真空管的出現(xiàn)

上期所介紹的ENIAC電子計(jì)算器使用了18800個(gè)真空管（Vacuum Tube，又名電子管），導(dǎo)致它的體積十分龐大，可見(jiàn)用真空管構(gòu)成的機(jī)器是何等笨重。不過(guò)話雖如此，真空管對(duì)機(jī)械人、甚至整個(gè)人類(lèi)文明的發(fā)展有著舉足輕重 的影響。畢竟沒(méi)有真空管，電子計(jì)算器的概念便不能實(shí)現(xiàn)。為此今期筆者會(huì)回顧有關(guān)真空管的發(fā)展歷程。

要研究真空管的歷史，便要追溯到一位著名的美國(guó)發(fā)明家──愛(ài)迪生（T. Edison）的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)。1883年，他在真空電燈泡內(nèi)部的碳絲附近安裝一小截銅絲，希望銅絲能阻止碳絲蒸發(fā)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖令?lèi)?ài)迪生大失所望，但他無(wú)意中 發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有連接在電路里的銅絲，卻因?yàn)榻邮盏教冀z發(fā)射的電子而產(chǎn)生了微弱的電流。不過(guò)愛(ài)迪生并不重視這個(gè)現(xiàn)象，只是把它稱之為「愛(ài)迪生效應(yīng)」，申報(bào)為一項(xiàng) 未找到用途的專(zhuān)利。

世事往往很奇妙，被愛(ài)迪生棄之不理的發(fā)現(xiàn)，卻啟發(fā)了在大西洋另一端的一位年青物理學(xué)家及電氣工程師──弗萊明（J. Fleming）。當(dāng)時(shí)他在位于倫敦的愛(ài)迪生事務(wù)所當(dāng)顧問(wèn)，又跟無(wú)線電的發(fā)明者、意大利無(wú)線電發(fā)明家馬可尼（Guglielmo Marconi）合作進(jìn)行遠(yuǎn)距離無(wú)線電通信研究。在研究過(guò)程中他們發(fā)現(xiàn)必須要有一具靈敏可靠的無(wú)線電檢波器（Detector），才可以準(zhǔn)確接收從遠(yuǎn)處傳 送來(lái)的無(wú)線電訊號(hào)。當(dāng)時(shí)不少科學(xué)家為了尋找一個(gè)高效率檢波器，做過(guò)許多實(shí)驗(yàn)，但效果均并不理想。

當(dāng)弗萊明接觸到「愛(ài)迪生效應(yīng)」之后，他靈機(jī)一觸，想到利用「愛(ài)迪生效應(yīng)」將交流電（A.C.）轉(zhuǎn)化成直流電（D.C.）。于是，他采用了一個(gè)金屬圓 筒來(lái)代替愛(ài)迪生所用的金屬絲，套在燈絲外面，和燈絲一起封在玻璃泡里。這樣接收電子的面積便大大增加了。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)后亦發(fā)現(xiàn)檢波效果十分理想。這個(gè)被弗萊明 稱為「熱離子閥」（Thermionic valve）的組件便是世界上第一個(gè)真空二極管了，不過(guò)在這個(gè)階段，真空管的應(yīng)用還是很有限，大多只被應(yīng)用在無(wú)線電報(bào)的接收機(jī)上。

而令真空管更進(jìn)一步影響人類(lèi)生活的，便得要?dú)w功于美國(guó)工程師福雷斯特（D. Forest）。一次偶然的機(jī)會(huì)，福雷斯特因邂逅了馬可尼，而激發(fā)他革新無(wú)線電檢波裝置的夢(mèng)想。1906年，為了提高真空二極管的檢波靈敏度，福雷斯特在 弗萊明的玻璃管內(nèi)添加了柵欄式的金屬網(wǎng)，形成第三個(gè)極，稱為「柵極」。它就像百葉窗一樣，能控制陰極與屏極之間的電流。只要柵極有微弱的電流通過(guò)，就可在 屏極上獲得較大幅的電流，而且屏極的波形與柵極的完全一致，其作用跟現(xiàn)在的晶體管（Transistor）一樣。1907年，福雷斯特向美國(guó)專(zhuān)利局申報(bào)了 真空三極管的發(fā)明專(zhuān)利。到了1912年，福雷斯特把幾個(gè)真空管與電話機(jī)話筒、耳機(jī)連接起來(lái)，再把手表放在話筒前方，成功將真空三極管以級(jí)聯(lián) （Cascading）的方式將音量倍大。據(jù)說(shuō)手表的「滴噠」聲還幾乎把他的耳朵震聾了呢！后來(lái)人們更在他的故居矗立起一塊上面寫(xiě)了「福雷斯特在此發(fā)現(xiàn)了 電子管放大作用?！沟募o(jì)念碑來(lái)紀(jì)念他的偉大發(fā)明。

真空管的運(yùn)作方式──微弱的電流通過(guò)柵極導(dǎo)致屏極有數(shù)倍幅度的電流輸出，令它能充當(dāng)開(kāi)關(guān)組件，而且其開(kāi)關(guān)速度要比繼電器（relay）快成千上萬(wàn) 倍，最終為電子計(jì)算器的出現(xiàn)奠下基礎(chǔ)。雖然今時(shí)今日，真空管已不常見(jiàn)于日常生活，但它仍在其他領(lǐng)域上使用，例如音響設(shè)備（俗稱的「膽機(jī)」）、高輸出功率的 電臺(tái)及電視發(fā)射器、軍事設(shè)備等。不得不說(shuō)，真空管的面世，確實(shí)加快了通訊技術(shù)的普及程度和發(fā)展。從這段歷史可以看到，其實(shí)機(jī)械人的發(fā)展往往建基于多位已故 科學(xué)家一直為不同技術(shù)范疇所作出的努力；直到二次大戰(zhàn)后便開(kāi)始將各種科技結(jié)合和應(yīng)用，研發(fā)出具實(shí)用性的機(jī)械人。筆者日后除了繼續(xù)介紹機(jī)械人的歷史外，亦會(huì) 將相關(guān)技術(shù)的發(fā)展歷程向大家分享。

福雷斯特于 1907 年為真空三極管所申請(qǐng)的專(zhuān)利

弗林明所發(fā)明的真空二極管