Dan akhirnya, relay

Di bagian akhir cerita, kami belajar bagaimana ilmuwan dan guru Amerika Joseph Henry pertama kali bepergian ke Eropa. Mengunjungi London, ia sengaja melaju ke seseorang yang sangat dihormati olehnya, ahli matematika Charles Babbage . Bersama dengan Henry adalah temannya, Alexander Bach, dan kenalan barunya, juga seorang eksperimen telegraf, Charles Wheatstone . Babbage memberi tahu para tamu bahwa ia akan mendemonstrasikan mesin hitungnya kepada seorang anggota Parlemen, tetapi dengan kesenangan yang lebih besar ia membagikan kepada mereka gagasan tentang mesin barunya, "yang secara signifikan akan melebihi kemampuan yang pertama." Henry menuliskan informasi umum tentang rencana ini dalam buku hariannya:

Mesin ini dibagi menjadi dua bagian, salah satunya Mr. B. menyebut toko, dan yang kedua - pabrik. Gudang penuh dengan roda dengan nomor yang tertera di atasnya. Secara berkala, tuas menariknya dan memindahkannya di gilingan, tempat manipulasi yang diperlukan terjadi. Pada akhirnya, mesin ini akan dapat mentabulasi formula apa pun yang bersifat aljabar.

Sejarawan tidak bisa tidak merasakan dinginnya punggungnya dari persimpangan acak dalam kehidupan manusia. Dua utas sejarah komputer melintas di sini, satu di antaranya hampir selesai, dan yang lainnya baru saja dimulai.

Memang, meskipun mesin Babbage sering disajikan sebagai awal sejarah komputer universal modern, koneksi di antara mereka agak lemah. Mobilnya (yang tidak pernah ia buat) adalah puncak dari impian komputasi mekanik. Mimpi ini, pertama kali disuarakan oleh Leibniz, terinspirasi oleh jarum jam yang semakin canggih yang diciptakan oleh pengrajin dari akhir Abad Pertengahan. Tetapi tidak ada satu pun komputer serba guna yang dibangun di atas mekanik murni - tugas ini terlalu rumit.

Tetapi relai elektromagnetik, dikandung oleh Henry dan yang lainnya, dapat dengan mudah diimplementasikan dalam sirkuit komputasi, yang kompleksitas tanpa itu tampaknya tidak terbayangkan. Namun, sampai saat ini masih ada beberapa dekade, dan perkembangan seperti itu tidak dapat diramalkan oleh Henry dan orang-orang sezamannya. Itu menjadi nenek moyang dari transistor yang tak terhitung jumlahnya yang membuat dunia digital saat ini, sangat terkait dengan kehidupan modern kita, menjadi mungkin. Relay mengisi bagian dalam komputer yang dapat diprogram awal yang memerintah untuk waktu yang singkat sampai mereka digantikan oleh kerabat elektronik murni mereka.

Relay diciptakan beberapa kali secara independen satu sama lain pada tahun 1830-an. Tujuannya beragam (lima penemunya datang dengan setidaknya tiga aplikasi) - serta contoh penggunaan. Tetapi lebih nyaman untuk menganggapnya sebagai perangkat penggunaan ganda. Ini dapat digunakan sebagai saklar yang mengontrol perangkat listrik lain (termasuk, yang terpenting, relay lainnya), atau sebagai penguat yang mengubah sinyal lemah menjadi kuat.

Beralih

Joseph Henry menggabungkan pengetahuan mendalam seseorang dalam filsafat alam, mekanika, dan minat pada masalah telegraf mekanis. Pada tahun 1830-an, serangkaian kualitas seperti itu, mungkin, hanya dengan Wheatstone. Pada 1831, ia telah membangun sirkuit sepanjang 2,5 km yang mampu menggerakkan lonceng menggunakan magnet paling kuat yang ada. Mungkin jika dia terus bekerja begitu aktif pada telegraf, dan menunjukkan ketekunan yang sama dengan yang ditunjukkan Morse, maka namanya akan tertulis di buku teks.

Namun Henry, seorang guru di Akademi Albany, dan kemudian di New Jersey College (sekarang Universitas Princeton) membangun dan meningkatkan perangkat listrik untuk penelitian, pelatihan, dan demonstrasi ilmiah. Dia tidak tertarik mengubah alat pengajaran menjadi sistem pesan.

Sekitar 1835, ia muncul dengan demonstrasi yang sangat cerdik menggunakan dua sirkuit. Ingat bahwa Henry menemukan dua dimensi dalam listrik - intensitas dan kuantitas (kami menyebutnya voltase dan arus). Dia menciptakan sirkuit dengan baterai dan magnet yang kuat untuk mentransmisikan elektromagnetisme jarak jauh, dan sirkuit dengan baterai kuantitatif dan magnet untuk menciptakan kekuatan elektromagnetik daya tinggi.

Unit barunya menggabungkan kedua properti. Sebuah elektromagnet kuantitatif yang kuat dapat mengangkat beban ratusan kilogram. Sebuah magnet yang kuat di ujung sirkuit panjang digunakan untuk mengangkat kawat logam kecil: saklar. Penutupan sirkuit yang intens menyebabkan magnet untuk mengangkat kawat, dan ini membuka saklar dan sirkuit kuantitatif. Elektromagnet kuantitatif kemudian tiba-tiba menjatuhkan muatannya dengan raungan memekakkan telinga.

Relai ini - yaitu, peran yang dimainkan oleh magnet yang kuat dan kawatnya - diperlukan untuk menunjukkan konversi energi listrik menjadi energi mekanik, serta bagaimana kekuatan kecil dapat menggerakkan yang besar. Perendaman cahaya kawat dalam asam untuk menutup sirkuit menyebabkan gerakan kecil dari saklar kecil, yang mengakibatkan bencana dalam bentuk jatuh logam, dalam jumlah yang cukup untuk menghancurkan seseorang yang cukup bodoh untuk berdiri di bawahnya. Bagi Henry, estafet adalah alat untuk menunjukkan prinsip-prinsip ilmiah. Itu adalah tuas listrik.



Henry mungkin yang pertama menghubungkan kedua sirkuit dengan cara ini - untuk mengontrol yang lain menggunakan elektromagnetisme dari satu sirkuit. Tempat kedua, sejauh yang kita tahu, adalah milik William Cook dan Charles Wheatstone, meskipun mereka menetapkan tujuan yang sama sekali berbeda.

Pada bulan Maret 1836, tak lama setelah menghadiri demonstrasi telegraf di Heidelberg yang menggunakan jarum galvanis untuk mengirimkan sinyal, Cook terinspirasi oleh kotak musik. Cook percaya bahwa penggunaan jarum yang menunjukkan huruf dalam telegraf sungguhan akan membutuhkan beberapa jarum, dan bagi mereka beberapa kontur akan dibutuhkan. Cook, di sisi lain, menginginkan elektromagnet untuk mengaktifkan mekanisme yang sudah bisa rumit dalam menunjukkan surat yang diinginkan.

Dia membayangkan sebuah mobil menyerupai kotak musik, dengan sebuah tong yang dikelilingi oleh banyak pin. Di satu sisi laras harus ada dial dengan huruf. Di setiap ujung garis telegraf harus ada kotak seperti itu. Pegas yang miring harus membuat laras berputar, tetapi sebagian besar waktu itu akan dikunci oleh stopper. Ketika Anda menekan tombol telegraf, sirkuit ditutup, yang mengaktifkan elektromagnet yang membuka kedua kunci, dan kedua mesin berputar. Ketika huruf yang diinginkan ditampilkan pada skala, kunci dilepaskan, kunci terkunci pada tempatnya dan menghentikan pergerakan barel. Cook, yang tidak mengetahui dirinya sendiri, menciptakan kembali model kronometrik telegraf Ronald, ditemukan dua dekade lalu, dan eksperimen awal Schapp bersaudara dengan telegraf (hanya mereka menggunakan suara, bukan listrik, untuk menyinkronkan skala).

Cook menyadari bahwa mekanisme yang sama dapat membantu memecahkan masalah telegraf lama - memberi tahu pihak penerima pesan baru. Untuk melakukan ini, Anda dapat menggunakan sirkuit kedua dengan elektromagnet lain, yang akan mengaktifkan bel mekanik. Menutup sirkuit akan menarik sumbat dan bel berbunyi.

Pada bulan Maret 1837, Cook mulai bekerja sama dengan Wheatstone pada telegraf, dan sekitar waktu ini mereka memikirkan perlunya sirkuit kedua. Alih-alih mengatur sirkuit independen untuk sinyal peringatan (dan membentang kilometer kabel tambahan), tidakkah akan lebih mudah menggunakan sirkuit utama untuk mengontrol sinyal?



Pada saat itu, Cook dan Wheatstone telah kembali ke desain jarum, dan jelas bahwa sepotong kecil kawat dapat dihubungkan ke jarum sehingga ketika ujungnya tertarik oleh elektromagnet, ekornya akan menutup loop kedua. Sirkuit ini akan menggerakkan sinyal. Setelah selang waktu tertentu, di mana penerima pesan dapat memiliki waktu untuk bangun, mematikan sinyal dan menyiapkan pensil dan kertas, jarum sudah dapat digunakan untuk mengirimkan pesan dalam mode normal.

Selama dua tahun di dua benua, dua kali, dengan dua tujuan berbeda, orang menyadari bahwa elektromagnet dapat digunakan sebagai saklar untuk mengendalikan sirkuit lain. Tetapi orang dapat membayangkan cara interaksi yang sangat berbeda antara kedua sirkuit.

Amplifier

Pada musim gugur 1837, Samuel Morse yakin bahwa idenya tentang telegraf listrik dapat berfungsi. Dengan menggunakan baterai dan magnet Henry yang kuat, ia mengirim pesan setengah kilometer jauhnya. Tetapi untuk membuktikan kepada Kongres kemungkinan pengiriman pesan melalui telegraf di seluruh benua, dia membutuhkan lebih banyak. Jelas bahwa terlepas dari daya baterai, di beberapa titik sirkuit akan menjadi terlalu lama untuk mengirimkan sinyal yang dapat dibaca ke ujung lainnya. Tetapi Morse menyadari bahwa, walaupun kekuatannya menurun dengan jarak yang jauh, elektromagnet dapat membuka dan menutup sirkuit lain yang ditenagai oleh baterainya sendiri, yang pada gilirannya dapat mengirimkan sinyal lebih jauh. Proses ini dapat diulang sebanyak yang Anda suka dan mencakup jarak berapa pun panjangnya. Oleh karena itu, magnet perantara ini disebut "relay" - sebagai pos untuk mengganti kuda. Mereka menerima pesan listrik dari mitra yang melemah dan membawanya lebih jauh dengan semangat baru.

Tidak mungkin untuk menetapkan apakah ide ini diilhami oleh karya Henry, tetapi Morse jelas yang pertama menggunakan relay untuk tujuan seperti itu. Baginya, relay bukanlah saklar, tetapi amplifier yang mampu mengubah sinyal lemah menjadi kuat.



Di sisi lain Atlantik, pada waktu yang hampir bersamaan, Edward Davy , seorang apoteker London, datang dengan ide serupa. Dia mungkin menjadi tertarik pada telegraf sekitar tahun 1835. Pada awal 1837, ia secara teratur melakukan percobaan dengan sirkuit 1,5 km di Regent's Park di London barat laut.

Tak lama setelah pertemuan antara Cook dan Wheatstone pada bulan Maret 1837, Davy merasakan persaingan dan mulai berpikir lebih serius tentang membangun sistem praktis. Dia memperhatikan bahwa gaya defleksi jarum galvanik menurun tajam seiring bertambahnya panjang kawat. Seperti yang ia tulis bertahun-tahun kemudian:

Kemudian saya berpikir bahwa sedikit pun gerakan jarum pada ketebalan rambut akan cukup untuk menyentuh dua permukaan logam, menutup sirkuit baru, tergantung pada baterai lokal; dan bisa diulang selamanya.

Davy menyebut gagasan ini untuk mengubah sinyal listrik yang lemah menjadi "pembaru listrik" yang kuat. Tapi dia gagal menyadari ini atau ide lain tentang telegraf. Dia menerima paten telegraf pada tahun 1838, terlepas dari Cook dan Wheatstone. Tetapi pada tahun 1839 ia berlayar ke Australia, melarikan diri dari pernikahan yang tidak bahagia, dan meninggalkan bidang kegiatan untuk para pesaing. Perusahaan telegraf mereka membeli paten ini beberapa tahun kemudian.

Relay di dunia

Dalam sejarah teknologi, kami menaruh banyak perhatian pada sistem, tetapi seringkali mengabaikan komponennya. Kami menyimpan sejarah telegraf, telepon, lampu listrik, memandikan pencipta mereka dalam sinar hangat dari persetujuan kami. Tetapi sistem ini hanya bisa muncul karena kombinasi, rekombinasi, dan modifikasi elemen yang ada yang diam-diam tumbuh di tempat teduh.

Relay adalah salah satu elemen tersebut. Dengan cepat berevolusi dan mendapatkan variasi ketika jaringan telegraf mulai tumbuh dengan cepat di tahun 1840-an dan 1850-an. Selama abad berikutnya, ia muncul dalam berbagai macam sistem kelistrikan. Modifikasi paling awal adalah penggunaan jangkar logam yang kaku, seperti pada sinyal telegraf, untuk menutup sirkuit. Setelah mematikan elektromagnet, jangkar diputuskan dari sirkuit menggunakan pegas. Mekanisme seperti itu lebih dapat diandalkan dan tahan lama daripada potongan kawat atau jarum. Model-model yang ditutup secara default juga dikembangkan, di samping desain aslinya, yang dibuka secara default.


Estafet khas akhir abad ke-19. Pegas T menjaga armature B dari kontak kontak C. Ketika elektromagnet M diaktifkan, itu mengatasi pegas dan menutup sirkuit antara kawat W dan kontak C.

Pada tahun-tahun awal telegraf, relay jarang digunakan sebagai amplifier atau "upgraders," karena satu sirkuit dapat membentang sejauh 150 km. Tetapi mereka sangat berguna untuk menggabungkan jalur panjang arus rendah dengan jalur tegangan tinggi lokal, yang dapat digunakan untuk memberi daya pada mesin lain, misalnya, perekam Morse.

Lusinan paten di AS di bagian kedua abad ke-19 menggambarkan jenis relay baru dan aplikasi baru mereka. Relai diferensial, yang membagi koil sehingga efek elektromagnetik dikompensasi dalam satu arah dan diperkuat di yang lain, memungkinkan untuk menggunakan komunikasi telegraf dupleks: dua sinyal bergerak dalam arah yang berlawanan pada kabel yang sama. Thomas Edison menggunakan relay terpolarisasi (atau polar) untuk membuat quadruplex yang mampu mengirim 4 sinyal secara bersamaan pada satu kabel: dua di setiap arah. Dalam estafet terpolarisasi, armature itu sendiri adalah magnet permanen yang merespons ke arah arus, dan bukan pada gaya. Berkat magnet permanen, dimungkinkan untuk membuat relay dengan switching kontak, yang setelah switching tetap terbuka atau tertutup.


Relay terpolarisasi

Relay, selain telegraf, mulai digunakan dalam sistem sinyal kereta api. Dengan munculnya jaringan listrik, relay mulai digunakan dalam sistem ini, terutama sebagai perangkat perlindungan.

Tetapi bahkan jaringan yang panjang dan rumit ini tidak membutuhkan lebih banyak relay daripada yang dapat mereka sediakan. Telegraf dan kereta api memasuki kota mana pun, tetapi tidak ada bangunan. Mereka memiliki puluhan ribu titik akhir, tetapi tidak jutaan. Sistem tenaga tidak peduli di mana mereka berakhir - mereka hanya memberikan arus ke sirkuit lokal, dan setiap rumah dan perusahaan dapat mengambilnya sendiri sesuai kebutuhan.

Telephony adalah masalah yang sangat berbeda. Telepon perlu membuat koneksi dari titik ke titik, dari rumah dan kantor ke yang lain, dan karena itu mereka membutuhkan sirkuit kontrol skala yang belum pernah terjadi sebelumnya. Suara manusia, yang bergerak dalam bentuk getaran di sepanjang kabel, adalah sinyal yang kaya tetapi lemah. Oleh karena itu, telepon jarak jauh membutuhkan amplifier dengan kualitas yang lebih baik. Ternyata sakelar dapat bekerja dengan amplifier seperti itu. Sekarang jaringan telepon, lebih dari sistem lainnya, mengendalikan evolusi sakelar.

Apa yang harus dibaca

• James B. Calvert, "The Electromagnetic Telegraph"
• Franklin Leonard Pope, "Praktik Modern Telegraf Listrik" (1891)