ЭЛЕКРОННЫЕ ТЕЛЕФОНЫ
Рис. 16. Вызов станции абонентом
Рис. 15. Вызов абонента станцией
Л1 С
Л2. ДИСКОВЫЕ И КНОПОЧНЫЕ ТЕЛЕФОННЫЕ АППАРАТЫ (ТА)
НН телефонного аппарата, с помощью которого передача адресной информации осуществляется при возвращении заводного диска в исходное состояние, называется дисковым номеронабирателем (ННД).
При заводе диска номеронабирателя замыкаются шунтирующиеся контакты, выключающие разговорные приборы. Это делается для уменьшения влияния реактивных элементов (L, C) схемы на передачу номерной информации ( может изменяться форма импульсов). Сопротивление аппарата тогда приближается к нулю. При возвращении диска в исходное состояние импульсные контакты размыкают цепь тока, что воспринимается прибором станции. ННД имеет следующие основные части:
1. заводной пальцевый диск;
2. пальцевый упор;
3. заводную пружину;
4. импульсную звездочку (размыкает и замыкает импульсные пружины, посылая тем самым импульсы на станцию в соответствии с набранной цифрой);
5. импульсные и шунтирующие контакты.
Для надежной работы приборов АТС НН должен обеспечивать стабильность частоты посылки импульсов и постоянное соотношение между временем размыкания и временем замыкания импульсных контактов. Во всех типах номеронабирателей частота посылки импульсов равна 10 имп./с. Отношение времени размыкания ко времени замыкания импульсных контактов называется импульсным коэффициентом. К= tр / tз
Рис.10. Изменение тока в цепи при наборе номера
На рисунке представлено изменение тока в цепи при наборе номера 41 (здесь tр – время размыкания – 61,5 мкс, а tз – время замыкания контактов – 38,5 мкс). В отечественных НН он принимается равным 1,6 с допустимыми отклонениями от 1,4 до 1,8. При наборе номера НН должен обеспечивать минимальное межсерийное время 500 мс. Межсерийное время – время между набором двух цифр номера. Время набора одной цифры в ННД равно 1,5 сек.
На временной диаграмме работы дискового НН показан принцип формирования импульсной последовательности, управляющей работой АТС при наборе номера 31. Значение цифровой паузы не нормируется и меняется в зависимости от скорости вращения диска и значения цифры номера.
Кнопочные номеронабиратели (ННК) обеспечивают передачу адресной информации при нажатии кнопок. Они делятся на ННК с многочастотным способом передачи адресной информации и ННК с импульсным способом передачи адресной информации.
В ННК с импульсным способом передачи информации на передачу одной цифры затрачивается примерно 0,75с. В современных конструкциях кнопочных номеронабирателей нажатие кнопок можно производить, не дожидаясь передачи предыдущей серии импульсов. Это удобно при использовании и ускоряет набор номера. Время передачи каждой цифры номера в ТА с ННК такое же, что и в случае с дисковым НН, но общее время набора за счет уменьшения межцифровой паузы заметно сокращается. Это сокращает занятость оборудования АТС примерно на 20%. На рис. показана временная диаграмма работы ННК. «Дребезг» - переходный процесс, который возникает при нажатии клавиши в связи с коммутационными эффектами. Межцифровая пауза может программироваться.
ННК с многочастотным способом передачи передают на станцию информацию о каждой цифре номера уникальной комбинацией двух звуковых частот. Причем используются две группы звуковых частот, одна – в нижней части речевого диапазона, вторая – в верхней ее части. Все частоты подобраны так, чтобы ни одна из них не была гармоничной с другой. Это уменьшает вероятность ложного срабатывания вследствие случайных шумов и увеличивает эффективность системы. Этот способ получил название двухтонального многочастотного набора (DTMF) или просто частотного набора. Телефон оборудованный DTMF-набором вместо диска имеет многочастотную тастатуру.
DTMF-сигналы вырабатываются звуковым генератором, выполненным на дискретных компонентах с использованием индуктивно-емкостных контуров. Если никакая клавиша не нажата, все контакты клавиатуры разомкнуты, конденсаторы отключены от отводов катушек индуктивности и резонансные контуры отсутствуют. При нажатии клавиши замыкаются два контакта – строковый и столбцовый и образуются два резонансных контура. Дополнительным переключателем, связанным одновременно со всеми клавишами, к схеме подключаются активные элементы – транзисторы. В схеме начинают генерироваться звуковые колебания с соответствующими частотами. После их объединения полученный DTMF-сигнал поступает в телефонную линию. При отпускании клавиши генераторы отключаются.
Рис. 13. DTMF-кнопочная клавиатура (тастатура)
Основные требования к DTMF-генераторам: стабильность в широком диапазоне питающих напряжений, отклонение каждой частоты не более 15%, длительность двухчастотной посылки не менее 40 мкс, паузы – не менее 25 мкс.
Использование DTMF-сигналов обеспечивает намного более быстрый набор, чем с помощью дискового номеронабирателя. DTMF-цифра может быть послана и интерпретирована телефонной станцией за 100 мкс. Сюда входит время передачи, декодирования цифры и межцифровая пауза. Дисковый НН только на один импульс затрачивает 100 мкс. Поэтому для набора цифры "9" ему потребуется 900 мкс.
Такие номеронабиратели используются при работе с электронными и квазиэлектронными АТС.
Основные цепи классического ТА
Существует большое количество типов и вариантов конструктивного оформления ТА, однако во всех электрических схемах классических телефонных аппаратов:
· Подключение определенных цепей к абонентской линии осуществляется контактами рычажного переключателя. Рычажный переключатель – это простое коммутационное устройство, которое подсоединяет и отсоединяет телефон от абонентской линии.
· В состоянии покоя (ожидание вызова), когда трубка лежит на аппарате, контакты рычажного переключателя замкнуты. В этом случае к абонентской линии подключен только звонок и последовательно с ним конденсатор C. Конденсатор блокирует постоянную составляющую напряжения линии, предотвращая насыщение сердечника электромагнита звонка. Кроме того, если не будет этого конденсатора, через обмотку звонка будет протекать постоянный ток, что будет воспринято телефонной станцией как ТА со снятой трубкой.
Л 2
· При ответе на вызов или вызове станции абонентомснимается микротелефонная трубка и рычажный переключатель отключает звонок от линии. Микрофон получает питание от станционной батареи по проводам абонентской линии; Тр
Л2
М
Л1
· При наборе номера в линию включены импульсные контакты ИК номеронабирателя, а все остальные элементы схемы ТА отключены шунтирующими контактами ШК номеронабирателя. Исключение составляют элементы искрогасительного контура (резистор R и конденсатор C). Резистор R и конденсатор C подключены параллельно импульсным контактам номеронабирателя (устраняют искрение контактов при их замыкании-размыкании).
Л2 ШК
С R
Л1
ИК
Рис. 17. Цепь набора номера
· Во время разговора подключается разговорная схема ТА, выполненная по противоместной схеме мостового типа или противоместной схеме компенсационного типа. Разговорная схема выполняет следующие функции:
1. корректирует величину потребляемого тока в зависимости от длины телефонной линии.
2. осуществляет перераспределение входных и выходных сигналов между телефонной линией, микрофоном, номеронабирателем и телефоном.
3. выполняет некоторые сервисные и предохранительные функции: антизвонную (наводки в линии) и отключение приемника (телефона).
4. существенно ослабляет местный эффект
Прослушивание через телефон своего аппарата местных шумов и собственной речи при разговоре называется местным эффектом.
Под маскировкой звуков подразумевается явление полного пропадания или ослабления слышимости полезного сигнала на фоне мешающего звука. Наиболее сильно маскирующее действие оказывают звуки низкой частоты. Под адаптацией слуха подразумевают свойства уха "приспосабливаться" к перегрузке (громким звукам). В ТА местный эффект вызывают шумы помещения, собственная речь и т.д., которая воздействует на ухо абонента одновременно с полезным сигналом приема, при этом сигнал приема маскируется. Чтобы этот эффект ослабить, в ТА используются разговорные противоместные схемы. Большинство ТА построены по противоместной схеме мостового типа. В мостовой схеме микрофон, телефон, R телефонной линии и R балансного контура связаны между собой тремя обмотками трансформатора: линейной (I), балансной (II) и телефонной (III).
Л2 Тр
Т
I III II
Л1 М
Рис. 18. Разговорная цепь при мостовой противоместной схеме
При исходящем разговоре переменный ток от микрофона разветвляется и проходит по обмоткам I и II в противоположных направлениях (сплошные стрелки). Когда магнитные потоки, созданные этими токами в обмотках равны, они компенсируют друг друга и практически не воздействуют на обмотку III. В ней индуцируется только незначительная ЭДС. В результате этого в обмотке телефона ток практически не проходит и шумы помещения и свой разговор не слышен (полное уничтожение местного эффекта возможно лишь для одной частоты и при определенном сопротивлении линии). В реальных условиях местный эффект полностью не уничтожается, а лишь ослабляется, так как сопротивление линии колеблется в широких пределах (от 0 до 1000 Ом), а речь передается в полосе частот 300…3400 Гц.
При входящем разговоре (прием речи) ток с линии проходит по обмоткам трансформатора в одном направлении (Л2→обмотка I трансформатора→ обмотка II трансформатора→БК→Л1), вследствие чего магнитные потоки складываются и в обмотке III индуцируется значительной величины ЭДС, под действием которой начинает протекать переменный ток в обмотке телефона. В результате телефон воспроизводит переданную из другого ТА речь.
В противоместных компенсационных схемах параллельно телефону и обмотке III, подключается сопротивление называемое компенсационным.
Л2 Тр
Т
I III II
Rком
Л1 М
Рис. 19. Разговорная цепь при компенсационной противоместной схеме
Разговорный ток, проходя по обмоткам I и II, создает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток (потоки, образованные I и II обмотками не равны между собой и противоположны по направлению). Результирующий магнитный поток будет индуцировать в обмотке III переменную ЭДС, создавая ток в цепи телефона. Но одновременно с этим разговорный ток, проходя по сопротивлению Rком, вызовет на нем падение напряжения u=iр× Rком. Поэтому подбирают значения Rком таким образом, чтобы ЭДС, индуцированная в обмотке III и падение напряжения на Rком были равны и противоположны по направлению. Следовательно, ток в цепи телефона будет равен нулю. Так как в этом случае телефон оказывается включенным между точками одинакового потенциала, прослушивание своего голоса ослабляется.
Устройство и принципиальная схема телефонного аппарата.
Рассмотрим простейшую схему классического телефона (ТА-72М) с дисковым номеронабирателем и мостовой противоместной разговорной схемой. В этой схеме имеется две независимые группы контактов – рычажного переключателя (РП) и номеронабирателя (НН).
Когда трубка лежит на аппарате, контакты 2, 3 и 6, 7 рычажного переключателя замкнуты. В этом случае к телефонной линии подключен только звонок. Конденсатор C1, подключенный последовательно с обмоткой звонка, блокирует постоянную составляющую напряжения линии. Если исключить этот конденсатор, через обмотку звонка будет протекать постоянный ток, что телефонная станция воспримет как ТА со снятой трубкой.
При снятии трубки с ТА замыкаются контакты 1, 2 и 5, 6 РП. При этом звонок отключается от линии, а разговорная схема оказывается подключенной к ней. Все цепи в ней легко проследить. Балансный контур БК представлен в схеме резисторами R2 и R3 и конденсатором C2. С его помощью образуется цепь разговорного тока, позволяющая ослабить местный эффект. При наборе номера конденсатор C1 и резистор R1 образуют искрогасительный контур, который включен параллельно импульсным контактам 3, 4 номеронабирателя НН. Импульсные контакты замыкают линию накоротко и размыкают ее, т.е. набираемый номер передается в линию. Контакты 1, 2 НН при наборе номера замыкаются и являются шунтирующими. Они шунтируют разговорную схему ТА, в результате чего из импульсной цепи набора номера исключаются микрофон, телефон и телефонный трансформатор. Это улучшает качество передачи импульсов в телефонную сеть, а также исключается передача импульсов в телефон и устраняются неприятные для уха щелчки.
Рис. 20. Схема телефонного аппарата ТА-72М-2
У дисковых номеронабирателей есть один существенный недостаток: всякий раз при размыкании импульсных контактов НН (контакты 3, 4 НН), то есть при исчезновении тока, в линии возникают большие выбросы напряжения, которые могут прослушиваться в телефоне в виде громких щелчков. Для предохранения слуха абонента от акустических ударов в ТА параллельно телефонному капсюлю включают встречно-соединенные диоды Д1 и Д2.
При исходящем разговоре (передача речи) создаваемый микрофоном переменный разговорный ток проходит по двум цепям:
1. микрофон М, обмотка I Тр, контакты 2-1 РП, линейный провод Л2, станция, аппарат второго абонента, линейный провод Л1, контакты 4-3 НН, микрофон.
2. микрофон М, обмотка II Тр, R3, R2/C2, микрофон.
Разговорный ток в обмотках I и II трансформатора протекает в разных направлениях, поэтому в обмотке III индуцируется незначительная ЭДС и ток в обмотке телефона практически не проходит, а значит, свой разговор не слышен. В реальных условиях местный эффект лишь ослабляется.
При входящем разговоре (прием речи) переменный разговорный ток проходит через аппарат по цепи:
· провод Л2, контакты 1-2 РП, обмотка I Тр, микрофон М/(обмотка II Тр, R3, R2/C2), контакты 3-4 НН, провод Л1.
Приходящий с линии разговорный ток в обмотках I и II трансформатора протекает в одном направлении, поэтому в обмотке III индуцируется значительной величины электродвижущая сила, под действием которой возникает ток в обмотке телефона. В результате принимаемая речь хорошо слышна в телефоне.
Существуют две основные конструкции классических телефонов: настольная и настенная. Оба варианта содержат одни и те же узлы, различие состоит лишь во внешнем виде корпуса и конструкции шасси. Классические телефоны с дисковым номеронабирателем чаще всего относятся к ТА третьего класса сложности.
Быстрое развитие электронной техники и микроэлектроники привело к значительным изменениям в конструкции классических телефонных аппаратов. Хотя принцип действия в целом остался неизменным, появилось новое поколение ТА – электронные телефоны. Это телефоны, которые содержат хотя бы одну интегральную микросхему.
Достоинства электронных ТА по сравнению с классическими:
1. Обладают рядом дополнительных функциональных возможностей (разнообразные варианты звучания вызова, регулирование в широких пределах его громкости, запоминание нескольких часто набираемых номеров, повторный набор последнего номера и т.д.).
2. Электронный ТА технологичнее, т.к. в них широко используются интегральные микросхемы.
3. Надежность и долговечность.
4. Переход к кнопочной клавиатуре позволяет использовать как импульсный, так и тональный (многочастотный) набор номера.
Электронный ТА состоит из следующих узлов:
Вызывное устройство – предназначено для приема сигнала вызова абонента АТС и преобразования его в звуковые колебания. Можно регулировать громкость электронного звонка. Зуммер вызывного устройства выполнен в виде генератора звуковых сигналов и миниатюрного громкоговорителя.
Рис. 21. Структурная схема электронного ТА
Диодный мост – исключает влияние полярности напряжения линии на полярность включения ТА и позволяет подключать линию к аппарату без учета полярности проводов.
Микропереключатель SB («Рычажный переключатель») – отключает схему ТА от линии АТС, когда трубка на рычаге. Указывает на положение трубки (положена/снята) и выполняет функцию «отбой».
Электронный номеронабирательсостоит из интегральной микросхемы номеронабирателя (ИСНН) и внешних времязадающих и вспомогательных элементов. Микросхема выполняет следующие функции:
· опрос клавиатуры;
· формирование сигнала набора номера (импульсный ключ);
· формирование сигнала отключения разговорной схемы на время набора номера при помощи разговорного ключа;
· управление контролером индикатора и дополнительным ОЗУ;
· программирование частоты импульсов кодовой посылки, значения импульсного коэффициента, длительности межцифровой паузы;
· вырабатывание звуковых и визуальных сигналов подтверждения нажатия клавиши и т.д.
Времязадающие элементы генератора – определяют частоту внутреннего генератора ИСНН. От этой частоты зависят все временные параметры сигналов, вырабатываемых микросхемой.
Импульсный ключ (ИК) производит набор номера путем замыкания и размыкания линии АТС, т.е. формирует тоновые («пауза») и бестоновые («импульс») посылки.
Разговорный ключ (РК) – отключает разговорную схему на время прохождения импульсов набора номера. Это устраняет неприятные щелчки в трубке ТА.
Схема «Отбой» - выполняет начальную установку ИСНН.
Схема питания микросхем – обеспечивает питание микросхем номинальным напряжением во время набора номера и поддержку питания встроенного оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) микросхемы при положенной на рычаг трубке.
Клавиатура является источником сигнала для ИСНН. Она построена по координатной схеме. Наиболее часто используется клавиатура со следующей организацией: 3×4, 2×7 (т.е. 3 столбца и 4 строки и т. д.) При нажатии клавиши соответствующие строки и столбцы замыкаются между собой или на один общий провод.
Микрофон ВМ– преобразует звуковые сигналы в электрические (может стоять угольный, конденсаторный, электретный, пьезоэлектрический, электродинамический или электромагнитный микрофон).
Микрофонный усилитель –усиливает сигнал микрофона.
Телефон BF –преобразует электрические колебания в звуковые (может стоять электродинамический, электромагнитный или пьезоэлектрический преобразователь).
Телефонный усилитель –усиливает речевой сигнал до уровня нормальной слышимости и согласует сопротивление линии с сопротивлением телефонного капсюля.
Противоместная схема –устраняет избыточное прослушивание в трубке телефона собственного голоса.