11月16日—真空管問世120週年
真空管？現在除了所謂「發燒級」音響，日常生活中幾乎看不見真空管了吧。沒錯，現今的電子產品幾乎已全面改用電晶體，不過在電晶體出現之前，收音機、電視、雷達、……等電子產品就已紛紛問世，這都是拜真空管發明之賜。 真空管開啟了電子化的時代，若要標誌一個起點，或許是1904年11月16日。這一天，英國物理學家弗萊明（John A. Fleming）正式申請真空管的發明專利。 弗萊明攝於1906年。圖片來源：Wikipedia 弗萊明於1849年11月29日出生，學業成績自小就一直名列前茅，還曾自己動手打造模型船、引擎與相機。但他念完大學後，由於家裡的經濟狀況不允許，只能階段性地半工半讀，直到31歲才取得博士學位。 弗萊明教了兩年書後，自1882年開始兼職擔任愛迪生英國分公司的顧問。1884年，他回母校創立英國第一個電機系；為了幫助學生記住電流方向、磁場方向、導體的運動方向三者之間的關係，他特別提出「左手法則」與「右手法則」，流傳至今。 弗萊明右手定則。圖片來源：Wikipedia 1898年，馬可尼委託弗萊明協助克服無線電的瓶頸。馬可尼雖然已經展示了無線電電報的可行性，卻始終無法傳到更遠的距離。弗萊明設計出結合高功率交流發電機的發射器，讓馬可尼於1901年底，成功從英國傳送無線電到美國，創下越洋無線電報的里程碑。 不過無線電信號在這麼遠的距離卻很不穩定，仍無法商業化。弗萊明在思考如何解決時，想起愛迪生曾在1883年發現的「愛迪生效應」。當時愛迪生為了查明燈泡的燈絲為什麼老是在正極端燒斷，而在燈泡中多加一片獨立的金屬片，然後在金屬片與電源正極間接上電流計。沒想到點亮燈泡後，電流計的指針竟會移動，問題是金屬片與燈絲根本沒有接觸，電流從何而來？ 愛迪生那時無法理解，也未再深究；這也難怪，畢竟要到1897年，湯姆森才發現電子。如今弗萊明已經知道是熾熱的燈絲使得電子游離，「跳躍」到正極的金屬片，才產生電流。 於是他根據此一原理，提高燈泡的真空程度，用金屬片包圍住燈絲，並施予金屬片較高的正極電壓。然後將這個真空管接上接收無線的天線，無線電波所產生的感應電流只會流向同一方向，達到整流的效果，便能用高頻無線電波將電報傳送到更遠的距離。（註） 二極真空管示意圖。圖片來源：Wikipedia 弗萊明所發明的真空管是二極管。1906年，美國工程師德佛瑞斯特（Lee De Forest）在二極管的燈絲與金屬片之間多加一個網狀的柵極，接上負電壓，就可調整電流的大小，成為可放大訊號的三極管。自此，真空管便成為電子產品的基本元件，除了前述的電子產品，也讓電腦得以邁入數位化；史上第一台可程式化的通用型電腦ENIAC 便用了一萬七千多個真空管。 雖然真空管因為耗電、易壞，反應速度又慢，而逐漸被電晶體取代，不過它揭開了數位時代的序幕，也算是功成身退，值得紀念。 註：不過真空管本身的物理限制還是不適用更高頻的電波，AT&T旗下的貝爾實驗室因此才改從半導體著手，進而發明電晶體。這段歷史可參考筆者所著之《蕭克利與八叛徒》。 參考資料： John Ambrose Fleming – Wikipedia John Fleming – ETHW
