Khuếch đại trước khi ống và bóng bán dẫn được phát minh

Điện thoại cũ hơn ống chân không và tất nhiên là bóng bán dẫn. Làm thế nào được khuếch đại tín hiệu được thực hiện?

Ý tôi là công nghệ, không phải chi tiết.

BIÊN TẬP

Một số thông tin bổ sung mà tôi nên có ngay từ đầu:

• Câu hỏi được giới hạn trong điện thoại
• Tôi không quan tâm đến các thiết bị thí nghiệm Nói ví dụ rằng thiết bị nên được thực hiện với số lượng hơn 30 chiếc, hoặc tốt hơn là nó là một sản phẩm thương mại.
• Tôi không chỉ quan tâm đến các giải pháp hoàn toàn bằng điện: nó có thể là cơ khí, thủy lực ... (nhưng không có bộ lặp của con người!)
• thích ứng trở kháng (âm thanh hoặc điện ...) không được coi ở đây là khuếch đại.

TÓM TẮT CÁC TRẢ LỜI

• Không có bất kỳ sự khuếch đại nào giữa micrô và tai nghe, ngay cả đối với đường truyền 1200km, nhưng la hét là cần thiết ở một bên và im lặng tuyệt đối ở phía bên kia (xem câu trả lời WhatRoughBeast)

• micro carbon là một bộ khuếch đại. Các chung định nghĩa của một bộ khuếch đại không phải lúc nào cũng rất dễ dàng (xem Ali Chen câu trả lời, và BillF trả lời thứ hai, nếu bạn có thể làm theo), nhưng nó cũng đủ để nói rằng một loa điện động cùng với một micro carbon là một điện khuếch đại (xem next- hack answer và BillF anwer đầu tiên). Tôi nói thêm rằng các loại micro khác là bộ suy giảm (do đó là câu hỏi)

• các đường dây điện thoại tốt nhất chỉ mất 0,04dB / km ở tần số âm thanh. (so sánh với 10dB / km ở 300kHz cho các đường dây điện thoại của chúng tôi)

• Âm thanh xa nhất mà con người có thể đứng cao hơn 80dB so với mức thấp nhất mà anh ta có thể nghe được. (Nhận xét của RussellBorogove). Có thể là âm thanh bên trong sừng (xem câu trả lời peufeu) thậm chí còn to hơn những gì con người có thể chịu được.

Cảm ơn những đóng góp.

Không phải vậy.

Trong những ngày đầu (khoảng năm 1890) điện thoại đường dài được thực hiện từ các buồng cách âm và thường sử dụng điện thoại không chuẩn (4 dây). New York đến Chicago là giới hạn về phạm vi. Đến năm 1911, việc sử dụng các cuộn tải cho phép liên lạc từ New York đến Denver. Mặc dù vậy, lưu ý rằng điều này khá bực bội và liên quan đến nhiều tiếng la hét.

Năm 1915, cuộc gọi xuyên lục địa đầu tiên đã được thực hiện, với sự khuếch đại sử dụng ống chân không audion.

Sự khuếch đại, trước khi các bộ khuếch đại ống có sẵn, có thể đạt được bằng nhiều cách. Một số trong số họ là:

• Sử dụng loa điện động kết hợp với micrô carbon, để tạo thành bộ lặp.
• Sử dụng điện trở âm của đèn thủy ngân (ngay cả khi không hiểu được bản chất vật lý của điện trở âm).
• Sử dụng bộ khuếch đại từ tính (vẫn được sử dụng tốt sau thời đại ống và bóng bán dẫn, và thậm chí ngày nay trong một số ứng dụng). Bộ khuếch đại từ ban đầu được sử dụng như một công tắc vào cuối năm 1800, và chúng được sử dụng làm bộ khuếch đại khi các ống đã có sẵn, nhưng độ tin cậy cao là rất quan trọng.

Phễu mà bạn phải hét vào thực sự là một cái sừng:

Sừng là máy biến áp âm thanh, chúng thường được sử dụng theo cách khác: đầu dò áp suất cao ("trình điều khiển nén") được gắn trên cổ họng và sừng phát ra sóng âm áp suất thấp ở đầu bên kia với bề mặt lớn hơn nhiều diện tích, dẫn đến công suất âm thanh cao. Về cơ bản là một cái loa:

Nhưng họ làm việc cả hai cách. Khi được gắn trên micrô, toàn bộ diện tích bề mặt của "miệng" của còi được sử dụng để nhập sóng âm và ở đầu kia, nó tạo ra áp suất cao hơn nhiều, làm tăng tín hiệu có sẵn cho micrô nguyên thủy trong ngày .. .

Đây không phải là khuếch đại vì nó hoàn toàn thụ động, nhưng tôi chắc chắn rằng nó đã giúp.

Lưu ý: còi cũng bị biến dạng do phản xạ bên trong và chế độ cộng hưởng, đó là lý do tại sao chúng thường phát ra âm thanh hơi "chói tai".

Hệ thống điện thoại ống chân không sử dụng chính xác micrô hạt carbon làm bộ khuếch đại. Những gì Bell phát minh ra là việc sử dụng về cơ bản cùng một thiết bị như loa và micrô. Bây giờ chúng tôi gọi đây là micro động. Hệ thống của Bell không có cơ chế khuếch đại; nó không có lợi thế nội tại liên quan đến phạm vi giao tiếp qua hai lon thiếc được nối với nhau bằng một chuỗi. Phạm vi thực tế là một số lượng nhỏ các khối thành phố.

Micrô carbon có đặc tính cần thiết của bộ khuếch đại: về cơ bản nó hoạt động như một van. Do đó, tín hiệu điện có thể có công suất lớn hơn nhiều so với tín hiệu âm thanh. Đây là phát minh đã biến điện thoại từ một món đồ chơi thành một hệ thống viễn thông. (Nhân tiện, câu nói nổi tiếng của các giám đốc điều hành của Western Union, rằng họ không thể thấy bất kỳ ứng dụng thực tế nào của điện thoại Bell 'vào thời điểm hiện tại' đặc biệt liên quan đến các bằng sáng chế của Bell, đó là những gì họ đã được cung cấp. phản đối chính xác là phạm vi hạn chế.)

Micrô carbon được phát minh bởi Thomas Edison, và ông và mọi người khác có liên quan biết chính xác những gì đang xảy ra (khuếch đại) và tại sao cần thiết cho sự phát triển của hệ thống điện thoại. Câu chuyện được trình bày chi tiết, ít nhất là theo quan điểm của Edison trong một cuốn sách được viết bởi luật sư sáng chế của ông, Frank Lewis Dyer, Cuộc đời và những phát minh của Edison, Chương 9. (Có sẵn từ http://www.gutenberg.org/files/820 /820-h/820-h.htm ). Micrô carbon cũng được sử dụng trong một bộ khuếch đại tương tự điện ban đầu được gọi là "rơle điện thoại", về cơ bản là một máy thu điện thoại được ghép cơ học với nút carbon. Có rất nhiều thông tin về các công nghệ khuếch đại ban đầu trong một cuốn sách của H. Peter Friedrichs có tên là Công cụ khuếch đại: Vui với ống tự chế, bóng bán dẫn và hơn thế nữa (2003).

Nếu bạn đang tự hỏi tại sao chúng ta chỉ biết đến sự đóng góp của Bell cho điện thoại, thì đó thực sự là Edison, người đã làm cho hệ thống có thể mở rộng, hãy đổ lỗi cho J. Pierpont Morgan. Ông áp đặt cấu trúc của các công ty độc quyền công nghệ cao đầu thế kỷ 20 trong việc tái cấu trúc các công ty thực thi việc cấp phép bằng sáng chế cần thiết. Về bản chất, Bell đã được trao những gì đã trở thành AT & T và Edison đã được trao cho GE. Chính Morgan đã thi hành một cách giải thích phạm vi rộng về các bằng sáng chế của Bell, chứ không phải bất kỳ ai kết nối với hệ thống Bằng sáng chế Hoa Kỳ.

Mối quan tâm của riêng tôi trong lịch sử này đã quay trở lại vài năm khi tôi xem xét liệu có hệ thống công nghệ nào đã từng thành công trong việc nhân rộng (hơn là nói hệ số 10) mà không sử dụng yếu tố khuếch đại hay không. Lý do mà điều này đã và đang được quan tâm là những tuyên bố cho tính toán đảo ngược và lượng tử, ví dụ, không thể có các yếu tố đạt được. Tôi bao gồm trong "các yếu tố khuếch đại", chẳng hạn như thanh khuấy trong lửa trại Paleolithic, van mái chèo trong khóa kênh và van tiết lưu của động cơ hơi nước. Có vẻ như hệ thống điện thoại ban đầu là ngoại lệ. Trong thực tế, nó hóa ra là ví dụ hoàn toàn cổ điển của một khái niệm hệ thống không đi đến đâu cho đến khi phần tử khuếch đại được phát minh.

Điện thoại cũ hơn ống chân không và tất nhiên là bóng bán dẫn. Làm thế nào được khuếch đại tín hiệu được thực hiện?

Tôi nhớ khi tôi còn là một đứa trẻ, bạn có thể mua một chiếc điện thoại bằng nhựa kết nối với một chiếc điện thoại nhựa khác qua một cặp dây dài cả trăm feet (hoặc hơn). Bạn có thể nói chuyện với thiết bị cầm tay (không cần pin) và tại thiết bị cầm tay kia, người đó có thể nghe thấy bạn. Nó hoạt động ở cả hai hướng tức là có một loa nhỏ (được nhân đôi như một micrô) được kết nối với hai dây với một loa nhỏ khác trong thiết bị cầm tay ở xa.

Nó dựa vào loa có hiệu suất khoảng 10%, tức là nó đã ghép khoảng 10% công suất âm thanh mà nó nhận được và điều này đã được chuyển đổi thành khoảng 1% công suất âm thanh ban đầu ở đầu kia. Nó là đủ để tổ chức một cuộc trò chuyện và nó không cần pin.

Có một công ty (lần trước tôi nhìn) đã sản xuất điện thoại "chạy bằng âm thanh" cho môi trường khí dễ cháy vì thực chất chúng an toàn và sẽ không gây ra vụ nổ, tức là công nghệ này vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay.

Nếu bạn có thể gọi nó là khuếch đại, nó đã được thực hiện trong micrô carbon mà bạn nói. Một điện áp đã được áp dụng trên các yếu tố carbon của micro. Sóng âm làm thay đổi điện trở của phần tử tạo ra dòng điện khác nhau. Điều này có thể tạo ra tín hiệu điện mạnh hơn âm thanh gốc. Từ đó, hầu hết mọi thứ tín hiệu đi qua sẽ làm giảm tín hiệu ở một mức độ nào đó - dây dẫn, máy biến thế, v.v. Như đã lưu ý trong bài viết trên Wikipedia, micro carbon có thể tạo thành cơ sở của bộ khuếch đại, nhưng không phải là loại tốt.

Trước khi khuếch đại ống chân không và bóng bán dẫn, hầu hết việc khuếch đại âm thanh được thực hiện ở mức âm, bằng sừng theo cấp số nhân. Sự khuếch đại xảy ra bằng cách tạo ra âm thanh định hướng, và phù hợp hơn giữa trở kháng âm của không khí mở và màng đầu dò. Một ví dụ đơn giản nhất của kỹ thuật này là giữ cả hai lòng bàn tay quanh miệng khi hét vào nơi công cộng hoặc sử dụng nón giấy.

Một thiết kế tốt hơn là Edison Phonograph, wikipedia .

Đây là phần bổ sung cho các câu trả lời đã được cung cấp, để làm rõ vai trò của yếu tố thứ ba đôi khi được liên kết (một cách khó hiểu) với sự suy giảm / khuếch đại.

Như "andre" đã được viết trong một trong những bình luận của anh ấy, "sự suy giảm không phải là yếu tố giới hạn duy nhất" (trong khả năng sử dụng tín hiệu điện thoại).

Đối với các đường dây điện thoại đầu tiên trong thời đại trước khi khuếch đại, có lẽ yếu tố quan trọng nhất tiếp theo trong khả năng sử dụng là mức độ méo tín hiệu, đặc biệt là méo pha.

Các cuộn dây tải, được thiết kế và áp dụng theo lý thuyết về hành vi đường truyền của Heaviside, đã giảm đáng kể độ méo. Mô tả này về 'Điều kiện Heaviside' (+ tài liệu tham khảo) cho thấy những gì đã được thực hiện và làm rõ rằng mục tiêu thiết kế là 'không biến dạng', không 'không mất mát'.

Các cuộn dây tải quy nạp được sử dụng để xấp xỉ 'điều kiện Heaviside' về cơ bản là các yếu tố thụ động. Chúng tự nhiên cũng có phần điện trở, do đó thậm chí còn tăng nhẹ tổn thất công suất / biên độ. Nhưng lợi thế trong giảm méo hơn nhiều.

Trong một số nguồn, kết quả tốt và thậm chí ấn tượng này đã được mô tả khá khó hiểu, nếu không phải là 'khuếch đại', thì chắc chắn là cuộn dây 'giảm suy giảm' (ví dụ ở đây ). Tất nhiên, điều tồi tệ đã giảm là sự cắt xén và không thể sử dụng tín hiệu do méo, chứ không phải do mất công suất hoặc biên độ như vậy.

(Nếu ý nghĩa của 'sự suy giảm' có thể được sử dụng đủ rộng để bù cho sự mất thông minh cũng như mất công suất / biên độ, thì có thể ok, nhưng các nguồn không làm rõ điều đó.)

Hãy để tôi phác thảo một lý thuyết chung về các hệ thống hoạt động và đạt được. Một hệ thống hoạt động là một hệ thống chứa "động cơ tổng quát", là cơ chế lấy một nguồn năng lượng tự do Helmholtz để đẩy một hệ thống khác ("tải") ra khỏi trạng thái cân bằng nhiệt. Trong các công nghệ điện, điện áp đặc biệt là năng lượng tự do Helmholtz (mà một số người hiện đang gọi là "dị ứng") cho mỗi lần sạc. Và cân bằng nhiệt là mọi nút ở tiềm năng mặt đất.

Các động cơ hữu ích sẽ có một số cơ chế để kiểm soát hành động của chúng, và một câu hỏi quan trọng là cơ chế điều khiển hấp thụ bao nhiêu năng lượng hoặc năng lượng? Rõ ràng, nếu cần nhiều năng lượng hơn để bật một động cơ, giả sử, hơn là sức mạnh mà nó mang lại, bạn có một đề xuất bị mất. Tỷ lệ năng lượng cung cấp cho tải với năng lượng được hấp thụ bởi cơ chế điều khiển là mức tăng. (Tất nhiên các hệ thống mà chúng ta gọi là bộ khuếch đại đáp ứng định nghĩa này về "động cơ.")

Bây giờ, có một câu hỏi về việc chúng ta cần sử dụng năng lượng hay sức mạnh. Nếu hoạt động của động cơ là liên tục, đầu ra được đo là công suất. Nếu cơ chế điều khiển cũng liên tục hấp thụ năng lượng, đầu vào cũng là một công suất và mức tăng chỉ là tỷ lệ của các đại lượng này. Nhưng, chúng ta thường có những trường hợp đầu vào năng lượng rời rạc có thể điều khiển một nguồn điện liên tục. MOSFE hình học lớn hoạt động theo cách này. Những gì chúng ta có thể trích dẫn là công suất đầu ra so với năng lượng đầu vào và chúng ta có được một số có đơn vị tần số. Tất nhiên chúng tôi biết làm thế nào để diễn giải điều này như một sản phẩm có lợi ích: mức tăng phụ thuộc vào mức độ bạn muốn hệ thống hoạt động nhanh như thế nào. Nhưng, đây vẫn là một biện pháp đạt được có liên quan.

Lấy ví dụ về đầu máy hơi nước: Công suất đầu ra khá rõ ràng, nhưng cơ chế điều khiển là van tiết lưu, đòi hỏi đầu vào năng lượng một lần để thay đổi trạng thái. Do đó, một đầu máy có thể được đặc trưng bởi sản phẩm băng thông khuếch đại của nó.

Trường hợp còn lại là khi cần một nguồn năng lượng đầu vào liên tục để duy trì một số năng lượng ròng trong tải. Cơ bắp hoạt động theo cách này, nhưng hầu như không có hệ thống công nghệ hữu ích nào hoạt động theo cách này.

Bạn có thể sử dụng khung khái niệm này để mô tả hầu như bất cứ điều gì làm một cái gì đó. Một bài tập đặc biệt thú vị là quay lại và xem xét các cơ chế hoạt hình của Rube Goldberg, và xác định các nguồn năng lượng, các cơ chế kiểm soát và một số ước tính về lợi ích liên quan. Nếu mức tăng tổng thể ít hơn một, hành động sẽ tắt và máy sẽ bị đình trệ trước khi hành động cuối cùng được kích hoạt.

Có một cuốn sách tuyệt vời mà bạn nên xem: "Dụng cụ khuếch đại" của HP Friedrichs (AC7ZL). Nó cung cấp rất nhiều thông tin về các bộ khuếch đại âm thanh carbon mike, ngọn lửa sinh học, vòng cung carbon và các ý tưởng kỳ lạ khác. Rơle điện cơ bắt đầu cuộc sống của họ như là bộ khuếch đại của tín hiệu điện báo rời rạc, nhưng đã có những nỗ lực sử dụng chúng làm bộ khuếch đại công suất âm thanh.

Đối với nhiều phản hồi tiêu cực này là cần thiết để có được một cái gì đó giống như một phản ứng tuyến tính.

Google Voice of the Crystal hoặc truy cập trang web ARRL. Hãy vui vẻ, nhưng đừng mù quáng hoặc đốt cháy nhà bằng hồ quang carbon của bạn!