Комбинируя эту пластину с аппаратом Педжа, Филини Рейс построил прибор. с помощью которого мог передавать на довольно значительное расстояние музыкальные звуки. В 1861 году Рейс в лекции, прочитанной во Франкфуртском физическом обществе, описал свой прибор, названный им телефоном, и продемонстрировал свои опыты. Прибор его состоял из передатчика, батареи, соединяющего провода и приемника. Передатчик представлял собой квадратный полый ящик с открывающейся верхней крышкой. Круглое отверстие в крышке было закрыто натянутой перепонкой из тонкой свиной кишки. В одну из боковых стенок ящика вставлялся рупор, в который говорили. Звуковые волны передавались через внутреннюю полость ящика перепонке. Посредине наружной поверхности перепонки была прикреплена воском тоненькая платиновая пластинка, от которой проведена очень тонкая платиновая или медная пластинка к зажиму. К передатчику был прикреплен медный рычаг, на верхушке которого находился платиновый штифтик, лежащий на пластинке. Для лучшей токопроводности в углубление пластинки впивали немного ртути. От конца рычага шла проволока к зажиму, затем в линию и к приемнику. Приемник состоял из проволочной катушки со стержнем из мягкого железа, толщиной приблизительно 1,5 мм; выступающие с обеих сторон концы его упирались в две подставки, помещенные на деке. Для большего усиления звука катушка прикрывалась коробкой с двумя слуховыми отверстиями. Один конец катушки был соединен с зажимом и линией, другой - с другим зажимом и землей.
Изобретение Рейса породило много шума, но не было оценено по достоинству, а идея Рейса не получила практического применения. В Европе она была почти совсем забыта, и только несколько лет спустя нашла себе последователей в Америке, в лице Грэхема Белла из Бостона и Элиза Грея из Чикаго. Но еще до изобретения Белла и Грея, Верлей еще в 1870 г заметил, что быстро заряжаемый и разряжаемый конденсатор производит звук. На этом свойстве конденсатора были построены телефоны Верпея и Дольбира.
Приемная диафрагма представляла собой обкладку конденсатора, которая под действием колебаний заряда колебалась соответственно изменениям электродвижущей силы в передающем приборе. Несмотря на усовершенствования Полярда и Гарнье, этот телефон-конденсатор не получил практического применения.
История справедливо считает изобретателем телефона профессора физиологии речи в Школе ораторского искусства Бостонского университета 29-летнего шотландца Александра Грехема Белла.
С 1873 года Белл работал над изобретением гармонического телеграфа. Этот прибор должен был по одному телеграфному проводу передавать одновременно семь телеграмм (по числу нот в октаве). Использовалось при этом семь пар гибких металлических пластинок. Каждая пара настраивалась на свою частоту. Во время опытов 2 июня 1875 года свободный конец одной из пластинок на передающей стороне линии приварился к контакту. Помощник Белла механик Томас Ватсон пытался устранить эту неисправность и при этом нецензурно выражался. Белл в это время в другой комнате работал с приемными пластинками. Он уловил пришедший по проводам едва слышный звук ругательств своего механика. Гениальному учёному этого стало достаточно для решающего шага к изобретению телефона. Белл понял, что самопроизвольно закрепленная на обоих концах пластинка превратилась в своеобразную гибкую мембрану. Она находилась над полюсом магнита и изменяла его магнитный поток. При этом ток, поступающий в линию, изменялся в такт с колебаниями воздуха, вызываемыми бормотанием Ватсона.
Почти год Белл совершенствовал свое изобретение. Заявку на изобретение он подал 14 февраля 1876 года, а 7 марта получил патент. 10 марта 1876 года состоялась передача первой членораздельной фразы, ставшей исторической: "Мистер Ватсон, идите сюда. Вы мне нужны. "Эта передача была осуществлена по 12-ти метровому проводу, соединяющему квартиру Белла с лабораторией на чердаке.
На первенство в изобретении телефона претендовали многие, в том числе итальянцы И. Манзетти и А. Майччи. Уже в 1878 году в США начались судебные процессы, в которых оспаривалось первенство Белла в изобретении телефона. Против него выступило почти три десятка человек, приписывающих себе изобретение основных частей телефона. Решением суда первоначально было отклонено шесть исков. Претензии ряда ученых (МакДоноута, Эдисона, Грея, Долбира, Блейка, Ирвина и Фелькера) были взяты в отдельные судебные производства, разделены на 11 пунктов, по каждому из которых выносилось самостоятельное решение. Суд признал по восьми пунктам первенство за Беллом, по двум - за Эдисоном, по одному - за МакДоноутом.
Грей не выиграл ни одного пункта на этом судебном процессе, хотя в историю он вошел, как основной соперник Белла в вопросе изобретения телефона, б памятный день изобретения телефона, 14 февраля 1876 года, Беллом была подана заявка на "Телеграфное устройство, при помощи которого можно передавать человеческую речь". Через два часа в то же Бюро патентов (город Вашингтон) подал заявку известный специалист по электротехнике из Чикаго Элайша Грей. Заявка называлась "Устройство для передачи и приема вокальных звуков телеграфным способом".
Не буду сопоставлять достоинства обоих устройств. Белл патентовал готовое устройство, а Грей лишь подавал предварительное уведомление о намерении изобрести устройство с указанием предполагаемого принципа его действия. Следует обратить внимание на слово "caveat" в заявке Грея, что переводится как "предостережение" или "протест".
Комментарии
Этот протест по законам США
Этот протест по законам США блокировал возможность выдачи патента на телефон любым претендентам в течение года. Этим Грей надеялся получить фору в состязании за первенство. Грей, как гражданин США, имел право на такой "протест", а подданный Великобритании Белл - нет. Но “протест” Грея запоздал, и изобретателем телефона считается Белл. Из старинных рисунков очевидно, что телефонные системы эти двух изобретателей принципиально различаются.
Таким образом, наиболее удачный вариант телефона представил 14 февраля 1876 г. Грэхем Белл.
Сообщение Белла об его изобретении было встречено публикой с большим недоверием. Одним из первых, кто сразу же оценил значение этого изобретения, был Вильям Томсон. "В Канадском департаменте я слышал переданные по телефонной проволоке слова: "быть или не быть? ... вот в чем вопрос"; не довольствуясь однако односложными словами, электрическая речь пошла гораздо далее у передала мне несколько извлечений из Нью-Йорке ко и газеты".
Дальнейшая разработка вопроса о передаче речи электрическим путем привела к особым передающим приборам, так называемым микрофонам. Еще в 1856 году Дю-Менсель показал, что изменение давления в точке соприкосновения двух проводников оказывает большое влияние на силу тока. "Довольно интересное явление, которое на первый взгляд как будто противоречит принятой теории электричества, - представляет тот факт, что более наименее сильное давление в точке соприкосновения двух проводников имеет сильное влияние на силу проходящего через них тока". Это открытие послужило основанием Давиду Эдвинму Юзу для изобретения им микрофона. Основной принцип его микрофона заключался в введении в цепь тока проводника, сопротивление которого изменялось также, как производимые вблизи него звуковые колебания.
Микрофон Юза, представленный им 9 мая 1878 года Королевскому обществу в Лондоне, состоял из дощечки с прикрепленными к ней двумя угольными колодками, в выемки которых вставлен заостренный с обоих концов уголек. Угли были соединены проволокой с батареей и телефоном. Звук перед дощечкой приводил к соответствующим колебаниям в ней. Колебания передавались уголькам микрофона, вследствие чего заостренный уголек то сильнее, то слабее прижимался к колодкам и тем увеличивал или уменьшал сопротивление цепи, что изменяло силу тока в цепи. Изменение силы тока в цепи заставляло колебаться пластинку телефона, и в телефоне были слышны все звуки, произносимые перед пластинкой. Это изобретение Юза обратило на себя всеобщее внимание и привело к изобретению целого ряда микрофонов.
Магнитные
Магнитные телефоны
Представленный Беллом в Филадельфии аппарат состоял из передатчика и приемника. Передаточный механизм включал в себя электромагнит и колеблющуюся перепонку, к которой примыкала арматура электромагнита. Приемник представлял собой также электромагнит. К нему была прикреплена винтом легкая арматура из железа.
Звук в этом приборе получался за счет индукции, производимой арматурой на ток батареи, проходящий через электромагнит передаточного механизма. Главный недостаток первоначального приемника заключался в том, что он не мог служить передаточным прибором, так что требовались на каждой из переговорных станций два прибора. После продолжительного ряда опытов Белл уничтожил батарею и поместил перед катушками постоянный магнит.
Усовершенствованный телефон Белла состоял из трех основных частей: (рис. 4) магнитной полосы Б, спирали из тонкой изолированной проволоки, проходящей вокруг одного из полюсов этой полосы, и тонкой железной пластинки или диафрагмы ЕЕ, расположенной близ спирали, у того же полюса полосы, перпендикулярно к продольной ее оси. Изолированная проволока спирали тянулась до другого абонента, соединялась там с проволокой другой спирали такого же прибора и возвращалась к первой спирали, замыкая цепь.
Если произносились звуки в воронку прибора АА, расположенной против диафрагмы ЕЕ, то последняя приходила в колебание. Эти колебания изменяли магнитное состояние железной полосы Б Фарадея, производили в изолированной проволоке индукционный ток, который в проволоке спирали другого прибора, изменял магнетизм его железной полосы. Она от этого производила попеременно, то притяжение, то отталкивание диафрагмы. Эти переменные движения диафрагмы вперед и назад, тождественные с движениями диафрагмы первого прибора, передавались окружающему воздуху и повторяли те же звуки, действующие на пластинку телефона второго прибора. В таком виде каждый из телефонов, находящихся на двух оконечностях изолированной проволоки, мог служить и для приема, и для передачи звуков.
Последователи Белла обратили внимание преимущественно на два главных обстоятельства: на регулировку прибора и на усиление в нем звука. Регулировка была достигнута присоединением к прибору особых винтов, позволяющих удалять или приближать железную диафрагму от ближайшего полюса магнита. Усиления звука в телефоне первым добился Говер, который для этой цели применил сильный изогнутый магнит (рис. 5, а), на загнутых концах которого насажены продолговатые железные кольца (рис. 5, б), окруженный спиралями из изолированной проволоки. Части эти заключены в медную коробку (рис. 5, в) и прикреплены к ее крышке, снабженной утолщенной диафрагмой (рис. 5, г).
Чтобы можно было предупредить
Чтобы можно было предупредить лицо, с которым желательно было говорить, в вибрирующей диафрагме проделывалось маленькое отверстие. В него вводился вибрирующий язычок, насаженный на медную ножку В трубку передатчика дули, язычок начинал вибрировать, производя громкий свист, который тотчас же передавался в приемник. Его язычок, в свою очередь, производил свист достаточно сильный, чтобы обратить на себя внимание.
Сименс и Адер использовали сосредоточенные полюса, причем Сименс снабдил свой телефон усиливающим звук металлическим чехлом, а Адер придумал особое приспособление для магнита, состоящее в том, что на другом конце магнита, у воронки, было прикреплено кольцо из мягкого железа, называемое возбудителем. Кольцо это значительно увеличивало силу магнита и придавало большую чувствительность прибору. В телефоне Адера магнит ЕЕ был согнут кольцеобразно, что облегчало подвешивание аппарата, когда им не пользовались. Катушки ДД окружали полюса магнита.
Над вибрирующею пластинкой ВВ находилось кольцо из мягкого железа ГГ, предназначенное для увеличения чувствительности аппарата. Эбонитовая коробка, оканчивающаяся очень плоским раструбом А, заключала в себе электромагнитную систему. В начале века угольный микрофон вывел из употребления все другие передатчики, за счет высокой чувствительности. ДюМонсель заметил, что сила тока в цепи прерывателя значительно изменяется в зависимости от давления друг на друга соприкасающихся частей прерывателя.
Все магнитные телефоны
Все магнитные телефоны имели существенный недостаток. Магнетизм, производящий перемещения диафрагмы, не давал сильных токов для передачи голоса с достаточной силой на значительном расстоянии. Сам Белл сознавал этот недостаток и собирался применить гальваническую батарею для питания цепи телефона.
Рис. 6 - 7. Магнитные телефоны: а - изобретенный Адером; б - изобретенный Беллом
Колебания диафрагмы должны были служить только преобразованию постоянных токов в переменные. Мысль Белла вызвала целый ряд новых изобретений. Прибор Эдиссона представлен на рис. 8-10, а, а разрез его на рис. 8-10, б. Передаточный механизм прибора состоял из эбонитовой воронки, упругой диафрагмы и расположенного на подставке угольного кружка, который можно приближать к диафрагме или удалять от нее посредством особого винта. Небольшая платиновая пластинка (с шариком из слоновой кости) прикасалась к угольной пластинке посредством платинового кружка, изменяя давление, производимое колебаниями звука. При этом изменялось электрическое сопротивление угольной пластинки, включенной в цепь батареи и приемника. При таком расположении частей прибора диафрагма приемного телефона производила колебания синхронно с колебаниями пластинки, подверженной непосредственно действию звука.
Рис. 11. Микрофон Эриксона
Вариант микрофона, изобретенного Эриксоном, представлен на рис. 11. На основе практических изысканий пришли к мысли соединить телефон с микрофоном в корпусе телефонной трубки. История ее развития показана на рис. 12-13.
Рис. 12-13. История развития телефонной трубки
Устройство и принципиальная
Устройство и принципиальная схема ТА начала XX века
Теперь рассмотрим, каким образом были соединены в начале XX века составные части: телефон, микрофон и предупредительные механизмы (индуктор и звонок). Блэк придумал удачную систему микрофона, который был присоединен к телефону Белла. К этим двум приборам Белл присоединил предупредительный аппарат с магнитно-индуктивным звонком.
Состав телефона Белла: передаточный механизм (микрофон Блэка), приемный телефон (рис. 14-16, б), звонок (рис. 14-16, г) и индуктор (рис. 14-16, д), не требующий батареи. Все эти приспособления представлены в соединении между собой на рис. 14-16, б. Вверху находится индуктор, а под ним микрофон, сообщающийся с телефоном. Под микрофоном был шкафчик для помещения одного элемента, вводимого в цепь микрофона (рис. 14-16, в). что позволяла соединить линию то со звонком, то с микрофоном. Для этого был изобретен специальный рычаг, на наружном конце которого, вне ящика, имелся дугообразный крючок. При повешении телефона на крючок рычага в линию включался звонок, что позволяло принимать вызов. Когда телефон снимался с крючка рычага, включался в линию микрофон, служащий для передачи звука. Если говорящий держал у уха соединенный с микрофоном телефон, то последний давал ему возможность слышать ответы того лица, с которым он вел переговоры. На рис. 14-16, а показана принципиальная схема ТА начала века. Буквами Л1 и Л2 обозначены идущие к телефону провода. Телефонная трубка Г показана снятой с подвижного рычага Р, и поэтому последний поднялся вверх и включил в линию телефонную трубку Т и микрофон М. В таком положении рычаг был во все время переговоров. Когда же по окончании переговоров по телефону на рычаг вешали трубку, он снова опускался вниз и, выключив разговорные приборы, включал в линию звонок Зв и индуктор Инд.
Рис. 14-16. Принципиальная схема и устройство ТА Белла начала XX века:
а - принципиальная схема;
б - устройство;
в - внешний вид;
г - звонок;
д - индуктор.
УСТРОЙСТВО И
УСТРОЙСТВО И УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕЛЕФОННЫХ АППАРАТОВ
Понятие телефонной связи и структурные схемы ТА
Принцип телефонной связи
Принцип телефонной связи остался практически неизменным со времени изобретения телефона. Основу телефонной связи составляют процессы преобразования звуковых колебаний (голоса) в электрический сигнал, и обратно. При этом необходимо, чтобы форма акустического сигнала была бы точно отображена формой сигнала электрического, и наоборот. Следовательно, необходимо иметь устройства, которые бы осуществляли эти преобразования. Таким преобразователем стал разговорный тракт телефонного аппарата (ТА), основными элементами которого являются микрофон на передаче и телефон на приеме. Сигналы, полученные и преобразованные, передаются окружающему воздуху, в котором возникают звуковые волны. Естественно, что амплитуда этих колебаний невелика, и поэтому телефон приходится держать непосредственно около уха. Тогда колебания мембраны передаются довольно малому объему воздушного пространства между ушной раковиной и телефонной трубкой, и изменения давления в этом объеме становятся значительно большими. Громкость звука (воздействие на барабанную перепонку уха) возрастает, и мы слышим звук почти естественной громкости для случая, когда между собеседниками расстояние 1,5 ... 2 м, и они расположены лицом к друг другу.
Любой ТА включает в себя две основные части: разговорную и коммутационно-вызывную, исполнение которых может быть различным.
По элементной базе исполнения ТА разделяются на 3 группы:
1.1.2. Структура электромеханических ТА
Разговорная часть классических ТА включает угольный микрофон, электродинамический телефон с фриттером, трансформатор и балансный контур. Коммутационно-вызывная часть содержит механический рычажный переключатель, дисковый номеронабиратель с искрогасительным контуром (либо индуктор, если это аппарат системы МБ), а также электромеханический звонок с разделительным конденсатором.
Структурная схема классического ТА 1 - рычажный переключатель (в режиме ожидания вызова); 2 - цепь звонка; 3 - номеронабиратель; 4 - разговорный тракт.
1.1.3. Построение электронных ТА
Все тракты этих ТА собраны на электронных компонентах. При этом снижается себестоимость каждого тракта и значительно возрастают их функциональные возможности. Рассмотрим назначение основных трактов электронных ТА.
Устройство защиты от перенапряжений и обеспечения независимой полярности должно выполнить функции защиты всех последующих устройств ТА от возможного попадания на абонентскую линию напряжения сети переменного тока 220 В или воздействия на АЛ высоковольтных грозовых разрядов. Реализовать эту функцию могут диоды, включенные встречно-параллельно, стабилитроны, варикапы, газовые разрядники. Функцию обеспечения независимой полярности питания ТА от полярности проводов АЛ обеспечивает диодный мост.
Переключатель режима обеспечивает подключение к АЛ либо ТВУ (режим ожидания вызова или отбоя), либо остальных устройств ТА (режимы набора номера или разговора).
Тональное вызывное устройство преобразует вызывной сигнал, поступающий от АТС (переменный токе частотой 17...50 Гц) в акустический сигнал типа "трель". Этот сигнал обычно двух- или трехчастотный. В некоторых моделях современных ТА пользователь может сам изменять тональность вызывного сигнала при помощи специального переключателя.