4.2 继电器和莫尔斯电码

电学发展的历史还在继续。

电可以生磁，可以用来制作电磁铁，这在当时的确是非常新奇的事情。但是人类不可能总是玩电磁铁，这不符合人类的天性，人类的天性是熟悉了一件事情之后，再接着探索。不多久，历史上第一个尝试用电来进行远距离通信的人出生了。

世界上聪明的人多得是，撇开电磁铁不谈，单单是发现电流速度极快这一点，反应再迟钝的人也会慢慢地想到它可以用来传递信息。那个时候，想用电流在两个地方传递信息的人不止一个，但是唯一获得成功的是一个叫莫尔斯的人，而他成功的诀窍，据说是在一艘轮船上受了刺激。不过不用担心，这是好事情，准确地说是受了启发，激起了他的雄心壮志。

很多人都说那是在1832年的秋天，这个莫尔斯乘坐一艘邮轮要从法国前往美国。真是巧得很，他遇到了杰克逊——一个美国医生。说来也怪，这医生医术如何，没有人知道，但他居然还懂得电磁铁的原理和制造技术，他甚至知道线圈的匝数越多，电磁铁的吸引力越强。

当时的具体情况已经没有人知道，只能发挥一下想象。坐在轮船上，巴掌大的地方，哪儿也去不了。时间一长，这杰克逊医生百无聊赖，实在闲得不行，用我哥的话说，那简直是“闲得学驴叫，急得猴上树”，为了打发时间，他拿出电磁铁给大家变起了魔术。可以想见，当人们看到像钉子这类铁的东西，在医生的命令下说让它吸住就吸住，让它下来它就掉下来的时候，一定鼓噪喝彩，惊为天人。这莫尔斯也伸着脖子，混在人群当中看热闹。

塞缪尔·莫尔斯（1791—1872年）生于美国一个牧师家庭，1810年毕业于耶鲁大学，早期曾从事印刷和绘画。作为一名画家，莫尔斯是成功的。莫尔斯曾两度赴欧洲留学，在肖像画和历史绘画方面成了当时公认的一流画家，1826年至1842年任美国画家协会主席。但是现在来看，他的艺术生涯快要结束了。

杰克逊的介绍让莫尔斯浮想联翩、兴奋不已。他向杰克逊医生请教电学方面的知识，两人谈得十分投机，甚是欢洽。回来之后，他决心改行，要搞发明。要知道，那一年，这老小子已经41岁，即使称他为大龄青年也很勉强。

莫尔斯发明的是一种叫做电报的东西，由不在一个地方的两个装置组成，用很长的电线连接起来，如图4.2所示。

在这一端，是一个开关，通常称之为按键，可以控制电流的通断，只是与我们常见的开关在形状上有很大差别，但作用是一样的。因为要长时间在这个装置上反复操作，所以在设计上讲究方便和舒适性。而在电线的那一端，连着一个电磁铁。这样，通过按下或者松开按键，就能控制磁性的有无。这是我们已经知道的知识，没有什么好奇怪的。但是，请稍等。

在电磁铁的上方，有一个长长的铁片——衔铁臂——安装在支架上，它可以上下自由活动。平时，也就是电磁铁没有通电产生磁力的时候，它被一根弹簧拉着，以免与电磁铁挨在一起。这样，一旦开关闭合，衔铁臂就会被电磁铁吸引；当开关松开，电磁铁失去磁性时，衔铁臂又在弹簧的牵引下回到原来的位置。

我当然知道，这个装置没有什么特别新奇的地方。但是，如果在衔铁臂上安装一支笔，并在笔的下面放一卷匀速前进的纸，当按下按键并迅速松开时，会在瞬间使电磁铁产生一个吸合与释放的动作，结果是笔尖在纸上打出一个点“· ”；如果按键按下的时间稍长一点儿，那么，笔尖会在纸上留下一条线“—”，这称为“划”。连续地按动按键，就会在纸上留下一串由点和线组成的图案，像这样：

这正是莫尔斯所要发明的装置——电报的核心原理。不过，正如我们可以想到的，莫尔斯也知道，要想让这个装置有点儿用处，还需要加以改进。其中最关键的是需要一张发送方和接收方都能理解的电码表，在这张表里，用点和划的组合来表示从“A”到“Z”的26个英文字母，以及从“0”到“9”这十个数字。

我们知道，英语的核心是26个英文字母，这是西方人的命根子，用它们就可以组成单词和句子。所以，只需要给出每个字母的点划组合就万事大吉了。比如，字母“A”是·—，字母“V”是···—。

历史上第一份长途电报是在1844年5月24日发出的，这表明莫尔斯的发明已经具备了实用性。不过，如果线路太长，也会是个问题。正如我们已经知道的那样，电线太长，电阻就会变大。这样，在电报线路的那一头，微弱的电流将不能使电磁铁正常吸合，电报接收机也就——用时下流行的话说——歇了菜。

没有人愿意让这个划时代的发明歇菜。所以，可以每隔一段距离设置一个电报中转站，派人在那里接收电报，然后再原样发往另一条线路，就这样一段一段地进行接力传递。

这当然是个好主意，但问题是人没有机器老实，如果他碰巧喝醉了酒，或者病了，又没有人顶替他的工作，就会坏了大事。更何况，还要养一些人，为他们发工资，政府和企业老板可能不太会愿意这样做。

解决之道是使用继电器。继电器，从名称上说，它是给线路续电的。也就是说，当线路上电流很小的时候，适时地给它补充上。这种东西的原理如图4.3所示。

这是一个简化的示意图，省去了支架之类的东西，为的是你能看得更清楚。它的主体是一个电磁铁，不过衔铁臂的下面多了一个金属触点。现在，分别从衔铁臂和金属触点上引出两根线，并串接一个电源，把这两根线作为另外一条电报线路架设到其他地方。注意，电源并不是继电器的组成部分。

这真是一个奇特的装置，它应当被放在远离电报发送端，但还可以保证电报信号能让电磁铁正常吸合的地方。当发送方过来一个“· ”的时候，衔铁臂也短暂吸合一下，把另一条线路接通；如果发送方发来一个“—”，衔铁臂吸合的时间也和发报方保持一致，让另一条线路上同样发送一个“—”。

今天，继电器得到了广泛的应用。从电视机、洗衣机、电冰箱到工厂里的大型工业设备，都有它的用武之地。据说大发明家爱迪生就喜欢用莫尔斯的电码跟他的未婚妻进行交流。看话剧的时候，爱迪生夫人把一只手放在丈夫的膝盖上，把演员的台词发给他，使他也能欣赏。此种场景，简直浪漫得一塌糊涂，让人嫉妒得眼皮突突直跳。甚至，他们结婚的时候，电报也来捧场凑热闹——“大批的贺电从国内外发了来”。

在纸上画一个继电器是费心劳神的事情，而且要考验一个人的美术功底。不过，这对莫尔斯来说肯定不是问题，毕竟他曾经是画家。在发明电报期间，他也的确曾经重操旧业，但不是去画继电器，实在是因为电报这东西害得他穷困潦倒，不得已又去干他的老本行。今天，制定电子行业标准的部门为我们着想，给我们推荐一个简单的图形，让我们轻而易举就能画出一个继电器来，如图4.4所示。

图中的方框代表电磁铁，而在右边，紧挨着它的是一个衔铁开关。同时，图中也表明了继电器实际上可以按工作状态分为两种：左边那种平时处于断开状态，只有在电磁铁加电的时候才吸合接通；右边那种则正好相反。