Винайдено посилення перед трубами та транзисторами

Телефони старіші за вакуумні трубки і звичайно транзистори. Як робилося посилення сигналу?

Я маю на увазі технологію, а не деталі.

EDIT

Деякі додаткові відомості, які я повинен був дати на початку:

• Питання обмежується телефонією
• Мене не цікавить експериментальне обладнання. Скажімо, наприклад, що обладнання повинно було виготовлятися в кількості більше 30 штук, а ще краще, щоб це було комерційним продуктом.
• Мене цікавлять не тільки електричні рішення: це можуть бути механічні, гідравлічні ... (але без людських ретрансляторів!)
• імпедансні адаптації (акустичні або електричні ...) тут не розглядаються як посилення.

РЕЗЮМЕ ВІДПОВІДІВ

• Ніякого посилення між мікрофоном і навушниками не було, навіть для передачі 1200 км, але крик був необхідний з одного боку, і абсолютна тиша з іншого боку (див. Відповідь WhatRoughBeast)

• вуглецевий мікрофон сам по собі є підсилювачем. Загальна визначення підсилювача не завжди дуже легко (див Алі Чень відповіді, і BillF другого відповіді, якщо ви можете слідувати), але досить сказати , що електродинамічний гучномовець , з'єднаний з вугільним мікрофоном є електричним підсилювачем (див next- хак відповідь і BillF перший awer). Додаю, що інші види мікрофонів - це загасачі (звідси питання)

• найкращі телефонні лінії втрачають лише 0,04 дБ / км на звуковій частоті. (порівняйте з 10 дБ / км при 300 кГц для наших телефонних ліній)

• Найменший звук, який може витримати людина, знаходиться на більш ніж 80 дБ вище найнижчого, який він може почути. (Коментар РасселаБорогова). Цілком можливо, що звук усередині рогу (див. Відповідь peufeu) є навіть більш гучним, ніж те, що може витримати людина.

Дякуємо за внески.

Це не було.

У перші дні (близько 1890 р.) Міжміська телефонія здійснювалася із звукозахищених кабінок та часто використовувала нестандартні (4-провідні) телефони. Нью-Йорк до Чикаго був обмеженням на дальність. До 1911 року використання завантажувальних котушок дозволило зв’язуватися з Нью-Йорка в Денвер. Зауважте, однак, що це було досить засмучує і мало кричати.

У 1915 р. Був здійснений перший трансконтинентальний дзвінок з посиленням за допомогою слухової вакуумної трубки.

Посилення, перш ніж були доступні трубні підсилювачі, можна було досягти кількома способами. Деякі з них:

• Використовуючи електродинамічний динамік, з'єднаний з вуглецевим мікрофоном, для формування ретранслятора.
• Використання негативного опору ртутної лампи (навіть якщо це фізична природа негативного опору не була зрозуміла).
• Використання магнітного підсилювача (все ще використовується добре після епохи і транзистора, і навіть сьогодні в деяких програмах). Магнітні підсилювачі спочатку використовувались як комутатор наприкінці 1800 р., І вони використовувались як підсилювачі, коли трубки вже були доступні, але висока надійність була дуже важливою.

Лійка, в яку ви повинні кричати, - це насправді ріг:

Роги - це акустичні трансформатори, їх зазвичай використовують навпаки: на горлі встановлюється перетворювач високого тиску ("драйвер стиснення"), а ріг виводить акустичну хвилю низького тиску на іншому кінці зі значно більшою поверхнею площа, що призводить до високої акустичної потужності. В основному мегафон:

Але вони працюють обома способами. При встановленні на мікрофон вся площа поверхні «рота» роги використовується для введення акустичних хвиль, а на іншому кінці вона видає значно більший тиск, що збільшує сигнал, доступний для примітивних мікрофонів дня .. .

Це не посилення, оскільки це суто пасивно, але я впевнений, що це допомогло.

Примітка: роги також спотворюються через внутрішні режими віддзеркалення та резонансу, саме тому вони зазвичай звучать трохи «горяче».

Телефонна система перед вакуумною трубкою в якості підсилювача використовувала саме мікрофон з гранул вуглецю. Що вигадав Белл, це використання по суті того ж пристрою, що і динамік та мікрофон. Зараз ми називаємо це динамічним мікрофоном. Система Белла не мала механізму посилення; він не мав внутрішньої переваги щодо діапазону зв'язку над двома бляшаними банками, з'єднаними струною. Практичний асортимент становив невелику кількість міських кварталів.

Вуглецевий мікрофон має необхідну властивість підсилювача: він в основному функціонує як клапан. Таким чином, електричний сигнал може мати набагато більшу потужність, ніж акустичний сигнал. Це винахід, який переніс телефон від іграшки до телекомунікаційної системи. (До речі, відома цитата керівників Western Union про те, що вони не бачать жодного практичного застосування телефону Белла "в даний час", конкретно посилалася на патенти Белла, що саме їм пропонували. заперечення було саме обмеженим діапазоном.)

Вуглецевий мікрофон був винайдений Томасом Едісоном, і він і всі інші учасники точно знали, що відбувається (посилення) і чому це потрібно для зростання телефонної системи. Ця історія є докладною, принаймні з точки зору Едісона, у книзі, яку написав його патентний повірений Френк Льюїс Дайер, Едісон, його життя та винаходи, глава 9. (Доступно з http://www.gutenberg.org/files/820 /820-h/820-h.htm ). Вуглецевий мікрофон також використовувався в ранньому електричному аналоговому підсилювачі, який називався "телефонним реле", який, по суті, був телефонним приймачем, механічно з'єднаним з вуглецевою кнопкою. У книзі Х. Пітера Фрідріха під назвою «Інструменти посилення: веселощі з домашніми трубками, транзисторами тощо» (2003) є багато інформації про технології раннього підсилювача.

Якщо вам цікаво, чому саме так ми знаємо лише про внесок Белла в телефон, коли саме Едісон зробив систему масштабованою, звинувачуйте Дж. Пірпонта Моргана. Він наклав структуру високотехнологічних квазімонополій початку 20 століття в реорганізації компаній, які застосовували необхідні ліцензійні патенти. По суті, Беллу дали те, що стало AT&T, а Едісону дали GE. Морган застосував широку інтерпретацію патентів Белла, а не когось, хто пов’язаний із патентною системою США.

Моя власна зацікавленість цією історією сягає декількох років, коли я розглядав, чи вдалося будь-якій технологічній системі розширити масштаб (більше ніж кажучи в 10 разів) без використання елемента посилення. Причиною того, що це було та викликає інтерес, є вимоги до оборотних та квантових обчислень, наприклад, які не можуть мати елементів посилення. Я включаю в "елементи посилення" такі речі, як ворушіння в палеолітичному вогнищі, клапани лопатки в замках каналу та дросель парового двигуна. Виявилося, що рання телефонна система була винятком. Насправді це виявився абсолютно класичним прикладом системної концепції, яка нікуди не збиралася, поки не був винайдений елемент посилення.

Телефони старіші за вакуумні трубки і звичайно транзистори. Як робилося посилення сигналу?

Я пам’ятаю, коли я був дитиною, ви могли придбати пластикову трубку, яка з'єднувалася з іншою пластиковою трубкою через пару проводів довжиною в сто футів (або близько того). Ви можете розмовляти в трубці (батареї не потрібні), а на іншій трубці людина може вас почути. Він працював в обох напрямках, тобто був невеликий гучномовець (який вдвічі збільшувався як мікрофон), з'єднаний двома проводами до іншого невеликого гучномовця в далекій трубці.

Він покладався на ефективність гучномовця приблизно 10%, тобто він з'єднував близько 10% отриманої акустичної потужності, і це було перетворено на близько 1% від початкової потужності звуку на іншому кінці. Було достатньо, щоб провести бесіду, і для цього не потрібні батареї.

Є компанія, яка (востаннє я дивилася) виробляла «звукозаписні» телефони для горючих газових середовищ, оскільки вони суттєво безпечні і не спричиняють вибуху, тобто ця технологія використовується і сьогодні.

Якщо ви могли назвати це посиленням, це було зроблено в вуглецевому мікрофоні, на який ви говорите. Поперек вуглецевого елемента мікрофона подається напруга. Звукові хвилі змінювали опір елемента, виробляючи різний струм. Це може видавати електричний сигнал більш потужним, ніж оригінальний звук. Звідси, майже все, через що пройшов сигнал, певною мірою послабило б його - дроти, трансформатори тощо. Як зазначалося у статті Вікіпедії, вуглецеві мікрофони можуть складати основу підсилювача, але не дуже добре.

Перед вакуумними трубками та транзисторним підсиленням більшість посилення звуку здійснювалося на акустичному рівні за допомогою експоненціальних рогів. Підсилення відбувається за допомогою створення спрямованого звуку та кращого співвідношення між акустичним опором на відкритому повітрі та перетворювальною мембраною. Один з найпростіших прикладів цієї техніки - тримати обидві долоні навколо рота, коли кричати на публіці або використовувати паперовий конус.

Кращим дизайном була Вінопедія Едісона, вікіпедія .

Ось додаток до вже запропонованих відповідей для уточнення ролі третього чинника, який іноді пов'язаний (заплутано) із загасанням / посиленням.

Як вже писав "андре" в одному зі своїх коментарів, "загасання не є єдиним обмежуючим фактором" (в застосуванні сигналу телефону).

Для ранніх телефонних ліній в епоху перед посиленням, мабуть, наступним найважливішим фактором зручності використання стало ступінь спотворення сигналу, особливо фазове спотворення.

Навантажувальні котушки, розроблені та застосовані відповідно до теорії поведінки лінії електропередач Heaviside, значно зменшили спотворення. Цей опис "Heaviside умова" (+ посилання) показує, що було зроблено, і пояснює, що мета проектування була "без перекосів", а не "без втрат".

Індуктивні навантажувальні котушки, які використовувались для наближення до "стану важкої поверхні", були по суті пасивними елементами. Вони, природно, також були дещо опірними, отже, навіть незначно збільшуючи втрати потужності / амплітуди. Але перевага у зменшенні спотворення переважала це.

У деяких джерелах цей хороший і навіть драматичний результат був досить заплутано описаний, якщо не як «посилення», то, безумовно, як те, що котушки «зменшили загасання» (наприклад, тут ). Зрозуміло, що поганим було зменшення неприємності та непридатності сигналу через спотворення, а не втрати потужності чи амплітуди як такої.

(Якщо значення "ослаблення" можна сприймати досить широко, щоб покрити втрату розбірливості, а також втрату сили / амплітуди, то, можливо, нормально, але джерела цього не пояснюють.)

Дозвольте мені окреслити загальну теорію активних систем та виграшу. Активна система - це система, яка містить "узагальнений двигун", який є механізмом, який притягує якесь джерело вільної енергії Гельмгольца для відштовхування іншої системи ("навантаження") від теплової рівноваги. В електричних технологіях напруга полягає саме у вільній енергії Гельмгольца (яку деякі зараз називають "ексергія") за заряд. А теплова рівновага - це кожен вузол з потенціалом землі.

Корисні двигуни матимуть якийсь механізм для управління їх дією, і ключовим питанням є те, скільки енергії чи потужності поглинає механізм управління? Очевидно, якщо для включення мотора потрібно більше енергії, скажімо, ніж потужність, яку він забезпечує, у вас є програш. Відношення енергії, що подається до навантаження, до енергії, поглиненої механізмом управління, - це посилення. (Звичайно, системи, які ми називаємо підсилювачами, відповідають цьому визначенню "двигуна".)

Тепер виникає питання про те, чи потрібно використовувати енергію чи силу. Якщо дія двигуна безперервна, вихід вимірюється як потужність. Якщо механізм управління також постійно поглинає енергію, вхід також є потужністю, а коефіцієнт підсилення - це лише співвідношення цих величин. Але у нас часто трапляються випадки, коли дискретний вхід енергії може керувати безперервною потужністю. MOSFET з великою геометрією працюють таким чином. Що можна навести, це вихідна потужність над вхідною енергією, і ми отримуємо число, яке має одиниці частоти. Звичайно, ми знаємо, як інтерпретувати це як пропускну здатність продукту: посилення залежить від того, наскільки швидко ви хочете, щоб система працювала. Але це все-таки відповідний показник виграшу.

Візьмемо для прикладу паровоз: Вихідна потужність досить очевидна, але механізм управління - дросель, який потребує одноразового введення енергії для зміни свого стану. Таким чином, локомотив може характеризуватися виробом його пропускної здатності.

Залишився випадок, коли для підтримання деякої чистої енергії в навантаженні необхідний постійний вхід енергії. М'язи працюють таким чином, але навряд чи будь-які технологічно корисні системи працюють таким чином.

Ви можете використовувати цю концептуальну основу, щоб описати практично все, що щось робить. Особливо забавна вправа полягає в тому, щоб повернутися назад і подивитися мультиплікаційні механізми Руба Голдберга, а також визначити джерела енергії, механізми управління та деяку оцінку залученого прибутку. Якщо загальний коефіцієнт підсилення менший від одного, то дія вимкнеться, і машина зупиниться перед запуском остаточної дії.

Ви повинні побачити чудову книгу: "Інструменти посилення" від HP Friedrichs (AC7ZL). Він дає багато інформації про аудіопідсилювачі вуглецевого мікрофона, триоди полум'я, вуглецеві дуги та інші дивні ідеї. Електромеханічні реле почали своє життя як підсилювачі дискретних телеграфних сигналів, але були спроби використовувати їх як аудіопідсилювачі потужності.

Для багатьох із цих негативних відгуків потрібно було отримати щось на зразок лінійної відповіді.

Google Voice of Crystal або перейдіть на веб-сайт ARRL. Веселіться, але не осліплюйте і не спалюйте будинок своєю дугою вуглецю!