一
叙述托·阿·爱迪生的发明工作，应先从电讯方面，特别是要首先从电报方面的那些发明谈起。爱迪生在他做报务员工作时，直接碰到过各种不同系统的电报机装置和拍发报的手段，他的发明工作就是以改装和改进这些电报机装置和拍发手段为开端的。在美国各地的电报局里，使用着各不相同的电报机设备。爱迪生在接触众多的电报机设备的过程中，不仅弄清了电报技术中现有的各种方法和手段的细微末节，而且也懂得了应从哪个方向去改进。
爱迪生在电报学领域的工作时间，正是在 19世纪的后半世纪。这半个世纪的时间，是国际间电报线路迅猛发展的时期。欧洲各国和北美都建立起有许多支线的电报通信网。其他各国也都在架设愈来愈多的电报线路；电报水底电缆正在把各洲联接起来。电报行业也就形成为一个独立的技术部门。为了适应这一技术部门的发展，就需要建立生产电报设备的企业和大量培养专业人员。对电源、电线等性质的研究已开始进行，这就需要制定出测电的方法，创造出电量、电单位和电标准等等的体制。正是在 50年代末和 60年代中，电报技术有了明显的发展，并显著地影响了当时正在萌芽状态的电工技术。
人们对电报技术特别着迷的浪潮把爱迪生也卷了进去。他的两项最新发明，即投票记数机和交易所行情自动记录机，就是在 60年代完成的。这两种机器的工作原理，都是建立在电报技术所利用的那种电磁原理基础上的。
爱迪生产生制造自动投票记数机的想法，是由于他确信通常使用的那种计算投票结果的方法是不适宜的，因为这种计算方法需要花费许多时间，会或多或少地出现一些重大误差，也不能排除一些直接伪造现象。爱迪生 1868年 10月 11日递交了一份专利申请书，而专利特许证是在1869年 6月 1日发给他的，证号是 90646号。这种装置是二重内闭塞计数机。扭动其中一个机柄就出现“赞成”，扭动另一个机柄就出现“反对”。闭塞装置是为使进入投票室的选民只能投“赞成”或投“反对”票而制造的。当另一个进来的选民扭转其中一个机柄，闭塞装置的作用就又恢复了。这种机器分为两部分，其中每一部分都有计算机件：一个标示“赞成”的票数，另一个标示“反对”的票数。记数机是由电磁继电器和齿轮系统构成。其中每一个机柄的转动都能把脉冲发送到电磁铁线圈里，于是相应部分的记数机就转动一度。
这个机器被一位国会议员拒绝使用，而且后来也没有被美国专利局推荐使用。但年轻的发明家的想法是正确的，他的机器的结构也是完全合理的。值得注意的是，在美国早就不用选票进行投票，而是用原先不幸未被采用的爱迪生发明的电子机器来进行投票。
第二个机器是交易所行情自动记录机，它以“万能印刷机”的名称取得了专利权；申请书是 1869年递交的，专利特许证是第 123005号。爱迪生研究这一机器，是在他协同弗兰克利翁·列奥纳尔德·鲍普在纽约建立一个以进行电报方面的发明和咨询工作为目的的电工局时进行的。交易所行情自动记录机，是一种能自动记录的电报机件，它能自动把通过电报拍来的行情打印到纸带上，然后立即把从交易所得到的行情转告交易的生意人和各银行。
爱迪生的交易所行情自动记录机，要比在此之前就有的装置（如劳斯机）更为完善。爱迪生把这一发明以 4万美元的价格，卖给了“黄金股票电讯公司”。这一机器在美国交易所生意人的事务所里被长期使用。爱迪生和鲍普组织了这一机器的生产、出售和安装，以及对机器运转的监护。爱迪生在随后的一些年里，又继续改进这一机器。例如，他在 1872年—1873年间，就获得了与这一机器有关的 63份专利特许证。虽然其中某些专利只是对机器个别零件作了改进，但都是有助于进一步扩大机器的实际用途。出卖这一发明所得的款项，使爱迪生第一次有可能就他自己感兴趣的某些问题进行试验。
但是，这两项发明并不都直接与通常的电报实际运用有关，而是涉及电报结构的两种专利场合的应用。与此同时，一些新的课题已出现在当时（即 70年代初）的电报学面前。电报新线路的架设速度和悬挂附加电线的速度，已落后于对电报交换量需求的迅速增长。此外，电报线的价格也很昂贵。因此，向能保持最高效率拍发的熟练报务员支付高薪是划得来的。所以，电报公司就把那些曾经常由一个公司转到另一个公司而成为“流浪报务员”的高效率报务员招聘到自己公司来。在电报技术方面获得精湛技艺的爱迪生，也没有例外。他在电报局工作的经常调动，迫使他注意到电报传送的复用问题，也注意到提高电报通信系统的效率。
二
电报传送自动化是提高电报通信系统效率的方法之一。当时所理解的自动传送电报，仅仅是指电报线拍发信号的过程本身。电报线路拍发信号的方法要求用一种特种装置（打孔机）把全部组合好的电码转到纸带上，随之借助手用常速运转的发报机（发射机），把信号从预先打好孔的纸带上拍发出去。在线路的另一端，在收报机上把被拍来的信号记录到纸带上或在纸带上打上孔，而电码译成电文的过程是在电路之外进行了。所以实际上，在这些系统中只有拍发过程是自动化了。在爱迪生着手研究电报收发的复用问题之前，就有人提出过几个自动化电报系统，其中惠斯通系统早就从 1858年开始使用，并被许多国家所采用。
爱迪生没有发明自己的自动电报系统，而是试图改进在英国得到推广的利特尔自动电报机系统。这一系统的主要特征如下：利用机器把电文转到总纸带上，而在纸带上不是用的“·”和“——”，而是用按一定程式列好的孔洞。这一工序完全不加重线路负荷。然后纸带以大大超过手工拍发电报的速度经过发报机传入线路。在接收端的接收机里就获得了同样长的纸带，在该带上有按照莫尔斯电码用化学方法记录下来的电文。电码译成电文是不通过线路的。
1871年，年轻的铁路工程师爱德华·约翰逊给爱迪生带来了这种电报机的样机。约翰逊与打算在美国铁路电报局推广这一装置的财团有密切联系。约翰逊认为，这一装置系统的性能不能令人满意，需要加以改进。它的最主要缺点是，它只是在短距离的线路中才有令人满意的效果，而在长途线路中，如在 200～300里远的线路中就不适用了。约翰逊本人没有能力胜任这项改进工作，有人建议他去找爱迪生，因为当时人们就已认为爱迪生是电报行家，别看他这时才 24岁。
爱迪生开始在宾夕法尼亚铁路试验利特尔系统。原先预料，用这一系统拍发电报应当比用莫尔斯系统拍发得快，因为利特尔系统是在莫尔斯电码基础上发展起来的。但实际上却没有搞成。利特尔系统需要“治疗”，以便能真正适合于运用。静电干扰对这一系统起了不良作用。通过实践，爱迪生认为：利特尔系统能成为相当好的自动电报系统的基础。
爱迪生给约翰逊的答复，增强了财阀们对这一事业的兴趣，他们建立了一个股份公司“自动电报公司”，与爱迪生在 1871年 4月 24日签订了一份关于改进利特尔系统的协定。这一工作全由生意人把持，他们的主要目的不是要促进电报技术的进步，而是为了尽可能用各种方法来战胜竞争者。爱迪生接受预付的 4万美元后，就邀同焦泽夫·默里在纽瓦克开办了一座试验和生产电报机的工厂，约翰逊也被吸收来参加这项工作。后来，约翰逊同爱迪生的关系更加密切，并作为他的助手同他一起工作了 20多年。
爱迪生把 1871年秋季的大部分时间，都用于研究自动电报机。自动发报机工作效率很高。但在另一端接收工作受到了静电干扰。爱迪生为消除这一缺点而细心地试收了几次，并发现在收报机电路中利用带有软铁心的自感线圈，就会显著地改进该系统的远距离工作效率。自感现象会引起电流方向在每次脉冲之后发生瞬息变化，所以随之而来的每个脉冲就会传送得更快，而且也能与前面的脉冲一个一个完全清晰地分隔开来。此外，爱迪生还改进了接收器的针，用这种针去工作，电码里就不会有中断处或污点。
1872年，该装置在纽约至费拉德尔菲亚的线路上进行了试验。它的效率达到了每分钟传送 1000个词（用莫尔斯电码信号）。爱迪生在收报机上采用了高质量的（浸透铁盐溶液的）纸带，并对打孔机进行了某些改进。1872年 8月 16日，爱迪生递交了对利特尔自动电报系统进行各种改进和变动的专利特许证申请书。
在接近 1873年冬季时，这一工作就获得了圆满成功。成果要比所预料的更加可观。最新型号的电报机器能够用一种宛如打字机的装置来进行打孔。在接收端，接收到的电文不是以孔洞显示出来，而是以打印形式显示出来。
爱迪生希望把经过他改进的自动电报机系统提供给英国。他为此目的而前往伦敦。但此行并没有如愿以偿。他的这种电报机系统在伦敦没有被采用，后来只是在美国得到了某些应用。
三
爱迪生在把自动电报机改制成功后，也就把注意力转到了能提高电报电路的通报能力的其他一些条件的研究上。这些条件一方面是能多路通报，另一方面是有能反向同时拍发的系统。多路通报是：在把一个以上的发报机接到一根电线上后，可以利用一些发报机传送信号的间歇来传送另一些发报机的信号。法国发明家博多在这方面获得了卓越成就，他曾研制出了五位制电码，并在 1876年使用了五路机。爱迪生在这方面没有研究。他致力于双工通报并制定了“复式双工”即“四工制”，因为用复式双工即四工可以在同一根电线上双方同时能各拍发两封电报。
在所有的双工线路图中，基本原理是要设计出一种对自己的发报机工作不起反应，而只能接收从另一个发报机拍发来的信号的装置。
爱迪生所提出的双工通报，具有惠斯通电桥的“桥”式线路。这种惠斯通电桥功效颇高，带有选配得很适当的平衡电阻，所以每个电报局接通在电桥内部支路的收报机本身，对来自本局的发报机的电流不起反应，而只对另一个电报局传来的电流有反应。线路两端的线路完全相同，都配置了很出色的装置。
爱迪生像兹·亚·斯洛尼姆斯基一样，运用了四工通报接收法。这种接收法是用两种不同方法，把简单的或单工的发报组合起来。这种组合使发报能在同一根电线上同时进行，而相互间又不干扰。其中一种方法就是两种电流法，即电池组恒久地接到发报台的线上，而在不断路的情况下，电流的方向就会在每一信号开始和终结时发生变化。极化了的接收继电器，是一个没有调整弹簧的衔铁，其作用只取决于线路中的极性转换，而不取决于电流强度。另一种方法即单一电流法，即发报是通过降低或增加电流强度来实现的，而收报是靠带有拉簧衔铁的非极化继电器进行的，这一系统的作用，只取决于电流强度，所以电流方向也就没有什么意义了。
同时把这两种方法（即电流方向的改变和电流强度的变化）都用上，并且把它与逆向的双工通报接收法结合起来，就可以在一根电线上安装四部电报机，即线路的每一端各安装两部电报机。
尽管第一个完全实用的四工线路图是兹·亚·斯洛尼姆斯基早在 1858年就已经提了出来，而采用爱迪生 1874年获得了专利权的桥接线路图中的四工方法，只是在 16年后才开始。但正如随后的实践所证明的那样，桥接线路图并不是最好的线路图；曾付出了大量劳动加以改进的差动型线路图才是最好的。但爱迪生在这方面的研究工作颇大地促进了对四工通报的研究工作的展开，推动了这方面的设计工作，毫无疑问，这一点对于电报技术的进步也是很重要的。
爱迪生的线路图，是把四工通报线路图付诸实施的第一份线路图。爱迪生在这方面的研究工作，是他在电报技术方面进行研究的最重要的工作。但他在电报技术方面所获得的成就，不只限于这一系统。1881年12月 6日，爱迪生（和帕特里克·凯南一起）进行了“电报传真”专利申请。1892年 7月 19日才发给他专利特许证，专利特许证的号码是第47183号。在这项发明的专利的说明中指出，传真的发送是在改变发报装置中的电流强度的基础上，通过在纸上或其他材料上的亲笔字迹笔画的变化来实现的。
四
爱迪生的电动记录机，是一种使电报系统不用继电器而工作的尝试。因为继电器是电路中一种变幻莫测的因素，它常常给人造成许多麻烦。爱迪生于 1874年 8月 13日进行了该项发明权的申请，而在 1875年1月才得到了专利特许证（号码为第 158787号）。对某些盐溶液在电流的影响下改变其性质的现象所进行的观察，使爱迪生得以制造出电动记录机来。例如，如果使位于连接电池组负极的接点处的铅尖或铂尖摩擦放到连接电池组正极的金属上的那张浸透了氢氧化钾溶液的纸面，那么纸和金属间的摩擦与否就将取决于电流是否通过。在电流通过时摩擦就会停止，而金属在纸上就像在镜子上一样滑行，一直到电流中断为止；当没有电流通过时，摩擦力就很大。
这种效应能在微弱的电流作用下可观察到。这种交替产生的摩擦和滑动，都可以使某个机件严格按照发报机中产生的电流的中断情况而移动。爱迪生在电动记录机中利用的正是这一性能。这一装置可以作为电报的收报机，可以用莫尔斯电码把信号从线路的这一端转发到另一端。该装置所接收到的信号可以用墨水记到纸带上，或能用声码器收听。该装置在进行某些改装后，还可以被用来进行通话：这种情况下，它就叫做“接收记录机”。
五
爱迪生在拟定电报机线路图各种系统和研究其特性的过程中，当然知道，线路本身在经济上和使用上会造成多少困难。他总是关心彼此间没有联结的电路的相互感应作用所产生的远距离效应问题。当他在四工电报方面已经付出很多心血之后又过了很久，于 1875年开始研究起这一问题。而对爱迪生能解决这一问题，从逻辑上说也是可以理解的。既然四工电报可以利用单线线路进行通报，颇为经济，那么能找出一种实地运用无线通报的方法，就会具有更巨大的社会意义。爱迪生在 80年代和90年代不止一次地反复采用各种方法来解决这一问题。早在 1875年他就预言，将来就不用电线这种“累赘”来通信息了。80年代，在英国有普里斯在这方面做了大量的试验；而在美国哈佛大学的约翰·特罗布里奇和爱迪生也都在这方面做了大量试验。与爱迪生关系最密切的人中，有一个叫埃兹拉·吉利兰，曾在纽约爱迪生的机器制造厂里进行试验。
任务开始是根据国家的实际需要的范围提出来的。当时列车在其连续多天的运行中所行驶的线路从东到西贯穿了整个国家，通过了尚未充分开垦、人烟稀少而甚至是某些半沙漠的地方，所以特别迫切的任务，是使正在运行的列车同整个铁路线建立联系。为了实现这一点，曾提出要架设一条专门电报线路，线路要架设在与铁路平行的电杆上，高度要有车厢那么高，提出要在一节或几节车厢顶上敷设一个彻底与收报机和线圈绕组连接在一起的绝缘金属带；通过车轮和钢轨来接地。发报机电路是由电池组、电键、蜂音器和收发转换开关组成。这些装置都安装在各个车站。车厢顶上的金属带和电报线路间的距离是 30～50英尺，信号的传递是靠相互感应作用跳过这个距离的。脉冲是按莫尔斯电码长短不同的音乐般的蜂音传发的。这种电报机由于经常在接收消息时伴有“蜗蜗”的杂音而叫做“蜗蜗电报机”。
1885年 11月 26日，爱迪生递交了两份登记这一电报机系统的申请，而后来也发给了两份专利特许证：1892年 11月 22日发给的专利特许证号码是第 486634号； 1891年 12月 29日发给的专利特许证号码是第465971号。
值得指出的是，爱迪生是最早指出向上引出的极板的优点的人之一。例如，专利特许证中指出：“我发明了一种新的和有效地用向上引出极板或装置以改进电力传送信号的方法。我发现，如果安装的高度能足以克服地面曲率并把地面吸收缩小到最少最低限度，那么相距很远的两个地点间就是没有电线，也能通过感应来收发电报或信号。这项发明可以用于在没有敷设水底电缆的水域上通报，或用于大海上的船只相互进行联络，或用于正在航行的船只和各沿岸点间相互进行联络。这项发明也可以被用于地面上相距很远的地点间的相互联系，但是为此就必须提高安装高度，以便把建筑物、树和地面本身的凸出地段对感应的吸收效应缩小到最低限度。在海拔 100英尺的海面上，我能够建立远距离联系，所以如果现有的桅杆能达到这样的高度的话，那么两个海船间就可以保持远距离联系，而利用中间船只来转发就可以进行穿过海洋的远距离联系。”这项发明于 1904年被马尔科尼公司买去了，看来是为了掌握住使用这一系统的权利，因为这一系统在无线电发展的初期能与无线电报进行竞争。但马尔科尼公司从来也没有实际采用这一系统。爱迪生和吉利兰试验了这一系统，而且试验成功了。
爱迪生在静电基础上详细研究了传送远达 3英里的这种系统的变体：在门罗园，这样“空间电报”有效距离是 580英尺。这一系统的变体是由起电盘和感应线圈向固定在桅杆尖上的金属板放电的装置组成。这一金属板的静电荷可以使距离很远的桅杆上出现同样的电荷，因此受话器里就收听到“咔嚓咔嚓”的声音。许多年后，爱迪生感到惊讶的是，他当时怎么很少注意自己这一个不用电线传送电报的系统，尽管这个系统当时已是靠电波来传递电报的无线电的鼻祖了。但如从对爱迪生系统的描述中看到的那样，该系统是通过感应进行工作的，而不是应用电波进行工作的。
六
除了在电报技术方面的研究工作外，爱迪生还对电话作了许多试验和研究。他在这方面的研究也获得了巨大成就。电话技术采用了爱迪生所亲自研制成功的炭精送话器，这是爱迪生为把电话改进成为通话清晰的通讯装置而顽强寻找的圆满结果。托·阿·爱迪生对电话技术作了大量研究，而这些研究的过程对我们是大有教益的。
爱迪生在对四工通报加紧研究时期，就已对用电通过电线传送声音的问题感兴趣。他在这方面研究的最初目的，是要采用有声的电报传送。当时还没有提出远距离传送语句清晰的说话声或音乐的任务。数量有限的声音的组合，当时已能保证用莫尔斯电码进行信号的远距离传送；甚至这一原理也可能帮助找到一些同时进行多种收发报的新方法。爱迪生根据当时电报技术所已具备的条件，在 1875年初就设计出了“音叉电报”。据爱迪生说，这一系统工作性能很好。传送一个“点”，就要接连响两声，而传送一个“划”，就要中间稍有停顿地响两声。在使用两个独立音叉（即一个用来发出“点”的信号，另一个用来发出“划”的信号）时，就会得到更好的效果，在这种情况下，音叉就应当在音调的高低方面有所不同。
在这一系统中，就可以清楚地看到磁性电话接收机（电话当时还未发明）的工作原理。在 1875年，“西部联合电话电报公司”总裁威廉·奥顿要爱迪生注意德国发明家菲利普·赖斯的研究工作，因为赖斯的电话在 1862年就得到详细描述，换句话说，提出了用电方法进行声音的远距离传送问题。
赖斯电话在当时引起了许多争论：它是否能用于传送语句清晰的说话声呢？无庸置疑，它还不能实现这种职能；然而作为赖斯装置基础的原理使人很感兴趣，并在后来电话的设计中得到了应用。赖斯没有使自己已经改进的电话达到远距离传送清晰语句的目的，但却为电话技术奠定了基础。爱迪生在 1875年末开始研究远距离传送人的说话声问题，认为这种电力通讯方法具有重要的独创意义，除此以外，它也能在电报技术已获得牢固地位的某些方面被采用。
爱迪生自己就在1879年以前进行的电话技术方面的各项研究工作情况，写了一份综合报告。发表在普列斯考特的关于电报术的产生和发展的专题著作中。爱迪生就由试图用声音传递电报的研究直接走向制造远距离传送言语和音乐的装置系统的研究工作。
爱迪生在初次试图制造会讲话的电话机时，就利用了赖斯的送话器和他本人以前所使用过的一种谐振接收机。其主要目的是传送清晰的言语，为此，就要使赖斯系统变得更加灵敏，而首先是应当提高送话器的灵敏度。换言之，应当把那种在声振动影响下发生明显变化的电阻，接入电话的送话器的电路中。所以爱迪生开始试验，怎样可以提高接入的电阻的灵敏度，例如在赖斯送话器中，在薄膜上的针尖和铂片间放上几滴水能否起作用。开始时彻底失败了：水被分解了，电路中的电阻因受声音振动的作用所发生的不但没有加大，反而更坏了，造成严重失真。当在针尖上套上一个小环，而又在针尖和小环中间的薄膜上放一滴水和浸透各种溶液的海绵，以及纸或毡的时候，也没有获得良好结果。
爱迪生早在 1873年就制成了一种变阻器，它是利用筒里装的一些在受到压缩时便要改变其阻抗的粉状炭、石墨和其他一些材料的属性制成。所以爱迪生在 1876年初，对电话的送话器的试验中就已开始注意研究固体物质了。爱迪生在第一次使用石墨和阿肯色河的白石头制成的薄膜时清晰地传送了几句话。但就是在这次试验中，也没有取得完全满意的效果。非金属导体的电阻，在膜片振动影响下所发生的变化还不够大。爱迪生进行了重要的改进：他把这一电阻接入到感应线圈的原绕组中去。这时，副绕组就显出往线路中传送的电流强度振动特别明显的现象。由此，送话器的灵敏度和接收的音量都提高了，接收距离也增大了。爱迪生利用从煤油燃烧时得到的灯烟（经过压制）作材料，制成送话器中的炭质电阻。
与爱迪生同时研究改进电话机的还有已获得真正成就的其他许多发明家和科学家。在这里应当提及埃·别尔利维尔的研究工作，因为他也制造了一个改善了电话传送的炭精送话器。这种送话器是利用各接触点不严的电阻变化原理来工作的。爱迪生在自己的试验工作中没有应用这一原理。
七
爱迪生对电话所进行的研究工作是很繁重的，花费了许多时间和钱财。我们已经说过，爱迪生为了试验曾制造出各种各样的送话器。但他并没有局限于只研究送话器；他试验了许多种以运用电磁原理工作的电话机，或者说他使电磁电话机有了完全新颖的别具匠心的结构。这里扼要地对原理上各不相同的各种类型的电话作一些说明。
可以把爱迪生的某些类型的电话，通称为“短闭合式电话”或“断开式电话”。在这些电话机中，膜片一振动就把一部分与其振幅成正比的电阻从电路中切断。在其他类型中，强阻抗的细线被绕在圆筒表面上的呈螺旋状的沟纹里，并被接入感应线圈的原电路。这根线上装有一个弹簧，而这个弹簧在膜片的影响下可以把大量或少量线匝引入电路，这样就使电阻发生了变化。膜片的振动能使螺旋形弹簧的线匝移近和移远，而因此也就使大量或少量细线的最边上的绕匝完全接触，这就使细绕线的电阻发生与膜片振幅相一致的变化。
爱迪生制造了电容式电话机。电容式电话机中利用的不是电流强度在电路中的变化，而是利用在声的作用下两薄片间距离的变化所引起的电容容量的变化。他获得专利特许证的有：静电式电话机，机电式电话机，液体电阻电话机，带有由于膜片振动其内阻和极化在不断变化的伏特电堆电话机。
爱迪生在改进电话方面所付出的劳动是巨大的。获得了 1876年电话专利特许证的阿·格·贝尔的研究工作是完全不能与爱迪生相比拟的。没有其他一些发明家（其中也包括爱迪生）所作的改进，电话就不会得到广泛普及，而且也就不会成为简单、廉价和方便的通信手段。