Электромеханическое реле Джозефа Генри

Электромеханическое реле, то самое, которое использовалось в качестве частей некоторых ранних калькуляторов и компьютеров, и модификации которого широко применяются сейчас, было изобретено в 1835 году блестящим американским ученым Джозефом Генри (1797-1878). Генри известен главным образом как открыватель явления самоиндукции и взаимоиндукции (независимо от Фарадея). Он вошел в число первых 50 выдающихся ученых, которых президент Линкольн включил в состав Национальной Академии наук США (в 1963 году), и начиная с 1868 года до конца жизни, Генри был ее бессменным президентом.

Генри так интересовался наукой об электричестве, что ради забавы собрал реле, чтобы несколько развлечь студентов. Самюэль Морзе впоследствии использовал реле конструкции Генри для передачи кода Морзе на многокилометровое расстояние по проводам, однако в целом изобретение Генри оставалось относительно неизвестным в течение нескольких десятилетий.

В 1860-х годах, а затем в конце 19-го века, с развитием телефонной и телеграфной коммуникаций, оно получило широкое распространение, особенно после изобретения поворотного циферблата, впервые разработанного в США Элмоном Строуджером в 1890 году, в котором, однако, использовалось не просто переключение между двумя положениями, как будет описано ниже, а десять позиций, телефонные компании стали тогда потребителями огромного количества электромеханических реле.

Что касается устройства типичного реле, применяемого тогда в телефонной коммутации, вот его устройство:

Обычное реле, которое применялось в телефонной коммутации (слева обесточено, справа — под напряжением).

Типичное электромагнитное реле состоит из следующих частей:

• электромагнит (железный прут, обозначенный цифрой 7 на чертеже);

• катушка проволоки, обозначенная цифрой 6;

• кусок железа (8) с фиксированным изолированным контактом (9);

• и 3 контакта: нормально замкнутый (11),

• нормально разомкнутый (12),

• и общий контакт (10).

В нормальном обесточенном состоянии (левая часть рисунка), к электрическим выводам (2) и (3) не приложено напряжение, электромагнит не включен и контакты 10 и 12 разомкнуты, ток не течет между общим контактом (10) и нормально разомкнутым контактом (12). Если на контакты (2) и (3) катушки подать напряжение (правая часть рисунка), то электромагнит будет теперь включен, тем самым притягивая железный рычажок, и изолированный штифт (9) будет толкать пластину общего контакта (10), таким образом создавая замыкание между ним и нормально разомкнутым контактом (12). Электрическая цепь замкнется, и ток потечет от общего контакта (10) к замкнутому контакту (12). Когда напряжение отключится, то якорь упадет, и контакты снова разомкнутся.

Понятно, что реле, являясь устройством включения-выключения, переключателем, подошло для строительства логических схем. К началу 20-го века, многие изобретатели признали, что возможности (как и мощность), предлагаемые электрическими цепями позволяют строить машины, которые могли бы не только выполнять арифметические действия, но и автоматически выполнять сложную последовательность расчетов (см. например Леонардо Торрес де Кеведо).

{banner_direct2}

Устройства такого типа широко использовались по 1930 год. Простые реле стоили несколько долларов за штуку, и были довольно прочны и надежны. И для обычных калькуляторов реле подходили намного лучше, по сравнению с механическими кулачками и шестернями. Стало дешевле и надежнее оставлять или добавлять десятичное число на поезде несколькими контактами реле, вместо десяти-зубчатых передач. Но нечто большее, чем просто арифметику, реле привнесло в механические системы, оно дало ряд преимуществ, схемы на реле могли более гибко и легко организовываться и перестраиваться. Можно было расположить реле на стойках в строках и столбцах, и соединять их с проводами в соответствии с тем, как требовалось построить схему, систему реле можно было дальше перенастраивать, коммутируя кабеля, подключенные к разным разъемам.

Следующий шаг — использование перфорированной бумажной ленты (первоначально разработанной для хранения телеграфных сообщений для последующей передачи), для возбуждения отдельного набора реле, что в свою очередь сильно упрощало реконфигурируемые системы, такие как коммутационная панель.

В последнем случае реле выполняет функции как арифметические, так и контрольные. Это, как может показаться, дает лишь небольшое преимущество перед вычислительными машинами, ведь арифметика и контроль — два разных понятия. Но на самом деле они тесно связаны, получается нечто большее, чем просто арифметика. Разработчики калькуляторов, в которых использовались реле, смогли применить обе эти функции, и с объединением двух этих возможностей была создана аналитическая машина Бэббиджа, но в гораздо более простой форме.

Смотрите другие статьи в разделе История электротехники