电子管和晶体管发明之前的放大

电器工程 放大器 电话 优质的
2022-01-07 02:39:31

电话比真空管还要古老,当然还有晶体管。信号放大是怎么做的?

我指的是技术,而不是细节。

编辑

我应该在开始时提供一些额外的信息:

  • 问题仅限于电话
  • 我对实验设备不感兴趣 比如说设备应该在数量上超过 30 件,或者最好是商业产品。
  • 我不仅对纯电动解决方案感兴趣:它可以是机械的、液压的……(但没有人工中继器!)
  • 阻抗适应(声学或电学……)在此不被视为放大。

答案摘要

  • 麦克风和耳机之间没有任何放大,即使是 1200 公里的传输,但一侧需要大喊大叫,另一侧绝对沉默(请参阅 WhatRoughBeast 答案)

  • 碳麦克风本身就是一个放大器。放大器的一般定义并不总是很容易(请参阅 Ali Chen 的答案和 BillF 的第二个答案,如果你能理解的话),但可以说耦合到碳麦克风的电动扬声器是一个电子放大器(参见下一个 - hack 答案和 BillF 第一个答案)。我补充说其他类型的麦克风是衰减器(因此问题)

  • 最好的电话线路在音频频率上的损失仅为 0.04dB/km。(比较我们的电话线路在 300kHz 时为 10dB/km)

  • 人类所能承受的最大声音比他/她能听到的最低声音高 80dB 以上。(RussellBorogove 评论)。喇叭内的声音(参见 peufeu 的回答)可能比人类所能承受的更大。

感谢您的贡献。

4个回答

不是。

在早期(约 1890 年),长途电话是在隔音间完成的,并且经常使用非标准(4 线)电话。纽约到芝加哥是范围的限制。到 1911 年,加载线圈的使用允许从纽约到丹佛的通信。但是请注意,这非常令人沮丧,并且涉及很多大喊大叫。

1915 年,使用三极管真空管进行了第一次跨大陆呼叫。

在电子管放大器出现之前,可以通过多种方式实现放大。他们之中有一些是:

  • 使用耦合到碳麦克风的电动扬声器,以形成中继器。
  • 使用汞灯的负电阻(即使不了解负电阻的物理性质)。
  • 使用磁放大器(在电子管和晶体管时代之后仍然很好地使用,甚至在今天的某些应用中)。磁放大器最初在 1800 年后期用作开关,在电子管已经可用时它们被用作放大器,但高可靠性非常重要。

你应该大喊的漏斗实际上是一个喇叭:

在此处输入图像描述

号角是声学转换器,它们通常以相反的方式使用:高压换能器(“压缩驱动器”)安装在喉咙上,号角在另一端输出具有更大表面的低压声波面积,这导致高声功率。基本上是一个扩音器:

在此处输入图像描述

但它们是双向的。当安装在麦克风上时,喇叭“嘴”的整个表面区域用于输入声波,而在另一端输出更高的压力,这增加了当时原始麦克风可用的信号。 .

这不是放大,因为它纯粹是被动的,但我相信它有所帮助。

注意:号角也会因内部反射和共振模式而失真,这就是为什么它们通常听起来有点“洪亮”的原因。

前置真空管电话系统正是使用碳颗粒麦克风作为放大器。贝尔发明的是使用与扬声器和麦克风基本相同的设备。现在我们称之为动态麦克风。贝尔系统没有增益机制;在通过一根绳子连接的两个锡罐的通信范围方面,它没有内在的优势。实际范围是少数城市街区。

碳麦克风具有放大器所需的特性:它的功能基本上是一个阀门。因此,电信号可以具有比声信号大得多的功率。这项发明使电话从玩具变成了电信系统。(顺便说一句,西联公司高管的名言是,他们“目前”看不到贝尔电话的任何实际应用,这具体是指贝尔的专利,这是他们提供的。他们的反对恰恰是有限的范围。)

碳麦克风是托马斯·爱迪生发明的,他和其他所有相关人员都清楚地知道发生了什么(放大)以及为什么电话系统的发展需要它。这个故事是详细的,至少从爱迪生的观点来看,在他的专利律师弗兰克·刘易斯·戴尔(Frank Lewis Dyer)所写的书中,爱迪生的生活和发明,第 9 章。(可从http://www.gutenberg.org/files/820获得/820-h/820-h.htm )。碳麦克风也用于早期的电子模拟放大器,称为“电话继电器”,它本质上是一个电话接收器,机械耦合到碳按钮。在 H. Peter Friedrichs 所著的名为 Instruments of Amplification: Fun with Homemade Tubes, Transistors, and More (2003) 的书中,有很多关于早期放大器技术的信息。

如果您想知道为什么我们只知道贝尔对电话的贡献,而实际上是爱迪生使系统具有可扩展性,那就怪 J. Pierpont Morgan。他在强制执行必要专利许可的公司重组中强加了 20 世纪早期高科技准垄断企业的结构。本质上,贝尔得到了后来的 AT&T,爱迪生得到了通用电气。是摩根对贝尔的专利实施了广泛的解释,而不是任何与美国专利制度相关的人。

我自己对这段历史的兴趣可以追溯到几年前,当时我正在研究是否有任何技术系统在不使用增益元素的情况下成功地扩展(超过 10 倍)。这曾经是并且是令人感兴趣的原因是可逆和量子计算的主张,例如,它们不能具有增益元素。我将旧石器时代营火中的搅拌棒、运河锁中的桨阀和蒸汽机节流阀等包括在“放大元素”中。早期的电话系统似乎是个例外。事实上,在增益元件被发明之前,它被证明是系统概念的绝对经典示例。