Drugi članki cikla:
- Zgodovina relejev
- Zgodovina elektronskih računalnikov
- Zgodovina tranzistorja
- Zgodovina interneta
V Videli smo, kako je prva generacija digitalnih računalnikov nastala na podlagi prve generacije avtomatskih električnih stikal – elektromagnetnih relejev. Ko so ta računalnika nastala, pa je v ozadju čakala še ena digitalna stikalo. Rele je bilo elektromagnetno napravo (ki je uporabljala električni tok za upravljanje z mehaničnim stikalom), medtem ko je nov razred digitalnih stikal bil elektronski – temelječ na novih spoznanjih o elektronu, ki so se pojavila na začetku 20. stoletja. Ta znanost je pokazala, da je nosilec električne moči bila trda delca, ne tok, ne val, ne polje.
Naprava, ki je rodila dobo elektronike, temelječe na tej novi fiziki, je postala znana kot "elektronska cev" [v ZDA - vacuum tube, ali "vakumska cev"]. V zgodovini njenega nastajanja sta sodelovala dva človeka: Anglež in Američan . V resnici je izvor elektronike precej bolj zapleten, zapletel se je iz številnih niti, ki prečkajo Evropo in Atlantik, in segajo nazaj v preteklost, vse do zgodnjih poskusov z Leydenovimi bankami sredi 18. stoletja.
Toda v okviru našega prikaza bo primerno osvetliti (ta besedna igra!) to zgodbo, začenši s Thomasom Edisonom. V 80. letih 19. stoletja je Edison naredil zanimivo odkritje, ko je delal na električni razsvetljavi – to odkritje je postavilo oder za našo zgodbo. Od tu je prišlo nadaljnje razvijanje elektronskih cevi, ki je bilo potrebno za dva tehnološka sistema: novo obliko brezžične prenose sporočil in nenehno rastoče telefonske mreže.
Prolog: Edison
Edisona običajno štejejo za izumitelja električne žarnice. To mu hkrati daje preveč in premalo časti. Preveč, ker edini Edison ni zaslužan za sijajno žarnico. Poleg množice njegova predhodnikov, katerih izumi niso dosegli komercialne uporabe, lahko omenimo Josepha Swana in Charlesa Sturta iz Britanije ter Američana Williama Soyera, ki so prav tako lansirali žarnice hkrati z Edisonom. [Čast izuma pripada tudi ruskemu izumitelju . Lodygin je bil prvi, ki se je domislil, da bi iz steklene žarnice črpal zrak, kasneje pa je predlagal, da se nitka za žarčenje ne izdeluje iz oglja ali oglenih vlaken, temveč iz trdnega volframa / opomba prevajalca.]. Vse žarnice so bile sestavljene iz zatesnjene steklene žarnice, znotraj katere je bila uporna nit. Ko je bila žarnica priključena na vezje, je toplota, ki je nastajala zaradi upora niti električni tok, povzroča, da je zasvetila. Iz žarnice je bil črpan zrak, da se nitka ne prižge. Električna svetloba je bila že znana v velikih mestih v obliki , ki so se uporabljale za osvetljevanje velikih javnih prostorov. Vsi ti izumitelji so iskali način, da bi zmanjšali količino svetlobe, ki jo oddaja goreča loka, na dovolj majhno delček, da bi jo lahko uporabljali v gospodinjstvih kot zamenjavo za plinske svetilke, ter naredili vir svetlobe varnejši, čistejši in svetlejši.
Toda kar je Edison dejansko naredil – natančneje, kar je ustvarila njegova industrijska laboratorija – ni bilo le ustvarjanje vira svetlobe. Zgradili so celoten električni sistem za osvetljevanje domov – generatorje, žice za prenos toka, transformatorje in podobno. Medtem ko je bila žarnica najbolj očiten in viden element, je bil Edisonov imenski prispevek v njegovih podjetjih, ki so proizvajala električno energijo, več kot le ponižno klanjanje velikemu izumitelju, kot je to šlo v primeru Bell Telephone. Edison se je izkazal ne samo kot izumitelj temveč tudi kot sistemski arhitekt. Njegova laboratorija je nadaljevala z delom na izboljševanju različnih komponent električnega osvetljevanja tudi po njihovem zgodnjem uspehu.
Primer zgodnjih Edisonovih žarnic
Med raziskavami nekje leta 1883 je Edison (ali pa morda eden izmed njegovih sodelavcev) sklenil, da bo v svetilko skupaj z nitjo umestil še kovinsko ploščo. Razlogi za to dejanje niso jasni. Morda je šlo za poskus odprave temnenja žarnice – notranjost steklene bučke je sčasoma nabirala skrivnostno temno snov. Inženir je očitno upal, da se bodo ti črni delci privlačili k napeti plošči. S svojim presenečenjem je odkril, da je bila moč toka, ki je tekla skozi nit, neposredno sorazmerna z intenzivnostjo njenega žarenja, ko je bila plošča povezana s pozitivnim koncem nitke. Ko je bila plošča povezana z negativnim koncem nitke, niti približno nič podobnega ni bilo opaziti.
Edison je sklenil, da je ta učinek, kasneje imenovan Edisonov učinek ali , mogoče uporabiti za merjenje ali celo nadzor 'elektromotorne sile', oziroma napetosti, v električnem sistemu. Iz navade je vložil patentne prijave za ta 'električni indikator' in se nato vrnil k pomembnejšim nalogam.
Brez žic
Premaknimo se 20 let v prihodnost, v leto 1904. Takrat je v Angliji John Ambrose Fleming delal za Marconi Company na izboljšanju sprejemnika radijskih valov.
Pomembno je razumeti, kaj je radio takrat bilo in česa ni bilo, tako z vidika orodja kot prakse. Radia takrat sploh niso imenovali 'radio', temveč 'wireless' – brezžično. Termin 'radio' se je začel prevladovati šele v 10-ih letih prejšnjega stoletja. Natančneje je šlo za brezžični telegraf – sistem za prenos signalov v obliki pik in črt od pošiljatelja do prejemnika. Njegova osnovna uporaba je bila komunikacija med ladjami in pristaniškimi službami in v tem smislu so ga zanimali pomorski oddelki po vsem svetu.
Nekateri izumitelji tistega časa, zlasti , smo smo se poigrali z idejo radijskega telefona – prenosom glasovnih sporočil po zraku v obliki neprekinjene valovne oblike. Vendar je imel sodoben pojem radijskih oddajanj svoj začetek šele 15 let kasneje: prenos novic, zgodb, glasbe in drugih programov za široko občinstvo. Pred tem je vseobsegajoča narava radijskih signalov veljala za težavo, ki jo je bilo treba rešiti, ne pa kot značilnost, ki bi jo lahko izkoristili.
Radijska oprema, ki je bila takrat na voljo, je bila dobro prilagojena za delo z Morzejevo abecedo, a slabo za vse ostalo. Oddajniki so ustvarjali Hertzove valove, tako da so poslali iskrico čez prelom v vezju. Zato je bil signal spremljan s pokanjem statike.
Sprejemniki so ta signal prepoznali preko kohererja: kovinski delci v stekleni cevi, ki so se pod vplivom radijskih valov zbrali v neprekinjeno maso, in tako zaprli vezje. Nato je bilo potrebno po steklu potrkati, da so se delci razpršili in bil sprejemnik pripravljen na naslednji signal – sprva so to počeli ročno, vendar so kmalu prišla na voljo tudi avtomatska napravljena naprava.
V letu 1905 so se začeli pojavljati , znani tudi kot 'mačja dlaka'. Izkazalo se je, da je bilo mogoče z dotikom žice na določen kristal, na primer silicij, železov pirit ali , ujeti radijski signal iz zraka. Nastale sprejemnice so bile poceni, kompaktne in dostopne vsakomur. Spodbudile so razvoj radijskega hobija, še posebej med mladino. Nenaden porast zasedenosti etra, ki je nastal zaradi tega, je privedel do težav, saj je bil radijski eter razdeljen med vse uporabnike. Nedolžni pogovori navdušencev so se lahko nenamerno prekrili s pogovori mornarice, nekateri nadležni posamezniki pa so celo uspeli oddajati lažne ukaze in pošiljati SOS signale. Država je morala neizogibno poseči vmes. Kot je zapisal sam Ambrose Fleming, je pojav kristalnih detektorjev
Takojšen pojav je privedel do eksplozije nekontrolirane radiotelegrafije zaradi dejanj neštetih ljubiteljev elektrike in študentov, kar je zahtevalo strogo posredovanje nacionalnih in mednarodnih organov oblasti, da bi obdržali dogajanje v razumnem in varnem okviru.
Iz nenavadnih električnih lastnosti teh kristalčkov bo v svojem času nastala tretja generacija digitalnih stikal, za relji in žarnicami – stikali, ki prevladujejo v našem svetu. Vendar ima vse svoje čas. Opišemo prizor, zdaj pa se vrnimo k igralcu, ki je pravkar stopil v svetlobo reflektorjev: Ambroza Fleminga, Anglija, 1904.
Ventil
Leta 1904 je bil Fleming profesor električne inženiringa na Univerzitetnem kolidžu Londona in svetovalec za podjetje Marconi. Podjetje ga je prvotno najelo za strokovno oceno pri gradnji elektrarne, nato pa se je lotil naloge izboljšanja sprejemnika.
Fleming leta 1890
Vsi so vedeli, da je koherer slab sprejemnik glede na občutljivost, in magnetni detektor, ki ga je razvilo podjetje Macroni, ni bil posebej boljši. Da bi mu našel nadomestilo, se je Fleming sprva odločil zgraditi občutljivo vezje za odkrivanje Hertzovih valov. Takšen naprava, tudi če ne bi postala detektor sama po sebi, bi bila koristna pri prihodnjih raziskavah.
Zato je moral najti način za stalno merjenje jakosti toka, ki ga ustvarjajo prihajajoči valovi, namesto da bi uporabil diskretni koherer (ta je prikazoval le stanje vklopljeno – kjer so se žetoni združili, ali izklopljeno). A znane naprave za merjenje jakosti toka – galvaniometri – so potrebovale za delovanje enosmerni tok. Izmenični tok, ki ga vzbujajo radijski valovi, je tako hitro spreminjal smer, da merjenja ne bi bilo mogoče izvesti.
Fleming se spomnil, da ima v omari nekaj zanimivih stvari – Edisonove indikatorske lučke. V 1880-ih je bil svetovalec za Edisonovo električno osvetlitveno podjetje v Londonu in delal na problemu črnjenja žarnic. Takrat je prejel nekaj kopij indikatorskih lučk, morda od Williama Prise, glavnega inženirja britanske Poštne službe, ki se je pravkar vrnil z električne razstave v Filadelfiji. Takrat je bil nadzor telegrapha in telefona za poštne službe zunaj ZDA običajen, zato so bili centri elektroinženirske ekspertize.
Kasneje, v 1890-ih, je Fleming tudi sam preučeval Edisonov učinek, pri čemer je uporabljal lučke, ki jih je prejel od Prise. Pokazal je, da je učinek v tem, da tok teče v eno smer: negativni električni potencial lahko teče z vroče nitke na hladen elektroda, ne pa obratno. Vendar pa je šele leta 1904, ko se je srečal s problemom odkrivanja radijskih valov, razumel, da bi lahko ta dejstva praktično uporabil. Edisonova indikatorska lučka bi omogočila le usmerjenim impulzom izmeničnega toka, da premagajo prekinitev med nitko in ploščo, kar bi dalo stalen in enosmeren tok.
Fleming je vzel eno lučko, jo povezal v serijo z galvanometrom in vključil iskrni prenosnik. Voilà – ogledalce se je obrnilo in žarek svetlobe se je premaknil po lestvici. Delovalo je. Natančno je lahko izmeril prihajajoči radijski signal.
Prototipi Flemingovega ventila. Anoda se nahaja sredi nitaste zanke (vročega katode).
Fleming je svoje izum imenoval 'ventil', ker je dovoljeval električnemu toku, da teče le v eni smeri. Z drugimi besedami, bila je usmerjevalna naprava – način pretvarjanja izmeničnega toka v enosmerni tok. Kasneje so jo poimenovali diod, ker je imela dve elektrodi – vroči katod (nitka), ki je izžareval električnost, in hladen anod (plošča), ki jo je prejemal. Fleming je v načrt vnesel nekaj izboljšav, vendar se naprava po osnovni zasnovi ni razlikovala od Edisonove indikatorske lučke. Njena preobrazba v novo kakovost se je zgodila zaradi spremembe načina razmišljanja – tak pojav smo že večkrat videli. Sprememba se je odvila v svetu idej v Flemingovi glavi, ne v svetu stvari zunaj nje.
Sama po sebi je Flemingov ventil bio koristan. Bilo je to najbolje poljsko uređaj za mjerenje radio signala i dobar detektor sam po sebi. No, svijet nije potresao. Eksplozivni rast elektronike započeo je tek nakon što je Lee de Forest dodao treći elektrod i pretvorio ventil u relej.
Slušanje
Lee de Forest je imao neuobičajeno odgoj za učenika iz Yale-a. Njegov otac, reverend Henry de Forest, bio je veteran Građanskog rata iz New Yorka, pastor , i svetou vjerovao da kao propovjednik treba širiti božansko svjetlo znanja i pravde. Uslijed poziva dužnosti, prihvatio je poziv da postane predsjednik Talladega koledža u Alabami. Koledž je osnovan nakon Građanskog rata od strane Američke misijske asocijacije sa sjedištem u New Yorku. Osnovan je za obrazovanje i vođenje lokalnog crnog stanovništva. Tamo je Lee osjećao da se nalazi između čekića i nakovnja – lokalni crnci su ga ismijavali zbog naivnosti i kukavičluka, a lokalni bijelci – zbog toga što je bio .
Ipak, de Forest je kao mladic stekao čvrsto samopouzdanje. Otkrijao je u sebi sklonost mehanici i izumima – njegov maketni model lokomotive postao je lokalno čudo. Još u pubertetu, dok je studirao u Talladegi, odlučio je posvetiti svoj život izumima. Zatim, kao mladić koji je živio u gradu New Haven, sin pastora odbacio je svoja posljednja vjerska uvjerenja. Ona su postepeno nestajala zbog upoznavanja s darvinizmom, a onda su kao vjetrom odnijeta nakon prerane smrti njegovog oca. No, osjećaj prisutnosti neke sudbine nikada nije napuštao de Foresta – smatrao je sebe genijem i težio postati drugi Nikola Tesla, bogat, poznat i tajanstven čarobnjak doba elektriciteta. Njegovi vršnjaci sa Yale-a smatrali su ga samopouzdanim bleferom. Možda se može nazvati najmanje popularnom osobom među svima koje smo sreli u našoj povijesti.
de Forest, oko 1900.
Po končanju študija na Univerzi Yale leta 1899 je de Forest izbral obvladovanje naraščajoče umetnosti prenašanja brezžičnih signalov kot pot do bogastva in slave. V desetletjih, ki so sledila, je s veliko odločnostjo in samozavestjo napadal to pot, brez vsakega dvoma. Vse se je začelo s sodelovanjem de Foresta in njegovega partnerja Eda Smeyta v Chicagu. Smeyt je s svojimi rednimi plačili vzdržaval njihovo podjetje, skupaj pa sta razvila lasten detektor radijskih valov, sestavljen iz dveh kovinskih plošč, povezanih s smolo, ki jo je de Forest imenoval "pasta" [goo]. Vendar de Forest ni mogel dolgo čakati na nagrade za svojo genialnost. Znebil se je Smeyta in se povezal z dvomljivim finančnikom iz New Yorka po imenu Abraham White [ironično spremenivši svoje ime iz tistega, ki mu je bilo dano ob rojstvu, Schwarz, da bi skril svoje mračne posle. White / White - (angleško) bel, Schwarz / Schwarz - (nemško) črn / op. prev.], odprl podjetje De Forest Wireless Telegraph Company.
Dejavnost podjetja je bila za oba junaka nepomembna. White je izkoriščal nevednost ljudi za polnjenje svojih žepov. Od prevaranih vlagateljev je iztržil milijone, ki so se s težavo trudili, da bi dohajali pričakovani porast radia. De Forest pa se je, zahvaljujoč obilju sredstev od omenjenih "naivnih", osredotočil na dokazovanje svoje genialnosti z razvojem nove ameriške brezžične komunikacijske sistemi (v nasprotju z evropsko, ki so jo razvili Marconi in drugi).
Na žalost ameriške sisteme je de Forestov detektor deloval dokaj slabo. Za nekaj časa je to težavo rešil s posojanjem patentiranega dizajna Reginalda Fessendena za detektor po imenu "tekoči barometer" - dva platina žice, potopljena v posodo z žveplovo kislino. Fessenden je sprožil tožbo zaradi kršenja patenta – in v tožbi bi očitno zmagal. De Forest se ni mogel umiriti, dokler ni izumil novega detektorja, ki bi pripadal samo njemu. Jeseni 1906 je napovedal ustvarjanje takšnega detektorja. Na dveh različnih srečanjih v Ameriškem inštitutu za elektrotehniko je de Forest opisoval svoj novi brezžični detektor, ki ga je imenoval "Audion". Vendar pa njegovo resnično poreklo vzbuja dvome.
Nekaj časa so poskusi de Forest za izdelavo novega detektorja temeljili na prehodu toka skozi plamen. , za katerega je menil, da bi lahko bil asimetrični prevodnik. Ideja očitno ni bila uspešna. Konec leta 1905 se je seznanil s Flemingovim ventilom. De Forest je prepričan, da ta ventil in njegov izdelek na osnovi gorilnika v osnovi nista nič drugačna – če bi boli vroča nit v plamenu in jo pokrili s stekleno bučko, da bi omejili plin, bi dobili enak ventil. Razvil je vrsto patentov, ki so ponavljali zgodovino prejšnjih izumov pred Flemingovim ventilom z uporabo detektorjev, osnovanih na plamenih. Očitno je želel pripisati prioritet pri izumu, mimo Flemingovega patenta, saj so dela z Bunsenovim gorilnikom predhodila Flemingovemu delu (ta so se začela leta 1900).
Nemogoče je reči, ali je šlo za samoobdolžitev ali prevaro, a rezultat je bil patent de Foresta avgusta 1906 za „izpraznjeno stekleno posodo, ki vsebuje dva ločena elektroda, med katerima obstaja plinska sredina, ki postane prevodnik pri dovolj visokih temperaturah in tvori občutljiv element“. Oprema in delovanje naprave pripadata Flemingu, razlaga njenega delovanja pa de Forestu. De Forest je na koncu izgubil patentni spor, čeprav je to trajalo deset let.
Nestrpni bralec se lahko že začne spraševati, zakaj porabimo toliko časa za tega človeka, katerega samoproklamiran genij je bil v tem, da je tuje ideje predstavil kot svoje? Razlog se skriva v spremembah, ki jih je Audion doživel v zadnjih mesecev leta 1906.
Do tistega časa de Forest ni imel dela. White in njegovi partnerji so se izognili odgovornosti v zvezi s tožbo Fessendena, ustvarili novo podjetje, United Wireless, in mu posodili premoženje American De Forest za znesek $1. De Foresta so izgnali s $1000 odškodnine in nekaj neuporabnih patentov, vključno s patentom za Audion. Navajen razsipnemu načinu življenja se je soočil s resnimi finančnimi težavami in obupno poskušal preoblikovati Audion v velik uspeh.
Da bi razumeli šta se dogodilo dalje, važno je znati da je de Forest verovao da je izumeo relej – za razliku od Flemingovog ispravljača. Napravio je svoj Audion povezivanjem baterije na hladnu ploču ventila, i smatrao je da signal u antene (povezanoj sa vrućom niti) modulira snažniju struju u baterijskoj šemi. Greška je bila u tome: to nisu bile dve šeme, baterija je samo pomerala signal sa antene, a ne pojačavala ga.
Međutim, ova greška je postala presudna, jer je dovela de Foresta do eksperimentisanja sa trećim elektrodama u cevi, koja je trebala još više odvojiti dve sheme ovog "relej-a". Najpre je dodao drugu hladnu elektronu pored prve, ali je zatim, možda pod uticajem upravljačkih mehanizama koje su fizičari koristili za preusmeravanje zraka u uređajima sa elektronskim zracima, pomerio elektrodu na mesto između niti i primarne ploče. Odlučio je da ta pozicija može prekinuti tok struje, i promenio oblik treće elektrode s ploče u talasasti provodnik, podsećajući na rashper – i nazvao ga "mrežom".
Triod Audion iz 1908. godine. Nit (prekinuta) levo – katod, talasasti provodnik – mreža, zaobljena metalna ploča – anod. I dalje ima navoj, kao obična sijalica.
I to je već zaista bilo relej. Slaba struja (kao ona koja dolazi iz radio antene), koja se primenjuje na mrežu, mogla je kontrolisati mnogo jaču struju između niti i ploče, odbacujući naelektrisane čestice koje su pokušavale da pređu između njih. Ovaj detektor je mnogo bolje radio od ventila, jer nije samo ispravljao, već je i pojačavao radio signal. I, kao i ventil (a za razliku od koherera) mogao je da daje konstantan signal, što je omogućilo stvaranje ne samo radio telegrafa, već i radio telefona (a kasnije – prenos glasa i muzike).
U praksi, nije radio posebno dobro. De Forestovi Audioni su bili kapriciozni, brzo su se palili, proizvodnja im je nedostajala konstatnog kvaliteta, i kao pojačivači su bili neefikasni. Da bi određeni Audion radio ispravno, bilo je potrebno podešavati električne parametre šeme.
Kljub temu je de Forest verjel v svoje iznajdbo. Za njegovo oglaševanje je organiziral novo podjetje, De Forest Radio Telephone Company, vendar so bili prihodki minimalni. Največji uspeh je bila prodaja opreme vojski za notranje telefonske komunikacije med okoliščinami svetovne plovbe.. Kljub temu je poveljnik flote, nimajoč časa, da bi aktiviral de Forestove oddajnike in sprejemnike ter izučil posadko za njihovo uporabo, ukazal, da se jih zapakira in pusti v skladišču. Poleg tega je nova de Forestova družba, ki jo je vodil naslednik Abrahama Whita, bila prav tako dvomljive narave kot prejšnja. Z dodatkom svojih neuspehov je kmalu padel pod obtožbo goljufije.
V petih letih Audion ni dosegel ničesar. In spet bo telefon igral ključno vlogo pri razvoju digitalnega releja, tokrat rešuj več obetavno, a nepreverjeno tehnologijo, ki je bila na robu pozabe.
In spet telefon
Daljinsko komunikacijsko omrežje je bilo osrednji živčni sistem AT&T. Povezovalo je številna lokalna podjetja in nudilo ključno konkurenčno prednost po izteku Bellovih patentov. Ko se je novi uporabnik pridružil omrežju AT&T, je bil teoretično sposoben poklicati vse ostale naročnike, ki so bili tisoče kilometrov proč – čeprav so bile daljinske klice v resnici zelo redke. To omrežje je bilo tudi materialna osnova za vseobsegajočo ideologijo podjetja 'Ena politika, en sistem, univerzalna storitev.'
Toda s prihodom drugega desetletja dvajsetega stoletja je to omrežje doseglo fizični maksimum. Čim dlje so se raztezali telefonski vodi, tem šibkejši in glasnejši je postal signal, ki je po njih tekel, in na koncu je bila govorica praktično neprepoznavna. Zaradi tega so bile v ZDA v resnici dve omrežji AT&T, ločeni z velikanskim kontinentom.
Za vzhodno omrežje je bil prelomni trenutek New York, medtem ko so mehanični repetitorji in – vezi, ki so določale, kako daleč je lahko dosegel človeški glas. Vendar te tehnologije niso bile vsemočene. Tuljave so spreminjale električne lastnosti telefonskega sistema, zmanjšale bi osip glasu – vendar so lahko le zmanjšale, ne pa povsem odpravile. Mehanski repetitorji (preprosto telefonski zvočnik povezan z ojačevalnim mikrofonom) so dodajali šum z vsakim ponovitvijo. Linija iz leta 1911 od New Yorka do Denverja je to vez stisnila do največje dolžine. O tem, da bi raztegnili mrežo čez cel kontinent, ni bilo niti govorjenja. Vendar je leta 1909 John Carty, glavni inženir AT&T, javno obljubil, da bo to tudi storil. Obljubil je, da bo to naredil v petih letih – do začetka v San Franciscu leta 1915.
Prvi, ki je uspel omogočiti to podjetje s pomočjo novega telefonskega ojačevalnika, ni bil Američan, temveč dedič bogate dunajske družine, ki se je zanimal za znanost. Ko je bil mlad, s pomočjo sredstev svojih staršev kupil telefonsko proizvodno podjetje in nameraval narediti ojačevalnik za telefonske pogovore. Do leta 1906 je ustvaril rele na osnovi elektronskih žarnic, ki so bile takrat široko uporabljene v fizičnih eksperimentih (in kasneje postale osnova za prevladujočo tehnologijo video zaslonov v 20. stoletju). Šibek prihajajoč signal je nadzoroval elektromagnet, ki je upogibal žarek, ki je moduliral močnejši tok v glavni shemi.
Do leta 1910 sta von Liebn z kolegi, Eugeneom Raysom in Zygmundom Straussom, izvedela za Audion de Forest in zamenjala magnet v cevki z mrežo, ki je nadzorovala katodne žarke – ta zasnova je bila najpogosteje učinkovita in je presegla vse dosedanje razvojne projekte v ZDA. Nemška telefonska mreža je kmalu sprejela von Liebnov ojačevalnik. Leta 1914 je omogočila nervozen telefonski klic poveljnika Vzhodnopruske vojske v nemški štab, ki se je nahajal 1000 kilometrov od njega, v Koblenz. To je prisililo načelnika štaba, da je poslal generala Hindenburga in Ludendorfa na vzhod, k večni slavi in s težkimi posledicami. Takšni ojačevalniki so pozneje povezali nemški štab z vojnimi enotami na jugu in vzhodu vse do Makedonije in Romunije.
Kopija izboljšanega katodno-žarkovnega releja fon Libena. Katoda je na dnu, anod je tuljava na vrhu, mreža pa je okrogla kovinska folija v središču.
Vendar so jezikovne in geografske ovire ter vojna povzročile, da takšna zasnova ni prišla do ZDA, kmalu pa so jo prehiteli drugi dogodki.
V tem času je de Forest zapustil propadajočo Radio Telephone Company leta 1911 in pobegnil v Kalifornijo. Tam se je zaposlil v Federal Telegraph Company v Palo Altu, ki jo je ustanovil stanfordski diplomant . Nominalno je de Forest moral delati na ojačevalniku, ki bi povečal glasnost izlaznega signala zveznega radijskega sprejemnika. V resnici pa sta se on, Herbert Van Etten (izkušen telefonski inženir) in Charles Logwood (razvijalec sprejemnika) lotila ustvarjanja telefonskega ojačevalnika, da bi skupaj prejeli nagrado od AT&T, ki naj bi po govoricah znašala 1 milijon dolarjev.
Za to je de Forest prinesel Audion s podstrešja, in do leta 1912 so imeli z kolegi že napravo pripravljeno za prikaz v telefonski družbi. Sestavljala je več zaporedno povezanih Audionov, ki so ustvarili večstopenjsko ojačanje, in še nekaj pomožnih komponent. Naprava je v osnovi delovala – lahko je ojačila signal dovolj, da ste slišali padati robček ali pa tiktakati žepne ure. Ampak le pri tokovih in napetostih, ki so bile premajhne, da bi bile uporabne v telefoniji. Pri povečanju toka so Auidoni začeli oddajati modro svetlobo, signal pa se je spremenil v šum. Kljub temu so bili telefonski inženirji dovolj zainteresirani, da so napravo predali svojim inženirjem in preverili, kaj bodo z njo lahko naredili. Tako se je zgodilo, da je eden od njih, mlad fizik Harold Arnold, natančno vedel, kako popraviti ojačevalnik zveznega telegrafa.
Prišlo je čas, da razpravljamo o tem, kako sta delovala ventil in Audion. Ključne razumevanja, potrebne za razlago njunega delovanja, so se pojavile v Cavendish laboratoriju v Cambridgeu – intelektualnem središču nove elektronske fizike. Leta 1899 je J. J. Thomson v eksperimentih s katodno-žarilnimi cevmi pokazal, da delce, ki ima maso in je kasneje postalo znano kot elektron, prenaša tok od katode do anode. V naslednjih nekaj letih je Owen Richardson, Thomsonov kolega, to domnevo razvijal v matematično teorijo termoelektronske emisije.
Ambrose Fleming, inženir, ki je delal le kratek vlak od Cambridgea, je bil seznanjen s temi raziskavami. Zavedel se je, da njegov ventil deluje zaradi termoelektronske emisije elektronov z ogrevane nitke, ki so prečkali vakuumsko vrzel do hladne anode. Vendar je bil vakuum v indikatorski žarnici precej plitv – za običajno žarnico to ni bilo potrebno. Zadoščalo je, da je bilo izčrpano dovolj kisika, da nitka ne bi zagorela. Fleming je spoznal, da je za najboljše delovanje ventila potrebno čim bolje izprazniti, da preostali plin ne moti toka elektronov.
De Forest tega ni razumel. Ker je prišel do ventila in Audiona preko poskusov z Bunsenovo gorilko, je bilo njegovo prepričanje nasprotno – da je vroči ionizirani plin delovno sredstvo naprave, in da bo popolno odstranjevanje povzročilo njeno ustavitev. Prav zato je Audion tako nestabilno in nezadovoljivo deloval kot radijski sprejemnik in zato je izžareval modro svetlobo.
Arnold v AT&T se je znašel v idealni situaciji za odpravo De Forestove napake. Bil je fizik, ki se je izobraževal pri Robertu Millikenu na Univerzi v Chicagu, in bil je zaposlen posebej za to, da bi svoje znanje nove elektronske fizike uporabil pri gradnji telefonske mreže od obale do obale. Zavedal se je, da bo Audionova žarnica najbolje delovala v skoraj idealnem vakuumu, vedel je, da lahko najsodobnejše črpalke dosežejo tak vakuum, in vedel je, da novo vrsto nitke, prekrivene s oksidom, skupaj z večjo ploščo in mrežo, prav tako poveča tok elektronov. Na kratko, spremenil je Audion v elektronsko žarnico, čudež novi elektronski dobi.
AT&T je pridobila močan ojačevalnik, potreben za gradnjo transkontinentalne linije – manjkala so le dovoljenja za njegovo uporabo. Predstavniki podjetja so se skeptično obnašali na pogovorih z de Forestom, vendar so zanj preko zunanjega odvetnika, ki je uspel pridobiti pravice za uporabo Audiona kot telefonskega ojačevalnika, začeli posebej razpravljati. Dovoljenje so dosegli za 50.000 USD (približno 1,25 milijona USD v letu 2017). Linija New York – San Francisco se je odprla ravno pravočasno, vendar bolj kot dokaz tehnične virtuoze in korporativnega marketinga kot sredstvo za komunikacijo. Stroški pogovorov so bili tako astronomski, da skoraj nihče ni mogel uporabljati te storitve.
Elektronska doba
Prava elektronska cev je postala koren popolnoma novega drevesa elektronskih komponent. Tako kot rele je elektronska cev nenehno širila možnosti svoje uporabe, ko so inženirji odkrivali nove načine prilagajanja njenega delovanja za reševanje specifičnih nalog. Rast plemena „-odov“ se ni končala z diodi in triodi. Nadaljevala se je z , ki je dodal dodatno mrežo, ki je podpirala ojačenje s povečanjem elementov v vezju. Nadalje so se pojavili , , in celo . Pojavili so se tiratroni, napolnjeni z živo srebro, ki so sijali z osupljivo modro svetlobo. Miniaturne cevi velikosti mezinca ali celo žira. Cevi s katodom, ki je bil posredno ogrevan, v katerih brenčanje izmeničnega toka ni motilo signala. Knjiga „Saga elektronske cevi“ [Saga of the Vacuum Tube], ki opisuje rast industrije cevi do leta 1930, navaja več kot 1000 različnih modelov po njihovem indeksu – čeprav so bili mnogi med njimi nezakonite kopije nezaupljivih blagovnih znamk: Altron, Perfectron, Supertron, Volttron itd.
Pomembnejša od raznolikosti oblik je bila raznolikost uporabe elektronske cevi. Regenerativne sheme so triode spremenile v oddajnik, ki je ustvarjal gladke in konstantne sinusoidne valove, brez hrupnih isker, in bil sposoben popolne prenose zvoka. S kohererjem in iskerami je Marconi leta 1901 komaj uspel prenesti kratek odsek Morsejeve abecede čez ožji del Atlantika. Leta 1915 je AT&T s pomočjo elektronske cevi kot oddajnika in sprejemnika lahko prenašal človeški glas iz Arlingtona v Virginiji do Honoluluja - dvakrat daljšo razdaljo. Do 20-ih let 20. stoletja so združili daljinsko telefonijo z visokokakovostnim zvočnim oddajanjem in ustvarili prve radijske mreže. Tako je kmalu lahko vsa nacija poslušala po radiu isti glas, bodisi Rooseveltov bodisi Hitlerjev.
Poleg tega je možnost ustvarjanja oddajnikov, ki so bili nastavljeni na natančno in stabilno frekvenco, telekomunikacijskim inženirjem omogočila uresničitev dolgo sanjane zamisli frekvenčnega multiplexiranja, ki je pred štiridesetimi leti pritegnila Alexa Bella, Edisona in druge. Do leta 1923 je imela AT&T desetkanalno glasovno povezavo med New Yorkom in Pittsburghom. Možnost prenosa številnih glasov po eni bakreni žici je radikalno zmanjšala stroške daljinskih klicev, ki so bili zaradi dragosti vedno dostopni le najbogatejšim ljudem in podjetjem. Ko so videli, kaj zmorejo elektronske cevi, je AT&T poslala svoje odvetnike, da odkupi dodatna pravice od de Forresta, da bi zagotovila pravice do uporabe Audiona na vseh razpoložljivih področjih. Skupaj so mu plačali 390.000 dolarjev, kar je danes enako približno 7,5 milijona dolarjev.
Zakaj elektronske cevi niso prevladovale v prvem generaciji računalnikov, kljub svoji široki uporabi, kot so to počele v radijskih in drugih telekomunikacijskih napravah? Očitno je, da je triod lahko bil digitalni stikalo prav tako kot rele. Tako očitno, da je de Forest celo menil, da je ustvaril rele, preden ga je dejansko ustvaril. Triod je bil mnogo bolj odziven kot tradicionalno elektromehansko rele, saj ni bilo potrebe po fizičnem premikanju vklenjenega dela. Tipičnemu releju za preklop je trajalo nekaj milisekund, sprememba toka od katode do anode zaradi spremembe električnega potenciala na reži pa je bila skoraj takojšnja.
A vendar so imele cevi očitno pomanjkljivost v primerjavi z relejem: njihova nagnjenost, po vzoru svojih predhodnikov, žarnic, k pregorevanju. Čas življenja prvotnega Audiona de Foresta je bil tako kratek – okoli 100 ur – da je imela njegova žarnica rezervno nit, ki jo je bilo treba priključiti po pregorevanju prve. To je bilo zelo slabo, a niti od najbolj kakovostnih cevi ni bilo mogoče pričakovati daljše življenjske dobe kot nekaj tisoč ur. Za računalnike s tisoči cevi in ure dolgimi izračuni je to predstavljalo resno težavo.
Releji so bili nasprotno, kot pravi George Stibitz, 'fantastično zanesljivi'. Tako zelo, da je trdil, da
Če bi niz U-oblikovanih relejev začel z delom v prvem letu naše ere in bi stikalo preklapljal enkrat na sekundo, bi še vedno deloval do danes. Prvo okvaro v stiku bi bilo mogoče pričakovati šele čez tisoč let, nekje v letu 3000.
Poleg tega ni bilo izkušenj z uporabo velikih elektronskih vezij, primerljivih z elektromehanskimi vezji telefonskih inženirjev. Radijski sprejemniki in druga oprema so lahko vsebovali 5-10 cevi, a ne na stotine tisoč. Nihče ni vedel, ali bi bilo mogoče zagnati računalnik s 5000 cevmi. Z izbiro releja namesto cevi so oblikovalci računalnikov opravili varno in konzervativno izbiro.
V naslednjem delu bomo videli, kako in zakaj so ta dvoma uspeli premagati.
Izvor: habr.com
