簡介
1883年，為人類貢獻了2000余項發(fā)明的美國科學(xué)家愛迪生（T. Edison），為尋找電燈泡最佳燈絲材料，曾做過一項小小的實驗。他在真空電燈泡內(nèi)部碳絲附近安裝一小截銅絲，希望銅絲能阻止碳絲蒸發(fā)。實驗結(jié)果使愛迪生大失所望，但在無意中，他發(fā)現(xiàn)，沒有連接在電路里的銅絲，卻因接收到碳絲發(fā)射的熱電子而產(chǎn)生了微弱的電流。愛迪生并不重視這個現(xiàn)象，只是把它記錄在案，申報了一個未找到任何用途的專利，稱之為“愛迪生效應(yīng)”。真空二極管誕生
被愛迪生本人忽略的“愛迪生效應(yīng)”驚動了大洋彼岸的一位青年。1885年，30歲的英國電氣工程師弗萊明（J. Fleming）博士堅持認為，一定可以為熱電子真空發(fā)射找到實際用途。經(jīng)過反復(fù)試驗，他終于發(fā)現(xiàn)，如果在真空燈泡里裝上碳絲和銅板，分別充當(dāng)陰極和屏極，則燈泡里的電子就能實現(xiàn)單向流動。經(jīng)過多次實驗，1904年，弗萊明研制出一種能夠充當(dāng)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一只電子管，也就是人們所說的真空二極管。 然而，直到真空三極管的發(fā)明后，電子管才成為實用的器件。真空三極管的發(fā)明者是美國科學(xué)家李·德福雷斯特（Lee de Forest ，1873 - 1961）。童年
很小的時候，父親帶著全家遷往亞拉巴馬州，接管了一所破產(chǎn)的公理會學(xué)校，過著拮據(jù)的生活。當(dāng)?shù)匕兹松鐓^(qū)反對他父親收留黑人上學(xué)，十分看不起他們家庭，所以小德福雷斯特很少與人交往，養(yǎng)成了較孤僻的性格。 孩提時期的德福雷斯特并不出眾，被老師認為是個平庸的孩子。他的唯一愛好是拆裝各種機械小玩意，志向不大，只想做個機械技師或者當(dāng)一名機械工。但他很快就被19世紀末科技的飛速發(fā)展所激勵，13歲便“發(fā)明”了好幾種小機器。雖然父親希望兒子將來成為一位牧師，但德福雷斯特暗自決定以科學(xué)研究作為自己一生的奮斗目標(biāo)。20歲那年他考取了耶魯大學(xué)謝菲爾德理學(xué)院的獎學(xué)金，班上的同學(xué)都叫他“學(xué)校里最平庸、最神經(jīng)質(zhì)的學(xué)生”，除了電學(xué)、特別是電磁波傳播之外，他似乎對其他事都不感興趣。由于獎學(xué)金很少，德福雷斯特不得不經(jīng)常為別人打工。1899年，他終于獲得了物理學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位。重要事件
本來，德福雷斯特應(yīng)該留在大學(xué)任教，但有一件事情永遠改變他的人生軌跡。 事情發(fā)生在1899年秋，德福雷斯特正在撰寫博士論文《平行導(dǎo)線兩端赫茲波的反射作用》，其內(nèi)容可能是當(dāng)時美國所有大學(xué)里涉及到無線電的第一篇。 在此期間，一年一度的國際快艇比賽就要在紐約揭開序幕，這一屆盛大賽事因意大利無線電發(fā)明家馬可尼的來訪顯得黯然失色。《紐約先驅(qū)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(zhǔn)時登上了停泊在港口的一艘軍艦，及時地把比賽的消息用無線電報拍發(fā)回來。整整5個小時，《紐約先驅(qū)論壇報》的總部收到了馬可尼發(fā)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一次現(xiàn)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后，仔細研究起無線電設(shè)備來。馬可尼和藹可親，毫無保留地向青年學(xué)生講解了無線電發(fā)報機的原理，并且告訴他，由于“金屬屑檢波器” 的靈敏度太差，嚴重影響收發(fā)效果。正是與馬可尼的這次談話，使德福雷斯特立下了發(fā)明創(chuàng)新的宏圖大志。畢業(yè)工作
畢業(yè)后，他首先在芝加哥西方電氣公司實驗室工作，不久便發(fā)明了電解檢波器和交流發(fā)射機。1902年，他在紐約泰晤士街租了間破舊的小屋，創(chuàng)辦了德福雷斯特?zé)o線電報公司，一心一意想要發(fā)明出更先進的無線電檢波裝置。同時，他也要以自己的發(fā)明，向美國公眾展示無線電應(yīng)用前景。 就在研究進展不太順利的時候，英國弗萊明發(fā)明真空二極管的消息傳來，像閃電一般照亮了他前行的道路。德福雷斯特再也坐不住了，他一路小跑穿街走巷，選購玻璃管，添置真空抽氣機，為自制電子管尋找材料。一邊跑還一邊思考，等到材料湊齊，設(shè)計方案也基本構(gòu)思成熟。他選擇了一段白金絲制作燈絲，也在燈絲附近安裝了一小塊金屬屏板，把玻殼抽成真空通電后，果然也“追尋”到電子的蹤跡。 然而，多年孜孜以求的苦思，德福雷斯特不愿就此中止有趣的試驗。他沉思了一會，突然抓起一根導(dǎo)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(dǎo)線，或許他想用來同時接收燈絲發(fā)射的電子，或許還想派上其他什么用途。殊不知他裝上的這根小小的導(dǎo)線，竟會影響到20世紀電子技術(shù)的發(fā)展進程。驚奇發(fā)現(xiàn)
德福雷斯特極其驚訝地發(fā)現(xiàn)，Z型導(dǎo)線裝入真空管內(nèi)之后，只要把一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(guī)律完全一致——德福雷斯特發(fā)現(xiàn)的正是電子管的“放大”作用。后來，他又把導(dǎo)線改用像柵欄形式的金屬網(wǎng)，于是，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(dān)著控制放大電信號的任務(wù)。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(fā)明專利。重大打擊
然而，由于合伙人的欺騙，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(lián)邦法院的傳訊，有人控告他的公司推銷積壓產(chǎn)品，進行商業(yè)詐騙。愚昧的法官判決說，德福雷斯特發(fā)明的電子管是一個“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(zhèn)，堅持不懈地改進真空三極管。在愛默生大街913號小木屋，德福雷斯特把若干個三極管連接起來，與電話機話筒、耳機相互連接，再把他那只“走時相當(dāng)準(zhǔn)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，至今依然矗立著一塊小小的紀念牌，以市政府名義書寫著一行文字：“李·德福雷斯特在此發(fā)現(xiàn)了電子管的放大作用�！庇脕砑o念這項偉大發(fā)明為新興電子工業(yè)所奠定的基礎(chǔ)。這個地方，如今已成長為全球聞名的硅谷。專利
德福雷斯特是一位多產(chǎn)的發(fā)明家，一生獲得了多達300余項專利。除了電子管之外，他的發(fā)明還包括在電影膠片邊緣錄制聲音的技術(shù)、醫(yī)學(xué)上使用的高頻電熱理療機等等。他在商業(yè)上卻屢屢失敗，技術(shù)發(fā)明并沒有給他帶來什么經(jīng)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(fā)明也為他贏得“無線電之父”、“電視始祖”和“電子管之父”的稱號。 1961年7月30日，88歲高齡的李·德福雷斯特在加利福尼亞的好萊塢去世，下葬于綠樹環(huán)繞的圣弗朗多公墓。應(yīng)用
電子管主要用在無線電裝置里，它的誕生為通訊、廣播、電視等技術(shù)的發(fā)展鋪平了道路�？墒�，人們不久還發(fā)現(xiàn)，真空三極管除了可以處于放大狀態(tài)外，還可充當(dāng)開關(guān)器件，其速度要比繼電器快成千上萬倍。電子管很快受到計算機研制者的青睞，計算機歷史也因德福雷斯特而跨進了電子的紀元。（ 20世紀，人類的發(fā)明創(chuàng)造可謂燦若星河，但真正能對人類文明產(chǎn)生重大影響的發(fā)明創(chuàng)造卻寥如晨星，其中收音機、電視和計算機三件發(fā)明可謂使人類文明和生活方式都發(fā)生了重大改變，而它們都得益于100年前的今天的一項發(fā)明———真空二極管。 1904年11月16日，英國科學(xué)家弗萊明為自己發(fā)明的電子管弗萊明“閥”申請了專利，它標(biāo)志著人類歷史上第一只電子管的誕生，世界也從這里邁向電子時代。 弗萊明的專利代表著電子管的正式誕生，但說起電子管產(chǎn)生前的“陣痛”還要從“愛迪生效應(yīng)”談起。 見到電子管的人都會覺得，它像一只小燈泡，令人不禁想起電燈的發(fā)明人愛迪生。電子管的誕生也確實和愛迪生有一定的關(guān)系。 1883年，當(dāng)時的愛迪生正在致力于改善白熾燈的工作壽命。在研究中，他注意到在抽出空氣的燈泡內(nèi)放置燈絲和一塊小金屬片，當(dāng)燈絲加熱時，雖然燈絲和金屬片不接觸，會有負電子流向金屬片，就像真空會導(dǎo)電一樣。 愛迪生當(dāng)時感到很迷惑，但他當(dāng)時正在潛心于城市的電力系統(tǒng)，也就沒多花心思研究其中的奧妙。但他還是把這一現(xiàn)象記錄下來，并申請了一個沒有說明任何用途的專利，這一現(xiàn)象后來被稱為“愛迪生效應(yīng)”。 也許是發(fā)明發(fā)現(xiàn)太多了，愛迪生很快將“愛迪生效應(yīng)”忘在腦后，但它卻引起了一位英國年輕的工程師弗萊明的注意。弗萊明在馬可尼電報公司工作時，為找到一件可靠的檢波手段而煩惱。這時他想起了“愛迪生效應(yīng)”。他認識到，在燈泡里加塊金屬片，就可以成為一個有效地檢測微弱電報信號的檢波器。經(jīng)過多次試驗，他終于取得了成功，發(fā)明了一個能對交流電整流和無線電檢波的特別“燈泡”。弗萊明當(dāng)時把這項發(fā)明稱為“閥”，并在1904年為它申請了專利，這就是現(xiàn)在所稱的“真空二極管”。電子文明的開端
弗萊明發(fā)明的“真空二極管”是人類電子文明的開端。但如果只有二極管的話，人類也許只能停留在電子時候的開端階段。所幸的是弗萊明的工作為一個叫德弗雷斯特的人所發(fā)展。1906年，德弗雷斯特在二極管的基礎(chǔ)上發(fā)明了三極管，使電子管才成為能廣泛應(yīng)用的電子器件。 現(xiàn)在人們玩電腦看電視，很少有時間再聽收音機了。但收音機在二十世紀上半葉對人類的影響，絲毫也不亞于現(xiàn)在的電腦和電視。那時人們每天定時收到節(jié)目，成為日常重要的一個生活內(nèi)容。早期的收音機就是電子管收音機。這種收音機雖然體積大，功耗多，并且開機后需要等一段時間才等正常工作，但它卻給幾代人帶來了歡樂。 二戰(zhàn)期間，美國軍方要求賓州大學(xué)為它們設(shè)計一種以真空管來取代繼電器來計算炮彈彈道的機器。1946年2月14日，這種機器正式投入使用了，它用了18800只真空管，占地1500英尺，重約30噸，每小時耗電20萬千瓦。運算速度只有每秒5000次。這就是人們通常所說的世界首臺電子計算機。微波加熱現(xiàn)象
電子管雖然使人們進入了電子時代之門。但今天，我們已經(jīng)不再生產(chǎn)電子管收音機和電子管計算機了。因為隨著科技的進步，發(fā)明創(chuàng)造也不斷推陳出新，到了20世紀40年代晶體管出現(xiàn)后，它以體積小、功耗低、可靠性高、壽命長，迅速取代了電子管在電子時代的地位，成了電子科技發(fā)展的支柱。不過，如果我們看看周圍，還是能發(fā)現(xiàn)以電子管為主要部件的產(chǎn)品，微波爐就是一例。 最早發(fā)現(xiàn)微波加熱現(xiàn)象的斯賓瑟是美國軍方的一位工程師。他在一個試驗室參觀磁控電子管的一個試驗時，發(fā)現(xiàn)口袋中的糖果融化了。他決定試驗一下是不是磁控電子管產(chǎn)生的微波的效應(yīng)。于是他就拿一袋爆米花靠近磁控電子管，發(fā)現(xiàn)爆米花爆開了。第二天他又拿了個雞蛋進行試驗，發(fā)現(xiàn)雞蛋也被加熱。于是，他就把它發(fā)現(xiàn)的加熱食品的新方法進行改進，這就是人們所說的微波爐。今天的微波爐，比起斯賓瑟剛發(fā)明時，可謂花樣百出，但千變?nèi)f變，里面的磁控電子管不變，它還是微波爐的主要器件。 流水淘沙不暫停，前波未滅后波生。隨著科技的進步，電子管這個百歲“老人”，也失去了往日的輝煌。但人們永遠不會忘記這項曾為人類文明發(fā)展做出巨大貢獻的發(fā)明。（本報多倫多11月16日電）
