Джон Эрик Бертран Джонсон: Пионер электроники и физики шума
John Bertrand Johnson
Джон Эрик Бертран Джонсон: шведский и американский физик, изобретатель первого осциллографа и открыватель шума Джонсона-Найквиста. Биография и вклад в науку.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Шведский ученый (1887–1970)
Swedish scientist (1887–1970)
Джон Эрик Бертран Джонсон (2 октября 1887 – 27 ноября 1970) (при рождении Йохан Эрик Бертран) был шведским ученым, работавшим в области электротехники и физики в США. Он создал первый осциллограф с электронно-лучевой трубкой и детально описал фундаментальный источник случайных помех в передаче информации по проводам, известный как шум Джонсона — Найквиста.
John Erik Bertrand Johnson (October 2, 1887 – November 27, 1970) (né Johan Erik Bertrand) was a Swedish born American electrical engineer and physicist. He created the first cathode ray tube oscilloscope and detailed a fundamental source of random interference with information traveling on wires, now called Johnson Nyquist noise.
Ранние годы
Йохан Эрик Бертран родился в Гетеборге, Швеция, 2 октября 1887 года в семье двадцатилетней, незамужней Августы Йохансдоттер. Семья жила в крайней бедности, пока его дядя Джон А. Джонсон не помог им переехать в Америку. Младший Джон иммигрировал в Соединенные Штаты 3 июля 1904 года, где дядя организовал его обучение. Он окончил Университет Северной Дакоты в 1913 году и получил степень магистра в следующем году.
Johan Erik Bertrand was born in Gothenburg, Sweden on October 2, 1887 to the 20 year old, unmarried Augusta Johansdotte. The family lived in extreme poverty until his uncle John A. Johnson helped them relocated to America. The younger John immigrated to the United States on July 3, 1904 where his uncle arranged for his education. He graduated from the University of North Dakota in 1913, receiving his Masters degree the following year.
Карьера
Джонсон получил докторскую степень по физике в Йельском университете в 1917 году, после чего начал работать в Western Electric в их инженерном отделе, занимаясь в основном изучением ионизированных газов. Там он экспериментировал с трубкой Брауна – инструментом, используемым инженерами-электриками в радиотехнике. Джонатан Зеннек доказал возможность создания видимых волновых форм электронным способом с помощью трубки Брауна, однако это было ненадежно из-за помех от мощности и шума. Джонсон решил эту проблему, добавив горячий катод к механизму, создав систему, которая могла работать от 300 вольт вместо десятков тысяч. Это был первый полностью функциональный векторный графический осциллограф. Его результаты были впервые опубликованы в журнале The Physical Review, а затем в Bell System Technical Journal в 1922 году и вызвали широкий интерес со стороны прессы, когда были использованы для демонстрации волновых форм записанного голоса. В 1925 году Джонсон присоединился к штату Bell Telephone Laboratories. В 1928 году он опубликовал статью "Термическая агитация электричества в проводниках". В электронных системах термический шум (теперь также называемый шумом Джонсона) – это шум, генерируемый тепловым движением электронов в проводнике. Работы Джонсона показали, что во всех электрических проводниках происходят статистические флуктуации электрического заряда, вызывающие случайные изменения потенциала между концами проводника (например, в вакуумных усилителях и термопарах). Мощность теплового шума на герц одинакова во всем частотном спектре. Джонсон пришел к выводу, что термический шум является неотъемлемым свойством всех резисторов и не является признаком плохого проектирования или изготовления, хотя резисторы также могут иметь избыточный шум. Джонсон, возможно, был одним из первых, кто создал рабочий полевой транзистор, основанный на патенте США № 1,900,018 Джулиуса Эдгара Лилиенфельда 1928 года. В показаниях под присягой в патентном ведомстве США в 1949 году Джонсон сообщил: "хотя индекс модуляции в 11 процентов невелик, полезная выходная мощность существенна – он в принципе работоспособен как усилитель". С другой стороны, в статье 1964 года он отрицал работоспособность патента Лилиенфельда, заявив: "Я сознательно пытался воспроизвести конструкцию Лилиенфельда в соответствии с его спецификацией, но не смог наблюдать ни усиления, ни даже модуляции". В 1952 году Джонсон присоединился к лаборатории Эдисона и был заведующим отделом физики до 1957 года. Он вышел на пенсию, но впоследствии присоединился к отделению приборов компании McGraw Edison, где окончательно вышел на пенсию в 1969 году.
Johnson received a PhD in Physics at Yale University in 1917, after which he went to work for Western Electric in their engineering department, primarily studying ionized gases. There he experimented with the Braun tube, a tool used by electrical engineers in radio engineering. Jonathan Zenneck had proved the possibility of creating visible waveforms electronically using a Braun tube, but it was not reliable due to power and noise interference. Johnson fixed this problem by adding a hot cathode to the mechanism, creating a system which could operate at 300 volts instead of tens of thousands. It was the first fully functional vector graphic oscilloscope. His results were first published in The Physical Review and later the Bell System Technical Journal in 1922. and attracted a wide array of interest from the mainstream press when it was used to show the waveforms of recorded voice. Johnson joined the staff of Bell Telephone Laboratories in 1925. In 1928, he published the journal paper "Thermal Agitation of Electricity in Conductors". In electronic systems, thermal noise (now also called Johnson noise) is the noise generated by thermal agitation of electrons in a conductor. Johnson's papers showed a statistical fluctuation of electric charge occur in all electrical conductors, producing random variation of potential between the conductor ends (such as in vacuum tube amplifiers and thermocouples). Thermal noise power, per hertz, is equal throughout the frequency spectrum. Johnson deduced that thermal noise is intrinsic to all resistors and is not a sign of poor design or manufacture, although resistors may also have excess noise. Johnson was possibly among the first people to make a working field effect transistor, based on Julius Edgar Lilienfeld's US Patent 1,900,018 of 1928. In sworn testimony to the U. S. patent office in 1949, Johnson reported " although the modulation index of 11 per cent is not great, the useful output power is substantial it is in principle operative as an amplifier". On the other hand, in an article in 1964 he denied the operability of Lilienfeld's patent, saying "I tried conscientiously to reproduce Lilienfeld’s structure according to his specification and could observe no amplification or even modulation." In 1952, Johnson joined the Edison Laboratory and served as the head of the physics department until 1957. He retired, but subsequently joined McGraw Edison's Instrument division until retiring again in 1969.
Личная жизнь
В 1919 году он женился на Клары Луизе Конгер (ум. 1961), а в 1961 году – на Рут Мари Севертсон Боуден. У него было двое сыновей от первого брака: Бертран Конгер и Алан Уильям. Джон Бертран Джонсон умер в возрасте 83 лет в городе Оранж, штат Нью-Джерси, США, 27 ноября 1970 года.
In 1919 he married Clara Louisa Conger (d.1961) and in 1961 he married Ruth Marie Severtson Bowden. He had two sons by his first marriage, Bertrand Conger and Alan William. John Bertrand Johnson died aged 83 in Orange, New Jersey, US, on November 27, 1970.