三极管奇妙的发现

有时候的误打误撞,

却是命中注定。

真空管

真空管（Vacuum tube）是一种电子元件，在电路中控制电子的流动。参与工作的电极被封装在一个真空的容器内（管壁大多为玻璃），因而得名。在中国大陆，真空管则会被称为“电子管”。在香港和中国广东地区，真空管有时又会被称作“胆”。

1904年，英国伦敦大学的弗莱明发明了真空二极管。福雷斯特在此基础上发明了三极管。此后真空电子技术领域又在三极管的基础上，研发了各类电子管、微波管。

可以说三极管给无线电技术带来了根本性的变革。众所周知电话、无线电收发报机、计算机等都离不开三极管。三极管不仅标志着真空电子学的诞生,也推进了人类文明的进程。

说来令人惊奇，如此重要的三极管居然是因为美丽的错误而诞生的。接下来跟着小编了解一下真空三极管的研发故事吧~

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 三极管诞生的故事

1900年夏天，27岁的发明家李·德·福雷斯特（Lee de Forest）搬到了芝加哥，在华盛顿大道租了一套单间公寓，并开始为《西部电工》杂志翻译有关无线技术的外国文章。这份翻译让他得到了大量情报，刚好不久前在巴黎举行了无线技术的大型博览会，这使得大西洋彼岸不断冒出有趣的新研究。但真正点燃福雷斯特激情的是他卧室的神奇橱柜，这个“哆啦A梦的神奇口袋”装有：电池、火花隙发射器、电极等物理部件。这些部件将在未来十年里成为创造电子时代的积木。对于在无线电报领域崭露头角的创新者来说，火花隙发射器是最重要的小设备。赫兹和马可尼最初探索电磁频谱就离不开火花隙。该装置采用了两个电极，电极之间有一个小间隙。连接在电极上的电池会产生电流激增，导致火花从一个电极跳到另一个电极，触发电磁活动脉冲，该脉冲可以被数英里外的天线探测并放大。火花间隙器会发出一种单调噪音，非常适合发送摩斯电码。

1900年9月10日的晚上，福雷斯特正在卧室的角落里试验他的火花隙器。在房间的另一头——15英尺外闪烁着韦尔斯巴赫(Welsbach)燃烧器的红色火焰。福雷斯特通过火花间隙触发了电压激增，随着机器噼里啪啦作响，他看到燃烧器的火焰瞬间从红色变成白色。因此福雷斯特推测，火焰的强度增加了几烛光（照明单位）。不知何故，火花隙的电磁脉冲增强了15英尺外的火焰能量。看着火焰从红色变成白色，福雷斯特的脑子里萌生了一个想法:一种气体可以被用作无线探测器，它可能比马可尼或特斯拉迄今为止发明的任何东西都更灵敏。

福雷斯特偶然产生了一种后知后觉的预感。在他的自传中，福雷斯特将气体火焰探测器描述为“从那时起就诞生在我脑海里的发明”。最终，这种预感演变成一项发明，改变了20世纪的格局，一项发明为广播、电视和第一台数字计算机的创造奠定了基础。1903年，他经历了一系列的失败后，将两个电极放入充气玻璃灯泡中，继续修补模型。几年后，他突然想到在灯泡中放置第三个电极，连接到天线或外部调谐器上。迭代多次后，他使用了一段前后弯曲多次的电线作为中间电极;福雷斯特把它称为栅极。早期测试表明，这种被福雷斯特称为“Audion”的设备，在不降低调谐器分离不同频率信号的能力的情况下，在放大音频信号方面远远优于其他技术。

福雷斯特的发明最终命名为三极管。它的三电极结构形成了初步真空管的模型，并在随后的十年开始大规模生产。无线电接收器、电话交换机、电视——20世纪上半叶的通信革命都依赖于福雷斯特设计的某些变体来增强信号。真空管最初被用于放大信号，后来发现可以用作电子开关， 为20世纪40年代第一台数字计算机的高速逻辑门奠定了基础。当福雷斯特把电线扭曲成网格的形状，并将其放在两个电极之间时，无意中为查尔斯·巴贝奇60年前未能发明的分析机打开了相邻的可能性。新技术的威力瞬间显现，它被用于第一台真空管建造的计算机、巨型ENIAC、研制氢弹等。

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美丽的错误

三极管的发明过程听起来像是一个关于独创和坚持不懈的故事，特立独行的发明家躲在自己卧室实验室里，有一个惊人的发现，之后多年想实现这个想法，直到他发明了一个改变世界的奇妙装置。但这个故事漏掉了一个关键的事实——几乎每一步，福雷斯特的发明都是错误的。与其说三极管是一项发明，不如说由于稳定、持久的错误积累，误打误撞诞生了它。其实火花隙发射器和韦斯巴赫瓦斯燃烧器火焰之间的奇怪联系与电磁频谱无关(火焰对火花隙发射器发出的普通声波有反应)，但是由于福雷斯特一开始就错误认为，气体火焰可以探测到无线电信号，因此，他所有的“三极管”迭代更新都离不开装置内部的低压气体，而这严重限制了管子的可靠度。又过了十年，通用电气和其他公司的研究人员才意识到，三极管在真空环境中，工作效率要高得多(因此诞生“真空管”一词)。就连福雷斯特自己也心甘情愿地承认，他并不了解自己发明的这个装置。

如今，虽然我们已经很少听广播，并且更倾向使用微信电话，电脑主机也多使用半导体材料，但是大家不应忘记福雷斯特这个伟大的发明家，需要感谢因错误而诞生的三极管，它的出现是偶然中的必然事件。

END

文字：By Qasim Chaudhari/小编译