AUDIONEN
ett 100 årsjubileum.

Stig A Comstedt, SM5DUB, tel 011-137199 24 februari 2006

Sammanfattning

Det är i år 100 år sedan audionen föddes. Men A.J.Fleming hann före med sitt ”oscillation valve” och G.Marconi, som ägde patentet på Flemings valve, startade processer för vilka det inte sattes slutgiltig punkt förrän 1943.

Patenten.

Den 13 november 1906 beviljades deForests patent på vad han kallade en ”two electrode Audion” [1]. Var det möjligen en fredag? Kanske var november otursmånaden för deForest ty nästan på dagen ett år tidigare, den 7 november 1905, beviljades Flemings amerikanska patent [2]. Hade det nu ankommit endast på Fleming, så hade det kanske inte blivit några patentbråk.

Fleming blev professor i ”Electrical Engineering” vid University College i London redan 1885 (han var då 36 år), och var fullt upptagen med egen och handledning av studenters forskningar. Från 1882 hade han dessutom varit engagerad i Edisons engelska telefonbolag och därefter i dennes elbolag. 1892 medlem i Royal Society , 1895 hade han genomdrivit ett eget elektriskt laboratorium på universitetet och 1899 blev han teknisk och vetenskaplig rådgivare till Marconi. Vid den här tiden, 1905, var han tillsammans med James Dewar inbegripen i minst sagt banbrytande forskning angående olika ämnens ledningsförmåga vid låga temperaturer. Möjligen hade han därför inte ansett det mödan och den ekonomiska insatsen lönt, att processa och nöjt sig med en debatt på akademisk nivå. Fast säker kan man ju inte vara; Edisons telefonbolag nationaliserades, Engelska Post Office skulle få monopol även på telefontjänsten, telegrafmonopol hade det redan, och Fleming deltog aktivt i det processandet. Nu var det emellertid Marconi som hade Flemings patent och marconibolagen hade ekonomiska resurser, som praktiskt taget garanterade framgång i vilken domstol som helst. Historien fick ett slut först 1943 då högsta domstolen i Förenta Staterna ogiltigförklarade Flemings patent på tekniska grunder.

Enligt G.Tyne [3], som skrivit en utomordentlig bok om radiorörets historia, kunde detta ske tack vare att Fleming i sin patentansökan angivit, att hans ”valve” kunde användas som likriktare för högfrekvens utan restriktion i avseende på frekvens, vilket han bl. a. framhåller i en avhandling, presenterad för Royal Society of London, 9 jan. 1905 [8].

Man kan ha många synpunkter på patentpolitiken vid den här tiden och frågan är, om inte dåidens sparade patentskrifter är lärorik ”kurslitteratur” för blivande patentingenjörer än i denna dag. Marconi ansökte om patent på varje liten förbättring i hans apparaturer, man undrar, om han inte rent av fick patent på resonansfenomenet vid högfrekvens, även då dessa förbättringar byggde på principer, vilka klargjorts av forskare som Maxwell, Hertz, Lodge, Crooks, Tesla och Stone.

”this unilateral conductivity exists even with alternating currents of high frequency and is independent of the frequency.”

Fleming nämner i sin patentansökan, att anordningen kan användas för att detektera trådlös telegrafi men även om han i olika andra sammanhang visat på möjligheten, att ett eller flera ”oscillation valves” kan ingå i radiomottagare, så visar patentfiguren hur den likriktade strömmen påverkar en galvanometer, inte en morseskrivare eller en hörtelefon. En hörlur är däremot just vad deForests figur visar, även om den i övrigt inte är särskilt imponerande i jämförelse med Flemings, vilken demonstrerar både parallellkoppling och helvågslikriktning.

Flemings snilleblixt, att prova en av de preparerade lampor, som han, då han var konsult åt Edison, använt i försöken, att komma tillrätta med den svärtning, som med tiden uppstod på lampkolvens insida, tändes av hans tilltagande dövhet. Han var ju nu konsult åt Marconi med uppdrag, att förbättra sändarnas verkningsgrad och hänvisad till hörseln, för att avgöra eventuella förändringar. Men eftersom ljudet måste fördubblas i styrka, för att även en skarpörad person ska vara säker på förändringen och Fleming hade svårt med hörseln, så önskade han sig en visuell detektor. Känsliga galvanometrar fanns att tillgå, kunde man använda en dylik fick man dessutom på köpet en möjlighet, att göra kvantitativa bestämningar, men dylika gör utslag endast för likström. Här behövdes följaktligen en likriktare. Fleming provade dem, som användes inom eldistribution, där också växelström förekom, och andra av elektrolytisk typ, men inga dög.

Figur 2: Flemings U.S. patent 803,684, Science Museum, sth. Kensington, London.

Figur 3: deForests U.S. patent 836,070.

De med en anod preparerade glödlamporna från hans tidigare forskning ledde ström i endast en riktning; det hade Edison konstaterat redan 1880, fenomenet var välkänt och hade till och med ett namn, ”edisoneffekten”. Eftersom Edison emellertid inte var intresserad av växelström hade effekten inte kommit att utnyttjas. Nu gjorde Fleming det och påbörjade en noggrann utredning av diodens egenskaper.

Den tredje elektroden.

1906 var ett svårt år för deForest. Han hade sedan flera år tillbaka sökt efter en tillräckligt känslig telegrafidetektor och efter metoder, att eliminera atmosfäriska störningar, ”statics”. ”Statics” var ett problem för den tidens långvågstrafik och det finns en historia om en station, som aldrig utväxlade ett telegram på grund av att den alltid var utstörd när det begav sig. deForest patenterade 12. juni 1906 mottagningsapparatur med anordningar för elimineringen av atmosfäriska störningar; ”static valves” [4]. I sin patent- ansökan refererar deForest till Flemings avhandling av 16. mars 1905 publicerad i Proceedings of the Royal Society of London. deForest använder ordet ”valve” i betydelsen ”ventil” och syftar inte på Flemings ”oscillation valve”. Ventilanordningen avser, att shunta statisk elektricitet till jord men är tänkt, att ha hög impedans gentemot radiofrekvenser.

deForest presenterade 26. oktober inför American Institute of Electrical Engineers en avhandling med titeln ”The Audion: A New Receiver for Wire-less Telegraphy” [5], där han beskriver sina försök och hävdar, att audionen är den, ditintills kända, känsligaste detektorn. Trots sina patent och lyckade experiment tillfredsställer deForests begränsade kommersiella framgångar inte investerarna och han tvingas den 28. november avgå som direktör och vetenskaplig ledare för sitt bolag. Han fick dock behålla rättigheterna till sin patentansökan på audionen.

Figur 5: Eliminering av ”statics”

Figur 6: deForests audionförsök

Bråket med de fantasilösa aktieägarna lade naturligtvis hämsko på deForests utvecklingsarbete under 1906 och först i oktober ansökte han om patent på användning av audionen som förstärkare. I det patentet är audionen inte försedd med galler, utan strömmen i röret påverkas genom en andra, självständig, anod, eller genom magnetisk eller elektrostatisk påverkan utifrån röret. Han hade dock en tid funderat över möjligheten, att styra strömmen medelst en elektrod insatt mellan glödtråden och anoden. Den kunde självfallet inte ha formen av en plåt eftersom denna skulle skärma av en stor del av strömmen varför han tänkte sig densamma som en metalltråd, böjd i formen av ett grillgaller; ”grid” på engelska, vilket namn för alltid fastnade på anordningarna inuti radioröret. McCandless, tillverkare av glödlampor i olika storlekar, var deForests leverantör av audioner och den 25 november beställde han några rör, vilka skulle vara försedda med ett dylikt galler. deForest hade svårt att ”komma ifrån” trots att testerna verkade utomordentligt lovande och fick lov att överlämna ansvaret till en skolgrabb vid namn John V.L. Logan [3]. Först på årets allra sista dag kunde grabben konstatera, att saken var klar. Succé! Audionen var född!

En månad senare, 29. januari 1907 lämnade deForest in en patentansökan. Det patentet tog det ingenjörerna på patentverket litet längre tid att våga godkänna, andra forskare som Robert v. Lieben i Wien, men lustigt nog inte Fleming (eller det gjorde han kanske), var i färd med, att skapa en förstärkare av någon sorts elektronrör. Först 18. februari 1908 godkändes patentet.

Referenser

[1] Lee deForest ”Oscillation Responsive Device,” U.S. Patent No. 836,070 application date Jan. 18, 1906, issued Nov. 13, 1906.

[2] J.A.Fleming ”Instrument for Converting Alternating Electric Currents into Continuous Currents,” U.S. Patent No. 803,684 application date Apr. 19, 1905, issued Nov. 7, 1905.

[3] Gerald F.J.Tyne ”Saga of the Vacuum Tube.” Antique Electronic Supply, Tempe AZ, sec. printing 1987, kap. 3.

[4] Lee deForest ”Static Valve for Wireless Telegraph Systems,” U.S. Patent No. 823,402 application date Dec. 9, 1905, issued Jun. 12, 1906.

[5] Scientific American Supplement No. 1665, Nov. 30, 1907, sid. 348-350, ibid. No. 1666, Dec. 7, 1907, sid. 354-356.