Andra artiklar i serien:
- Relayets historia
- Elektroniska datorers historia
- Transistorernas historia
- Internets historia
I Vi har sett hur den första generationen av digitala datorer byggdes pĂ„ den första generationen av automatiska elektriska switchar â elektromekaniska relĂ€er. Men vid den tidpunkten, nĂ€r dessa datorer skapades, vĂ€ntade en annan digital switch pĂ„ sin tur bakom kulisserna. RelĂ€et var en elektromekanisk enhet (som anvĂ€nde elektricitet för att styra en mekanisk switch), medan den nya klassen digitala switchar var elektronisk â baserad pĂ„ nya insikter om elektroner som uppstod i början av 1900-talet. Denna vetenskap visade att den bĂ€rare av elektrisk kraft inte var ström, vĂ„g, eller fĂ€lt â utan en fast partikel.
Enheten som inledde elektronikens era, baserat pĂ„ denna nya fysik, blev kĂ€nd som "elektronrör" [i USA â vacuum tube, eller "vakuumrör"]. I historien om dess skapande spelar tvĂ„ personer en roll: engelsmannen och amerikanen . Egentligen Ă€r ursprunget till elektroniken mer komplicerat och flĂ€tas samman av mĂ„nga trĂ„dar som korsar Europa och Atlanten, och strĂ€cker sig tillbaka till tidiga experiment med Leydenburkar pĂ„ mitten av 1700-talet.
Men i vĂ„r framstĂ€llning blir det praktiskt att belysa (en ordlek!) denna historia med Thomas Edison. PĂ„ 1880-talet gjorde Edison en intressant upptĂ€ckte nĂ€r han arbetade med elektrisk belysning â denna upptĂ€ckte förbereder scenen för vĂ„r historia. HĂ€rifrĂ„n kom den fortsatta utvecklingen av elektronrör, vilket krĂ€vdes för tvĂ„ tekniska system: en ny form av trĂ„dlös meddelandeöverföring och de stĂ€ndigt expanderande telefonnĂ€ten.
Prolog: Edison
Edison anses vanligtvis vara uppfinnaren av glödlampan. Detta ger honom bĂ„de för mycket och för lite heder. För mycket, eftersom det inte bara var Edison som kom pĂ„ den lysande lampan. Utöver mĂ€ngden av föregĂ„ende uppfinnare vars skapelser inte nĂ„tt kommersiell anvĂ€ndning, kan vi nĂ€mna Joseph Swan och Charles Stern frĂ„n Storbritannien samt amerikanen William Sawyer, som lanserade lampor samtidigt med Edison. [Ăren av uppfinningen tillhör ocksĂ„ den ryska uppfinnaren . Lodigin var den första som kom pĂ„ att pumpa ut luften frĂ„n den glaslampan, och han föreslog att glödtrĂ„den skulle göras av temperaturbestĂ€ndigt volfram istĂ€llet för kol eller kolade fibrer.]. Alla lampor bestod av en förseglad glaskolv, inuti vilken en resistiv trĂ„d var placerad. NĂ€r lampan kopplades in i kretsen, vĂ€rmen som uppstod genom trĂ„dens motstĂ„nd mot strömmen, fick den att lysa. Luften pumpades ut frĂ„n kolven, sĂ„ att trĂ„den inte brann upp. Den elektriska ljuset var redan kĂ€nt i stora stĂ€der i form av , som anvĂ€ndes för belysning av stora offentliga platser. Alla dessa uppfinnare sökte en metod för att minska ljusmĂ€ngden, genom att ta en ljuspartikel frĂ„n den brinnande bĂ„gen, tillrĂ€ckligt liten för att anvĂ€nda i hemmen som en ersĂ€ttning för gaslampor, och göra ljuskĂ€llan sĂ€krare, renare och ljusare.
Men vad Edison faktiskt gjorde - eller nÀrmare bestÀmt, vad hans industriella laboratorium skapade - var inte bara att skapa en ljuskÀlla. De byggde ett helt elektriskt system för att belysa hem - generatorer, kablar för att överföra ström, transformatorer, och sÄ vidare. Av allt detta var lampan bara den mest uppenbara och synliga komponenten. NÀrvaron av Edisons namn i hans företag som producerade elektricitet var inte bara en enkel hyllning till den store uppfinnaren, som i fallet med Bell Telephone. Edison visade sig vara inte bara en uppfinnare, utan ocksÄ en systemarkitekt. Hans laboratorium fortsatte arbetet med att förbÀttra olika komponenter av elektrisk belysning Àven efter deras tidiga framgÄng.
Exemplar av tidiga Edisons lampor
Under forskningen kring 1883 beslutade Edison (eller möjligen en av hans anstĂ€llda) att inkludera en metallplatta inuti den lysande lampan tillsammans med glödtrĂ„den. Orsaken till detta beslut Ă€r oklar. Kanske var det ett försök att eliminera mörkningen av lampan â insidan av glaskolven samlade över tid pĂ„ sig en mystisk mörk substans. Ingenjören hoppades tydligen att dessa svarta partiklar skulle dras till den spĂ€nningsförande plattan. Till sin överraskning upptĂ€ckte han att nĂ€r plattan kopplades in i kretsen tillsammans med den positiva Ă€nden av trĂ„den, var den ström som flöt genom trĂ„den direkt proportionell mot ljusstyrkan av trĂ„den. NĂ€r plattan kopplades till den negativa Ă€nden av trĂ„den observerades inget liknande.
Edison kom fram till att denna effekt, senare kallad Edisoneffekten eller , kunde anvÀndas för att mÀta eller till och med styra "elektromotorisk kraft", eller spÀnning, i det elektriska systemet. I sin vana ansökte han om patent pÄ denna "elektriska indikator" och ÄtervÀnde sedan till viktigare uppgifter.
TrÄdlöst
LÄt oss hoppa 20 Är framÄt i tiden, till 1904. Vid denna tidpunkt arbetade John Ambrose Fleming i England pÄ uppdrag av Marconi Company för att förbÀttra mottagaren för radiovÄgor.
Det Ă€r viktigt att förstĂ„ vad radio var och inte var vid den tiden, bĂ„de ur ett verktygsperspektiv och ur ett praktiskt perspektiv. Radio kallades dĂ„ inte ens "radio", utan "wireless", trĂ„dlös. Termen "radio" kom att dominera först pĂ„ 1910-talet. Man avsĂ„g specifikt trĂ„dlös telegrafi â ett system för signalöverföring i form av punkter och streck frĂ„n avsĂ€ndare till mottagare. Dess huvudsakliga anvĂ€ndning var kommunikation mellan fartyg och hamntjĂ€nster, och i detta avseende fick den uppmĂ€rksamhet frĂ„n marina myndigheter vĂ€rlden över.
NĂ„gra av tidens uppfinnare, sĂ€rskilt , experimenterade med idĂ©n om radiotelefon â överföring av röstmeddelanden genom luften i form av en kontinuerlig vĂ„g. Men broadcasting i modern förstĂ„else uppstod först 15 Ă„r senare: överföring av nyheter, berĂ€ttelser, musik och andra program för en bred publik. Fram till dess betraktades den allomfattande naturen av radiosignaler som ett problem som behövde lösas, snarare Ă€n en funktion som man kunde dra nytta av.
Det radioutrustning som fanns vid den tiden var vÀl anpassad för arbete med Morse-kod och dÄlig för allt annat. SÀndare skapade Hertz-vÄgor genom att skicka en gnista genom ett avbrott i kretsen. DÀrför Ätföljdes signalen av ett statiskt knastrande.
Mottagarna kĂ€nde av denna signal genom en coherer: metallspĂ„n i ett glasrör, som pĂ„verkades av radiosignalerna och bildade en kontinuerlig massa, och dĂ€rigenom slutade kretsen. Sedan behövde man slĂ„ pĂ„ glaset för att spĂ„nen skulle splittras och mottagaren skulle vara redo för nĂ€sta signal â först gjorde man detta manuellt, men snart fanns det Ă€ven automatiska apparater för detta.
à r 1905 började krysalliska detektorer just dyka upp galena , gick det att fÄnga radiovÄgor ur luften. De mottagare som skapades var billiga, kompakta och tillgÀngliga för alla. De stimulerade utvecklingen av radioentusiasm, sÀrskilt bland unga mÀnniskor. Den plötsliga ökningen av radiotrafiken som följde av detta ledde till problem, eftersom radiofrekvenserna delades mellan alla anvÀndare. Oskyldiga samtal mellan hobbyister kunde oavsiktligt korsa varandra med konversationer frÄn handelsflottan, och vissa busiga individer lyckades till och med ge falska order och skicka nödsignaler. Staten var oundvikligen tvungen att ingripa. Som Ambrose Fleming sjÀlv skrev, kom framvÀxten av kristalldetektorer
Det ledde omedelbart till en ökning av oansvarig radiotelegrafi pÄ grund av upptÄg frÄn ett otal elektriker och studenter, vilket krÀvde hÄrd inblandning frÄn nationella och internationella myndigheter för att hÄlla situationen inom rimliga och sÀkra ramar.
FrĂ„n de ovanliga elektriska egenskaperna hos dessa kristaller kommer det en tid att dyka upp en tredje generationens digitala switchar, efter releer och lampor â switchar som dominerar vĂ„r vĂ€rld. Men allt har sin tid. Vi har beskrivit scenen, nu ska vi Ă„tergĂ„ fokus till skĂ„despelaren som just trĂ€tt fram i strĂ„lkastarljuset: Ambrose Fleming, England, 1904.
Ventil
à r 1904 var Fleming professor i elektroteknik vid University College London och konsult för Marconi Company. Företaget anstÀllde honom först för att ge en expertbedömning av byggandet av ett kraftverk, men senare fick han i uppdrag att förbÀttra mottagaren.
Fleming 1890
Alla visste att en koherer var en dÄlig mottagare ur kÀnslighetssynpunkt, och den magnetiska detektorn som utvecklades av Marconi var inte sÀrskilt mycket bÀttre. För att hitta en ersÀttning beslutade Fleming först att bygga en kÀnslig krets för att upptÀcka Hertz-vÄgor. Denna enhet, Àven om den inte blev en detektor i sig, skulle vara anvÀndbar i framtida studier.
För detta behövde han hitta ett sĂ€tt att konstant mĂ€ta strömstyrkan som skapades av de inkommande vĂ„gorna, istĂ€llet för att anvĂ€nda en diskret koherer (som endast visade pĂ„ eller av â dĂ€r spĂ„nen klibbade ihop eller inte). Men de kĂ€nda enheterna för att mĂ€ta strömstyrka â galvanometrar â krĂ€vde för sin funktion en konstant, det vill sĂ€ga ensidig ström. Den vĂ€xelström som genererades av radiovĂ„gorna Ă€ndrade riktning sĂ„ snabbt att ingen mĂ€tning skulle vara möjlig.
Fleming mindes om nogle interessante ting, der samler stĂžv i hans skab â Edison-indikatorlamperne. I 1880'erne var han konsulent for Edisons Ellysningsselskab i London og arbejdede pĂ„ problemet med snavsede lamper. PĂ„ det tidspunkt fik han flere eksemplarer af indikatoren, muligvis fra William Preece, chefforingeniĂžr for den britiske posttjeneste, som lige var kommet tilbage fra en elektrisk messe i Philadelphia. Dengang var kontrol over telegraf og telefon almindelig for posttjenester uden for USA, sĂ„ de var centre for elektriske ekspertiser.
Senere, i 1890'erne, undersÞgte Fleming selv Edisons effekt ved at bruge de lamper, han havde fÄet fra Preece. Han viste, at effekten bestod i, at strÞmmen flÞd i én retning: negativ elektrisk potentiale kunne strÞmme fra den varme trÄd til den kolde elektrode, men ikke omvendt. Men fÞrst i 1904, da han stod over for opgaven med at opdage radiobÞlger, indsÄ han, at denne kendsgerning kunne anvendes praktisk. Edisons indikator ville kun tillade impulser af vekselstrÞm, der flÞd i én retning, at overvinde bruddet mellem trÄden og pladen, hvilket ville give en konstant og ensrettet strÞm.
Fleming tog en lampe, forbinder den i serie med et galvanometer og tĂŠndte en gnisttransmitter. Voila â spejlet drejede sig, og lysstrĂ„len bevĂŠgede sig pĂ„ skalaen. Det virkede. Han kunne prĂŠcist mĂ„le det indkommende radiosignal.
Prototyper af Flemings ventil. Anoden er placeret i midten af trÄdslÞjfen (den varme katode).
Fleming kaldte sin opfindelse "ventil", da den kun lod elektricitet strĂžmme i Ă©n retning. Med en mere generel elektrisk terminologi var det en ensretter â en metode til at konvertere vekselstrĂžm til jĂŠvnstrĂžm. Senere blev det kaldt en diode, da det havde to elektroder â en varm katode (trĂ„den), der udsendte elektricitet, og en kold anode (pladen), der modtog den. Fleming introducerede flere forbedringer i designet, men grundlĂŠggende adskilte apparatet sig ikke fra Edisons indikatorlampe. Dets overgang til en ny kvalitet skete som fĂžlge af en ĂŠndring i tankegangen â et fĂŠnomen, vi allerede har set mange gange. Ăndringen skete i idĂ©ernes verden i Flemings hoved og ikke i den verden af ting uden for det.
Klausulen frÄn Fleming var i sig sjÀlv anvÀndbar. Det var den bÀsta fÀltanordningen för att mÀta radiosignaler och en hygglig detektor pÄ egen hand. Men den skakade inte vÀrlden. Den explosionsartade tillvÀxten av elektronik började först efter att Lee de Forest lade till en tredje elektrod och förvandlade ventilen till ett relÀ.
Lyssna
Lee de Forest hade en ovanlig uppvĂ€xt för en student frĂ„n Yale. Hans far, prĂ€sten Henry de Forest, var en veteran frĂ„n inbördeskriget frĂ„n New York, pastor , och trodde helhjĂ€rtat att han som predikant skulle sprida det gudomliga ljuset av kunskap och rĂ€ttvisa. I lydnad mot pliktens kallelse accepterade han inbjudan att bli president vid Talladega College i Alabama. Universitetet grundades efter inbördeskriget av American Missionary Association, baserat i New York. Det var avsett för utbildning och vĂ€gledning av lokala svarta invĂ„nare. DĂ€r kĂ€nde Lee sig klĂ€md mellan hammaren och stĂ€det â de lokala svarta förnedrade honom för hans naivitet och feghet, medan de vita fördömde honom för att han var .
Och Ă€ndĂ„ utvecklade ungdomen de Forest en stark sjĂ€lvkĂ€nsla. Han upptĂ€ckte att han hade talang för mekanik och uppfinningar â hans skala-modell av en lokomotiv blev en lokal sensation. Redan som tonĂ„ring, medan han studerade i Talladega, bestĂ€mde han sig för att Ă€gna sitt liv Ă„t uppfinningar. Sedan, som ung man som bodde i New Haven, kastade pastorns son av sig sina sista religiösa övertygelser. De försvann gradvis pĂ„ grund av hans bekantskap med darwinismen, och försvann helt efter att hans far dog för tidigt. Men kĂ€nslan av att ha ett syfte övergav aldrig de Forest â han ansĂ„g sig sjĂ€lv som ett geni och strĂ€vade efter att bli den andra Nikola Tesla, rik, berömd och mystisk, den elektriska tidens trollkarl. Hans klasskamrater vid Yale betraktade honom som en sjĂ€lvbelĂ„ten skrĂ€vlar. Han kan möjligen kallas den minst populĂ€ra personen i hela vĂ„r historia.
de Forest, ca 1900
Efter att ha avslutat sina studier vid Yale University 1899 valde de Forest att fördjupa sig i det snabbt vĂ€xande konstverket att överföra trĂ„dlösa signaler som en vĂ€g mot rikedom och berömmelse. Under de följande decennierna tog han sig an denna vĂ€g med stor beslutsamhet och sjĂ€lvsĂ€kerhet, utan nĂ„gra tvekan. Allt började med ett samarbete mellan de Forest och hans partner Ed Smite i Chicago. Smite höll deras företag flytande med regelbundna betalningar, och tillsammans utvecklade de en egen radiovĂ„gsdetektor bestĂ„ende av tvĂ„ metallplattor som sammanfogades med en limvariant som de Forest kallade "pasta" [goo]. Men de Forest kunde inte vĂ€nta lĂ€nge pĂ„ belöningarna för sin genialitet. Han gjorde sig av med Smite och samarbetade med en tvivelaktig finansiĂ€r frĂ„n New York vid namn Abraham White [ironiskt nog som bytte sitt födelsenamn Schwartz för att dölja sina skumma affĂ€rer. White/White â (eng.) vit, Schwartz/Schwarz â (ty.) svart / anm. övers.] och grundade De Forest Wireless Telegraph Company.
SjÀlva verksamheten i företaget var av sekundÀr betydelse för vÄra tvÄ hjÀltar. White utnyttjade mÀnniskors okunnighet för att fylla sina fickor. Han lurade miljoner frÄn investerare som desperat försökte hÀnga med i den förvÀntade radio-boomen. Och de Forest, tack vare det stora inflödet av kapital frÄn dessa "fiskar", fokuserade pÄ att bevisa sin genialitet genom att utveckla ett nytt amerikanskt system för trÄdlös informationsöverföring (till skillnad frÄn det europeiska systemet som utvecklades av Marconi med flera).
TyvĂ€rr för det amerikanska systemet fungerade de Forests detektor inte sĂ€rskilt bra. Under en tid löste han detta problem genom att lĂ„na den patenterade designen av Reginald Fessenden för en detektor kallad "flytande barret" â tvĂ„ platinatrĂ„dar nedsĂ€nkta i en behĂ„llare med svavelsyra. Fessenden stĂ€mde för patentbrott â och uppenbarligen skulle han ha vunnit denna tvist. De Forest kunde inte bli lugn förrĂ€n han kom pĂ„ en ny detektor som tillhörde honom ensam. Hösten 1906 tillkĂ€nnagav han skapandet av en sĂ„dan detektor. Vid tvĂ„ olika möten i American Institute of Electrical Engineers beskrev de Forest sin nya trĂ„dlösa detektor, som han kallade "Audion". Men dess verkliga ursprung Ă€r tveksamt.
Under en tid var de Forests försök att bygga en ny detektor inriktat pĂ„ att lĂ„ta ström passera genom en lĂ„ga. , vilket han ansĂ„g kunde vara en asymmetrisk ledare. IdĂ©n tycks dock inte ha varit framgĂ„ngsrik. Vid nĂ„got tillfĂ€lle 1905 fick han kĂ€nnedom om Flemings ventil. De Forest fick för sig att denna ventil och dess konstruktion baserad pĂ„ brĂ€nnaren i princip inte skilde sig â om man bytte ut den heta trĂ„den mot en lĂ„ga och tĂ€ckte den med en glasbehĂ„llare för att begrĂ€nsa gasen, skulle man fĂ„ samma ventil. Han utvecklade en serie patent som upprepade historien om före Flemings ventil innovationsarbeten med hjĂ€lp av detektorer baserade pĂ„ gaslĂ„gor. Han ville uppenbarligen ta Ă€ran för uppfinningen och kringgĂ„ Flemings patent, eftersom arbetet med BunsenbrĂ€nnaren föregick Flemings arbete (de gick tillbaka till 1900).
Det Àr omöjligt att sÀga om detta var sjÀlvbedrÀgeri eller bedrÀgeri, men resultatet blev ett patent frÄn de Forest frÄn augusti 1906 pÄ "en urblÄst glasbehÄllare som innehÄller tvÄ separata elektroder, mellan vilka finns en gasmedium som vid tillrÀcklig uppvÀrmning blir en ledare och bildar ett kÀnslighets-element". Utrustningen och funktionen av enheten tillhör Fleming, medan förklaringen av dess funktion tillhör de Forest. De Forest förlorade till slut patentstriden, Àven om detta tog tio Är.
Den otÄliga lÀsaren kan redan börja undra varför vi lÀgger sÄ mycket tid pÄ denna person vars sjÀlvutnÀmnda genialisering bestod i att avge andras idéer som sina egna? Anledningen ligger i de transformationer som Audion genomgick under de senaste mÄnaderna av 1906.
Vid den tiden hade de Forest ingen anstÀllning. White och hans partner undanröjde ansvar i samband med Fessendens stÀmning genom att skapa ett nytt företag, United Wireless, och lÄna ut tillgÄngar frÄn American De Forest för $1. De Forest blev av med $1000 i avgÄngsvederlag och flera vÀrdelösa patent i sin Àgo, inklusive patentet pÄ Audion. Van vid en överdÄdig livsstil stÀlldes han inför allvarliga ekonomiska svÄrigheter och försökte desperat förvandla Audion till en stor framgÄng.
För att förstĂ„ vad som hĂ€nde hĂ€rnĂ€st Ă€r det viktigt att veta att de Forest trodde att han hade uppfunnit relĂ€et â i kontrast till Flemings likriktare. Han skapade sin Audion genom att koppla ett batteri till den kalla plattan av ventilen, och trodde att signalen i antennskematik (ansluten till den heta trĂ„den) modulerade en mer kraftfull ström i batterikretsen. Han hade fel: det var inte tvĂ„ kretsar, batteriet flyttade bara signalen frĂ„n antennen, istĂ€llet för att förstĂ€rka den.
Men detta misstag blev kritiskt, eftersom det ledde de Forest till experiment med en tredje elektrod i glaskammaren, som skulle separera de tvĂ„ kretsarna i detta "relĂ€" Ă€nnu mer. Först lade han till en andra kall elektrod bredvid den första, men dĂ€refter, kanske under pĂ„verkan av styrmekanismer som anvĂ€ndes av fysiker för att omdirigera strĂ„lar i katodstrĂ„lerör, flyttade han elektroden till en plats mellan trĂ„den och den primĂ€ra plattan. Han trodde att denna position kunde avbryta flödet av elektricitet och Ă€ndrade formen pĂ„ den tredje elektroden frĂ„n platta till en vĂ„gig ledning som liknar en rasper â och kallade den för "gallret".
Trioden Audion frĂ„n 1908. TrĂ„den (avbruten) till vĂ€nster â katod, den vĂ„giga ledningen â galler, den avrundade metallplattan â anod. Den har fortfarande gĂ€ngor som en vanlig glödlampa.
Och detta var verkligen ett relÀ. En svag ström (som den som fÄs frÄn en radioantenn), som ges till gallret, kunde kontrollera en mycket starkare ström mellan trÄden och plattan, genom att repulsera de laddade partiklarna som försökte passera mellan dem. Denna detektor fungerade mycket bÀttre Àn ventilen, eftersom den inte bara likriktade, utan ocksÄ förstÀrkte radiosignalen. Och, precis som ventilen (och till skillnad frÄn kogeren), kunde den ge ett konstant signal, vilket möjliggjorde skapandet av inte bara radiotelegrafi, utan Àven radiotelefon (och senare röst- och musiköverföring).
I praktiken fungerade den dock inte sÀrskilt bra. De Forests Audioner var kinkiga, brann snabbt ut, och under tillverkningen saknades det konsekvens i kvaliteten, och som förstÀrkare var de ineffektiva. För att en specifik Audion skulle fungera korrekt krÀvdes det att de elektriska parametrarna i kretsen justerades för den.
Trots detta trodde de Forrest pÄ sin uppfinning. För att marknadsföra den organiserade han ett nytt företag, De Forest Radio Telephone Company, men försÀljningen var blygsam. Den största framgÄngen var försÀljningen av utrustning till flottan för intern telefonkommunikation under den vÀrldsomsegling "". Men flottans befÀlhavare, som inte hade tid att fÄ de Forrests sÀndare och mottagare att fungera och lÀra besÀttningen hur man anvÀnde dem, beordrade att de skulle packas ner och förvaras. Dessutom var de Forrests nya företag, som leddes av en efterföljare till Abraham White, inte mer hederligt Àn det föregÄende. Utöver sina misslyckanden kom han snart under Ätal för bedrÀgeri.
Under fem Är Ästadkom Audion ingenting. Och Äterigen skulle telefonen spela en avgörande roll i utvecklingen av digitala relÀer, denna gÄng rÀdda en lovande men ovÀrderad teknologi som stod pÄ randen av glömska.
Och Ă„terigen telefonen
Det lĂ„ngdistanskommunikationsnĂ€tet var AT&T:s centrala nervsystem. Det kopplade samman mĂ„nga lokala företag och gav ett avgörande konkurrensfördel vid utgĂ„ngen av Bell-patenten. Genom att gĂ„ med i AT&T:s nĂ€tverk kunde en ny kund, teoretiskt, nĂ„ alla andra abonnenter, som befann sig tusentals kilometer bort â Ă€ven om lĂ„ngdistanssamtal sĂ€llan gjordes i praktiken. NĂ€tet var ocksĂ„ den materiella grunden för företagets allomfattande ideologi "En politik, ett system, en universell tjĂ€nst".
Men med början av det andra decenniet pÄ 1900-talet hade detta nÀt nÄtt sin fysiska maxkapacitet. Ju lÀngre telefontrÄdarna drog, desto svagare och brusigare blev signalen som passerade genom dem, och till slut blev talet praktiskt taget olÀsligt. PÄ grund av detta fanns det faktiskt tvÄ AT&T-nÀt i USA, Ätskilda av den kontinentala ryggen.
För det östra nĂ€tet var New York knutpunkten, och de mekaniska repeatrarna och â banden som definierade hur lĂ„ngt den mĂ€nskliga rösten kunde nĂ„. Men dessa teknologier var inte allsmĂ€ktiga. Spolarna förĂ€ndrade de elektriska egenskaperna hos telefonkretserna och minskade dĂ€mpningen av röstfrekvenser â men de kunde bara minska den, inte eliminera den. Mekaniska repeatrar (bara en telefonhögtalare kopplad till en förstĂ€rkarmikrofon) lade till brus med varje upprepning. Linjen frĂ„n 1911 frĂ„n New York till Denver drog denna band till maximal lĂ€ngd. Att strĂ€cka nĂ€tet över hela kontinenten var helt otĂ€nkbart. Men 1909 lovade John Carty, den cheferingenjör som arbetade för AT&T, offentligt att göra just detta. Han lovade att göra det inom fem Ă„r â i tid för starten av i San Francisco 1915.
Den förste som kunde möjliggöra ett sÄdant företag med hjÀlp av en ny telefonförstÀrkare var inte en amerikan, utan en avkomma till en rik familj frÄn Wien som var intresserad av vetenskap. Som ung anvÀnde sina förÀldrars pengar för att köpa ett telefonproduktionsföretag och hade för avsikt att tillverka en förstÀrkare för telefonsamtal. Vid 1906 hade han skapat en relÀ baserad pÄ elektronstrÄlerör, som vid den tiden var allmÀnt anvÀnda i fysiska experiment (och som senare blev grunden för den dominerande teknologin för videoskÀrmar under 1900-talet). En svag inkommande signal kontrollerades av en elektromagnet som böjde strÄlen och modulerade en starkare ström i huvudkretsen.
Vid 1910 hade von Lieben och hans kollegor, Eugene Raze och Sigmund Strauss, hört talas om Audion de Forest och bytte ut magneten i röret mot ett galler som kontrollerade katodstrĂ„lar â denna design var den mest effektiva och övertrĂ€ffade alla utvecklingar som gjorts vid den tiden i USA. Det tyska telefonnĂ€tet antog snart von Liebens förstĂ€rkare. Ă r 1914 möjliggjorde det en nervös telefonsamtal frĂ„n chefen för den östra preussiska armĂ©n till den tyska staben, belĂ€gen 1000 kilometer bort i Koblenz. Detta fick stabschefen att skicka generals Hindenburg och Ludendorff österut, mot evig Ă€ra och med svĂ„ra konsekvenser. Liknande förstĂ€rkare kopplade senare den tyska staben med fĂ€ltarmĂ©er i söder och öster Ă€nda till Makedonien och RumĂ€nien.
En kopia av det förbĂ€ttrade katodstrĂ„lerelĂ€et av Liebens typ. Katoden Ă€r lĂ€ngst ner, anoden â en spole högst upp, och nĂ€tet â en rund metallfolie i mitten.
Men sprÄkliga och geografiska barriÀrer, samt kriget, gjorde att denna design aldrig nÄdde USA, och snart kom andra hÀndelser att gÄ om.
Samtidigt lÀmnar de Forest den sjunkande Radio Telephone Company Är 1911 och flyttar till Kalifornien. DÀr fÄr han anstÀllning hos Federal Telegraph Company i Palo Alto, grundat av en Stanford-alumn. . I teorin skulle de Forest arbeta med en förstÀrkare för att öka ljudnivÄn pÄ utgÄngssignalen frÄn den federala radiomottagaren. I verkligheten började han, Herbert Van Ettan (en erfaren telefoningenjör) och Charles Logwood (mottagarutvecklare) att skapa en telefonförstÀrkare för att tillsammans vinna ett pris frÄn AT&T, som enligt rykten var pÄ $1 miljon.
För detta tog de Forest ner Audion frĂ„n vinden, och redan Ă„r 1912 hade han och hans kollegor en apparat redo för demonstration pĂ„ telefonföretaget. Den bestod av flera seriekopplade Audion, vilket skapade förstĂ€rkning i flera steg, tillsammans med nĂ„gra ytterligare komponenter. Apparaten fungerade i princip â den kunde förstĂ€rka signalen tillrĂ€ckligt sĂ„ att du kunde höra en nĂ€sduk falla eller klockor ticka. Men endast med strömmar och spĂ€nningar som var för lĂ„ga för att vara anvĂ€ndbara inom telefoni. Vid högre strömmar började Audion avge ett blĂ„tt sken, och signalen förvandlades till brus. Men telefoningenjörerna var tillrĂ€ckligt intresserade för att ge enheten till sina ingenjörer för att se vad de kunde göra med den. Det visade sig att en av dem, den unge fysikern Harold Arnold, visste precis hur man skulle Ă„tgĂ€rda förstĂ€rkaren frĂ„n Federal Telegraph.
Det Ă€r dags att diskutera hur ventil och Audion fungerade. Den centrala förstĂ„elsen, som krĂ€vs för att förklara deras funktion, uppstod i Cavendishlaboratoriet i Cambridge â den intellektuella kĂ€rnan i den nya elektronfysiken. Ă r 1899 visade J.J. Thomson i experiment med katodstrĂ„lerör att en partikel, som senare blev kĂ€nd som elektron, bĂ€r ström frĂ„n katoden till anoden.
Ambrose Fleming, en ingenjör som arbetade bara en kort tĂ„gfĂ€rd frĂ„n Cambridge, var bekant med dessa arbeten. Han insĂ„g att hans ventil fungerade pĂ„ grund av termoelectronutsöndring av elektroner frĂ„n en upphettad trĂ„d som korsade ett vakuum mellan den kalla anoden. Men vakuumet i indikatorslampan var inte djupt â för en vanlig lampa var det inte nödvĂ€ndigt. Det rĂ€ckte med att pumpa bort sĂ„ mycket syre att trĂ„den inte tĂ€nde.
De Forest förstod inte detta. Eftersom han kom till ventilen och Audion genom experiment med Bunsens brĂ€nnare, var hans övertygelse motsatt â att varm, joniserad gas var arbetsmediet i apparaten, och att fullstĂ€ndig bortskaffande skulle leda till att den slutade fungera. DĂ€rför fungerade Audion sĂ„ instabilt och otillfredsstĂ€llande som radiomottagare, och dĂ€rför avgav den blĂ„tt ljus.
Arnold pÄ AT&T befann sig i en perfekt position för att rÀtta De Forests misstag. Han var fysiker som hade studerat under Robert Millikan vid University of Chicago, och han anstÀlldes specifikt för att tillÀmpa sina kunskaper inom ny elektronfysik pÄ uppgiften att bygga ett telefonnÀt frÄn kust till kust. Han visste att Audionlampan skulle fungera bÀst i ett nÀstan perfekt vakuum, visste att de senaste pumparna kunde uppnÄ sÄdant vakuum, och visste att en ny typ av trÄd, tÀckt med oxid, tillsammans med en större platta och galler ocksÄ skulle kunna öka elektronflödet. Kort sagt, han förvandlade Audion till en elektronliknande lampa, underverkaren i den elektroniska eran.
AT&T fick en kraftfull förstĂ€rkare som behövdes för att bygga en transkontinental linje â det fanns bara inga rĂ€ttigheter för dess anvĂ€ndning. FöretrĂ€dare för företaget var skeptiska under förhandlingarna med de Forest, men inledde ett separat samtal via en extern advokat som lyckades förvĂ€rva rĂ€ttigheterna att anvĂ€nda Audion som telefonförstĂ€rkare för 50 000 dollar (ungefĂ€r 1,25 miljoner dollar i 2017 Ă„rs valuta). Linjen New York â San Francisco öppnades just i tid, mer som ett triumf för teknisk virtuosit och företagsreklam Ă€n som ett medel för kommunikation. Kostnaden för samtalen var sĂ„ astronomisk att nĂ€stan ingen kunde anvĂ€nda den.
Den elektroniska eran
Den riktiga elektronröret blev roten till ett helt nytt trĂ€d av elektroniska komponenter. Precis som relĂ€et utvidgade elektronröret stĂ€ndigt möjligheterna för dess tillĂ€mpningar nĂ€r ingenjörer hittade nya sĂ€tt att anpassa dess konstruktion för att lösa specifika problem. TillvĂ€xten av "-oder"-familjen slutade inte med dioder och triodes. Den fortsatte med , som tillförde ett extra galler som stödde förstĂ€rkningen i takt med att elementen i kretsen vĂ€xte. Sedan kom , , och till och med . Det dök upp tiatrons som var fyllda med kvicksilverĂ„nga och glimmade med ett olycksbĂ„dande blĂ„tt ljus. En miniatyrrör i storlek med lillfingret eller till och med ett ekollon. Röret med indirekt glöd dĂ€r brummandet frĂ„n vĂ€xelströmskĂ€llan inte störde signalen. Boken "Saga om elektronröret" [Saga of the Vacuum Tube], som beskriver tillvĂ€xten av rörindustrin fram till 1930, listar mer Ă€n 1000 olika modeller efter deras index â Ă€ven om mĂ„nga av dem var olagliga kopior frĂ„n ohederliga varumĂ€rken: Altron, Perfectron, Supertron, Voltron, osv.
Viktigare Ă€n mĂ„ngfalden av former var mĂ„ngfalden av tillĂ€mpningar av elektroniska rör. Regenerativa kretsar omvandlade trioden till en sĂ€ndare â som skapade jĂ€mna och pĂ„litliga sinusvĂ„gor, utan störande gnistor, och kunde perfekt överföra ljud. Med en kohĂ€rer och gnistor lyckades Marconi 1901 knappt överföra ett kort stycke Morse-kod över en smal del av Atlanten. Ă
r 1915, med hjĂ€lp av elektroniska rör som sĂ€ndare och mottagare, kunde AT&T överföra en mĂ€nsklig röst frĂ„n Arlington, Virginia till Honolulu â en dubbelt sĂ„ lĂ„ng strĂ€cka. Vid 1920-talet hade de kombinerat lĂ„ngdistans telefoni med högkvalitativ ljudradio och skapat de första radionaetverken. PĂ„ sĂ„ sĂ€tt kunde snart hela nationen lyssna pĂ„ samma röst pĂ„ radio, 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 drömmen om frekvensmultiplexering, en dröm som hade lockat Alexander Bell, Edison och andra för fyrtio Är sedan. à r 1923 hade AT&T en tiokanals röstledning frÄn New York till Pittsburgh. Möjligheten att överföra mÄnga röster över en enda koppartrÄd minskade radikalt kostnaden för lÄngdistanssamtal, som tidigare hade varit tillgÀnglig endast för de rikaste individerna och företagen pÄ grund av kostnaderna. Med insikten om vad elektroniska rör kunde Ästadkomma, skickade AT&T sina advokater för att förvÀrva ytterligare rÀttigheter frÄn de Forest, för att sÀkerstÀlla rÀttigheterna till att anvÀnda Audion i alla tillgÀngliga tillÀmpningar. Totalt betalade de honom 390 000 dollar, vilket idag motsvarar ungefÀr 7,5 miljoner dollar.
Varför dominerade inte elektroniska lampor i första generationens datorer pÄ samma sÀtt som de gjorde inom radio och annan telekommunikationsutrustning, trots deras mÄngsidighet? Det Àr uppenbart att trioden kunde fungera som en digital brytare precis som relÀet. SÄ uppenbart att de Forest till och med trodde att han hade skapat ett relÀ innan han faktiskt hade gjort det. Trioden var ocksÄ mycket mer responsiv Àn det traditionella elektromechaniska relÀet, eftersom det inte krÀvdes nÄgon fysisk rörelse av ankaret. Ett typiskt relÀ behövde flera millisekunder för att vÀxla, medan förÀndringen i ström frÄn katod till anod pÄ grund av en elektrisk potentialskillnad i gitteret var nÀstan omedelbar.
Men lamporna hade en uppenbar nackdel jĂ€mfört med relĂ€er: deras tendens, likt deras föregĂ„ngare, glödlamporna, att brinna ut. LivslĂ€ngden för den ursprungliga Audion frĂ„n de Forest var sĂ„ kort â cirka 100 timmar â att den hade en reservtrĂ„d i lampan som behövde kopplas in efter att den första brunnit ut. Detta var mycket dĂ„ligt, och Ă€ven efter det kunde de bĂ€sta lamporna inte förvĂ€ntas ha mer Ă€n nĂ„gra tusen timmar av drift. För datorer med tusentals lampor och timmar av berĂ€kningar var detta ett allvarligt problem.
RelÀer, Ä sin sida, var enligt George Stibitz "fantastiskt pÄlitliga". SÄ pÄlitliga att han hÀvdade att
Om en uppsÀttning U-formade relÀer hade börjat arbeta under det första Äret efter Kristus och vÀxlat kontakt en gÄng per sekund skulle de fortfarande fungera idag. Den första kontakten skulle kunna förvÀntas gÄ sönder först om tusen Är, runt Är 3000.
Dessutom fanns det ingen erfarenhet av att anvÀnda stora elektroniska kretsar, jÀmförbara med de elektromechaniska kretsarna hos telefoningenjörer. Radiomottagare och annan utrustning kunde innehÄlla 5-10 lampor, men inte hundratusentals. Ingen visste om det var möjligt att fÄ en dator med 5000 lampor att fungera. Genom att vÀlja relÀer istÀllet för lampor gjorde datorutvecklarna ett sÀkert och konservativt val.
I nÀsta del kommer vi att se hur och varför dessa tvivel kunde övervinnas.
KĂ€lla: habr.com
