真空三极管的发明人

——德福雷斯特

1906年春天，美国纽约地方法院正在开庭审理一件离奇的诈骗案。几名地方法官表情严肃，他们不屑一顾地看了看摆在面前的一个里面装有金属网的玻璃泡，互相耳语了一阵子，然后宣布开庭。一位形容枯槁、衣衫褴褛、面色憔悴、神情疲惫的青年人站到被告席上，人们把目光一下子转到他的身上。被告不修边幅，胡子刮得也不干净，前襟和两个袖子有明显被煤气灯燎焦的痕迹。主审官皱了皱眉头说：“被告，你被指控犯有诈骗罪和私设电台罪，请说明你的名字。”

“德福雷斯特”，年轻的被告从容不迫地回答，“尊敬的先生们，我并没有犯罪，请你们相信，你们面前的玻璃泡是世界上第一个既能整流又能放大信号，而且有着不可想象的速度，而发明它的人就是我。”

“你说的就是它吗？”一个法官举起了装有金属网的玻璃泡，打断了青年人的话。

“是的，就是它。请不要小看这个玻璃泡，它可以把很小很小的电磁波信号放大到连听力不好的人都听得见。”青年人侃侃而谈，好像自己不是站在被告席上，而是站在讲坛上，正在给这些法官们讲一堂科学普及课。“历史必将证明，我发明了空中帝国的王冠。”

法官们被面前这个贫困潦倒的青年人的夸夸其谈震惊了，然而更使他们不能想象的是，他们面前原认为用于诈骗、“没有价值的玻璃泡”乃是20世纪最伟大的发明之一，是今天高度繁荣的电子文明的起源。

德福雷斯特（Leede Forest，1873—1932）出生在美国伊利诺伊州，一生致力于发明创造。他发明的三极管不仅是无线电的心脏，也是现代计算机的最基本单元。可以毫不夸张地说，没有德福雷斯特的三极管，就没有电子计算机的产生。他卓越的贡献是举世公认的。然而德福雷斯特却一生坎坷和曲折，没有得到应有的荣誉和地位。由于瑞典皇家科学院的疏忽，德福雷斯特也没有获得诺贝尔奖，他是一位既伟大又不幸的发明家。

幼年时代的德福雷斯特被人看成是蠢孩子，逆境中的德福雷斯特养成了孤独怪僻的性格和坚强执著的特性。中学时代，他也没有显露出多少才华。用他自己的话来说，是“学识既不丰富，也不会交际，而且文笔和口才又都那么笨拙。”从上大学起，他开始迷恋上电学，他知道今后的社会将永远和电分不开，但是单用电气是不能概括未来那个时代的。未来的时代是什么样呢？一个热爱科学的青年，应该朝什么方向去努力呢？他总是闭起眼睛遐想。26岁时，已经获得理学博士学位的德福雷斯特，在一个偶然的机会遇见了马可尼（Guglielmo Marconi，1874—937），这个意大利发明家为他指点迷津，使他找到了自己努力的方向。

在这次偶然的会见中，德福雷斯特亲眼看到了马可尼用发报机传送电波，实现文字信息的空中传递。德福雷斯特感到太新奇了，对！这就是自己遐想的未来时代的一部分，大西洋彼岸的人们，不用见面，就可以相互交谈，相互沟通。马可尼还告诉德福雷斯特，电报机的稳定性和远近距离的适应性，很大程度上取决于一个叫检波器的元件（起到整流作用的装置），而这种元件亟待改进。有了一种更可靠的检波器，才有可能实现更远距离的真正通信。

从此，德福雷斯特就自我承担起改进检波器，这个无线电研究中亟待解决的重大课题。

怪癖执著的德福雷斯特对自己说：“说不定我能完成这个使命！”

不顾一切的德福雷斯特辞掉了工作，把自己关在一间破旧的小屋内，节衣缩食、全心全意地研究改进检波器。他常常赤着脚工作，以节省鞋子，尽可能地站在地板上工作，以便使裤子能够穿得长一些时间。白天，他做各种零活赚点钱，以维持糊口和买一些简陋的器材；晚上，他回到杂乱的小屋，就沉浸在发明创造这既艰苦又有无穷乐趣的工作中。不久，德福雷斯特发明了一种“气体检波器”，并且在舰船上试用，获得很大的稳定性。这是一种靠煤气灯火焰的强弱来进行检波的装置。可是，德福雷斯特并不满意这种装置，因为使用这种检波器的接收机上必须配有火焰装置，这是极不方便的，很快德福雷斯特就放弃了这种方法。这时德福雷斯特已经意识到，既然炽热的火焰能影响电磁波，炽热的灯丝不也可能会有同样的反应吗？他准备改用“灯泡”来检测电磁波，研究真空管检波器。就在他快要成功的时候，传来了一个即使他兴奋又使他沮丧的消息：英国弗莱明（J·A·Feming，1849—1945，英国物理学家）博士捷足先登，发明了真空二极管来代替检波器。德福雷斯特迫不可及地找来介绍真空二极管的杂志，详细地了解了弗莱明的发明，激动得他两只手都颤抖起来。他很羡慕弗莱明的成功，同时也为成功与自己擦肩而过而感到惋惜。

科学发明的成果不是唾手可得的，德福雷斯特在坎坷的发明道路上探索了多年，没有取得关键性的进展，而自己的目标又被别人捷足先登了。多年的宿愿成为了泡影，德福雷斯特陷入极大的痛苦之中。然而一个发明家的伟大之处，不单单是他有超群的才智，而往往是在逆境中为科学献身的坚强毅力。德福雷斯特这个贫困潦倒而又坚强执著的人，很快从彷徨中醒来，他并没有气馁，又给自己提出了新的目标：既然弗莱明已经打开缺口，为什么自己不跟着冲上去，进行更高层次的试验和发明呢？

一天，他在琢磨改进真空二极管时，突发一个奇想：“在两个电极的基础上，再封进一个会怎么样？”说干就干，在灯丝和屏极之间他封进一个不大的锡箔。

奇迹出现了，只要在第三极上一个不大的信号，就可以改变屏极电流的大小，而且改变的规律同信号一致。这表明第三个电极对屏极电流起着控制作用，也就是说，只要屏极的电流变化比信号大，就意味着信号被放大了。

这个发现实在有惊人的价值，他沉住气，继续进行改进实验，最后终于发现用金属丝代替小锡箔，效果最好。于是就用白金丝扭成网状，封装在灯丝与屏极之间，这就是世界上第一只真空三极管。

弗莱明发明的真空二极管，顾名思义，就是一种有两个电极的电子器件。从外形上看，它真有两条腿。这种器件有一种古怪的“脾气”，就是“单向导电性”。什么叫做单向导电性呢？我们先从生活中举一个例子：大家是不是看到过有一种弹簧门？这种门只能朝一个方向开，朝一个方向轻轻用力一推就开了。朝另一个方向呢，怎么使劲也推不开。二极管也就是这么一扇门，只不过是一个“电子门”罢了。朝一个方向加上电压（这就等于朝一个方向推这扇“电子门”），二极管就“打开”了，能让电流畅快地通过；朝另一个方向加电压呢？怎么也“打不开”，电流说什么也流不过去。

德福雷斯特发明的真空三极管比二极管多一个电极，它有3个电极，一个叫做屏极、一个叫阴极、一个叫栅极。

真空三极管的奇妙处是它的开和关是靠栅极来“掌管”的。原来，真空三极管的屏极和阴极就是一个真空二极管，电流只能从屏极流向阴极。只要在栅极上加上一定的负电压，便在真空三极管中形成一个负电场，而该负电场刚好起到障碍电流从屏极流向阴极。如果栅极上的负电压加到一定程度时，屏极和阴极便不通了，电流也就随之“干涸”，这个管子“截止”了。而这时只要栅极的电压稍有改变。就是打开了屏极和阴极之间的“闸门”，电流便从屏极流向阴极，这时，这个管子“导通”了。真空三极管很像个开关，你们瞧，它好像是在栅极那个地方装了一个钥匙眼。在栅极上改变电压，就等于是拿一把钥匙插进了钥匙眼里去，一旋转，门就开了，电流就通了。那么这个开关和普通的开关有什么不同呢？这个开关最大的特点就是快，快得不可想象，比继电器的开关速度还快1万倍，简直灵巧极了。由于真空三极管这种奇妙的作用，它才获得了极其广泛的应用。二极管和三极管组合起来，就构成了电脑中的一个个“脑细胞”。

为了做真空三极管的进一步实验，为了筹集到15美元的发明专利申请费，德福雷斯特到处奔走宣传他的发明。他把三极管比做非常灵敏的控制闸，按照施加信号的变化，有规律地改变着屏极电流的大小。由于屏极电流比栅极信号大得多，因此，微小电信号经过真空三极管就放大了很多倍。然而社会上总有些人认衣不认人，他们听不懂德福雷斯特的科学语言，反而诬陷德福雷斯特进行诈骗，这场荒唐透顶的审判就这样开始了。但是坚强的德福雷斯特并没有畏惧法庭，他机智地利用法庭这个公开的讲坛，大力宣传自己的发明，他充满信心的科学语言，生动地描绘出一幅未来电子时代的宏伟蓝图。这位衣着破旧、形容枯槁的被告对科学执著的献身精神，折服了在场的每一个人。法庭上的几名法官面面相觑、尴尬无比，只好宣判德福雷斯特无罪释放。

事实证明，科学发明的成功或者失败，并不在于起步得早迟。事在人为，德福雷斯特虽然走在弗莱明的后边，但是他不灰心，不气馁，结果是后来者居上。这位伟大的科学家一生有300多项发明，为科学作出了巨大贡献。人们将永远记住，是他为现代计算机发明了基本“细胞”，是他拉开了电子计算机时代的序幕。