电子学史话：电子三极管——第三次科学技术革命的导火索

要问人类社会最伟大最深刻的变革是什么，大多数人会回答说是互联网，互联网已经彻底改变了人类的生活方式。但是互联网、信息技术的出现，却全部依赖于电子技术的发展，从第一台电子计算机ENIAC诞生开始，电子技术与信息技术就像两列齐头并进的列车，共同带动了现代科技的高速发展。与古老的基础自然科学不同，电子学出现的非常晚，距今也不过百年左右的时间，不像物理学与天文学一样有无数可歌可泣的故事，在电子学短短百年发展史上，很多人物和故事并不为人所熟知。一直以来，笔者都有一个想追寻电子技术的发展过程的想法，而最近，受到汪洁的启发，突然想到，我也可以为电子学写一篇史话，在满足自己的好奇心之余，也给广大工程师和爱好者们分享一下，正所谓“独乐乐不如众乐乐”，在接下来的一段时间里，让我们一起回顾一下这一百年来的技术爆炸历程。

说到电子学，就不能不说他的孪生兄弟——电气科学。电气科学领域最被大家所熟知的人莫过于爱迪生了，爱迪生的种种伟大的发明奠定了电气工业的基础，而我们的故事，仍然要从爱迪生说起。

爱迪生在发明电灯后，苦于寻找一种碳纤维灯丝的替代材料，因为这种灯丝的寿命太短。1883年，爱迪生突发奇想，在灯丝中封入一个铜丝，也许能阻止碳纤维灯丝的蒸发。然而试验下来，灯丝蒸发如故，爱迪生却发现了一个奇怪的现象——并不连接的碳丝和灯丝，在碳丝加热发光后，竟然有微弱的电流流过。爱迪生觉得这是一个不可思议的现象，于是他对此声明了专利，并命名为“爱迪生效应”，然而爱迪生并没有发觉他的发现有什么应用价值，申请专利后就不再研究了。

在大洋彼岸，另一位青年工程师约翰·弗莱明正在为马可尼公司设计无线电接收机，弗莱明曾经在爱迪生电光公司工作过，爱迪生曾经向他提起过“爱迪生效应”。在他为马可尼公司设计检波器时，想到可以利用“爱迪生效应”进行包络检波。于是他改进了装置，在真空玻璃管内封装入两个金属片，给阳极板加上高频交变电压后，出现了爱迪生效应，在交流电通过这个装置时被变成了直流电。弗莱明把这种装有两个电极的管子叫作真空二极管，它具有整流和检波两种作用，这是人类历史上第一只电子器件。后来弗莱明将此项发明用于无线电检波，并于1904年11月16日在英国取得专利。

让我们把目光回到美国，1902年，一位叫李·德弗雷斯特的发明家在纽约泰晤士街租了间破旧的小屋，创办了德福雷斯特无线电报公司，一心一意想要发明出更先进的无线电检波装置。同时，他也要以自己的发明，向美国公众展示无线电应用前景。就在研究进展不太顺利的时候，英国弗莱明发明真空二极管的消息传来，像闪电一般照亮了他前行的道路。德福雷斯特的心里一定是这样想的——卧槽！还有这种操作。于是他立刻买来实验材料，组装好电路，灯丝点亮后，果然出现了和弗莱明的发明一样的效果。

Lee de Forest

然而，并没有满足于这个有趣的试验。他沉思了一会，突然抓起一根导线，弯成“Z”型，小心翼翼地把它安装到灯丝与金属屏板之间的位置。这根导线，或许他想用来同时接收灯丝发射的电子，或许还想派上其他什么用途。殊不知他装上的这根小小的导线，竟会影响到20世纪电子技术的发展进程。德福雷斯特极其惊讶地发现，Z型导线装入真空管内之后，只要把一个微弱的变化电压加在它的身上，就能在金属屏板上接收到更大的变化电流，其变化的规律完全一致——德福雷斯特发现的正是电子管的“放大”作用。后来，他又把导线改用像栅栏形式的金属网，于是，他的电子管就有了三个“极”——丝极、屏极和栅级，其中那个栅极承担着控制放大电信号的任务。1907年，德福雷斯特向美国专利局申报了真空三极管（电子管）的发明专利。

Lee de Forest 发明的电子三极管

然而，由于合伙人的欺骗，德福雷斯特的公司曾两度倒闭。1912年，他甚至无辜受到美国纽约联邦法院的传讯，有人控告他的公司推销积压产品，进行商业诈骗。愚昧的法官判决说，德福雷斯特发明的电子管是一个“毫无价值的玻璃管”。也许是压力产生的动力，德福雷斯特顶着随时可能入狱的压力，来到加利福尼亚旧金山附近的帕洛阿托小镇，坚持不懈地改进真空三极管。在爱默生大街913号小木屋，德福雷斯特把若干个三极管连接起来，与电话机话筒、耳机相互连接，再把他那只“走时相当准确的英格索尔手表”放在话筒前方，手表的“滴哒”声几乎把耳朵震聋。世界是第一个音频放大器在这里诞生了。

在德福雷斯特的故居，至今依然矗立着一块小小的纪念牌，以市政府名义书写着一行文字：

李·德福雷斯特在此发现了电子管的放大作用。

这里也成为了电子工业开始的地方，在这里诞生了许多改变世界的发明和公司，这个叫帕洛阿托的小镇也许很多中国人都不熟悉，但是他的另一个名字大家一定都听过，那就是——硅谷。