Drugi članki v seriji:
- Zgodovina releja
- Zgodovina elektronskih računalnikov
- Zgodovina tranzistorja
- Internetna zgodovina
В videli smo, kako je nastala prva generacija digitalnih računalnikov na osnovi prve generacije avtomatskih električnih stikal – elektromagnetnih relejev. Toda v času, ko so bili ti računalniki ustvarjeni, je v ozadju čakalo še eno digitalno stikalo. Rele je bil elektromagnetna naprava (uporabljal je elektriko za delovanje mehanskega stikala), novi razred digitalnih stikal pa je bil elektronski - temeljil je na novem znanju o elektronu, ki se je pojavilo v začetku XNUMX. stoletja. Ta znanost je pokazala, da nosilec električne sile ni tok, ne val, ne polje - ampak trden delec.
Naprava, ki je rodila dobo elektronike, ki temelji na tej novi fiziki, je postala znana kot vakuumska cev. Zgodovina njegovega nastanka vključuje dve osebi: Angleža in ameriški . V resnici je izvor elektronike bolj zapleten, z mnogimi nitmi, ki prečkajo Evropo in Atlantik in segajo vse do zgodnjih poskusov z Leydenskimi kozarci sredi XNUMX. stoletja.
Toda v okviru naše predstavitve bo primerno, da pokrijemo (namerno besedno besedo!) to zgodovino, začenši s Thomasom Edisonom. V osemdesetih letih 1880. stoletja je Edison med delom na električni razsvetljavi prišel do zanimivega odkritja – odkritje, ki postavlja temelje naši zgodbi. Od tu je prišel nadaljnji razvoj vakuumskih elektronk, potrebnih za dva tehnološka sistema: novo obliko brezžičnega sporočanja in vedno večja telefonska omrežja.
Prolog: Edison
Edison na splošno velja za izumitelja žarnice. To mu daje preveč in premalo zaslug hkrati. Preveč, saj Edison ni bil edini, ki je izumil svetilko. Poleg množice izumiteljev pred njim, katerih stvaritve niso dosegle komercialne uporabe, lahko omenimo Britanca Josepha Swana in Charlesa Sterna ter Američana Williama Sawyerja, ki je sočasno z Edisonom na trg pripeljal žarnice. [Čast izuma pripada tudi ruskemu izumitelju . Lodygin je bil prvi, ki se je domislil črpanja zraka iz steklene žarnice, nato pa je predlagal izdelavo žarilne nitke iz premoga ali zoglenelih vlaken, temveč iz ognjevzdržnega volframa / pribl. prevod]. Vse svetilke so bile sestavljene iz zaprte steklene žarnice, znotraj katere je bila uporovna žarilna nitka. Ko je bila svetilka priključena na tokokrog, je toplota, ki jo je ustvarila odpornost žarilne nitke na tok, povzročila, da je svetila. Zrak je bil izčrpan iz bučke, da se nitka ne bi vnela. Električno svetlobo so poznali že v velikih mestih v obliki , ki se uporablja za osvetljevanje velikih javnih mest. Vsi ti izumitelji so iskali način, kako zmanjšati količino svetlobe tako, da bi vzeli svetel delec iz gorečega obloka, ki je bil dovolj majhen, da bi ga lahko uporabili v domovih za zamenjavo plinskih žarnic, in naredili vir svetlobe varnejši, čistejši in svetlejši.
In kar je Edison v resnici naredil - ali bolje rečeno, kar je ustvaril njegov industrijski laboratorij - ni bilo samo ustvarjanje vira svetlobe. Zgradili so celoten električni sistem za razsvetljavo hiš - generatorje, žice za prenos toka, transformatorje itd. Od vsega tega je bila žarnica le najbolj očitna in vidna komponenta. Prisotnost Edisonovega imena v njegovih elektroenergetskih podjetjih ni bila preprosto poklanjanje velikemu izumitelju, kot je bilo v primeru Bell Telephone. Edison se je izkazal ne le kot izumitelj, ampak tudi kot sistemski arhitekt. Njegov laboratorij je nadaljeval z izboljševanjem različnih komponent električne razsvetljave tudi po njihovem zgodnjem uspehu.
Primer zgodnjih Edisonovih svetilk
Med raziskavo okoli leta 1883 se je Edison (in morda eden od njegovih zaposlenih) odločil, da bo v svetlečo svetilko vgradil kovinsko ploščo skupaj z žarilno nitko. Razlogi za to dejanje niso jasni. Morda je bil to poskus odpraviti temnenje svetilke - v notranjosti stekla žarnice se je sčasoma nabrala skrivnostna temna snov. Inženir je očitno upal, da bo te črne delce pritegnila plošča pod napetostjo. Na svoje presenečenje je ugotovil, da ko je bila plošča vključena v vezje skupaj s pozitivnim koncem žarilne nitke, je bila količina toka, ki teče skozi žarilno nitko, neposredno sorazmerna z intenzivnostjo žarilne nitke. Pri povezovanju plošče z negativnim koncem navoja ni bilo opaziti nič takega.
Edison se je odločil, da ta učinek, kasneje imenovan Edisonov učinek oz , se lahko uporablja za merjenje ali celo krmiljenje "elektromotorne sile" ali napetosti v električnem sistemu. Iz navade je prijavil patent za ta »električni indikator«, nato pa se je vrnil k pomembnejšim nalogam.
Brez žic
Preletimo 20 let v prihodnost, v leto 1904. V tem času je v Angliji John Ambrose Fleming delal po navodilih podjetja Marconi za izboljšanje sprejemnika radijskih valov.
Pomembno je razumeti, kaj je radio v tem času bil in kaj ni bil, tako v smislu inštrumenta kot prakse. Radio se takrat sploh ni imenoval "radio", temveč "brezžični". Izraz "radio" je postal razširjen šele v 1910-ih. Konkretno je mislil na brezžično telegrafijo - sistem za prenos signalov v obliki pik in pomišljajev od pošiljatelja do prejemnika. Njegova glavna uporaba je bila komunikacija med ladjami in pristaniškimi službami in v tem smislu je bil zanimiv za pomorske oblasti po vsem svetu.
Predvsem nekateri izumitelji tistega časa, , eksperimentiral z idejo o radiotelefonu - prenos glasovnih sporočil po zraku v obliki neprekinjenega valovanja. Toda radiodifuzija v sodobnem smislu se je pojavila šele 15 let pozneje: prenos novic, zgodb, glasbe in drugih programov za sprejem s strani širokega občinstva. Do takrat je bila vsesmerna narava radijskih signalov obravnavana kot problem, ki ga je treba rešiti, in ne kot funkcija, ki bi jo lahko izkoristili.
Radijska oprema, ki je obstajala v tistem času, je bila zelo primerna za delo z Morsejevo kodo in slabo primerna za vse ostalo. Oddajniki so ustvarili Hertzove valove s pošiljanjem iskre čez vrzel v vezju. Zato je signal spremljalo prasketanje statike.
Sprejemniki so ta signal prepoznali preko kohererja: kovinskih opilkov v stekleni cevi, ki so se pod vplivom radijskih valov strnili skupaj v neprekinjeno maso in tako sklenili tokokrog. Potem je bilo treba po steklu potrkati, da je žagovina razpadla in je bil sprejemnik pripravljen na naslednji signal – sprva so to počeli ročno, kmalu pa so se za to pojavile avtomatske naprave.
Leta 1905 so se šele začeli pojavljati , znan tudi kot "mačja brka". Izkazalo se je, da zgolj z dotikom z žico določenega kristala, na primer silicija, železovega pirita oz. , je bilo mogoče iz zraka iztrgati radijski signal. Nastali sprejemniki so bili poceni, kompaktni in dostopni vsem. Spodbujali so razvoj radioamaterstva, zlasti med mladimi. Nenaden porast zasedenosti terminov, ki je zaradi tega nastal, je povzročil težave zaradi razdeljenosti radijskega termina med vse uporabnike. Nedolžni pogovori med amaterji so se lahko po naključju križali s pogajanji pomorske flote, nekateri huligani pa so celo uspeli izdati lažne ukaze in poslati signale na pomoč. Neizogibno je morala posredovati država. Kot je zapisal sam Ambrose Fleming, pojav kristalnih detektorjev
je takoj privedlo do porasta neodgovorne radiotelegrafije zaradi norčij neštetih amaterskih električarjev in študentov, kar je zahtevalo močno posredovanje nacionalnih in mednarodnih oblasti, da bi stvari ostale zdrave in varne.
Iz nenavadnih električnih lastnosti teh kristalov bo čez čas nastala tretja generacija digitalnih stikal, ki bodo sledila relejem in svetilkam – stikalom, ki obvladujejo naš svet. Ampak vse ima svoj čas. Prizor smo opisali, zdaj pa vrnimo vso pozornost igralcu, ki se je pravkar pojavil v središču pozornosti: Ambrose Fleming, Anglija, 1904.
Ventil
Leta 1904 je bil Fleming profesor elektrotehnike na University College London in svetovalec za podjetje Marconi. Podjetje ga je sprva najelo za strokovno znanje o gradnji elektrarne, nato pa se je vključil v nalogo izboljšave sprejemnika.
Fleming leta 1890
Vsi so vedeli, da je koherer slab sprejemnik glede občutljivosti, magnetni detektor, ki so ga razvili v Macroniju, pa ni bil posebej boljši. Da bi našel zamenjavo, se je Fleming najprej odločil zgraditi občutljivo vezje za zaznavanje Hertzovih valov. Takšna naprava bi bila uporabna v prihodnjih raziskavah, čeprav sama po sebi ne bi postala detektor.
Da bi to naredil, se je moral domisliti načina za neprekinjeno merjenje toka, ki ga ustvarjajo vhodni valovi, namesto uporabe diskretnega kohererja (ki se je pokazal le v stanjih - kjer se je žagovina zlepila - ali izven stanj). Toda znane naprave za merjenje jakosti toka - galvanometri - so za delovanje zahtevale konstanten, to je enosmerni tok. Izmenični tok, ki so ga vzbujali radijski valovi, je spremenil smer tako hitro, da meritev ne bi bila mogoča.
Fleming se je spomnil, da je imel v svoji omari nekaj zanimivih stvari, ki so nabirale prah - indikatorske luči Edison. V 1880-ih je bil svetovalec za Edison Electric Lighting Company v Londonu in se ukvarjal s problemom črnenja svetilk. Takrat je prejel več izvodov indikatorja, verjetno od Williama Preecea, glavnega elektroinženirja britanske poštne službe, ki se je pravkar vrnil z električne razstave v Philadelphiji. Takrat je bil nadzor nad telegrafom in telefonom običajna praksa zunaj Združenih držav za poštne storitve, zato so bili centri električnega strokovnega znanja.
Kasneje, v devetdesetih letih 1890. stoletja, je Fleming sam proučeval Edisonov učinek z uporabo žarnic, pridobljenih od Preecea. Pokazal je, da je bil učinek v tem, da tok teče v eno smer: negativni električni potencial lahko teče od vroče žarilne nitke do hladne elektrode, ne pa obratno. Toda šele leta 1904, ko se je soočil z nalogo zaznavanja radijskih valov, je ugotovil, da je to dejstvo mogoče uporabiti v praksi. Indikator Edison bo dovolil le enosmernim izmeničnim impulzom, da prečkajo režo med žarilno nitko in ploščo, kar povzroči konstanten in enosmerni tok.
Fleming je vzel eno svetilko, jo zaporedno povezal z galvanometrom in vklopil oddajnik iskre. Voila – ogledalo se je obrnilo in žarek svetlobe se je premaknil na lestvici. Delovalo je. Lahko bi natančno izmeril dohodni radijski signal.
Prototipi Flemingovih ventilov. Anoda je na sredini zanke z žarilno nitko (vroča katoda)
Fleming je svoj izum poimenoval "ventil", ker je omogočal pretok elektrike le v eno smer. V splošnejšem elektrotehničnem smislu je bil to usmernik - način pretvarjanja izmeničnega toka v enosmerni. Potem so jo imenovali dioda, ker je imela dve elektrodi - vročo katodo (žarilno nitko), ki je oddajala elektriko, in hladno anodo (ploščo), ki jo je sprejemala. Fleming je uvedel več izboljšav zasnove, vendar se naprava v bistvu ni razlikovala od indikatorske svetilke, ki jo je izdelal Edison. Njegov prehod v novo kvaliteto se je zgodil kot posledica spremembe v načinu razmišljanja - temu pojavu smo bili priča že večkrat. Sprememba se je zgodila v svetu idej v Flemingovi glavi, ne v svetu stvari zunaj nje.
Sam Flemingov ventil je bil uporaben. Bila je najboljša terenska naprava za merjenje radijskih signalov in dober detektor sama po sebi. Vendar ni zamajal sveta. Eksplozivna rast elektronike se je začela šele potem, ko je Lee de Forest dodal tretjo elektrodo in spremenil ventil v rele.
Poslušanje
Lee de Forest je imel nenavadno vzgojo za študenta Yale. Njegov oče, častiti Henry de Forest, je bil veteran državljanske vojne iz New Yorka in pastor. , in trdno verjel, da mora kot pridigar širiti božansko luč znanja in pravičnosti. Po dolžnosti je sprejel povabilo, da postane predsednik kolidža Talladega v Alabami. Visoko šolo je po državljanski vojni ustanovilo Ameriško misijonarsko združenje s sedežem v New Yorku. Namenjen je bil izobraževanju in mentorstvu lokalnih temnopoltih prebivalcev. Tam se je Lee počutil med kladivom in nakovalom - lokalni črnci so ga poniževali zaradi njegove naivnosti in strahopetnosti, lokalni belci pa - ker je .
In vendar je kot mladenič de Forest razvil močno samozavest. Odkril je nagnjenost k mehaniki in izumiteljstvu – njegova maketa lokomotive je postala lokalni čudež. Kot najstnik se je med študijem na Talladegi odločil, da bo svoje življenje posvetil izumiteljstvu. Nato je pastorjev sin kot mladenič in živeč v mestu New Haven opustil svoja zadnja verska prepričanja. Postopoma sta odšla zaradi spoznavanja darvinizma, nato pa ju je odpihnilo kot veter po prezgodnji očetovi smrti. Toda občutek njegove usode ni zapustil de Foresta - imel se je za genija in si prizadeval postati drugi Nikola Tesla, bogat, slaven in skrivnosten čarovnik dobe elektrike. Njegovi sošolci z Yale so ga imeli za samozadovoljnega vetrovka. Morda je najmanj priljubljen človek, kar smo jih kdaj srečali v naši zgodovini.
de Forest, c.1900
Po diplomi na univerzi Yale leta 1899 se je de Forest odločil obvladati nastajajočo umetnost brezžičnega prenosa signala kot pot do bogastva in slave. V desetletjih, ki so sledila, je z veliko odločenostjo in samozavestjo ter brez oklevanja stopil na to pot. Vse se je začelo s sodelovanjem de Foresta in njegovega partnerja Eda Smytheja v Chicagu. Smythe je svoje podjetje obdržal pri življenju z rednimi plačili in skupaj sta razvila lasten detektor radijskih valov, sestavljen iz dveh kovinskih plošč, ki ju drži skupaj lepilo, ki ga je de Forest imenoval "pasta" [goo]. Toda de Forest ni mogel dolgo čakati na nagrado za svoj genij. Znebil se je Smytheja in se združil s sumljivim newyorškim finančnikom po imenu Abraham White [ironično spremenil svoje ime iz imena, ki mu ga je dal ob rojstvu, Schwartz, da bi prikril svoje temne zadeve. Bela/bela – (angleško) bela, Schwarz/Schwarz – (nemško) črna / pribl. prevod], ki je odprl podjetje De Forest Wireless Telegraph Company.
Sama dejavnost podjetja je bila za oba naša junaka drugotnega pomena. White je izkoristil nevednost ljudi, da si je napolnil žepe. Prevaral je milijone vlagateljev, ki so se trudili dohajati pričakovani radijski boom. In de Forest se je zaradi obilnega dotoka sredstev s strani teh "naivnežev" osredotočil na dokazovanje svoje genialnosti z razvojem novega ameriškega sistema za brezžični prenos informacij (v nasprotju z evropskim, ki so ga razvili Marconi in drugi).
Na žalost ameriškega sistema de Forestov detektor ni deloval posebej dobro. Ta problem je za nekaj časa rešil tako, da si je izposodil patentirano zasnovo Reginalda Fessendena za detektor, imenovan "liquid baretter" - dve platinasti žici, potopljeni v kopel z žveplovo kislino. Fessenden je vložil tožbo zaradi kršitve patenta - in očitno bi to tožbo dobil. De Forest ni mogel mirovati, dokler ni prišel do novega detektorja, ki je pripadal samo njemu. Jeseni 1906 je napovedal ustvarjanje takšnega detektorja. Na dveh ločenih srečanjih na Ameriškem inštitutu za elektrotehniko je de Forest opisal svoj novi brezžični detektor, ki ga je poimenoval Audion. Toda njegov pravi izvor je dvomljiv.
Nekaj časa so se de Forestovi poskusi izdelave novega detektorja vrteli okoli prehajanja toka skozi plamen , ki bi po njegovem mnenju lahko bil nesimetrični prevodnik. Ideja očitno ni bila okronana z uspehom. V nekem trenutku leta 1905 je izvedel za Flemingov ventil. De Forest si je v glavo vbil, da se ta ventil in njegova naprava, ki temelji na gorilniku, v bistvu ne razlikujeta – če bi vročo nit zamenjali s plamenom in ga pokrili s stekleno žarnico, da bi omejili plin, bi dobili enak ventil. Razvil je vrsto patentov, ki so sledili zgodovini izumov ventilov pred Flemingom z uporabo detektorjev plinskega plamena. Očitno si je želel dati prednost pri izumu, mimo Flemingovega patenta, saj je delo z Bunsenovim gorilnikom potekalo pred Flemingovim delom (potekala so že od leta 1900).
Nemogoče je reči, ali je šlo za samoprevaro ali goljufijo, rezultat pa je bil de Forestov patent iz avgusta 1906 za "prazno stekleno posodo, ki vsebuje dve ločeni elektrodi, med katerima obstaja plinasti medij, ki, ko se dovolj segreje, postane prevodnik in tvori zaznavni element." Za opremo in delovanje naprave je zaslužen Fleming, za razlago delovanja pa De Forest. De Forest je na koncu izgubil patentni spor, čeprav je trajal deset let.
Nestrpen bralec se morda že sprašuje, zakaj toliko časa namenjamo temu človeku, čigar samooklicani genij je ideje drugih izdajal za svoje? Razlog je v preobrazbah, ki jih je Audion doživel v zadnjih mesecih leta 1906.
Do takrat de Forest ni imel več službe. White in njegovi partnerji so se izognili odgovornosti v zvezi s Fessendenovo tožbo tako, da so ustanovili novo podjetje United Wireless in mu posodili sredstva American De Forest za 1 dolar. De Forest je bil izgnan s 1000 $ odškodnine in več neuporabnimi patenti v rokah, vključno s patentom za Audion. Navajen razkošnega življenjskega sloga se je soočal z resnimi finančnimi težavami in si obupano prizadeval, da bi Audion postal velik uspeh.
Da bi razumeli, kaj se je zgodilo potem, je pomembno vedeti, da je de Forest verjel, da je izumil rele - v nasprotju s Flemingovim usmernikom. Svoj Audion je izdelal tako, da je baterijo priključil na hladno ploščo ventila in verjel, da signal v antenskem vezju (povezanem z vročo žarilno nitko) modulira višji tok v baterijskem vezju. Motil se je: to nista bila dva vezja, baterija je preprosto preusmerila signal iz antene, namesto da bi ga ojačala.
Toda ta napaka je postala kritična, saj je de Foresta pripeljala do poskusov s tretjo elektrodo v bučki, ki naj bi dodatno odklopila obe vezji tega "releja". Sprva je poleg prve dodal drugo hladno elektrodo, potem pa je, morda pod vplivom nadzornih mehanizmov, ki jih uporabljajo fiziki za preusmerjanje žarkov v napravah s katodnimi žarki, premaknil elektrodo v položaj med žarilno nitko in primarno ploščo. Odločil se je, da ta položaj lahko prekine tok elektrike, in spremenil obliko tretje elektrode iz plošče v valovito žico, ki je spominjala na rašpo - in jo poimenoval "mreža".
1908 Avdionska trioda. Nit (pretrgana) na levi je katoda, valovita žica je mreža, zaobljena kovinska plošča je anoda. Še vedno ima navoje kot običajna žarnica.
In res je bila štafeta. Šibek tok (na primer tisti, ki ga proizvaja radijska antena), ki se nanaša na mrežo, bi lahko nadziral veliko močnejši tok med žarilno nitko in ploščo ter tako odbijal nabite delce, ki so poskušali preiti med njima. Ta detektor je deloval veliko bolje kot ventil, ker ni le popravljal, ampak tudi ojačal radijski signal. In tako kot ventil (in za razliko od kohererja) je lahko proizvedel konstanten signal, kar je omogočilo ustvarjanje ne le radiotelegrafa, ampak tudi radiotelefona (in kasneje - prenos glasu in glasbe).
V praksi ni delovalo posebej dobro. Zvoki De Foresta so bili izbirčni, hitro so izgoreli, niso bili dosledni v produkciji in so bili neučinkoviti kot ojačevalci. Da bi določen Audion pravilno deloval, mu je bilo treba prilagoditi električne parametre vezja.
Kljub temu je de Forest verjel v svoj izum. Ustanovil je novo podjetje za oglaševanje, De Forest Radio Telephone Company, vendar je bila prodaja skromna. Največji uspeh je bila prodaja opreme floti za telefoniranje znotraj flote med obkroženjem sveta.". Toda poveljnik flote ni imel časa, da bi de Forestove oddajnike in sprejemnike spravil v delo in usposobil posadko za njihovo uporabo, zato je ukazal, naj jih zapakirajo in pustijo v skladišču. Poleg tega De Forestovo novo podjetje, ki ga je vodil privrženec Abrahama Whitea, ni bilo nič bolj spodobno od prejšnjega. Kmalu se je znašel obtožen goljufije, kar je še povečalo njegovo nesrečo.
Pet let Audion ni dosegel ničesar. Telefon bo spet odigral ključno vlogo pri razvoju digitalnega releja, tokrat pa bo rešil obetavno, a nepreizkušeno tehnologijo, ki je bila na robu pozabe.
In spet telefon
Komunikacijsko omrežje na dolge razdalje je bil centralni živčni sistem AT&T. Povezal je številna lokalna podjetja in zagotovil ključno konkurenčno prednost, saj so Bellovi patenti potekli. S pridružitvijo omrežju AT&T bi lahko nova stranka teoretično dosegla vse druge naročnike, ki so oddaljeni na tisoče kilometrov – čeprav so bili v resnici klici na dolge razdalje le redko opravljeni. Omrežje je bilo tudi materialna osnova za krovno ideologijo podjetja "Ena politika, en sistem, vse na enem mestu".
Toda z začetkom drugega desetletja dvajsetega stoletja je to omrežje doseglo svoj fizični maksimum. Bolj ko so se telefonske žice raztezale, šibkejši in hrupnejši je postajal signal, ki je prehajal skozi njih, posledično pa je govor postal skoraj neslišen. Zaradi tega sta bili v ZDA dejansko dve omrežji AT&T, ločeni s celinskim grebenom.
Za vzhodno omrežje je bil New York klin, mehanski repetitorji in – privez, ki je določal, kako daleč lahko potuje človeški glas. A te tehnologije niso bile vsemogočne. Tuljave so spremenile električne lastnosti telefonskega tokokroga in zmanjšale slabljenje glasovnih frekvenc – vendar so ga lahko le zmanjšale, ne pa odpravile. Mehanski repetitorji (samo telefonski zvočnik, priključen na ojačevalni mikrofon) so z vsako ponovitvijo dodali hrup. Proga iz leta 1911 od New Yorka do Denverja je ta jermen dosegla največjo dolžino. Ni bilo govora o razširitvi omrežja po celi celini. Toda leta 1909 je John Carty, glavni inženir AT&T, javno obljubil, da bo storil prav to. Obljubil je, da bo to naredil v petih letih – do takrat, ko bo začel v San Franciscu leta 1915.
Prvi, ki je s pomočjo novega telefonskega ojačevalca to omogočil, ni bil Američan, temveč dedič bogate dunajske družine, ki se je zanimala za znanost. Biti mlad S pomočjo staršev je kupil podjetje za proizvodnjo telefonov in se lotil izdelave telefonskega ojačevalca. Do leta 1906 je izdelal rele na osnovi katodnih cevi, ki so se do takrat pogosto uporabljale v fizikalnih poskusih (in kasneje postale osnova za tehnologijo video zaslona, ki je prevladovala v XNUMX. stoletju). Šibek vhodni signal je krmilil elektromagnet, ki je upognil žarek in moduliral močnejši tok v glavnem tokokrogu.
Do leta 1910 so von Lieben in njegova kolega, Eugene Reise in Sigmund Strauss, izvedeli za de Forestov Audione in zamenjali magnet v cevi z mrežo, ki je nadzorovala katodne žarke – ta zasnova je bila najučinkovitejša in boljša od vsega, kar so izdelali v Združenih državah. države v tistem času. Nemško telefonsko omrežje je kmalu sprejelo von Liebenov ojačevalnik. Leta 1914 je po njeni zaslugi prišlo do nervoznega telefonskega klica poveljnika vzhodnopruske vojske z nemškim poveljstvom, ki se nahaja 1000 kilometrov stran, v Koblenzu. To je prisililo načelnika generalštaba, da pošlje generala Hindenberga in Ludendorffa na vzhod, v večno slavo in s hudimi posledicami. Podobni ojačevalci so kasneje povezovali nemški štab s terenskimi vojskami na jugu in vzhodu vse do Makedonije in Romunije.
Kopija von Liebenovega izboljšanega katodnega releja. Katoda je na dnu, anoda je tuljava na vrhu, mreža pa je okrogla kovinska folija na sredini.
Vendar jezikovne in geografske ovire ter vojna so povzročile, da ta dizajn ni dosegel Združenih držav Amerike, drugi dogodki pa so ga kmalu prehiteli.
Medtem je de Forest leta 1911 zapustil propadajočo radiotelefonsko družbo in pobegnil v Kalifornijo. Tam se je zaposlil v podjetju Federal Telegraph Company v Palo Altu, ki ga je ustanovil diplomant Stanforda . Nominalno bi de Forest delal na ojačevalniku, ki bi povečal glasnost zveznega radijskega izhoda. Pravzaprav so se on, Herbert van Ettan (izkušen telefonski inženir) in Charles Logwood (oblikovalec sprejemnikov) odločili ustvariti telefonski ojačevalnik, da bi lahko vsi trije osvojili nagrado AT&T, za katero se je govorilo, da znaša milijon dolarjev.
Da bi to naredil, je de Forest vzel Audion iz mezzanina in leta 1912 je s svojimi kolegi že imel pripravljeno napravo za predstavitev v telefonskem podjetju. Sestavljen je iz več zaporedno povezanih Audionov, ki ustvarjajo ojačitev v več stopnjah, in več pomožnih komponent. Naprava je dejansko delovala - lahko je dovolj okrepila signal, da bi slišali padanje robčka ali tiktakanje žepne ure. A le pri prenizkih tokovih in napetostih, da bi bili uporabni v telefoniji. Ko se je tok povečal, so Audioni začeli oddajati modri sij in signal se je spremenil v šum. Toda telefonska industrija je bila dovolj zainteresirana, da je napravo odnesla svojim inženirjem in videla, kaj lahko naredijo z njo. Zgodilo se je, da je eden od njih, mladi fizik Harold Arnold, natančno vedel, kako popraviti ojačevalnik iz Federal Telegrapha.
Čas je, da razpravljamo o tem, kako sta ventil in Audion delovala. Ključni vpogled, potreben za razlago njihovega dela, je prišel iz Cavendish Laboratory v Cambridgeu, možganskega trusta za novo fiziko elektronov. Tam je leta 1899 J. J. Thomson v poskusih s katodnimi cevmi pokazal, da delec z maso, ki je kasneje postal znan kot elektron, prenaša tok od katode do anode. V naslednjih nekaj letih je Owen Richardson, Thomsonov kolega, ta predlog razvil v matematično teorijo termionske emisije.
Ambrose Fleming, inženir, ki dela na kratki vožnji z vlakom iz Cambridgea, je poznal ta dela. Jasno mu je bilo, da njegov ventil deluje zaradi termionske emisije elektronov iz segrete žarilne nitke, ki prečkajo vakuumsko režo do hladne anode. Toda vakuum v indikatorski lučki ni bil globok - to ni bilo potrebno za navadno žarnico. Dovolj je bilo izčrpati dovolj kisika, da se nit ne bi vnela. Fleming je spoznal, da je za najboljše delovanje ventila potrebno, da ga čim bolj temeljito izpraznimo, da preostali plin ne moti pretoka elektronov.
De Forest tega ni razumel. Ker je do ventila in Audiona prišel s poskusi z Bunsenovim gorilnikom, je bilo njegovo prepričanje nasprotno – da je vroč ioniziran plin delovna tekočina naprave in da bi njegova popolna odstranitev povzročila prenehanje delovanja. Zato je bil Audion tako nestabilen in nezadovoljiv kot radijski sprejemnik in zakaj je oddajal modro svetlobo.
Arnold pri AT&T je bil v idealnem položaju, da popravi de Forestovo napako. Bil je fizik, ki je študiral pri Robertu Millikanu na Univerzi v Chicagu in je bil posebej najet, da bi uporabil svoje znanje nove elektronske fizike pri problemu izgradnje telefonskega omrežja od obale do obale. Vedel je, da bo cev Audion najbolje delovala v skoraj popolnem vakuumu, vedel je, da lahko najnovejše črpalke dosežejo tak vakuum, vedel je, da lahko tudi nova vrsta filamenta, prevlečenega z oksidom, skupaj z večjo ploščo in mrežo. povečati pretok elektronov. Skratka, Audion je spremenil v vakuumsko elektronko, čudodelca elektronske dobe.
AT&T je imel zmogljiv ojačevalnik, ki je bil potreben za izgradnjo čezcelinske linije - preprosto ni imel pravic za njegovo uporabo. Predstavniki podjetja so se med pogajanji z de Forestom obnašali nezaupljivo, vendar so začeli ločen pogovor prek odvetnika tretje osebe, ki je uspel kupiti pravice do uporabe Audiona kot telefonskega ojačevalnika za 50 dolarjev (približno 000 milijona dolarjev v dolarjih leta 1,25). Proga New York–San Francisco se je odprla ravno ob pravem času, a bolj kot zmagoslavje tehnične virtuoznosti in korporativnega oglaševanja kot pa kot komunikacijsko sredstvo. Stroški klicev so bili tako astronomski, da jih skoraj nihče ni mogel uporabljati.
Elektronska doba
Prava vakuumska cev je postala korenina povsem novega drevesa elektronskih komponent. Tako kot rele je tudi vakuumska cev nenehno širila svoje aplikacije, saj so inženirji našli nove načine za prilagajanje njene zasnove za reševanje specifičnih problemov. Rast plemena "-od" se ni končala z diodami in triodami. Nadaljevalo se je z , ki je dodal dodatno mrežo, ki je podpirala ojačanje z rastjo elementov v vezju. Naslednji se je pojavil , , in celo . Pojavili so se tiratroni, napolnjeni z živosrebrnimi hlapi, ki so žareli z zloveščo modro svetlobo. Miniaturne svetilke so velike kot mezinec ali celo želod. Indirektne katodne sijalke, pri katerih brnenje AC vira ni motilo signala. Saga o vakuumski cevi, ki opisuje rast industrije cevi do leta 1930, navaja več kot 1000 različnih modelov po indeksu – čeprav so bili mnogi nezakonite kopije nezaupanja vrednih blagovnih znamk: Ultron, Perfectron, Supertron, Voltron itd.
Pomembnejša od raznolikosti oblik je bila raznolikost aplikacij vakuumske cevi. Regenerativna vezja so triodo spremenila v oddajnik - ustvarila gladke in konstantne sinusne valove, brez hrupnih isker, ki so sposobni popolnega prenosa zvoka. S kohererjem in iskrami leta 1901 je Marconi komaj uspel prenesti majhen košček Morsejeve abecede čez ozek Atlantik. Leta 1915 je AT&T z uporabo vakuumske elektronke kot oddajnika in sprejemnika lahko prenašal človeški glas iz Arlingtona v Virginiji v Honolulu – kar je dvakrat večja razdalja. Do leta 1920 so združili medkrajevno telefonijo z visokokakovostnim avdio oddajanjem in ustvarili prva radijska omrežja. Tako bi kmalu ves narod lahko poslušal isti glas na radiu, pa naj bo to Roosevelt ali Hitler.
Poleg tega je zmožnost ustvarjanja oddajnikov, uglašenih na natančno in stabilno frekvenco, telekomunikacijskim inženirjem omogočila uresničitev dolgoletnih sanj o frekvenčnem multipleksiranju, ki so pritegnile Alexandra Bella, Edisona in ostale pred štiridesetimi leti. Do leta 1923 je imel AT&T desetkanalno glasovno linijo od New Yorka do Pittsburgha. Možnost prenosa več glasov po eni sami bakreni žici je radikalno znižala stroške medkrajevnih klicev, ki so bili zaradi visoke cene vedno dostopni le najbogatejšim ljudem in podjetjem. Ko so videli, kaj zmorejo vakuumske cevi, je AT&T poslal svoje odvetnike, da od de Foresta odkupijo dodatne pravice, da bi zagotovili pravice za uporabo Audiona v vseh razpoložljivih aplikacijah. Skupaj so mu plačali 390 dolarjev, kar je v današnjem denarju enakovredno približno 000 milijona dolarjev.
Zakaj s takšno vsestranskostjo vakuumske cevi niso prevladovale v prvi generaciji računalnikov tako, kot so prevladovale v radijskih sprejemnikih in drugi telekomunikacijski opremi? Očitno bi lahko bila trioda digitalno stikalo tako kot rele. Tako očitno, da je de Forest celo verjel, da je ustvaril rele, preden ga je dejansko ustvaril. In trioda je bila veliko bolj odzivna kot tradicionalni elektromehanski rele, ker ji ni bilo treba fizično premikati armature. Običajni rele je za preklop potreboval nekaj milisekund, sprememba toka od katode do anode zaradi spremembe električnega potenciala na omrežju pa je bila skoraj trenutna.
Toda svetilke so imele izrazito pomanjkljivost pred releji: njihova težnja, tako kot njihove predhodnice, žarnice, da pregorijo. Življenjska doba prvotnega Audion de Forest je bila tako kratka - približno 100 ur -, da je svetilka vsebovala rezervno žarilno nitko, ki jo je bilo treba priključiti, potem ko je prva pregorela. To je bilo zelo slabo, a tudi po tem ni bilo mogoče pričakovati, da bodo tudi najbolj kakovostne svetilke zdržale več kot nekaj tisoč ur. Za računalnike s tisočimi žarnicami in urami izračunov je bil to resen problem.
Po drugi strani pa so bili releji po Georgeu Stibitzu "fantastično zanesljivi". Tako zelo, da je to trdil
Če bi niz relejev v obliki črke U začel delovati v prvem letu našega štetja in bi zamenjal kontakt enkrat na sekundo, bi delovali še danes. Prvo okvaro v stiku bi lahko pričakovali šele čez tisoč let, nekje leta 3000.
Poleg tega ni bilo izkušenj z velikimi elektronskimi vezji, primerljivimi z elektromehanskimi vezji telefonskih inženirjev. Radijski sprejemniki in druga oprema lahko vsebujejo 5-10 svetilk, ne pa več sto tisoč. Nihče ni vedel, ali bo mogoče računalnik s 5000 žarnicami usposobiti za delovanje. Z izbiro relejev namesto cevi so računalniški oblikovalci naredili varno in konzervativno izbiro.
V naslednjem delu bomo videli, kako in zakaj so bili ti dvomi premagani.
Vir: www.habr.com