From diode to triode
Читаем по-английски

From diode to triode

From Fleming to De Forest and From diode to triode. John Ambrose Fleming (1849–1945) was born in Lancaster, a town in the north-west of England. In 1885, he became Britain’s first Professor of Electrical Engineering, at the newly created department in University College, London, and held the post for more than 40 years. He was knighted in 1929.

From diode to triode. From Fleming to De Forest

How do you make it possible to hear long-distance radio messages? You can send out a very powerful signal, or you can find a way to amplify a quiet signal and separate it from its background. In the earliest days of radio, the former technique had to be used. Eventually, though, effective ways were found to reliably detect and amplify radio signals — using devices that became essential in the dawning age of electronics.

Long-distance signals

In March 1899, a British scientist, John Ambrose Fleming, took part in Guglielmo Marconi’s experimental radio transmission across the English Channel. He went on to design the much more powerful equipment needed for Marconi’s attempt to signal across the Atlantic. Fleming described how, in 1900, “as I added some experience in the use of powerful high tension alternating current in electric lighting, the Marconi Company engaged me to design the power station and the plant that was necessary for long-distance wireless transmission. A site was selected at Poldhu, a lonely spot on the coast of Cornwall (in the far west of England).”

Lee De Forest with his “Phonofilm” equipment for making films with a soundtrack, patented in 1919. Hollywood adopted a different technology for the “talkies”, but it did provide De Forest with his fourth wife: Marie Mosquini, who was (ironically) a star of the silent screen. And, in further answer to the question in the last Pioneers’ Page, he received an Honorary Academy Award (“Oscar”) in 1959 for “his pioneering inventions which brought sound to the motion picture”

 On 12 December 1901, colleagues in Newfoundland, Canada, reported receiving a signal from the spark-gap transmitter at Poldhu — although whether they had actually done so was disputed, because it was hard to separate the “dots” of Morse code from background noise. A “coherer” was used to detect radio signals, but it was not reliable. Three years later, a better solution was invented by Fleming: the “thermionic valve.” It was the forerunner of the vacuum tube that was to dominate communications and computing for decades.

The thermionic valve

The thermionic valve was patented by Fleming in 1905, but was based on earlier work on the newly invented light bulb. “In 1882, as electrical adviser of the Edison Electric Light Company of London, I was brought into close touch with the many problems of incandescent lamps,” Fleming wrote later. “Like everyone else, I noticed that the filaments broke easily at the slightest shock, and when the lamps burned out, the glass bulbs became discoloured”. He saw that, often, a line of uncoloured glass remained. “It was obvious to me that the unbroken part of the filament acted as a screen to that particular line of clear glass,” he wrote.

Fleming discovered that, as in a light bulb, in a vacuum tube containing a heated wire cathode, electrons flowed in one direction towards a cold metal anode held in positive potential to the cathode. The tube generated a direct current when it was included in a circuit with an alternating potential. “I found that we had in this peculiar kind of electric lamp a solution of the problem of rectifying high-frequency wireless currents,” Fleming wrote. The process could also be applied to detect a telegraph or voice signal, differentiated from a modulated radio carrier wave. It was much more stable and efficient than previous devices.

Because it had two electrodes, Fleming’s invention was named a diode thermionic valve. It could detect radio waves, but not generate or amplify them. A tube that could produce stable, high-frequency oscillations was invented by an Austrian scientist, Robert von Lieben (1878–1914). He added a wire grid between the cathode and anode, creating a triode valve in 1906. However, his work did not become widely known. Instead, it was a triode valve patented by an American that opened the way to success.

The  Audion

It is 100 years since the triode Audion was patented in 1908. It was used as a detector of radio signals, an amplifier, and an oscillator for transmitting

That American was Lee De Forest (1873–1961), born in Council Bluffs, Iowa, United States. As an undergraduate at Yale University, De Forest once caused a campus-wide power failure when he tapped into the electricity supply during an experiment. An active inventor, he was also sometimes accused of taking credit for the work of others, and he became involved in several lengthy disputes concerning his many patents. One of the most important of his patents was for a valve that he called the “Audion”.

Originally developed as a diode version in 1906, De Forest patented a triode Audion in 1908. A small electric current applied to the grid could produce a large change in voltage at the anode. This meant that the Audion could amplify radio signals as they were received at the antenna. It was possible to tune in to much weaker signals than before. The Audion was used to amplify long-distance telephone calls, and De Forest eventually employed the tubes in experimental radio broadcasts.

The original Audion contained small amounts of gas, and it was left to others to develop it into a true vacuum triode. Nevertheless, the Audion was a crucial step in the expansion of broadcasting and, acting as an electronic switch, it was the ancestor of vacuum tubes that were a mainstay of computers until the invention of the transistor in 1947.

От диода к триоду: от Флеминга к Де Форесту

Джон Амброуз Флеминг (1849–1945) родился в Ланкастере, городе на северо-западе Англии. В 1885 году он стал первым в Британии профессором Электрической инженерии открывшегося факультета в Колледже Университета, Лондон, и занимал этот пост более 40 лет. В 1929 году он был возведен в рыцарское достоинство

Как можно решить задачу обеспечения возможности слышать радиопередачи на больших расстояниях? Вы можете послать очень мощный сигнал, или можете найти способ усилить слабый сигнал и отделить его от его шума. В первые дни радио приходилось использовать сте технологии, которые имелись тогда. Только с течением времени были придуманы эффективные способы для надежного обнаружения и усиления радиосигналов, используемые устройствами, которые стали необходимыми в век расцвета электроники.

Сигналы дальней связи

В марте 1899 года британский ученый Джон Амброуз Флеминг принял участие в экспериментальной радиопередаче через Ла-Манш, проводимой Гильемо Маркони. Он продолжил разработку более мощного оборудования, необходимого для передачи сигнала через Атлантику. Флеминг описал, как в 1900 году «так как я имел опыт в использовании мощного переменного тока высокого напряжения, Marconi Company пригласила меня для разработки электростанции и электроустановки, которые были необходимы для беспроводной передачи на большие расстояния. Была выбрана станция, расположенная в Полдху, безлюдной местности на западе Корнуолла (далеко на западе Англии)» .

Ли Де Форест со своим прибором «Фонофильм» для съемок фильмов со звуком, запатентованным в 1919 году. Голливуд использовал разные технологии для «звукового кино», он же дал Де Форесту его четвертую жену – Мари Москини, которая, по иронии судьбы, была звездой немого кино.
Ли Де Форест получил в 1959 году почетную награду Киноакадемии («Оскар») за «его новаторские изобретения, принесшие звук в кинематографию»

12 декабря 1901 года из Ньюфаундленде был получен отчет о приеме сигнала от искрового передатчика, находившегося в Полдху – хотя многие сомневались в том, что эти сигналы были действительно приняты, так как в сигнале было очень сложно отделить «точки» азбуки Морзе от фонового шума. Для обнаружения радиосигналов использовался «когерер», но этот способ не был надежным. Три года спустя Флеминг нашел лучшее решение – «электронную лампу с термокатодом». Она была предшественницей электронной лампы, которая затем десятилетиями безраздельно царила в сфере электросвязи и вычислительной техники.

Электронная лампа с термокатодом

Электронная лампа с термокатодом была запатентована Флемингом в 1905 году, но в основе своей она имела более ранние работы. «В 1882 году в качестве советника по электричеству Компании Эдисона, занимавшейся электрическимо освещением в Лондоне я близко столкнулся со множеством проблем, связанных с лампами накаливания», — позже писал Флеминг. «Как и все, я заметил, что нити накаливания легко ломались при малейшем сотрясении, а когда лампы перегорали, стеклянные колбы становились выцветшими». Он заметил, что часто оставалась полоса неокрашенного стекла. «Для меня было очевидным, что целая часть нити накаливания служила экраном для этой конкретной полосы чистого стекла», — писал он.

Флеминг обнаружил, что как и в электрической лампе, в электронной лампе с нагретым проволочным катодом электроны двигаются в одном направлении к холодному металлическому аноду, сохраняющему положительный потенциал по отношению к катоду. «Я обнаружил, что в этом особом случае электрической лампы у нас появилось решение проблемы с очищением высокочастотных беспроводных потоков», — писал Флеминг. Этот процесс также применим к обнаружению телеграфного или голосового сигнала, отличающегося модулированной несущей радиочастотой. Этот способ более надежеен и эффективен по сравнению с предыдущими устройствами.

Так как изобретение Флеминга  имело два электрода, оно было названо диодной электронной лампой с термокатодом. Она могла обнаруживать радиоволны, но не могла их создавать или усиливать. Электронная лампа, которая могла создавать стабильные, высокочастотные колебания была изобретена австрийским ученым Робертом фон Либеном (1878–1914). Он добавил  между катодом и анодом проволочную решетку, создав в 1906 году ламповый триод. Однако его работа не стала широко известной. Наоборот, только триод, запатентованный американцем, открыл путь к успеху.


Сто лет назад, в 1908 году, был запатентован триод аудион. Он применялся в качестве детектора радиосигналов, усилителя и осциллятора для передач

Этим американцем был Ли Де Форест (1873–1961), который родился в Коунсил Блаффс, Айова, США. Во время своей учебы  Йельском Университете, Де Форест однажды вызвал сбой в электросети всего кампуса, когда он подключился к электрической линии во время эксперимента. Активного изобретателя также иногда обвиняли в том, что он использовал чужие идеи для своих работ, и был вовлечен в несколько долгих обсуждений касательно множества своих патентов. Одним из наиболее важных его патентов была лампа, названная им «аудион».

Читайте мои статьи и не путайте английские слов