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温斯顿·科克:正确的地点,正确的时间,正确的想法

在我最近关于早期晶体管制造商的6篇系列文章的研究中,我试图找到参加1952年贝尔实验室晶体管研讨会的公司的信息,但显然从未生产过晶体管。其中一家公司被列为“鲍德温公司”。在网上搜索,我能找到的最接近这个公司名称的是鲍德温钢琴公司。我在想,是什么线索能将一家钢琴公司与贝尔实验室和点式晶体管联系在一起?

更多的研究揭示了这个线索。那是一个名字:温斯顿·科克博士。虽然我在我的文章系列的第2部分中提到了Kock,但他与电子学的历史非常复杂。虽然我以前从未听说过他的名字,但他与许多主要的电子开发密切相关。事实上,他似乎很擅长在正确的时间出现在正确的地点,掌握正确的知识。他的旅程让我想起了虚构的阿甘正传,阿甘正传也有在正确的时间出现在正确的地点的诀窍。

1862年,美国内战期间,管风琴和小提琴音乐教师德怀特·汉密尔顿·鲍德温在俄亥俄州辛辛那提市开了一家音乐商店。在接下来的25年里,DH Baldwin & Company成为美国中西部最大的钢琴零售商之一。1890年,该公司开始生产自有品牌的钢琴。温斯顿·科克1909年出生于辛辛那提,4岁开始弹钢琴。甚至在出生的时候,他似乎就在正确的时间出现在正确的地点。

考克上高中时就开始演奏独奏音乐会了。高中毕业后,他在辛辛那提音乐学院学习管风琴和钢琴,同时在辛辛那提大学学习电子工程课程。作为BSEE研究的一部分,科克制作了一个电子琴。在这个时候,哈蒙德已经引进了电子风琴,它使用机电音盘来产生许多所需的音乐音调,但考克对合成电子音乐产生了兴趣,因为他的父亲发现了1930年由德国的F. Trautwein发表的一篇关于这个主题的论文。

特洛特维恩的论文讨论了共振子的概念,即赋予各种乐器独特声音的谐波。考克认为这对他的BSEE论文来说是一个了不起的想法,因为它结合了他对音乐和电子学的兴趣,他在1932年用一组70个由霓虹灯管、电阻和电容器制成的锯齿振荡器制作并演示了一个电子琴。科克的电子琴是减法波形合成最早的例子之一,

科克可能使用了真空管来制造振荡器——到1932年,真空管已经可以使用了——但霓虹灯管要便宜得多,所以他使用了氖管。一组广泛的滤波器修改了来自70个振荡器的锯齿波形中的谐波,以产生创造不同乐器声音(如长笛或小号)所需的共振。随着电子琴的发展,科克已经开始了他的余生:电磁波和声波的研究,并高度依赖多学科的学习。

科克为他的BSEE制作的电子琴可以工作,但他的氖管弛豫振荡器不是很稳定,所以每次演出前都需要重新调整电子琴。在他的硕士论文中,科克试图通过在每个电路中插入一个电感来提高振荡器的稳定性,希望创建一个谐振槽电路来稳定输出频率。考克改进后的振荡器设计被证明更加稳定,他因此获得了MSEE奖。

1933年,考克在柏林大学继续他的大学学业,并获得了交换奖学金。他将在柏林理工学院的海因里希·赫兹研究所进行博士研究,他的导师卡尔·威利·瓦格纳为科克的博士论文研究提出了一个方向。当弧放电灯连接到电感/电容罐电路时,已经确定了三种形式的振荡,瓦格纳告诉科克,对科克的罐增强氖管振荡器进行类似的研究将成为一个很好的博士论文主题。仅仅两个学期,科克就完成了他的研究,在他的主要领域(实验和理论物理)和两个次要领域(数学和哲学)完成了论文答辩,并获得了博士学位。然而,考克不得不缺席获得学位,因为他已经回到俄亥俄州,在辛辛那提大学担任助教。

从德国回来后,科克为他的电子琴设计申请了专利。1935年,他申请了电子生成音乐音调的专利,并引起了鲍德温钢琴公司的兴趣,授权使用尚未颁发的专利。这些专利在1938年被授予,但第二次世界大战介入,鲍德温直到战争结束后才开始制造电子琴。与此同时,考克已经离开俄亥俄州,准备在正确的时间出现在下一个正确的地方。

科克于1942年加入贝尔电话实验室的无线电研究部。他在电磁波、波动理论和数学方面的专业知识使他成为贝尔实验室的战争中心,在那里他从事微波、波导和雷达的研究。在这项研究中,Kock根据从射频和微波波导研究中收集的知识,发展了构建微波透镜的理论和实践。微波透镜是当今超材料结构的先驱,它们基于相同的基本原理。战争结束后,在20世纪50年代,科克将这项研究扩展到使用类似原理的声学透镜的研究。

然而,贝尔实验室发生的一些事情中断了对声学透镜的研究。威廉·肖克利、沃尔特·布拉顿和约翰·巴丁的团队于1947年12月在默里山实验室成功地开发了点接触晶体管。这项工作在新的默里山实验室进行,贝尔实验室的其他成员称其为“象牙塔小组”。晶体管的发布推迟了半年,让律师有时间开发和提交专利申请。与此同时,贝尔实验室研究副总裁拉尔夫·布朗博士发出了一封“全员参与”的信,要求每个人在宣布之前都参与到所需的专利开发工作中来。当时,科克是表面态组的一员,再一次,他在正确的时间和地点到达了正确的地点。

工作点接触晶体管的开发先于对该器件工作原理的真正理解。关于晶体管的工作原理有两种相互竞争的理论。有一种理论认为,导致晶体管工作的电现象发生在半导体表面。在这种情况下,使用的半导体是锗。贝尔公司的另一位科学家约翰·夏夫(John Shive)认为这种现象可能是由半导体的体积特性引起的,他设计了一个实验来帮助确定正确的理论。

巴丁最初的点接触晶体管在锗晶体上放置了两个金属接触电极,它们紧密相邻,并且位于晶体的同一侧。这些电极之间的最短路径确实在锗块的表面上。夏夫用一块锗楔制作了一个点式晶体管,楔的两侧都有电极,但电极要靠近边缘,这样晶体管的锗基片在晶体管的发射极和集电极附近就会非常薄。在Shive的实现中,发射极和集电极之间的最短路径是通过锗晶体的主体,而不是沿着表面。夏夫的实现展示了与巴丁的原始器件相同的晶体管特性。

夏夫的晶体管表明,但没有证明晶体管的作用是由于锗的块状半导体特性,所以科克和他的同事小r·l·华莱士(R.L. Wallace Jr.)修改了夏夫的设计,把一块锗做成圆盘形,而不是楔形。磁盘的两个平面都有一个凹痕,以使晶体管作用发生的半导体材料变薄。晶体管的发射极和集电极的点触点与凹窝区域的锗接触。整个磁盘被封装在一个金属支架中,它完全接触磁盘的边缘,构成了晶体管的基极连接。底座连接在发射器和收集器电极之间形成了静电屏蔽,防止任何电流从发射器沿磁盘表面流向收集器。考克和华莱士的晶体管表现出所需的电特性,这种结构被称为同轴晶体管。这个装置最终证明了晶体管的作用是由锗半导体的体积特性引起的。1949年1月31日,科克和夏夫在纽约举行的AIEE会议上展示了同轴晶体管的发现。

在考克故事的这一点上,我已经在鲍德温钢琴公司、贝尔实验室、1952年晶体管研讨会和温斯顿·考克之间建立了明确的联系。然而,科克在正确的时间出现在正确的地点的能力当然没有随着同轴晶体管的发展而结束。1956年底,科克离开贝尔实验室,加入本迪克斯公司的系统部,担任首席科学家。1958年1月,他成为该公司研究实验室部门的董事兼总经理。1959年,美国空军与本迪克斯签订合同,建造世界上第一个相控阵雷达原型机,并在佛罗里达州的埃格林空军基地进行了全面安装。考克在雷达、波动理论、波导和微波透镜方面的经验无疑对这项工作至关重要。

1964年,本迪克斯将科克“租借”给了美国国家航空航天局(NASA),他成为了麻省理工学院对面的新电子研究中心(ERC)的首任主任。ERC是NASA一个重要的实地中心,与兰利研究中心和马歇尔太空飞行中心齐名。ERC的研究主要通过10个不同的实验室进行多学科研究:空间制导、系统、计算机、仪器仪表研究、空间光学、功率调节和配电、微波辐射、电子元件、资格和标准、控制和信息系统。该中心的多学科方面反映了科克对多学科研究的兴趣。NASA在1970年关闭了ERC,这是NASA预算削减的一部分,与阿波罗太空计划的结束有关,但科克已经在1966年回到了本迪克斯。借款期限已过。

温斯顿·e·科克博士。图片来源:NASA

科克于1982年11月25日去世。他是电气和电子工程师协会、美国物理学会和美国声学学会的成员。他写了几本非小说类书籍,涉及的主题很广,包括声波和光波(1965),激光与全息摄影(1981),看到声音(1972)和雷达,声纳和全息摄影(1974)。他出版了一本半自传的书,讲述了他的许多成就,书名为《创意工程师:发明的艺术1978年,他至少写了一部小说,爱的温暖太阳;一个聪明年轻的工程师和一个美丽年轻女孩的故事笔名是韦恩·柯克

参考文献

《创意工程师:发明的艺术,温斯顿·e·科克,1978年

电子学研究中心,安德鲁·布特里卡

关于“温斯顿·科克:正确的地点,正确的时间,正确的想法”的6个想法

    1. 谢谢沃利。我不得不为早期晶体管制造商的故事再添一章。下周再看。然后,在4月,我将从MOS早期历史开始另一个系列。写得很开心。

  1. 这是一个多么奇妙的故事——这是Kock的一个迷人的主题,他的EE/应用物理学的故事在这里被很好地讲述了。谢谢你让我注意到他。尽管从20世纪80年代初开始,我就对乐器(MI)行业的电子产品很感兴趣,但我从未听说过考克。显然,他应该更广为人知。

  2. 1975年12月,作为辛辛那提大学电气工程系的合作教育学生,我开始为鲍德温钢琴和风琴公司工作,当时有人告诉我鲍德温确实参加了贝尔实验室晶体管的发布会。贝贝电子有限公司是美国鲍德温(http://www.fundinguniverse.com/company-histories/bei-technologies-inc-history/),我想起了一家以“S”开头的半导体公司,比如Signetics或Siliconix,但我无法证实。他们在光学和电子学方面的专业知识使他们的多波形风琴可以复制世界上几乎任何管风琴的声音,因为它使用了放置在旋转玻璃圆盘上的配乐,就像电影的配乐曾经被记录在胶片上一样。科克在加州大学工程学院的名人墙上,这是当之无愧的。

  3. 谢谢你提供的这些有趣的信息,休息吧!我记得BEI和一些谷歌显示施耐德电气在2005年收购了他们。Signetics和Siliconix都成立于20世纪60年代初,并且都被收购了很长时间。我不知道鲍德温器官中的光盘是光学编码器发展的开始,但它确实是有意义的。听起来鲍德温风琴的光盘比哈蒙德的机械音轮复杂得多。里面有个很棒的故事。

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