李·德弗雷斯特 ——電子管之父

1883年，為人類(lèi)貢獻(xiàn)了2000余項(xiàng)發(fā)明的美國(guó)科學(xué)家愛(ài)迪生（T. Edison），為尋找電燈泡最佳燈絲材料，曾做過(guò)一項(xiàng)小小的實(shí)驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)結(jié)果使愛(ài)迪生大失所望，但在無(wú)意中，他發(fā)現(xiàn)，沒(méi)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(ài)迪生并不重視這個(gè)現(xiàn)象，只是把它記錄在案，申報(bào)了一個(gè)未找到任何用途的專(zhuān)利，稱(chēng)之為“愛(ài)迪生效應(yīng)”。

被愛(ài)迪生本人忽略的“愛(ài)迪生效應(yīng)”驚動(dòng)了大洋彼岸的一位青年。1885年，30歲的英國(guó)電氣工程師弗萊明（J. Fleming）博士堅(jiān)持認(rèn)為，一定可以為熱電子真空發(fā)射找到實(shí)際用途。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，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(shí)現(xiàn)單向流動(dòng)。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，1904年，弗萊明研制出一種能夠充當(dāng)交流電整流和無(wú)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(shuō)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(shí)用的器件。真空三極管的發(fā)明者是美國(guó)科學(xué)家李·德福雷斯特（Lee de Forest ，1873 - 1961）。

德福雷斯特1873年8月26日出生于美國(guó)中西部愛(ài)荷華州。很小的時(shí)候，父親帶著全家遷往阿拉巴馬州，接管了一所破產(chǎn)的公理會(huì)學(xué)校，過(guò)著拮據(jù)的生活。當(dāng)?shù)匕兹松鐓^(qū)反對(duì)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(shí)期的德福雷斯特并不出眾，被老師認(rèn)為是個(gè)平庸的孩子。他的唯一愛(ài)好是拆裝各種機(jī)械小玩意，志向不大，只想做個(gè)機(jī)械技師或者當(dāng)一名機(jī)械工。但他很快就被19世紀(jì)末科技的飛速發(fā)展所激勵(lì)，13歲便“發(fā)明”了好幾種小機(jī)器。雖然父親希望兒子將來(lái)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(jiǎng)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(duì)其他事都不感興趣。由于獎(jiǎng)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。

本來(lái)，德福雷斯特應(yīng)該留在大學(xué)任教，但有一件事情永遠(yuǎn)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(xiě)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(shí)美國(guó)所有大學(xué)里涉及到無(wú)線電的第一篇。在此期間，一年一度的國(guó)際快艇比賽就要在紐約揭開(kāi)序幕，這一屆盛大賽事因意大利無(wú)線電發(fā)明家馬可尼的來(lái)訪顯得黯然失色?！都~約先驅(qū)論壇報(bào)》連篇累牘的宣傳報(bào)道，把馬可尼將要進(jìn)行無(wú)線電表演的消息攪得沸沸揚(yáng)揚(yáng)。

那天清晨，馬可尼準(zhǔn)時(shí)登上了停泊在港口的一艘軍艦，及時(shí)地把比賽的消息用無(wú)線電報(bào)拍發(fā)回來(lái)。整整5個(gè)小時(shí)，《紐約先驅(qū)論壇報(bào)》的總部收到了馬可尼發(fā)來(lái)的4000多字的新聞報(bào)道，使美國(guó)新聞?dòng)浾邆兇箝_(kāi)眼界，嘆服不已。

觀眾簇?fù)碇R可尼走下軍艦，熱情的人們要求“無(wú)線電之父”馬可尼在港口為他們做一次現(xiàn)場(chǎng)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(xì)研究起無(wú)線電設(shè)備來(lái)。馬可尼和藹可親，毫無(wú)保留地向青年學(xué)生講解了無(wú)線電發(fā)報(bào)機(jī)的原理，并且告訴他，由于“金屬屑檢波器” 的靈敏度太差，嚴(yán)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)后，他首先在芝加哥西方電氣公司實(shí)驗(yàn)室工作，不久便發(fā)明了電解檢波器和交流發(fā)射機(jī)。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(bào)公司，一心一意想要發(fā)明出更先進(jìn)的無(wú)線電檢波裝置。同時(shí)，他也要以自己的發(fā)明，向美國(guó)公眾展示無(wú)線電應(yīng)用前景。

就在研究進(jìn)展不太順利的時(shí)候，英國(guó)弗萊明發(fā)明真空二極管的消息傳來(lái)，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(gòu)玻璃管，添置真空抽氣機(jī)，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(jì)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(yàn)。他沉思了一會(huì)，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(lái)同時(shí)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(huì)影響到20世紀(jì)電子技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。

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(gè)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(lái)，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(gè)“極”——絲極、屏極和柵級(jí)，其中那個(gè)柵極承擔(dān)著控制放大電信號(hào)的任務(wù)。1907年，德福雷斯特向美國(guó)專(zhuān)利局申報(bào)了真空三極管（電子管）的發(fā)明專(zhuān)利。

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(wú)辜受到美國(guó)紐約聯(lián)邦法院的傳訊，有人控告他的公司推銷(xiāo)積壓產(chǎn)品，進(jìn)行商業(yè)詐騙。愚昧的法官判決說(shuō)，德福雷斯特發(fā)明的電子管是一個(gè)“毫無(wú)價(jià)值的玻璃管”。

1912年，頂著隨時(shí)可能入獄的壓力，德福雷斯特來(lái)到加利福尼亞舊金山附近的帕洛阿托小鎮(zhèn)，堅(jiān)持不懈地改進(jìn)真空三極管。在愛(ài)默生大街913號(hào)小木屋，德福雷斯特把若干個(gè)三極管連接起來(lái)，與電話機(jī)話筒、耳機(jī)相互連接，再把他那只“走時(shí)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(jì)念牌，以市政府名義書(shū)寫(xiě)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。”用來(lái)紀(jì)念這項(xiàng)偉大發(fā)明為新興電子工業(yè)所奠定的基礎(chǔ)。這個(gè)地方，如今已成長(zhǎng)為全球聞名的硅谷。

德福雷斯特是一位多產(chǎn)的發(fā)明家，一生獲得了多達(dá)300余項(xiàng)專(zhuān)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(jī)等等。他在商業(yè)上卻屢屢失敗，技術(shù)發(fā)明并沒(méi)有給他帶來(lái)什么經(jīng)濟(jì)效益，許多重要的專(zhuān)利都低價(jià)賣(mài)給了美國(guó)電話電報(bào)公司（AT&T），就連電子管放大器的專(zhuān)利，也只賣(mài)了39萬(wàn)美元。但是，他的發(fā)明也為他贏得“無(wú)線電之父”、“電視始祖”和“電子管之父”的稱(chēng)號(hào)。

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(shù)環(huán)繞的圣弗朗多公墓。

電子管主要用在無(wú)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(kāi)關(guān)器件，其速度要比繼電器快成千上萬(wàn)倍。電子管很快受到計(jì)算機(jī)研制者的青睞，計(jì)算機(jī)歷史也因德福雷斯特而跨進(jìn)了電子的紀(jì)元。

電子管主要用在無(wú)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(kāi)關(guān)器件，其速度要比繼電器快成千上萬(wàn)倍。電子管很快受到計(jì)算機(jī)研制者的青睞，計(jì)算機(jī)歷史也因德福雷斯特而跨進(jìn)了電子的紀(jì)元。