendenciu vyhorieť, podobne ako ich predchodcovia, žiarovky. Životnosť pôvodného Audion de Forest bola taká krátka - asi 100 hodín -, že lampa obsahovala náhradné vlákno, ktoré bolo potrebné pripojiť po vyhorení prvého. To bolo veľmi zlé, ale ani potom sa ani od tých najkvalitnejších lámp nedalo očakávať, že vydržia viac ako niekoľko tisíc hodín. Pre počítače s tisíckami lámp a hodinami výpočtov to bol vážny problém.
Na druhej strane relé boli podľa Georgea Stibitza „fantasticky spoľahlivé“. Až tak, že to tvrdil
Ak by v prvom roku nášho letopočtu začala sada relé v tvare U a spínala kontakt raz za sekundu, fungovali by dodnes. Prvé zlyhanie kontaktu sa dalo očakávať najskôr o tisíc rokov neskôr, niekde v roku 3000.
Navyše neexistovali žiadne skúsenosti s veľkými elektronickými obvodmi porovnateľnými s elektromechanickými obvodmi telefónnych inžinierov. Rádiá a ďalšie zariadenia by mohli obsahovať 5-10 lámp, ale nie státisíce. Nikto nevedel, či bude možné sfunkčniť počítač s 5000 lampami. Výberom relé namiesto elektrónok urobili dizajnéri počítačov bezpečnú a konzervatívnu voľbu.
V ďalšej časti uvidíme, ako a prečo boli tieto pochybnosti prekonané.
Zdroj: hab.com
