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銅絲,是怎麽發明的?

我辛苦找了壹夜啊是:——電子管之父

1883年,為人類貢獻了2000余項發明的美國科學家愛迪生(T. Edison),為尋找電燈泡最佳燈絲材料,曾做過壹項小小的實驗。他在真空電燈泡內部碳絲附近安裝壹小截銅絲,希望銅絲能阻止碳絲蒸發。實驗結果使愛迪生大失所望,但在無意中,他發現,沒有連接在電路裏的銅絲,卻因接收到碳絲發射的熱電子而產生了微弱的電流。愛迪生並不重視這個現象,只是把它記錄在案,申報了壹個未找到任何用途的專利,稱之為“愛迪生效應”。

被愛迪生本人忽略的“愛迪生效應”驚動了大洋彼岸的壹位青年。1885年,30歲的英國電氣工程師弗萊明(J. Fleming)博士堅持認為,壹定可以為熱電子真空發射找到實際用途。經過反復試驗,他終於發現,如果在真空燈泡裏裝上碳絲和銅板,分別充當陰極和屏極,則燈泡裏的電子就能實現單向流動。經過多次實驗,1904年,弗萊明研制出壹種能夠充當交流電整流和無線電檢波的特殊燈泡——“熱離子閥”,從而催生了世界上第壹只電子管,也就是人們所說的真空二極管。

然而,直到真空三極管的發明後,電子管才成為實用的器件。真空三極管的發明者是美國科學家李·德福雷斯特(Lee de Forest ,1873 - 1961)。

德福雷斯特1873年8月26日出生於美國中西部愛荷華州。很小的時候,父親帶著全家遷往亞拉巴馬州,接管了壹所破產的公理會學校,過著拮據的生活。當地白人社區反對他父親收留黑人上學,十分看不起他們家庭,所以小德福雷斯特很少與人交往,養成了較孤僻的性格。

孩提時期的德福雷斯特並不出眾,被老師認為是個平庸的孩子。他的唯壹愛好是拆裝各種機械小玩意,誌向不大,只想做個機械技師或者當壹名機械工。但他很快就被19世紀末科技的飛速發展所激勵,13歲便“發明”了好幾種小機器。雖然父親希望兒子將來成為壹位牧師,但德福雷斯特暗自決定以科學研究作為自己壹生的奮鬥目標。20歲那年他考取了耶魯大學謝菲爾德理學院的獎學金,班上的同學都叫他“學校裏最平庸、最神經質的學生”,除了電學、特別是電磁波傳播之外,他似乎對其他事都不感興趣。由於獎學金很少,德福雷斯特不得不經常為別人打工。1899年,他終於獲得了物理學哲學博士學位。

本來,德福雷斯特應該留在大學任教,但有壹件事情永遠改變他的人生軌跡。

事情發生在1899年秋,德福雷斯特正在撰寫博士論文《平行導線兩端赫茲波的反射作用》,其內容可能是當時美國所有大學裏涉及到無線電的第壹篇。在此期間,壹年壹度的國際快艇比賽就要在紐約揭開序幕,這壹屆盛大賽事因意大利無線電發明家馬可尼的來訪顯得黯然失色。《紐約先驅論壇報》連篇累牘的宣傳報道,把馬可尼將要進行無線電表演的消息攪得沸沸揚揚。

那天清晨,馬可尼準時登上了停泊在港口的壹艘軍艦,及時地把比賽的消息用無線電報拍發回來。整整5個小時,《紐約先驅論壇報》的總部收到了馬可尼發來的4000多字的新聞報道,使美國新聞記者們大開眼界,嘆服不已。

觀眾簇擁著馬可尼走下軍艦,熱情的人們要求“無線電之父”馬可尼在港口為他們做壹次現場演示。德福雷斯特自然也在圍觀的人群中,他大膽走到馬可尼的身後,仔細研究起無線電設備來。馬可尼和藹可親,毫無保留地向青年學生講解了無線電發報機的原理,並且告訴他,由於“金屬屑檢波器” 的靈敏度太差,嚴重影響收發效果。正是與馬可尼的這次談話,使德福雷斯特立下了發明創新的宏圖大誌。

畢業後,他首先在芝加哥西方電氣公司實驗室工作,不久便發明了電解檢波器和交流發射機。1902年,他在紐約泰晤士街租了間破舊的小屋,創辦了德福雷斯特無線電報公司,壹心壹意想要發明出更先進的無線電檢波裝置。同時,他也要以自己的發明,向美國公眾展示無線電應用前景。

就在研究進展不太順利的時候,英國弗萊明發明真空二極管的消息傳來,像閃電壹般照亮了他前行的道路。德福雷斯特再也坐不住了,他壹路小跑穿街走巷,選購玻璃管,添置真空抽氣機,為自制電子管尋找材料。壹邊跑還壹邊思考,等到材料湊齊,設計方案也基本構思成熟。他選擇了壹段白金絲制作燈絲,也在燈絲附近安裝了壹小塊金屬屏板,把玻殼抽成真空通電後,果然也“追尋”到電子的蹤跡。

然而,多年孜孜以求的苦思,德福雷斯特不願就此中止有趣的試驗。他沈思了壹會,突然抓起壹根導線,彎成“Z”型,小心翼翼地把它安裝到燈絲與金屬屏板之間的位置。這根導線,或許他想用來同時接收燈絲發射的電子,或許還想派上其他什麽用途。殊不知他裝上的這根小小的導線,竟會影響到20世紀電子技術的發展進程。

德福雷斯特極其驚訝地發現,Z型導線裝入真空管內之後,只要把壹個微弱的變化電壓加在它的身上,就能在金屬屏板上接收到更大的變化電流,其變化的規律完全壹致——德福雷斯特發現的正是電子管的“放大”作用。後來,他又把導線改用像柵欄形式的金屬網,於是,他的電子管就有了三個“極”——絲極、屏極和柵級,其中那個柵極承擔著控制放大電信號的任務。1907年,德福雷斯特向美國專利局申報了真空三極管(電子管)的發明專利。

然而,由於合夥人的欺騙,德福雷斯特的公司曾兩度倒閉。1912年,他甚至無辜受到美國紐約聯邦法院的傳訊,有人控告他的公司推銷積壓產品,進行商業詐騙。愚昧的法官判決說,德福雷斯特發明的電子管是壹個“毫無價值的玻璃管”。

1912年,頂著隨時可能入獄的壓力,德福雷斯特來到加利福尼亞舊金山附近的帕洛阿托小鎮,堅持不懈地改進真空三極管。在愛默生大街913號小木屋,德福雷斯特把若幹個三極管連接起來,與電話機話筒、耳機相互連接,再把他那只“走時相當準確的英格索爾手表”放在話筒前方,手表的“滴噠”聲幾乎把耳朵震聾。

帕洛阿托市的德福雷斯特故居,至今依然矗立著壹塊小小的紀念牌,以市政府名義書寫著壹行文字:“李·德福雷斯特在此發現了電子管的放大作用。”用來紀念這項偉大發明為新興電子工業所奠定的基礎。這個地方,如今已成長為全球聞名的矽谷。

德福雷斯特是壹位多產的發明家,壹生獲得了多達300余項專利。除了電子管之外,他的發明還包括在電影膠片邊緣錄制聲音的技術、醫學上使用的高頻電熱理療機等等。他在商業上卻屢屢失敗,技術發明並沒有給他帶來什麽經濟效益,許多重要的專利都低價賣給了美國電話電報公司(AT&T),就連電子管放大器的專利,也只賣了39萬美元。但是,他的發明也為他贏得“無線電之父”、“電視始祖”和“電子管之父”的稱號。

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