Lee de Forest och de första stegen inom elektronik

Vilken nation skulle inte vilja kalla en av dess söner uppfinnaren av radio och att rangordna prioriteringen av den stora upptäckten bakom deras hemland? Det är därför som tvister mellan vetenskapshistorikerna inte har upphört i ett sekel.

De mest övertygande argument och åsikter presenteras, där det inte finns så många namn: Maxwell (England), Hertz (Tyskland), Branly (Frankrike), Popov (Ryssland), Marconi (Italien).

Bland denna galax av stora sinnen, som var och en förtjänar äran att inkluderas i "biografin" om ett nytt kommunikationsmedel, kan du träffa andra forskare, "lägre rang". Men även bland dem, en amerikansk ingenjör Lee de Forest Det verkar som att figuren vid första anblicken inte är riktigt lämplig för rollen som grundaren av radion. När allt kommer omkring började han forskning inom radiotelegrafi, efter att de första signalerna överfördes över Atlanten, och gnisttelegrafen, som radion då kallades, användes allmänt i praktiken. Men varför, i en forskareingenjörs hemland, i USA, uttalas hans namn i kombination med orden "radioens far" och till och med "tv-farfar"? Det måste verkligen finnas goda skäl för detta. Och det är de.

Radiotelefonen är relevant

I slutet av 1800-talet. kännetecknades av en händelse som från början tilldelades liten betydelse. Assistenter A. S. Popov - P. N. Rybkin och D. S. Troitsky upptäckte ur nuvarande synvinkel en "självklar" sak.

De försökte hitta en funktionsfel i radion genom att "ringa" elektriska kretsar med en vanlig telefonapparat och hörde tydligt radiosignalerna från Morse-koden på närmaste radiostation.

För det första innebar detta att du med radiovågor kan sända ljudsignaler. För det andra blev det möjligt att ta emot en lågeffekt-signal via örat, på vilken mottagarreläet inte svarade - ett oumbärligt element i de första konstruktionerna.

Den 26 juli 1899 fick A. S. Popov det ryska privilegiet och patenten i England och Frankrike för ”Telefonmottagare av sändningar skickade med elektromagnetiska vågor via Morse-systemet” [2]. Tester på det nya kommunikationssystemet, beslutades att bedriva den befintliga skvadronen av Svartahavsflottan. Under sommarkampanjen 1901 i Novorossiysk-regionen nådde överföringen ibland 80 mil (cirka 150 km). Trots att täckningsområdet var något mindre, var slutsatsen att radiovågorna uppfattas bortom horisonten, entydig [3].

Den första versionen av gasdetektorn. Det är lämpligt att ge ett klassiskt exempel på "dumhet" när byråkratin står i vägen för utvecklingen av framsteg. ”Kommandot över Svarta havsflottan,” sade Rybkin, ”förbjöd användning av radiotelefoner i flottan, med hänvisning till det faktum att telegrafbandet är ett dokument, samtidigt som han litar på radiooperatören som fick ordet krävdes för att bekräfta med det officiella seglet. Och tiden gick, framåt var Tsushimas och Titanics tragedier, men det fanns inga incitament för att bedriva forskning inom sändning av mänskligt tal i radio.

I USA på den tiden har sådant arbete redan påbörjats. Deras resultat visade att gnissändare inte är lämpliga för detta ändamål och frekvensen för bärvågen bör vara minst 10 tusen perioder per sekund.

Ingenjören R. Fesenden, som skapade högfrekventa elektriska maskingeneratorer (växelströmsgeneratorer), tog upp frågorna om radiotelefoni. Sedan 1906, med deras hjälp, hölls de första radiotelefonförhandlingarna om Atlantkusten. Förresten, deras ämne var kostnaden för fisk på Boston-marknaden.

Navigatörer i USA vägrade att studera reglerna för att arbeta med en telegrafnyckel, så det beslutades att endast ha radiooperatörer på passagerarfartyg (andra fartyg var utrustade endast med en radiotelefon).

"Audio" - den så kallade uppfinningen

Lee de Forest dyker upp i arenaen för gnisttelegrafarbete 1900. Efter att ha bytt ut flera laboratorier av pionjärer av en ny typ av kommunikation organiserade han 1902 sitt eget amerikanska trådlösa telegrafföretag.

Från elektroteknik visste han att när luften bestrålas med ett brinnande ljus låga, blir det ledande. Samma sak hände när man upphettade någon sällsynt gas. Försäkrat om att förr eller senare, bland de gaser som glödar under påverkan av elektrisk ström, en bra detektor för Hertz-vågor kan hittas, startar Lee de Forest experiment.

Redan 1903 gjorde han en mycket framgångsrik och lovande upplevelse. Två platinaplattor i luftkondensorn "slickade" brännarens låga, och fältet för den elektromagnetiska spolen ansluten mellan antennen och marken verkade på plasman inuti den (fig. 1).

Fig. 1.

Med denna detektor fick Lee de Forest signaler från ett fartyg i New York Harbour. Den första framgången inspirerade uppfinnaren. Men att implementera en sådan enhet i praktiken var inte möjligt. "Det var uppenbart att en enhet med gasflamma var oacceptabel för ett fartygs radiostation," skrev uppfinnaren, "så jag började leta efter ett sätt att värma gasen direkt med elektrisk ström."

Det enklaste sättet att göra detta var att använda en vanlig Edison-glödlampa, sätta in platinaplattor av elektroder där och linda in en glödlampa i lampan med en del av mottagningsspolen. Därefter avlägsnades en av platinaelektroderna, och i stället för den användes en varm lamptråd (fig. 2). En radio med en sådan detektor fungerade inte sämre än andra liknande enheter, men inte bättre.

Fig. 2.

Genom att genomföra flera experiment lindade Lee de Forest en gång en glascylinder av en lampa med metallfolie ansluten till en antenn. Mottagaren har blivit mer känslig. "Just nu," påminner forskaren, "insåg jag att lampans effektivitet kan ökas om den tredje elektroden placeras inuti." Vad experimenteraren skyndade sig att göra. Mottagningskvaliteten har ökat.

Ytterligare experiment leder uppfinnaren till idén att den är effektiv om den placeras mellan glödtråden och den aktuella samlarplattan. "Naturligtvis," säger Lee de Forest, "att den tredje elektroden inte borde vara en solid platta."

Sökningen började efter material, former och storlekar på elektroden, liksom dess placering mellan lampans två terminaler.

Den mest framgångsrika designen var den roll som en elektrod spelades av en röd het filament av en glödlampa placerad i en annan elektrod i form av en cylinder. Mellan dem var den tredje elektroden placerad, gjord i form av en trådspiral (fig. 3).

Fig. 3.

Uppfinnaren kallade sitt hjärnsköld för en "audion" (från det latinska "ljudet" - att höra och det grekiska "jonet"). Kvaliteten på anordningen bestämdes av styrkan hos ljudet från den mottagna signalen med örat, och den överskred alla enheter som använts tidigare. Senare, med en lätt hand av den engelska elektrotekniker William Eccles, kallades lampor med tre elektroder för trioder.

Fig. 4.

Sök efter sanningen och upptäckten

Navalradiooperatörer (nämligen flottan använde ett nytt kommunikationsmedel), försökte öka känslorna för audionerna, upphettade glödtråden till oacceptabla gränser och de brann ut. Marinens specialister gav, utan att förstå problemet, order "att inte skaffa audion utan att använda gamla detektorer."

Forskare hittade inte något nytt i utformningen av Lee de Forest. Så här skrev uppfinnaren av Fleming-dioden: ”I oktober 1906 beskrev Dr. Forest en anordning som han kallade en audion, som är en enkel upprepning av min, som beskrivs arton månader tidigare. Den införda förändringen ger ingen signifikant skillnad i enhetens handlingar som detektor ”[6]. Det skrevs 1907, men även 1908 bekräftar fransmannen C. Tissot Flemings prioritet.

Ett intressant faktum är att båda uppfinnarna av originella elektroniska apparater, som accepterade elektronen som verklighet, närmade sig bestämningen av prioritering ur olika perspektiv. Fleming betraktade enheterna elektroniska och Lee de Forest - joniska. Det är dock inget överraskande i detta.

Den elektriska kretsen för en radiomottagare med en gasdetektor Vakuumpumpar som fanns vid den tiden, avsedda för tillverkning av elektriska glödlampor, var så ofullkomliga att det gjorde det möjligt att tolka processerna i audion på två sätt. Lee de Forest trodde att hans anordning fungerar på principen om jonisering av en djupt sällsynt gas. Endast uppfinningen av diffusionsvakuumpumpar och många års forskning gjorde det möjligt för oss att noggrant studera kapaciteten hos ett radiorör med en ytterligare elektrod och verifiera den elektroniska karaktären hos dess interna processer.

Verkligen revolutionerande var audionens förmåga att förstärka signalen som anlände till honom. Radiomottagare kunde nu uppfatta signaler från fjärrradiostationer eller mycket svaga. Sändarkraften skulle kunna minskas, vilket bidrog till en bredare distribution av radiotelefonen.

Utvecklingen av mänskliga talöverföringssystem gav sig emellertid inte uppgiften att introducera sändningar, information eller musik perics, men behövde radiotelefoni för affärer och fördelaktig tvåvägskommunikation, men en oväntad sak hände ...

Alla är trötta på irriterande radio- och TV-reklam. Men för den historiska rättvisans skull måste vi erkänna att radioreklam dök upp före sändningen. Och det mest direkt relaterade till det är ingen annan än uppfinnaren av audion.

Så här skrev Lee de Forest själv: ”1909 producerade jag trådlösa telefoner till USA. Varje kit testades med hjälp av fonografanteckningar. Till min överraskning åtnjöt många skinkor och professionella operatörer dessa kontrollprogram. Naturligtvis kom tanken på sändningar till mig. Attraktiv musik och intressanta program kan sändas, vilket skapar en efterfrågan på trådlös utrustning. ”

För reklamändamål organiserades de första live-sändningarna från New York Metropolitan Opera, och i november 1916 förverkligades idén om att överföra räknarförfarandet under presidentvalet. Det var hon som kraftigt ökade intresset för radiosändningar.

För första gången i världen började regelbunden sändning i USA från staden Pittsburgh sedan 1921. Den första radioreklamen, som beskrev fördelarna och låga kostnaderna för lägenheter i skyskraporna på Long Island, sändes 1922 från New York. Lee de Forest hade dock ingenting med henne att göra.

Fig. 5.

En annan upptäckt

Efter att ha lyckats implementera sitt ljud i en radio kunde Lee de Forest inte gå förbi idén att använda det i en radiosändare. Faktum är att genereringen av radiovågor är förknippad med enheter som utför oscillerande processer. Det finns många sådana vibrationsutsändare i naturen. Det här är en klingande klocka, och stämband och en ljuskrona som svänger under taket och en pendel från en väggklocka.

I elektricitet kan du skapa en källa till svängning genom att kombinera en laddad kondensator och induktans i en krets, bilda en så kallad oscillerande krets. Alla naturliga vibrationssystem producerar dämpade vibrationer. Strängen slutar att låta efter en tid, havsvågorna lugnar. Fluktuationer i kretsarna försvinner också.

Högkvalitativa sändningar kräver osämda svängningar. Och det är inte lätt att göra. För det långa våglängdsområdet kan du skapa en maskingenerator med högfrekventa svängningar. Men hur löser du problemet med den oscillerande kretsen och ger svängningar av nästan vilken frekvens som helst?

Till exempel, i en väggklocka för att skapa otampade svängningar av pendeln under flera dagar, byggdes speciella mekanismer som regelbundet pressar pendeln vid ett strikt definierat ögonblick i fasen av dess rörelse. Energin för detta tas från de upphöjda vikterna eller sårfjädern. Enheten kallas en förankringsmekanism.

Men hur är det med den oscillerande kretsen? Lee de Forest inkluderar en oscillerande krets i kretsen på hans audions nät, och genom de elektriska kretsarna faller den förstärkta signalen från oscillerande krets igen på samma krets, "skjuter" svängningarna i rätt ögonblick så att amplituden och öppningen i elektroteknik kallas positiv feedback och nu används i tusentals olika enheter.

Lee de Forest fick ett patent för detta system 1915. Nu var det inte svårt att få elektriska svängningar av de erforderliga frekvenserna. Det är sant att de första rörgeneratorerna till en början inte kunde tillhandahålla den kraft som behövs för sändarna. En hård tävling kommer att inledas mellan växelströmsgeneratorer och rörgeneratorer. Till slut försvinner växelströmsgeneratorerna från användning och den elektroniska lampan tar sin rättmätiga plats.

Men uppfinnaren av audionen skulle inte vara amerikaner om han inte hade hittat praktisk tillämpning för sin enhet, inte bara på radio. Han skapar det första elektroniska musikinstrumentet.

Efter att ha konstruerat en elektrisk generator av ljudfrekvenser vid audion, en triode per oktav och förstärkt signalerna, matar han in dem i högtalare som ligger runt omkretsen av rummet. Så under vägen löses problem med surroundljud. Men viktigast av allt, genom att ändra avstämningen av de svängande kretsarna lyckades Lee de Forest få förtrollande ljud, ovanliga för det mänskliga örat.

Lee de Forest kallade sitt instrument ”ljudpiano”. Samtidigt uttrycktes profetiska ord: "Jag hoppas att jag med hjälp av denna lilla elektroniska lampa kan göra instrumentet tillräckligt perfekt så att musiker kan förverkliga sina rikaste musikaliska fantasier."

"The Great Mute" talade

Film visade nästan samtidigt med den första radiomottagaren. Bröderna Louis och Auguste Lumiere i mars 1895 genomförde en pilotdemonstration av de första dokumenterade skotten. I slutet av det året byggdes den första kommersiella biografen i Paris. Ursprungligen kunde filmer inte ens betraktas som sådana, men biografer kallades "tekniska attraktioner" under namnet "livefotografering".

Men mycket snart blev dessa attraktioner allvarliga konkurrenter till den vanliga teatern. En ny konstform växer fram, billigare och mer mobil. Snart täcktes hela USA: s territorium av ett nätverk av biografer, som besökts av upp till 5 miljoner tittare per dag. Det blev tydligt att detta också är ett stort företag [7].

Men hur länge kan människor vara intresserade av, om än konstnärliga, men ansiktsuttryck och korta undertexter? Utseendet på framstående skådespelers skärmar höjde prestationen för ny konst till titeln "stor dum", men som engelska säger, "ett mirakel är bara nio dagar ett mirakel." Antalet filmbesökare har börjat sjunka.

För att förbättra situationen började de anställa speciella musiker, tappare, som åtföljde filmen med musik. Den stora A. Edison anpassade sin fonograf för detta ändamål.

En viss uppfinnare, Homon, erbjöd den värdefulla allmänheten en "kronofon". Ett högt namn gömde en vanlig skiva, roterad synkront med filmmotorn, där rörelserna i skådespelarnas läppar mer eller mindre sammanföll med ljudet. Men grammofonen stod nära filmskärmen och projektorn var i andra änden av hallen. Att hantera ett sådant system var svårt. Om ljudkvaliteten visade sig vara som de är utan arbete.

Elföretag slogs samman till konglomerat. Jätteföretag behövde inte honom, och stolthet tillät honom inte att nöja sig med en vanlig ingenjör med en månadslön. Och Forest beslutade att ta itu med problemen med att göra filmer.

Hans idé var att ”ljuskaninen” spelade in på en ljuskänslig film ljudvariationerna på ljudspåret parallellt med bilden. Synkroniteten var perfekt. Med hjälp av auditions var det möjligt att uppnå någon volym.

För att marknadsföra sin nya uppfinning från 1923 till 1927 sköt Lee de Forest mer än 100 ljudshorts med många kända skådespelare, i väntan på uppkomsten av moderna videoklipp.

Uppfinnaren för att annonsera sin ”fonofilm” förvånade landsmän genom att på filmskärmen reproducera talet från den 30: e amerikanska presidenten Coolidge på gräsmattan framför Vita huset. För första gången talade en amerikansk ledare från skärmen. Publiken denna nöje glädje. Febern började igen. Föddes

Golden Age of Hollywood.

Men uppfinnaren behövde inte dra nytta av denna framgång. "Advokaterna från Western Electric and Phone Company", skrev biografen i Forest, M. Wilson, "cirklar framgångsrikt med fingret och utnyttjade sin uppfinning gratis."

Ett stort och fruktbart liv tillbringades av den amerikanska ingenjören Lee de Forest. Mänskligheten är mycket skyldig honom. En av de första som han trodde på förekomsten av en elektron, tillsammans med Fleming lägger grunden för radioelektronik.

Resultaten av hans forskning har hittat tillämpning i många bekanta saker: från en ultramodern mobiltelefon till en streckkod på varor. Trots många framställningar tilldelades han emellertid aldrig Nobelpriset.

Den 5 oktober 1956, 50 år efter uppfinningen av radioröret (audion), tilldelade den franska regeringen Lee de Forest Order of the Legion of Honor. Vid utdelningen av utmärkelsen sades orden att "upptäckten av Lee de Forest är en av de största i vetenskapens och teknikens historia, och experter inom alla vetenskapsområden borde uttrycka sin respekt, deras uppskattning och deras beundran." Dessa ord uttalades av Nobelprisvinnaren fysiker Louis de Broglie, en av grundarna av kvantefysiken. Och han visste vad han sa.