4.2 繼電器和莫爾斯電碼

電學發(fā)展的歷史還在繼續(xù)。

電可以生磁，可以用來制作電磁鐵，這在當時的確是非常新奇的事情。但是人類不可能總是玩電磁鐵，這不符合人類的天性，人類的天性是熟悉了一件事情之后，再接著探索。不多久，歷史上第一個嘗試用電來進行遠距離通信的人出生了。

世界上聰明的人多得是，撇開電磁鐵不談，單單是發(fā)現(xiàn)電流速度極快這一點，反應(yīng)再遲鈍的人也會慢慢地想到它可以用來傳遞信息。那個時候，想用電流在兩個地方傳遞信息的人不止一個，但是唯一獲得成功的是一個叫莫爾斯的人，而他成功的訣竅，據(jù)說是在一艘輪船上受了刺激。不過不用擔心，這是好事情，準確地說是受了啟發(fā)，激起了他的雄心壯志。

很多人都說那是在1832年的秋天，這個莫爾斯乘坐一艘郵輪要從法國前往美國。真是巧得很，他遇到了杰克遜——一個美國醫(yī)生。說來也怪，這醫(yī)生醫(yī)術(shù)如何，沒有人知道，但他居然還懂得電磁鐵的原理和制造技術(shù)，他甚至知道線圈的匝數(shù)越多，電磁鐵的吸引力越強。

當時的具體情況已經(jīng)沒有人知道，只能發(fā)揮一下想象。坐在輪船上，巴掌大的地方，哪兒也去不了。時間一長，這杰克遜醫(yī)生百無聊賴，實在閑得不行，用我哥的話說，那簡直是“閑得學驢叫，急得擰繩上樹”，為了打發(fā)時間，他拿出電磁鐵給大家變起了魔術(shù)。可以想見，當人們看到像釘子這類鐵的東西，在醫(yī)生的命令下說讓它吸住就吸住，讓它下來它就掉下來的時候，一定鼓噪喝彩，驚為天人。這莫爾斯也伸著脖子，混在人群當中看熱鬧。

塞繆爾·莫爾斯（1791—1872年）生于美國一個牧師家庭，1810年畢業(yè)于耶魯大學，早期曾從事印刷和繪畫。作為一名畫家，莫爾斯是成功的。莫爾斯曾兩度赴歐洲留學，在肖像畫和歷史繪畫方面成了當時公認的一流畫家，1826年至1842年任美國畫家協(xié)會主席。但是現(xiàn)在來看，他的藝術(shù)生涯快要結(jié)束了。

杰克遜的介紹讓莫爾斯浮想聯(lián)翩、興奮不已。他向杰克遜醫(yī)生請教電學方面的知識，兩人談得十分投機，甚是歡洽?；貋碇?，他決心改行，要搞發(fā)明。要知道，那一年，這老小子已經(jīng)41歲，即使稱他為大齡青年也很勉強。

莫爾斯發(fā)明的是一種叫做電報的東西，由不在一個地方的兩個裝置組成，用很長的電線連接起來，如圖4.2所示。

在這一端，是一個開關(guān)，通常稱之為按鍵，可以控制電流的通斷，只是與我們常見的開關(guān)在形狀上有很大差別，但作用是一樣的。因為要長時間在這個裝置上反復操作，所以在設(shè)計上講究方便和舒適性。而在電線的那一端，連著一個電磁鐵。這樣，通過按下或者松開按鍵，就能控制磁性的有無。這是我們已經(jīng)知道的知識，沒有什么好奇怪的。但是，請稍等。

在電磁鐵的上方，有一個長長的鐵片——銜鐵臂——安裝在支架上，它可以上下自由活動。平時，也就是電磁鐵沒有通電產(chǎn)生磁力的時候，它被一根彈簧拉著，以免與電磁鐵挨在一起。這樣，一旦開關(guān)閉合，銜鐵臂就會被電磁鐵吸引；當開關(guān)松開，電磁鐵失去磁性時，銜鐵臂又在彈簧的牽引下回到原來的位置。

我當然知道，這個裝置沒有什么特別新奇的地方。但是，如果在銜鐵臂上安裝一支筆，并在筆的下面放一卷勻速前進的紙，當按下按鍵并迅速松開時，會在瞬間使電磁鐵產(chǎn)生一個吸合與釋放的動作，結(jié)果是筆尖在紙上打出一個點“·”；如果按鍵按下的時間稍長一點兒，那么，筆尖會在紙上留下一條線“—”，這稱為“劃”。連續(xù)地按動按鍵，就會在紙上留下一串由點和線組成的圖案，像這樣：

·—··—·——·—···———··—·—

這正是莫爾斯所要發(fā)明的裝置——電報的核心原理。不過，正如我們可以想到的，莫爾斯也知道，要想讓這個裝置有點兒用處，還需要加以改進。其中最關(guān)鍵的是需要一張發(fā)送方和接收方都能理解的電碼表，在這張表里，用點和劃的組合來表示從“A”到“Z”的26個英文字母，以及從“0”到“9”這十個數(shù)字。

我們知道，英語的核心是26個英文字母，這是西方人的命根子，用它們就可以組成單詞和句子。所以，只需要給出每個字母的點劃組合就萬事大吉了。比如，字母“A”是·—，字母“V”是···—。

歷史上第一份長途電報是在1844年5月24日發(fā)出的，這表明莫爾斯的發(fā)明已經(jīng)具備了實用性。不過，如果線路太長，也會是個問題。正如我們已經(jīng)知道的那樣，電線太長，電阻就會變大。這樣，在電報線路的那一頭，微弱的電流將不能使電磁鐵正常吸合，電報接收機也就——用網(wǎng)友們的話說——歇了菜。

沒有人愿意讓這個劃時代的發(fā)明歇菜。所以，可以每隔一段距離設(shè)置一個電報中轉(zhuǎn)站，派人在那里接收電報，然后再原樣發(fā)往另一條線路，就這樣一段一段地進行接力傳遞。

這當然是個好主意，但問題是人沒有機器老實，如果他碰巧喝醉了酒，或者病了，又沒有人頂替他的工作，就會壞了大事。更何況，還要養(yǎng)一些人，為他們發(fā)工資，政府和企業(yè)老板可能不太會愿意這樣做。

解決之道是使用繼電器。繼電器，從名稱上說，它是給線路續(xù)電的。也就是說，當線路上電流很小的時候，適時地給它補充上。這種東西的原理如圖4.3所示。

這是一個簡化的示意圖，省去了支架之類的東西，為的是你能看得更清楚。它的主體是一個電磁鐵，不過銜鐵臂的下面多了一個金屬觸點。現(xiàn)在，分別從銜鐵臂和金屬觸點上引出兩根線，并串接一個電源，把這兩根線作為另外一條電報線路架設(shè)到其他地方。注意，電源并不是繼電器的組成部分。

這真是一個奇特的裝置，它應(yīng)當被放在遠離電報發(fā)送端，但還可以保證電報信號能讓電磁鐵正常吸合的地方。當發(fā)送方過來一個“·”的時候，銜鐵臂也短暫吸合一下，把另一條線路接通；如果發(fā)送方發(fā)來一個“—”，銜鐵臂吸合的時間也和發(fā)報方保持一致，讓另一條線路上同樣發(fā)送一個“—”。

今天，繼電器得到了廣泛的應(yīng)用。從電視機、洗衣機、電冰箱到工廠里的大型工業(yè)設(shè)備，都有它的用武之地。據(jù)說大發(fā)明家愛迪生就喜歡用莫爾斯的電碼跟他的未婚妻進行交流。看話劇的時候，愛迪生夫人把一只手放在丈夫的膝蓋上，把演員的臺詞發(fā)給他，使他也能欣賞。此種場景，簡直浪漫得一塌糊涂，讓人嫉妒得眼皮突突直跳。甚至，他們結(jié)婚的時候，電報也來捧場湊熱鬧——“大批的賀電從國內(nèi)外發(fā)了過來”。

在紙上畫一個繼電器是費心勞神的事情，而且要考驗一個人的美術(shù)功底。不過，這對莫爾斯來說肯定不是問題，畢竟他曾經(jīng)是畫家。在發(fā)明電報期間，他也的確曾經(jīng)重操舊業(yè)，但不是去畫繼電器，實在是因為電報這東西害得他窮困潦倒，不得已又去干他的老本行。今天，制定電子行業(yè)標準的部門為我們著想，給我們推薦一個簡單的圖形，讓我們輕而易舉就能畫出一個繼電器來，如圖4.4所示。

圖中的方框代表電磁鐵，而在右邊，緊挨著它的是一個銜鐵開關(guān)。同時，圖中也表明了繼電器實際上可以按工作狀態(tài)分為兩種：左邊那種平時處于斷開狀態(tài)，只有在電磁鐵加電的時候才吸合接通；右邊那種則正好相反。