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エジソンの電球からオーディオンへ:真空管の初期進化

トーマス・エジソンは白熱電球の発明者として知られていますが、後に現代エレクトロニクスを駆動する設計を洗練させたパイオニアでもあります。

1879年、エジソンの成功した電球は、空気を抜いたガラス球内で炭化した縫い糸フィラメントを使用しました。結果として得られた真空により、フィラメントが燃焼することなく白熱温度で発光できました。

エジソンの電球からオーディオンへ:真空管の初期進化
 

1883年頃の実験中、エジソンは避難した電球内に金属板を挿入し、感度の高い電流計に接続しました。彼はフィラメントが熱いときのみ電子が電流計を流れ、冷えると止まることを発見しました。

エジソンの電球からオーディオンへ:真空管の初期進化
 

発光するフィラメントが自由電子を真空中に放出し、それらが金属板に引き寄せられフィラメントに戻ることで、一方向の電流が生じました。エジソンは高電圧電池を回路に追加し、正しい向きで接続すると電流が劇的に増加することでこの効果を増幅しました。


エジソンの電球からオーディオンへ:真空管の初期進化

電池を逆にするとほとんど電流が流れず、後にエジソン効果と呼ばれる現象、すなわち天然のダイオードが明らかになりました。


エジソンの電球からオーディオンへ:真空管の初期進化

エジソンはこの一方向電子流に即時の用途を見出しませんでしたが、この発見が将来の発明の基礎を築きました。

1895年、J.A.フレミングがエジソン効果を探求し、彼のデバイスを「バルブ」として売り出し、真空管技術の新分野を切り開きました。しかし、これらの初期バルブは大電流を扱えず、小信号用途に限定されました。

1906年、リー・デ・フォレストがフィラメントと金属板の間に金属スクリーン、すなわちグリッドを追加しました。グリッドとフィラメント間に小さな電圧を印加することで、フィラメントから板への電子流を制御できるようになりました。

エジソンの電球からオーディオンへ:真空管の初期進化
 

デ・フォレストのグリッドは電圧制御抵抗として振る舞いました:負のグリッド電圧は電子流を抑制し、正の電圧は増強します。グリッド電流は微小でしたが、その電圧は板電圧と電流に大きな影響を与え、デバイスを増幅器に変えました。

デ・フォレストがオーディオンと名付けたこの可変真空管は、エレクトロニクス初の実用的な増幅コンポーネントとなりました。オーディオンの構造と動作は、現代のNチャネルD型MOSFET、高電流利得の電圧制御デバイスとよく似ています。

デ・フォレストのオーディオンは通信に革命をもたらしました。1912年、彼はオーディオンを電話信号増幅器としてAT&Tに売却し、実用的な長距離電話リンクを可能にしました。翌年、無線周波数交流信号の生成への利用を実証。1915年にはバージニア州アーリントンからパリへ音声信号を放送し、1916年には初のラジオニュース放送を開始、「ラジオの父」と呼ばれる存在となりました。


エジソンの電球からオーディオンへ:真空管の初期進化
 

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