Wzmocnienie przed wynalezieniem lamp i tranzystorów

Telefony są starsze niż lampy próżniowe i oczywiście tranzystory. Jak wykonano wzmocnienie sygnału?

Mam na myśli technologię, a nie szczegóły.

EDYTOWAĆ

Kilka dodatkowych informacji, które powinienem był podać na początku:

• Pytanie ogranicza się do telefonii
• Nie jestem zainteresowany sprzętem eksperymentalnym Powiedzmy na przykład, że sprzęt powinien zostać wykonany w ilości większej niż 30 sztuk, lub lepiej, że był to produkt komercyjny.
• Interesują mnie nie tylko rozwiązania wyłącznie elektryczne: mogą być mechaniczne, hydrauliczne ... (ale bez ludzkich wzmacniaczy!)
• adaptacje impedancji (akustyczne lub elektryczne ...) nie są tutaj uważane za wzmocnienie.

PODSUMOWANIE ODPOWIEDZI

• Pomiędzy mikrofonem i słuchawkami nie było żadnego wzmocnienia, nawet dla transmisji o długości 1200 km, ale z jednej strony konieczne było krzyczenie, az drugiej absolutna cisza (patrz odpowiedź WhatRoughBeast)

• sam mikrofon węglowy jest wzmacniaczem. Ogólna definicja wzmacniacza nie zawsze jest bardzo łatwe (patrz Ali Chen odpowiedź, a drugą odpowiedź BillF, jeśli można śledzić), ale wystarczy powiedzieć, że elektrodynamiczne głośników dołączony do mikrofonu węglowego jest elektryczna wzmacniacz (patrz Dalej- włamanie się do odpowiedzi i pierwsza odpowiedź BillF). Dodam, że inne rodzaje mikrofonów to tłumiki (stąd pytanie)

• najlepsze linie telefoniczne mają utratę tylko 0,04 dB / km przy częstotliwości audio. (porównaj z 10dB / km przy 300 kHz dla naszych linii telefonicznych)

• Najniższy dźwięk, jaki człowiek może znieść, jest o ponad 80 dB wyższy od najniższego, jaki może usłyszeć. (Komentarz RussellBorogove). Możliwe, że dźwięk wewnątrz klaksonu (patrz odpowiedź Peufeu) jest jeszcze głośniejszy niż to, co może znieść człowiek.

Dzięki za wkład.

Nie było

We wczesnych dniach (ok. 1890 r.) Wykonywano telefonię zamiejscową z dźwiękoszczelnych kabin i często przy użyciu niestandardowych telefonów 4-żyłowych. Granica zasięgu od Nowego Jorku do Chicago była ograniczona. Do 1911 r. Zastosowanie cewek ładujących umożliwiło komunikację z Nowego Jorku do Denver. Zauważ jednak, że było to dość frustrujące i wymagało dużo krzyków.

W 1915 r. Wykonano pierwsze połączenie międzykontynentalne, ze wzmocnieniem za pomocą próżniowej lampy słuchowej.

Wzmocnienie, zanim wzmacniacze lampowe były dostępne, można było osiągnąć na kilka sposobów. Niektórzy z nich są:

• Za pomocą głośnika elektrodynamicznego sprzężonego z mikrofonem węglowym, aby utworzyć repeater.
• Wykorzystanie ujemnej rezystancji lampy rtęciowej (nawet jeśli nie zrozumiano fizycznej natury rezystancji ujemnej).
• Korzystanie ze wzmacniacza magnetycznego (nadal używanego dobrze po erze lamp i tranzystorów, a nawet dzisiaj w niektórych zastosowaniach). Wzmacniacze magnetyczne były początkowo używane jako przełączniki pod koniec 1800 roku i były używane jako wzmacniacze, gdy lampy były już dostępne, ale wysoka niezawodność była bardzo ważna.

Lejek, do którego masz krzyczeć, to tak naprawdę róg:

Rogi są transformatorami akustycznymi, zwykle stosuje się je na odwrót: przetwornik wysokociśnieniowy („sterownik kompresji”) jest zamontowany na gardle, a klakson emituje niskociśnieniową falę akustyczną na drugim końcu o znacznie większej powierzchni obszar, co powoduje wysoką moc akustyczną. Zasadniczo megafon:

Ale działają w obie strony. Po zamontowaniu na mikrofonie cała powierzchnia „ujścia” klaksonu służy do wprowadzania fal akustycznych, a na drugim końcu wytwarza znacznie wyższe ciśnienie, co zwiększa sygnał dostępny dla prymitywnych mikrofonów w ciągu dnia. .

To nie jest wzmocnienie, ponieważ jest czysto pasywne, ale jestem pewien, że pomogło.

Uwaga: rogi również zniekształcają się z powodu wewnętrznych odbić i trybów rezonansowych, dlatego zwykle brzmią nieco „honky”.

System telefoniczny z lampą próżniową jako wzmacniacz wykorzystywał dokładnie mikrofon z granulkami węgla. To, co wymyślił Bell, to użycie zasadniczo tego samego urządzenia co głośnik i mikrofon. Teraz nazywamy to mikrofonem dynamicznym. System Bella nie miał mechanizmu wzmocnienia; nie miał żadnej istotnej przewagi w zakresie zasięgu komunikacji nad dwiema puszkami połączonymi sznurkiem. Praktyczny zasięg obejmował niewielką liczbę bloków miejskich.

Mikrofon węglowy ma wymaganą właściwość wzmacniacza: działa zasadniczo jak zawór. Zatem sygnał elektryczny może mieć znacznie większą moc niż sygnał akustyczny. To był wynalazek, który zmienił telefon z zabawki w system telekomunikacyjny. (Nawiasem mówiąc, słynny cytat z kierownictwa Western Union, że nie widzieli żadnego praktycznego zastosowania telefonu Bell'a „w chwili obecnej” dotyczył w szczególności patentów Bella, które im zaoferowano. Ich sprzeciw był dokładnie ograniczony.)

Mikrofon węglowy został wynaleziony przez Thomasa Edisona, a on i wszyscy inni zaangażowani wiedzieli dokładnie, co się dzieje (wzmocnienie) i dlaczego jest to konieczne dla rozwoju systemu telefonicznego. Historia jest szczegółowo opisana, przynajmniej z punktu widzenia Edisona, w książce napisanej przez jego rzecznika patentowego, Franka Lewisa Dyera, Edison His Life and Inventions, rozdział 9. (dostępny na stronie http://www.gutenberg.org/files/820 /820-h/820-h.htm ). Mikrofon węglowy był również używany we wczesnym elektrycznym wzmacniaczu analogowym zwanym „przekaźnikiem telefonicznym”, który był zasadniczo odbiornikiem telefonicznym mechanicznie połączonym z przyciskiem węglowym. Wiele informacji na temat wczesnych technologii wzmacniaczy znajduje się w książce H. Petera Friedrichsa zatytułowanej Instruments of Amplification: Fun with Homemade Tubes, Transistors i More (2003).

Jeśli zastanawiasz się, dlaczego wiemy, że Bell miał wkład w telefon, kiedy to naprawdę Edison sprawił, że system był skalowalny, obwiniaj J. Pierpont Morgan. Narzucił strukturę quasi-monopoli zaawansowanych technologicznie z początku XX wieku w reorganizacji przedsiębiorstw, które egzekwowały niezbędne licencje patentowe. W gruncie rzeczy Bell otrzymał AT&T, a Edison GE. To Morgan narzucił szeroką interpretację patentów Bella, a nie ktoś związany z amerykańskim systemem patentowym.

Moje własne zainteresowanie tą historią sięga kilku lat, kiedy zastanawiałem się, czy jakiemukolwiek systemowi technologicznemu kiedykolwiek udało się skalować (ponad 10 razy) bez użycia elementu wzmocnienia. Powodem, dla którego było to i jest interesujące, są na przykład roszczenia dotyczące obliczeń odwracalnych i kwantowych, które nie mogą mieć elementów wzmocnienia. Do „elementów wzmacniających” zaliczam takie rzeczy, jak mieszadło w ognisku paleolitu, zawory łopatkowe w śluzach kanałowych i przepustnica silnika parowego. Okazało się, że wczesny system telefoniczny był wyjątkiem. W rzeczywistości okazał się absolutnie klasycznym przykładem koncepcji systemowej, która nigdzie nie zmierzała do momentu wynalezienia elementu wzmocnienia.

Telefony są starsze niż lampy próżniowe i oczywiście tranzystory. Jak wykonano wzmocnienie sygnału?

Pamiętam, że kiedy byłem dzieckiem, można było kupić plastikowy zestaw słuchawkowy, który połączono z innym plastikowym zestawem słuchawkowym za pomocą pary przewodów o długości około stu stóp (lub mniej więcej). Możesz mówić do słuchawki (nie wymaga baterii), a z drugiej słuchawki osoba Cię słyszy. Działał w obu kierunkach, tj. Był mały głośnik (który pełnił funkcję mikrofonu) połączony dwoma przewodami z innym małym głośnikiem w odległej słuchawce.

Opierał się on na tym, że głośnik był sprawny w około 10%, tj. Sprzężał około 10% otrzymanej mocy akustycznej, co zostało przekształcone na około 1% pierwotnej mocy akustycznej na drugim końcu. Wystarczyło przeprowadzić rozmowę i nie potrzebowało baterii.

Istnieje firma, która (ostatnim razem, gdy spojrzałam) produkowała telefony „zasilane dźwiękiem” dla środowisk z łatwopalnym gazem, ponieważ są iskrobezpieczne i nie spowodują wybuchu, tj. Ta technologia jest nadal używana.

Jeśli można to nazwać wzmocnieniem, zrobiono to w mikrofonie węglowym, w którym się mówi. Na element węglowy mikrofonu przyłożono napięcie. Fale dźwiękowe zmieniały rezystancję elementu wytwarzającego zmienny prąd. Może to wytwarzać sygnał elektryczny silniejszy niż oryginalny dźwięk. Stamtąd prawie wszystko, przez co przechodzi sygnał, osłabiłoby go do pewnego stopnia - przewody, transformatory itp. Jak zauważono w artykule w Wikipedii, mikrofony węglowe mogą stanowić podstawę wzmacniacza, ale niezbyt dobrego.

Przed lampami próżniowymi i wzmacnianiem tranzystorowym większość wzmacniania dźwięku odbywała się na poziomie akustycznym za pomocą wykładniczych sygnałów dźwiękowych. Wzmocnienie zachodzi poprzez tworzenie dźwięku kierunkowego i lepsze dopasowanie impedancji akustycznej otwartego powietrza i membrany przetwornika. Jednym z najprostszych przykładów tej techniki jest trzymanie obu dłoni wokół ust, gdy krzyczy się publicznie lub użycie papierowego stożka.

Lepszym projektem był fonograf Edisona, wikipedia .

Oto uzupełnienie już udzielonych odpowiedzi, aby wyjaśnić rolę trzeciego czynnika, który czasami jest łączony (myląco) z tłumieniem / wzmocnieniem.

Jak napisał „andre” w jednym ze swoich komentarzy, „tłumienie nie jest jedynym czynnikiem ograniczającym” (w użyteczności sygnału telefonicznego).

W przypadku wczesnych linii telefonicznych w erze przed wzmocnieniem prawdopodobnie kolejnym najważniejszym czynnikiem użyteczności był zakres zniekształceń sygnału, zwłaszcza zniekształceń fazowych.

Cewki ładujące, zaprojektowane i zastosowane zgodnie z teorią zachowania linii transmisyjnej Heaviside'a, znacznie zmniejszyły zniekształcenia. Ten opis „warunku Heaviside” (+ odniesienia) pokazuje, co zostało zrobione i wyjaśnia, że ​​celem projektu było „brak zniekształceń”, a nie „brak strat”.

Indukcyjne cewki obciążające zastosowane do przybliżenia „stanu Heaviside” były zasadniczo elementami pasywnymi. Oczywiście były one również nieco oporne, a zatem nawet nieznacznie zwiększały straty mocy / amplitudy. Ale przewaga w zmniejszeniu zniekształceń przeważyła nad tym.

W niektórych źródłach ten dobry, a nawet dramatyczny wynik został dość myląco opisany, jeśli nie jako „wzmocnienie”, to z pewnością jako zmniejszenie „tłumienia” cewek (np. Tutaj ). Oczywiście, złą rzeczą zredukowaną było pomieszanie i bezużyteczność sygnału z powodu zniekształceń, a nie utrata mocy lub amplitudy jako takiej.

(Jeśli znaczenie „tłumienia” można przyjąć na tyle szeroko, że obejmuje ono utratę zrozumiałości, a także utratę mocy / amplitudy, może być w porządku, ale źródła tego nie wyjaśniają).

Pozwól, że przedstawię ogólną teorię układów aktywnych i wzmocnienia. Układ aktywny to taki, który zawiera „uogólniony silnik”, który jest mechanizmem, który czerpie z pewnego źródła darmowej energii Helmholtza, aby odepchnąć inny układ („ładunek”) od równowagi termicznej. W technologiach elektrycznych napięcie jest w szczególności darmową energią Helmholtza (którą niektórzy nazywają teraz „egzergią”) na ładunek. Równowaga termiczna to każdy węzeł o potencjale gruntu.

Przydatne silniki będą miały mechanizm kontrolujący ich działanie, a kluczowym pytaniem jest, ile energii lub mocy pochłania mechanizm sterujący? Oczywiście, jeśli potrzeba więcej mocy do włączenia silnika, powiedzmy, niż moc, którą zapewnia, masz propozycję przegraną. Stosunek energii dostarczonej do obciążenia do energii pochłoniętej przez mechanizm sterujący jest zyskiem. (Oczywiście systemy, które nazywamy wzmacniaczami, spełniają tę definicję „silnika”).

Teraz pojawia się pytanie, czy musimy użyć energii, czy mocy. Jeśli działanie silnika jest ciągłe, moc wyjściową mierzy się jako moc. Jeśli mechanizm kontrolny również w sposób ciągły pochłania energię, wkład jest również mocą, a wzmocnienie jest tylko stosunkiem tych wielkości. Ale często mamy przypadki, w których dyskretny wkład energii może kontrolować moc ciągłą. MOSFET-y o dużej geometrii działają w ten sposób. Możemy przytoczyć moc wyjściową nad energią wejściową i otrzymujemy liczbę, która ma jednostki częstotliwości. Oczywiście wiemy, jak interpretować to jako pasmo wzmocnienia: zysk zależy od tego, jak szybko chcesz, aby system działał. Ale nadal jest to odpowiednia miara zysku.

Weźmy przykład lokomotywy parowej: moc wyjściowa jest raczej oczywista, ale mechanizmem sterującym jest przepustnica, która wymaga jednorazowego wprowadzenia energii w celu zmiany jej stanu. Tak więc lokomotywę można scharakteryzować przez iloczyn przepustowości.

Pozostały przypadek ma miejsce, gdy wymagany jest ciągły pobór mocy, aby utrzymać pewną energię netto w ładunku. Mięśnie działają w ten sposób, ale prawie żaden technologicznie użyteczny system nie działa w ten sposób.

Możesz użyć tej struktury pojęciowej, aby opisać praktycznie wszystko, co coś robi. Szczególnie zabawnym ćwiczeniem jest powrót do mechanizmów rysunkowych Rube Goldberga i zidentyfikowanie źródeł energii, mechanizmów kontrolnych oraz niektórych szacunków związanych z tym zyskiem. Jeśli całkowite wzmocnienie jest mniejsze od tego, akcja zgaśnie, a maszyna utknie przed uruchomieniem akcji końcowej.

Jest wspaniała książka, którą powinieneś zobaczyć: „Instrumenty wzmocnienia” HP Friedrichs (AC7ZL). Daje wiele informacji na temat wzmacniaczy audio mikrofonu węglowego, triod płomieniowych, łuków węglowych i innych dziwnych pomysłów. Przekaźniki elektromechaniczne zaczęły swoje życie jako wzmacniacze dyskretnych sygnałów telegraficznych, ale były próby wykorzystania ich jako wzmacniaczy mocy audio.

Wiele z tych negatywnych opinii było wymaganych, aby uzyskać coś w rodzaju reakcji liniowej.

Google Voice of the Crystal lub przejdź do strony ARRL. Baw się dobrze, ale nie oślepaj ani nie spalaj domu swoim łukiem węglowym!