书城科普读物科学我知道——Why通讯
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第18章 德福雷斯特对通信有什么历史贡献?

德福雷斯特,美国发明家。1873年8月26日生于衣阿华州康斯尔布拉夫斯;1961年6月30日卒于加利福尼亚州好莱坞。德福雷斯特是亚拉巴马州长大的,他的父亲是该州一所黑人学校的校长。

1896年,德福雷斯特毕业于耶鲁大学。由于服役参加美西战争而耽搁之后,于1899年获得了哲学博士学位。当他还在上学时,他开始对马可尼正在开创的无线电报这一新的领域感到兴趣。

为此他在1899年深秋,与马可尼在美国举行的国际快艇比赛上见面了。马可尼的鼓励使他对这一领域产生了极大的热情。

在人们的日常生活中,虽能感知可见光和声音,但人眼可见到的光和可听到的声音,一般传播距离不超过几千米。但是,频率在几万赫兹至上百万赫兹的无线电波却能长距离地传播。因此,要远距离通信就得利用无线电波。而人本身对无线电波却没有直接的感知,所以要把声音、图像等人能感知的信号经过一定规律的调整,变成为无线电信号传播出去,这称为调制。然后,在远方另一处再按相同的规律把无线电信号再变回到声音、图像等信号,这称为解调,这样便实现了人所能感受的远距离通讯,而用作解调的无线电器件就称为检波器。同时由于信号调整及无线电信号的传播会引入“杂质”信号,因此有必要在解调时把这些杂质过滤掉,检波器的另一个作用正是把这些杂质尽可能多地去除以使声音、图像等变得清晰,而能为人们所听清。

无线电通信在初始阶段还不够完善,接收无线电信号的接收装置使用的是矿石检波器,这种检波器灵敏度不高。特别是接收到的信号比较微弱,也不够稳定,影响了信号的检测。无线电通信的迅猛发展以及各行各业对无线电的殷切期望,人们迫切地等待着灵敏的检波器和放大器的问世。

德福雷斯特在大学里学的是机械工程,毕业后在芝加哥西方电器公司研究所工作,是一名电气工程师。但是,他与马可尼的萍水相逢和马可尼对他的激励与指点,使他决心从事检波器的研究。他毅然辞去了研究所的工作,在纽约泰晤士街租了一间小屋,没日没夜地研究起新式检波器来。

德福雷斯特在这间简陋杂乱的小屋里,平时节衣缩食,靠给富家子弟补习功课,到饭馆去洗盘子、打零工所得的微薄收入,购置了一些便宜的器材,满怀希望地做着各种试验。在此期间,他发明了一种气体检波器,在船舶的无线电通信中获得了一定的成功。遗憾的是,这种检波器的效率不够高,用起来也麻烦,最后不得不放弃了。

两年过去了,他的努力终于有了一点眉目。他萌发了一个想法:利用灯泡进行改装来制作一个新式检波器。他为自己有了新的设想而高兴。正在他准备按照这种设想进行试验时,英国科学家弗莱明顺着与他同样的思路发明了二极管。弗莱明在真空灯泡中用圆桶形金属片把灯丝包围起来,形成一个板极。这种元件能让电流向一个方向流动,使交流电变成直流电。用它来检波、整流,灵敏度大大提高。

德福雷斯特并不沮丧。他想:弗莱明为电子器件研制打开了一个突破口,我要闯进去扩大战果。想到这里,他重又振作精神,鼓起了信心。

他请人帮助,抓紧时间,制作了一些真空二极管。用它代替金属检波器。试验一下,果然效果很好。但仅仅模仿弗莱明是没有出息的,重要的是推陈出新,要有所创造。

德福雷特斯是如何发现第三极的?

他在二极管的屏极和阴极之间,用锡箔装上第三个电极。也许他想到试屏极距阴极远近会对检波效果有什么影响;也许他想过小时候踢足球,只要在进射足球时轻轻一下球的某一部位,它的最后着地点就会在距离和方向上产生明显的改变。他可没有想到,这个小小的第三极却使他取得了决定性的成功,且由此改变了整个无线电技术领域的面貌!

他惊异地发现,倘若在第三极上加上一个不大的电压,就会改变屏极的电流强度,而且这个附加电压的微小变化,会使屏极电流产生明显的相应的变化。这不正是许多同行朝思暮想、梦寐以求的放大作用吗?它能使无线电波传播更远。

他抑制不住内心的激动,简直不敢相信眼前发生的事。他欣喜万分地一遍又一遍地重复做着试验,证实了这个物理效应是实实在在的,一点也没有欺骗他。在今天,我们将这种放大作用,用“跨导”这个物理量来表示。

为了提高放大作用,他再接再厉,用白金线网代替金属筒,它不仅能够整流,而且还能检波,特别是有着较大的调幅作用。这就是说,一个真空管能够放大信号十倍,连接第二个的时候,信号将是一百倍,再连接第三个的时候,其信号将是一千倍了。这是多么了不起的突破啊!

这时已是1907年,距离1899年德福雷斯特与马可尼相会已过去了8年。这是多么难忘的8年啊,贫困时时威胁着他,但苍天没有辜负有心人,他毕竟取得了成功。

他把第三极称为栅极,它的作用就像一道闸门,可以控制屏极电流。人们在栅极上加上一个微小的信号,在屏极上就变成依同样规律变化的放大了的信号。巨大的成功使他预感到这项发明将得到世界的承认和赞许。

在德福雷斯特即将取得成功的时候还有一个令人啼笑皆非的插曲。德福雷斯特制作的电子管问世后,他已经是两手空空,身无分文了。为了进一步改进发明,他只得到几家公司游说。他告诉人们这种小小的灯泡在无线电中有神奇作用,希望得到资助。但是,谁相信眼前这个衣衫破烂、穷困不堪的青年会作出什么发明?谁会相信这样的人手中拿的这个小灯泡会有多大的用处?他到处碰壁,真是狼狈不堪。有几家公司还把他赶出大门,其中竟有一家公司认为他是骗子,把他送到了警察局。

1906年,纽约地方法院以诈骗罪对他进行公开审判。开庭那天,法庭来了不少人,其中有关心他的人,也有看热闹的人,许多记者也赶来采访。开庭后,德福雷斯特镇静地地走上审判台。他利用法庭机灵地宣传了自己的发明。他勇敢地向人们宣称:“我的发明可以接收大西洋彼岸传来的微弱信号,”“历史必将证明,我夺取了空中帝国的王冠。”法庭成了他宣传科学的讲台,他义正辞严的发言博得了人们的赞扬,法庭宣布无罪释放他。更重要的是他的发言引起科学界和社会的重视,许多人意识到了他发明的重要意义。

他昂着头步出了法庭,那些诽谤过他并想陷害他的庸人们受到了人们的嘲笑。不久,他获得了三极管的专利权,无线电的心脏终于诞生了。

电子管很快被应用于信号发射器、电台、雷达、收音机,成了无线电通信和电子领域中最重要的元件。后来,它又被用作第一代电子计算机的主要元件。电子管是一项划时代的发明,它不仅将电学革命引向深入,而且成为未来的信息革命的开端。