Lee de Forest i pierwsze kroki elektroniki

Który naród nie chciałby nazywać jednego ze swoich synów wynalazcą radia i traktować priorytetem wielkiego odkrycia za swoją ojczyzną? Dlatego spory między historykami nauki nie ustały od stulecia.

Przedstawiono najbardziej przekonujące argumenty i opinie, w których nie ma tak wielu nazwisk: Maxwell (Anglia), Hertz (Niemcy), Branly (Francja), Popov (Rosja), Marconi (Włochy).

Wśród tej galaktyki wielkich umysłów, z których każda zasługuje na zaszczyt włączenia do „biografii” nowego środka komunikacji, można spotkać innych naukowców „niższej rangi”. Ale nawet wśród nich amerykański inżynier Lee de Forest Wydaje się, że postać na pierwszy rzut oka nie pasuje do roli założyciela radia. W końcu rozpoczął badania w dziedzinie telegrafii radiowej po tym, jak pierwsze sygnały zostały przesłane przez Atlantyk, a telegraf iskrowy, jak wówczas nazywano radio, był szeroko stosowany w praktyce. Ale dlaczego w ojczyźnie inżyniera-naukowca w USA wymawia się jego imię w połączeniu ze słowami „ojciec radia”, a nawet „dziadek telewizji”? Rzeczywiście, musi być ku temu dobry powód. I są.

Radiotelefon jest istotny

Koniec XIX wieku. było naznaczone wydarzeniem, które początkowo nie miało większego znaczenia. Asystenci A. S. Popov - P. N. Rybkin i D. S. Troitsky odkryli z obecnego punktu widzenia rzecz „oczywistą”.

Próbując znaleźć awarię w radiu poprzez „dzwonienie” obwodów elektrycznych za pomocą zwykłego telefonu, wyraźnie słyszeli sygnały radiowe z kodu Morse'a najbliższej stacji radiowej.

Po pierwsze oznaczało to, że za pomocą fal radiowych można przesyłać sygnały dźwiękowe. Po drugie, stało się możliwe otrzymanie przez ucho sygnału małej mocy, na który nie zareagował przekaźnik odbiornika - niezbędny element pierwszych konstrukcji.

26 lipca 1899 r. A. S. Popow otrzymał rosyjski przywilej i patenty w Anglii i Francji na „Odbiornik telefoniczny przesyłek wysyłanych falami elektromagnetycznymi przez system Morse'a” [2]. Testy nowego systemu łączności, postanowiono przeprowadzić na istniejącej eskadrze Floty Czarnomorskiej. Podczas kampanii letniej w 1901 r. W obwodzie noworosyjskim zasięg transmisji czasami dochodził do 80 mil (około 150 km). Chociaż obszar zasięgu był nieco mniejszy, wniosek, że fale radiowe są postrzegane poza horyzontem, był jednoznaczny [3].

Początkowa wersja detektora gazu Należy podać klasyczny przykład „głupoty”, gdy biurokracja stoi na przeszkodzie rozwojowi postępu. „Dowództwo Floty Czarnomorskiej”, powiedział Rybkin, „zakazało korzystania z radiotelefonów we flocie, powołując się na fakt, że taśma telegraficzna jest dokumentem, a zaufanie do operatora radiowego, który otrzymał to słowo, wymagało potwierdzenia oficjalną pieczęcią. I czas mijał, przed nami tragedie Tsushimy i Titanica, ale nie było bodźców do prowadzenia badań w dziedzinie nadawania mowy ludzkiej w radiu.

W tym czasie w Stanach Zjednoczonych takie prace już się rozpoczęły. Ich wyniki wykazały, że nadajniki iskier nie nadają się do tego celu, a częstotliwość fali nośnej powinna wynosić co najmniej 10 tysięcy okresów na sekundę.

Inżynier R. Fesenden, który stworzył generatory prądu elektrycznego o wysokiej częstotliwości (alternatory), podjął kwestie radiotelefonii. Od 1906 roku z ich pomocą odbyły się pierwsze negocjacje radiotelefoniczne na wybrzeżu Atlantyku. Nawiasem mówiąc, ich tematem był koszt ryb na bostońskim rynku.

Nawigatorzy w Stanach Zjednoczonych odmówili przestudiowania zasad pracy z kluczem telegraficznym, dlatego postanowiono mieć radiooperatorów tylko na statkach pasażerskich (inne statki były wyposażone tylko w radiotelefon).

„Audio” - tak zwany wynalazek

Lee de Forest pojawia się na arenie telegrafu iskrowego w 1900 roku. Po zastąpieniu kilku laboratoriów pionierów nowego rodzaju komunikacji, w 1902 roku założył własną firmę American Wireless Telegraph Company.

Z elektrotechniki wiedział, że kiedy powietrze zostanie napromieniowane płomieniem płonącej świecy, staje się ono przewodzące. To samo stało się podczas podgrzewania gazu rozrzedzonego. Pewny, że prędzej czy później, pośród gazów świecących pod wpływem prądu elektrycznego, można znaleźć dobry detektor fal Hertza, Lee de Forest rozpoczyna eksperymenty.

Już w 1903 roku zrobił bardzo udane i obiecujące doświadczenie. Dwie platynowe płyty skraplacza powietrza „lizały” płomień palnika, a pole cewki elektromagnetycznej połączonej między anteną a ziemią oddziaływało na znajdującą się w niej plazmę (ryc. 1).

Ryc. 1.

Za pomocą tego detektora Lee de Forest otrzymał sygnały ze statku w porcie w Nowym Jorku. Pierwszy sukces zainspirował wynalazcę. Jednak wdrożenie takiego urządzenia w praktyce nie było możliwe. „Było oczywiste, że urządzenie z płomieniem gazu jest nie do przyjęcia dla radiostacji okrętowej” - napisał wynalazca - „więc zacząłem szukać sposobu na ogrzewanie gazu bezpośrednio prądem elektrycznym”.

Najprostszym sposobem na to było użycie zwykłej żarówki Edisona, włożenie tam platynowych płytek elektrod i owinięcie szklanej żarówki lampy częścią cewki odbiorczej. Następnie usunięto jedną z elektrod platynowych, a zamiast niej zastosowano gorący wątek lampy (ryc. 2). Radio z takim detektorem działało nie gorzej niż inne podobne urządzenia, ale nie lepiej.

Ryc. 2.

Przeprowadzając liczne eksperymenty, Lee de Forest owinął kiedyś szklany cylinder lampy metalową folią podłączoną do anteny. Odbiornik stał się bardziej czuły. „W tym momencie” - wspomina naukowiec - „zdałem sobie sprawę, że wydajność lampy można zwiększyć, jeśli trzecia elektroda zostanie umieszczona w środku”. Co pośpieszył eksperymentator. Jakość odbioru wzrosła.

Dalsze eksperymenty doprowadziły wynalazcę do idei, że jest skuteczny, jeśli zostanie umieszczony między żarnikiem a bieżącą płytką odbierającą. „Oczywiście” - mówi Lee de Forest - „trzecia elektroda nie powinna być litą płytą”.

Rozpoczęto poszukiwania materiałów, kształtów i rozmiarów elektrody, a także jej lokalizacji między dwoma zaciskami żarówki.

Najbardziej udany projekt polegał na tym, że rolę jednej elektrody pełniło rozgrzane do czerwoności włókno żarówki umieszczone w innej elektrodzie w formie cylindra. Pomiędzy nimi znajdowała się trzecia elektroda wykonana w postaci spirali z drutu (ryc. 3).

Ryc. 3.

Wynalazca nazwał swoje dzieło „przesłuchaniem” (od łacińskiego „audio” - do usłyszenia i greckiego - „jonu” - idąc). Jakość urządzenia została określona przez siłę dźwięku odbieranego sygnału przez ucho i przewyższyła wszystkie urządzenia używane wcześniej. Później, z lekką ręką angielskiego inżyniera elektrycznego Williama Ecclesa, lampy z trzema elektrodami nazywano triodami.

Ryc. 4

Szukaj prawdy i odkrycia

Morscy operatorzy radiowi (czyli flota zastosowali nowy środek komunikacji), próbując zwiększyć czułość przesłuchań, podgrzali filament do niedopuszczalnych granic i wypalili się. Specjaliści Marynarki Wojennej, nie rozumiejąc problemu, wydali rozkaz „nie pozyskiwać przesłuchań, ale używać starych detektorów”.

Naukowcy nie znaleźli nic nowego w projekcie Lee de Forest. Oto, co napisał Fleming, wynalazca diody: „W październiku 1906 r. Dr Forest opisał urządzenie, które nazwał przesłuchaniem, które jest moim prostym powtórzeniem, opisane osiemnaście miesięcy wcześniej. Wprowadzona zmiana nie daje istotnej różnicy w działaniu urządzenia jako detektora ”[6]. Został napisany w 1907 roku, ale nawet w 1908 roku Francuz C. Tissot potwierdza priorytet Fleminga.

Ciekawostką jest to, że obaj wynalazcy oryginalnych urządzeń elektronicznych, które zaakceptowali elektron jako rzeczywistość, podeszli do ustalenia priorytetu z różnych perspektyw. Fleming uważał urządzenia za elektroniczne, a Lee de Forest - jonowy. Nie ma w tym jednak nic zaskakującego.

Obwód elektryczny odbiornika radiowego z detektorem gazu Istniejące wówczas pompy próżniowe przeznaczone do produkcji żarówek elektrycznych były tak niedoskonałe, że umożliwiały interpretację procesów zachodzących na przesłuchaniu na dwa sposoby. Lee de Forest uważał, że jego urządzenie działa na zasadzie jonizacji głęboko rozrzedzonego gazu. Tylko wynalazek dyfuzyjnych pomp próżniowych i wieloletnie badania pozwoliły nam dokładnie przestudiować możliwości lampy radiowej z dodatkową elektrodą i zweryfikować elektronowy charakter jej wewnętrznych procesów.

Naprawdę rewolucyjna była zdolność audionu do wzmocnienia nadchodzącego sygnału. Odbiorniki radiowe mogą teraz odbierać sygnały ze zdalnych stacji radiowych lub bardzo słabych. Moc nadajnika mogłaby zostać zmniejszona, co przyczyniło się do szerszej dystrybucji radiotelefonu.

Jednak rozwój systemów transmisji mowy ludzkiej nie postawił sobie za zadanie wprowadzenia nadawania, informacji lub periki muzycznej, ale potrzebował radiotelefonii w celach biznesowych i korzystnej dwustronnej komunikacji, ale zdarzyło się coś nieoczekiwanego ...

Wszyscy mają dość irytujących reklam radiowych i telewizyjnych. Ale ze względu na historyczną sprawiedliwość musimy przyznać, że reklama radiowa pojawiła się przed emisją. A najbardziej bezpośrednio z tym związany jest nikt inny niż wynalazca audycji.

Oto, co napisał sam Lee de Forest: „W 1909 roku wyprodukowałem telefony bezprzewodowe dla Stanów Zjednoczonych. Każdy zestaw został przetestowany przy użyciu notatek fonograficznych. Ku mojemu zaskoczeniu, wiele szynek i profesjonalnych operatorów cieszyło się tymi programami kontroli. Oczywiście przyszedł mi do głowy pomysł nadawania. Można nadawać atrakcyjną muzykę i ciekawe programy, tworząc popyt na sprzęt bezprzewodowy. ”

W celach reklamowych zorganizowano pierwsze transmisje na żywo z New York Metropolitan Opera, aw listopadzie 1916 r. Zrealizowano pomysł przeniesienia procedury liczenia podczas wyborów prezydenckich. To ona gwałtownie zwiększyła zainteresowanie transmisjami radiowymi.

Po raz pierwszy na świecie regularne nadawanie rozpoczęło się w USA od miasta Pittsburgh od 1921 roku. Pierwsza reklama radiowa, opisująca zalety i niski koszt mieszkań w wieżowcach Long Island, została nadana w 1922 roku z Nowego Jorku. Jednak Lee de Forest nie miał z nią nic wspólnego.

Ryc. 5

Kolejne odkrycie

Po udanym zaimplementowaniu dźwięku w radiu Lee de Forest nie mógł przejść obojętnie przez pomysł użycia go w nadajniku radiowym. Faktem jest, że generowanie fal radiowych jest związane z urządzeniami, które przeprowadzają procesy oscylacyjne. W przyrodzie jest wiele takich emiterów wibracji. To brzmiący dzwonek, struny głosowe i żyrandol kołyszący się pod sufitem oraz wahadło zegara ściennego.

W elektryczności można stworzyć źródło oscylacji, łącząc naładowany kondensator i indukcyjność w obwodzie, tworząc tak zwany obwód oscylacyjny. Wszystkie naturalne układy wibracyjne wytwarzają drgania tłumione. Po pewnym czasie struna przestaje bić, fale morskie uspokajają się. Wahania w obwodach również zanikają.

Transmisje wysokiej jakości wymagają nie tłumionych oscylacji. I nie jest to łatwe do zrobienia. Dla długiego zakresu fal można utworzyć generator maszynowy oscylacji wysokiej częstotliwości. Ale jak rozwiązać problem z obwodem oscylacyjnym, zapewniając oscylacje o niemal dowolnej częstotliwości?

Na przykład w zegarze ściennym w celu wytworzenia nie tłumionych wahań wahadła przez kilka dni, wbudowano specjalne mechanizmy, które regularnie popychają wahadło w ściśle określonym momencie w fazie jego ruchu. Energia do tego jest pobierana z podniesionych ciężarów lub sprężyny zwojowej. Urządzenie nazywa się mechanizmem kotwiczącym.

Ale co z obwodem oscylacyjnym? Lee de Forest włącza obwód oscylacyjny do obwodu siatki swojego słuchu, a poprzez obwody elektryczne wzmacniany sygnał z obwodu oscylacyjnego ponownie spada na ten sam obwód, „pchając” oscylacje w odpowiednim momencie, dzięki czemu amplituda i otwarcie w elektrotechnice nazywane są dodatnim sprzężeniem zwrotnym i są teraz wykorzystywane w tysiące różnych urządzeń.

Lee de Forest otrzymał patent na ten system w 1915 roku. Teraz nie było trudno uzyskać oscylacje elektryczne o wymaganych częstotliwościach. To prawda, że ​​pierwsze generatory lampowe początkowo nie były w stanie zapewnić mocy potrzebnej do nadajników. Rozpocznie się zacięta konkurencja między alternatorami i generatorami lampowymi. W końcu alternatory znikną z użycia, a lampa elektroniczna zajmie swoje właściwe miejsce.

Ale wynalazca przesłuchania nie byłby Amerykaninem, gdyby nie znalazł praktycznego zastosowania dla swojego urządzenia, nie tylko w radiu. Tworzy pierwszy elektroniczny instrument muzyczny.

Po zbudowaniu generatora elektrycznego częstotliwości dźwięku podczas przesłuchań, jednej triody na oktawę i wzmocnienia sygnałów, dostarcza je do głośników rozmieszczonych na obwodzie pomieszczenia. Po drodze rozwiązano problemy z dźwiękiem przestrzennym. Ale, co najważniejsze, zmieniając strojenie obwodów oscylacyjnych, Lee de Forest zdołał uzyskać czarujące dźwięki, niezwykłe dla ludzkiego ucha.

Lee de Forest nazwał swój instrument „fortepianem audio”. Jednocześnie wyrażono prorocze słowa: „Mam nadzieję, że przy pomocy tej małej elektronicznej lampy uda mi się uczynić instrument wystarczająco doskonałym, aby muzycy mogli realizować swoje najbogatsze muzyczne fantazje”.

Głos zabrał „The Great Mute”

Kino pojawiło się prawie jednocześnie z pierwszym odbiornikiem radiowym. Bracia Louis i Auguste Lumiere w marcu 1895 r. Przeprowadzili pilotażową demonstrację pierwszych udokumentowanych ujęć. Pod koniec tego roku w Paryżu powstało pierwsze komercyjne kino. Początkowo filmów nie można było nawet uznać za takie, jednak kina nazywano „atrakcjami technicznymi” pod nazwą „fotografia na żywo”.

Ale wkrótce te atrakcje stały się poważnymi konkurentami zwykłego teatru. Pojawia się nowa forma sztuki, tańsza i bardziej mobilna. Wkrótce całe terytorium Stanów Zjednoczonych zostało pokryte siecią kin, które odwiedzało nawet 5 milionów widzów dziennie. Stało się jasne, że jest to również duży biznes [7].

Ale jak długo ludzie mogą być zainteresowani, choć artystycznymi, ale wyrazem twarzy i krótkimi napisami? Pojawienie się na ekranach wybitnych aktorów podniosło prestiż nowej sztuki do tytułu „wielkiego głupka”, ale, jak mówią Anglicy, „cud to tylko dziewięć dni cudu”. Liczba odwiedzających kino zaczęła spadać.

Aby poprawić sytuację, zaczęli zatrudniać specjalnych muzyków, taperów, którzy towarzyszyli pokazowi muzycznemu. Wielki A. Edison przystosował do tego celu swój fonograf.

Pewien wynalazca, Homon, zaoferował czcigodnej publiczności „chronofon”. Głośne imię ukrywało zwykłą płytę, obracaną synchronicznie z silnikiem filmowym, w której ruch warg aktorów mniej więcej zbiegał się z dźwiękiem. Ale gramofon stał w pobliżu ekranu filmu, a projektor znajdował się na drugim końcu korytarza. Zarządzanie takim systemem było trudne. O jakości dźwięku okazało się, jak mówią, brak pracy.

Firmy elektryczne połączyły się w konglomeraty. Gigantyczne firmy go nie potrzebowały, a duma nie pozwalała mu zadowolić się stanowiskiem zwykłego inżyniera z miesięczną pensją. I Forest postanowił rozwiązać problemy związane z punktowaniem filmów.

Jego pomysłem było, aby „lekki królik” nagrał na światłoczułym filmie wariacje dźwiękowe ścieżki dźwiękowej równolegle do obrazu. Synchroniczność była idealna. Za pomocą przesłuchań udało się osiągnąć dowolny poziom.

Aby reklamować swój nowy wynalazek w latach 1923–1927, Lee de Forest nakręcił ponad 100 krótkometrażowych filmów z wieloma znanymi aktorami, oczekując pojawienia się nowoczesnych klipów wideo.

Twórca reklamy swojej „fonofilmu” zaskoczył rodaków, odtwarzając na ekranie filmowym przemówienie 30. prezydenta USA Coolidge'a na trawniku przed Białym Domem. Po raz pierwszy z ekranu przemówił amerykański lider. Publiczność ta nowość zachwyciła. Gorączka zaczęła się od nowa. Urodził się

Złoty wiek Hollywood.

Ale wynalazca nie musiał skorzystać z tego sukcesu. „Prawnicy z Western Electric and Telephone Company”, napisał biograf Forest, Wilson, „z powodzeniem okrążyli palec i skorzystali z jego wynalazku za darmo”.

Duże i owocne życie spędził amerykański inżynier Lee de Forest. Ludzkość wiele mu zawdzięcza. Jeden z pierwszych, którzy wierzyli w istnienie elektronu, wraz z Flemingiem położyli podwaliny pod elektronikę radiową.

Wyniki jego badań znalazły zastosowanie w wielu znanych rzeczach: od ultranowoczesnego telefonu komórkowego po kod kreskowy na towarach. Jednak pomimo licznych petycji nigdy nie otrzymał nagrody Nobla.

5 października 1956 r., 50 lat po wynalezieniu lampy radiowej (audion), rząd francuski przyznał Lee de Forest Order Legii Honorowej. Podczas wręczania nagrody powiedziano, że „odkrycie Lee de Forest jest jednym z największych w historii nauki i techniki, a eksperci we wszystkich dziedzinach nauki powinni wyrazić szacunek, uznanie i podziw”. Te słowa wypowiedział laureat Nagrody Nobla, fizyk Louis de Broglie, jeden z założycieli fizyki kwantowej. I wiedział, co mówił.