Аудион
Аудион
С тех самых пор, когда де Форест начал работы в области беспроволочного телеграфа, он непрерывно искал способ улучшить прием радиоволн. Он непрестанно пытался усовершенствовать различные виды детекторов, бывших тогда в употреблении: когереры, электрические детекторы и т. п., поэтому он лучше других знал их ненадежность и недостатки.
Устройство, которое в конце концов создал де Форест, не родилось в единичной вспышке вдохновения, а было результатом последовательного поиска, продолжавшегося в течение ряда лет. Несмотря на глубокое образование, полученное в Йельском университете, де Форест не был знаком с эффектом Эдисона. В дни, предшествовавшие всеобщему признанию факта существования электронов, эффект Эдисона был почти никому не известен, за исключением его ближайших сотрудников.
Первый опыт де Фореста в этой области относится к сентябрьскому вечеру 1900 года, когда он изучал воздействие волн Герца на пламя обычной вельсбахской горелки. Де Форест знал, что газовое пламя проводит электричество. Хотя его опыт с вельсбахской горелкой дал неопределенный результат, де Форест тем не менее был убежден, что среди светящихся газов он рано или поздно найдет хороший детектор для волн Герца. Но так как у него не было денег для таких опытов, он занялся электролитическим респондером. Его он усовершенствовал до такой степени, что респондер успешно конкурировал с соответствующими устройствами других систем.
Среди треволнений, связанных с коммерческими взлетами и падениями в том самом Нью-Йорке, чье описание оставили нам О. Генри и Джеймс Гонекер, де Форест все же находил время вновь и вновь возвращаться к опытам с газами. В 1903 году он сам изготовил горелку Бунзена, пламя которой лизало два платиновых электрода; один из них был соединен с антенной, другой с телефонной трубкой, второй полюс которой был заземлен. На этом приборе де Форест принимал радиосигналы с судна, стоявшего в нью-йоркской бухте.
«Было совершенно очевидно, что для судовой радиостанции приспособление с газовым пламенем совершенно неприемлемо. Поэтому теперь я стал искать способ нагревать газ непосредственно электрическим током».
Он поставил опыт, применив лампу с угольной нитью накаливания, но не добился положительных результатов. В 1903 году была сконструирована лампа с угольной нитью и платиновой пластинкой, расположенной неподалеку от нее. Де Форест думал соединить пластинку с источником высокого напряжения. Радиоволны, по его замыслу, ионизировали бы газ в баллоне лампы, и внутреннее сопротивление лампы колебалось бы в соответствии с изменениями радиосигнала. Чтобы увеличить воздействие радиоволн на газ, де Форест обернул баллон лампы в кусок фольги. Третий электрод был соединен с антенной, и на него попадал радиосигнал.
«В этот момент я сообразил, что эффективность лампы может быть еще увеличена, если этот третий электрод поместить внутри… [лампы]…» Новая лампа была точь-в-точь такой же, как и предшествующая, но имела дополнительную платиновую пластинку вместо внешней оболочки из фольги.
Вот как де Форест представлял себе происходящее в лампе. Он предположил, что петелька угольной нити выпускала электроны. (Де Форест, кстати, был одним из первых ученых, уверовавших в электронную теорию материи.) Эти электроны бомбардировали газ в лампе и создавали заряженные электричеством атомы — ионы. Поток этих ионов устремлялся к платиновой пластинке, соединенной с батареей высокого напряжения. Радиоволны от антенны, переданные на второй платиновый электрод, влияли на ионный поток, заставляя его повторять сигнал.
Де Форест догадался, что этот управляющий электрод может стать еще эффективнее, если его поместить между нитью накаливания и собирающей электроны пластинкой.
«Очевидно, что этот третий электрод не должен быть сплошной пластиной. В соответствии с этим, я снабдил Мак-Кэндлесса небольшим куском платины, перфорированным множеством маленьких отверстий. Эта лампа работала во много раз лучше предшествующих, но, чтобы упростить конструкцию, я решил изготовить третий электрод в форме решетки из простого куска проволоки, изогнутого в различных направлениях, и поместить его как можно ближе к нити накаливания».
Это устройство, даже в самом сыром виде, превзошло все ранее известные детекторы. Нить накаливания питалась от шестивольтовой батареи, а в качестве высоковольтного источника тока применялась 22-вольтовая батарея. Эта трехэлектродная лампа — триод стала прототипом для миллиардов радиоламп, изготовленных с тех пор.
В 1907 году Ли де Форест взял патент на «аудион» — одно из важнейших изобретений двадцатого века.
Де Форест порвал с Уайтом еще до того, как получил патент, поэтому он был вправе оставить патент за собой и создать свою собственную новую компанию. Он проводил все опыты в глубокой тайне, по ночам. Триод де Форест постоянно держал в запертом деревянном ящичке, из которого были выпущены наружу лишь провода. Когда он убедился, что триод работает нормально, то передал наушники помощнику, который, услышав, как силен сигнал, пришел в изумление и воскликнул:
— О боже, доктор! Да вы послушайте эти сигналы! Что за чудо запрятано у вас в ящичке?
Де Форест назвал свое изобретение аудионом[38]. Он стал продавать эти приборы в запечатанных ящичках Бюро снабжения флота в Вашингтоне. Но флотские радисты, стремясь увеличить и без того удивительную громкость, разогревали нить накаливания выше допустимой температуры, и аудионы перегорали. Шеф Бюро решил, что лампы никуда не годятся, и распорядился «не приобретать аудионы, а пользоваться старыми детекторами».
Аудион де Фореста по более поздним стандартам был слишком слабым и хрупким устройством, но в то время он казался вершиной того, чего можно было достигнуть в этой области. Аудион де Фореста, как и лампочка накаливания Эдисона, создание которой было бы невозможно без вакуумного насоса, целиком зависел от состояния аппаратов, создающих воздушное разрежение. На качестве аудиона, безусловно, сказалось то, что насос Гёде был изобретен лишь три года спустя, а диффузионный насос Лангмюра появился на целых десять лет позже. Следующему поколению, не знакомому с условиями, существовавшими во время первых шагов радио, первые «вакуумные» аудионы де Фореста показались бы наполненными газом.
Аудион, установленный на панели, был изобретен де Форестом, когда он только приступил к работе над проблемой радиотелефонной связи.
Де Форесту потребовалось несколько лет, чтобы досконально исследовать все возможности вакуумной лампы.
Когда в 1911 году его компания «Норт Америкэн Вайрлес» обанкротилась, де Форест переехал на тихоокеанское побережье и устроился инженером в компанию «Федерал телеграф» с жалованьем в 300 долларов в месяц. Как раз накануне банкротства де Форест неудачно женился. Так судьба нанесла ему сразу два удара. Теперь от места его недавних злоключений де Фореста отделял целый континент, и уязвленному в самое сердце человеку это казалось желанным исходом.
В Сан-Франциско де Форест занялся усовершенствованием аудиона, стремясь добиться максимального усиления сигнала. Работая, он обычно устанавливал громкоговоритель на подоконнике лаборатории и удалялся от нее до тех пор, пока не достигал границы слышимости. Когда он создал цепь, при которой слышимость увеличилась до «двух кварталов», то написал своему другу Джону Стоуну, жившему на Востоке, который сумел заинтересовать работами де Фореста компанию «А. Т. энд Т.».
Осенью 1913 года «Телефон компани» заплатила 50 тысяч долларов за право пользоваться аудионными усилителями для телефонной связи. Работая как «усилитель», то есть устройство, принимающее слабый сигнал и посылающее его дальше в многократно усиленном виде, аудион обещал вытеснить специальные цепи Майкла Пьюпина. Через год, в октябре 1914 года, «Вестерн Электрик» уплатила 90 тысяч долларов за право пользования аудионом для радиосвязи, а затем откупила у де Фореста все остальные права на аудион. Окончательная цена, уплаченная компанией «Вестерн Электрик», достигла четверти миллиона долларов.