КВАДРУПЛЕКСНЫЙ ТЕЛЕГРАФ
Вскоре после 1870 года объем передаваемых телеграфных сообщений начал расти с огромной скоростью, и многие изобретатели работали над созданием систем, позволяющих увеличить пропускную способность при передаче и тем самым снизить ее себестоимость. С середины века изучалась возможность отправлять несколько телеграфных сообщений одновременно по одному проводу. Эта исследовательская задача стала и одним из главных полей битвы в «войне телеграфов».
Универсальное печатное устройство биржевых котировок, разработанное Эдисоном в 1871 году.
Портрет Уильяма Ортона.
Эдисон в окружении сотрудников. Сидят, справа налево: Фред Отт, Эдисон и Жорж Гуро. Стоят, слева направо: Уильям Л. Диксон, Чарльз Бэчлор, Теодор Вангеманн, Джон Отт и Чарльз Браун.
У Эдисона всегда были прекрасные отношения с Уильямом Ортоном. Оба они неоднократно выказывали друг другу взаимное уважение, и Эдисон признавался, что именно от Ортона он узнал все, что ему известно о патентах. Незадолго до того времени «Вестерн Юнион» освоил дуплексную систему американского изобретателя Джозефа Баркера Стирнса (1831-1895), президента компании «Франклин Телеграф», которая отправляла одновременно по два сообщения или же передавала по одному сообщению сразу в двух направлениях, уменьшая или увеличивая силу тока. Такая система быстро утвердилась в Европе и США, вплоть до того, что через Атлантику был протянут дуплексный кабель, а компания «Вестерн Юнион» приобрела права на нее у Стирнса. Тем не менее в 1872 году Ортон поручил Эдисону исследовать альтернативные системы с целью получения на них патента как «защиты от конкуренции», то есть для обеспечения монополии.
Обычно дуплексные телеграфы определяют как системы, способные передавать сообщения в обоих направлениях одновременно, то есть в них передача и прием производятся по одной линии, в отличие от связи, в которой есть отдельные линии для передачи и приема. Фундаментальная проблема, стоявшая перед конструкторами дуплексного телеграфа, была отнюдь не простой. Им следовало избежать ситуации, когда сильный электрический ток на выходе, направляющийся на далекую станцию, приводит в действие зуммер (то есть звонок, делающий слышимым переключение реле, чтобы сигналы азбуки Морзе можно было воспринимать на слух), но при этом требовалось, чтобы гораздо более слабый входящий ток, пришедший с удаленной станции, активировал реле. Многие изобретатели искали решение этой задачи. К 1870 году телеграф использовался во все мире, однако никто не смог найти эффективный способ преодолеть данную трудность.
РИС. 7
Идея Стирнса состояла в применении так называемого дифференциального дуплекса (см. рисунок 7). Изобретатель использовал тот факт, что интенсивность магнитного поля, образованного катушкой, пропорциональна количеству витков обмотки, через которую пропускается электроток. Если пустить этот ток в противоположных направлениях, индуцируемые магнитные поля взаимно гасят друг друга. Стирнс разделил катушку реле зуммера на две половины, чтобы поделить ток на две равные части, направив его в одной половине через контур, где заряд временно аккумулировался в конденсаторе. Таким образом, ток на выходе был недостаточно мощным для активации реле зуммера. А вторичный контур, отходящий от ключа, приводил в действие местный зуммер, чтобы телеграфист мог слышать то, что он передает.
Система, в сущности, основывается на направлении сигнала меньшей мощности и на двух зуммерах — одном на входе, другом на выходе. Идея использовать зуммер с разделенной катушкой и ответвление цепи давно витала в воздухе, и в Европе уже было известно несколько прототипов. Заслуга Стирнса состояла в том, что он применил конденсатор.
Главный элемент дуплекса Стирнса, который можно увидеть на рисунке 7, — это разделенная катушка (R) зуммера. Ток на выходе, генерируемый при замкнутой цепи с ключом (К), разделяется в катушке и течёт с одной стороны вправо, по направлению к главной линии (L), а с другой стороны влево, по направлению к ответвлению контура, где сопротивление (X) помещено параллельно конденсатору (С). Полярность катушек выбрана так, чтобы в одной половине ток тек по часовой стрелке, а в другой — против. В результате индуцированное магнитное поле взаимоуничтожается, и зуммер не реагирует на сигналы на выходе.
РИС. 8
Сложность цепи ключа определяется тем, что в нем присутствует местный зуммер (T) со своим собственным реле (RL), что образует контур с собственным сопротивлением и другими элементами. Зуммер служит для того, чтобы оператор слышал свое сообщение, в то время как вышеописанный контур — это контур входа, который активируется, только когда получает сигнал, приходящий от удаленной станции на главной линии.
В качестве альтернативы системе Стирнса Эдисон разработал «дуплексно-диплексную» систему, то есть такую, которая могла одновременно пересылать сообщения в разных направлениях или же отправлять два сообщения в одном направлении (см. рисунок 8). Изобретатель называл ее просто дуплексным телеграфом, «своим» дуплексом. Эти системы могут функционировать в двух рабочих режимах, позволяющих одновременную передачу по амплитуде (как в системе Стирнса, то есть при разной силе тока) или по частоте, то есть удваивая периодичность циклов электрических сигналов.
Обычная «диплексная» конфигурация использовала комбинацию батарей разной мощности для генерирования слабых и сильных сигналов, которые приводили в действие одно или другое приемное реле. Тем не менее на практике было очень трудно регулировать чувствительность реле так, чтобы они не реагировали на все поступающие сигналы. Эдисон попробовал применить новый подход, добавив в свою систему элемент, часто используемый им в разных своих проектах: поляризованное реле. Он не отказался от обычного, то есть нейтрального реле, реагировавшего только на силу тока, но интегрировал в систему второй приемник, снабженный поляризованным реле, то есть таким, которое реагирует на изменение направления тока.
Найти альтернативу дуплексу Стирнса было не самой трудной частью задачи. Амплитуда тока на выходе изменялась просто изменением сопротивления линии заземления, снабженной реостатом. С помощью таких изменений амплитуды оператор на этом конце управлял нейтральным реле. Последнее представляло собой простой рычажный прерыватель (однополярный, двухпозиционный), что вынудило Эдисона удвоить количество батарей и электромагнитов, пустив ток по более сложной схеме (двойная катушка, более высокий порог).
