Historique des relais: l'ère électronique

La dernière fois, nous avons vu comment la première génération d'ordinateurs numériques a été construite sur la base de la première génération de commutateurs électriques automatiques - les relais électromagnétiques. Mais au moment où ces ordinateurs ont été créés, un autre commutateur numérique attendait sa sortie dans les coulisses. Le relais était un appareil électromagnétique (qui utilisait l'électricité pour contrôler un interrupteur mécanique), et la nouvelle classe d'interrupteurs numériques était électronique - basée sur de nouvelles connaissances sur l'électron qui sont apparues au début du 20e siècle. Cette science a indiqué que le porteur de la force électrique n'était pas un courant, pas une onde, pas un champ - mais une particule solide.

Le dispositif qui a engendré l'ère de l'électronique, basé sur cette nouvelle physique, est devenu connu sous le nom de "tube électronique" [aux États-Unis - tube à vide, ou "tube à vide"]. Dans l'histoire de sa création, deux personnes participent: l'Anglais Ambrose Fleming et l'Américain Lee de Forest . En fait, l'origine de l'électronique est plus complexe, elle se tord d'une multitude de fils traversant l'Europe et l'Atlantique, et remontant dans le passé, jusqu'aux premières expériences avec les banques de Leiden au milieu du XVIIIe siècle.

Mais dans le cadre de notre présentation, il sera commode de couvrir (jeu de mots!) Cette histoire, à commencer par Thomas Edison. Edison a fait une découverte intéressante dans les années 1880 en travaillant sur l'éclairage électrique - cette découverte prépare la scène à notre histoire. Cela a conduit au développement des tubes électroniques, qui était nécessaire pour deux systèmes technologiques: une nouvelle forme de messagerie sans fil et des réseaux téléphoniques en constante expansion.

Prologue: Edison

Edison est généralement considéré comme l'inventeur d'une ampoule. Cela lui fait à la fois trop et trop peu d'honneur. Trop, car non seulement Edison a créé une lampe lumineuse. En plus de la foule d'inventeurs qui l'ont précédée, dont les créations n'ont pas atteint un usage commercial, on peut citer Joseph Swan et Charles Stern de Grande-Bretagne et l'Américain William Sawyer, qui ont introduit les ampoules sur le marché simultanément avec Edison. [L' honneur de l'invention appartient également à l'inventeur russe Lodygin Alexander Nikolaevich . Lodygin a été le premier à avoir pensé à pomper l'air d'une ampoule de lampe en verre, puis il a suggéré de fabriquer un fil incandescent non pas de charbon ou de fibres carbonisées, mais de tungstène réfractaire / env. perev. ]. Toutes les lampes étaient constituées d'une ampoule en verre scellée à l'intérieur de laquelle se trouvait un fil résistif. Lorsque la lampe était allumée dans le circuit, la chaleur générée par la résistance du fil au courant la faisait briller. L'air a été pompé hors de l'ampoule afin que le fil ne prenne pas feu. La lumière électrique était déjà connue dans les grandes villes sous la forme de lampes à arc utilisées pour éclairer les grands lieux publics. Tous ces inventeurs cherchaient un moyen de réduire la quantité de lumière en prenant une particule brillante d'un arc brûlant suffisamment petite pour être utilisée dans les maisons pour remplacer les lampes à gaz et rendre la source de lumière plus sûre, plus propre et plus lumineuse.

Et ce qu'Edison a vraiment fait - ou plutôt créé son laboratoire industriel - ce n'est pas seulement créer une source de lumière. Ils ont construit un système électrique complet pour l'éclairage des maisons - générateurs, fils pour transmettre le courant, transformateurs, etc. De tout cela, l'ampoule n'était que le composant le plus évident et le plus visible. La présence du nom Edison dans ses entreprises de production d'électricité n'était pas une simple mise à genoux devant le grand inventeur, comme ce fut le cas avec le téléphone Bell. Edison s'est avéré être non seulement un inventeur, mais aussi un architecte de systèmes. Son laboratoire a continué d'améliorer divers composants de l'éclairage électrique même après leur succès initial.


Une copie des premières lampes d'Edison

Au cours de la recherche, quelque part en 1883, Edison (et peut-être l'un de ses employés) a décidé d'enfermer une plaque métallique avec un fil à l'intérieur d'une lampe lumineuse. Les raisons de cet acte ne sont pas claires. C'était peut-être une tentative d'éliminer l'obscurcissement de la lampe - l'intérieur du verre de l'ampoule a accumulé une mystérieuse substance sombre au fil du temps. L'ingénieur espérait apparemment que ces particules noires seraient attirées par la plaque sous tension. À sa grande surprise, il a constaté que lorsque la plaque était incluse dans le circuit avec l'extrémité positive du filament, le courant traversant le filament était directement proportionnel à l'intensité de la lueur du filament. Lors de la connexion de la plaque à l'extrémité négative du fil, rien de tel n'a été observé.

Edison a décidé que cet effet, appelé plus tard effet Edison ou émission thermo - ionique , peut être utilisé pour mesurer ou même contrôler la "force électromotrice", ou tension, dans un système électrique. Par habitude, il demande un brevet pour cet «indicateur électrique», puis revient à des tâches plus importantes.

Sans fils

Avance rapide vers 20 ans dans le futur, en 1904. À cette époque en Angleterre, John Ambrose Fleming a travaillé sur les instructions de la société Marconi pour améliorer le récepteur d'ondes radio.

Il est important de comprendre ce qu'était et n'était pas la radio à l'époque, tant du point de vue de l'instrument que du point de vue de la pratique. La radio n'était même pas appelée «radio» à l'époque, elle s'appelait «sans fil», sans fil. Le terme «radio» n'a commencé à prévaloir que dans les années 1910. Plus précisément, il s'agissait d'un télégraphe sans fil - un système pour transmettre des signaux sous forme de points et de tirets de l'expéditeur au récepteur. Son application principale était la connexion entre les navires et les services portuaires, et en ce sens, il s'intéressait aux départements maritimes du monde entier.

Certains inventeurs de l'époque, en particulier Reginald Fessenden , ont expérimenté l'idée d'un radiotéléphone - transmettant des messages vocaux dans l'air sous la forme d'une onde continue. Mais la radiodiffusion au sens moderne n'est apparue que 15 ans plus tard: la transmission de nouvelles, d'histoires, de musique et d'autres programmes destinés à être reçus par un large public. Jusque-là, la nature omnidirectionnelle des signaux radio était considérée comme un problème à résoudre et non comme une fonctionnalité utilisable.

L'équipement radio existant à cette époque était bien adapté pour fonctionner avec le code Morse et mal pour tout le reste. Les émetteurs ont créé des ondes Hertz, envoyant une étincelle à travers un espace dans le circuit. Par conséquent, le signal était accompagné d'une fissure d'électricité statique.

Les récepteurs ont reconnu ce signal à travers le cohéreur: des limailles métalliques dans un tube de verre, qui ont été projetées ensemble par l'action des ondes radio en une masse continue, et ont ainsi fermé le circuit. Ensuite, il a fallu frapper sur le verre pour que la sciure se brise et que le récepteur soit prêt pour le signal suivant - au début, cela se faisait manuellement, mais bientôt des dispositifs automatiques sont apparus pour cela.

En 1905, les détecteurs de cristal , également connus sous le nom de moustaches félines, commençaient tout juste à apparaître. Il s'est avéré qu'en touchant un fil avec un certain cristal, par exemple du silicium, de la pyrite de fer ou de la galène , il était possible d'arracher un signal radio dans l'air. Les récepteurs résultants étaient bon marché, compacts et abordables pour tout le monde. Ils ont stimulé le développement de la radio amateur, en particulier chez les jeunes. L'augmentation soudaine de l'emploi du temps d'antenne qui en a résulté a entraîné des problèmes du fait que la radio était partagée entre tous les utilisateurs. Les conversations innocentes d'amateurs pourraient accidentellement recouper les négociations de morphlot, et certains hooligans ont même réussi à donner de faux ordres et à envoyer des signaux d'aide. L'État devait inévitablement intervenir. Comme l'écrivait lui-même Ambrose Fleming, l'apparition de détecteurs de cristal

a immédiatement conduit à une augmentation de la télégraphie sans fil irresponsable en raison des bouffonneries d'innombrables électriciens et étudiants, qui ont nécessité la dure intervention des autorités nationales et internationales pour garder ce qui se passait de manière raisonnable et sûre.

À partir des propriétés électriques inhabituelles de ces cristaux, la troisième génération d'interrupteurs numériques apparaîtra en temps voulu, suivie des relais et des lampes - les interrupteurs qui dominent notre monde. Mais tout a son temps. Nous avons décrit la scène, nous allons maintenant porter toute notre attention sur l'acteur qui vient d'apparaître sous les projecteurs: Ambrose Fleming, Angleterre, 1904.

Soupape

En 1904, Fleming était professeur de génie électrique à l'University College de Londres et consultant pour la Marconi Company. Dans un premier temps, l'entreprise l'a engagé pour obtenir un avis d'expert sur la construction d'une centrale électrique, mais il s'est ensuite chargé d'améliorer le récepteur.


Fleming en 1890

Tout le monde savait que le cohéreur était un mauvais récepteur en termes de sensibilité, et le détecteur magnétique développé par Macroni n'était pas particulièrement meilleur. Pour lui trouver un remplaçant, Fleming a d'abord décidé de construire un circuit sensible pour détecter les ondes Hertz. Un tel dispositif, même sans devenir un détecteur en soi, sera utile dans les recherches futures.

Pour ce faire, il devait trouver un moyen de mesurer constamment la force du courant créé par les ondes entrantes, au lieu d'utiliser un cohéreur discret (il n'a montré que l'état passant - où la sciure de bois s'est collée ensemble ou s'est éteinte). Mais les appareils connus pour mesurer la force du courant - les galvanomètres - nécessitaient un courant constant, c'est-à-dire unidirectionnel pour fonctionner. Le courant alternatif excité par les ondes radio a changé de direction si rapidement qu'aucune mesure ne serait possible.

Fleming se souvenait que plusieurs choses intéressantes accumulaient de la poussière dans son placard - les voyants lumineux d'Edison. Dans les années 1880, il a été consultant pour la Edison Electric Lighting Company à Londres et a travaillé sur le problème du noircissement des lampes. À cette époque, il a reçu plusieurs exemplaires de l'indicateur, peut-être de William Price, ingénieur en chef en électricité pour le British Postal Service, qui venait de rentrer d'une exposition d'électricité à Philadelphie. En dehors des États-Unis, le contrôle des télégraphes et des téléphones était courant pour les services postaux en dehors des États-Unis, ils étaient donc des centres d'expertise électrique.

Plus tard, dans les années 1890, Fleming lui-même étudia l'effet Edison à l'aide de lampes obtenues auprès de Price. Il a montré que l'effet était que le courant circulait dans une direction: un potentiel électrique négatif pouvait passer d'un filament chaud à une électrode froide, mais pas l'inverse. Mais ce n'est qu'en 1904, lorsqu'il a été confronté à la tâche de détecter les ondes radio, qu'il s'est rendu compte que ce fait pouvait être utilisé dans la pratique. L'indicateur Edison ne permettra que des impulsions CA dirigées dans une direction pour combler l'écart entre le fil et la plaque, ce qui donnera un flux constant et unidirectionnel.

Fleming a pris une lampe, l'a connectée en série avec un galvanomètre et a allumé l'émetteur d'étincelles. Voila - le miroir a tourné et le rayon de lumière s'est déplacé sur l'échelle. Ça a marché. Il pouvait mesurer avec précision le signal radio entrant.


Prototypes de valves Fleming. L'anode est au milieu de la boucle de filament (cathode chaude)

Fleming a qualifié son invention de «soupape» car elle ne permettait à l'électricité de passer que dans un sens. Dans un langage électrotechnique plus général, c'était un redresseur - un moyen de convertir le courant alternatif en courant continu. Ensuite, elle a été appelée diode, car elle avait deux électrodes - une cathode chaude (filament) qui émettait de l'électricité et une anode froide (plaque) qui la recevait. Fleming a apporté plusieurs améliorations au design, mais en fait, l'appareil ne différait pas de la lampe témoin fabriquée par Edison. Sa transition vers une nouvelle qualité s'est produite à la suite d'un changement dans la façon de penser - nous avons déjà vu ce phénomène à plusieurs reprises. Le changement s'est produit dans le monde des idées dans la tête de Fleming, et non dans le monde des choses en dehors.

La valve de Fleming seule était utile. C'était le meilleur appareil de terrain pour mesurer les signaux radio et un bon détecteur en soi. Mais il n'a pas secoué le monde. La croissance explosive de l'électronique n'a commencé qu'après que Lee de Forest a ajouté une troisième électrode et transformé la valve en relais.

Écoute

Lee de Forest a eu une éducation inhabituelle pour un étudiant de Yale. Son père, le révérend Henry de Forest, était un vétéran de la guerre civile de New York, pasteur de l' église de la congrégation , et croyait fermement qu'en tant que prédicateur, il devrait répandre la lumière divine de la connaissance et de la justice. Obéissant à l'appel du devoir, il a accepté l'invitation à devenir président du Talladeg College en Alabama. Le collège a été fondé après la guerre civile par l'American Missionary Association, basée à New York. Il était destiné à la formation et à l'instruction des résidents noirs locaux. Là, Lee se sentait entre un rocher et un endroit dur - les Noirs locaux l'humilient pour sa naïveté et sa lâcheté, et les Blancs locaux pour le fait qu'il était un Yankee .

Néanmoins, en tant que jeune homme de Forest, il a développé une confiance en soi ferme. Il a découvert un penchant pour la mécanique et les inventions - son modèle à grande échelle de la locomotive est devenu un miracle local. Adolescent, étudiant à Talladega, il décide de consacrer sa vie aux inventions. Puis, en tant que jeune homme vivant dans la ville de New Haven, le fils du pasteur a rejeté ses dernières croyances religieuses. Ils sont progressivement partis en raison de la connaissance du darwinisme, puis ils ont été emportés comme le vent après la mort prématurée de son père. Mais le sentiment d'avoir une destination n'a pas quitté de Forest - il s'est considéré comme un génie et a cherché à devenir le deuxième Nikola Tesla, un sorcier riche, célèbre et mystérieux de l'ère de l'électricité. Ses camarades de classe de l'Université de Yale le considéraient comme un carillon vide suffisant. Peut-être qu'on peut l'appeler la personne la moins populaire de toutes les personnes rencontrées dans notre histoire.


de Forest, vers 1900

Après avoir terminé ses études à l'Université de Yale en 1899, de Forest a choisi le développement de l'art en croissance rapide de la transmission de signaux sans fil comme chemin vers la richesse et la renommée. Au cours des décennies qui ont suivi, il a pris cette voie avec beaucoup de détermination et de confiance, et sans aucune hésitation. Tout a commencé avec la collaboration de de Forest et de son partenaire Ed Smythe à Chicago. Smythe a maintenu son entreprise à flot grâce à des paiements réguliers, et ensemble, ils ont développé leur propre détecteur d'ondes radio, composé de deux plaques métalliques reliées par de la colle, que de Forest a appelé "coller" [goo]. Mais de Forest ne pouvait pas attendre longtemps les récompenses pour son génie. Il s'est débarrassé de Smythe et a collaboré avec un financier douteux de New York nommé Abraham White [ changeant ironiquement son nom depuis sa naissance, Schwartz, pour cacher ses sombres actions. Blanc / Blanc - (anglais) blanc; Schwarz - (allemand) noir / env. perev. ] en ouvrant la De Forest Wireless Telegraph Company.

L'activité de l'entreprise elle-même était secondaire pour nos deux héros. White a utilisé l'ignorance des gens pour remplir leurs poches. Il a attiré des millions d'investisseurs qui avaient du mal à suivre le boom radio prévu. Et de Forest, grâce au flux abondant de fonds de ces «drageons», s'est concentré sur la preuve de son génie à travers le développement d'un nouveau système américain de transmission sans fil d'informations (contrairement au système européen développé par Marconi et d'autres).

Malheureusement pour le système américain, le détecteur de Forest ne fonctionnait pas particulièrement bien. Pendant un certain temps, il a résolu ce problème en empruntant la conception brevetée de Reginald Fessenden pour un détecteur appelé «troc liquide» - deux fils de platine immergés dans un bain d'acide sulfurique. Fessenden a intenté une action en justice pour contrefaçon de brevet - et il aurait évidemment remporté cette action. De Forest ne pouvait pas se calmer jusqu'à ce qu'il trouve un nouveau détecteur qui n'appartenait qu'à lui. À l'automne 1906, il annonce la création d'un tel détecteur. Lors de deux réunions différentes à l'American Institute of Electrical Engineering, de Forest a décrit son nouveau détecteur sans fil, qu'il a appelé l'Audio. Mais sa véritable origine est mise en doute.

Pendant un certain temps, les tentatives de de Forest pour construire un nouveau détecteur ont tourné autour du passage du courant à travers la flamme d'un brûleur Bunsen , qui, à son avis, pourrait être un conducteur asymétrique. L'idée, apparemment, n'a pas abouti. À un moment donné en 1905, il a découvert la valve de Fleming. De Forest s'est frappé que cette soupape et son appareil à brûleur n'étaient fondamentalement pas différents - si vous remplacez un fil chaud par une flamme et le recouvrez d'un flacon en verre pour limiter le gaz, vous obtenez la même soupape. Il a développé une série de brevets répétant l'histoire des inventions avant la valve Fleming à l'aide de détecteurs de flamme à gaz. Évidemment, il voulait prendre la priorité dans l'invention, en contournant le brevet de Fleming, puisque le travail avec le brûleur Bunsen était précédé du travail de Fleming (ils duraient depuis 1900).

Il est impossible de dire s'il s'agissait d'une illusion ou d'une fraude, mais le résultat a été un brevet de Forest d'août 1906 pour "un récipient en verre appauvri contenant deux électrodes séparées, entre lesquelles se trouve un milieu gazeux qui, avec un chauffage suffisant, devient conducteur et forme un élément sensible". L'équipement et le fonctionnement de l'appareil sont la propriété de Fleming, et de Forest est l'explication de son travail. De Forest a donc perdu le litige en matière de brevets, bien qu'il ait fallu dix ans.

Un lecteur avide peut déjà se demander pourquoi nous passons autant de temps sur cette personne dont le génie autoproclamé a consisté à donner des idées aux autres comme aux nôtres? La raison en est la transformation qu'a subie Audi au cours des derniers mois de 1906.

D'ici là, de Forest n'avait plus de travail. White et ses partenaires ont échappé à toute responsabilité dans le cadre du procès de Fessenden en créant une nouvelle société, United Wireless, et en prêtant ses actifs à American De Forest pour 1 $. De Forest a été expulsé avec une compensation de 1000 $ et plusieurs brevets inutiles entre ses mains, y compris le brevet d'Audi. Habitué à un mode de vie inutile, il a rencontré de graves difficultés financières et a désespérément essayé de faire d'Audiion un grand succès.

Pour comprendre ce qui s'est passé ensuite, il est important de savoir que de Forest pensait qu'il avait inventé un relais - contrairement au redresseur de Fleming. Il a fait son audio en connectant la batterie à la plaque froide de la valve, et a cru que le signal dans le circuit d'antenne (connecté au fil chaud) modulait un courant plus puissant dans le circuit de la batterie. Il s'est trompé: il ne s'agissait pas de deux schémas, la batterie a simplement polarisé le signal de l'antenne et ne l'a pas amplifié.

Mais cette erreur est devenue critique car elle a conduit de Forest à expérimenter avec une troisième électrode dans la fiole, qui était censée séparer davantage les deux circuits de ce «relais». Au début, il a ajouté une deuxième électrode froide à côté de la première, mais ensuite, peut-être sous l'influence des mécanismes de contrôle utilisés par les physiciens pour rediriger les rayons dans les faisceaux d'électrons, il a déplacé l'électrode en place entre le filament et la plaque primaire. Il a décidé qu'une telle situation pouvait interrompre le flux d'électricité et a changé la forme de la troisième électrode de la plaque en un fil ondulé, ressemblant à un rashper - et l'a appelé une «grille».


Audi triode 1908. Le fil (déchiré) à gauche est la cathode, le fil ondulé est la grille, la plaque métallique arrondie est l'anode. Il a toujours un fil, comme une ampoule ordinaire.

Et c'était déjà vraiment un relais. Un faible courant (tel que celui obtenu par une antenne radio) appliqué à la grille pourrait contrôler un courant beaucoup plus fort entre le filament et la plaque, repoussant les particules chargées essayant de passer entre elles. Ce détecteur fonctionnait beaucoup mieux que la valve, car non seulement il redressait, mais il amplifiait également le signal radio. Et, comme la valve (et contrairement au cohéreur), elle pouvait donner un signal constant, ce qui permettait de créer non seulement un télégraphe sans fil, mais aussi un radiotéléphone (et plus tard - transmission vocale et musicale).

En pratique, cela n'a pas fonctionné particulièrement bien. Les audiences de De Forest étaient exigeantes, s'épuisaient rapidement, leur production manquait de qualité constante et en tant qu'amplificateurs, elles étaient inefficaces. Pour qu'un audio particulier fonctionne correctement, il était nécessaire d'ajuster les paramètres électriques du circuit pour lui.

Cependant, de Forest croyait en son invention. Pour le promouvoir, il a créé une nouvelle société, la De Forest Radio Telephone Company, mais les ventes étaient rares. Le plus grand succès a été la vente d'équipements à la flotte pour la téléphonie en flotte pendant la circumnavigation de la Grande Flotte Blanche ". , , , . , , , , . .

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Le réseau de communications à longue distance était le système nerveux central AT&T. Elle a lié de nombreuses entreprises locales et a fourni un avantage concurrentiel clé par rapport à l'expiration du brevet de Bell. En rejoignant le réseau AT&T, un nouveau client pourrait, en théorie, atteindre tous les autres abonnés à des milliers de kilomètres de là, bien qu'en réalité ils fassent rarement des appels longue distance. En outre, le réseau a constitué la base matérielle de l'idéologie globale de l'entreprise «Une politique, un système, un service universel».

Mais avec le début de la deuxième décennie du XXe siècle, ce réseau a atteint un maximum physique. Plus les fils téléphoniques allaient loin, plus le signal les traversant était faible et bruyant et, par conséquent, la parole devenait presque impossible à distinguer. Pour cette raison, aux États-Unis, il y avait en fait deux réseaux AT&T séparés par une crête continentale.

Pour le réseau oriental, New York était une cheville, et les répéteurs et bobines mécaniques de Pupin étaient une laisse qui déterminait jusqu'où une voix humaine pouvait atteindre. Mais ces technologies n'étaient pas omnipotentes. Les bobines ont modifié les propriétés électriques du circuit téléphonique, réduisant l'atténuation des fréquences vocales - mais elles ne pouvaient que la réduire et non l'éliminer. Les répéteurs mécaniques (juste un haut-parleur téléphonique connecté à un microphone amplificateur) ajoutaient du bruit à chaque répétition. La ligne 1911 de New York à Denver a amené cette laisse à sa longueur maximale. Sur le point d'étendre le réseau à l'ensemble du continent, il n'y avait aucun doute. Cependant, en 1909, John Carty, ingénieur en chef d'AT & T, a promis publiquement de le faire. Il a promis de le faire dans cinq ans - au moment où l' exposition internationale Panama-Pacifique à San Francisco a commencé en 1915.

Le premier qui a réussi à rendre une telle entreprise possible grâce à un nouvel amplificateur téléphonique n'était pas un Américain, mais l'héritier d'une riche famille viennoise intéressée par la science. Jeune homme, Robert von Lieben, avec l'aide de ses parents, a acheté une société de production téléphonique et s'est mis à fabriquer un amplificateur pour les appels téléphoniques. En 1906, il fabrique un relais basé sur des tubes cathodiques, alors largement utilisé dans les expériences physiques (et devenant plus tard la base de la technologie d'écran vidéo, qui était dominante au 20e siècle). Un signal d'entrée faible était contrôlé par un électro-aimant, courbant le faisceau, modulant un courant plus fort dans le circuit principal.

En 1910, von Lieben et ses collègues, Eugene Raise et Sigmund Strauss, avaient découvert Audion de Forest et remplacé l'aimant dans le tube par une grille qui contrôlait les rayons cathodiques - cette conception était la plus efficace et dépassait tous les développements réalisés à l'époque aux États-Unis. Le réseau téléphonique allemand a rapidement adopté l'amplificateur von Lieben. En 1914, grâce à elle, le commandant de l'armée de Prusse orientale a pu téléphoner nerveusement au quartier général allemand, situé à 1 000 kilomètres de lui, à Coblence. Cela a forcé le chef d'état-major à envoyer les généraux d'Hindenberg et de Ludendorff-Orient, à la gloire éternelle et avec de graves conséquences. Les mêmes amplificateurs ont ensuite connecté le quartier général allemand avec des armées de campagne dans le sud et l'est jusqu'à la Macédoine et la Roumanie.


Copie du relais avancé à faisceau cathodique de von Lieben. La cathode est en dessous, l'anode est la bobine en haut et la grille est une feuille métallique ronde au milieu.

Cependant, les barrières linguistiques et géographiques, ainsi que la guerre, ont conduit au fait qu'une telle conception n'a pas atteint les États-Unis, et bientôt elle était déjà en avance sur d'autres événements.

Pendant ce temps, de Forest quitte la courbe Radio Radio Company en 1911 et s'enfuit en Californie. Là, il a obtenu un emploi à la Federal Telegraph Company à Palo Alto, fondée par Cyril Elwell, diplômé de Stanford. Nominalement, de Forest était censé travailler sur un amplificateur qui augmentait le volume du signal de sortie de la radio fédérale. En fait, lui, Herbert van Ettan (un ingénieur en téléphone expérimenté) et Charles Logwood (un concepteur de récepteurs) ont installé un amplificateur téléphonique pour obtenir à tous les trois un prix d'AT & T, dont la rumeur était de 1 million de dollars.

Pour ce faire, de Forest a sorti Audion de la mezzanine et, en 1912, lui et ses collègues avaient déjà un appareil prêt à être présenté dans une compagnie de téléphone. Il se composait de plusieurs Audions connectés en série, qui ont créé une amplification en plusieurs étapes, et de plusieurs composants auxiliaires supplémentaires. L'appareil, en principe, a fonctionné - il pourrait amplifier suffisamment le signal pour que vous puissiez entendre comment un mouchoir tombe ou qu'une montre de poche tourne. Mais uniquement à des courants et des tensions trop faibles pour être utiles en téléphonie. Avec l'augmentation du courant, les Audiions ont commencé à émettre une lueur bleue et le signal s'est transformé en bruit. Mais les opérateurs téléphoniques étaient suffisamment intéressés pour donner l'appareil à leurs ingénieurs et voir ce qu'ils pouvaient en faire. Il se trouve que l'un d'eux, le jeune physicien Harold Arnold, savait exactement comment réparer l'amplificateur du Federal Telegraph.

Il est temps de discuter du fonctionnement de la valve et d'Audi. Les informations clés nécessaires pour expliquer leur travail provenaient du Cavendish Laboratory de Cambridge, le centre intellectuel de la nouvelle physique électronique. En 1899, J.J. Thomson a montré dans des expériences avec des tubes à rayons cathodiques qu'une particule qui a une masse et qui est devenue plus tard connue sous le nom d'électron transfère le courant de la cathode à l'anode. Au cours des prochaines années, Owen Richardson, le collègue de Thomson, a développé cette hypothèse dans la théorie mathématique de l'émission thermo-ionique.

Ambrose Fleming, un ingénieur qui a effectué un court trajet en train depuis Cambridge, connaissait bien ces travaux. Il était clair pour lui que sa valve fonctionnait en raison de l'émission thermoélectrique d'électrons d'un filament chauffé, traversant l'intervalle de vide vers une anode froide. Mais le vide dans la lampe témoin n'était pas profond - ce n'était pas nécessaire pour une ampoule ordinaire. Il suffisait de pomper tellement d'oxygène que le fil ne prenait pas feu. Fleming s'est rendu compte que pour que la valve fonctionne le mieux, elle doit être vidée aussi soigneusement que possible afin que le gaz restant n'interfère pas avec le flux d'électrons.

De Forest n'a pas compris cela. Depuis qu'il est venu à la valve et à Audion à travers des expériences avec un brûleur Bunsen, sa croyance était le contraire - que le gaz ionisé chaud était le fluide de travail de l'appareil, et que son élimination complète entraînerait l'arrêt du fonctionnement. C'est pourquoi l'audio est si instable et insatisfaisant en tant que radio, et il émet donc une lumière bleue.

Arnold chez AT&T s'est retrouvé dans une situation idéale pour corriger l'erreur de de Forest. Il était un physicien qui a étudié avec Robert Millikan à l'Université de Chicago, et a été embauché spécifiquement pour appliquer ses connaissances de la nouvelle physique électronique à la construction d'un réseau téléphonique d'un océan à l'autre. Il savait que la lampe Audiion fonctionnerait mieux dans un vide presque parfait, il savait que les dernières pompes pouvaient atteindre ce type de vide, il savait qu'un nouveau type de filament revêtu d'oxyde, avec une plaque et une grille agrandies, augmenterait également le flux d'électrons. En bref, il a transformé Audion en une lampe électronique, le prodige de l'ère électronique.

AT&T dispose d'un amplificateur puissant nécessaire à la construction d'une ligne transcontinentale - il n'y avait pas que des droits d'utilisation. Les représentants de la société se sont comportés de manière incrédule dans les négociations avec de Forest, mais ont entamé une conversation séparée par le biais d'un avocat tiers qui a réussi à acquérir les droits d'utiliser l'Audiion comme amplificateur téléphonique pour 50000 $ (environ 1,25 million de dollars en dollars de 2017). La ligne New York - San Francisco a ouvert juste à temps, mais plus comme un triomphe de virtuosité technique et de publicité d'entreprise que comme moyen de communication. Le coût des appels était si cosmique que presque personne ne pouvait l'utiliser.

L'ère électronique

Une véritable lampe électronique est devenue la racine d'un tout nouvel arbre de composants électroniques. Comme le relais, la lampe électronique élargissait constamment les possibilités de son application lorsque les ingénieurs trouvaient de nouvelles façons d'adapter son appareil pour résoudre des problèmes spécifiques. La croissance de la tribu "-ods" ne s'est pas terminée avec les diodes et les triodes. Il a poursuivi avec la tétrode , qui a ajouté une grille supplémentaire qui a pris en charge l'amplification avec la croissance des éléments dans le circuit. Des pentodes , des heptodes et même des octodes ont suivi . Des thyratrons sont apparus, remplis de vapeur de mercure, brillant d'une inquiétante lumière bleue. Lampes miniatures de la taille de l'auriculaire sur le pied ou même du gland. Lampes à cathode indirecte, dans lesquelles le bourdonnement d'une source alternative n'a pas perturbé le signal. La saga du livre du tube à vide, décrivant la croissance de l'industrie des lampes jusqu'en 1930, répertorie plus de 1000 modèles différents par leur index - bien que beaucoup d'entre eux étaient des copies illégales de marques peu fiables: Ultron, Perfektron, Supertron, Voltron , etc.



La variété des applications du tube électronique était plus importante que la variété des formes. Des circuits de régénération ont transformé la triode en émetteur - créant des ondes sinusoïdales lisses et constantes, sans étincelles bruyantes, capables de transmettre parfaitement le son. Avec un cohéreur et des étincelles en 1901, Marconi pouvait à peine transmettre un petit passage de code Morse à travers une partie étroite de l'Atlantique. En 1915, en utilisant une lampe électronique comme émetteur et récepteur, AT&T pouvait transmettre une voix humaine d'Arlington, en Virginie, à Honolulu - deux fois la distance. Dans les années 1920, ils ont combiné la téléphonie sur de longues distances avec une diffusion sonore de haute qualité et ont créé les premiers réseaux radio. Ainsi, bientôt toute la nation pouvait écouter à la radio la même voix, que ce soit Roosevelt ou Hitler.

De plus, la capacité de créer des émetteurs réglés sur une fréquence précise et stable a permis aux ingénieurs des télécommunications de réaliser le rêve de longue date du multiplexage de fréquence qui a attiré Alexander Bell, Edison et les autres il y a quarante ans. En 1923, AT&T avait une ligne vocale à dix canaux de New York à Pittsburgh. La possibilité de transmettre plusieurs votes sur un seul fil de cuivre a radicalement réduit le coût des appels longue distance qui, en raison du coût élevé, n'étaient toujours disponibles que pour les personnes et les entreprises les plus riches. Voyant de quoi les lampes électroniques sont capables, AT&T a envoyé ses avocats pour acheter des droits supplémentaires à de Forest afin de garantir les droits d'utilisation de l'Audiion dans toutes les applications disponibles. Au total, ils lui ont versé 390 000 $, ce qui équivaut à 7,5 millions de dollars aujourd'hui.

Pourquoi, avec une telle polyvalence, les lampes électroniques n'ont-elles pas dominé la première génération d'ordinateurs de la même manière que dans la radio et les autres équipements de télécommunication? Evidemment, la triode pourrait être un interrupteur numérique au même titre qu'un relais. Il est tellement évident que de Forest a même cru qu'il avait créé le relais avant de le créer. Et la triode était beaucoup plus réactive que le relais électromécanique traditionnel, car elle n'avait pas à déplacer physiquement l'armature. Un relais de commutation typique nécessitait plusieurs millisecondes et le changement de flux de la cathode à l'anode dû à un changement du potentiel électrique sur le réseau était presque instantané.

Mais les lampes avaient un défaut clair avant le relais: leur tendance, par analogie avec leurs prédécesseurs, les ampoules d'éclairage, à griller. La durée de vie de l'Audion de Forest d'origine était si courte - environ 100 heures - qu'il avait un fil de rechange dans la lampe qui devait être connecté après le premier grillage. C'était très mauvais, mais même après cela, même avec des lampes de meilleure qualité, vous ne pouviez pas vous attendre à plus de temps de fonctionnement que plusieurs milliers d'heures. Pour les ordinateurs avec des milliers de lampes et des heures de calcul, c'était un problème grave.

Et les relais, au contraire, selon George Stibitz, étaient «incroyablement fiables». À tel point qu'il a affirmé que

Si un ensemble de relais en forme de U commençait son travail au cours de la première année de notre ère et commutait le contact une fois par seconde, il fonctionnerait encore jusqu'à présent. Le premier échec de contact aurait pu être prévu au plus tôt en mille ans, quelque part dans la 3000e année.

De plus, il n'y avait aucune expérience de l'utilisation de grands circuits électroniques comparables aux circuits électromécaniques des ingénieurs du téléphone. Les radios et autres équipements peuvent contenir 5 à 10 lampes, mais pas des centaines de milliers. Personne ne savait s'il serait possible de faire fonctionner un ordinateur avec 5000 lampes. En choisissant un relais au lieu de lampes, les développeurs informatiques ont fait un choix sûr et prudent.

Dans la partie suivante, nous verrons comment et pourquoi ces doutes ont été surmontés.