Lee de Forest und die ersten Schritte der Elektronik

Welche Nation möchte nicht einen ihrer Söhne als Erfinder des Radios bezeichnen und die Priorität der großen Entdeckung hinter ihrem Heimatland einstufen? Deshalb haben Streitigkeiten unter Wissenschaftshistorikern seit einem Jahrhundert nicht aufgehört.

Die überzeugendsten Argumente und Meinungen werden vorgestellt, in denen es nicht so viele Namen gibt: Maxwell (England), Hertz (Deutschland), Branly (Frankreich), Popov (Russland), Marconi (Italien).

Unter dieser Galaxie großer Köpfe, von denen jeder die Ehre verdient, in die "Biographie" eines neuen Kommunikationsmittels aufgenommen zu werden, können Sie andere Wissenschaftler treffen, "niedrigerer Rang". Aber auch unter ihnen ein amerikanischer Ingenieur Lee de Forest Es scheint, dass die Figur auf den ersten Blick nicht ganz für die Rolle des Gründers des Radios geeignet ist. Schließlich begann er mit der Forschung auf dem Gebiet der drahtlosen Telegraphie, nachdem die ersten Signale über den Atlantik übertragen worden waren und der Funken-Telegraph, wie das Radio damals genannt wurde, in der Praxis weit verbreitet war. Aber warum wird in der Heimat eines Wissenschaftlers in den USA sein Name in Kombination mit den Worten "Vater des Radios" und sogar "Großvater des Fernsehens" ausgesprochen? Dafür muss es einen guten Grund geben. Und sie sind es.

Das Funktelefon ist relevant

Das Ende des neunzehnten Jahrhunderts. wurde durch ein Ereignis gekennzeichnet, dem zunächst wenig Bedeutung beigemessen wurde. Die Assistenten A. S. Popov - P. N. Rybkin und D. S. Troitsky entdeckten aus heutiger Sicht eine "selbstverständliche" Sache.

Beim Versuch, eine Fehlfunktion im Radio zu finden, indem sie die Stromkreise mit einem normalen Telefonhörer „klingelten“, hörten sie deutlich die Funksignale vom Morsecode des nächsten Radiosenders.

Erstens bedeutete dies, dass Sie mit Radiowellen Tonsignale übertragen können. Zweitens wurde es möglich, ein Signal mit geringer Leistung über das Ohr zu empfangen, auf das das Empfängerrelais nicht reagierte - ein unverzichtbares Element der ersten Konstruktionen.

Am 26. Juli 1899 erhielt A. S. Popov in England und Frankreich das russische Privileg und die Patente für „Telefonempfänger von Sendungen, die mit elektromagnetischen Wellen über das Morse-System gesendet wurden“ [2]. Bei Tests des neuen Kommunikationssystems wurde beschlossen, das bestehende Geschwader der Schwarzmeerflotte durchzuführen. Während der Sommerkampagne 1901 in der Region Novorossiysk erreichte die Übertragungsreichweite zeitweise etwa 150 km. Obwohl der Abdeckungsbereich etwas kleiner war, war die Schlussfolgerung, dass die Radiowellen jenseits des Horizonts wahrgenommen werden, eindeutig [3].

Die ursprüngliche Version des Gasdetektors. Es ist angebracht, ein klassisches Beispiel für „Dummheit“ zu nennen, wenn die Bürokratie der Entwicklung des Fortschritts im Wege steht. "Das Kommando der Schwarzmeerflotte", sagte Rybkin, "verbot die Verwendung von Funktelefonen in der Flotte und bezog sich auf die Tatsache, dass das Telegraphenband ein Dokument ist, während man dem Funker vertraute, der das Wort erhalten hatte, um es mit dem offiziellen Siegel zu bestätigen." Und die Zeit verging, voraus waren die Tragödien von Tsushima und der Titanic, aber es gab keine Anreize, Forschungen auf dem Gebiet der Ausstrahlung menschlicher Sprache im Radio durchzuführen.

In den Vereinigten Staaten haben solche Arbeiten zu dieser Zeit bereits begonnen. Ihre Ergebnisse zeigten, dass Funkensender für diesen Zweck nicht geeignet sind und die Frequenz der Trägerwelle mindestens 10 000 Perioden pro Sekunde betragen sollte.

Der Ingenieur R. Fesenden, der Hochfrequenz-Generatoren für elektrische Maschinen (Lichtmaschinen) herstellte, befasste sich mit den Fragen der Funktelefonie. Seit 1906 fanden mit ihrer Hilfe die ersten Funktelefonverhandlungen an der Atlantikküste statt. Ihr Thema waren übrigens die Kosten für Fisch auf dem Bostoner Markt.

Die Seefahrer in den Vereinigten Staaten weigerten sich, die Arbeitsregeln mit dem Telegraphenschlüssel zu studieren, und so wurde beschlossen, Funker nur auf Passagierschiffen zu haben (andere Schiffe waren nur mit einem Funktelefon ausgestattet).

"Audio" - die sogenannte Erfindung

Lee de Forest tritt 1900 in der Arena der Funken-Telegraphenarbeit auf. Nachdem er mehrere Laboratorien von Pionieren einer neuen Art der Kommunikation ersetzt hatte, organisierte er 1902 seine eigene American Wireless Telegraph Company.

Aus der Elektrotechnik wusste er, dass Luft, die mit der Flamme einer brennenden Kerze bestrahlt wurde, leitfähig wird. Das gleiche passierte beim Erhitzen von verdünntem Gas. Lee de Forest ist zuversichtlich, dass früher oder später unter den unter dem Einfluss von elektrischem Strom glühenden Gasen ein guter Detektor für Hertz-Wellen gefunden werden kann, und beginnt zu experimentieren.

Bereits 1903 machte er eine sehr erfolgreiche und vielversprechende Erfahrung. Zwei Platinplatten des Luftkondensators „leckten“ die Flamme des Brenners, und das Feld der zwischen Antenne und Erde angeschlossenen elektromagnetischen Spule wirkte auf das darin enthaltene Plasma (Abb. 1).

Abb. 1.

Mit diesem Detektor erhielt Lee de Forest Signale von einem Schiff im New Yorker Hafen. Der erste Erfolg inspirierte den Erfinder. Ein solches Gerät in die Praxis umzusetzen war jedoch nicht möglich. "Es war offensichtlich, dass ein Gerät mit einer Gasflamme für einen Schiffsradiosender nicht akzeptabel war", schrieb der Erfinder, "also suchte ich nach einer Möglichkeit, das Gas direkt mit elektrischem Strom zu erwärmen."

Der einfachste Weg, dies zu tun, bestand darin, eine gewöhnliche Edison-Glühbirne zu verwenden, Platinplatten von Elektroden dort einzusetzen und eine Glaskolbe der Lampe mit einem Teil der Empfangsspule zu umwickeln. Anschließend wurde eine der Platinelektroden entfernt und stattdessen ein heißer Lampenfaden verwendet (Abb. 2). Ein Radio mit einem solchen Detektor funktionierte nicht schlechter als andere ähnliche Geräte, aber nicht besser.

Abb. 2.

Lee de Forest führte zahlreiche Experimente durch und wickelte einmal einen Glaszylinder einer Lampe mit Metallfolie ein, die an eine Antenne angeschlossen war. Der Empfänger ist empfindlicher geworden. "In diesem Moment", erinnert sich der Wissenschaftler, "wurde mir klar, dass der Wirkungsgrad der Lampe gesteigert werden kann, wenn die dritte Elektrode im Inneren platziert wird." Was der Experimentator eilte. Die Empfangsqualität hat zugenommen.

Weitere Experimente führen den Erfinder zu der Idee, dass es effektiv ist, wenn es zwischen dem Filament und der Stromkollektorplatte platziert wird. "Offensichtlich", sagt Lee de Forest, "sollte die dritte Elektrode keine feste Platte sein."

Die Suche begann nach Materialien, Formen und Größen der Elektrode sowie nach ihrer Position zwischen den beiden Anschlüssen der Glühlampe.

Das erfolgreichste Design war das, bei dem die Rolle einer Elektrode von einem glühenden Filament eines Kolbens gespielt wurde, der in Form eines Zylinders in einer anderen Elektrode angeordnet war. Zwischen ihnen befand sich die dritte Elektrode in Form einer Drahtspirale (Abb. 3).

Abb. 3.

Der Erfinder nannte seine Idee ein "Audion" (vom lateinischen "Audio" - hören und vom griechischen "Ion" - gehen). Die Qualität des Geräts wurde durch die Stärke des Tons des empfangenen Signals durch das Ohr bestimmt und übertraf alle zuvor verwendeten Geräte. Später wurden mit einer leichten Hand des englischen Elektrotechnikers William Eccles Lampen mit drei Elektroden Trioden genannt.

Abb. 4.

Suche nach Wahrheit und Entdeckung

Seefunker (nämlich die Flotte nutzte ein neues Kommunikationsmittel) versuchten, die Empfindlichkeit der Audions zu erhöhen, erhitzten das Filament auf inakzeptable Grenzen und brannten aus. Die Spezialisten der Marine gaben, ohne das Problem zu verstehen, den Befehl, "keine Audions zu erwerben, sondern alte Detektoren zu verwenden".

Wissenschaftler fanden im Design von Lee de Forest nichts Neues. Fleming, der Erfinder der Diode, schrieb Folgendes: „Im Oktober 1906 beschrieb Dr. Forest ein Gerät, das er Audion nannte. Dies ist eine einfache Wiederholung von mir, die achtzehn Monate zuvor beschrieben wurde. Die eingeführte Änderung ergibt keinen signifikanten Unterschied in den Aktionen des Geräts als Detektor “[6]. Es wurde 1907 geschrieben, aber selbst 1908 bestätigt der Franzose C. Tissot Flemings Priorität.

Eine interessante Tatsache ist, dass beide Erfinder der ursprünglichen elektronischen Geräte, die das Elektron als Realität akzeptierten, sich der Bestimmung der Priorität aus verschiedenen Perspektiven näherten. Fleming betrachtete die Geräte als elektronisch und Lee de Forest als ionisch. Dies ist jedoch nicht überraschend.

Der Stromkreis eines Funkempfängers mit Gasdetektor Die damals existierenden Vakuumpumpen zur Herstellung von Glühbirnen waren so unvollkommen, dass es möglich war, die im Audion ablaufenden Prozesse auf zwei Arten zu interpretieren. Lee de Forest glaubte, dass sein Gerät nach dem Prinzip der Ionisierung eines tief verdünnten Gases arbeitet. Nur die Erfindung von Diffusionsvakuumpumpen und langjährige Forschung ermöglichten es uns, die Fähigkeiten einer Funkröhre mit einer zusätzlichen Elektrode gründlich zu untersuchen und die elektronische Natur ihrer internen Prozesse zu überprüfen.

Wirklich revolutionär war die Fähigkeit des Audions, das bei ihm ankommende Signal zu verstärken. Funkempfänger könnten jetzt Signale von entfernten oder sehr schwachen Radiosendern wahrnehmen. Die Sendeleistung konnte reduziert werden, was zu einer breiteren Verbreitung des Funktelefons beitrug.

Die Entwicklung menschlicher Sprachübertragungssysteme stellte sich jedoch nicht der Aufgabe, Rundfunk-, Informations- oder Musik-Perics einzuführen, sondern benötigte Funktelefonie für geschäftliche und profitable wechselseitige Kommunikation, aber unvorhergesehene Ereignisse ...

Jeder hat es satt, nervige Radio- und Fernsehwerbung zu machen. Aus Gründen der historischen Gerechtigkeit müssen wir jedoch zugeben, dass Radiowerbung vor der Ausstrahlung erschien. Und am unmittelbarsten damit verbunden ist kein anderer als der Erfinder der Audion.

Lee de Forest selbst schrieb Folgendes: „1909 produzierte ich schnurlose Telefone für die USA. Jedes Kit wurde unter Verwendung von Phonographennotizen getestet. Zu meiner Überraschung genossen viele Schinken und professionelle Bediener diese Kontrollprogramme. Natürlich kam mir die Idee des Rundfunks. Es könnten attraktive Musik und interessante Programme ausgestrahlt werden, was eine Nachfrage nach drahtlosen Geräten schafft. “

Zu Werbezwecken wurden die ersten Live-Übertragungen der New York Metropolitan Opera organisiert, und im November 1916 wurde die Idee verwirklicht, das Zählverfahren während der Präsidentschaftswahlen zu übertragen. Sie hat das Interesse an Rundfunkübertragungen stark gesteigert.

Zum ersten Mal auf der Welt wurde in den USA seit 1921 regelmäßig in den USA von Pittsburgh aus ausgestrahlt. Die erste Radiowerbung, in der die Vorteile und niedrigen Kosten von Wohnungen in den Wolkenkratzern von Long Island beschrieben wurden, wurde 1922 aus New York ausgestrahlt. Lee de Forest hatte jedoch nichts mit ihr zu tun.

Abb. 5.

Eine weitere Entdeckung

Nachdem Lee de Forest sein Audio erfolgreich in einen Funkempfänger implementiert hatte, konnte er nicht an der Idee vorbeikommen, es in einem Funksender zu verwenden. Tatsache ist, dass die Erzeugung von Funkwellen mit Geräten verbunden ist, die Schwingungsprozesse ausführen. Es gibt viele solcher Schwingungsemitter in der Natur. Dies ist eine klingende Glocke, Stimmbänder, ein unter der Decke schwingender Kronleuchter und ein Pendel einer Wanduhr.

In der Elektrizität können Sie eine Schwingungsquelle erzeugen, indem Sie einen geladenen Kondensator und eine Induktivität in einem Stromkreis kombinieren und so einen sogenannten Schwingkreis bilden. Alle natürlichen Schwingungssysteme erzeugen gedämpfte Schwingungen. Die Saite hört nach einiger Zeit auf zu klingen, die Meereswellen beruhigen sich. Schwankungen in den Schaltkreisen verblassen ebenfalls.

Hochwertige Sendungen erfordern ungedämpfte Schwingungen. Und das ist nicht einfach. Für den langen Wellenlängenbereich können Sie einen Maschinengenerator für hochfrequente Schwingungen erstellen. Aber wie kann man das Problem mit dem Schwingkreis lösen, der Schwingungen mit nahezu jeder Frequenz liefert?

Beispielsweise wurden in einer Wanduhr, um mehrere Tage lang ungedämpfte Schwingungen des Pendels zu erzeugen, spezielle Mechanismen eingebaut, die das Pendel regelmäßig zu einem genau definierten Zeitpunkt in der Phase seiner Bewegung drücken. Die Energie dafür wird aus den erhöhten Gewichten oder der gewickelten Feder entnommen. Das Gerät wird als Ankermechanismus bezeichnet.

Aber was ist mit dem Schwingkreis? Lee de Forest nimmt den Schwingkreis in den Stromkreis seines Audion-Gitters auf, und durch die Stromkreise fällt das verstärkte Signal des Oszillationskreises wieder auf denselben Stromkreis, wodurch die Schwingungen im richtigen Moment "gedrückt" werden, so dass die Amplitude und die Öffnung in der Elektrotechnik als positive Rückkopplung bezeichnet werden und nun in verwendet werden Tausende verschiedener Geräte.

Lee de Forest erhielt 1915 ein Patent für dieses System. Nun war es nicht schwierig, elektrische Schwingungen mit den erforderlichen Frequenzen zu erhalten. Zwar konnten die ersten Röhrengeneratoren zunächst nicht die für die Sender benötigte Leistung liefern. Es wird ein heftiger Wettbewerb zwischen Lichtmaschinen und Rohrgeneratoren beginnen. Am Ende verschwinden die Lichtmaschinen und die elektronische Lampe nimmt ihren rechtmäßigen Platz ein.

Aber der Erfinder des Audion wäre kein Amerikaner, wenn er nicht nur im Radio eine praktische Anwendung für sein Gerät gefunden hätte. Er schafft das erste elektronische Musikinstrument.

Nachdem er bei Audions einen elektrischen Generator für Schallfrequenzen gebaut hat, eine Triode pro Oktave, und die Signale verstärkt, speist er sie in Lautsprecher ein, die sich rund um den Raum befinden. Auf dem Weg dorthin werden Surround-Sound-Probleme behoben. Vor allem aber gelang es Lee de Forest, die Stimmung der Schwingkreise zu ändern und bezaubernde Klänge zu erzeugen, die für das menschliche Ohr ungewöhnlich sind.

Lee de Forest nannte sein Instrument „Audio Piano“. Gleichzeitig wurden prophetische Worte ausgedrückt: „Ich hoffe, dass ich mit Hilfe dieser kleinen elektronischen Lampe das Instrument perfekt genug machen kann, damit Musiker ihre reichsten musikalischen Fantasien verwirklichen können.“

"The Great Mute" sprach

Das Kino erschien fast gleichzeitig mit dem ersten Radioempfänger. Die Brüder Louis und Auguste Lumiere führten im März 1895 eine Pilotdemonstration der ersten dokumentierten Aufnahmen durch. Ende des Jahres wurde in Paris das erste kommerzielle Kino gebaut. Anfangs konnten Filme nicht einmal als solche betrachtet werden, Kinos wurden jedoch unter dem Namen „Live-Fotografie“ als „technische Attraktionen“ bezeichnet.

Aber sehr bald wurden diese Attraktionen zu ernsthaften Konkurrenten des gewöhnlichen Theaters. Eine neue Kunstform entsteht, ist billiger und mobiler. Bald wurde das gesamte Territorium der Vereinigten Staaten von einem Netzwerk von Kinos abgedeckt, die von bis zu 5 Millionen Zuschauern pro Tag besucht wurden. Es wurde klar, dass dies auch ein großes Geschäft ist [7].

Aber wie lange können sich Menschen für künstlerische Mimik und kurze Untertitel interessieren, wenn auch künstlerisch? Das Erscheinen prominenter Schauspieler auf den Bildschirmen erhöhte das Prestige der neuen Kunst auf den Titel "großer Dummkopf", aber wie die Engländer sagen: "Ein Wunder ist nur neun Tage ein Wunder." Die Zahl der Kinobesucher ist allmählich rückläufig.

Um die Situation zu verbessern, stellten sie spezielle Musiker ein, die die Filmshow mit Musik begleiteten. Der große A. Edison hat seinen Phonographen für diesen Zweck angepasst.

Ein bestimmter Erfinder, Homon, bot der ehrwürdigen Öffentlichkeit ein „Chronophon“ an. Ein lauter Name verbarg eine gewöhnliche Schallplatte, die synchron mit dem Filmmotor gedreht wurde, wobei die Bewegung der Lippen der Schauspieler mehr oder weniger mit dem Ton zusammenfiel. Aber das Grammophon stand in der Nähe der Filmleinwand, und der Projektor befand sich am anderen Ende der Halle. Die Verwaltung eines solchen Systems war schwierig. Über die Klangqualität stellte sich heraus, wie sie sagen, arbeitslos zu sein.

Elektrizitätsunternehmen fusionierten zu Konglomeraten. Riesenfirmen brauchten ihn nicht, und der Stolz erlaubte ihm nicht, sich mit der Position eines gewöhnlichen Ingenieurs mit einem monatlichen Gehalt zufrieden zu geben. Und Forest beschloss, die Probleme der Filmmusik anzugehen.

Seine Idee war, dass der „leichte Hase“ auf einem lichtempfindlichen Film die Tonvariationen auf der Tonspur parallel zum Bild aufzeichnete. Die Synchronizität war perfekt. Mit Hilfe von Audions konnte jede Lautstärke erreicht werden.

Um für seine neue Erfindung von 1923 bis 1927 zu werben, drehte Lee de Forest mehr als 100 Kurzfilme mit vielen berühmten Schauspielern, um die Entstehung moderner Videoclips vorwegzunehmen.

Der Erfinder für die Werbung für seinen „Phonofilm“ überraschte Landsleute, indem er die Rede des 30. US-Präsidenten Coolidge auf dem Rasen vor dem Weißen Haus auf der Filmleinwand wiedergab. Zum ersten Mal sprach ein amerikanischer Führer vom Bildschirm. Das Publikum freute sich über diese Neuheit. Das Fieber begann wieder. Wurde geboren

Das goldene Zeitalter von Hollywood.

Der Erfinder musste diesen Erfolg jedoch nicht nutzen. "Die Anwälte der Western Electric and Telephone Company", schrieb der Foresta-Biograf M. Wilson, "umkreisten ihn erfolgreich und nutzten seine Erfindung kostenlos."

Ein großes und fruchtbares Leben verbrachte der amerikanische Ingenieur Lee de Forest. Die Menschheit hat ihm viel zu verdanken. Als einer der ersten glaubte er an die Existenz eines Elektrons und legte zusammen mit Fleming den Grundstein für die Funkelektronik.

Die Ergebnisse seiner Forschung haben Anwendung in vielen bekannten Dingen gefunden: von einem hochmodernen Mobiltelefon bis zu einem Barcode auf Waren. Trotz zahlreicher Petitionen wurde er jedoch nie mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Am 5. Oktober 1956, 50 Jahre nach der Erfindung der Funkröhre (Audion), verlieh die französische Regierung Lee de Forest den Orden der Ehrenlegion. Bei der Preisverleihung hieß es: "Die Entdeckung von Lee de Forest ist eine der größten in der Geschichte von Wissenschaft und Technologie, und Experten auf allen Gebieten der Wissenschaft sollten ihren Respekt, ihre Wertschätzung und ihre Bewunderung zum Ausdruck bringen." Diese Worte wurden vom Nobelpreisträgerphysiker Louis de Broglie, einem der Begründer der Quantenphysik, gesprochen. Und er wusste, was er sagte.