📻 전구에서 진공관을 ... (4)

플레이밍과 그의 진공관

 

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플레이밍의 진공속에서 +극인 Plate에서 뜨거운 필라멘트의 - 극으로 진공인 공간을 통해 전류가 흘렀다는 것은 진공속을 전하(Electric Charge)를 띤 뭔가가 이동했다는 것입니다. (※ 전하 : 물질이 전기를 띠는 정도를 나타내는 물리량) 그것은 전자(Electron)라는 것이었고 전류의 흐름과는 반대로 -극에서 +로 이동합니다. 전자는 1897년 영국의 과학자 J.J. Thomson 은 음극선관(cathode ray tube) 실험으로 원자(atom)를 이루는 입자의 하나인 전자(electron)의 존재를 알아내었습니다. 즉 뜨거운 필라멘트가 -극이고 Plate가 +극입니다. 그래서 필라멘트쪽은 Cathode, Plate쪽을 Anode라고도 합니다. 아노드(Anode)는 그리스어에서 유래된 단어로, '위로 가는 길' 또는 '올라가는 길'을 의미하는 "ana hodos"에서 비롯되었습니다. 반대로 Cathode는 그리스어 κάθοδος(kathodos)에서 유래되었으며, '하강' 또는 '아래로 가는 길'이라는 뜻을 가지고 있습니다 어쨌든 Cathode와 Anode를 가진 진공관을 극이 2개라고 해서 2극진공관이라 했습니다. 이 역시 그리스어에서 'di-'는 숫자 2를 뜻하고, 'ode'는 전극을뜻하는 말을 따 와서 Diode(다이오드)라고도 불렀습니다.

J. A. 플레밍. 1905년 11월 7일 특허. 교류 전류를 연속 전류로 변환하는 장치

플레이밍이 이 다이오드를 발명해서 통신에 활용하였습니다. 우리는 여기서 Cathode와 Anode 사이를 전자가 날아 간다는 것을 상상해 본다면 그 전자의 흐름을 중간에서 contor할 수 있다면 전류의 변화를 일으킬 수 있겠구나란 생각을 금방 할 수 있습니다. 마치 Cathode라는 물탱크에서 Anode라는 물탱크사이에 수도꼭지가 달려 있다고 생각할 수 있고 그 수도꼭지의 밸브를 조절하면 흐르는 물의 양이 달라 칠 수 있다는 것과 동일한 이치입니다.

드포리스트는 1899년 예일 쉐필드 과학학교에서 무선(Wireless)에 관한 박사 논문으로 학위를 마치고 웨스턴 일렉트릭사에 취직했습니다. 이 무렵은 마르코니(Guglielmo Marconi, 1874~1937)가 발명한 무선 전신이 미국에 도입되어 엔지니어, 발명가들 사이에 무선 전신에 대한 관심이 높은 상황이었습니다. 디포리스트도 예외는 아니었습니다. 그는 1900년에 동료와 함께 마르코니 무선 시스템의 수신 장치인 코히러(Coherer)를 대체할 수 있는 장치를 발명해 무선 전신 사업을 시작했습니다. 드 포레스트 무선 전신 회사를 차려 무선 전신 사업을 하는 동시에 그는 수신 장치 개발을 계속했습니다. 1903년에는 자신의 라이벌인 페센든(Reginald Aubrey Fessenden, 1866 ~ 1932)의 장치와 유사한 전해액을 이용한 수신 장치로 사업을 하다가 특허 침해로 소송을 당해 손해를 보기도 했습니다.

드 포레스트

그래서 그것과 차별화된 수신 장치를 고안하던 중, 드 포레스트는 자신의 방에서 조명으로 쓰던 가스버너의 가스가 무선 신호를 감지할 수 있다는 점을 발견했습니다. 그 후 가스를 담을 수 있는 전구, 특히 백열 전구를 이용한 수신 장치 개발에 착수했습니다. 그 결과 1906년 10월 드 포레스트는 미국 전기 공학 협회에 자신의 발명품인 오디온을 공개했습니다. 초기 오디온은 사실 지금의 3극관과는 차이가 있었습니다. 플레이밍의 2극관에 캐소트와 플레이트 사이에 금속막대나 철사를 삽입한 정도였습니다. 그래서 신호제어 능력은 매우 미약했습니다. 플레이밍은 자신이 특허로 등록한 2극관에 막대 하나를 넣은 것에 불과하다고 주장했고 드 포레스트와의 치열한 특허 분쟁이 시작되었습니다. 법정에서는 기초원리는 플레이밍이 발명을 했다는 것을 인정했지만 드포레스트가 전극을 추가하여 개선한 점은 독창적이라고 편을 들어 주었습니다. 그러나 법정에서 드포레스트는 자신이 발명한 장치의 원리도 잘 이해 못한다는 평가를 받았던 것으로 실제 드포레스트는 진공관 작동의 원리를 명확히 이해를 하고 있지는 못했던 것같습니다. 이점에서 자신이 발명한 진공관도 잘 모르는 드포레스트가 3극관의 특허권을 획득했다는 것에 대해 플레이밍이 좀 억울했겠다는 생각이 들기도 합니다 오디온이 플레밍의 진공관과 너무 흡사하다는 지적이 자주 일어났기 때문에 막대나 와이어를 그리드(Grid)형태로 만들어 세 번째 전극으로 추가 했습니다. 이렇게 해서 플레밍의 진공관과 전혀 다른 모습을 갖추게 되었습니다.

이제 드포레스트도 잘 이해 못했던 그가 발명한 3극관을 한번 설명해 볼 것인데요 서두가 길어져서 다음에 이야기 드려야할 것같습니다. 진공관의 이야기를 간단히 할 수 있을 줄 알았는데 쉽지 않군요. 자꾸 길어집니다.

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