La amplificación antes de que se inventaran los tubos y los transistores

Question

Los teléfonos son más antiguos que los tubos de vacío y, por supuesto, que los transistores. ¿Cómo se hacía la amplificación de la señal?

Me refiero a la tecnología, no a los detalles.

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Algunas informaciones adicionales que debería haber dado al principio :

• La pregunta se limita a la telefonía
• No me interesan los equipos experimentales Digamos por ejemplo que el equipo debe haber sido hecho en cantidad superior a 30 piezas, o mejor que haya sido un producto comercial.
• No sólo me interesan las soluciones puramente eléctricas: pueden ser mecánicas, hidráulicas... (¡pero sin repetidores humanos!)
• Las adaptaciones de impedancia (acústica o eléctrica...) no se consideran aquí como amplificación.

RESUMEN DE LAS RESPUESTAS

• No había ninguna amplificación entre el micrófono y el auricular, incluso para una transmisión de 1200 km, pero era necesario gritar en un lado, y el silencio absoluto en el otro lado (ver la respuesta de WhatRoughBeast)

• el propio micrófono de carbono es un amplificador. El general La definición de un amplificador no siempre es muy fácil (ver la respuesta de Ali Chen, y la segunda respuesta de BillF, si se puede seguir), pero basta con decir que un altavoz electrodinámico acoplado a un micrófono de carbono es un eléctrico amplificador (ver la respuesta del siguiente hack y la primera respuesta de BillF). Agrego que los otros tipos de micrófonos son atenuadores (de ahí la pregunta)

• las mejores líneas telefónicas tienen una pérdida de sólo 0,04dB/km en la frecuencia de audio. (compárese con los 10dB/km a 300kHz de nuestras líneas telefónicas)

• El sonido más fuerte que puede soportar un ser humano es más de 80dB por encima del más bajo que puede escuchar. (Comentario de RussellBorogove). Es posible que el sonido dentro de la bocina (ver respuesta de peufeu) sea aún más fuerte que lo que un humano puede soportar.

Gracias por las contribuciones.

Answer 1

Si se puede llamar amplificación, se hizo en el micrófono de carbono en el que hablas. Se aplicó un voltaje a través del elemento de carbono del micrófono. Las ondas sonoras alteraron la resistencia del elemento produciendo una corriente variable. Esto puede producir una señal eléctrica más potente que el sonido original. A partir de ahí, casi todo lo que la señal atravesaba la atenuaba en cierta medida: cables, transformadores, etc. Como se indica en el artículo de la Wikipedia, los micrófonos de carbono pueden constituir la base de un amplificador, pero no uno muy bueno.

Answer 2

Antes de los tubos de vacío y la amplificación con transistores, la mayor parte de la amplificación del sonido se hacía a nivel acústico, mediante bocinas exponenciales. La amplificación se produce mediante la creación de un sonido direccional, y una mejor adaptación entre la impedancia acústica del aire libre y la membrana del transductor. Un ejemplo muy sencillo de esta técnica es poner las dos palmas de las manos alrededor de la boca cuando se grita en público, o utilizar un cono de papel.

Un diseño mejor era el Fonógrafo Edison, wikipedia .

Answer 3

He aquí un complemento a las respuestas ya ofrecidas, para aclarar el papel de un tercer factor a veces vinculado (confusamente) con la atenuación/amplificación.

Como ya escribió "andre" en uno de sus comentarios, "la atenuación no es el único factor limitante" (en la usabilidad de la señal telefónica).

En las primeras líneas telefónicas de la época anterior a la amplificación, probablemente el siguiente factor más importante para la usabilidad era el grado de distorsión de la señal, especialmente la distorsión de fase.

Las bobinas de carga, diseñadas y aplicadas de acuerdo con la teoría de Heaviside sobre el comportamiento de las líneas de transmisión, redujeron considerablemente la distorsión. Esta descripción de la "condición Heaviside (+ referencias) muestra lo que se hizo y deja claro que el objetivo del diseño era "no distorsionar", no "no perder".

Las bobinas de carga inductiva utilizadas para aproximar la "condición Heaviside" eran elementos esencialmente pasivos. Naturalmente, también eran algo resistivas, por lo que aumentaban marginalmente las pérdidas de potencia/amplitud. Pero la ventaja de la reducción de la distorsión lo compensaba.

En algunas fuentes, este buen e incluso dramático resultado se ha descrito de forma bastante confusa, si no como "amplicación", sí como que las bobinas "reducen la atenuación" (por ejemplo. aquí ). Por supuesto, lo malo que se redujo fue la confusión y la inutilización de la señal debido a la distorsión, no la pérdida de potencia o amplitud como tal.

(Si el significado de "atenuación" puede tomarse de forma lo suficientemente amplia como para abarcar la pérdida de inteligibilidad así como la pérdida de potencia/amplitud, entonces tal vez esté bien, pero las fuentes no lo dejan claro).

Answer 4

Permítanme esbozar una teoría general de los sistemas activos y la ganancia. Un sistema activo es aquel que contiene un "motor generalizado", es decir, un mecanismo que recurre a alguna fuente de energía libre de Helmholtz para empujar a otro sistema (la "carga") fuera del equilibrio térmico. En las tecnologías eléctricas, el voltaje es específicamente la energía libre de Helmholtz (que algunos llaman ahora "exergía") por carga. Y el equilibrio térmico es cada nodo a potencial de tierra.

Los motores útiles tendrán algún mecanismo para controlar su acción, y una pregunta clave es cuánta energía o potencia absorbe el mecanismo de control. Obviamente, si se necesita más energía para encender un motor, por ejemplo, que la que entrega, se tiene una propuesta perdedora. La relación entre la energía entregada a la carga y la energía absorbida por el mecanismo de control es la ganancia. (Por supuesto, los sistemas que llamamos amplificadores cumplen esta definición de "motor").

Ahora se plantea la cuestión de si hay que utilizar la energía o el poder. Si la acción del motor es continua, la salida se mide como potencia. Si el mecanismo de control también absorbe energía de forma continua, la entrada también es una potencia, y la ganancia es sólo la relación de estas cantidades. Pero a menudo tenemos casos en los que una entrada discreta de energía puede controlar una potencia continua. Los MOSFET de gran geometría funcionan así. Lo que podemos citar es la potencia de salida sobre la energía de entrada, y obtenemos un número que tiene unidades de frecuencia. Por supuesto, sabemos interpretarlo como un producto de ganancia-banda: la ganancia depende de la rapidez con la que queremos que funcione el sistema. Pero sigue siendo una medida de ganancia relevante.

Tomemos el ejemplo de una locomotora de vapor: La potencia de salida es bastante obvia, pero el mecanismo de control es el acelerador, que requiere una única entrada de energía para cambiar su estado. Así, una locomotora puede caracterizarse por su producto de ganancia-ancho de banda.

El caso restante es aquel en el que se requiere una entrada continua de potencia para mantener cierta energía neta en la carga. Los músculos funcionan así, pero casi ningún sistema tecnológicamente útil lo hace.

Se puede utilizar este marco conceptual para describir prácticamente cualquier cosa que haga algo. Un ejercicio especialmente divertido es volver a mirar los mecanismos de los dibujos animados de Rube Goldberg, e identificar las fuentes de energía, los mecanismos de control y alguna estimación de la ganancia implicada. Si la ganancia total es menor que uno, la acción se desvanecerá y la máquina se detendrá antes de que se desencadene la acción final.

Answer 5

Hay un libro maravilloso que deberías ver: "Instrumentos de Amplificación" de H. P. Friedrichs (AC7ZL). Da mucha información sobre los amplificadores de audio de micrófono de carbono, los triodos de llama, los arcos de carbono y otras ideas extrañas. Los relés electromecánicos comenzaron su vida como amplificadores de señales telegráficas discretas, pero hubo intentos de utilizarlos como amplificadores de potencia de audio.

Para muchos de ellos era necesaria una retroalimentación negativa para obtener algo parecido a una respuesta lineal.

Busque en Google la Voz del Cristal, o vaya al sitio web de la ARRL. ¡Diviértete, pero no te quedes ciego ni quemes la casa con tu arco de carbono!