História do Relé: A Era Eletrônica

Da última vez , vimos como a primeira geração de computadores digitais foi construída com base na primeira geração de interruptores elétricos automáticos - relés eletromagnéticos. Mas, quando esses computadores foram criados, outro switch digital aguardava seu lançamento nos bastidores. O relé era um dispositivo eletromagnético (que usava eletricidade para controlar um interruptor mecânico), e a nova classe de interruptores digitais era eletrônica - baseada em novos conhecimentos sobre o elétron que apareceram no início do século XX. Essa ciência indicava que o portador de força elétrica não era uma corrente, nem uma onda, nem um campo - mas uma partícula sólida.

O dispositivo que gerou a era da eletrônica, baseado nessa nova física, ficou conhecido como "tubo de elétrons" [nos EUA - tubo de vácuo ou "tubo de vácuo"]. Na história de sua criação, duas pessoas participam: o inglês Ambrose Fleming e o americano Lee de Forest . De fato, a origem da eletrônica é mais complexa, ela se torce de uma infinidade de linhas que cruzam a Europa e o Atlântico e remontam ao passado, até as primeiras experiências com os bancos de Leiden, em meados do século XVIII.

Mas, como parte de nossa apresentação, será conveniente cobrir (trocadilho!) Esta história, começando com Thomas Edison. Edison fez uma descoberta interessante na década de 1880, trabalhando com iluminação elétrica - essa descoberta prepara o cenário para a nossa história. Isso levou ao desenvolvimento de tubos eletrônicos, necessários para dois sistemas tecnológicos: uma nova forma de mensagens sem fio e a expansão constante das redes telefônicas.

Prólogo: Edison

Edison é geralmente considerado o inventor de uma lâmpada. Isso simultaneamente faz dele muita e pouca honra. Demais, já que não apenas Edison apareceu com uma lâmpada luminosa. Além da multidão de inventores que a precederam, cujas criações não atingiram uso comercial, podemos mencionar Joseph Swan e Charles Stern, da Grã-Bretanha, e o americano William Sawyer, que introduziu as lâmpadas no mercado simultaneamente com Edison. [A honra da invenção também pertence ao inventor russo Lodygin Alexander Nikolaevich . Lodygin foi o primeiro a adivinhar o ar de uma lâmpada de vidro e sugeriu fazer um fio incandescente não de carvão ou fibras carbonizadas, mas de tungstênio refratário / aprox. perev. ] Todas as lâmpadas consistiam em uma lâmpada de vidro selada dentro da qual estava localizado um fio resistivo. Quando a lâmpada foi acesa no circuito, o calor gerado devido à resistência do fio à corrente fez brilhar. O ar foi bombeado para fora da lâmpada para que o fio não pegasse fogo. A luz elétrica já era conhecida nas grandes cidades na forma de lâmpadas de arco usadas para iluminar grandes locais públicos. Todos esses inventores procuravam uma maneira de reduzir a quantidade de luz, retirando uma partícula brilhante de um arco ardente pequeno o suficiente para ser usado em residências para substituir lâmpadas de gás e tornar a fonte de luz mais segura, limpa e brilhante.

E o que Edison realmente fez - ou melhor, criou seu laboratório industrial - não é apenas criar uma fonte de luz. Eles construíram todo um sistema elétrico para iluminação de casas - geradores, fios para transmissão de corrente, transformadores, etc. De tudo isso, a lâmpada era apenas o componente mais óbvio e visível. A presença do nome Edison em suas empresas produtoras de eletricidade não era um simples ajoelhamento diante do grande inventor, como foi o caso do telefone Bell. Edison provou ser não apenas um inventor, mas também um arquiteto de sistemas. Seu laboratório continuou a melhorar vários componentes da iluminação elétrica, mesmo após o sucesso inicial.


Uma cópia das primeiras lâmpadas de Edison

No decurso da pesquisa, em algum lugar de 1883, Edison (e possivelmente um de seus funcionários) decidiu colocar uma placa de metal com um fio dentro de uma lâmpada luminosa. As razões para esse ato não são claras. Talvez tenha sido uma tentativa de eliminar o escurecimento da lâmpada - o interior do copo da lâmpada acumulou uma substância escura misteriosa ao longo do tempo. O engenheiro aparentemente esperava que essas partículas negras fossem atraídas para a placa energizada. Para sua surpresa, ele descobriu que quando a placa foi incluída no circuito junto com a extremidade positiva do filamento, a corrente que fluía através do filamento era diretamente proporcional à intensidade do brilho do filamento. Ao conectar a placa à extremidade negativa da rosca, nada disso foi observado.

Edison decidiu que esse efeito, posteriormente denominado efeito Edison ou emissão termiônica , pode ser usado para medir ou até controlar a "força eletromotriz", ou tensão, em um sistema elétrico. Por hábito, ele solicitou uma patente para esse "indicador elétrico" e voltou a tarefas mais importantes.

Sem fios

Avanço rápido para 20 anos no futuro, em 1904. Nessa época, na Inglaterra, John Ambrose Fleming trabalhou nas instruções da Marconi Company para melhorar o receptor de ondas de rádio.

É importante entender o que o rádio era e não era naquele momento, tanto do ponto de vista do instrumento quanto do ponto de vista da prática. O rádio nem era chamado de "rádio", então, era chamado de "sem fio", sem fio. O termo "rádio" começou a prevalecer apenas na década de 1910. Especificamente, era um telégrafo sem fio - um sistema para transmitir sinais na forma de pontos e traços do remetente para o receptor. Sua principal aplicação era a conexão entre navios e serviços portuários e, nesse sentido, ele se interessava pelos departamentos marítimos de todo o mundo.

Alguns inventores da época, em particular Reginald Fessenden , experimentaram a idéia de um radiotelefone - transmitindo mensagens de voz pelo ar na forma de uma onda contínua. Mas a transmissão no sentido moderno surgiu apenas 15 anos depois disso: a transmissão de notícias, histórias, música e outros programas para recepção por um amplo público. Até então, a natureza omnidirecional dos sinais de rádio era vista como um problema que precisava ser resolvido, e não como um recurso que pode ser usado.

O equipamento de rádio existente na época era bem adaptado para trabalhar com o código Morse e mal para todo o resto. Os transmissores criaram ondas Hertz, enviando uma faísca através de uma lacuna no circuito. Portanto, o sinal foi acompanhado por uma rachadura de estática.

Os receptores reconheceram esse sinal através do coherer: limalhas de metal em um tubo de vidro, que foram reunidos pela ação das ondas de rádio em uma massa contínua e, assim, fecharam o circuito. Então foi necessário bater no vidro para que a serragem se partisse e o receptor estivesse pronto para o próximo sinal - no início, era feito manualmente, mas logo surgiram dispositivos automáticos para isso.

Em 1905, detectores de cristal , também conhecidos como bigodes felinos, estavam apenas começando a aparecer. Aconteceu que, ao tocar um fio com um certo cristal, por exemplo, silício, pirita de ferro ou galena , era possível capturar um sinal de rádio no ar. Os receptores resultantes eram baratos, compactos e acessíveis a todos. Eles estimularam o desenvolvimento do rádio amador, principalmente entre os jovens. O aumento repentino no emprego no tempo de antena resultante disso levou a problemas devido ao fato de o rádio ser compartilhado entre todos os usuários. As conversas inocentes de amadores poderiam se cruzar acidentalmente com as negociações de morphlot, e alguns hooligans chegaram a dar ordens falsas e enviar sinais de ajuda. O estado inevitavelmente teve que intervir. Como o próprio Ambrose Fleming escreveu, o aparecimento de detectores de cristal

Isso levou imediatamente a um surto de telegrafia sem fio irresponsável devido às palhaçadas de incontáveis ​​entusiastas e estudantes de eletricistas, o que exigiu a dura intervenção de autoridades nacionais e internacionais para manter o que estava acontecendo de maneira razoável e segura.

Das propriedades elétricas incomuns desses cristais, a terceira geração de interruptores digitais aparecerá no devido tempo, seguida por relés e lâmpadas - os interruptores que dominam nosso mundo. Mas tudo tem seu tempo. Descrevemos a cena, agora voltaremos toda a atenção ao ator que acaba de aparecer no centro das atenções: Ambrose Fleming, Inglaterra, 1904.

Válvula

Em 1904, Fleming era professor de engenharia elétrica na University College London e consultor da Marconi Company. Inicialmente, a empresa o contratou para obter uma opinião especializada sobre a construção de uma usina, mas depois assumiu a tarefa de melhorar o receptor.


Flamengo em 1890

Todos sabiam que o coherer era um receptor ruim em termos de sensibilidade, e o detector magnético desenvolvido por Macroni não era particularmente melhor. Para encontrar um substituto para ele, Fleming decidiu primeiro construir um circuito sensível para detectar ondas Hertz. Esse dispositivo, mesmo sem se tornar um detector em si, será útil em pesquisas futuras.

Para fazer isso, ele precisava encontrar uma maneira de medir constantemente a força da corrente criada pelas ondas que chegavam, em vez de usar um coerente discreto (ele mostrava apenas o estado ligado - onde a serragem ficava grudada ou desligada). Mas os dispositivos conhecidos para medir a força da corrente - galvanômetros - exigiam uma corrente constante, ou seja, unidirecional para operação. A corrente alternada excitada pelas ondas de rádio mudou de direção tão rapidamente que nenhuma medição seria possível.

Fleming lembrou que várias coisas interessantes estavam acumulando poeira em seu armário - as luzes indicadoras de Edison. Na década de 1880, ele foi consultor da Edison Electric Lighting Company, em Londres, e trabalhou no problema de escurecer as lâmpadas. Naquela época, ele recebeu várias cópias do indicador, possivelmente de William Price, engenheiro elétrico chefe do Serviço Postal Britânico, que acabara de voltar de uma exposição elétrica na Filadélfia. Fora dos Estados Unidos, o controle sobre telégrafos e telefones era comum nos serviços postais fora dos EUA, por isso eram centros de especialização em eletricidade.

Mais tarde, na década de 1890, o próprio Fleming estudou o efeito Edison usando lâmpadas obtidas da Price. Ele mostrou que o efeito foi que a corrente fluía em uma direção: um potencial elétrico negativo poderia fluir de um filamento quente para um eletrodo frio, mas não vice-versa. Mas somente em 1904, quando enfrentou a tarefa de detectar ondas de rádio, ele percebeu que esse fato pode ser usado na prática. O indicador Edison permitirá que apenas pulsos CA direcionados em uma direção colmaram o espaço entre a rosca e a placa, o que fornecerá um fluxo constante e unidirecional.

Fleming pegou uma lâmpada, conectou-a em série com um galvanômetro e ligou o transmissor de faísca. Voila - o espelho virou, e o raio de luz se moveu na balança. Funcionou. Ele poderia medir com precisão o sinal de rádio recebido.


Protótipos de válvulas flamengas. O ânodo está no meio do laço do filamento (cátodo quente)

Fleming chamou sua invenção de "válvula" porque permitia que a eletricidade passasse apenas por um caminho. Em uma linguagem de engenharia elétrica mais geral, era um retificador - uma maneira de converter corrente alternada em corrente contínua. Em seguida, foi chamado de diodo, porque tinha dois eletrodos - um cátodo quente (filamento) que emitia eletricidade e um ânodo frio (placa) que o recebia. Fleming introduziu várias melhorias no design, mas na verdade o dispositivo não difere da lâmpada indicadora feita por Edison. Sua transição para uma nova qualidade ocorreu como resultado de uma mudança na maneira de pensar - já vimos esse fenômeno muitas vezes. A mudança ocorreu no mundo das idéias na cabeça de Fleming, e não no mundo das coisas fora dela.

A válvula de Fleming sozinha foi útil. Era o melhor dispositivo de campo para medir sinais de rádio e um bom detector por si só. Mas ele não abalou o mundo. O crescimento explosivo da eletrônica começou apenas depois que Lee de Forest adicionou um terceiro eletrodo e transformou a válvula em um relé.

Ouvindo

Lee de Forest teve uma educação incomum para um estudante de Yale. Seu pai, Rev. Henry de Forest, era um veterano da Guerra Civil de Nova York, pastor da igreja congregacional , e acreditava firmemente que, como pregador, ele deveria espalhar a luz divina do conhecimento e da justiça. Obedecendo ao chamado do dever, ele aceitou o convite para se tornar presidente do Talladeg College, no Alabama. A faculdade foi fundada após a Guerra Civil pela American Missionary Association, com sede em Nova York. Destina-se ao treinamento e instrução de residentes negros locais. Lá, Lee se sentia entre uma pedra e um lugar difícil - os negros locais o humilhavam por ingenuidade e covardia, e os brancos locais pelo fato de ser ianque .

No entanto, quando jovem, de Forest, ele desenvolveu uma autoconfiança firme. Ele descobriu uma propensão para a mecânica e invenções - seu modelo em larga escala da locomotiva tornou-se um milagre local. Quando adolescente, estudando em Talladega, ele decidiu dedicar sua vida a invenções. Então, quando jovem, morando na cidade de New Haven, o filho do pastor jogou fora suas últimas crenças religiosas. Eles partiram gradualmente devido ao conhecimento do darwinismo e depois foram soprados como o vento após a morte prematura de seu pai. Mas a sensação de ter um destino não deixou De Forest - ele se considerava um gênio e procurou se tornar o segundo Nikola Tesla, um rico, famoso e misterioso mago da era da eletricidade. Seus colegas de classe da Universidade de Yale o consideravam um carrilhão vazio e arrogante. Talvez ele possa ser chamado a pessoa menos popular de todos os encontrados em nossa história.


de Forest, c. 1900

Depois de concluir seus estudos na Universidade de Yale em 1899, De Forest escolheu o desenvolvimento da arte da transmissão de sinais sem fio, que cresce rapidamente, como um caminho para a riqueza e a fama. Nas décadas que se seguiram, ele invadiu esse caminho com grande determinação e confiança, e sem nenhuma hesitação. Tudo começou com a colaboração de De Forest e seu parceiro Ed Smythe em Chicago. A Smythe manteve a empresa em funcionamento por meio de pagamentos regulares e, juntos, desenvolveram seu próprio detector de ondas de rádio, composto por duas placas de metal conectadas por cola, que Forest chamou de "pasta". Mas De Forest não podia esperar muito tempo por prêmios por sua genialidade. Ele se livrou de Smythe e colaborou com um duvidoso financiador de Nova York chamado Abraham White [ ironicamente mudando seu nome desde seu nascimento, Schwartz, para esconder seus atos sombrios. Branco / branco - (inglês) branco; Schwarz - (alemão) preto / aprox. perev. ] abrindo a De Forest Wireless Telegraph Company.

A atividade da própria empresa era secundária a ambos os nossos heróis. White usou a ignorância das pessoas para encher os bolsos. Ele atraiu milhões de investidores que estavam lutando para acompanhar o esperado boom do rádio. E de Forest, graças ao abundante fluxo de fundos desses "otários", concentrou-se em provar sua genialidade através do desenvolvimento de um novo sistema americano de transmissão sem fio de informações (em contraste com o europeu desenvolvido por Marconi e outros).

Infelizmente para o sistema americano, o detector de Forest não funcionou particularmente bem. Por algum tempo, ele resolveu esse problema emprestando o design patenteado por Reginald Fessenden para um detector de troca de líquidos - dois fios de platina imersos em um banho de ácido sulfúrico. Fessenden entrou com uma ação por violação de patente - e ele obviamente teria vencido essa ação. De Forest não conseguiu se acalmar até encontrar um novo detector que pertencia apenas a ele. No outono de 1906, ele anunciou a criação desse detector. Em duas reuniões diferentes no Instituto Americano de Engenharia Elétrica, De Forest descreveu seu novo detector sem fio, que ele chamou de Áudio. Mas sua verdadeira origem está em dúvida.

Por algum tempo, as tentativas de De Forest de construir um novo detector giraram em torno da passagem da corrente através da chama de um queimador de Bunsen , que, na sua opinião, poderia ser um condutor assimétrico. A idéia, aparentemente, não teve êxito. Em algum momento de 1905, ele descobriu a válvula de Fleming. De Forest teve a ideia de que esta válvula e seu dispositivo baseado em queimador eram basicamente os mesmos - se você substituir um fio quente por uma chama e cobri-lo com uma lâmpada de vidro para limitar o gás, você obtém a mesma válvula. Ele desenvolveu uma série de patentes repetindo o histórico de invenções antes da válvula Fleming usando detectores de chama de gás. Obviamente, ele queria ter a prioridade na invenção, contornando a patente de Fleming, já que o trabalho com o queimador de Bunsen foi precedido pelo trabalho de Fleming (eles estavam em andamento desde 1900).

É impossível dizer se foi auto-engano ou fraude, mas o resultado foi uma patente de Forest de agosto de 1906 para "um vaso de vidro vazio contendo dois eletrodos separados, entre os quais existe um meio de gás, que, com aquecimento suficiente, torna-se condutor e forma um elemento sensível". O equipamento e o funcionamento do dispositivo são de propriedade de Fleming, e de Forest é a explicação de seu trabalho. De Forest, como resultado, perdeu a disputa de patentes, embora demore dez anos.

Um leitor ansioso já pode se interessar por que gastamos tanto tempo com essa pessoa, cujo gênio autoproclamado consistia em transmitir as idéias de outras pessoas como as nossas? O motivo é a transformação pela qual a Audi passou nos últimos meses de 1906.

Até então, De Forest não tinha emprego. White e seus parceiros escaparam da responsabilidade em conexão com o processo de Fessenden criando uma nova empresa, a United Wireless, e emprestando seus ativos à American De Forest por US $ 1. De Forest foi expulso com $ 1.000 em compensação e várias patentes inúteis em suas mãos, incluindo a patente da Audi. Acostumado a um estilo de vida inútil, ele enfrentou sérias dificuldades financeiras e tentou desesperadamente transformar a Audiion em um grande sucesso.

Para entender o que aconteceu a seguir, é importante saber que De Forest pensou ter inventado um relé - em contraste com o retificador de Fleming. Ele fez o áudio conectando a bateria à placa fria da válvula e acreditava que o sinal no circuito da antena (conectado ao fio quente) modulava uma corrente mais poderosa no circuito da bateria. Ele estava enganado: não eram dois esquemas, a bateria simplesmente distorcia o sinal da antena e não o amplificava.

Mas esse erro se tornou crítico porque levou De Forest a experimentar um terceiro eletrodo no balão, que deveria separar ainda mais os dois circuitos desse "relé". No início, ele adicionou um segundo eletrodo frio ao lado do primeiro, mas, talvez, sob a influência dos mecanismos de controle usados ​​pelos físicos para redirecionar os feixes nos dispositivos de feixe de elétrons, ele colocou o eletrodo no lugar entre o filamento e a placa primária. Ele decidiu que tal situação poderia interromper o fluxo de eletricidade e mudou a forma do terceiro eletrodo da placa para um fio ondulado, parecendo um rashper - e chamou de "grade".


Audi triode 1908. A rosca (rasgada) à esquerda é o cátodo, o fio corrugado é a grade, a placa de metal arredondada é o ânodo. Ele ainda tem um fio, como uma lâmpada comum.

E já era realmente um revezamento. Uma corrente fraca (como a obtida por uma antena de rádio) aplicada à rede poderia controlar uma corrente muito mais forte entre o filamento e a placa, repelindo as partículas carregadas tentando atravessá-las. Este detector funcionou muito melhor do que a válvula, porque não apenas endireitou, mas também amplificou o sinal de rádio. E, como a válvula (e ao contrário do coherer), ela podia emitir um sinal constante, o que tornava possível criar não apenas um telégrafo sem fio, mas também um radiotelefônico (e mais tarde - transmissão de voz e música).

Na prática, não funcionou particularmente bem. O público de De Forest era meticuloso, rapidamente esgotado, sua produção carecia de qualidade consistente e, como amplificadores, eram ineficazes. Para que um determinado áudio funcionasse corretamente, era necessário ajustar os parâmetros elétricos do circuito para ele.

No entanto, de Forest acreditava em sua invenção. Para promovê-lo, ele criou uma nova empresa, a De Forest Radio Telephone Company, mas as vendas foram escassas. O maior sucesso foi a venda de equipamentos para a frota de telefonia dentro da frota durante a circunavegação da Grande Frota Branca ". , , , . , , , , . .

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A rede de comunicações de longa distância era o sistema nervoso central da AT&T. Ela uniu muitas empresas locais e forneceu uma vantagem competitiva importante sobre a expiração da patente de Bell. Ao ingressar na rede AT&T, um novo cliente poderia, teoricamente, alcançar todos os outros assinantes a milhares de quilômetros de distância, embora na realidade eles raramente fizessem chamadas de longa distância. Além disso, a rede era a base material para a ideologia abrangente da empresa “Uma política, um sistema, serviço universal”.

Porém, com o início da segunda década do século XX, essa rede atingiu um máximo físico. Quanto mais longe os fios telefônicos, mais fraco e barulhento se tornava o sinal que passava por eles e, como resultado, a fala se tornava quase indistinguível. Por causa disso, nos EUA, havia na verdade duas redes de AT&T separadas por uma cordilheira continental.

Para a rede leste, Nova York era um peg e os repetidores e bobinas mecânicos de Pupin eram uma trela que determinava o quão longe uma voz humana poderia alcançar. Mas essas tecnologias não eram onipotentes. As bobinas alteravam as propriedades elétricas do circuito telefônico, reduzindo a atenuação das frequências de voz - mas elas só podiam reduzi-lo e não eliminá-lo. Os repetidores mecânicos (apenas um alto-falante do telefone conectado a um microfone amplificador) adicionavam ruído a cada repetição. A linha de 1911 de Nova York a Denver levou essa trela ao seu comprimento máximo. Prestes a estender a rede para todo o continente, não havia dúvida. No entanto, em 1909, John Carty, engenheiro-chefe da AT&T, prometeu publicamente fazer isso. Ele prometeu fazer isso em cinco anos - quando a Exposição Internacional Panamá-Pacífico em San Francisco começou em 1915.

O primeiro que conseguiu viabilizar tal empreendimento com a ajuda de um novo amplificador de telefone não era americano, mas o herdeiro de uma rica família vienense interessada em ciência. Quando jovem, Robert von Lieben, com a ajuda de seus pais, comprou uma empresa de produção telefônica e partiu para fazer um amplificador para chamadas telefônicas. Em 1906, ele fez um relé baseado em tubos de raios catódicos, até então amplamente utilizado em experimentos físicos (e mais tarde se tornando a base para a tecnologia de tela de vídeo, que era dominante no século XX). Um sinal de entrada fraco era controlado por um eletroímã, dobrando o feixe, modulando uma corrente mais forte no circuito principal.

Em 1910, von Lieben e seus colegas, Eugene Raise e Sigmund Strauss, haviam aprendido sobre Audion de Forest e haviam substituído o ímã no tubo por uma grade que controlava os raios catódicos - esse projeto era o mais eficaz e superava todos os desenvolvimentos feitos naquela época nos EUA. A rede telefônica alemã logo adotou o amplificador von Lieben. Em 1914, graças a ela, o comandante do exército prussiano oriental conseguiu fazer um telefonema nervoso para a sede alemã, localizada a 1000 quilômetros dele, em Coblença. Isso forçou o chefe de gabinete a enviar os generais de Hindenberg e Ludendorff para o leste, para a glória eterna e com graves conseqüências. Os mesmos amplificadores posteriormente conectaram a sede alemã com exércitos de campo no sul e leste até a Macedônia e a Romênia.


Cópia do avançado relé de feixe catódico de von Lieben. O cátodo está abaixo, o ânodo é a bobina no topo e a grade é uma folha de metal redonda no meio.

No entanto, as barreiras linguísticas e geográficas, bem como a guerra, levaram ao fato de que esse projeto não chegou aos Estados Unidos, e logo já estava à frente de outros eventos.

Enquanto isso, De Forest deixou a curva Companhia Telefônica de Rádio em 1911 e fugiu para a Califórnia. Lá, ele conseguiu um emprego na Federal Telegraph Company em Palo Alto, fundada pelo graduado em Stanford, Cyril Elwell . Nominalmente, de Forest deveria trabalhar em um amplificador que aumentasse o volume do sinal de saída do rádio federal. De fato, ele, Herbert van Ettan (um engenheiro de telefonia experiente) e Charles Logwood (um projetista de receptores) montaram um amplificador de telefone para dar aos três um prêmio da AT&T, que supostamente era de US $ 1 milhão.

Para fazer isso, De Forest tirou Audion do mezanino e, em 1912, ele e seus colegas já tinham um dispositivo pronto para demonstração em uma companhia telefônica. Consistia em várias Audions conectadas em série, que criavam amplificação em vários estágios e vários componentes auxiliares adicionais. O dispositivo, em princípio, funcionava - ele poderia amplificar o sinal o suficiente para você ouvir como um lenço cai ou um relógio de bolso está correndo. Mas apenas em correntes e tensões muito pequenas para serem úteis na telefonia. Com o aumento da corrente, o Audiions começou a emitir um brilho azul e o sinal se transformou em ruído. Mas as operadoras de telefonia estavam interessadas o suficiente para entregar o dispositivo a seus engenheiros e ver o que podiam fazer com ele. Aconteceu que um deles, o jovem físico Harold Arnold, sabia exatamente como consertar o amplificador do Federal Telegraph.

É hora de discutir como a válvula e a Audi funcionaram. O principal insight necessário para explicar seu trabalho veio do Laboratório Cavendish em Cambridge, o centro intelectual da nova física eletrônica. Em 1899, J.J. Thomson mostrou em experimentos com tubos de raios catódicos que uma partícula que possui massa e mais tarde ficou conhecida como elétron transfere corrente do catodo para o ânodo. Nos anos seguintes, Owen Richardson, colega de Thomson, desenvolveu essa suposição na teoria matemática da emissão termiônica.

Ambrose Fleming, um engenheiro que trabalhou a uma curta viagem de trem de Cambridge, estava familiarizado com esses trabalhos. Estava claro para ele que sua válvula funcionava devido à emissão termiônica de elétrons de um filamento aquecido, atravessando a lacuna de vácuo para um ânodo frio. Mas o vácuo na lâmpada indicadora não era profundo - isso não era necessário para uma lâmpada comum. Foi suficiente bombear tanto oxigênio que o fio não pegou fogo. Fleming percebeu que, para que a válvula funcione melhor, ela deve ser esvaziada o mais cuidadosamente possível, para que o gás restante não interfira no fluxo de elétrons.

De Forest não entendeu isso. Desde que ele chegou à válvula e Audion através de experimentos com um queimador de Bunsen, sua opinião era oposta - que o gás ionizado quente era o fluido de trabalho do dispositivo e que sua remoção completa levaria à interrupção da operação. É por isso que o áudio é tão instável e insatisfatório trabalhando como rádio e, portanto, emitiu luz azul.

Arnold, da AT&T, encontrou-se em uma situação ideal para corrigir o erro de Forest. Ele era um físico que estudou com Robert Millikan na Universidade de Chicago e foi contratado especificamente para aplicar seu conhecimento da nova física eletrônica à tarefa de construir uma rede telefônica de costa a costa. Ele sabia que a lâmpada Audiion funcionaria melhor em um vácuo quase perfeito, sabia que as bombas mais recentes poderiam atingir esse vácuo, sabia que um novo tipo de filamento revestido com óxido, juntamente com uma placa e grade aumentadas, também aumentaria o fluxo de elétrons. Em suma, ele transformou Audion em uma lâmpada eletrônica, a maravilha da era eletrônica.

A AT&T possui um poderoso amplificador necessário para a construção de uma linha transcontinental - não havia apenas direitos para usá-la. Os representantes da empresa desconfiavam das negociações com De Forest, mas iniciaram uma conversa em separado através de um advogado de terceiros que conseguiu adquirir os direitos de usar o Audiion como amplificador de telefone por US $ 50.000 (cerca de US $ 1,25 milhão em 2017). A linha Nova York - São Francisco abriu bem a tempo, mas mais como um triunfo do virtuosismo técnico e da publicidade corporativa do que como um meio de comunicação. O custo das ligações era tão cósmico que quase ninguém poderia usá-lo.

Era eletrônica

Uma verdadeira lâmpada eletrônica se tornou a raiz de uma árvore completamente nova de componentes eletrônicos. Como o relé, a lâmpada eletrônica estava constantemente expandindo as possibilidades de sua aplicação quando os engenheiros descobriram novas maneiras de adaptar seu dispositivo para resolver problemas específicos. O crescimento da tribo "-ods" não terminou com diodos e triodos. Ele continuou com o tetrodo , que adicionou uma grade adicional que suportava a amplificação com o crescimento de elementos no circuito. Pentodes , heptodes e até octodes se seguiram . Apareceram tiratrons, cheios de vapor de mercúrio, brilhando com uma luz azul ameaçadora. Lâmpadas em miniatura do tamanho de um dedo mínimo no pé ou mesmo da bolota. Lâmpadas com um cátodo indireto, no qual o zumbido de uma fonte CA não perturba o sinal. A saga do livro do tubo de vácuo, descrevendo o crescimento da indústria de lâmpadas até 1930, lista mais de 1000 modelos diferentes por seu índice - embora muitos deles fossem cópias ilegais de marcas não confiáveis: Ultron, Perfektron, Supertron, Voltron etc.



Mais importante que a variedade de formas foi a variedade de aplicações do tubo de elétrons. Os circuitos regenerativos transformaram o triodo em um transmissor - criando ondas sinusoidais suaves e constantes, sem faíscas ruidosas, capazes de transmitir perfeitamente o som. Com um coerente e faíscas em 1901, Marconi mal conseguia transmitir uma pequena passagem do código Morse por uma parte estreita do Atlântico. Em 1915, usando uma lâmpada eletrônica como transmissor e receptor, a AT&T podia transmitir uma voz humana de Arlington, Virgínia para Honolulu - duas vezes a distância. Na década de 1920, eles combinaram telefonia a longas distâncias com transmissão de som de alta qualidade e criaram as primeiras redes de rádio. Assim, logo a nação inteira poderá ouvir no rádio a mesma voz, seja Roosevelt ou Hitler.

Além disso, a capacidade de criar transmissores sintonizados com uma frequência precisa e estável permitiu que os engenheiros de telecomunicações realizassem o sonho de longa data de multiplexação de frequência que atraiu Alexander Bell, Edison e o resto, quarenta anos atrás. Em 1923, a AT&T tinha uma linha de voz de dez canais de Nova York a Pittsburgh. A capacidade de transmitir vários votos em um único fio de cobre reduziu radicalmente o custo das chamadas de longa distância, que, devido ao alto custo, estavam sempre disponíveis apenas para as pessoas e empresas mais ricas. Vendo o que as lâmpadas eletrônicas são capazes, a AT&T enviou seus advogados para comprar direitos adicionais da De Forest, a fim de garantir os direitos de uso do Audiion em todos os aplicativos disponíveis. No total, eles pagaram US $ 390.000, o que hoje é equivalente a US $ 7,5 milhões.

Por que, com tanta versatilidade, as lâmpadas eletrônicas não dominaram a primeira geração de computadores da mesma maneira que no rádio e em outros equipamentos de telecomunicações? Obviamente, o triodo poderia ser um comutador digital da mesma maneira que um relé. É tão óbvio que De Forest até acreditava que ele havia criado o revezamento antes de realmente criá-lo. E o triodo era muito mais responsivo que o relé eletromecânico tradicional, pois não precisava mover fisicamente a armadura. Um relé de comutação típico exigia vários milissegundos e a mudança no fluxo do cátodo para o ânodo devido a uma mudança no potencial elétrico na rede era quase instantânea.

Mas as lâmpadas tinham uma falha clara antes do relé: sua tendência, por analogia com seus antecessores, lâmpadas para iluminação, a queimar. O tempo de vida do Audion de Forest original era tão curto - cerca de 100 horas - que ele tinha um fio sobressalente na lâmpada que precisava ser conectado após o primeiro esgotamento. Isso foi muito ruim, mas mesmo depois disso, mesmo com as lâmpadas de melhor qualidade, você não poderia esperar mais tempo operacional do que vários milhares de horas. Para computadores com milhares de lâmpadas e horas de computação, esse era um problema sério.

E os relés, pelo contrário, segundo George Stibitz, eram "fantasticamente confiáveis". Tanto que ele afirmou que

Se um conjunto de relés em forma de U iniciar seu trabalho no primeiro ano de nossa era e trocar de contato uma vez a cada segundo, ele ainda funcionará até agora. A falha do primeiro contato poderia ser esperada não antes de mil anos, em algum lugar do 3000º ano.

Além disso, não havia experiência no uso de grandes circuitos eletrônicos comparáveis ​​aos circuitos eletromecânicos dos engenheiros de telefonia. Os rádios e outros equipamentos podem conter de 5 a 10 lâmpadas, mas não centenas de milhares. Ninguém sabia se seria possível fazer um computador funcionar com 5000 lâmpadas. Escolhendo um relé em vez de lâmpadas, os desenvolvedores de computadores fizeram uma escolha segura e conservadora.

Na próxima parte, veremos como e por que essas dúvidas foram superadas.