Verstärkung bevor Röhren und Transistoren erfunden wurden

Telefone sind älter als Vakuumröhren und natürlich Transistoren. Wie wurde die Signalverstärkung durchgeführt?

Ich meine die Technologie, nicht die Details.

BEARBEITEN

Einige zusätzliche Informationen, die ich zu Beginn hätte geben sollen:

• Die Frage beschränkt sich auf die Telefonie
• Ich bin nicht an experimentellen Ausrüstungen interessiert. Sagen Sie zum Beispiel, dass die Ausrüstung in einer Menge von mehr als 30 Stück hergestellt werden sollte oder besser, dass es sich um ein kommerzielles Produkt handelte.
• Ich interessiere mich nicht nur für rein elektrische Lösungen: Es kann mechanisch, hydraulisch sein ... (aber ohne menschliche Repeater!)
• Impedanzanpassungen (akustisch oder elektrisch ...) werden hier nicht als Verstärkung betrachtet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ANTWORTEN

• Es gab keine Verstärkung zwischen Mikrofon und Kopfhörer, auch nicht für eine 1200 km lange Übertragung, aber auf der einen Seite war Schreien und auf der anderen Seite absolute Stille erforderlich (siehe WhatRoughBeast-Antwort).

• Das Carbon-Mikrofon selbst ist ein Verstärker. Die allgemeine Definition eines Verstärkers ist nicht immer sehr einfach (siehe Antwort von Ali Chen und zweite Antwort von BillF, wenn Sie folgen können), aber es genügt zu sagen, dass ein mit einem Carbon-Mikrofon gekoppelter elektrodynamischer Lautsprecher ein elektrischer Verstärker ist (siehe nächste Seite). Hack Answer und BillF First Answer). Ich füge hinzu, dass die anderen Arten von Mikrofonen Dämpfungsglieder sind (daher die Frage)

• Die besten Telefonleitungen haben einen Verlust von nur 0,04 dB / km bei der Audiofrequenz. (Vergleiche mit 10 dB / km bei 300 kHz für unsere Telefonleitungen)

• Das lauteste Geräusch, das ein Mensch hören kann, ist mehr als 80 dB über dem niedrigsten, das er hören kann. (RussellBorogove Kommentar). Es ist möglich, dass der Ton im Horn (siehe Antwort von Peufeu) noch lauter ist, als ein Mensch ertragen kann.

Danke für die Beiträge.

Es war nicht so.

In den Anfängen (um 1890) wurde Ferngespräch von schallgedämmten Kabinen aus und häufig mit Nicht-Standardtelefonen (4-Draht-Telefone) geführt. New York nach Chicago war die Grenze der Reichweite. Bis 1911 ermöglichte die Verwendung von Ladespulen die Kommunikation von New York nach Denver. Beachten Sie jedoch, dass dies ziemlich frustrierend und mit viel Geschrei verbunden war.

1915 wurde der erste transkontinentale Anruf mit Verstärkung durch die Audion-Vakuumröhre getätigt.

Eine Verstärkung, bevor Röhrenverstärker verfügbar waren, konnte auf verschiedene Arten erreicht werden. Einige von ihnen sind:

• Verwendung eines elektrodynamischen Lautsprechers, der an ein Carbon-Mikrofon gekoppelt ist, um einen Repeater zu bilden.
• Verwendung des negativen Widerstands einer Quecksilberlampe (auch wenn dabei die physikalische Natur des negativen Widerstands nicht verstanden wurde).
• Verwendung eines Magnetverstärkers (wird noch lange nach der Röhren- und Transistor-Ära und auch heute noch in einigen Anwendungen verwendet). Magnetverstärker wurden ursprünglich Ende des 19. Jahrhunderts als Schalter und als Verstärker eingesetzt, als Röhren bereits verfügbar waren, aber eine hohe Zuverlässigkeit war sehr wichtig.

Der Trichter, in den du schreien sollst, ist eigentlich ein Horn:

Hörner sind akustische Transformatoren, sie werden normalerweise umgekehrt verwendet: Ein Hochdruckwandler ("Kompressionstreiber") ist am Hals angebracht, und das Horn gibt am anderen Ende eine akustische Niederdruckwelle mit einer viel größeren Oberfläche aus Bereich, was zu einer hohen Schallleistung führt. Grundsätzlich ein Megaphon:

Aber sie arbeiten in beide Richtungen. Bei der Montage an einem Mikrofon wird die gesamte Oberfläche des "Mundes" des Horns zur Eingabe von Schallwellen verwendet, und am anderen Ende wird ein viel höherer Druck ausgegeben, wodurch das Signal für die primitiven Mikrofone des Tages erhöht wird. .

Dies ist keine Verstärkung, da es rein passiv ist, aber ich bin sicher, es hat geholfen.

Hinweis: Hörner verzerren sich auch durch interne Reflexionen und Resonanzmoden, weshalb sie in der Regel etwas "honky" klingen.

In der Vorvakuum-Röhrentelefonanlage wurde genau das Carbon-Granulat-Mikrofon als Verstärker verwendet. Was Bell erfand, war die Verwendung des gleichen Geräts wie Lautsprecher und Mikrofon. Jetzt nennen wir dies das dynamische Mikrofon. Bells System hatte keinen Verstärkungsmechanismus; es hatte keinen eigentlichen Vorteil in Bezug auf die Reichweite der Kommunikation gegenüber zwei Blechdosen, die durch eine Schnur verbunden waren. Die praktische Reichweite war eine kleine Anzahl von Stadtblöcken.

Das Carbon-Mikrofon hat die erforderliche Eigenschaft eines Verstärkers: Es fungiert im Grunde genommen als Ventil. Somit kann das elektrische Signal eine weitaus größere Leistung haben als das akustische Signal. Mit dieser Erfindung wurde das Telefon vom Spielzeug zum Telekommunikationssystem. (Übrigens bezog sich das berühmte Zitat der leitenden Angestellten von Western Union, dass sie "zum gegenwärtigen Zeitpunkt" keine praktische Anwendung des Bell-Telefons sehen konnten, speziell auf Bell-Patente, die ihnen angeboten worden waren Einwand war genau der begrenzte Bereich.)

Das Carbon-Mikrofon wurde von Thomas Edison erfunden und er und alle anderen Beteiligten wussten genau, was vor sich ging (Verstärkung) und warum es für das Wachstum der Telefonanlage notwendig war. Die Geschichte wird ausführlich, zumindest von Edison Sicht in einem Buch von seinem Patentanwalt geschrieben, Frank Lewis Dyer, Edison Sein Leben und seiner Erfindungen, Kapitel 9. (Verfügbar ab http://www.gutenberg.org/files/820 /820-h/820-h.htm ). Das Kohlenstoffmikrofon wurde auch in einem frühen elektrischen Analogverstärker verwendet, der als "Telefonrelais" bezeichnet wurde und im wesentlichen ein Telefonhörer war, der mechanisch mit einem Kohlenstoffknopf gekoppelt war. In einem Buch von H. Peter Friedrichs mit dem Titel "Instrumente der Verstärkung: Spaß mit selbstgemachten Röhren, Transistoren und mehr" (2003) finden sich viele Informationen zu frühen Verstärkertechnologien.

Wenn Sie sich fragen, warum es so ist, dass wir nur über Bell's Beitrag zum Telefon Bescheid wissen, als es wirklich Edison war, der das System skalierbar machte, geben Sie J. Pierpont Morgan die Schuld. Er setzte die Struktur der High-Tech-Quasi-Monopole des frühen 20. Jahrhunderts in einer Neuorganisation von Unternehmen durch, die die notwendige Patentlizenzierung erzwangen. Im Wesentlichen wurde Bell das gegeben, was zu AT & T wurde, und Edison wurde GE gegeben. Es war Morgan, der eine umfassende Interpretation der Patente von Bell durchgesetzt hat, und nicht jemand, der mit dem US-Patentsystem in Verbindung steht.

Mein eigenes Interesse an dieser Geschichte reicht ein paar Jahre zurück, als ich mich überlegte, ob es einem technologischen System jemals gelungen ist, ohne Verwendung eines Verstärkungselements (um mehr als den Faktor 10) zu skalieren. Der Grund, warum dies von Interesse war und ist, sind beispielsweise die Behauptungen für reversibles und Quanten-Computing, die keine Verstärkungselemente aufweisen können. Ich beziehe in "Verstärkungselemente" solche Dinge wie den Rührstab im paläolithischen Lagerfeuer, die Paddelventile in den Kanalschleusen und die Dampfmaschinendrossel ein. Das frühe Telefonsystem schien die Ausnahme zu sein. Tatsächlich erwies es sich als das absolut klassische Beispiel eines Systemkonzepts, das bis zur Erfindung des Gain-Elements keine Auswirkung hatte.

Telefone sind älter als Vakuumröhren und natürlich Transistoren. Wie wurde die Signalverstärkung durchgeführt?

Ich erinnere mich, als ich ein Kind war, konnte man ein Plastikhandgerät kaufen, das mit einem anderen Plastikhandgerät über ein Paar Kabel verbunden war, die ungefähr dreißig Meter lang waren. Sie könnten in das Mobilteil sprechen (keine Batterien erforderlich) und am anderen Mobilteil könnte die Person Sie hören. Es funktionierte in beide Richtungen, dh es gab einen kleinen Lautsprecher (der auch als Mikrofon fungierte), der mit zwei Kabeln an einen anderen kleinen Lautsprecher im entfernten Mobilteil angeschlossen war.

Der Lautsprecher hatte einen Wirkungsgrad von ungefähr 10%, dh er koppelte ungefähr 10% der empfangenen Schallleistung und diese wurde am anderen Ende in ungefähr 1% der ursprünglichen Schallleistung umgewandelt. Es reichte aus, um ein Gespräch zu führen, und es wurden keine Batterien benötigt.

Es gibt eine Firma, die (das letzte Mal, als ich nachgesehen habe) "schallgespeiste" Telefone für brennbare Gase hergestellt hat, weil sie eigensicher sind und keine Explosion verursachen, dh diese Technologie wird bis heute verwendet.

Wenn Sie es Verstärkung nennen könnten, wurde es in dem Carbon-Mikrofon gemacht, in das Sie sprechen. Eine Spannung wurde über das Kohlenstoffelement des Mikrofons angelegt. Schallwellen veränderten den Widerstand des Elements und erzeugten einen variierenden Strom. Dies kann ein stärkeres elektrisches Signal als der Originalton erzeugen. Von dort aus würde so ziemlich alles, was das Signal durchläuft, es bis zu einem gewissen Grad dämpfen - Drähte, Transformatoren usw. Wie im Wikipedia-Artikel erwähnt, können Kohlemikrofone die Basis eines Verstärkers bilden, aber keine sehr guten.

Vor der Verstärkung von Vakuumröhren und Transistoren wurde der Schall größtenteils auf akustischer Ebene mit Hilfe von Exponentialhörnern verstärkt. Die Verstärkung erfolgt durch Erzeugung eines gerichteten Schalls und einer besseren Übereinstimmung zwischen der akustischen Impedanz von Freiluft- und Wandlermembran. Ein einfachstes Beispiel für diese Technik ist das Halten beider Handflächen um den Mund, wenn Sie in die Öffentlichkeit rufen, oder die Verwendung eines Papierkegels.

Ein besseres Design war der Edison Phonograph, Wikipedia .

Hier ist eine Ergänzung zu den bereits angebotenen Antworten, um die Rolle eines dritten Faktors zu verdeutlichen, der manchmal (verwirrend) mit Dämpfung / Verstärkung verbunden ist.

Wie 'andre' bereits in einem seiner Kommentare schrieb, ist 'Dämpfung nicht der einzige einschränkende Faktor' (in Bezug auf die Nutzbarkeit des Telefonsignals).

Für die frühen Telefonleitungen in der Zeit vor der Verstärkung war der wahrscheinlich nächstwichtigste Faktor für die Verwendbarkeit das Ausmaß der Signalverzerrung, insbesondere der Phasenverzerrung.

Ladespulen, die in Übereinstimmung mit Heavisides Theorie des Übertragungsleitungsverhaltens entworfen und angewendet wurden, reduzierten die Verzerrung erheblich. Diese Beschreibung des 'Heaviside-Zustands' (+ Referenzen) zeigt, was getan wurde, und macht deutlich, dass das Entwurfsziel 'keine Verzerrung', nicht 'kein Verlust' war.

Die induktiven Ladespulen, die zur Annäherung an den Heaviside-Zustand verwendet wurden, waren im Wesentlichen passive Elemente. Sie waren natürlich auch etwas resistiv und erhöhten daher die Leistungs- / Amplitudenverluste sogar geringfügig. Der Vorteil bei der Reduzierung der Verzerrung überwog jedoch.

In einigen Quellen wurde dieses gute und sogar dramatische Ergebnis eher verwirrend beschrieben, wenn nicht als "Verstärkung", dann sicherlich als "reduzierte Dämpfung" der Spulen (z . B. hier ). Das schlimme daran war natürlich, dass das Signal aufgrund von Verzerrungen verzerrt und unbrauchbar wurde und nicht der Verlust an Leistung oder Amplitude.

(Wenn die Bedeutung von „Dämpfung“ weit genug gefasst werden kann, um den Verlust der Verständlichkeit sowie den Verlust der Leistung / Amplitude abzudecken, ist dies vielleicht in Ordnung, aber die Quellen machen das nicht klar.)

Lassen Sie mich eine allgemeine Theorie der aktiven Systeme und des Gewinns skizzieren. Ein aktives System enthält einen "generalisierten Motor", einen Mechanismus, der auf eine Quelle von Helmholtz-freier Energie zurückgreift, um ein anderes System (die "Last") aus dem thermischen Gleichgewicht zu drängen. In der Elektrotechnik ist die Spannung spezifisch die Helmholtz-freie Energie (die einige jetzt als "Exergie" bezeichnen) pro Ladung. Und thermisches Gleichgewicht ist jeder Knoten auf Erdpotential.

Nützliche Motoren verfügen über einen Mechanismus zur Steuerung ihres Verhaltens. Eine wichtige Frage ist, wie viel Energie oder Leistung der Steuermechanismus aufnimmt. Wenn zum Beispiel ein Motor mehr Leistung benötigt, als er abgibt, haben Sie offensichtlich einen Verlust. Das Verhältnis der an die Last abgegebenen Energie zur vom Steuermechanismus aufgenommenen Energie ist die Verstärkung. (Natürlich erfüllen die Systeme, die wir Verstärker nennen, diese Definition von "Motor".)

Nun stellt sich die Frage, ob wir Energie oder Energie verbrauchen müssen. Wenn die Motorwirkung kontinuierlich ist, wird die Leistung als Leistung gemessen. Wenn der Steuermechanismus auch kontinuierlich Energie aufnimmt, ist die Eingabe auch eine Leistung, und die Verstärkung ist nur das Verhältnis dieser Größen. Es gibt jedoch häufig Fälle, in denen ein diskreter Energieeintrag eine kontinuierliche Leistung steuern kann. MOSFETs mit großer Geometrie arbeiten auf diese Weise. Was wir zitieren können, ist Ausgangsleistung über Eingangsenergie, und wir erhalten eine Zahl mit Frequenzeinheiten. Natürlich wissen wir, wie man dies als Gain-Band-With-Produkt interpretiert: Der Gain hängt davon ab, wie schnell das System arbeiten soll. Dies ist jedoch immer noch ein relevantes Maß für den Gewinn.

Nehmen wir das Beispiel einer Dampflokomotive: Die Ausgangsleistung ist ziemlich offensichtlich, aber der Steuermechanismus ist die Drossel, die eine einmalige Energieeingabe erfordert, um ihren Zustand zu ändern. Somit kann eine Lokomotive durch ihr Verstärkungsbandbreitenprodukt charakterisiert werden.

Der verbleibende Fall besteht darin, dass eine kontinuierliche Leistungsaufnahme erforderlich ist, um einen Teil der Nettoenergie in der Last aufrechtzuerhalten. Muskeln funktionieren auf diese Weise, aber kaum ein technologisch nützliches System funktioniert auf diese Weise.

Sie können dieses konzeptionelle Framework verwenden, um praktisch alles zu beschreiben, was etwas bewirkt. Eine besonders amüsante Übung ist es, sich noch einmal die Comic-Mechanismen von Rube Goldberg anzusehen und die Energiequellen, die Kontrollmechanismen und eine Schätzung des damit verbundenen Gewinns zu identifizieren. Wenn der Gesamtgewinn geringer als derjenige ist, wird die Aktion ausgeblendet und die Maschine würde zum Stillstand kommen, bevor die letzte Aktion ausgelöst wird.

Es gibt ein wundervolles Buch, das Sie sehen sollten: "Instruments of Amplification" von HP Friedrichs (AC7ZL). Es enthält viele Informationen zu Audioverstärkern, Flammendioden, Kohlenstoffbögen und anderen verrückten Ideen von Carbonmike. Elektromechanische Relais begannen ihr Leben als Verstärker für diskrete Telegraphensignale, aber es gab Versuche, sie als Audio-Leistungsverstärker zu verwenden.

Für die vielen dieser negativen Rückkopplungen war so etwas wie eine lineare Antwort erforderlich.

Google Voice of the Crystal oder besuchen Sie die ARRL-Website. Viel Spaß, aber erblindet nicht und verbrennt das Haus nicht mit Eurem Kohlenstofflichtbogen!