От лампы Эдисона к аудиону: ранняя эволюция электронных ламп

Томаса Эдисона часто называют изобретателем лампы накаливания, но он был пионером, доведшим дизайн, ставший основой современной электроники.

В 1879 году успешная лампа Эдисона использовала углеродистую нить в стеклянной колбе, откачанной от воздуха. Получившийся вакуум позволял нити светить бело-горячей без горения.

В экспериментах около 1883 года Эдисон вставил металлическую пластинку внутри откачанной колбы и подключил её к чувствительному амперметру. Он обнаружил, что электроны текут через прибор только когда нить горяча, прекращаясь при остывании.

Светящаяся нить высвобождала свободные электроны в вакуум, которые притягивались к металлической пластинке и возвращались к нити, создавая односторонний ток. Эдисон усилил эффект, добавив высоковольтную батарею в цепь, что драматически увеличило ток при правильной полярности.

Переворот батареи давал почти нулевой ток, раскрывая явление, позже названное эффектом Эдисона — естественным диодом.

Хотя Эдисон не видел немедленного применения этому одностороннему электронному потоку, открытие заложило основу будущих изобретений.

В 1895 году Дж. А. Флеминг изучил эффект Эдисона и выпустил свой прибор как «клапан», открыв новую область вакуумно-ламповой техники. Однако ранние клапаны не могли проводить большие токи, ограничивая их малосигнальным применением.

Ли Де Форрест в 1906 году добавил металлическую сетку — или решётку — между нитью и металлической пластиной. Подавая небольшое напряжение между решёткой и нитью, он мог регулировать электронный поток от нити к пластине.

Решётка Де Форреста вела себя как напряжение-управляемый резистор: отрицательное напряжение на решётке подавляло электронный поток, положительное — усиливала. Хотя ток решётки был крошечным, его напряжение сильно влияло на пластинчатое напряжение и ток, превращая прибор в усилитель.

Эта регулируемая вакуумная лампа, названная Де Форрестом Аудионом, стала первым практическим усилительным компонентом для электроники. Структура и работа Аудиона тесно напоминают современный n-канальный D-тип MOSFET — напряжение-управляемое устройство с высоким токовым усилением.

Аудион Де Форреста перевернул коммуникации. В 1912 он продал права на Аудион как усилитель телефонных сигналов AT&T, сделав возможной практичную дальнюю телефонию. В следующем году он продемонстрировал генерацию радиочастотных переменных сигналов. К 1915 году он вещал голос из Арлингтона (Вирджиния) в Париж, а в 1916 запустил первую радионовостную передачу — заработав титул «Отца радио» в США.