Четырехместный телеграф

Патентный рисунок квадруплекса Эдисона

Квадруплексный телеграф — это тип электрического телеграфа , который позволяет одновременно передавать и принимать четыре отдельных сигнала по одному проводу (по два сигнала в каждом направлении). Таким образом, квадруплексная телеграфия реализует форму мультиплексирования .

Технология была изобретена Томасом Эдисоном , который продал права Джею Гулду , владельцу Atlantic and Pacific Telegraph Company , в 1874 году за сумму в 30 000 долларов США (что эквивалентно 808 000 долларов США в 2023 году). Ранее Western Union отказала Эдисону в продаже Quadruplex. Это оказалось серьезной ошибкой. Джей Гулд использовал Quadruplex для ведения ценовых войн с Western Union и для продажи ее акций. Корнелиус Вандербильт был крупнейшим акционером Western Union и принял на себя основную тяжесть действий Джея Гулда. Вандербильт умер во время саги, и главным остался его сын Уильям. Уильям Вандербильт, как и его отец, не мог сравниться с Джеем Гулдом и быстро сдался. Чтобы остановить войну тарифов, Western Union купила Atlantic Pacific (и права на Quadruplex у Джея Гулда) за 5 миллионов долларов (что эквивалентно 135 миллионам долларов в 2023 году).

Проблема одновременной отправки двух сигналов в противоположных направлениях по одному и тому же проводу была ранее решена Юлиусом Вильгельмом Гинтлом и доведена до коммерческой жизнеспособности Дж. Б. Стернсом ; Эдисон добавил возможность удваивать число в каждом направлении.

Этот метод сочетал в себе диплекс (мультиплексирование двух сигналов в одном направлении), который ранее изобрел Эдисон, с дуплексом в стиле Стернса (одновременная двунаправленная связь). В каждом случае используется хитрый трюк.

Поскольку в телеграфах используется один провод, ток должен течь через сигнальное (шумовое) реле на обоих концах (местном и удаленном). В дуплексе задача состоит не в том, чтобы местное сигнальное реле щелкало при нажатии клавиши, а в том, чтобы щелкало при нажатии пульта дистанционного управления. Это достигается за счет разделения реле на две обмотки соленоида и подачи напряжения питания местного ключа в среднюю точку этих обмоток. Таким образом, при нажатии местной клавиши ток делится поровну в двух направлениях. Один из них проходит через катушку реле, а затем попадает в согласованную нагрузку. Соответствующая оконечная нагрузка и катушка реле подбираются одинаково на приемной стороне, чтобы поддерживать ток между двумя катушками соленоида как можно более равномерным. Другая половина тока передается по проводу к удаленному реле (которое часто переключает реле удаленного сигнала) и его оконечной нагрузке. Поскольку ток, текущий в этот Y-образный переход между соленоидами, течет в противоположных направлениях в двух локальных соленоидах, они в сумме не образуют суммарного магнитного поля, и локальное реле не активируется. На удаленном конце посланный ток протекает через оба соленоида в одном направлении и попадает в оконечную нагрузку. Поскольку ток в обоих соленоидах течет одинаково, реле дистанционного сигнала активируется этой местной клавишей.

Для Диплекса используется другой трюк. Для одновременной отправки двух сообщений необходимо иметь два независимых местных телеграфных ключа. Они расположены таким образом, что на одном из аккумуляторов полярность изменена. Прежде всего обратите внимание на проблему, которую необходимо преодолеть: двойной соленоид, описанный выше, не сможет определить, в каком направлении течет ток. Хотя магнитное поле соленоида будет иметь противоположное направление, индуцированный ферромагнетик в железном стержне будет притягиваться в любом направлении, замыкая сигнальное реле независимо от направления тока. Решение — заменить утюг постоянным магнитом, а релейный выключатель заменить двухполюсным. Теперь постоянный магнит определяет направление поля и его толкает или тянет. Когда север постоянного магнита отталкивается, переключатель замыкается на один полюс, а когда южный постоянный магнит отталкивается, переключатель замыкается на другой полюс. Чтобы повысить практичность, Эдисон обнаружил, что необходимы другие дополнительные реле, чтобы обеспечить гистерезис , предотвращающий неопределенную работу переключателя или колебание в момент изменения направления тока, а также для отправки выделенного сигнала на соответствующий звуковой излучатель.

Инновации

Хотя это концептуально элементарно для современных инженеров, следует понимать, что мультиплексирование было достойным патента прорывом и огромной экономической победой для телеграфии, поскольку большая часть проблем и затрат заключалась в длинных проводах между станциями. Этот вид диплексирования на основе полярности аналогичен современному так называемому « чарлиплексированию », часто используемому в светодиодных панелях: там диодная природа светодиодов позволяет управлять двумя разными (красными или зелеными) светодиодами, подключенными к земле, с помощью одного и того же провода в зависимости от от полярности напряжения. Эдисон и Стернс имели дело с ограниченным количеством электронных компонентов того времени.

Инновация Стерна заключалась в использовании конденсатора в оконечной нагрузке. Без этого были возможны только короткие расстояния передачи, поскольку несоответствие импедансов реактивного длинного провода не уравновешивало бы токи в двух половинах местного реле, активируя его. Это было новаторством, поскольку изначально согласование импеданса для линий передачи вместо простых омических цепей не рассматривалось. Это был значительный технологический прогресс, поскольку в то время конденсаторы было трудно производить.

Инновациями Эдисона было использование поляризованного реле с постоянными магнитами (вместо диода, который еще не был изобретен) и использование некоторой вспомогательной релейной логики для добавления полезного гистерезиса, чтобы избежать неопределенных состояний реверса тока (избегая необходимости дорогостоящих конденсаторы). Метод объединения диплекса и дуплекса, разработанный Эдисоном, позволил создать квадруплекс.

См. также

• Полярная модуляция
• фонограф