Relaisgeschichte: Das elektronische Zeitalter

Das letzte Mal haben wir gesehen, wie die erste Generation digitaler Computer auf der Grundlage der ersten Generation automatischer elektrischer Schalter - elektromagnetischer Relais - gebaut wurde. Als diese Computer erstellt wurden, wartete ein weiterer digitaler Switch auf die Veröffentlichung hinter den Kulissen. Das Relais war ein elektromagnetisches Gerät (das einen mechanischen Schalter mit Elektrizität steuerte), und die neue Klasse digitaler Schalter war elektronisch - basierend auf neuen Erkenntnissen über das Elektron, das zu Beginn des 20. Jahrhunderts auftrat. Diese Wissenschaft zeigte, dass der Träger der elektrischen Kraft kein Strom, keine Welle, kein Feld war - sondern ein festes Teilchen.

Das Gerät, das auf der Grundlage dieser neuen Physik die Ära der Elektronik auslöste, wurde als "Elektronenröhre" bekannt [in den USA - Vakuumröhre oder "Vakuumröhre"]. An der Entstehungsgeschichte sind zwei Personen beteiligt: ​​der Engländer Ambrose Fleming und der Amerikaner Lee de Forest . Tatsächlich ist der Ursprung der Elektronik komplexer, sie dreht sich von einer Vielzahl von Fäden, die Europa und den Atlantik durchqueren und bis in die Vergangenheit zurückreichen, bis zu den frühen Experimenten mit Leidener Banken Mitte des 18. Jahrhunderts.

Im Rahmen unserer Präsentation wird es jedoch zweckmäßig sein, diese Geschichte (Wortspiel!) Zu behandeln, beginnend mit Thomas Edison. Edison machte in den 1880er Jahren eine interessante Entdeckung, indem er an elektrischer Beleuchtung arbeitete - diese Entdeckung bereitet die Szene für unsere Geschichte vor. Dies führte zur Weiterentwicklung elektronischer Röhren, die für zwei technologische Systeme erforderlich waren: eine neue Form des drahtlosen Messaging und ständig wachsende Telefonnetze.

Prolog: Edison

Edison wird normalerweise als Erfinder einer Glühbirne angesehen. Dies macht ihn gleichzeitig zu viel und zu wenig Ehre. Zu viel, denn nicht nur Edison hat sich eine Leuchtlampe ausgedacht. Neben der Menge der Erfinder, deren Kreationen nicht kommerziell genutzt wurden, können wir Joseph Swan und Charles Stern aus Großbritannien sowie den Amerikaner William Sawyer erwähnen, der die Glühbirnen gleichzeitig mit Edison auf den Markt brachte. [Die Ehre der Erfindung gehört auch dem russischen Erfinder Lodygin Alexander Nikolaevich . Lodygin war der erste, der vermutete, Luft aus einer Glaslampe zu pumpen, und schlug dann vor, einen Glühlampenfaden nicht aus Kohle oder verkohlten Fasern, sondern aus feuerfestem Wolfram herzustellen. perev. ]. Alle Lampen bestanden aus einem versiegelten Glaskolben, in dem sich ein Widerstandsgewinde befand. Wenn die Lampe im Stromkreis eingeschaltet wurde, ließ die Wärme, die aufgrund des Widerstands des Fadens gegen den Strom erzeugt wurde, ihn leuchten. Luft wurde aus der Glühbirne gepumpt, damit sich der Faden nicht entzündet. In Großstädten war elektrisches Licht bereits in Form von Bogenlampen bekannt , mit denen große öffentliche Plätze beleuchtet wurden. Alle diese Erfinder suchten nach einer Möglichkeit, die Lichtmenge zu reduzieren, indem sie ein helles Teilchen aus einem brennenden Lichtbogen entnehmen, das klein genug ist, um in Privathaushalten verwendet zu werden, um Gaslampen zu ersetzen und die Lichtquelle sicherer, sauberer und heller zu machen.

Und was Edison wirklich getan hat - oder vielmehr sein Industrielabor geschaffen hat -, ist nicht nur eine Lichtquelle. Sie bauten ein ganzes elektrisches System für die Beleuchtung von Häusern - Generatoren, Drähte zur Stromübertragung, Transformatoren usw. Von alledem war die Glühbirne nur die offensichtlichste und sichtbarste Komponente. Das Vorhandensein des Namens Edison in seinen Stromerzeugungsunternehmen war kein einfaches Knien vor dem großen Erfinder, wie dies beim Bell-Telefon der Fall war. Edison erwies sich nicht nur als Erfinder, sondern auch als Systemarchitekt. Sein Labor verbesserte verschiedene Komponenten der elektrischen Beleuchtung auch nach ihrem frühen Erfolg weiter.


Eine Kopie von Edisons frühen Lampen

Im Laufe der Forschung beschloss Edison (und möglicherweise einer seiner Angestellten) 1883, eine Metallplatte mit einem Faden in eine Leuchtlampe einzuschließen. Die Gründe für dieses Gesetz sind unklar. Vielleicht war dies ein Versuch, die Verdunkelung der Lampe zu beseitigen - das Innere des Glases der Glühbirne sammelte im Laufe der Zeit eine mysteriöse dunkle Substanz an. Der Ingenieur hoffte offenbar, dass diese schwarzen Partikel von der unter Spannung stehenden Platte angezogen würden. Zu seiner Überraschung stellte er fest, dass der durch das Filament fließende Strom direkt proportional zur Intensität des Glühens des Filaments war, wenn die Platte zusammen mit dem positiven Ende des Filaments in den Stromkreis aufgenommen wurde. Beim Verbinden der Platte mit dem negativen Ende des Gewindes wurde nichts dergleichen beobachtet.

Edison entschied, dass dieser Effekt, der später als Edison-Effekt oder thermionische Emission bezeichnet wird , verwendet werden kann, um die "elektromotorische Kraft" oder Spannung in einem elektrischen System zu messen oder sogar zu steuern. Aus Gewohnheit meldete er ein Patent für diesen „elektrischen Indikator“ an und kehrte dann zu wichtigeren Aufgaben zurück.

Ohne Drähte

Schneller Vorlauf auf 20 Jahre in die Zukunft, 1904. Zu dieser Zeit arbeitete John Ambrose Fleming in England an den Anweisungen der Marconi Company, um den Funkwellenempfänger zu verbessern.

Es ist wichtig zu verstehen, was das Radio zu dieser Zeit war und was nicht, sowohl aus Sicht des Instruments als auch aus Sicht der Praxis. Radio hieß damals noch nicht einmal "Radio", es hieß "drahtlos", drahtlos. Der Begriff "Radio" setzte sich erst in den 1910er Jahren durch. Insbesondere war es ein drahtloser Telegraph - ein System zur Übertragung von Signalen in Form von Punkten und Strichen vom Sender zum Empfänger. Seine Hauptanwendung war die Verbindung zwischen Schiffen und Hafendiensten, und in diesem Sinne interessierte er sich für die Marineabteilungen der ganzen Welt.

Einige Erfinder dieser Zeit, insbesondere Reginald Fessenden , experimentierten mit der Idee eines Funktelefons, das Sprachnachrichten in Form einer kontinuierlichen Welle durch die Luft überträgt. Der Rundfunk im modernen Sinne entstand jedoch erst 15 Jahre später: die Übertragung von Nachrichten, Geschichten, Musik und anderen Programmen zur Aufnahme durch ein breites Publikum. Bis dahin wurde die omnidirektionale Natur von Funksignalen als ein Problem angesehen, das gelöst werden muss, und nicht als eine Funktion, die verwendet werden kann.

Die damals vorhandene Funkausrüstung war gut für die Arbeit mit Morsecode geeignet und für alles andere schlecht. Die Sender erzeugten Hertz-Wellen und sendeten einen Funken durch eine Lücke in der Schaltung. Daher wurde das Signal von einem statischen Riss begleitet.

Die Empfänger erkannten dieses Signal durch den Kohärenter: Metallspäne in einer Glasröhre, die durch die Einwirkung von Funkwellen zu einer kontinuierlichen Masse zusammengeschlagen wurden, und schlossen so den Stromkreis. Dann musste an das Glas geklopft werden, damit das Sägemehl zerbrach und der Empfänger für das nächste Signal bereit war - zunächst wurde es manuell durchgeführt, aber bald erschienen dafür automatische Geräte.

Im Jahr 1905 tauchten gerade erst Kristalldetektoren auf , die auch als Katzenwhisker bekannt sind. Es stellte sich heraus, dass durch Berühren eines Drahtes mit einem bestimmten Kristall, beispielsweise Silizium, Eisenpyrit oder Bleiglanz , ein Funksignal aus der Luft gerissen werden konnte. Die resultierenden Empfänger waren billig, kompakt und für jedermann erschwinglich. Sie stimulierten die Entwicklung des Amateurfunk, insbesondere bei jungen Menschen. Der daraus resultierende plötzliche Anstieg der Sendezeitbeschäftigung führte zu Problemen, da das Radio unter allen Nutzern geteilt wurde. Die unschuldigen Gespräche von Amateuren könnten sich versehentlich mit den Verhandlungen von Morphlot überschneiden, und einige Hooligans schafften es sogar, falsche Befehle zu erteilen und Signale um Hilfe zu senden. Der Staat musste unweigerlich eingreifen. Wie Ambrose Fleming selbst schrieb, das Auftreten von Kristalldetektoren

Dies führte sofort zu einem Anstieg der verantwortungslosen drahtlosen Telegraphie aufgrund der unzähligen Anzahl von Elektroenthusiasten und Studenten, die das harte Eingreifen nationaler und internationaler Behörden erforderten, um das Geschehen auf vernünftige und sichere Weise aufrechtzuerhalten.

Aufgrund der ungewöhnlichen elektrischen Eigenschaften dieser Kristalle wird die dritte Generation digitaler Schalter zu gegebener Zeit erscheinen, gefolgt von Relais und Lampen - den Schaltern, die unsere Welt dominieren. Aber alles hat seine Zeit. Wir haben die Szene beschrieben, jetzt werden wir alle Aufmerksamkeit auf den Schauspieler richten, der gerade im Rampenlicht stand: Ambrose Fleming, England, 1904.

Ventil

1904 war Fleming Professor für Elektrotechnik am University College London und Berater der Marconi Company. Das Unternehmen beauftragte ihn zunächst mit der Einholung eines Gutachtens zum Bau eines Kraftwerks, übernahm dann aber die Aufgabe, den Empfänger zu verbessern.


Fleming im Jahre 1890

Jeder wusste, dass der Kohärent ein schlechter Empfänger in Bezug auf die Empfindlichkeit war und der von Macroni entwickelte Magnetdetektor nicht besonders besser war. Um einen Ersatz für ihn zu finden, beschloss Fleming zunächst, eine empfindliche Schaltung zur Erkennung von Hertz-Wellen zu bauen. Ein solches Gerät wird, auch ohne selbst ein Detektor zu werden, in zukünftigen Forschungen nützlich sein.

Dazu musste er einen Weg finden, um die Stärke des durch die einfallenden Wellen erzeugten Stroms ständig zu messen, anstatt einen diskreten Kohärenten zu verwenden (er zeigte nur den Ein-Zustand - wo das Sägemehl zusammenklebte oder aus). Die bekannten Geräte zur Messung der Stromstärke - Galvanometer - erforderten jedoch einen konstanten, dh unidirektionalen Strom für den Betrieb. Der von den Funkwellen angeregte Wechselstrom änderte die Richtung so schnell, dass keine Messung möglich wäre.

Fleming erinnerte sich, dass einige interessante Dinge in seinem Schrank verstaubten - Edisons Anzeigelampen. In den 1880er Jahren war er Berater der Edison Electric Lighting Company in London und beschäftigte sich mit dem Problem der Schwärzung von Lampen. Zu dieser Zeit erhielt er mehrere Exemplare des Indikators, möglicherweise von William Price, Chef-Elektrotechniker des britischen Postdienstes, der gerade von einer Elektroausstellung in Philadelphia zurückgekehrt war. Außerhalb der USA war die Kontrolle über Telegraphen und Telefone bei Postdiensten außerhalb der USA an der Tagesordnung, daher handelte es sich um Zentren für elektrisches Fachwissen.

Später, in den 1890er Jahren, untersuchte Fleming selbst den Edison-Effekt mit Lampen von Price. Er zeigte, dass der Effekt darin bestand, dass der Strom in eine Richtung floss: Ein negatives elektrisches Potential konnte von einem heißen Filament zu einer kalten Elektrode fließen, aber nicht umgekehrt. Doch erst 1904, als er sich der Aufgabe stellte, Funkwellen zu erkennen, erkannte er, dass diese Tatsache in der Praxis genutzt werden kann. Mit der Edison-Anzeige können nur in eine Richtung gerichtete Wechselstromimpulse den Spalt zwischen Gewinde und Platte überbrücken, wodurch ein konstanter und unidirektionaler Fluss entsteht.

Fleming nahm eine Lampe, verband sie in Reihe mit einem Galvanometer und schaltete den Funkengeber ein. Voila - der Spiegel drehte sich und der Lichtstrahl bewegte sich auf der Waage. Es hat funktioniert. Er konnte das eingehende Funksignal genau messen.


Fleming Ventil Prototypen. Die Anode befindet sich in der Mitte der Filamentschleife (heiße Kathode)

Fleming nannte seine Erfindung ein „Ventil“, weil es Elektrizität nur in eine Richtung passieren ließ. In einer allgemeineren elektrotechnischen Sprache war es ein Gleichrichter - eine Möglichkeit, Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Dann wurde es eine Diode genannt, weil es zwei Elektroden hatte - eine heiße Kathode (Filament), die Elektrizität emittierte, und eine kalte Anode (Platte), die sie empfing. Fleming führte mehrere Verbesserungen am Design ein, aber tatsächlich unterschied sich das Gerät nicht von der Anzeigelampe von Edison. Ihr Übergang zu einer neuen Qualität erfolgte aufgrund einer veränderten Denkweise - wir haben dieses Phänomen bereits oft gesehen. Die Veränderung fand in der Welt der Ideen in Flemings Kopf statt und nicht in der Welt der Dinge außerhalb davon.

Flemings Ventil allein war hilfreich. Es war das beste Feldgerät zur Messung von Funksignalen und ein guter Detektor für sich. Aber er hat die Welt nicht erschüttert. Das explosive Wachstum der Elektronik begann erst, nachdem Lee de Forest eine dritte Elektrode hinzugefügt und das Ventil in ein Relais verwandelt hatte.

Zuhören

Lee de Forest hatte eine ungewöhnliche Erziehung für einen Studenten aus Yale. Sein Vater, Rev. Henry de Forest, war ein Veteran des Bürgerkriegs aus New York, Pastor der Gemeindekirche , und glaubte fest daran, dass er als Prediger das göttliche Licht des Wissens und der Gerechtigkeit verbreiten sollte. Er folgte der Aufforderung zur Pflicht und nahm die Einladung an, Präsident des Talladeg College in Alabama zu werden. Das College wurde nach dem Bürgerkrieg von der American Missionary Association mit Sitz in New York gegründet. Es war für die Ausbildung und Unterweisung der örtlichen schwarzen Bewohner gedacht. Dort fühlte sich Lee zwischen einem Felsen und einem harten Ort - lokale Schwarze demütigen ihn für Naivität und Feigheit und lokale Weiße für die Tatsache, dass er ein Yankee war .

Trotzdem entwickelte er als junger Mann de Forest ein festes Selbstbewusstsein. Er entdeckte eine Vorliebe für Mechanik und Erfindungen - sein großformatiges Modell der Lokomotive wurde zu einem lokalen Wunder. Als Teenager, der in Talladega studierte, beschloss er, sein Leben Erfindungen zu widmen. Dann, als junger Mann, der in der Stadt New Haven lebte, warf der Sohn des Pastors seine letzten religiösen Überzeugungen ab. Sie gingen allmählich, weil sie den Darwinismus kennengelernt hatten, und wurden dann nach dem frühen Tod seines Vaters wie der Wind weggeblasen. Aber das Gefühl, ein Ziel zu haben, ließ de Forest nicht los - er betrachtete sich als Genie und wollte der zweite Nikola Tesla werden, ein reicher, berühmter und mysteriöser Zauberer der Elektrizitätsära. Seine Klassenkameraden von der Yale University betrachteten ihn als selbstgefälliges leeres Glockenspiel. Vielleicht kann er als die am wenigsten populäre Person in unserer Geschichte bezeichnet werden.


de Forest, um 1900

Nach Abschluss seines Studiums an der Yale University im Jahr 1899 entschied sich de Forest für die Entwicklung der schnell wachsenden Kunst der drahtlosen Signalübertragung als Weg zu Wohlstand und Ruhm. In den folgenden Jahrzehnten stürmte er diesen Weg mit großer Entschlossenheit und Zuversicht und ohne zu zögern. Alles begann mit der Zusammenarbeit von de Forest und seinem Partner Ed Smythe in Chicago. Smythe hielt ihre Firma durch regelmäßige Zahlungen am Leben und entwickelte gemeinsam einen eigenen Funkwellendetektor, der aus zwei durch Klebstoff verbundenen Metallplatten bestand, die de Forest "Paste" [goo] nannte. Aber de Forest konnte nicht lange auf Auszeichnungen für sein Genie warten. Er wurde Smythe los und arbeitete mit einem zweifelhaften New Yorker Finanzier namens Abraham White zusammen [der ironischerweise seinen Namen von Geburt an änderte, Schwartz, um seine dunklen Taten zu verbergen. Weiß / Weiß - (Englisch) Weiß; Schwarz - (Deutsch) Schwarz / Ca. perev. ] durch Eröffnung der De Forest Wireless Telegraph Company.

Die Tätigkeit des Unternehmens selbst war für unsere beiden Helden zweitrangig. White nutzte die Unwissenheit der Menschen, um ihre Taschen zu füllen. Er lockte Millionen von Investoren an, die Schwierigkeiten hatten, mit dem erwarteten Funkboom Schritt zu halten. Und de Forest konzentrierte sich dank des reichlichen Geldflusses dieser „Trottel“ darauf, sein Genie durch die Entwicklung eines neuen amerikanischen Systems zur drahtlosen Übertragung von Informationen zu beweisen (im Gegensatz zu dem von Marconi und anderen entwickelten europäischen).

Unglücklicherweise für das amerikanische System funktionierte der Detektor de Forest nicht besonders gut. Für einige Zeit löste er dieses Problem, indem er Reginald Fessendens patentiertes Design für einen Detektor namens "Liquid Barter" auslieh - zwei Platindrähte, die in ein Schwefelsäurebad getaucht waren. Fessenden reichte eine Klage wegen Patentverletzung ein - und er hätte diese Klage offensichtlich gewonnen. De Forest konnte sich nicht beruhigen, bis er einen neuen Detektor fand, der nur ihm gehörte. Im Herbst 1906 kündigte er die Schaffung eines solchen Detektors an. Bei zwei verschiedenen Treffen am American Institute of Electrical Engineering beschrieb de Forest seinen neuen drahtlosen Detektor, den er Audio nannte. Aber sein wirklicher Ursprung ist zweifelhaft.

Für einige Zeit drehten sich die Versuche von de Forest, einen neuen Detektor zu bauen, um den Stromdurchgang durch die Flamme eines Bunsenbrenners , der seiner Meinung nach ein asymmetrischer Leiter sein könnte. Die Idee war anscheinend erfolglos. Irgendwann im Jahr 1905 erfuhr er von Flemings Ventil. De Forest stellte fest, dass dieses Ventil und sein brennerbasiertes Gerät im Grunde nicht anders waren. Wenn Sie einen heißen Faden durch eine Flamme ersetzen und ihn mit einem Glaskolben abdecken, um das Gas zu begrenzen, erhalten Sie dasselbe Ventil. Er entwickelte eine Reihe von Patenten, die die Geschichte der Erfindungen vor dem Fleming-Ventil unter Verwendung von Gasflammendetektoren wiederholten. Offensichtlich wollte er unter Umgehung von Flemings Patent die Priorität in der Erfindung einnehmen, da der Arbeit mit dem Bunsenbrenner Flemings Arbeit vorausging (sie war seit 1900 im Gange).

Es ist unmöglich zu sagen, ob es sich um Selbsttäuschung oder Betrug handelte, aber das Ergebnis war ein De-Forest-Patent vom August 1906 für "ein abgereichertes Glasgefäß mit zwei getrennten Elektroden, zwischen denen sich ein Gasmedium befindet, das bei ausreichender Erwärmung zum Leiter wird und ein empfindliches Element bildet". Die Ausrüstung und die Funktionsweise des Geräts gehören Fleming, und de Forest ist die Erklärung seiner Arbeit. De Forest verlor dadurch den Patentstreit, obwohl es zehn Jahre dauerte.

Ein eifriger Leser könnte sich bereits dafür interessieren, warum wir so viel Zeit mit dieser Person verbringen, deren selbsternanntes Genie darin bestand, die Ideen anderer als unsere weiterzugeben? Der Grund ist der Wandel, den Audi in den letzten Monaten des Jahres 1906 durchlaufen hat.

Bis dahin hatte de Forest keinen Job. White und seine Partner entkamen der Haftung im Zusammenhang mit der Klage von Fessenden, indem sie ein neues Unternehmen, United Wireless, gründeten und es für 1 USD an American De Forest verliehen. De Forest wurde mit einer Entschädigung von 1.000 US-Dollar und mehreren nutzlosen Patenten in seinen Händen rausgeschmissen, darunter das Patent für Audi. Er war an einen verschwenderischen Lebensstil gewöhnt, hatte ernsthafte finanzielle Schwierigkeiten und versuchte verzweifelt, Audiion zu einem großen Erfolg zu machen.

Um zu verstehen, was als nächstes geschah, ist es wichtig zu wissen, dass de Forest dachte, er hätte ein Relais erfunden - im Gegensatz zu Flemings Gleichrichter. Er machte sein Audio, indem er die Batterie an die Kühlplatte des Ventils anschloss, und glaubte, dass das Signal im Antennenkreis (verbunden mit dem heißen Faden) einen stärkeren Strom im Batteriekreis modulierte. Er täuschte sich: Dies waren keine zwei Schemata, die Batterie spannte das Signal von der Antenne einfach vor und verstärkte es nicht.

Dieser Fehler wurde jedoch kritisch, da de Forest mit der dritten Elektrode im Kolben experimentierte, die die beiden Stromkreise dieses „Relais“ weiter trennen sollte. Zuerst fügte er eine zweite kalte Elektrode neben der ersten hinzu, aber dann bewegte er die Elektrode möglicherweise unter dem Einfluss der Kontrollmechanismen, mit denen Physiker die Strahlen in den Elektronenstrahlgeräten umlenken, zwischen dem Filament und der Primärplatte. Er entschied, dass eine solche Situation den Stromfluss unterbrechen könnte, und änderte die Form der dritten Elektrode von der Platte in einen welligen Draht, der einem Rashper ähnelte - und nannte ihn ein „Gitter“.


Audi Triode 1908. Der Faden (gerissen) links ist die Kathode, der Welldraht ist das Gitter, die abgerundete Metallplatte ist die Anode. Es hat immer noch einen Faden, wie eine gewöhnliche Glühbirne.

Und es war schon wirklich eine Staffel. Ein schwacher Strom (wie der von einer Funkantenne erhaltene), der an das Gitter angelegt wird, könnte einen viel stärkeren Strom zwischen dem Filament und der Platte steuern und geladene Teilchen abwehren, die versuchen, sich zwischen ihnen zu kreuzen. Dieser Detektor funktionierte viel besser als das Ventil, da er das Funksignal nicht nur richtete, sondern auch verstärkte. Und wie das Ventil (und im Gegensatz zum Kohärenter) könnte es ein konstantes Signal geben, das es ermöglicht, nicht nur einen drahtlosen Telegraphen, sondern auch ein Funktelefon (und später eine Sprach- und Musikübertragung) zu erstellen.

In der Praxis hat es nicht besonders gut funktioniert. Das Publikum von De Forest war anspruchsvoll, schnell ausgebrannt, ihre Produktion hatte keine gleichbleibende Qualität und als Verstärker waren sie ineffektiv. Damit ein bestimmtes Audio richtig funktioniert, mussten die elektrischen Parameter der Schaltung dafür angepasst werden.

De Forest glaubte jedoch an seine Erfindung. Um dies zu fördern, gründete er eine neue Firma, die De Forest Radio Telephone Company, aber die Verkäufe waren spärlich. Der größte Erfolg war der Verkauf von Ausrüstung für die Flottentelefonie an die Flotte während der Umrundung der Großen Weißen Flotte ". , , , . , , , , . .

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Das Fernkommunikationsnetz war das zentrale Nervensystem von AT & T. Sie hat viele lokale Unternehmen zusammengeschlossen und einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil gegenüber dem Patentablauf von Bell erzielt. Durch den Beitritt zum AT & T-Netzwerk könnte ein neuer Kunde theoretisch alle anderen Teilnehmer erreichen, die Tausende von Kilometern entfernt sind, obwohl sie in Wirklichkeit selten Ferngespräche führen. Das Netzwerk war auch die materielle Grundlage für die umfassende Ideologie des Unternehmens „Eine Politik, ein System, Universaldienst“.

Mit Beginn des zweiten Jahrzehnts des 20. Jahrhunderts erreichte dieses Netzwerk jedoch ein physikalisches Maximum. Je weiter die Telefonkabel gingen, desto schwächer und lauter wurde das durch sie hindurchtretende Signal, und infolgedessen war die Sprache fast nicht mehr zu unterscheiden. Aus diesem Grund gab es in den USA tatsächlich zwei AT & T-Netze, die durch einen Kontinentalkamm getrennt waren.

Für das östliche Netzwerk war New York ein Haken, und die mechanischen Repeater und Spulen von Pupin waren eine Leine, die bestimmte, wie weit eine menschliche Stimme reichen konnte. Diese Technologien waren jedoch nicht allmächtig. Die Spulen veränderten die elektrischen Eigenschaften der Telefonschaltung und reduzierten die Dämpfung der Sprachfrequenzen - aber sie konnten sie nur reduzieren und nicht beseitigen. Mechanische Repeater (nur ein Telefonlautsprecher, der an ein Verstärkermikrofon angeschlossen ist) fügten bei jeder Wiederholung Rauschen hinzu. Die Linie von 1911 von New York nach Denver brachte diese Leine auf ihre maximale Länge. Das Netzwerk sollte auf den gesamten Kontinent ausgedehnt werden, und es gab keine Frage. 1909 versprach John Carty, Chefingenieur von AT & T, öffentlich, genau das zu tun. Er versprach, dies in fünf Jahren zu tun - als 1915 die Panama-Pacific International Exhibition in San Francisco begann.

Der erste, der es schaffte, ein solches Unternehmen mit Hilfe eines neuen Telefonverstärkers zu ermöglichen, war kein Amerikaner, sondern der Erbe einer wohlhabenden Wiener Familie, die sich für Wissenschaft interessierte. Als junger Mann kaufte Robert von Lieben mit Hilfe seiner Eltern eine Telefonproduktionsfirma und machte sich daran, einen Verstärker für Telefonanrufe herzustellen. Bis 1906 stellte er ein Relais auf der Basis von Kathodenstrahlröhren her, das bis dahin in physikalischen Experimenten weit verbreitet war (und später zur Grundlage für die im 20. Jahrhundert vorherrschende Videobildschirmtechnologie wurde). Ein schwaches Eingangssignal wurde von einem Elektromagneten gesteuert, der den Strahl bog und einen stärkeren Strom im Hauptstromkreis modulierte.

Bis 1910 hatten von Lieben und seine Kollegen Eugene Raise und Sigmund Strauss von Audion de Forest erfahren und den Magneten in der Röhre durch ein Gitter ersetzt, das Kathodenstrahlen kontrollierte - dieses Design war das effektivste und übertraf alle damaligen Entwicklungen in den USA. Das deutsche Telefonnetz übernahm bald den von Lieben-Verstärker. Dank ihr konnte der Befehlshaber der ostpreußischen Armee 1914 nervös das 1000 Kilometer von ihm entfernte deutsche Hauptquartier in Koblenz anrufen. Dies zwang den Stabschef, die Generäle von Hindenberg und Ludendorff nach Osten zu schicken, zum ewigen Ruhm und mit schwerwiegenden Folgen. Dieselben Verstärker verbanden später das deutsche Hauptquartier mit Feldarmeen im Süden und Osten bis nach Mazedonien und Rumänien.


Kopie des fortschrittlichen Kathodenstrahlrelais von Lieben. Die Kathode befindet sich unten, die Anode ist die Spule oben und das Gitter ist eine runde Metallfolie in der Mitte.

Sprachliche und geografische Barrieren sowie der Krieg führten jedoch dazu, dass ein solches Design die Vereinigten Staaten nicht erreichte und bald anderen Ereignissen bereits voraus war.

In der Zwischenzeit verließ de Forest 1911 die geschwungene Radio Telephone Company und floh nach Kalifornien. Dort bekam er einen Job bei der Federal Telegraph Company in Palo Alto, die vom Stanford-Absolventen Cyril Elwell gegründet wurde . Nominell sollte de Forest an einem Verstärker arbeiten, der die Lautstärke des Ausgangssignals des Bundesradios erhöht. Tatsächlich stellten er, Herbert van Ettan (ein erfahrener Telefoningenieur) und Charles Logwood (ein Empfängerdesigner) einen Telefonverstärker auf, um den dreien einen Preis von AT & T zu bescheren, der angeblich 1 Million US-Dollar betrug.

Zu diesem Zweck nahm de Forest Audion aus dem Zwischengeschoss, und 1912 hatten er und seine Kollegen bereits ein Gerät zur Demonstration in einer Telefongesellschaft bereit. Es bestand aus mehreren in Reihe geschalteten Audions, die eine Verstärkung in mehreren Stufen erzeugten, und mehreren zusätzlichen Hilfskomponenten. Das Gerät hat im Prinzip funktioniert - es könnte das Signal so verstärken, dass Sie hören können, wie ein Taschentuch fällt oder eine Taschenuhr tickt. Aber nur bei Strömen und Spannungen, die zu klein sind, um in der Telefonie nützlich zu sein. Mit zunehmender Strömung fingen die Audiions an, blau zu leuchten, und das Signal wurde zu Rauschen. Die Telefonisten waren jedoch interessiert genug, um das Gerät ihren Ingenieuren zu geben und zu sehen, was sie damit machen konnten. So kam es, dass einer von ihnen, der junge Physiker Harold Arnold, genau wusste, wie man den Verstärker vom Federal Telegraph repariert.

Es ist Zeit zu diskutieren, wie das Ventil und Audi funktionierten. Die wichtigsten Erkenntnisse zur Erklärung ihrer Arbeit kamen aus dem Cavendish Laboratory in Cambridge, dem intellektuellen Zentrum der neuen elektronischen Physik. 1899 zeigte J. J. Thomson in Experimenten mit Kathodenstrahlröhren, dass ein Teilchen, das eine Masse aufweist und später als Elektron bekannt wurde, Strom von der Kathode zur Anode überträgt. Owen Richardson, Thomsons Kollege, entwickelte diese Annahme in den nächsten Jahren zur mathematischen Theorie der thermionischen Emission.

Ambrose Fleming, ein Ingenieur, der eine kurze Zugfahrt von Cambridge entfernt arbeitete, war mit diesen Arbeiten vertraut. Ihm war klar, dass sein Ventil aufgrund der thermionischen Emission von Elektronen aus einem erhitzten Filament funktionierte und den Vakuumspalt zu einer kalten Anode überquerte. Das Vakuum in der Anzeigelampe war jedoch nicht tief - dies war für eine normale Glühbirne nicht erforderlich. Es war genug, um so viel Sauerstoff abzupumpen, dass der Faden kein Feuer fing. Fleming erkannte, dass das Ventil, damit es am besten funktioniert, so sorgfältig wie möglich entleert werden muss, damit das verbleibende Gas den Elektronenfluss nicht stört.

De Forest verstand das nicht. Da er durch Experimente mit einem Bunsenbrenner zum Ventil und zu Audion kam, war seine Überzeugung das Gegenteil - dass heißes ionisiertes Gas das Arbeitsmedium des Geräts war und dass seine vollständige Entfernung zur Einstellung des Betriebs führen würde. Deshalb ist Audio als Radio so instabil und unbefriedigend und strahlt daher blaues Licht aus.

Arnold von AT & T befand sich in einer idealen Situation, um den Fehler von de Forest zu korrigieren. Er war ein Physiker, der bei Robert Millikan an der Universität von Chicago studierte und speziell angeheuert wurde, um sein Wissen über neue elektronische Physik auf den Aufbau eines Telefonnetzes von Küste zu Küste anzuwenden. Er wusste, dass die Audiion-Lampe in einem nahezu perfekten Vakuum am besten funktionieren würde, er wusste, dass die neuesten Pumpen ein solches Vakuum erreichen könnten, er wusste, dass ein neuer Typ eines oxidbeschichteten Filaments zusammen mit einer vergrößerten Platte und einem vergrößerten Gitter auch den Elektronenfluss erhöhen würde. Kurz gesagt, er verwandelte Audion in eine elektronische Lampe, den Wundertäter des elektronischen Zeitalters.

AT & T verfügt über einen leistungsstarken Verstärker, der für den Bau einer transkontinentalen Leitung benötigt wird - es gab nicht nur Nutzungsrechte. Vertreter des Unternehmens misstrauten sich in den Verhandlungen mit de Forest, begannen jedoch ein separates Gespräch über einen externen Anwalt, dem es gelang, die Rechte zur Nutzung des Audiion als Telefonverstärker für 50.000 US-Dollar (ca. 1,25 Millionen US-Dollar in 2017) zu erwerben. Die Linie New York - San Francisco wurde gerade rechtzeitig eröffnet, jedoch eher als Triumph der technischen Virtuosität und der Unternehmenswerbung als als Kommunikationsmittel. Die Kosten für die Anrufe waren so kosmisch, dass fast niemand sie nutzen konnte.

Elektronisches Zeitalter

Eine echte elektronische Lampe ist zur Wurzel eines völlig neuen Baums elektronischer Komponenten geworden. Wie das Relais erweiterte die elektronische Lampe ständig die Anwendungsmöglichkeiten, als Ingenieure neue Wege fanden, ihr Gerät an die Lösung spezifischer Probleme anzupassen. Das Wachstum des Stammes "-ods" endete nicht mit Dioden und Trioden. Er fuhr mit der Tetrode fort , die ein zusätzliches Gitter hinzufügte, das die Verstärkung mit dem Wachstum von Elementen in der Schaltung unterstützte. Es folgten Pentoden , Heptoden und sogar Oktoden . Thyratrons erschienen, gefüllt mit Quecksilberdampf, leuchtend in einem bedrohlichen blauen Licht. Miniaturlampen von der Größe des kleinen Fingers am Fuß oder sogar der Eichel. Lampen mit indirekter Kathode, bei denen das Summen einer Wechselstromquelle das Signal nicht störte. Das Buch Saga of the Vacuum Tube, das das Wachstum der Lampenindustrie bis 1930 beschreibt, listet mehr als 1000 verschiedene Modelle nach ihrem Index auf - obwohl viele von ihnen illegale Kopien von unzuverlässigen Marken waren: Ultron, Perfektron, Supertron, Voltron , usw.



Wichtiger als die Vielfalt der Formen war die Vielfalt der Anwendungen der Elektronenröhre. Regenerative Schaltkreise verwandelten die Triode in einen Sender - sie erzeugten glatte und konstante Sinuswellen ohne verrauschte Funken, die Schall perfekt übertragen können. Mit einem Kohärenten und Funken im Jahr 1901 konnte Marconi kaum eine kleine Passage des Morsecodes durch einen engen Teil des Atlantiks übertragen. Mit einer elektronischen Lampe als Sender und Empfänger konnte AT & T 1915 eine menschliche Stimme von Arlington, Virginia, nach Honolulu senden - doppelt so weit. In den 1920er Jahren kombinierten sie Telefonie über große Entfernungen mit qualitativ hochwertiger Tonübertragung und schufen die ersten Funknetze. So konnte bald die ganze Nation im Radio dieselbe Stimme hören, sei es Roosevelt oder Hitler.

Die Fähigkeit, Sender zu entwickeln, die auf eine genaue und stabile Frequenz abgestimmt sind, ermöglichte es den Telekommunikationsingenieuren, den langjährigen Traum vom Frequenzmultiplex zu verwirklichen, der vor vierzig Jahren Alexander Bell, Edison und den Rest anzog. Bis 1923 hatte AT & T eine zehnkanalige Sprachleitung von New York nach Pittsburgh. Die Möglichkeit, mehrere Stimmen über einen einzigen Kupferdraht zu übertragen, reduzierte die Kosten für Ferngespräche radikal, die aufgrund der hohen Kosten immer nur den reichsten Menschen und Unternehmen zur Verfügung standen. Um zu sehen, wozu elektronische Lampen in der Lage sind, schickte AT & T ihre Anwälte, um zusätzliche Rechte von de Forest zu erwerben, um die Rechte zur Nutzung des Audiion in allen verfügbaren Anwendungen zu sichern. Insgesamt zahlten sie ihm 390.000 US-Dollar, was im heutigen Geld etwa 7,5 Millionen US-Dollar entspricht.

Warum dominierten elektronische Lampen bei dieser Vielseitigkeit die erste Computergeneration nicht auf die gleiche Weise wie bei Funk- und anderen Telekommunikationsgeräten? Offensichtlich könnte die Triode wie ein Relais ein digitaler Schalter sein. Es ist so offensichtlich, dass de Forest sogar glaubte, dass er das Relais erstellt hatte, bevor er es tatsächlich erstellt hatte. Und die Triode reagierte viel schneller als das herkömmliche elektromechanische Relais, da sie den Anker nicht physisch bewegen musste. Ein typisches Schaltrelais benötigte mehrere Millisekunden, und die Änderung des Flusses von der Kathode zur Anode aufgrund einer Änderung des elektrischen Potentials im Netz war fast augenblicklich.

Aber die Lampen hatten vor dem Relais einen deutlichen Fehler: Ihre Tendenz, analog zu ihren Vorgängern, Glühbirnen für die Beleuchtung, durchzubrennen. Die Lebensdauer des ursprünglichen Audion de Forest war so kurz - ungefähr 100 Stunden -, dass er einen Ersatzfaden in der Lampe hatte, der nach dem ersten Ausbrennen angeschlossen werden musste. Das war sehr schlecht, aber selbst danach konnte man selbst von den Lampen bester Qualität nicht mehr Betriebszeit als mehrere tausend Stunden erwarten. Für Computer mit Tausenden von Lampen und Rechenstunden war dies ein ernstes Problem.

Und Relais hingegen waren laut George Stibitz "fantastisch zuverlässig". So sehr, dass er das behauptete

Wenn ein Satz U-förmiger Relais im ersten Jahr unserer Ära seine Arbeit aufnehmen und einmal pro Sekunde den Kontakt wechseln würde, würde er bis jetzt noch funktionieren. Der erste Kontaktfehler hätte nicht früher als in tausend Jahren, irgendwo im 3000. Jahr, erwartet werden können.

Darüber hinaus gab es keine Erfahrung mit großen elektronischen Schaltkreisen, die mit den elektromechanischen Schaltkreisen von Telefoningenieuren vergleichbar waren. Radios und andere Geräte könnten 5-10 Lampen enthalten, aber nicht Hunderttausende. Niemand wusste, ob es möglich sein würde, einen Computer mit 5000 Lampen zum Laufen zu bringen. Computerentwickler entschieden sich für ein Relais anstelle von Lampen und trafen eine sichere und konservative Entscheidung.

Im nächsten Teil werden wir sehen, wie und warum diese Zweifel überwunden wurden.