Ďalšie články cyklu:
- História relé
- História elektronických počítačov
- História tranzistora
- História internetu
V Vidíme, ako prvá generácia digitálnych počítačov bola postavená na základe prvej generácie automatických elektrických spínačov – elektromagnetických relé. Avšak v čase, keď boli tieto počítače vytvorené, na pozadí čakal na svoj čas ďalší digitálny spínač. Relé bolo elektromagnetickým zariadením (používajúce elektrinu na ovládanie mechanického spínača), zatiaľ čo nová trieda digitálnych spínačov bola elektronická – založená na nových poznatkoch o elektróne, ktoré sa objavili na začiatku 20. storočia. Táto veda ukázala, že nositeľom elektrickej sily bola nie elektrina, nie vlna, nie pole – ale pevná častica.
Zariadenie, ktoré vygenerovalo éru elektroniky založenej na tejto novej fyzike, sa stalo známym ako „elektrónová lampa“ [v USA – vacuum tube, alebo „vákuová trubica“]. V histórii jej vzniku sa zúčastnili dvaja ľudia: Angličan a Američan . V skutočnosti je pôvod elektroniky zložitejší, zachytáva množstvo nití, ktoré prechádzajú Európou a Atlantikom, a tiahnu sa späť do minulosti až k raným experimentom s Leydenovými nádržami v polovici 18. storočia.
Avšak pre účely nášho vystúpenia bude vhodné (kalambúr!) osvetliť túto históriu, začínajúc Thomasom Edisonom. V 80. rokoch 19. storočia Edison spravil zaujímavý objav, pracujúc na elektrickom osvetlení – tento objav pripravuje scénu pre našu históriu. Odtiaľto sa začalo ďalšie rozvíjanie elektronických lámp, ktoré bolo potrebné pre dva 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 dáva príliš veľa a príliš málo cti. Príliš veľa, pretože nie len Edison vymyslel svietiacu lampu. Okrem davu predchádzajúcich vynálezcov, ktorých dielo sa nedostalo do komerčného použitia, môžeme spomenúť Joseph Swana a Charlesa Stearnsa z Británie a Američana Williama Soyera, ktorí uviedli na trh žiarovky súčasne s Edisonom. [Česť vynálezu taktiež patrí ruskému vynálezcovi . Lodygin bol prvým, kto prišiel na to, že z jednosmernej sklenenej lampovej baňky je možné vysať vzduch, a potom navrhol, že žhaviaca niť by sa nemala vyrábať z uhlia alebo z obalených vlákien, ale z ťažkospálneho wolframu / pozn. prekl.]. Všetky lampy pozostávali zo zapecenej sklenenej baňky, vo vnútri ktorej sa nachádzala rezistívna niť. Pri zapnutí lampy do obvodu teplo, ktoré vznikalo vďaka odporu nite prúdu, spôsobovalo, že žiarila. Z baňky bol odsáty vzduch, aby sa niť nezapálila. Elektrické svetlo bolo už známe vo veľkých mestách vo forme , ktoré sa používali na osvetlenie veľkých verejných priestorov. Všetci títo vynálezcovia hľadali spôsob, ako znížiť množstvo svetla, berúc od horiacej oblúka jasný kúsok dostatočne malý na to, aby ho bolo možné použiť v domácnostiach ako náhradu za plynové lampy, a urobiť zdroj svetla bezpečnejším, čistejším a jasnejším.
A čo Edison skutočne urobil – presnejšie povedané, čo vytvorila jeho priemyselná laboratória – nebolo len vytvorenie zdroja svetla. Vybudovali celú elektrickú sústavu na osvetlenie domácností – generátory, drôty na prenos prúdu, transformátory a podobne. Z toho všetkého bola žiarovka len najviditeľnejším komponentom. Prítomnosť mena Edisona v jeho firmách vyrábajúcich elektrickú energiu nebolo len jednoduché poklonenie sa veľkému vynálezcovi, ako tomu bolo v prípade Bell Telephone. Edison sa ukázal byť nielen vynálezcom, ale aj systémovým architektom. Jeho laboratória pokračovali v práci na zlepšovaní rôznych komponentov elektrického osvetlenia aj po ich skorých úspechoch.
Kus z raných Edisonových lámp
V priebehu výskumov niekde v roku 1883 Edison (alebo možno jeden z jeho zamestnancov) sa rozhodol vložiť do žiarovky okrem vlákna aj kovovú dosku. Dôvody tohto kroku nie sú jasné. Možno to bola snaha eliminovať zatemnenie žiarovky – vnútorný priestor sklenenej baňky časom zhromažďoval záhadnú tmavú substanciu. Inžinier zjavne dúfal, že tieto čierne častice sa budú priťahovať k doske, ktorá bola pod napätím. S vlastným prekvapením zistil, že keď bola doska pripojená do obvodu spolu s kladným koncom vlákna, tak hodnota prúdu pretekajúceho cez vlákno bola priamo úmerná intenzite jeho žiarenia. Pri spojení dosky s záporným koncom vlákna sa nič podobné nevyskytlo.
Edison usúdil, že tento efekt, neskôr nazvaný Edisonov efekt alebo , sa dá využiť na meranie alebo dokonca ovládanie „elektromotorickej sily“ alebo napätia v elektrickej sústave. Zvykom si podal prihlášku na patent tohto „elektrického indikátora“ a potom sa vrátil k dôležitejším úlohám.
Bezdrôtová
K presuňme sa o 20 rokov do budúcnosti, do roku 1904. V tom čase v Anglicku John Ambrose Fleming pracoval pre Marconi Company na vylepšení prijímača rádiových vĺn.
Je dôležité pochopiť, čím bolo a čím nebolo rádio v tom čase, z pohľadu nástroja a praxe. Rádio vtedy ani nenazývali „radio“, nazývali ho „bezdrôtové“. Termín „rádio“ sa stal prevažným až v 10. rokoch 20. storočia. Konkrétne sa jednalo o bezdrôtový telegraf – systém prenosu signálov vo forme bodiek a čiarok od odosielateľa k príjemcovi. Jeho hlavným využitím bola komunikácia medzi loďami a prístavnými službami, a v tomto zmysle sa zaujímali oň námorné úrady po celom svete.
Niektorí vynálezcovia tej doby, predovšetkým , experimentovali s myšlienkou rádiotelefónu – prenosu hlasových správ vzduchom vo forme nepretržitej vlny. Avšak 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 bolo potrebné vyriešiť, nie za charakteristiku, ktorú bolo možné využiť.
Rádiové zariadenia, ktoré existovali v tej dobe, boli dobre prispôsobené na prácu s Morseovou abecedou, ale zle – na všetko ostatné. Vysielače vytvárali Hertzove vlny pomocou iskry, ktorá prešla cez prerušenie v obvode. Preto bol signál sprevádzaný praskaním statiky.
Prijímače rozpoznávali tento signál pomocou koheréra: kovové piliny v sklenenej trubici, ktoré sa pod vplyvom rádiových vĺn zhlukovali do nepretržitej hmoty a tak uzatvárali obvod. Potom bolo potrebné po skle zaklopať, aby sa piliny roztrhli a prijímač bol pripravený na ďalší signál – najprv to robili ručne, ale čoskoro sa začali objavovať aj automatické zariadenia.
V roku 1905 sa začali objavovať , známe aj ako "mačací fúz". Ukázalo sa, že jednoduchým dotykom drôtom na určitý kryštál, ako je kremík, železný pyrit alebo , bolo možné zachytiť rádiový signál z vzduchu. Získané prijímače boli lacné, kompaktné a dostupné pre každého. Podporili rozvoj rádiového nadšenia, najmä medzi mládežou. Nádherný nárast obsadenosti éteru, ktorý z toho vyplynul, spôsobil problémy, keď sa rádiový éter delil medzi všetkých používateľov. Neviné rozhovory nadšencov sa mohli náhodne prekryť s komunikáciou námorníctva, a niektorí neznabohovia dokonca dokázali posielať falošné príkazy a signály o pomoc. Štát sa nevyhnutne musel zasiahnuť. Ako sám Ambrose Fleming napísal, vznik kryštálových detektorov
Ihne okamžite viedlo k nárastu nezodpovedného rádiotelegrafovania kvôli opusteniu nespočetného množstva elektrofanatikov a študentov, čo si vyžiadalo tvrdý zásah národných a medzinárodných orgánov, aby sa udržalo to, čo sa deje, v rozumných a bezpečných medziach.
Z neobvyklých elektrických vlastností týchto kryštalov v tom čase vznikne tretia generácia digitálnych prepínačov, nasledujúca po relé a lampách – prepínače, ktoré dominujú našemu svetu. Ale všetkému príde jej čas. Opísali sme scénu, teraz vráťme všetku pozornosť na herca, 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 Marconi Company. Pôvodne ho spoločnosť najala na odbornú hodnotu ohľadom výstavby elektrárne, ale neskôr sa zameral na zlepšovanie prijímača.
Fleming v roku 1890
Všetci vedeli, že koherér bol zlým prijímačom z hľadiska citlivosti, a magnetický detektor vyvinutý v Marconi nebol o mnoho lepší. Aby mu našiel náhradu, Fleming sa najprv rozhodol vybudovať citlivú schému na detekciu Hertzových vĺn. Takéto zariadenie, aj keď sa samo o sebe nestane detektorom, bude užitočné v budúcich výskumoch.
Na to potreboval prísť na spôsob, ako nepretržite merať silu prúdu vytvoreného prichádzajúcimi vlnami, namiesto použitia diskrétneho koheréra (ten iba ukazoval stavy zapnuté – kde sa štiepky zlepujú, alebo vypnuté). Ale známe prístroje na meranie prúdu – galvanometre – vyžadovali na prevádzku jednosmerný prúd. Striedavý prúd, vzbudený rádiovlnami, menil smer tak rýchlo, že žiadne meranie by nebolo možné.
Fleming si spomenul, že v jeho skrini ležia niektoré zaujímavé veci – Edisonove indikátorové lampy. V 80. rokoch 19. storočia bol poradcom pre Edisonovu elektrickú osvetľovaciu spoločnosť v Londýne a pracoval na probléme černania lampy. V tom čase dostal niekoľko kópií indikátora, pravdepodobne od Williama Prisa, hlavného inžiniera britskej poštovej služby, ktorý sa práve vrátil z elektrickej výstavy vo Filadelfii. Vtedy bolo pre poštové služby mimo USA bežné ovládanie telegrafu a telefónu, preto boli centrami elektrotechnickej expertízy.
Neskôr, v 90. rokoch, sa Fleming sám zaoberal Edisonovým efektom a využíval lampy, ktoré dostal 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. Ale až v roku 1904, keď čelil úlohe detekcie rádiových vĺn, si uvedomil, že tento fakt možno využiť prakticky. Edisonov indikátor umožnil iba smerovým impulzom striedavého prúdu prekonať prechod medzi vláknom a doskou, čo vytvorilo stály a jednosmerný prúd.
Fleming vzal jednu lampu, pripojil ju sériovo s galvanometrom a zapol iskrivý prenosník. Hurá – zrkadlo sa otočilo a lúč svetla sa posunul na stupnici. Fungovalo to. Mohol presne merať prichádzajúci rádiový signál.
Prototypy Flemingovho ventilu. Anód je umiestnený v strede vlákna (horúceho katódu).
Fleming nazval svoj vynález "ventil", pretože prepúšťal elektrinu iba jedným smerom. Hovoriac všeobecnejšie v elektrotechnickom jazyku, bol to usmerňovač – spôsob, ako previesť striedavý prúd na jednosmerný. Neskôr ho nazvali diodou, pretože mal dva elektródy – horúci katód (vlákno), ktorý vyžaroval elektrinu, a studený anód (dosku), ktorý ju prijímal. Fleming pridal do dizajnu niekoľko vylepšení, ale podstata zariadenia sa nelíšila od Edisonovej indikátorovej lampy. Jeho prechod do nového kvalitného stavu sa uskutočnil v dôsledku zmeny myslenia – takéto javy sme už mnohokrát videli. Zmena nastala vo svete myšlienok v hlave Fleminga, nie vo svete vecí mimo nej.
Sám o sebe bol Flemingov ventil užitočný. Bol to najlepší terénny prístroj na meranie rádiových signálov a celkom dobrý detektor sám o sebe. Ale svet neuniesol. Explozívny rast elektroniky sa začal až po pridaní tretieho elektródu Lee de Forestom, ktorý 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 sväto verill, že ako kazateľ by mal šíriť božské svetlo poznania a spravodlivosti. V súlade s volaním povinnosti prijal pozvanie stať sa prezidentom Talladega College v Alabame. Kolégium bolo založené po Občianskej vojne Americkou misiou, ktorej sídlo bolo v New Yorku. Bolo určené na vzdelávanie a povzbudzovanie miestnych černochov. Tam sa Lee cítil medzi kladivom a anvilom – miestni černosi ho urážali za naivitu a zbabranosť, a miestni bieli za to, že bol .
A predsa, mladý de Forest si vybudoval pevnú sebadôveru. Objavil v sebe sklon k mechanike a vynálezom – jeho veľká modelová lokomotíva sa stala miestnym zázrakom. Ešte ako tínedžer, študujúc v Talladege, sa rozhodol zasvätiť svoj život vynálezom. Potom, ako mladý muž a obyvateľ New Haven, syn pastora zhodil zo seba posledné náboženské presvedčenia. Postupne odchádzali kvôli oboznámeniu sa s darwinizmom, a potom ich ako vietor sfúkol po predčasnej smrti jeho otca. Ale pocit, že má určenie, neopúšťal de Foresta – považoval sa za génia a snažil sa stať druhým Nikolom Teslom, bohatým, slávnym a záhadným kúzelníkom éry elektriny. Jeho spolužiaci z Yale ho považovali za samolibého frázistovi. Môžeme ho nazvať asi najmenej obľúbeným človekom zo všetkých, s ktorými sme sa v našej histórii stretli.
de Forest, cca 1900
Po ukončení štúdia na Yale v roku 1899 si de Forest zvolil ovládnutie čoraz populárnejšieho umenia bezdrôtového prenosu signálov ako cestu k bohatstvu a sláve. V nasledujúcich desaťročiach sa touto cestou vydal s veľkým odhodlaním a istotou, bez akýchkoľvek pochybností. Všetko sa začalo spoločnou prácou de Foresta a jeho partnera Eda Smita v Chicagu. Smit udržoval ich podnik nažive pomocou pravidelných platieb, a spolu vyvinuli vlastný detektor rádiových vĺn, ktorý pozostával z dvoch kovových dosiek spojených lepidlom, ktoré de Forest nazval „pasta“ [goo]. Ale de Forest nemohol dlho čakať na odmeny za svoju genialitu. Zbavil sa Smita a spojil sa s pochybným finančníkom z New Yorku menom Abraham White [ironicky zmenením svoje meno z jeho rodného mena, Schwarz, aby zakryl svoje temné podvody. White/White – (angl.) biely, Schwarz/Schwarz – (nemecky) čierny / pozn. prekl.], pričom otvoril spoločnosť De Forest Wireless Telegraph Company.
Samotná činnosť spoločnosti bola pre oboch našich hrdinov druhoradá. White využíval nevedomosť ľudí na naplnenie svojich vreciek. Vymáhal milióny od investorov, ktorí sa všetkými silami snažili nezostať pozadu za očakávaným boomom rádia. A de Forest, vďaka bohatým prísunom financií uvedených „hlupákov“, sa sústredil na to, aby dokázal svoju genialitu prostredníctvom vývoja novej americkej systému bezdrôtového prenosu informácií (v porovnaní s európskou, ktorú vyvinuli Marconi a iní).
Nanešťastie pre americký systém, detektor de Foresta nefungoval práve najlepšie. Na nejaký čas tento problém vyriešil, keď si požičal patentovaný dizajn Reginalda Fessendena na detektor nazývaný „kvapalný barret“ – dva platinové vodiče ponorené v kúpe z kyseliny sírovej. Fessenden podal žalobu za porušenie patentu – a túto právnu bitku by očividne vyhral. De Forest sa nemohol upokojiť, kým nevymyslel nový detektor, ktorý by patril len jemu. Na jeseň 1906 vyhlásil o vytvorení takého detektora. Na dvoch rôznych stretnutiach v Americkom inštitúte elektrotechniky de Forest popisoval svoj nový bezdrôtový detektor, ktorý nazval „Audion“. Ale jeho skutočný pôvod vyvoláva pochybnosti.
N nejakom čase sa pokusy de Forresta o vytvorenie nového detektora točili okolo prúdenia elektriny cez plameň , ktorý, podľa jeho názoru, mohol byť asymetrickým vodičom. Nápad, zdá sa, nedopadol úspešne. V určitom okamihu v roku 1905 sa dozvedel o Flemingovom ventile. De Forrest si do hlavy vbil, že tento ventil a jeho zariadenie na báze horáka sa v zásade nelíšili – ak nahradíme horúcu niť plameňom a zakryjeme ho sklenenou nádobou, aby sme obmedzili plyn, dostaneme ten istý ventil. Vyvinul sériu patentov, ktoré zopakovali príbeh predchádzajúcich vynálezov pred Flemingovým ventilom pomocou detektorov na báze plynového plameňa. Očividne chcel získať prioritu vo vynáleze a obísť Flemingov patent, pretože práca s Bunsenovými horákmi predchádzala práci Fleminga (začali v roku 1900).
Nie je možné povedať, či to bolo sebaklamstvo alebo podvod, no výsledkom bol patent de Forresta z augusta 1906 na „vyprázdnenú sklenenú nádobu obsahujúcu dva oddelené elektródy, medzi ktorými existuje plynové médium, ktoré pri dostatočnom zahriatí sa stáva vodičom a vytvára citlivý element“. Zariadenie a fungovanie prístroja patrili Flemingovi, zatiaľ čo vysvetlenie jeho fungovania – de Forestovi. De Forrest nakoniec prehral patentový spor, hoci to trvalo desať rokov.
Netrpezlivý čitateľ sa už môže začať zaujímať, prečo trávime toľko času týmto človekom, ktorého sebaospravedlnený génius spočíval v predávaní cudzych myšlienok ako svojich? Dôvodom sú transformácie, ktorými prešiel Audion v posledných mesiacoch roku 1906.
K tomu času de Forrest nemal prácu. White s partnermi sa vyhli zodpovednosti v súvislosti s Fessendenovou žalobou, vytvorili novú spoločnosť United Wireless a požičali jej aktíva American De Forest za sumu 1 dolár. De Forrest bol vyhodený s odškodnením 1000 dolárov a niekoľkými bezcennými patentmi na rukách, vrátane patentu na Audion. Zvyknutý na rozhadzovačný životný štýl sa stretol so vážnymi finančnými problémami a zúfalo sa snažil premeniť Audion na veľký úspech.
Aby sme pochopili, čo sa stalo ďalej, je dôležité vedieť, že de Forest veril, že vynašiel relé – na rozdiel od Flemingovho usmerňovača. Svoj Aundion vytvoril tým, že pripojil batériu k studenej doske ventil, a veril, že signál v anténovej schéme (pripojenej k horúcemu vláknu) moduloval silnejší prúd v obvode batérie. Chybil sa: neexistovali dve schémy, batéria len posúvala signál z antény, a nie ho zosilňovala.
Ale táto chyba sa stala kritickou, pretože viedla de Foresta k experimentom s tretím elektródom v baňke, ktorý mal ešte viac oddeliť dve schémy tohto „relé“. Spočiatku pridával druhý studený elektród vedľa prvého, ale potom sa, možno pod vplyvom ovládacích mechanizmov používaných fyzikmi na presmerovanie lúčov v elektrónových lampách, presunul elektród na miesto medzi vláknom a primárnou doskou. Rozhodol sa, že takáto poloha môže prerušiť tok elektriny, a zmenil tvar tretieho elektródu z dosky na vlnitý drôt, ktorý pripomínal rasper – a nazval ho „mriežkou“.
Triod Aundion z roku 1908. Vlákno (roztrhnuté) naľavo – katód, vlnitý drôt – mriežka, zaoblená kovová doska – anód. Stále má závit, ako obvyklá žiarovka.
A to už naozaj bolo relé. Slabý prúd (taký, aký získavame z rádiovej antény), dodaný na mriežku, mohol ovládať oveľa silnejší prúd medzi vláknom a doskou, odtláčajúc nabité častice, ktoré sa snažili prechádzať medzi nimi. Tento detektor fungoval oveľa lepšie ako ventil, pretože nielen usmerňoval, ale aj zosilňoval rádiový signál. A, ako ventil (a na rozdiel od koherátora), mohol odovzdávať konštantný signál, čo umožnilo vytvorenie nielen rádiotelegrafu, ale aj rádiotelefonu (a neskôr – prenosu hlasu a hudby).
V praxi však nefungoval obzvlášť dobre. Aundiony de Foresta boli náročné, rýchlo sa spalovali, na ich výrobe chýbala stálosť kvality a ako zosilňovače boli neefektívne. Aby konkrétny Aundion správne fungoval, bolo potrebné nastaviť jeho elektrické parametre obvodu.
Napriek tomu de Forest veril vo svoje vynálezy. Na jeho propagáciu založil novú spoločnosť, De Forest Radio Telephone Company, ale predaje boli mizerné. Najväčším úspechom bola predajná dohoda na vybavenie pre námorné vnútorné telefónne systémy počas okružnej plavby „“. Avšak veliteľ flotily, nemajúci čas na to, aby prístroje de Foresta uviedol do prevádzky a naučil posádku ich používaním, nariadil ich zabaliť a nechať v sklade. Navyše, nová spoločnosť de Foresta, vedená nasledovníkom Abrahama Whita, nebola o nič lepšia ako predchádzajúca. Okrem svojich neúspechov sa čoskoro dostal pod obvinenie z podvodu.
Za päť rokov Audion nič nedosiahol. A opäť bude hrať telefón kľúčovú úlohu pri vypracovaní digitálneho relé, tentoraz zachraňujúci sľubnú, ale neoverenú technológiu, ktorá bola na pokraji zabudnutia.
A opäť telefón
Sieť telekomunikácií na dlhé vzdialenosti bola centrálnym nervovým systémom AT&T. Spájala množstvo lokálnych spoločností a poskytovala kľúčovú konkurenčnú výhodu po uplynutí patentov Bellovcov. Nový klient, ktorý sa pripojil k sieti AT&T, mohol teoreticky zavolať všetkým ostatným predplatiteľom, nachádzajúcim sa tisíce kilometrov od neho – hoci v skutočnosti sa dlhé vzdialenosti volali zriedka. Sieť tiež predstavovala materiálny základ pre komplexnú ideológiu spoločnosti „Jedna politika, jeden systém, univerzálna služba“.
Ale s príchodom druhého desaťročia dvadsiateho storočia sa táto sieť dostala na fyzické maximum. Čím ďalej sa ťahali telefónne vedenia, tým slabší a hlučnejší sa stával signál, ktorý nimi prechádzal, a nakoniec bola reč prakticky neodlíšiteľná. Z tohto dôvodu existovali v USA vlastne dve siete AT&T, oddelené kontinentálnym pohorím.
Pre východnú sieť bol základom New York, zatiaľ čo mechanické repetítory a – pripútaním, ktoré určuje, akú vzdialenosť mohol dosiahnuť ľudský hlas. Ale tieto technológie neboli všemocné. Cievky menili elektrické vlastnosti telefónneho schémy, čím znižovali oslabovanie hlasových frekvencií – mohli ho len znížiť, nie úplne odstrániť. Mechanické replikátory (nikto iný než telefónny reproduktor spojený so zosilňujúcim mikrofónom) pridávali šum pri každom opakovaní. Linka z roku 1911 z New Yorku do Denveru dotiahla túto pripútanosť do maximálnej dĺžky. O ťahaní siete naprieč kontinentom sa ani nedalo hovoriť. Avšak v roku 1909 John Carty, hlavný inžinier AT&T, verejne sľúbil, že to urobí. Sľúbil to za päť rokov – do začiatku v San Franciscu v roku 1915.
Ako prvý, kto dokázal uskutočniť taký projekt pomocou nového telefónneho zosilňovača, nebol Američan, ale dedič bohatej viedenskej rodiny, ktorý sa zaujímal o vedu. Ako mladý, s finančnými prostriedkami svojich rodičov kúpil výrobnú spoločnosť telefónov a rozhodol sa vyvinúť zosilňovač pre telefónne rozhovory. Do roku 1906 vyvinul relé založené na elektrónových lúčových trubiciach, ktoré sa v tom čase široko používali vo fyzikálnych experimentoch (a neskôr sa stali základom pre dominujúcu technológiu videodier v 20. storočí). Slabý prichádzajúci signál ovládal elektromagnet, ktorý ohýbal lúč, modulujúci silnejší prúd v hlavnej schéme.
Do roku 1910 sa von Lieben so svojimi kolegami Eugeneom Raysom a Sigmundom Straussom dozvedeli o Audione de Forest a nahradili magnet v trubici mriežkou, ktorá kontrolovala katódové lúče – tento dizajn bol najefektívnejší a prekonal všetky doterajšie vývoj v USA. Nemecká telefónna sieť čoskoro prijala zosilňovač von Liebena. V roku 1914 vďaka nemu prebehol nervózny telefonát veliteľa východopruských vojsk na nemecké veliteľstvo, vzdialené 1000 kilometrov v Koblenzi. To donútilo veliteľa štábu poslať generálov Hindenburga a Ludendorfa na východ, k večnej sláve a ťažkým následkom. Podobné zosilňovače neskôr spájali nemecké štáb s poľnými armádami na juhu a východe až do Makedónie a Rumunska.
Kópia vylepšeného katódového lúčového relé fon Libena. Katóda je dole, anóda – cievka je hore, a mriežka – kruhová 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 zatiaľ de Forest opustil klesajúcu Radio Telephone Company v roku 1911 a ušiel do Kalifornie. Tam sa zamestnal vo Federálnej telegrafnej spoločnosti v Palo Alto, ktorú založil absolvent Stanfordu . Oficiálne mal de Forest pracovať na zosilňovači, ktorý zvyšoval hlasitosť výstupného signálu federálneho rádi prijímača. V skutočnosti on, Herbert Van Etten (skúsený telefónny inžinier) a Charles Logwood (vývojár prijímača) pracovali na vytvorení telefónneho zosilňovača, aby získali spolu cenu od AT&T, ktorá údajne činila 1 milión dolárov.
Na to de Forest vytiahol z povaly Audion, a do roku 1912 už mali so svojimi kolegami zariadenie pripravené na demonštráciu vo telefónnej spoločnosti. Skladalo sa z niekoľkých sériovo pripojených Audionov, ktoré vytvárali zosilnenie v niekoľkých fázach, a ďalších pomocných komponentov. Zariadenie v podstate fungovalo – mohlo zosilniť signál dostatočne, aby ste počuli, ako padá vreckovka alebo ako tikajú vreckové hodinky. Ale len 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. Telefónni inžinieri mali dostatočný záujem, aby dali zariadenie svojim inžinierom a pozreli sa, čo s ním dokážu urobiť. Tak sa stalo, že jeden z nich, mladý fyzik Harold Arnold, presne vedel, ako opraviť zosilňovač od Federálneho telegrafu.
Prišiel čas diskutovať o tom, ako fungoval ventil a Audion. Kľúčové pochopenie, potrebné na vysvetlenie ich práce, sa objavilo v Kavenidžskej laboratóriu v Cambridge – intelektuálnom centre novej elektronickej fyziky. V roku 1899 tam J. J. Thomson ukázal v experimentoch s katódovými lúčovými trubicami, že častica s hmotnosťou, známa neskôr ako elektron, prenáša prúd z katódy na anódu. V nasledujúcich niekoľkých rokoch Owens Richardson, Thomsonov kolega, rozvinul túto hypotézu do matematickej teórie termoelektrónovej emisie.
Ambrose Fleming, inžinier, ktorý pracoval na krátku vzdialenosť vlakom z Cambridge, bol oboznámený s touto prácou. Bolo mu jasné, že jeho ventil funguje vďaka termoelektrónovej emisii elektrónov z ohriateho vlákna, ktoré prechádzalo vakuu až k studenej anóde. Ale vákuum v indikátorovej lampe nebolo hlboké – pre bežnú žiarovku to ani nebolo potrebné. Stačilo odsávať toľko kyslíka, aby sa vlákno nezapálilo. Fleming si uvedomil, že na optimálne fungovanie ventilu je potrebné vakuum dôkladne vyprázdniť, aby zvyškový plyn nenarúšal tok elektrónov.
De Forest to nepochopil. Keďže sa k ventilu a Audionu dostal cez experimenty s Bunsenovým horákom, bol presvedčený o opaku – že horúci ionizovaný plyn bol pracovnou substanciou zariadenia a že jeho úplné odstránenie by spôsobilo zánik funkcie. Práve preto Audion tak nestabilne a neuspokojivo fungoval ako rádiový prijímač a práve preto vyžaroval modré svetlo.
Arnold v AT&T sa ocitol v ideálnej situácii na opravu chyby De Foresta. Bol fyzikom, ktorý študoval u Roberta Millikena na Chicagskej univerzite, a bol najatý špeciálne na to, aby aplikoval svoje poznatky v novej elektronickej fyzike na úlohu vybudovania telefónnej siete od pobrežia k pobrežiu. Vedel, že audionová lampa bude fungovať najlepšie v takmer ideálnom vákuu, vedel, že najnovšie pumpy môžu dosiahnuť také vákuum, vedel, že nový typ vlákna potiahnutého oxidom, spolu so zväčšenou doskou a mriežkou, tiež dokáže zvýšiť tok elektrónov. Skrátka, zmenil Audion na elektronovú lampu, zázrak elektronickej éry.
AT&T získala mocný zosilňovač, ktorý bol potrebný na výstavbu transkontinentálnej linky – chýbali len práva na jeho používanie. Zástupcovia spoločnosti sa na rokovaniach s de Forestom správali nedôverčivo, ale naviac viedli osobný rozhovor cez externého právnika, ktorý dokázal získať práva na používanie Audionu ako telefonického zosilňovača za 50 000 dolárov (približne 1,25 milióna dolárov v cenách z roku 2017). Linka New York – San Francisco bola otvorená presne načas, ale skôr ako triumf technickej virtuozity a korporátneho marketingu než ako prostriedok komunikácie. Náklady na hovory boli také astronomické, že takmer nikto ich nemohol využívať.
Elektronická éra
Skutočná elektronická trubica sa stala základom úplne nového stromu elektronických komponentov. Rovnako ako relé, elektronická trubica neustále rozširovala možnosti svojho využitia, keď inžinieri nachádzali nové spôsoby, ako prispôsobiť jej konštrukciu pre riešenie konkrétnych úloh. Rast kmene „-ódov“ neskončil s diódy a triody. Pokračoval s , ktorá pridala ďalšiu mriežku, podporujúcu zosilnenie s rastom prvkov v schéme. Následne sa objavili , , a dokonca . Objavili sa tyristory, naplnené ortuťovými pármi, žiariace zlovestným modrým svetlom. Miniatúrne trubice veľkosti malíčka na nohe alebo dokonca žalúdka. Trubice s katódou s nepriamym ohrevom, v ktorých bzučanie striedavého prúdu nenarušovalo signál. Kniha „Sága elektronickej trubice“ [Saga of the Vacuum Tube], popisujúca rast priemyslu trubíc do roku 1930, uvádza viac ako 1000 rôznych modelov podľa ich indexu – hoci mnohé z nich boli nezákonné kópie od nedôveryhodných značiek: Altron, Perfectron, Supertron, Volttron a podobne.
Dôležitejšia ako rozmanitosť tvarov bola rozmanitosť využití elektrónky. Regeneračné obvody premieňali triódy na vysielače – vytvárajúce hladké a stabilné sínusové vlny, bez rušivých iskier, schopné dokonale prenášať zvuk. S koherátorom a iskrami mohol Marconi v roku 1901 sotva preniesť malý úryvok Morseovej abecedy cez úzku časť Atlantiku. V roku 1915 dokázal AT&T pomocou elektrónky ako vysielača a prijímača prenášať ľudský hlas z Arlingtonu vo Virgínii do Honolulu – na dvojnásobnú vzdialenosť. Do 20. rokov skombinovali telefóniu na dlhých vzdialenostiach s vysokokvalitným zvukovým vysielaním a vytvorili prvé rozhlasové siete. Takže čoskoro celá národ mohla počúvať po rádiu ten istý hlas, nech už bol Roosevelt alebo Hitler.
Navyše, schopnosť vytvárať vysielače ladené na presnú a stabilnú frekvenciu umožnila telekomunikačným inžinierom uskutočniť dávny sen frekvenčného multiplexovania, ktorý lákal Alexandra Bella, Edisona a ostatných pred štyridsiatimi rokmi. Do roku 1923 mala AT&T desiatkanálovú hlasovú linku z New Yorku do Pittsburghu. Možnosť prenosu mnohých hlasov po jednom medenom vodiči radikálne znižovala náklady na diaľkové hovory, ktoré boli kvôli vysokým nákladom vždy dostupné iba pre najbohatších ľudí a podniky. Vidieť, na čo sú elektronky schopné, poslalo AT&T svojich právnikov, aby odkúpili ďalšie práva od de Foresta, aby si zabezpečili práva na používanie Audion vo všetkých dostupných oblastiach aplikácie. Celkovo mu zaplatili 390 000 dolárov, čo je dnes zhruba 7,5 milióna dolárov.
Prečo však pri takej rozmanitosti elektrónky nedominovali v prvom поколeni počítačov tak, ako dominovali v rádiu a inom telekomunikačnom zariadení? Je zrejmé, že triod mohol byť digitálnym spínačom rovnako ako relé. Tak zrejmé, že de Forest dokonca považoval, že vynašiel relé ešte predtým, než ho naozaj vytvoril. A triod bol oveľa citlivejší ako tradičné elektromekanické relé, pretože nebolo potrebné fyzicky premiestňovať kotvu. Typickému relé na prepínanie trvalo niekoľko milisekúnd, zatiaľ čo zmena prúdu z katódy na anódu v dôsledku zmeny elektrického potenciálu na mriežke bola takmer okamžitá.
Ale lampy mali zjavný nevýhodu oproti relé: ich tendencia, podobne ako ich predchodcov, žiaroviek na osvetlenie, vyhoriať. Životnosť pôvodného Audiona de Foresta bola taká krátka – okolo 100 hodín – že v lampe bol nainštalovaný náhradný vlákno, ktoré sa malo pripojiť po vyhorení prvého. To bolo veľmi zlé, ale aj od najkvalitnejších lampiek sa nedalo očakávať, že odpracujú viac ako niekoľko tisíc hodín. Pre počítače s tisíckami lampiek a hodinovými výpočtami to bola vážna problém.
Naopak, relé, podľa Georga Stibitza, boli „fantasticky spoľahlivé“. Tak veľmi, že tvrdil, že
Keby súbor U-typových relé začal svoj chod v prvom roku našej éry a prepínal kontakt raz za sekundu, stále by fungoval aj dnes. Prvý poruchu kontaktu by sme mohli očakávať skôr ako po tisíc rokoch, niekde v roku 3000.
Navyše neexistovali skúsenosti s používaním veľkých elektronických obvodov, porovnateľných s elektromekanickými obvodmi telefónnych inžinierov. Rádioprijímače a iné zariadenia mohli obsahovať 5-10 lampiek, nie však stovky tisíc. Nikto nevedel, či bude možné uviesť do chodu počítač s 5000 lampami. Výber relé namiesto lampiek bol bezpečný a konzervatívny krok vývojárov počítačov.
V ďalšej časti uvidíme, ako a prečo sa tieto pochybnosti podarilo prekonať.
Zdroj: habr.com
