2018年08月07日 | 纪念触发器发明100年

2018-08-07 来源：悦智网

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很多工程师都对李•德•福雷斯特（Lee de Forest）很熟悉，他发明了真空管（可放大信号）；也很熟知晶体管的发明者约翰•巴丁（John Bardeen）、沃尔特•布拉顿（Walter Brattain）和威廉•肖克利（William Shockley）。但很少有人知道威廉姆•埃克尔斯（William Eccles）和F•W•乔丹（F.W. Jordan），他们在1918年6月申请了触发器专利，至今已有100年历史了。触发器是数字电路中十分重要的组成元件：其作为电子拨动开关，即便在初始电子控制信号消失后，也能够设置开启或关闭状态，因此，它还可以让电路记忆并同步其状态，进而按照时序逻辑运行。

在数字时代到来前，这种触发器主要作为无线电的触发继电器。1919年12月《无线电评论》（Radio Review）杂志上发表的一篇文章让触发器得以普及推广，20年后，触发器被应用于英国的巨像计算机（Colossus computer，用于破译战时德国的密码），以及美国的电子数字积分计算机（ENIAC）中。

虽然现代触发器已经在集成电路的晶体管中广泛应用，但在其百年华诞之际，我决定尽可能地去制作一个埃克尔斯和乔丹所发明的原始触发器。

这个电路由两个真空管组成，于是我从这里入手。埃克尔斯和乔丹当初最可能使用的应该是三极管或英国制作的山寨品。其中，三极管是由德•福雷斯特发明的，是首个演示信号放大的真空管，可用栅极的微弱信号控制从阴极到阳极的较大电流。但是这些早期手工制作的真空管可靠性较差，且现在找到一对还能使用的早期三极管有点不切实际。

于是我将目光转向了通用电气的UX201A——1920年生产的UV201的升级版。UV201虽然时间上与原始专利十分相近，但它标志着大规模真空管生产的开始，并在可靠性和适用性上取得了突破。我以约35美元每件的价格购买了两根01A三极管。

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在触发器中，两根三极管交叉耦合，维持着严格的平衡，由一对电阻控制电压。这里的平衡是指在关闭第一根三极管的瞬间，打开另一根三极管，同时保持第一根三极管的关闭状态，直到通过控制信号关闭第二根三极管，开启第一根三极管，并保持第二根三极管的关闭状态。

保持恰当的平衡意味着电阻器的值要合适。埃克尔斯和乔丹可能会在实验室中用十进位电阻箱，这是一种在电路不同点调整电阻值的大体积设备。而考虑到空间问题，我决定使用与专利年代相近的老式固定电阻。

我从收藏多年的古董收音机上拆下了这样的电阻。20世纪20年代，收音机制造产业高速发展，结果我积攒了好几台老式收音机，基本已没什么价值，也无法修理，因此即便拆成零件也不会觉得心疼。而且1925年之前生产的电阻器一般都是安装到插座里，而不是焊接到电路板上的，拆卸十分容易。

而令人头疼的是这些电阻器的阻值并不精确。这些电阻是手工制作的，在玻璃外壳之间夹着一个碳元件。将电阻值调到预期值的一种办法就是打开外壳，取出碳元件，用刻痕凹口增加电阻值，然后再装回去。我用这个办法调整了几个电阻器，但是其他几个也这样处理的话太麻烦，我就偷了点懒，将现代电阻器放进了老式玻璃外壳中。

我没有选择发明者当年可能用到的湿电池，而是选择了现代电池。制作真空管电路的其中一个条件是需要一系列电压。将4节1号电池串联，为指示灯和真空管里面的灯丝（阴极）提供6伏电压。把11节9伏电池串联，为真空管的屏极提供99伏电压。再以同样方式串联构造一个63伏的电源来提供栅极负偏压。我使用了老式铜制门铃按钮，按下即可连接9伏电池产生控制脉冲，并用灵敏的老式电报继电器操控微型白炽灯，显示触发器的状态。

通过反复试验和调整这些近百年高龄的零件，历时1年之久，我终于能够让这个珍贵的电路稳定地运行了！

如果你也想重复我的尝试，并愿意放弃一些精确的历史细节，选用容易获得且可靠性高的零件，我可以提供一些不错的选择。20世纪30年代末生产的6J5真空管就不错，性能可靠且比01A便宜很多，大概是每件5到7美元。

也可以用便宜的NE-2霓虹灯来替代电报继电器和指示灯。霓虹灯连接在6J5屏极和电池之间，在真空管不导通时发光；而在真空管导通时，屏极电压降低，霓虹灯熄灭。需要注意的是，6J5是阴极型真空管，与原始电路有所不同，阴极需要接地并且灯丝由6伏电池单独供电。

在选择栅极偏压电池电压时也需要进行试验，因为比起01A所需的63伏电压，6J5需要的电压值可能要更低一些。至于使用的电阻，标称的电阻值可以假设为近似值，但还是要费些功夫调节匹配这3对电阻值。

触发器

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