Andra artiklar i serien:
- RelÀets historia
- Elektroniska datorers historia
- Transistorns historia
- Internet historia
Đ Vi sĂ„g hur den första generationen digitala datorer byggdes ovanpĂ„ den första generationen automatiska elektriska strömbrytare â elektromagnetiska relĂ€er. Men nĂ€r dessa datorer vĂ€l var byggda vĂ€ntade en annan digital strömbrytare bakom kulisserna. RelĂ€et var en elektromagnetisk anordning (som anvĂ€nde elektricitet för att styra en mekanisk strömbrytare), men den nya klassen av digitala strömbrytare var elektronisk â baserad pĂ„ ny kunskap om elektronen som hade framkommit i början av 1900-talet. Denna vetenskap avslöjade att bĂ€raren av elektrisk kraft inte var en ström, inte en vĂ„g, inte ett fĂ€lt â utan en fast partikel.
Apparaten som gav upphov till elektronikens era baserad pÄ denna nya fysik blev kÀnd som vakuumröret. Historien om dess skapelse involverar tvÄ personer: en engelsman och en amerikan Faktum Àr att elektronikens ursprung Àr mer komplext, vÀvt av mÄnga trÄdar som korsar Europa och Atlanten, och strÀcker sig sÄ lÄngt tillbaka som de tidiga experimenten med Leyden-krukor i mitten av 1700-talet.
Men för den hĂ€r berĂ€ttelsens skull Ă€r det lĂ€mpligt att börja (ordvits avsedd!) med Thomas Edison. PĂ„ 1880-talet gjorde Edison en intressant upptĂ€ckt nĂ€r han arbetade med elektrisk belysning â en upptĂ€ckt som banar vĂ€g för vĂ„r berĂ€ttelse. Den ledde till utvecklingen av vakuumrör, vilka behövdes för tvĂ„ tekniska system: en ny form av trĂ„dlös meddelandeteknik och de stĂ€ndigt expanderande telefonnĂ€ten.
Prolog: Edison
Edison fÄr allmÀnt erkÀnnande för att ha uppfunnit glödlampan. Detta ger honom bÄde för mycket och för lite beröm. För mycket beröm, eftersom Edison inte var den enda som uppfann glödlampan. Förutom den skara uppfinnare som föregick honom och vars uppfinningar aldrig nÄdde kommersiell anvÀndning, finns Joseph Swann och Charles Stern frÄn Storbritannien samt amerikanen William Sawyer, som lanserade glödlampor samtidigt som Edison.Uppfinningens Àra tillhör ocksÄ en rysk uppfinnare Lodygin var den förste som tÀnkte pÄ att pumpa luft ur en glaslampa, och sedan föreslog han att glödtrÄden inte skulle tillverkas av kol eller förkolnade fibrer, utan av eldfast volfram / övers. anm.Alla lampor bestod av en förseglad glaslampa med en resistiv glödtrÄd inuti. NÀr lampan anslöts till kretsen orsakade vÀrmen som genererades av glödtrÄdens strömmotstÄnd att den glödde. Luften pumpades ut ur glödlampan sÄ att glödtrÄden inte skulle lysa. Elektriskt ljus var redan kÀnt i stora stÀder i form av , som anvÀnds för att lysa upp stora offentliga utrymmen. Alla dessa uppfinnare letade efter ett sÀtt att minska mÀngden ljus genom att ta en ljus partikel frÄn den brinnande ljusbÄgen, tillrÀckligt liten för att kunna anvÀndas i hem för att ersÀtta gaslampor, och för att göra en ljuskÀlla sÀkrare, renare och ljusare.
Vad Edison faktiskt gjorde â eller snarare, vad hans industriella laboratorium gjorde â var inte bara att skapa en ljuskĂ€lla. De byggde ett helt elsystem för att belysa hem â generatorer, strömförande ledningar, transformatorer och sĂ„ vidare. Av allt detta var glödlampan bara den mest uppenbara och synliga komponenten. NĂ€rvaron av Edisons namn pĂ„ hans företag som producerade elektricitet var inte en enkel hyllning till den store uppfinnaren, som var fallet med Bell Telephone. Edison visade sig vara inte bara en uppfinnare utan ocksĂ„ en systemarkitekt. Hans laboratorium fortsatte att arbeta med att förbĂ€ttra de olika komponenterna i elektrisk belysning Ă€ven efter deras tidiga framgĂ„ngar.
Ett exempel pÄ en tidig Edison-glödlampa
Under sin forskning nĂ„gon gĂ„ng runt 1883 bestĂ€mde sig Edison (och möjligen en av hans anstĂ€llda) för att inkludera en metallplatta inuti den glödande lampan tillsammans med glödtrĂ„den. Orsakerna till detta Ă€r oklara. Kanske var det ett försök att förhindra att lampan mörknade â insidan av glaslampan ackumulerade en mystisk mörk substans med tiden. Ingenjören hoppades tydligen att dessa svarta partiklar skulle attraheras till plattan under spĂ€nning. Till sin förvĂ„ning upptĂ€ckte han att nĂ€r plattan inkluderades i kretsen tillsammans med glödtrĂ„dens positiva Ă€nde, var mĂ€ngden ström som flödade genom glödtrĂ„den direkt proportionell mot intensiteten av glödtrĂ„dens glöd. Ingenting liknande observerades nĂ€r plattan anslöts till glödtrĂ„dens negativa Ă€nde.
Edison bestÀmde att denna effekt, senare kallad Edison-effekten eller , kunde anvÀndas för att mÀta eller till och med kontrollera den "elektromotoriska kraften", eller spÀnningen, i ett elektriskt system. Av gammal vana ansökte han om patent pÄ denna "elektriska indikator", och Ätergick sedan till viktigare uppgifter.
Utan sladdar
Snabbspola 20 Är framÄt till 1904. Vid den hÀr tiden i England arbetade John Ambrose Fleming pÄ en förbÀttrad radiomottagare för Marconi Company.
Det Àr viktigt att förstÄ vad radio var och inte var pÄ den tiden, bÄde som ett instrument och i praktiken. Radio kallades inte ens "radio" pÄ den tiden, det kallades "trÄdlöst". Termen "radio" blev först vanlig pÄ 1910-talet. Mer specifikt syftade den pÄ trÄdlös telegrafi, ett system för att överföra signaler i form av punkter och streck frÄn en sÀndare till en mottagare. Dess primÀra anvÀndning var för kommunikation mellan fartyg och hamntjÀnster, och det var av intresse för sjömyndigheter runt om i vÀrlden i detta avseende.
Vissa uppfinnare frĂ„n den tiden, i synnerhet, , experimenterade med idĂ©n om en radiotelefon â att sĂ€nda röstmeddelanden över luften som en kontinuerlig vĂ„g. Men sĂ€ndningar i modern bemĂ€rkelse uppstod inte förrĂ€n 15 Ă„r senare: att sĂ€nda nyheter, berĂ€ttelser, musik och andra program till en bred publik. Fram till dess sĂ„gs radiosignalernas rundstrĂ„lande natur som ett problem som skulle lösas, inte en funktion som skulle utnyttjas.
Den radioutrustning som fanns tillgÀnglig pÄ den tiden var bra pÄ att hantera morsekod, men dÄlig pÄ allt annat. SÀndare skapade hertzvÄgor genom att skicka en gnista över ett avbrott i kretsen. SÄ signalen Ätföljdes av ett sprakande brus.
Mottagare skulle upptĂ€cka denna signal genom en koherens: metallspĂ„n i ett glasrör som skulle kondenseras till en kontinuerlig massa av radiovĂ„gor, och dĂ€rmed sluta kretsen. Glaset skulle sedan knackas för att sönderdela filspĂ„nen och förbereda mottagaren för nĂ€sta signal â först gjordes detta manuellt, men snart skulle automatiska apparater utvecklas.
à r 1905 började de precis dyka upp , Àven kÀnd som "kattens morrhÄr". Det visade sig att genom att helt enkelt röra en trÄd vid en viss kristall, sÄsom kisel, jÀrnpyriter eller , var det möjligt att rycka ut en radiosignal ur luften. De resulterande mottagarna var billiga, kompakta och tillgÀngliga för alla. De stimulerade utvecklingen av amatörradio, sÀrskilt bland unga mÀnniskor. Den plötsliga ökningen av sÀndningstiden som uppstod som ett resultat ledde till problem pÄ grund av att sÀndningstiden delades mellan alla anvÀndare. Oskyldiga samtal mellan amatörer kunde av misstag korsa flottans kommunikation, och vissa huliganer lyckades till och med ge falska order och skicka signaler om hjÀlp. Staten var oundvikligen tvungen att ingripa. Som Ambrose Fleming sjÀlv skrev, tillkomsten av kristalldetektorer
ledde omedelbart till en explosion av oansvarig radiotelegrafi pÄ grund av otaliga amatörelektrikers och studenters upptÄg, vilket krÀvde ett kraftfullt ingripande frÄn nationella och internationella myndigheter för att hÄlla hÀndelserna inom rimliga och sÀkra grÀnser.
De ovanliga elektriska egenskaperna hos dessa kristaller kommer sĂ„ smĂ„ningom att ge upphov till den tredje generationen digitala strömbrytare, efter relĂ€er och lampor â strömbrytare som dominerar vĂ„r vĂ€rld. Men allt har sin tid. Vi har beskrivit scenen, lĂ„t oss nu Ă„tervĂ€nda all uppmĂ€rksamhet till skĂ„despelaren som just har framtrĂ€tt i rampljuset: Ambrose Fleming, England, 1904.
Ventil
à r 1904 var Fleming professor i elektroteknik vid University College London och konsult för Marconi Company. Företaget hade ursprungligen anlitat honom för att ge expertis vid byggandet av ett kraftverk, men han tog sedan pÄ sig uppgiften att förbÀttra mottagaren.
Fleming Ă„r 1890
Alla visste att koherern var en dÄlig mottagare vad gÀller kÀnslighet, och den magnetiska detektorn som utvecklades vid Macroni var inte mycket bÀttre. För att hitta en ersÀttare bestÀmde sig Fleming först för att bygga en kÀnslig krets för att detektera HertzvÄgor. En sÄdan anordning, Àven om den inte Àr en detektor i sig, skulle vara anvÀndbar i framtida forskning.
För att göra detta behövde han hitta ett sĂ€tt att kontinuerligt mĂ€ta strömmen som genererades av de inkommande vĂ„gorna, snarare Ă€n att anvĂ€nda en diskret koherer (som bara visade om den var pĂ„slagen, var filspĂ„nen fastnade ihop eller avslagen). Men de strömmĂ€tningsanordningar som Ă€r kĂ€nda idag â galvanometrar â krĂ€vde en konstant, eller enkelriktad, ström för att fungera. VĂ€xelströmmen som genererades av radiovĂ„gorna Ă€ndrade riktning sĂ„ snabbt att ingen mĂ€tning skulle vara möjlig.
Fleming mindes att han hade nÄgra intressanta saker som samlade damm i garderoben: Edisons indikatorlampor. PÄ 1880-talet var han konsult för Edison Electric Light Company i London och arbetade med problemet med lampsvÀrtning. Vid den tiden hade han fÄtt nÄgra exemplar av indikatorn, möjligen frÄn William Preece, chefselektroingenjör vid det brittiska postverket, som just hade ÄtervÀnt frÄn en elektrisk mÀssa i Philadelphia. Utanför USA var det vanligt att postkontoren kontrollerade telegrafen och telefonen, sÄ de var centrum för elektrisk expertis.
Senare, pÄ 1890-talet, studerade Fleming sjÀlv Edisoneffekten med hjÀlp av lampor han fÄtt av Preece. Han visade att effekten var att strömmen flödade i en riktning: negativ elektrisk potential kunde flöda frÄn den heta glödtrÄden till den kalla elektroden, men inte tvÀrtom. Men det var inte förrÀn 1904, nÀr han stod inför uppgiften att detektera radiovÄgor, som han insÄg att detta faktum kunde anvÀndas i praktiken. Edisonindikatorn skulle endast tillÄta enkelriktade pulser av vÀxelström att passera gapet mellan glödtrÄden och plattan, vilket resulterade i ett konstant, enriktat flöde.
Fleming tog en lampa, seriekopplade den med en galvanometer och slog pÄ gnistsÀndaren. Voilà , spegeln snurrade och ljusstrÄlen rörde sig pÄ vÄgen. Det fungerade. Han kunde noggrant mÀta den inkommande radiosignalen.
Fleming-ventilprototyper. Anoden Àr mitt i glödtrÄdsslingan (varm katod)
Fleming kallade sin uppfinning för en "ventil" eftersom den bara tillĂ€t elektricitet att flöda i en riktning. I mer allmĂ€nna elektrotekniska termer var det en likriktare â ett sĂ€tt att omvandla vĂ€xelström till likström. Den kallades senare för en diod eftersom den hade tvĂ„ elektroder â en varm katod (glödtrĂ„d) som avgav elektricitet och en kall anod (platta) som tog emot den. Fleming gjorde flera förbĂ€ttringar av designen, men anordningen var i huvudsak inte annorlunda Ă€n Edisons indikatorlampa. Dess omvandling till en ny kvalitet var resultatet av en förĂ€ndring i tĂ€nkandet â ett fenomen vi har sett mĂ„nga gĂ„nger tidigare. FörĂ€ndringen skedde i idĂ©vĂ€rlden i Flemings huvud, inte i vĂ€rlden av saker utanför den.
Fleming-ventilen i sig var anvÀndbar. Den var den bÀsta fÀltanordningen för att mÀta radiosignaler, och en hyfsad detektor i sig. Men den chockerade inte vÀrlden. Det var inte förrÀn Lee de Forest lade till en tredje elektrod och förvandlade ventilen till ett relÀ som elektroniken exploderade.
Lyssnande
Lee de Forest hade en ovanlig uppvÀxt för att vara Yale-student. Hans far, pastor Henry de Forest, var en veteran frÄn inbördeskriget frÄn New York, en pastor , och han trodde starkt att han som predikant borde sprida det gudomliga ljuset av kunskap och rÀttvisa. Han lydde pliktens kallelse och accepterade en inbjudan att bli president för Talladega College i Alabama. Högskolan hade grundats efter inbördeskriget av American Missionary Association, med sÀte i New York City. Den var avsedd att utbilda och vÀgleda de lokala svarta. DÀr befann sig Lee mellan en sten och en hÄrd plats - lokala svarta förödmjukade honom för hans naivitet och feghet, och lokala vita - eftersom han var .
ĂndĂ„ utvecklade de Forest som ung man en stark sjĂ€lvkĂ€nsla. Han upptĂ€ckte en talang för mekanik och uppfinningar â hans skalenliga modelllokomotiv blev ett lokalt underverk. Som tonĂ„ring, medan han studerade vid Talladega, bestĂ€mde han sig för att Ă€gna sitt liv Ă„t att uppfinna. Sedan, som ung man i New Haven, övergav pastorns son de sista av sina religiösa övertygelser. De förlorades gradvis till darwinismen och sveptes sedan bort av hans fars alltför tidiga död. Men de Forests kĂ€nsla av öde lĂ€mnade honom aldrig â han ansĂ„g sig sjĂ€lv vara ett geni, och han strĂ€vade efter att bli en annan Nikola Tesla, den rika, berömda och mystiska trollkarlen frĂ„n den elektriska tidsĂ„ldern. Hans klasskamrater frĂ„n Yale ansĂ„g honom vara en sjĂ€lvbelĂ„ten snuskig. Han kan vara den minst populĂ€ra personen i historien.
de Forest, cirka 1900
Efter examen frĂ„n Yale 1899 valde de Forest den framvĂ€xande konsten att trĂ„dlös signalering som sin vĂ€g till rikedom och berömmelse. Under de kommande decennierna fortsatte han den med stor beslutsamhet och sjĂ€lvförtroende, och utan att tveka. Allt började med att de Forest arbetade med sin partner Ed Smythe i Chicago. Smythe höll deras företag flytande med regelbundna betalningar, och tillsammans utvecklade de sin egen radiovĂ„gsdetektor, bestĂ„ende av tvĂ„ metallplattor som hölls samman av ett lim som de Forest kallade "goo". Men de Forest kunde inte vĂ€nta lĂ€nge pĂ„ belöningen för sitt geni. Han dumpade Smythe och samarbetade med en skum New York-finansiĂ€r vid namn Abraham White.ironiskt nog Ă€ndrade han sitt namn frĂ„n sitt födelsenamn, Schwartz, för att dölja sina mörka affĂ€rer. Vit â (engelska) vit, Schwartz â (tyska) svart / övers. not], och öppnade De Forest Wireless Telegraph Company.
Företagets aktiviteter var sekundÀra i förhÄllande till bÄda vÄra hjÀltar. White utnyttjade mÀnniskors okunnighet för att fylla sina fickor. Han lurade miljoner frÄn investerare som kÀmpade för att hÄlla jÀmna steg med den förvÀntade radioboomen. Och de Forest, med de rikliga tillgÄngarna frÄn nÀmnda "suckers", koncentrerade sig pÄ att bevisa sitt geni genom att utveckla ett nytt amerikanskt trÄdlöst överföringssystem (i motsats till det europeiska som utvecklats av Marconi et al.).
Olyckligtvis för det amerikanska systemet fungerade de Forests detektor inte sÀrskilt bra. Han löste problemet ett tag genom att lÄna Reginald Fessendens patenterade design för en detektor kallad "flytande baretter" - tvÄ platinatrÄdar doppade i ett bad av svavelsyra. Fessenden stÀmde för patentintrÄng - ett fall han förmodligen skulle vinna. De Forest kunde inte vila förrÀn han hade uppfunnit en ny detektor som var hans egen. Hösten 1906 tillkÀnnagav han skapandet av en sÄdan detektor. Vid tvÄ separata möten med American Institute of Electrical Engineers beskrev de Forest sin nya trÄdlösa detektor, som han kallade "Audion". Men dess faktiska ursprung Àr tveksamt.
Under en tid kretsade de Forests försök att bygga en ny detektor kring att leda ström genom en lÄga. , vilket han trodde kunde vara en asymmetrisk ledare. Idén lyckades tydligen inte. NÄgon gÄng 1905 fick han veta talas om Fleming-ventilen. De Forest fick för sig att denna ventil och hans brÀnnarbaserade anordning i huvudsak var samma sak - om man ersatte den heta glödtrÄden med en lÄga och tÀckte den med en glaskula för att hÄlla gasen inne, hade man samma ventil. Han utvecklade en serie patent som upprepade historien om de uppfinningar som föregick Fleming-ventilen med hjÀlp av gasflamdetektorer. Han ville tydligen göra ansprÄk pÄ prioritet för uppfinningen och kringgÄ Flemings patent, eftersom arbetet med bunsenbrÀnnaren föregick Flemings (det hade pÄgÄtt sedan 1900).
Det Àr omöjligt att sÀga om detta var sjÀlvbedrÀgeri eller bedrÀgeri, men resultatet blev ett patent som de Forest lÀmnade in i augusti 1906 för "ett tomt glaskÀrl innehÄllande tvÄ separata elektroder mellan vilka ett gasmedium hÄlls, vilket nÀr det Àr tillrÀckligt uppvÀrmt, blir en ledare och bildar ett sensorelement." Utrustningen och driften av anordningen Àr Flemings, och förklaringen till dess funktion Àr de Forests. De Forest förlorade sÄ smÄningom patenttvisten, Àven om det tog tio Är.
Den otÄlige lÀsaren kanske redan undrar varför vi lÀgger sÄ mycket tid pÄ den hÀr mannen vars sjÀlvutnÀmnda genialitet bestod i att utge andras idéer för att vara sina egna? Anledningen ligger i den förvandling som Audion genomgick under de sista mÄnaderna 1906.
Vid det laget var de Forest arbetslös. White och hans partners hade undkommit ansvar i Fessenden-tvisten genom att bilda ett nytt företag, United Wireless, och lÄna ut American De Forests tillgÄngar för 1 dollar. De Forest tvingades ut med 1000 XNUMX dollar i ersÀttning och flera vÀrdelösa patent, inklusive Audion-patentet. Efter att ha vant sig vid en överdÄdig livsstil var han i allvarliga ekonomiska problem och desperat att göra Audion till en stor succé.
För att förstÄ vad som hÀnde sedan Àr det viktigt att veta att de Forest trodde att han hade uppfunnit ett relÀ, i motsats till Flemings likriktare. Han tillverkade sin Audion genom att ansluta ett batteri till ventilens kalla platta och trodde att signalen i antennkretsen (ansluten till den heta glödtrÄden) modulerade en kraftigare ström i batterikretsen. Han hade fel: det fanns inte tvÄ kretsar; batteriet förspÀnde helt enkelt signalen frÄn antennen snarare Àn att förstÀrka den.
Men detta fel var kritiskt, eftersom det ledde till att de Forest experimenterade med en tredje elektrod i glödlampan, vilket ytterligare skulle separera de tvĂ„ kretsarna i detta "relĂ€". Först lade han till en andra kall elektrod bredvid den första, men sedan, kanske pĂ„verkad av de kontrollmekanismer som anvĂ€nds av fysiker för att omdirigera strĂ„larna i katodstrĂ„leanordningar, flyttade han elektroden till en position mellan glödtrĂ„den och primĂ€rplattan. Han bestĂ€mde sig för att denna position kunde avbryta elektricitetsflödet och Ă€ndrade formen pĂ„ den tredje elektroden frĂ„n en platta till en vĂ„gig trĂ„d som liknade ett galler â och kallade den ett "rutnĂ€t".
Audion-trioden frÄn 1908. Den (trasiga) glödtrÄden till vÀnster Àr katoden, den vÄgiga trÄden Àr gallret och den rundade metallplattan Àr anoden. Den har fortfarande trÄdarna som en vanlig glödlampa.
Och detta var redan ett riktigt relĂ€. En svag ström (som den som produceras av en radioantenn) som applicerades pĂ„ nĂ€tet kunde styra en mycket starkare ström mellan glödtrĂ„den och plattan, vilket stöter bort laddade partiklar som försökte passera mellan dem. Denna detektor fungerade mycket bĂ€ttre Ă€n en ventil, eftersom den inte bara likriktade, utan ocksĂ„ förstĂ€rkte radiosignalen. Och, liksom en ventil (och till skillnad frĂ„n en koherent), kunde den producera en konstant signal, vilket gjorde det möjligt att skapa inte bara en radiotelegraf, utan Ă€ven en radiotelefon (och senare â röst- och musiköverföring).
I praktiken fungerade det inte sÀrskilt bra. De Forests Audions var krÀsna, brÀndes ut snabbt, saknade jÀmn kvalitet i sin tillverkning och var ineffektiva som förstÀrkare. För att en viss Audion skulle fungera korrekt var kretsens elektriska parametrar tvungna att justeras för att passa den.
ĂndĂ„ trodde de Forest pĂ„ sin uppfinning. Han bildade ett nytt företag, De Forest Radio Telephone Company, för att marknadsföra den, men försĂ€ljningen var mager. Hans största framgĂ„ng var att sĂ€lja utrustning till flottan för telefoni inom flottan under jordenruntresan."Men flottans befĂ€lhavare, som inte hade tid att fĂ„ de Forests sĂ€ndare och mottagare i drift och utbilda sin besĂ€ttning i deras anvĂ€ndning, lĂ€t packa ihop och förvara dem i förrĂ„d. Dessutom var de Forests nya företag, som drevs av en anhĂ€ngare till Abraham White, inte mer ansett Ă€n det tidigare. För att ytterligare förvĂ€rra sina misslyckanden hamnade han snart anklagad för bedrĂ€geri."
I fem Är hade Audion inte uppnÄtt nÄgonting. à terigen skulle telefonen spela en nyckelroll i utvecklingen av den digitala relÀn, den hÀr gÄngen rÀdda en lovande men oprövad teknik som var pÄ grÀnsen till glömska.
Och telefonen igen
LĂ„ngdistansnĂ€tet var AT&T:s centrala nervsystem. Det band samman mĂ„nga lokala företag och gav en viktig konkurrensfördel efter att Bells patent löpt ut. Genom att ansluta sig till AT&T:s nĂ€tverk kunde en ny kund i teorin ringa alla andra abonnenter tusentals mil bort â Ă€ven om lĂ„ngdistanssamtal i verkligheten var sĂ€llsynta. NĂ€tverket var ocksĂ„ den materiella grunden för företagets övergripande ideologi om "En policy, ett system, universell service".
Men i början av 1900-talets andra decennium hade nÀtverket nÄtt sin fysiska maximum. Ju lÀngre telefonledningarna strÀckte sig, desto svagare och bullrigare blev signalen som fÀrdades lÀngs dem, tills tal blev praktiskt taget ohörbart. PÄ grund av detta fanns det faktiskt tvÄ AT&T-nÀtverk i USA, Ätskilda av den kontinentala ryggraden.
För det östra nĂ€tverket var New York pinnen, och mekaniska repeatrar och â ett snöre som bestĂ€mde hur lĂ„ngt den mĂ€nskliga rösten kunde nĂ„. Men dessa teknologier var inte allsmĂ€ktiga. Spolar förĂ€ndrade telefonkretsens elektriska egenskaper och minskade dĂ€mpningen av röstfrekvenser â men de kunde bara minska den, inte eliminera den. Mekaniska repeatrar (bara en telefonhögtalare ansluten till en förstĂ€rkande mikrofon) lade till brus med varje repetition. 1911 Ă„rs linje frĂ„n New York till Denver förlĂ€ngde detta snöre till sin maximala lĂ€ngd. Det var inget tal om att utöka nĂ€tverket över kontinenten. Men 1909 lovade John Carty, AT&T:s chefsingenjör, offentligt att göra just det. Han lovade att göra det om fem Ă„r â nĂ€r i San Francisco Ă„r 1915.
Den förste personen som möjliggjorde ett sÄdant Ätagande med hjÀlp av en ny telefonförstÀrkare var inte en amerikan, utan arvtagare till en förmögen wiensk familj med ett intresse för vetenskap. Som ung man, Med sina förÀldrars pengar köpte han ett telefontillverkningsföretag och började tillverka en förstÀrkare för telefonsamtal. à r 1906 hade han tillverkat ett relÀ med hjÀlp av katodstrÄlerör, vilket vid den tiden var vanligt i fysikexperiment (och senare grunden för den dominerande videoskÀrmstekniken frÄn XNUMX-talet). En svag inkommande signal styrde en elektromagnet som böjde strÄlen och modulerade en starkare ström i huvudkretsen.
Ă r 1910 hade von Lieben och hans kollegor, Eugene Reisz och Sigmund Strauss, fĂ„tt kĂ€nnedom om de Forests Audion och ersatt magneten i röret med ett galler som styrde katodstrĂ„larna â en design som var effektivare och överlĂ€gsen allt som tillverkades i USA vid den tiden. Det tyska telefonnĂ€tet antog snart von Liebens förstĂ€rkare. Ă r 1914 möjliggjorde den ett nervöst samtal frĂ„n befĂ€lhavaren för den ostpreussiska armĂ©n till det tyska högkvarteret 1000 XNUMX kilometer bort i Koblenz. Det fick stabschefen att skicka generalerna Hindenberg och Ludendorff österut, till evig Ă€ra och med förödande konsekvenser. Liknande förstĂ€rkare kopplade senare det tyska högkvarteret till fĂ€ltarmĂ©er sĂ„ lĂ„ngt söderut och österut som Makedonien och RumĂ€nien.
En kopia av von Liebens förbÀttrade katodstrÄlerelÀ. Katoden Àr lÀngst ner, anoden Àr spolen lÀngst upp och gallret Àr den runda metallfolien i mitten.
SprÄkliga och geografiska barriÀrer, sÄvÀl som krig, innebar dock att denna design aldrig nÄdde USA, och snart omkördes av andra hÀndelser.
Samtidigt lÀmnade de Forest det fallerande Radio Telephone Company 1911 och flydde till Kalifornien, dÀr han tog ett jobb hos Federal Telegraph Company i Palo Alto, grundat av en Stanford-examen. Nominellt skulle de Forest arbeta pÄ en förstÀrkare som skulle öka volymen pÄ Federal Radio-mottagarens utsignal. I verkligheten arbetade han, Herbert Van Ettan (en erfaren telefoningenjör) och Charles Longwood (en mottagarkonstruktör) pÄ telefonförstÀrkaren sÄ att de tre kunde vinna ett ryktbart pris pÄ 1 miljon dollar frÄn AT&T.
För att göra detta hĂ€mtade de Forest en Audion frĂ„n vinden, och Ă„r 1912 hade han och hans kollegor en apparat redo att demonstreras för telefonbolaget. Den bestod av flera Audion-enheter kopplade i serie, som skapade förstĂ€rkning i steg, och nĂ„gra andra hjĂ€lpkomponenter. Apparaten fungerade i princip â den kunde förstĂ€rka en signal tillrĂ€ckligt för att höra en nĂ€sduk falla eller ett fickur ticka. Men bara vid strömmar och spĂ€nningar som var för lĂ„ga för att vara anvĂ€ndbara för telefoni. NĂ€r strömmen ökade började Audion-enheterna lysa blĂ„tt, och signalen övergick i brus. Men telefonbolaget var tillrĂ€ckligt fascinerat för att ge apparaten till sina ingenjörer för att se vad de kunde göra med den. Det rĂ„kade sig att en av dem, en ung fysiker vid namn Harold Arnold, visste exakt hur man reparerade förstĂ€rkaren frĂ„n Federal Telegraph.
Det Àr dags att diskutera hur ventilen och Audion fungerade. Den viktigaste insikten som behövdes för att förklara deras funktion kom frÄn Cavendish-laboratoriet i Cambridge, det intellektuella centrumet för den nya elektronfysiken. DÀr, Är 1899, hade J. J. Thomson i experiment med katodstrÄlerör visat att en partikel med massa, senare kÀnd som en elektron, bar ström frÄn katoden till anoden. Under de nÀrmaste Ären utvecklade Thomsons kollega Owen Richardson denna insikt till en matematisk teori om termionisk emission.
Ambrose Fleming, en ingenjör som arbetade en kort tĂ„gresa frĂ„n Cambridge, var bekant med detta arbete. Han insĂ„g att hans ventil fungerade genom termionisk emission av elektroner frĂ„n en uppvĂ€rmd glödtrĂ„d, som korsade ett vakuumgap till en kall anod. Men vakuumet i indikatorlampan var inte djupt â det var inte nödvĂ€ndigt för en vanlig glödlampa. Det rĂ€ckte för att pumpa ut tillrĂ€ckligt med syre för att hindra glödtrĂ„den frĂ„n att tĂ€ndas. Fleming insĂ„g att för att ventilen skulle fungera bĂ€st mĂ„ste den tömmas sĂ„ noggrant som möjligt, sĂ„ att eventuell kvarvarande gas inte störde elektronflödet.
De Forest förstod det inte. Eftersom han hade kommit fram till ventilen och Audion genom sina experiment med bunsenbrĂ€nnaren, var hans uppfattning den motsatta â att den heta joniserade gasen var apparatens arbetsfluid, och att dess fullstĂ€ndiga borttagning skulle fĂ„ den att sluta fungera. Det var dĂ€rför Audion fungerade sĂ„ oregelbundet och otillfredsstĂ€llande som radiomottagare, och varför den avgav blĂ„tt ljus.
Arnold pÄ AT&T var i en idealisk position för att rÀtta till de Forests misstag. Han var en fysiker som hade studerat för Robert Millikan vid University of Chicago, och han hade anstÀllts specifikt för att tillÀmpa sin kunskap om elektronernas nya fysik pÄ problemet med att bygga ett kust-till-kust-telefonnÀt. Han visste att Audion-röret skulle fungera bÀst i ett nÀstan perfekt vakuum, visste att de senaste pumparna kunde uppnÄ ett sÄdant vakuum, visste att en ny typ av oxidbelagd glödtrÄd, tillsammans med en större platta och galler, ocksÄ kunde öka elektronflödet. Kort sagt, han hade förvandlat Audion till ett vakuumrör, den elektroniska tidsÄlderns mirakelgörare.
AT&T hade den kraftfulla förstĂ€rkare de behövde för att bygga en transkontinental linje â de hade bara inte rĂ€ttigheterna att anvĂ€nda den. Företaget var skeptiska i sina förhandlingar med de Forest, men de förhandlade genom en extern advokat, som lyckades köpa rĂ€ttigheterna att anvĂ€nda Audion som telefonförstĂ€rkare för 50 000 dollar (cirka 1,25 miljoner dollar i 2017 Ă„rs dollar). Linjen New York-San Francisco öppnade precis i tid, men mer som en triumf för teknisk virtuositet och företagsreklam Ă€n som ett kommunikationsmedel. Kostnaden för samtal var sĂ„ astronomisk att nĂ€stan ingen kunde anvĂ€nda den.
Elektronisk era
Det riktiga vakuumröret blev roten till ett helt nytt trĂ€d av elektroniska komponenter. Liksom relĂ€et utökade vakuumröret kontinuerligt sina tillĂ€mpningar i takt med att ingenjörer hittade nya sĂ€tt att skrĂ€ddarsy dess design till specifika uppgifter. Uppkomsten av -ode-stammen slutade inte med dioder och trioder. Den fortsatte med , vilket lade till ett ytterligare rutnĂ€t som stödde förstĂ€rkningen allt eftersom elementen i kretsen vĂ€xte. Sedan kom , , och Ă€ven Tyratroner dök upp, fyllda med kvicksilverĂ„nga, som glödde i ett kusligt blĂ„tt tillstĂ„nd. Miniatyrrör i storlek med en lilltĂ„ eller till och med en ekollon. Indirekt uppvĂ€rmda katodrör, dĂ€r surret frĂ„n en vĂ€xelströmskĂ€lla inte störde signalen. Boken Saga of the Vacuum Tube, som beskriver tillvĂ€xten av vakuumrörsindustrin fram till 1930, listar mer Ă€n 1000 XNUMX olika modeller efter deras index â Ă€ven om mĂ„nga av dem var piratkopier frĂ„n opĂ„litliga mĂ€rken: Ultron, Perfectron, Supertron, Voltron, etc.
Viktigare Ă€n de mĂ„nga olika formerna var de mĂ„nga olika tillĂ€mpningarna för vakuumröret. Regenerativa kretsar förvandlade trioden till en sĂ€ndare â som producerade jĂ€mna, konstanta sinusvĂ„gor, fria frĂ„n bullriga gnistor och kapabla att överföra ljud perfekt. Med en koherent och gnistor kunde Marconi knappt överföra ett kort stycke morsekod över den smala Atlanten Ă„r 1901. Ă
r 1915, med hjĂ€lp av ett vakuumrör som sĂ€ndare och mottagare, kunde AT&T överföra den mĂ€nskliga rösten frĂ„n Arlington, Virginia, till Honolulu â dubbelt sĂ„ lĂ„ngt. PĂ„ 1920-talet hade de kombinerat lĂ„ngdistanstelefoni med högkvalitativ ljudsĂ€ndning för att skapa de första radionĂ€tverken. Snart kunde hela nationen höra samma röst pĂ„ radion, oavsett om det var Roosevelt eller Hitler.
Dessutom gjorde möjligheten att skapa sÀndare instÀllda pÄ en exakt och stabil frekvens det möjligt för telekommunikationsingenjörer att förverkliga den lÀnge omhuldade drömmen om frekvensmultiplexering som hade fascinerat Alexander Graham Bell, Edison och andra fyrtio Är tidigare. à r 1923 hade AT&T en tiokanalig röstlinje frÄn New York till Pittsburgh. Möjligheten att bÀra flera röster över en enda koppartrÄd minskade dramatiskt kostnaden för lÄngdistanssamtal, vilket alltid hade varit oöverkomligt dyrt för endast de rikaste individerna och företagen. NÀr AT&T sÄg vad vakuumrör kunde göra, skickade de sina advokater för att köpa ytterligare rÀttigheter frÄn de Forest, vilket sÀkerstÀllde att de kunde anvÀnda Audion i alla tillgÀngliga applikationer. Sammanlagt betalade de honom 390 000 dollar, motsvarande cirka 7,5 miljoner dollar idag.
Med sÄdan mÄngsidighet, varför dominerade inte vakuumrör den första generationen datorer pÄ samma sÀtt som de dominerade radio och annan telekommunikationsutrustning? Det var uppenbart att en triod kunde vara en digital omkopplare lika enkelt som ett relÀ. SÄ uppenbart faktiskt att de Forest trodde att han hade skapat ett relÀ innan han faktiskt skapade ett. Och trioden var mycket mer responsiv Àn ett traditionellt elektromekaniskt relÀ, eftersom det inte behövde fysiskt flytta ankaret. Ett typiskt relÀ tog nÄgra millisekunder att vÀxla, men förÀndringen i ström frÄn katod till anod pÄ grund av en förÀndring i nÀtpotentialen var nÀstan omedelbar.
Men rör hade en tydlig nackdel jĂ€mfört med relĂ€er: deras tendens, liksom sina föregĂ„ngare, glödlamporna, att brinna ut. De Forests ursprungliga Audion hade en sĂ„ kort livslĂ€ngd â cirka 100 timmar â att den hade en reservglödtrĂ„d i röret som var tvungen att anslutas nĂ€r det första brann ut. Detta var illa nog, men Ă€ven dĂ„ kunde inte ens de bĂ€sta rören förvĂ€ntas hĂ„lla i mer Ă€n nĂ„gra tusen timmar. För datorer med tusentals rör och timmar av berĂ€kningar var detta ett allvarligt problem.
RelÀer, Ä andra sidan, var, enligt George Stibitz, "fantastiskt tillförlitliga". SÄ till den grad att han hÀvdade att
Om en uppsÀttning U-formade relÀer hade börjat fungera Är 3000 e.Kr. och bytt kontakter en gÄng per sekund, skulle den fortfarande fungera idag. Det första kontaktfelet skulle inte förvÀntas förrÀn om tusen Är, kanske runt Är XNUMX.
Dessutom fanns det ingen erfarenhet av stora elektroniska kretsar jĂ€mförbara med telefoningenjörernas elektromekaniska kretsar. Radioapparater och annan utrustning kunde innehĂ„lla 5â10 rör, men inte hundratusentals. Ingen visste om en dator kunde fĂ„s att fungera med 5000 XNUMX rör. Genom att vĂ€lja relĂ€er istĂ€llet för rör gjorde datorkonstruktörer ett sĂ€kert och konservativt val.
I nÀsta del ska vi se hur och varför dessa tvivel övervanns.
KĂ€lla: will.com
