튜브와 트랜지스터가 발명되기 전의 증폭

전화는 진공관과 트랜지스터보다 오래되었습니다. 신호 증폭은 어떻게 이루어 졌습니까?

세부 사항이 아닌 기술을 의미합니다.

편집하다

처음에 추가해야 할 몇 가지 추가 정보 :

• 질문은 전화로 제한됩니다
• 실험 장비에는 관심이 없습니다. 예를 들어, 장비가 30 개 이상의 수량으로 제조되었거나 상용 제품이되어야한다고 가정하십시오.
• 나는 순수한 전기 솔루션에만 관심이 없습니다 : 기계적, 유압 적 일 수 있습니다 ... (그러나 인간의 리피터없이!)
• 임피던스 적응 (음향 또는 전기 ...)은 여기서 증폭으로 간주되지 않습니다.

답변 요약

• 1200km 전송의 경우에도 마이크와 헤드폰간에 증폭이 없었지만 한쪽에서는 소리가 필요하고 다른 쪽에서는 절대 침묵이 필요했습니다 (WhatRoughBeast 답변 참조)

• 카본 마이크 자체는 증폭기입니다. 증폭기 의 일반적인 정의가 항상 쉬운 것은 아니지만 (알리 첸 (Ali Chen) 답변 및 BillF의 두 번째 답변 (따라 갈 수있는 경우) 참조), 카본 마이크에 연결된 전기 역학 스피커는 전기 증폭기 라고 말할 수 있습니다 (다음 참조). 해킹 답변과 BillF 첫 번째 대답). 나는 다른 종류의 마이크가 감쇠기라고 덧붙입니다.

• 최상의 전화선은 오디오 주파수에서 0.04dB / km의 손실 만 있습니다. (전화 회선의 경우 300kHz에서 10dB / km과 비교)

• 사람이 설 수있는 가장 큰 소리는 그가들을 수있는 가장 낮은 것보다 80dB 이상 높습니다. (RussellBorogove 의견). 경적 내부의 소리 (푸푸 답변 참조)가 사람이 설 수있는 것보다 훨씬 더 클 수 있습니다.

기부 해 주셔서 감사합니다.

아니었다.

초기 (약 1890 년) 장거리 전화는 방음 부스에서 이루어졌으며 종종 비표준 (4 선식) 전화를 사용했습니다. 뉴욕에서 시카고까지의 범위가 한계였습니다. 1911 년까지 로딩 코일을 사용하여 뉴욕에서 덴버로 통신 할 수있었습니다. 그러나 이것은 매우 실망스럽고 많은 소리를 지르는 것에 주목하십시오.

1915 년에 오디오 진공관을 사용하여 증폭하면서 최초의 대륙 횡단 호출이 이루어졌습니다.

튜브 증폭기를 사용하기 전에 여러 가지 방법으로 증폭을 달성 할 수 있습니다. 그들 중 일부는 다음과 같습니다.

• 카본 마이크로폰에 연결된 전기 다이나믹 스피커를 사용하여 중계기를 형성합니다.
• 수은 램프의 네거티브 저항 사용 (네거티브 저항의 물리적 특성이 이해되지 않더라도).
• 자기 증폭기 사용 (여전히 튜브 및 트랜지스터 시대 이후에도 사용되며 오늘날에도 일부 응용 분야에서 사용됨). 자기 증폭기는 1800 년 후반에 스위치로 사용되었으며 튜브를 이미 사용할 수 있었을 때 증폭기로 사용되었지만 높은 신뢰성이 매우 중요했습니다.

소리를 질러야하는 깔때기는 실제로 뿔입니다.

혼은 음향 트랜스포머이며 일반적으로 다른 방법으로 사용됩니다. 고압 변환기 ( "압축 드라이버")가 목구멍에 장착되고 혼은 다른 쪽 끝에 훨씬 더 큰 표면을 가진 저압 음향 파를 출력합니다. 높은 음향 성능을 제공합니다. 기본적으로 확성기 :

그러나 그들은 두 가지 방식으로 작동합니다. 마이크에 장착 할 때 혼의 "입"의 전체 표면적은 음파를 입력하는 데 사용되며, 다른 쪽에서는 훨씬 더 높은 압력을 출력하여 오늘날의 기본 마이크에 사용할 수있는 신호를 증가시킵니다. .

이것은 순전히 수동적이므로 증폭이 아니지만 도움이되었다고 확신합니다.

참고 : 내부 반사 및 공명 모드로 인해 혼이 왜곡되기 때문에 보통 "약간"소리가납니다.

진공 전 튜브 전화 시스템은 정확하게 카본 과립 마이크를 증폭기로 사용했습니다. Bell이 발명 한 것은 스피커 및 마이크와 본질적으로 동일한 장치를 사용하는 것입니다. 이제 이것을 다이나믹 마이크라고합니다. 벨의 시스템은 이득 메커니즘이 없었다. 스트링으로 연결된 두 개의 깡통에 대한 통신 범위와 관련하여 본질적인 이점이 없었습니다. 실제 범위는 소수의 도시 블록이었습니다.

카본 마이크로폰은 앰프의 필수 특성을 가지고 있으며 기본적으로 밸브 역할을합니다. 따라서, 전기 신호는 음향 신호보다 훨씬 큰 전력을 가질 수있다. 이것은 전화를 장난감에서 통신 시스템으로 가져간 발명품이었습니다. (현재, Western Union 경영진의 유명한 인용문에 따르면, 현재 '벨'전화의 실제 적용을 볼 수 없다는 것은 구체적으로 그들이 제공 한 Bell의 특허와 관련이 있습니다. 이의 제기는 정확히 제한된 범위였습니다.)

카본 마이크는 토마스 에디슨 (Thomas Edison)이 발명했으며 그와 관련된 모든 사람들은 무슨 일이 일어나고 있는지 (증폭) 전화 시스템의 성장에 필요한 이유를 정확히 알고있었습니다. 이 이야기는 에디슨의 관점에서 적어도 그의 변리사 프랭크 루이스 다이어 (Frank Lewis Dyer), 에디슨의 그의 삶과 발명, 9 장에 의해 쓰여진 책에서 자세히 설명되어있다. ( http://www.gutenberg.org/files/820 /820-h/820-h.htm ). 카본 마이크로폰은 또한 본질적으로 카본 버튼에 기계적으로 연결된 전화 수신기 인 "전화 릴레이"라 불리는 초기 전기 아날로그 증폭기에 사용되었다. H. Peter Friedrichs의 저서에는 증폭 증폭기 : 수제 튜브, 트랜지스터 등의 재미 (2003)라는 초기 증폭기 기술에 관한 많은 정보가 있습니다.

전화를 통한 Bell의 기여 만 알고있는 이유가 궁금하다면 실제로 Edison이 시스템을 확장 가능하게 만든 J. Pierpont Morgan을 비난했습니다. 그는 필요한 특허 라이센싱을 시행 한 회사들의 재협상에서 20 세기 초 첨단 준 모노 폴리의 구조를 부과했다. 본질적으로 벨은 AT & T가되었고 에디슨은 GE를 받았다. 미국 특허 시스템에 연결된 사람이 아니라 Bell의 특허에 대한 광범위한 해석을 시행 한 사람은 Morgan이었습니다.

이 역사에 대한 저의 관심은 어떤 기술 시스템이 이득 요소를 사용하지 않고 스케일링 (10 배 이상)에 성공했는지를 조사하던 몇 년 전으로 거슬러 올라갑니다. 이것이 관심의 대상이 된 이유는 예를 들어 이득 요소를 가질 수없는 가역 및 양자 컴퓨팅에 대한 주장 때문입니다. 나는 구석기 모닥불의 교반 스틱, 운하 잠금 장치의 패들 밸브 및 증기 엔진 스로틀과 같은 것을 "증폭 요소"에 포함시킵니다. 초기 전화 시스템은 예외 인 것처럼 보였다. 실제로 이것은 게인 요소가 발명 될 때까지 아무데도 없었던 시스템 개념의 절대적인 고전적인 사례로 판명되었습니다.

전화는 진공관과 트랜지스터보다 오래되었습니다. 신호 증폭은 어떻게 이루어 졌습니까?

내가 어렸을 때 길이가 100 피트 (또는 그 정도) 인 한 쌍의 전선을 통해 다른 플라스틱 핸드셋에 연결된 플라스틱 핸드셋을 구입할 수 있다는 것을 기억합니다. 송수화기 (배터리 불필요)에 말하고 다른 송수화기에서 상대방의 말을들을 수 있습니다. 두 방향으로 연결된 작은 스피커 (마이크로폰으로 두 배)가 먼 송수화기의 다른 작은 스피커에 연결되었습니다.

이 스피커는 약 10 % 효율 인 스피커에 의존했습니다. 즉, 수신 한 음향 파워의 약 10 %를 결합했으며, 다른 쪽 끝에서 원래 사운드 파워의 약 1 %로 변환되었습니다. 대화를하기에 충분했고 배터리가 필요하지 않았습니다.

가연성 가스 환경을 위해 "마지막으로 본"전화를 생산 한 회사는 본질적으로 안전하고 폭발을 일으키지 않기 때문에이 기술은 오늘날에도 여전히 사용되고 있습니다.

그것을 증폭이라고 부를 수 있다면, 그것은 당신이 말하는 카본 마이크로폰 에서 수행 된 것입니다 . 마이크의 탄소 요소에 전압이인가되었다. 음파는 소자의 저항을 변화시켜 다양한 전류를 생성합니다. 이것은 원래의 사운드보다 더 강력한 전기 신호를 생성 할 수 있습니다. 거기에서 신호가 겪은 거의 모든 것이 전선, 변압기 등과 같은 신호를 어느 정도 감쇠시킬 수 있습니다. Wikipedia 기사에서 언급했듯이 카본 마이크는 증폭기의 기초를 형성 할 수는 있지만 아주 좋은 것은 아닙니다.

진공관 및 트랜지스터 증폭 전에, 소리의 대부분의 증폭은 지수 적 혼에 의해 음향 레벨에서 수행되었다. 증폭은 지향성 사운드를 생성하고 야외의 음향 임피던스와 트랜스 듀서 멤브레인 사이의 더 나은 일치를 통해 발생합니다. 이 기술의 가장 간단한 예는 소리를 지르거나 종이 콘을 사용할 때 두 손바닥을 입 주위에 고정시키는 것입니다.

더 나은 디자인은 Wikipedia 의 Edison 축음기 였습니다 .

여기에 이미 제공된 답변에 대한 보충 자료가 있는데, 때로는 감쇠 / 증폭과 (혼동 적으로) 연결되는 세 번째 요소의 역할을 명확히하기위한 것입니다.

'안드레'가 이미 그의 의견 중 하나에서 썼 듯이, '전화 신호의 유용성에서'감쇠 만이 유일한 제한 요소는 아니다 '.

증폭 이전 시대의 초기 전화선의 경우, 사용성에서 다음으로 중요한 요소는 신호 왜곡 정도, 특히 위상 왜곡 정도일 것입니다.

전송선 거동에 대한 헤비 사이드의 이론에 따라 설계되고 적용된 로딩 코일은 왜곡을 크게 줄였습니다. '헤비 사이드 조건' (+ 참조)에 대한이 설명 은 수행 된 작업을 보여 주며 디자인 목표가 '손실 없음'이 아니라 '왜곡 없음'임을 분명히합니다.

'헤비 사이드 조건'을 근사화하는 데 사용되는 유도 성 로딩 코일은 본질적으로 수동적 인 요소였습니다. 그것들은 당연히 다소 저항력이있어 전력 / 진폭 손실이 약간 증가합니다. 그러나 왜곡 감소의 이점은 그보다 더 중요합니다.

일부 소스에서,이 우수하고 극적인 결과는 '애플리케이션'이 아니라면 코일이 '감쇠 감소'(예 : 여기 ) 와 같이 다소 혼란스럽게 설명되었습니다 . 물론, 전력 손실이나 진폭 손실이 아니라 왜곡으로 인한 신호의 왜곡과 사용 불능이 줄어든 단점이 있습니다.

( '감쇠'의 의미가 명료성의 손실뿐만 아니라 전력 / 진폭의 손실을 포괄 할 수있을 정도로 광범위하게 취해질 수 있다면, 아마도 괜찮을 수도 있지만, 그 출처는 명확하지 않습니다.)

활동적인 시스템과 이득에 대한 일반적인 이론을 설명하겠습니다. 활성 시스템은 "일반화 된 엔진"을 포함하는 시스템으로, 일부 시스템은 Helmholtz 자유 에너지를 이용하여 다른 시스템 ( "부하")을 열 평형에서 멀어지게하는 메커니즘입니다. 전기 기술에서 전압은 구체적으로 충전 당 Helmholtz가없는 에너지 (현재 일부는 "에너지"라고 함)입니다. 그리고 열 평형은 접지 전위의 모든 노드입니다.

유용한 엔진에는 작동을 제어하는 ​​메커니즘이 있으며 핵심 질문은 제어 메커니즘이 얼마나 많은 에너지 또는 전력을 흡수 하는가입니다. 물론 모터를 켜는 데 더 많은 전력이 필요한 경우 (예 : 모터가 제공하는 전원보다) 제안이 손실됩니다. 제어 메커니즘에 의해 흡수 된 에너지에 대한 부하로 전달 된 에너지의 비율이 이득이다. (물론 우리가 증폭기라고 부르는 시스템은이 "엔진"의 정의를 충족시킵니다.)

이제 에너지를 사용해야하는지 아니면 전력을 사용해야하는지에 대한 의문이 있습니다. 엔진의 작동이 연속적이면 출력은 동력으로 측정됩니다. 제어 메커니즘이 지속적으로 에너지를 흡수하는 경우 입력도 전력이며 이득은 이러한 양의 비율입니다. 그러나, 우리는 종종 에너지의 개별 입력이 연속 전력을 제어 할 수있는 경우가 있습니다. 대형 지오메트리 MOSFET이 이런 식으로 작동합니다. 우리가 인용 할 수있는 것은 입력 에너지에 대한 출력 전력이며 주파수 단위를 가진 숫자를 얻습니다. 물론 우리는 이것을 제품과 함께 이득 대역으로 해석하는 방법을 알고 있습니다. 이득은 시스템 작동 속도에 달려 있습니다. 그러나 이것은 여전히 ​​적절한 이득 측정치입니다.

증기 기관차의 예를 보자. 출력은 다소 분명하지만, 제어 메커니즘은 스로틀이며, 상태를 변경하려면 일회성 에너지 입력이 필요하다. 따라서 기관차는 그 이득 대역폭 곱으로 특징 지어 질 수있다.

나머지 경우는 부하에서 일부 순 에너지를 유지하기 위해 지속적인 전력 입력이 필요한 경우입니다. 근육은 이런 식으로 작동하지만 기술적으로 유용한 시스템은 거의 작동하지 않습니다.

이 개념적 프레임 워크를 사용하여 실제로 수행하는 모든 작업을 설명 할 수 있습니다. 특히 재미있는 운동은 돌아가서 Rube Goldberg의 만화 메커니즘을 살펴보고 에너지 원, 제어 메커니즘 및 관련 이득의 추정치를 식별하는 것입니다. 전체 게인이 작은 게인 경우, 동작이 어지럽히고 최종 동작이 트리거되기 전에 기계가 정지합니다.

HP Friedrichs (AC7ZL)의 "증폭 계측기"라는 훌륭한 책이 있습니다. 카본 마이크 오디오 앰프, 불꽃 삼극 판, 카본 아크 및 기타 이상한 아이디어에 대한 많은 정보를 제공합니다. 전기 기계식 릴레이는 이산 전신 신호 증폭기로 수명을 시작했지만 오디오 전력 증폭기로 사용하려는 시도가있었습니다.

이러한 부정적인 피드백의 대부분은 선형 응답과 같은 것을 얻기 위해 필요했습니다.

Crystal의 Google 보이스 또는 ARRL 웹 사이트로 이동하십시오. 재미있게 보내십시오. 그러나 눈을 가리거나 탄소 아크로 집을 태우지 마십시오!