Relay History: Era Elektronik

Terakhir kali kita melihat bagaimana generasi pertama komputer digital dibangun berdasarkan generasi pertama saklar listrik otomatis - relay elektromagnetik. Tetapi pada saat komputer ini dibuat, switch digital lain sedang menunggu untuk rilis di belakang panggung. Relai adalah perangkat elektromagnetik (yang menggunakan listrik untuk mengendalikan sakelar mekanis), dan kelas sakelar digital yang baru adalah elektronik - berdasarkan pada pengetahuan baru tentang elektron yang muncul pada awal abad ke-20. Ilmu pengetahuan ini menunjukkan bahwa pembawa gaya listrik bukanlah arus, bukan gelombang, bukan medan - tetapi partikel padat.

Perangkat yang menelurkan era elektronik, berdasarkan pada fisika baru ini, dikenal sebagai "tabung elektron" [di AS - tabung hampa udara, atau "tabung hampa udara"]. Dalam sejarah penciptaannya, dua orang berpartisipasi: orang Inggris Ambrose Fleming dan orang Amerika Lee de Forest . Bahkan, asal usul elektronik lebih kompleks, itu dipelintir dari berbagai benang yang melintasi Eropa dan Atlantik, dan membentang kembali ke masa lalu, hingga percobaan awal dengan bank Leiden di pertengahan abad XVIII.

Tetapi sebagai bagian dari presentasi kami, akan lebih mudah untuk meliput (pun!) Kisah ini, dimulai dengan Thomas Edison. Edison membuat penemuan yang menarik pada tahun 1880-an dengan mengerjakan penerangan listrik - penemuan ini mempersiapkan adegan untuk kisah kita. Ini mengarah pada pengembangan lebih lanjut dari tabung elektronik, yang diperlukan untuk dua sistem teknologi: bentuk baru pesan nirkabel dan jaringan telepon yang terus berkembang.

Prolog: Edison

Edison biasanya dianggap sebagai penemu bola lampu. Ini sekaligus membuatnya merasa terlalu banyak dan terlalu sedikit kehormatan. Terlalu banyak, karena bukan hanya Edison yang datang dengan lampu bercahaya. Selain kerumunan penemu yang mendahuluinya, yang kreasinya tidak mencapai penggunaan komersial, kita dapat menyebutkan Joseph Swan dan Charles Stern dari Inggris dan Amerika William Sawyer, yang memperkenalkan bola lampu ke pasar bersamaan dengan Edison. [ Kehormatan dari penemuan ini juga milik penemu Rusia Lodygin Alexander Nikolaevich . Lodygin adalah orang pertama yang menebak memompa udara keluar dari bola lampu kaca, dan kemudian ia menyarankan membuat benang pijar bukan dari batu bara atau serat hangus, tetapi dari tungsten tahan api. perev. ] Semua lampu terdiri dari bola kaca disegel di dalamnya tempat benang resistif berada. Ketika lampu dinyalakan di sirkuit, panas yang dihasilkan karena resistensi dari benang terhadap arus membuatnya menyala. Udara dipompa keluar dari bohlam sehingga benang tidak terbakar. Lampu listrik sudah dikenal di kota-kota besar dalam bentuk lampu busur yang digunakan untuk menerangi tempat-tempat umum yang besar. Semua penemu ini mencari cara untuk mengurangi jumlah cahaya dengan mengambil partikel terang dari busur yang menyala, cukup kecil untuk digunakan di rumah untuk mengganti lampu gas, dan membuat sumber cahaya lebih aman, bersih dan lebih cerah.

Dan apa yang benar-benar Edison lakukan - atau lebih tepatnya, menciptakan laboratorium industrinya - tidak hanya menciptakan sumber cahaya. Mereka membangun seluruh sistem listrik untuk penerangan rumah - generator, kabel untuk mentransmisikan arus, transformator, dll. Dari semua ini, bola lampu hanya komponen yang paling jelas dan terlihat. Kehadiran nama Edison di perusahaan-perusahaan penghasil listriknya tidak mudah berlutut di hadapan penemu hebat, seperti halnya dengan Bell Telephone. Edison terbukti tidak hanya sebagai penemu, tetapi juga seorang arsitek sistem. Laboratoriumnya terus meningkatkan berbagai komponen penerangan listrik bahkan setelah kesuksesan awal mereka.


Salinan lampu-lampu awal Edison

Dalam perjalanan penelitian, di suatu tempat pada tahun 1883, Edison (dan mungkin salah satu karyawannya) memutuskan untuk melampirkan pelat logam dengan benang di dalam lampu bercahaya. Alasan tindakan ini tidak jelas. Mungkin ini adalah upaya untuk menghilangkan kegelapan lampu - bagian dalam gelas bohlam mengakumulasi zat gelap misterius dari waktu ke waktu. Insinyur itu rupanya berharap bahwa partikel-partikel hitam ini akan tertarik ke pelat berenergi. Yang mengejutkan, ia menemukan bahwa ketika pelat dimasukkan dalam sirkuit bersama dengan ujung positif filamen, arus yang mengalir melalui filamen berbanding lurus dengan intensitas cahaya filamen. Saat menghubungkan pelat ke ujung negatif benang, tidak ada yang seperti itu yang diamati.

Edison memutuskan bahwa efek ini, yang kemudian disebut efek Edison atau emisi termionik , dapat digunakan untuk mengukur atau bahkan mengendalikan "gaya gerak listrik", atau tegangan, dalam sistem kelistrikan. Karena kebiasaan, ia mengajukan permohonan paten untuk "indikator listrik" ini, dan kemudian kembali ke tugas yang lebih penting.

Tanpa kabel

Maju cepat hingga 20 tahun ke depan, pada tahun 1904. Pada saat ini di Inggris, John Ambrose Fleming mengerjakan instruksi dari Perusahaan Marconi untuk memperbaiki penerima gelombang radio.

Penting untuk memahami apa radio itu dan tidak pada waktu itu, baik dari sudut pandang instrumen dan dari sudut pandang praktik. Radio bahkan tidak disebut "radio" saat itu, itu disebut "nirkabel", nirkabel. Istilah "radio" mulai berlaku hanya pada tahun 1910-an. Secara khusus, itu adalah telegraf nirkabel - sistem untuk mentransmisikan sinyal dalam bentuk titik dan garis dari pengirim ke penerima. Aplikasi utamanya adalah hubungan antara kapal dan layanan pelabuhan, dan dalam hal ini ia tertarik pada departemen kelautan di seluruh dunia.

Beberapa penemu waktu itu, khususnya Reginald Fessenden , bereksperimen dengan gagasan pesan suara yang mentransmisikan telepon radio melalui udara dalam bentuk gelombang kontinu. Tetapi penyiaran dalam arti modern muncul hanya 15 tahun setelah ini: transmisi berita, cerita, musik dan program lain untuk penerimaan oleh khalayak luas. Sampai saat itu, sifat omnidirectional dari sinyal radio dilihat sebagai masalah yang perlu dipecahkan, dan bukan sebagai fitur yang dapat digunakan.

Peralatan radio yang ada pada saat itu disesuaikan dengan baik untuk bekerja dengan kode Morse dan buruk untuk yang lainnya. Pemancar menciptakan gelombang Hertz, mengirimkan percikan melalui celah di sirkuit. Karena itu, sinyalnya diiringi dengan retakan statis.

Penerima mengenali sinyal ini melalui coherer: pengarsipan logam dalam tabung gelas, yang disatukan oleh aksi gelombang radio menjadi massa kontinu, dan dengan demikian menutup sirkuit. Maka perlu untuk mengetuk kaca sehingga serbuk gergaji pecah dan penerima siap untuk sinyal berikutnya - pada awalnya dilakukan secara manual, tetapi segera perangkat otomatis muncul untuk ini.

Pada tahun 1905, detektor kristal , juga dikenal sebagai kumis kucing, baru saja mulai muncul. Ternyata hanya menyentuh kawat dengan kristal tertentu, misalnya, silikon, besi pirit atau galena , itu mungkin untuk merebut sinyal radio dari udara. Receiver yang dihasilkan murah, kompak, dan terjangkau untuk semua orang. Mereka merangsang perkembangan radio amatir, terutama di kalangan anak muda. Lonjakan tiba-tiba dalam pekerjaan airtime yang dihasilkan dari ini menyebabkan masalah karena fakta bahwa radio dibagi di antara semua pengguna. Percakapan yang tidak bersalah dari para amatir secara tidak sengaja dapat bersinggungan dengan negosiasi morphlot, dan beberapa hooligan bahkan berhasil memberikan perintah palsu dan mengirim sinyal untuk bantuan. Negara pasti harus turun tangan. Seperti yang ditulis Ambrose Fleming sendiri, penampilan detektor kristal

segera menyebabkan lonjakan telegrafi nirkabel yang tidak bertanggung jawab karena banyaknya peminat listrik dan mahasiswa, yang membutuhkan intervensi keras dari otoritas nasional dan internasional untuk menjaga apa yang terjadi dengan cara yang masuk akal dan aman.

Dari sifat-sifat listrik yang tidak biasa dari kristal-kristal ini, generasi ketiga dari sakelar digital akan muncul pada waktunya, diikuti oleh relai dan lampu - sakelar yang mendominasi dunia kita. Tapi semuanya punya waktu. Kami menggambarkan adegan itu, sekarang kami akan mengembalikan semua perhatian kepada aktor yang baru saja muncul dalam sorotan: Ambrose Fleming, Inggris, 1904.

Katup

Pada tahun 1904, Fleming adalah seorang profesor teknik listrik di University College London, dan seorang konsultan untuk Perusahaan Marconi. Awalnya, perusahaan menyewanya untuk mendapatkan pendapat ahli tentang pembangunan pembangkit listrik, tetapi kemudian dia mengambil tugas memperbaiki penerima.


Fleming pada tahun 1890

Semua orang tahu bahwa coherer adalah penerima yang buruk dalam hal sensitivitas, dan detektor magnetik yang dikembangkan oleh Macroni tidak terlalu baik. Untuk mencari penggantinya, Fleming pertama-tama memutuskan untuk membangun sirkuit sensitif untuk mendeteksi gelombang Hertz. Perangkat seperti itu, bahkan tanpa menjadi detektor itu sendiri, akan berguna dalam penelitian di masa depan.

Untuk melakukan ini, ia perlu menemukan cara untuk terus-menerus mengukur kekuatan arus yang diciptakan oleh gelombang yang masuk, alih-alih menggunakan coherer diskrit (ia hanya menunjukkan keadaan aktif - di mana serbuk gergaji saling menempel, atau mati). Tetapi perangkat yang dikenal untuk mengukur kekuatan arus - galvanometer - membutuhkan arus konstan, yaitu, searah untuk operasi. Arus bolak-balik yang ditimbulkan oleh gelombang radio berubah arah begitu cepat sehingga pengukuran tidak mungkin dilakukan.

Fleming ingat bahwa beberapa hal menarik sedang mengumpulkan debu di lemarinya - lampu indikator Edison. Pada tahun 1880-an, ia adalah seorang konsultan untuk Edison Electric Lighting Company di London, dan bekerja pada masalah lampu yang menghitam. Pada saat itu, ia menerima beberapa salinan indikator, mungkin dari William Price, kepala insinyur listrik untuk Layanan Pos Inggris, yang baru saja kembali dari pameran kelistrikan di Philadelphia. Di luar Amerika Serikat, kontrol atas telegraf dan telepon adalah hal biasa bagi layanan pos di luar AS, sehingga mereka adalah pusat keahlian kelistrikan.

Kemudian, pada tahun 1890-an, Fleming sendiri mempelajari efek Edison menggunakan lampu yang diperoleh dari Price. Dia menunjukkan bahwa efeknya adalah bahwa arus mengalir dalam satu arah: potensial listrik negatif dapat mengalir dari filamen panas ke elektroda dingin, tetapi tidak sebaliknya. Tetapi hanya pada tahun 1904, ketika dia menghadapi tugas mendeteksi gelombang radio, dia menyadari bahwa fakta ini dapat digunakan dalam praktik. Indikator Edison akan memungkinkan hanya pulsa AC yang diarahkan dalam satu arah untuk menjembatani celah antara ulir dan pelat, yang akan memberikan aliran konstan dan searah.

Fleming mengambil satu lampu, menghubungkannya secara seri dengan galvanometer, dan menyalakan pemancar percikan. Voila - cermin berputar, dan sinar cahaya bergerak pada skala. Itu berhasil. Dia bisa secara akurat mengukur sinyal radio yang masuk.


Prototipe katup fleming. Anoda berada di tengah-tengah loop filamen (katoda panas)

Fleming menyebut penemuannya sebagai "katup" karena memungkinkan listrik hanya melewati satu cara. Dalam bahasa elektroteknik yang lebih umum, itu adalah penyearah - cara mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Kemudian disebut dioda, karena memiliki dua elektroda - katoda panas (filamen) yang memancarkan listrik, dan anoda dingin (piring) yang menerimanya. Fleming memperkenalkan beberapa perbaikan pada desain, tetapi pada kenyataannya perangkat tidak berbeda dari lampu indikator yang dibuat oleh Edison. Transisi ke kualitas baru terjadi sebagai akibat dari perubahan cara berpikir - kita telah melihat fenomena ini berkali-kali. Perubahan terjadi di dunia gagasan di kepala Fleming, dan bukan di dunia benda di luarnya.

Katup Fleming sendiri sangat membantu. Itu adalah perangkat lapangan terbaik untuk mengukur sinyal radio, dan detektor yang baik. Tapi dia tidak mengguncang dunia. Pertumbuhan eksplosif elektronik dimulai hanya setelah Lee de Forest menambahkan elektroda ketiga dan mengubah katup menjadi relay.

Mendengarkan

Lee de Forest memiliki pengasuhan yang tidak biasa bagi seorang siswa dari Yale. Ayahnya, Pendeta Henry de Forest, adalah seorang veteran Perang Sipil dari New York, pendeta gereja jemaat , dan sangat percaya bahwa, sebagai pengkhotbah, ia harus menyebarkan cahaya pengetahuan dan keadilan ilahi. Mematuhi panggilan tugas, ia menerima undangan untuk menjadi presiden Talladeg College di Alabama. Perguruan tinggi ini didirikan setelah Perang Saudara oleh American Missionary Association, yang berbasis di New York. Itu dimaksudkan untuk pelatihan dan instruksi penduduk kulit hitam setempat. Di sana, Lee merasa di antara batu dan tempat yang keras - orang kulit hitam setempat mempermalukannya karena kenaifan dan pengecut, dan orang kulit putih setempat karena dia orang Yankee .

Namun demikian, sebagai pemuda de Forest, ia mengembangkan kepercayaan diri yang kuat. Dia menemukan kecenderungan untuk mekanik dan penemuan - model lokomotif skala besar menjadi keajaiban lokal. Sebagai seorang remaja, belajar di Talladega, ia memutuskan untuk mengabdikan hidupnya untuk penemuan. Kemudian, sebagai seorang pemuda yang tinggal di kota New Haven, putra pendeta membuang kepercayaan agamanya yang terakhir. Mereka berangsur-angsur pergi karena berkenalan dengan Darwinisme, dan kemudian mereka terpesona seperti angin setelah ayahnya meninggal. Tetapi perasaan memiliki tujuan tidak meninggalkan de Forest - ia menganggap dirinya seorang jenius dan berusaha untuk menjadi Nikola Tesla kedua, seorang penyihir kaya, terkenal dan misterius dari era listrik. Teman-teman sekelasnya dari Universitas Yale menganggapnya sebagai lonceng kosong yang sombong. Mungkin dia bisa disebut sebagai orang yang paling tidak populer dari semua yang kita temui dalam sejarah kita.


de Forest, sekitar tahun 1900

Setelah menyelesaikan studinya di Universitas Yale pada tahun 1899, de Forest memilih pengembangan seni transmisi sinyal nirkabel yang sedang berkembang sebagai jalan menuju kekayaan dan ketenaran. Dalam dekade-dekade berikutnya, ia menyerbu jalan ini dengan tekad dan keyakinan yang besar, dan tanpa ragu-ragu. Semuanya dimulai dengan kolaborasi de Forest dan rekannya Ed Smythe di Chicago. Smythe membuat perusahaan mereka bertahan melalui pembayaran reguler, dan bersama-sama mereka mengembangkan detektor gelombang radio mereka sendiri, yang terdiri dari dua pelat logam yang dihubungkan dengan lem, yang oleh de Forest disebut "paste" [goo]. Tapi de Forest tidak bisa menunggu lama untuk penghargaan untuk kejeniusannya. Dia menyingkirkan Smythe dan berkolaborasi dengan seorang pemodal New York yang ragu bernama Abraham White [ ironisnya mengubah namanya dari kelahirannya, Schwartz, untuk menyembunyikan perbuatan kelamnya. Putih / Putih - (Inggris) putih; Schwarz - (Jerman) hitam / kira-kira. perev. ] dengan membuka Perusahaan Telegraf Nirkabel De Forest.

Aktivitas perusahaan itu sendiri adalah yang kedua dari kedua pahlawan kita. Putih menggunakan ketidaktahuan orang untuk mengisi kantong mereka. Dia memikat jutaan investor yang berjuang untuk mengikuti boom radio yang diharapkan. Dan de Forest, berkat aliran dana yang melimpah dari "pengisap" ini, berkonsentrasi untuk membuktikan kejeniusannya melalui pengembangan sistem Amerika baru untuk transmisi informasi nirkabel (berbeda dengan sistem Eropa yang dikembangkan oleh Marconi dan yang lainnya).

Sayangnya untuk sistem Amerika, detektor de Forest tidak bekerja dengan baik. Untuk beberapa waktu, ia memecahkan masalah ini dengan meminjam desain yang dipatenkan Reginald Fessenden untuk detektor yang disebut "barter cair" - dua kabel platinum yang direndam dalam rendaman asam sulfat. Fessenden mengajukan gugatan atas pelanggaran paten - dan dia jelas akan memenangkan gugatan ini. De Forest tidak bisa tenang sampai dia menemukan detektor baru yang hanya miliknya. Pada musim gugur 1906, ia mengumumkan pembuatan detektor semacam itu. Pada dua pertemuan berbeda di Institut Teknik Listrik Amerika, de Forest menggambarkan detektor nirkabel barunya, yang disebutnya Audio. Tapi asalnya yang asli diragukan.

Untuk beberapa waktu, upaya de Forest untuk membangun detektor baru berputar di sekitar jalur arus melalui nyala api pembakar Bunsen , yang, menurut pendapatnya, bisa menjadi konduktor asimetris. Gagasan itu, tampaknya, tidak berhasil. Pada suatu titik di tahun 1905 ia mengetahui tentang katup Fleming. De Forest mendapat ide bahwa katup ini dan perangkat berbasis burner pada dasarnya sama - jika Anda mengganti benang panas dengan api dan menutupinya dengan bola kaca untuk membatasi gas, Anda mendapatkan katup yang sama. Dia mengembangkan serangkaian paten yang mengulangi sejarah penemuan sebelum Fleming valve menggunakan detektor api gas. Jelas, ia ingin mengambil prioritas dalam penemuan ini, melewati paten Fleming, karena bekerja dengan pembakar Bunsen didahului oleh pekerjaan Fleming (mereka telah berlangsung sejak 1900).

Tidak mungkin untuk mengatakan apakah itu penipuan diri sendiri atau penipuan, tetapi hasilnya adalah de Forest paten Agustus 1906 untuk "kapal kaca yang habis mengandung dua elektroda terpisah, di antaranya ada media gas, yang dengan pemanasan yang cukup menjadi konduktor dan membentuk elemen sensitif." Peralatan dan fungsi perangkat dimiliki oleh Fleming, dan de Forest adalah penjelasan karyanya. De Forest akibatnya kehilangan sengketa paten, meskipun butuh sepuluh tahun.

Seorang pembaca yang bersemangat mungkin sudah menjadi tertarik pada mengapa kita menghabiskan begitu banyak waktu untuk orang ini, yang jenius yang menyatakan diri terdiri dari meneruskan gagasan orang lain seperti kita? Alasannya adalah transformasi yang telah dialami Audi dalam beberapa bulan terakhir tahun 1906.

Pada saat itu, de Forest tidak punya pekerjaan. White dan mitranya lolos dari tanggung jawab sehubungan dengan gugatan Fessenden dengan menciptakan perusahaan baru, United Wireless, dan meminjamkan asetnya ke American De Forest sebesar $ 1. De Forest dikeluarkan dengan kompensasi $ 1.000 dan beberapa paten tidak berguna di tangannya, termasuk paten untuk Audi. Terbiasa dengan gaya hidup yang boros, ia menghadapi kesulitan keuangan yang serius dan dengan putus asa berusaha mengubah Audiion menjadi sukses besar.

Untuk memahami apa yang terjadi selanjutnya, penting untuk mengetahui bahwa de Forest mengira ia telah menemukan relay - berbeda dengan rectifier Fleming. Dia membuat Audio-nya dengan menghubungkan baterai ke pelat dingin katup, dan percaya bahwa sinyal di sirkuit antena (terhubung ke thread panas) memodulasi arus yang lebih kuat di sirkuit baterai. Dia salah: ini bukan dua skema, baterai hanya bias sinyal dari antena, dan tidak memperkuatnya.

Tetapi kesalahan ini menjadi kritis karena itu menyebabkan de Forest bereksperimen dengan elektroda ketiga di dalam labu, yang seharusnya memisahkan kedua sirkuit dari "relay" ini. Pada awalnya ia menambahkan elektroda dingin kedua di sebelah yang pertama, tetapi kemudian, mungkin di bawah pengaruh mekanisme pengendalian yang digunakan oleh fisikawan untuk mengarahkan ulang sinar pada perangkat berkas elektron, ia memindahkan elektroda ke tempatnya antara filamen dan pelat primer. Dia memutuskan bahwa situasi seperti itu dapat mengganggu aliran listrik, dan mengubah bentuk elektroda ketiga dari pelat menjadi kawat bergelombang, menyerupai rashper - dan menyebutnya "grid".


Audi triode 1908. Thread (sobek) di sebelah kiri adalah katoda, kawat bergelombang adalah grid, pelat logam bundar adalah anoda. Itu masih memiliki utas, seperti bola lampu biasa.

Dan itu benar-benar estafet. Arus lemah (seperti yang diperoleh oleh antena radio) yang diterapkan ke jaringan dapat mengendalikan arus yang jauh lebih kuat antara filamen dan pelat, memukul mundur partikel bermuatan yang mencoba menyeberang di antara mereka. Detektor ini bekerja jauh lebih baik daripada katup, karena tidak hanya diluruskan, tetapi juga memperkuat sinyal radio. Dan, seperti katup (dan tidak seperti coherer), itu dapat memberikan sinyal konstan, yang memungkinkan untuk membuat tidak hanya telegraf nirkabel, tetapi juga telepon radio (dan kemudian transmisi suara dan musik).

Dalam praktiknya, itu tidak bekerja dengan baik. Audiensi De Forest adalah pemilih, cepat terbakar, produksi mereka tidak memiliki kualitas yang konsisten, dan sebagai penguat mereka tidak efektif. Agar Audio tertentu dapat bekerja dengan benar, perlu untuk menyesuaikan parameter listrik dari sirkuit untuk itu.

Namun, de Forest percaya pada penemuannya. Untuk mempromosikannya, ia mendirikan perusahaan baru, Perusahaan Telepon Radio De Forest, tetapi penjualannya masih sedikit. Keberhasilan terbesar adalah penjualan peralatan ke armada untuk telepon di dalam armada selama penjelajahan Armada Putih Hebat ". , , , . , , , , . .

. , , , .

Jaringan komunikasi jarak jauh adalah sistem saraf pusat AT&T. Dia mengikat banyak perusahaan lokal dan memberikan keunggulan kompetitif utama atas berakhirnya paten Bell. Dengan bergabung dengan jaringan AT&T, klien baru bisa, secara teoritis, menjangkau semua pelanggan lain yang jauhnya ribuan kilometer, meskipun dalam kenyataannya mereka jarang melakukan panggilan jarak jauh. Juga, jaringan adalah dasar material untuk ideologi komprehensif perusahaan "Satu kebijakan, satu sistem, layanan universal".

Tetapi dengan awal dekade kedua abad kedua puluh, jaringan ini mencapai maksimum fisik. Semakin jauh kabel telepon pergi, semakin lemah dan ribut sinyal yang melewati mereka menjadi, dan akibatnya, bicara menjadi hampir tidak bisa dibedakan. Karena itu, di AS sebenarnya ada dua jaringan AT&T yang dipisahkan oleh punggungan benua.

Untuk jaringan timur, New York adalah pasak, dan repeater dan gulungan kumparan Pupin adalah tali yang menentukan seberapa jauh suara manusia dapat menjangkau. Tetapi teknologi ini tidak mahakuasa. Kumparan mengubah sifat listrik dari rangkaian telepon, mengurangi pelemahan frekuensi suara - tetapi mereka hanya bisa menguranginya, dan tidak menghilangkannya. Pengulang mekanis (hanya pengeras suara telepon yang terhubung ke mikrofon yang menguatkan) menambahkan suara dengan setiap pengulangan. Garis 1911 dari New York ke Denver membawa tali ini ke panjang maksimal. Akan meregangkan jaringan ke seluruh benua, dan tidak ada pertanyaan. Namun, pada tahun 1909, John Carty, chief engineer AT&T, secara terbuka berjanji untuk melakukan hal itu. Dia berjanji untuk melakukan ini dalam lima tahun - pada saat Pameran Internasional Panama-Pasifik di San Francisco dimulai pada tahun 1915.

Orang pertama yang berhasil membuat perusahaan semacam itu mungkin dengan bantuan penguat telepon baru bukanlah orang Amerika, tetapi pewaris keluarga kaya Wina yang tertarik pada sains. Sebagai seorang pemuda, Robert von Lieben, dengan bantuan orang tuanya, membeli sebuah perusahaan produksi telepon dan mulai membuat amplifier untuk panggilan telepon. Pada tahun 1906, ia membuat relay berdasarkan tabung sinar katoda, yang pada saat itu digunakan secara universal dalam eksperimen fisik (dan kemudian menjadi dasar untuk teknologi layar video yang mendominasi pada abad ke-20). Sinyal input yang lemah dikendalikan oleh elektromagnet, menekuk balok, memodulasi arus yang lebih kuat di sirkuit utama.

Pada 1910, von Lieben dan rekan-rekannya, Eugene Raise dan Sigmund Strauss, telah belajar tentang Audion de Forest dan mengganti magnet di dalam tabung dengan kisi yang mengendalikan sinar katoda - desain ini adalah yang paling efektif dan melampaui semua perkembangan yang dibuat pada waktu itu di AS. Jaringan telepon Jerman segera mengadopsi penguat von Lieben. Pada tahun 1914, berkat dia, komandan tentara Prusia Timur dapat membuat panggilan telepon yang gelisah ke markas besar Jerman, yang terletak 1000 kilometer darinya, di Koblenz. Ini memaksa kepala staf untuk mengirim para jendral Hindenberg dan Ludendorff ke timur, untuk kemuliaan abadi dan dengan konsekuensi besar. Amplifier yang sama kemudian menghubungkan markas besar Jerman dengan pasukan lapangan di selatan dan timur hingga Makedonia dan Rumania.


Salinan relai katoda-balok canggih von Lieben. Katoda di bawah, anoda adalah kumparan di bagian atas, dan kisi-kisi adalah foil logam bundar di tengah.

Namun, kendala bahasa dan geografis, serta perang, mengarah pada kenyataan bahwa desain seperti itu tidak mencapai Amerika Serikat, dan segera itu sudah di depan peristiwa lainnya.

Sementara itu, de Forest meninggalkan Perusahaan Telepon Radio yang melengkung pada tahun 1911 dan melarikan diri ke California. Di sana ia mendapat pekerjaan di Perusahaan Telegraf Federal di Palo Alto, yang didirikan oleh lulusan Stanford, Cyril Elwell . Secara nominal, de Forest seharusnya bekerja pada amplifier yang meningkatkan volume sinyal keluaran radio federal. Bahkan, dia, Herbert van Ettan (insinyur telepon berpengalaman) dan Charles Logwood (perancang penerima) menyiapkan penguat telepon untuk memberi mereka bertiga hadiah dari AT&T, yang dikabarkan bernilai $ 1 juta.

Untuk melakukan ini, de Forest mengambil Audion dari mezzanine, dan pada 1912 dia dan rekan-rekannya sudah memiliki perangkat yang siap untuk demonstrasi di sebuah perusahaan telepon. Itu terdiri dari beberapa Audions yang terhubung seri, yang menciptakan amplifikasi dalam beberapa tahap, dan beberapa komponen tambahan. Perangkat ini, pada prinsipnya, berfungsi - itu bisa memperkuat sinyal cukup bagi Anda untuk mendengar bagaimana sapu tangan jatuh atau arloji saku berdetak. Tetapi hanya pada arus dan voltase yang terlalu kecil untuk berguna dalam telepon. Dengan meningkatnya arus, Audiensi mulai memancarkan cahaya biru, dan sinyal berubah menjadi suara bising. Tetapi operator telepon cukup tertarik untuk memberikan perangkat kepada teknisi mereka dan melihat apa yang bisa mereka lakukan dengannya. Kebetulan salah satu dari mereka, fisikawan muda Harold Arnold, tahu persis bagaimana memperbaiki amplifier dari Federal Telegraph.

Sudah waktunya untuk membahas bagaimana katup dan Audi bekerja. Wawasan utama yang diperlukan untuk menjelaskan pekerjaan mereka berasal dari Laboratorium Cavendish di Cambridge, pusat intelektual fisika elektronik baru. Pada tahun 1899, J.J. Thomson menunjukkan dalam percobaan dengan tabung sinar katoda bahwa sebuah partikel yang memiliki massa dan kemudian dikenal sebagai transfer elektron saat ini dari katoda ke anoda. Selama beberapa tahun berikutnya, Owen Richardson, kolega Thomson, mengembangkan asumsi ini menjadi teori matematika tentang emisi termionik.

Ambrose Fleming, seorang insinyur yang bekerja naik kereta api singkat dari Cambridge, akrab dengan pekerjaan ini. Jelas baginya bahwa katupnya bekerja karena emisi elektron termionik dari filamen yang dipanaskan, melintasi celah vakum ke anoda dingin. Tetapi kekosongan pada lampu indikator tidak dalam - ini tidak perlu untuk bola lampu biasa. Cukup untuk memompa begitu banyak oksigen sehingga benang tidak terbakar. Fleming menyadari bahwa agar katup bekerja dengan baik, itu harus dikosongkan dengan hati-hati agar gas yang tersisa tidak mengganggu aliran elektron.

De Forest tidak mengerti ini. Karena dia datang ke katup dan Audion melalui percobaan dengan pembakar Bunsen, keyakinannya adalah kebalikannya - bahwa gas terionisasi panas adalah fluida kerja perangkat, dan bahwa pemindahan lengkapnya akan menyebabkan penghentian operasi. Itulah sebabnya Audio sangat tidak stabil dan tidak memuaskan berfungsi sebagai radio, dan karenanya memancarkan cahaya biru.

Arnold di AT&T menemukan dirinya dalam situasi yang ideal untuk memperbaiki kesalahan de Forest. Dia adalah seorang ahli fisika yang belajar dengan Robert Millikan di University of Chicago, dan dipekerjakan secara khusus untuk menerapkan pengetahuannya tentang fisika elektronik baru untuk tugas membangun jaringan telepon dari pantai ke pantai. Dia tahu bahwa lampu Audiion akan bekerja paling baik dalam ruang hampa yang hampir sempurna, dia tahu bahwa pompa terbaru dapat mencapai ruang hampa seperti itu, dia tahu bahwa jenis baru filamen berlapis oksida, bersama dengan pelat dan kisi yang diperbesar, juga akan meningkatkan aliran elektron. Singkatnya, ia mengubah Audion menjadi lampu elektronik, pekerja ajaib era elektronik.

AT&T memiliki amplifier yang dibutuhkan untuk membangun jalur lintas benua - tidak hanya ada hak untuk menggunakannya. Perwakilan perusahaan tidak mempercayai diri mereka sendiri dalam negosiasi dengan de Forest, tetapi memulai percakapan terpisah melalui pengacara pihak ketiga yang berhasil memperoleh hak untuk menggunakan Audiion sebagai penguat telepon untuk $ 50.000 (sekitar $ 1,25 juta pada dolar 2017). Jalur New York - San Francisco dibuka tepat pada waktunya, tetapi lebih sebagai kemenangan keahlian teknis dan iklan perusahaan daripada sebagai alat komunikasi. Biaya panggilan itu sangat kosmik sehingga hampir tidak ada yang bisa menggunakannya.

Era elektronik

Lampu elektronik sejati telah menjadi akar dari komponen elektronik yang benar-benar baru. Seperti halnya relay, lampu elektronik terus-menerus memperluas kemungkinan penerapannya ketika para insinyur menemukan cara baru untuk mengadaptasi perangkatnya untuk memecahkan masalah tertentu. Pertumbuhan suku "-ods" tidak berakhir dengan dioda dan triode. Dia melanjutkan dengan tetrode , yang menambahkan kisi tambahan yang mendukung amplifikasi dengan pertumbuhan elemen dalam rangkaian. Pentode , heptode , dan bahkan oktoda diikuti . Thyratron muncul, diisi dengan uap merkuri, bercahaya dengan cahaya biru yang tidak menyenangkan. Lampu miniatur seukuran jari kelingking di kaki atau bahkan biji pohon ek. Lampu dengan katoda tidak langsung, di mana dengung sumber AC tidak mengganggu sinyal. Buku Saga of the Vacuum Tube, menggambarkan pertumbuhan industri lampu hingga tahun 1930, mendaftar lebih dari 1000 model berbeda berdasarkan indeks mereka - walaupun banyak dari mereka adalah salinan ilegal dari merek yang tidak dapat diandalkan: Ultron, Perfektron, Supertron, Voltron , dll.



Lebih penting daripada variasi bentuk adalah variasi aplikasi tabung elektron. Sirkuit regeneratif mengubah triode menjadi pemancar - menciptakan gelombang sinusoidal yang halus dan konstan, tanpa percikan bising, yang mampu mentransmisikan suara dengan sempurna. Dengan coherer dan percikan pada tahun 1901, Marconi hampir tidak bisa mentransmisikan bagian kecil kode Morse melalui bagian sempit Atlantik. Pada tahun 1915, menggunakan lampu elektronik sebagai pemancar dan penerima, AT&T dapat mengirimkan suara manusia dari Arlington, Virginia ke Honolulu - dua kali jaraknya. Pada 1920-an, mereka menggabungkan telepon jarak jauh dengan penyiaran suara berkualitas tinggi dan menciptakan jaringan radio pertama. Dengan demikian, segera seluruh bangsa dapat mendengarkan di radio dengan suara yang sama, apakah itu Roosevelt atau Hitler.

Selain itu, kemampuan untuk membuat pemancar disetel ke frekuensi yang akurat dan stabil memungkinkan insinyur telekomunikasi untuk mewujudkan impian lama multiplexing frekuensi yang menarik Alexander Bell, Edison dan sisanya empat puluh tahun yang lalu. Pada 1923, AT&T memiliki saluran suara sepuluh saluran dari New York ke Pittsburgh. Kemampuan untuk mengirimkan banyak suara melalui satu kabel tembaga secara radikal mengurangi biaya panggilan jarak jauh, yang, karena biaya tinggi, selalu tersedia hanya untuk orang dan perusahaan terkaya. Melihat kemampuan lampu elektronik apa, AT&T mengirim pengacara mereka untuk membeli hak tambahan dari de Forest untuk mengamankan hak menggunakan Audiion di semua aplikasi yang tersedia. Secara total, mereka membayarnya $ 390.000, yang dalam uang hari ini setara dengan sekitar $ 7,5 juta.

Mengapa, dengan keserbagunaan seperti itu, lampu elektronik tidak mendominasi komputer generasi pertama dengan cara yang sama seperti yang mereka lakukan pada radio dan peralatan telekomunikasi lainnya? Jelas, triode bisa berupa sakelar digital dengan cara yang sama seperti relay. Sangat jelas bahwa de Forest bahkan percaya bahwa dia telah menciptakan relay sebelum dia benar-benar menciptakannya. Dan triode itu jauh lebih responsif daripada relay elektromekanis tradisional, karena tidak harus secara fisik memindahkan armature. Relay switching tipikal memerlukan beberapa milidetik, dan perubahan fluks dari katoda ke anoda karena perubahan potensial listrik pada jaringan hampir seketika.

Tetapi lampu memiliki cacat yang jelas sebelum relay: kecenderungan mereka, dengan analogi dengan pendahulunya, bola lampu untuk penerangan, padam. Masa hidup Audion de Forest yang asli begitu singkat - sekitar 100 jam - sehingga ia memiliki benang cadangan di lampu yang perlu disambungkan setelah yang pertama terbakar. Ini sangat buruk, tetapi bahkan setelah itu, bahkan dari lampu kualitas terbaik, Anda tidak dapat mengharapkan waktu operasi lebih dari beberapa ribu jam. Untuk komputer dengan ribuan lampu dan jam komputasi, ini merupakan masalah serius.

Dan relay, sebaliknya, menurut George Stibitz, "sangat bisa diandalkan." Sedemikian rupa sehingga dia mengklaim itu

Jika satu set relai berbentuk U akan mulai bekerja di tahun pertama era kita dan berganti kontak sekali setiap detik, itu masih akan berfungsi sampai sekarang. Kegagalan kontak pertama bisa diharapkan tidak lebih awal dari seribu tahun, di suatu tempat di tahun ke-3000.

Selain itu, tidak ada pengalaman menggunakan sirkuit elektronik besar yang sebanding dengan sirkuit elektromekanis insinyur telepon. Radio dan peralatan lainnya bisa berisi 5-10 lampu, tetapi tidak ratusan ribu. Tidak ada yang tahu apakah mungkin membuat komputer berfungsi dengan 5.000 lampu. Memilih relay alih-alih lampu, pengembang komputer membuat pilihan yang aman dan konservatif.

Pada bagian selanjutnya, kita akan melihat bagaimana dan mengapa keraguan ini diatasi.