电话

历史

纵观历史，人们已经设计出远距离通信的方法。最早的方法涉及原始系统，例如敲鼓或烟雾信号。这些系统演变成光电报，到 1800 年代初演变成电报。第一个简单的电话由一根长绳和两个罐子组成，在 18 世纪早期就为人所知。

Johann Philipp Reis 于 1863 年首次展示了一种有效的电子语音传输系统。他的机器由一个振动膜组成，可以打开或关闭电路。虽然 Reis 只用他的机器来演示声音的本质，但其他发明者试图找到这项技术的更多实际应用。它们是 1876 年由亚历山大·格雷厄姆·贝尔 (Alexander Graham Bell) 发现的，当时他获得了第一部可操作电话的专利。事实证明，这项发明彻底改变了人们在世界各地的交流方式。

贝尔对电话的兴趣主要源于他的声音生理学背景和他对聋人的言语指导。他的突破性实验发生在 1875 年 6 月 2 日。他和他的助手 Thomas Watson 正在研究谐波电报。当一根簧片卡在沃森的发射器上时，间歇电流被转换为连续电流。贝尔能够在他的接收器上听到声音，这证实了他相信声音可以通过使用连续电流的电线传输和重新转换。

贝尔获得专利的原始电话设计与我们今天所知的电话大不相同。在真正意义上，它只是电报的修改版。主要区别在于它可以传输真实的声音。贝尔继续改进他的设计。两年后，他发明了磁性电话，这是现代电话的先驱。该设计由发射器、接收器和磁铁组成。发射器和接收器各包含一个隔膜，它是一个金属盘。在通话过程中，来电者声音的振动会导致发射器中的隔膜移动。这个动作沿着电话线传输到接收器。接收隔膜开始振动，从而产生声音并完成通话。

虽然磁性电话是一项重要的突破，但它也有明显的缺点。例如，呼叫者必须大喊大叫才能克服噪音和语音失真。此外，传输中存在时间间隔，导致对话几乎不连贯。随着电话经历了多次设计变更，这些问题最终得到了解决。向消费者提供的第一款手机使用单个麦克风。这需要用户对着它说话，然后把它放在耳边听。托马斯爱迪生介绍了一个模型，它有一个可移动的听筒和固定的说话管。拨打电话时，听筒被抬起，用户直接连接到接线员，接线员随后手动切换线路进行传输。 1878 年，第一个手动电话交换机开通。它为康涅狄格州纽黑文的 21 位客户提供服务。电话的使用迅速普及，并于 1891 年引入了第一个自动号码呼叫机制。

1881 年首次提供长途服务。但传输速率不佳，难以听到。 1900 年，Bell System 的两名工人设计了可以最大限度减少扭曲的加载线圈。 1912年，真空管被用作电话放大器。这使得拥有一条横贯大陆的电话线成为可能，该线路于 1915 年首次展示。1956 年，一条海底电缆铺设在大西洋上，以实现跨大西洋电话通信。 1962 年，当使用轨道通信卫星时，电信行业发生了革命性的变化。 1980 年，引入了光纤系统，再次彻底改变了行业。

背景

电话的工作原理仍然与贝尔一百多年前介绍的基本原理相同。如果有人想打电话，他们拿起听筒。这会导致电话连接到路由网络。当在按键式键盘上按下数字时，信号会通过电话线发送到路由站。在这里，每个数字都被识别为音调频率的组合。特定的号码组合会导致信号发送到另一部电话，使其振铃。当该电话被拿起时，两部电话之间的连接就开始了。

话筒充当麦克风。来自用户声音的声波会导致手机内的薄塑料圆盘振动。这会改变塑料盘和另一个金属盘之间的距离。结果，两个磁盘之间的电场强度发生了变化，并且沿电话线发送了变化的电流。另一部手机上的接收器接收该电流。当它进入接收器时，它会穿过一组电磁铁。这些磁铁使金属隔膜振动。这种振动再现了引发电流的声音。接收器中的放大器使其更容易听到。当其中一部电话挂断时，电流中断，导致所有路由连接被释放。

Eiisha Gray

Elisha Gray 是 Alexander Graham Bell 的主要竞争对手，首先是谐波电报的发明，然后是电话的发明。他是一位多产的发明家，一生获得了约 70 项专利。格雷于 1935 年 8 月 2 日出生于俄亥俄州巴恩斯维尔，在农场长大，父亲去世后不得不提前辍学，但后来继续在欧柏林学院学习，在那里他专注于物理科学，尤其是电学，并支持他自己是一名木匠。

离开奥柏林后，格雷继续他的电气实验，专注于电报。 1867 年，他获得了改进的电报中继器的专利，后来又获得了电报开关、旅馆和大型商业办公室的“信号器”、电报中继器和电报行式打印机的专利。他还试验了通过一根电线同时传输多个独立消息的方法，这个主题也参与了贝尔的努力。格雷获胜，于 1875 年 2 月提交了他的谐波电报专利申请，比贝尔的类似申请早了两天。

格雷现在开始研究传输语音信息的方法，很快开发出一种具有液体发射器和可变电阻的电话设计。 1876 年 2 月 14 日，格雷提交了发明史上最显着的巧合之一，表示他打算为他的设备申请专利——就在贝尔在同一办公室提交他自己的电话专利两个小时后。西联电报公司购买了格雷电话的使用权，并涉足电话业务；作为回报，贝尔电话公司发起了一场激烈的诉讼。

与此同时，格雷于 1869 年成为俄亥俄州克利夫兰的一家电气设备商店 Gray and Barton 的创始合伙人。 1872 年，这成为芝加哥西部电气制造公司，后来演变为西部电气公司，具有讽刺意味的是，该公司在 1881 年成为贝尔电话最大的单一组件。

所介绍的传输系统描述了本地呼叫期间发生的情况。对于其他类型的呼叫，例如长途电话或蜂窝电话，它略有不同。长途电话并不总是通过电线直接连接。在某些情况下，信号被转换 电话的电子元件精密，采用最新的电子加工技术。电路板的生产方式与其他类型电子设备的电路板生产方式相同。预印好的非导电板通过一系列机器，这些机器将合适的芯片、二极管、电容器和其他电子部件放置在合适的位置。为了将电子部件固定到板上，使用波峰焊机。到卫星碟形信号并通过卫星传输。对于蜂窝电话，信号被发送到蜂窝天线。在这里，它通过无线电波发送到适当的手机。

原材料

各种原材料用于制造电话。材料包括玻璃、陶瓷、纸张、金属、橡胶和塑料。电路板上的主要部件由硅制成。电话的外壳通常由坚固、耐冲击的聚合物制成。为了改变这种聚合物的特性，使用了各种填料和着色剂。扬声器需要磁性材料。

设计

现代电话有多种形状和尺寸，但它们都具有相同的一般特征。它们由一个同时包含发射器和接收器的手机组成。不使用电话时，听筒放在底座上。他们还有一个拨号系统，它可以是旋转拨号或按键式键盘。最近，旋转电话已被淘汰，取而代之的是更实用的键盘。为了提醒消费者有来电，电话配备了振铃器。还生产各种各样的专用电话。免提电话是为了让消费者可以进行电话交谈 电话的各个部件都是自动和手动组装的。发射器和接收器由机器组装在一起。然后将这些零件送入主装配线并插入模制耳机中。类似地，包括按键板在内的内部电子设备插入主外壳并用螺钉固定。无需手持听筒。也可以使用无绳电话。这些型号不需要将手机直接连接到底座。相反，用户的声音被转换为无线电波，然后发送到电话基座。反过来，这会转换为电信号并通过电话线发送。另一种类型的普通电话是蜂窝电话。这些电话使用无线电波和天线系统在电话之间进行通信。

制造
过程

由于制造电话有很多不同的部件，因此这些部件通常由不同的公司生产，然后由电话制造商组装。主要部件包括内部电子设备、听筒和各种塑料部件。

塑料件

• 1 要生产底座、手机外壳和按钮等塑料部件，通常会进行注塑成型。在这个过程中，塑料聚合物颗粒被放入注塑机的料斗中。然后它们通过液压控制的螺杆并被熔化。当螺杆旋转时，熔化的塑料通过喷嘴移动并注入模具。就在注射之前，将模具的两半放在一起以形成与电话部件形状相匹配的型腔。在模具内时，塑料在压力下保持一定时间，然后冷却。当它冷却时，它会变硬并形成零件的形状。该模具涂有铬，以形成闪亮的表面。
• 2 片刻后，半模打开，零件弹出。然后模具再次关闭，过程再次开始。在此过程中，许多零件都经过人工检查，以确保没有使用明显损坏的零件。如果有损坏的零件，则将它们放在一边重新熔化并重新制成新零件。

内部电子设备

• 3 电话的电子元件非常精密，并采用最新的电子处理技术。电路板的生产方式与其他类型电子设备的电路板生产方式相同。该过程从一块由非导电材料制成的电路板开始，电路板上使用导电材料印制了电子配置。然后将这块板通过一系列机器，将适当的芯片、二极管、电容器和其他电子零件放置在适当的位置。为防止灰尘造成的损坏，该过程在专门清洁的房间内完成。完成后送至下一步进行焊接。
• 4 为了将电子零件固定到板上，使用波峰焊机。在放入机器之前，将板清洗以去除污染物。进入后，电路板会使用红外线加热。电路板的底面通过一波熔化的焊料，并通过毛细作用，填充所有必要的点。当电路板冷却时，焊料变硬并且零件保持原位。这在印刷电路和组件之间建立了电气连接。

组装和包装

• 5 各个零件均自动和手动组装。发射器和接收器由机器组装在一起。然后将这些零件送入主装配线并插入模制耳机中。类似地，包括按键板在内的内部电子设备插入主外壳并用螺钉固定。然后将耳机放在电话底座上，也可以戴上电话和弦。
• 6 组装完所有手机部件后，将完成的手机放入最终包装中。通常，它们用塑料包裹并放入盒子中。还包括聚苯乙烯等包装材料，以保护设备在运输过程中免受损坏。随附用户手册或其他文献，盒子用胶带密封。箱子被堆放在托盘上，运送给分销商，最后运送给客户。

质量控制

为确保每部电话的质量，在整个生产过程中都进行了外观和电气检查，并检测出大多数缺陷。此外，每部完成的手机都经过测试以确保其正常工作。通常，这些测试是在不同的环境条件下进行的，例如过热和过湿，以模拟现实生活中遇到的极端情况。塑料部件接受了酷刑测试，以确保即使在消费者受到一定程度的虐待后它们仍能发挥作用。例如，按键式键盘上的数字放在橡胶手指下，手指轻敲按钮的次数足够多，相当于拨号时间长达 40 年。由于构成电话的许多部件是由分包商生产的，因此电话制造商在质量方面非常依赖这些供应商。为了确保一致的制造，大多数电话制造商为供应商必须满足的各个部件设定质量规范。

未来

电话技术正在迅速改进。未来，无绳电话将设计得更小、更轻。它们将具有更宽的传输和更好的接收范围。音质也会得到提升。将手机与计算机和有线电视集成的其他技术将变得司空见惯。拨号系统也将得到改进。在最近的一次演示中，一家公司展示了一种接受语音命令拨打电话号码的技术。