Устройство телефонного аппарата
Краткие теоретические сведения
Физики подготовили почву для создания устройств
и методов передачи сообщений при помощи электрических сигналов. Телефонный
аппарат стал продолжением телеграфного аппарата, он качественно
превзошел его и позволил: преобразовать человеческий голос в электрический сигнал,
передать его на значительное расстояние по проводам и восстановить нормальное
звучание голоса на приемном конце линии.
Телефонный аппарат был создан американцами Александром Беллом и Элайши
Грейсом независимо друг от друга в 1876 году. Белл запатентовал ТА раньше на несколько часов.
Многие десятилетия в обществе использовался ТА с дисковым номеронабирателем и
угольным микрофоном, состоял он из трех основных частей: а) разговорной
части с микрофоном и телефонным капсюлем, объединенных в телефонную трубку;
б) вращающего диска для набора телефонного номера;
в) звонковой части.
Основными элементами разговорной части является микрофон, телефонный капсюль
(или просто телефон) и противоместная схема. Наиболее широкое распространение в мире
получил угольный микрофон. Основанием для такой популярности были его простота,
высокая чувствительность и пассивность. Однако угольный микрофон недостаточно
стабилен и имеет невысокую надежность, т.к. угольный порошок может слипаться, и
подвержен эффекту старения. Характерным является большой уровень нелинейных
частотных искажений. В качестве телефонов используются электромагнитные
преобразователи. Чтобы сигнал микрофона не был слышен говорящему по ТА,
используют противоместную схему.
В 1970 году была изобретена новая система набора номера. Она сделала процесс
набора номера более надежным и оперативным. В этой системе цифры передаются двумя частотами (тонами) одновременно. Используются две группы частот нижняя (697, 770852,941 Гц) и верхняя при этом цифра определяется одним тоном из верхней частотной группы и одним - из нижней. Всего существует 16 возможных комбинаций. У ТА есть 4 типа сложности. Высшим классом является нулевой, к которому относятся многофункциональные аппараты, к первому классу относятся ТА с дополнительными функциями, ко второму - ТА с электронным номеронабирателем (НН) и электрическим приемником вызова. Аппараты первых трех классов должны иметь не угольные микрофоны. ТА третьего класса - это аппарат с угольным микрофоном,
электромеханическим звонком и дисковыми НН.
Параметры ТА: К первой группе относят телефонометрические параметры, а именно:
- эквивалент затухания передачи;
- эквивалент затухания приема;
- эквивалент затухания местного эффекта;
- слоговая разборчивость.
Ко второй группе относятся электроакустические параметры:
- диапазон изменения коэффициента приема кПР;
- уровень звукового давления, развиваемого телефоном при абсолютном уровне напряжения на входе аппарата 26 дБ;
- коэффициент гармоник на передачу;
- коэффициент от линейности АХЧ передачи;
- уровень вызывного акустического сигнала 65 дБ (А).
Следующую группу составляют электрические параметры:
- напряжение собственного шума;
- модуль входного электрического сопротивления в различных режимах;
- электрическое сопротивление постоянному току в режиме набора номера
импульсным способом;
- сила постоянного тока, потребляемого ТА в основных режимах;
- время разрыва шлейфа;
- значность программируемого набора номера.
К последней, четвертой группе относятся временные параметры набора номера для
ТА с импульсным способом набора. Такими параметрами являются:
- период следования импульсов в серии;
- импульсный коэффициент;
- пауза между двумя сериями импульсов;
- программируемая пауза между двумя сериями импульсов.
Устройство телефонного аппарата
В состав телефонных аппаратов, входят следующие обязательные элементы: микрофон и телефон, объединенные в микротелефонную трубку, вызывное устройство, трансформатор, разделительный конденсатор, номеронабиратель, рычажный переключатель. На принципиальных
электрических схемах телефонный аппарат обозначают буквой Е.
Микрофон служит для преобразования звуковых колебаний речи и электрический
сигнал звуковой частоты. Микрофоны могут быть угольными, конденсаторными,
электродинамическими, электромагнитными, пьезоэлектрическими. Их можно
классифицировать как активные и пассивные. Активные микрофоны непосредственно
преобразуют звуковую энергию в электрическую. В пассивных же микрофонах звуковая энергия преобразуется в изменение какого-либо параметра (чаще всего — емкости и сопротивления). Для работы такого микрофона обязательно требуется вспомогательный источник питания.
В последнее время ряд телефонных аппаратов оснащают: 1)конденсаторными микрофонами типов МКЭ-3, КМ-4, КМ-7. 2)Угольные микрофоны, в которых под действием звуковых волн изменяется электрическое сопротивление угольного порошка, находящегося под мембраной. Наиболее широко используют микрофонные капсюли типов МК-10, МК-16, обладающие достаточно высокой
чувствительностью. На принципиальных схемах микрофон обозначают латинскими буквами ВМ.
Телефоном называют прибор, предназначенный для преобразования электрических
сигналов в звуковые и рассчитанный для работы в условиях нагрузки на ухо человека. В зависимости от конструктивных особенностей телефоны подразделяют на
электромагнитные, электродинамические, с дифференциальной магнитной системой и пьезоэлектрические. В телефонных аппаратах наибольшее распространение получили телефоны электромагнитного типа. В таких телефонах катушки закреплены неподвижно.
Полоса рабочих частот для микрофонов и телефонов, используемых в телефонных
аппаратах, составляет примерно 300...3500 Гц. Для удобства пользования микрофон и телефон объединены в микротелефонной трубке.
Вызывное устройство служит для преобразования вызывного сигнала переменного
тока в звуковой сигнал. Применяют электромагнитные или электронные вызывные
устройства. Первое из них представляет собой одно- или двухкатушечный звонок.
Звуковой сигнал образуется в результате удара бойка о звонковые чашки.
Трансформатор телефонного аппарата предназначен для связи отдельных
элементов разговорной части и для согласования их сопротивлений с входным
сопротивлением абонентской линии. Он, кроме того, позволяет устранять так называемый местный эффект. Трансформаторы изготавливают с отдельными обмотками или в виде автотрансформаторов.
Разделительный конденсатор служит элементом подключения вызывного
устройства к абонентской линии в режиме ожидания и приема вызова. В телефонных аппаратах применяют разделительные конденсаторы типов МБМ, К73-П. В Номеронабиратель обеспечивает подачу импульсов набора номера в абонентскую линию с целью установления требуемого соединения. Импульсы служат для периодических замыкание и размыкание линии. В современных телефонных аппаратах применяют механические и электронные номеронабиратели. Дисковый механический номеронабиратель имеет диск с десятью отверстиями. При вращении диска по часовой стрелке заводится пружина механизма номеронабирателя. После отпускания диска он вращается в обратную сторону под действием пружины, при этом происходит периодическое размыкание контактов, коммутирующих абонентскую линию. Необходимая скорость и равномерность вращения диска достигаются наличием центробежного регулятора или фрикционного механизма. Формирование импульсов при свободном движении диска обеспечивает их стабильную частоту и необходимый интервал между импульсными посылками, соответствующими двум соседним цифрам набираемого номера. Необходимый интервал обеспечивается благодаря тому, что число размыканий импульсных контактов всегда выбирается на одно-два больше, чем требуется подать импульсов в линию. При этом указанные лишние импульсы в линию нс поступают, поскольку в это время импульсные контакты шунтируются одной из групп контактов номеронабирателя. Имеются также контакты, замыкающие телефон при наборе номера, чтобы исключить неприятные щелчки. Питание электронных номеронабирателей осуществляется как от абонентской линии, так и от сети напряжением 220 В через блок питания.
При работе телефонного аппарата в разговорном режиме возникает местный эффект, т.е. прослушивание собственной речи в телефоне аппарата. Местный эффект объясняется тем, что ток, протекающий через микрофон, поступает нс только в абонентскую линию, но и в собственный телефон. Для устранения этого нежелательного явления в современных телефонных аппаратах используют противоместные устройства.
Существуют различные типы подобных устройств. Рассмотрим одно из них —
противоместное устройство мостового типа (рис. 1).
Рисунок 1 - Противоместное устройство мостового типа
Разговорная часть выполнена по противоместной
схеме мостового типа.
Рисунок 2 - Схема телефонного аппарата ТА-72М-5
Рисунок 3 - Дисковый номеронабиратель
Кнопочный НН реализуется на основе интегральных микросхем.
Номеронабиратель может быть реализован по различным вариантам. Возможно, его
использование для набора номера только импульсным способом или он имеет
возможность набора как импульсным, так и тональным способом.
Тональная система набора номера была изобретена в 1940 году и имела целью -
сделать процесс набора номера более надежным и быстрым. В этой системе цифры
передаются двумя частотами одновременно. Тональные частоты выбраны таким образом, чтобы избежать гармонических помех от речевых сигналов.
Таблица 2.1 - Соответствие пар частот кнопкам набора номера на полной клавиатуре ТА
Максимальная скорость набора номера в системе частотного набора составляет 7
цифр в секунду. Для сравнения в импульсной системе набора номера скорость составляет 0,8 цифры в секунду. Преимущество системы DTMF по скорости набора почти десятикратное! Сигнал DTMF в телефонной линии имеет вид, представленный на рис.5.
Рисунок 5 - Временной график сигнала частотного набора в телефонной линии
Для генерирования тонов частотного набора использовались два перестраиваемых
генератора. Один из них - для нижней частотной группы, другой - для верхней частотной группы. Требования к стабильности генерируемых частот очень жестко, поэтому первые LC - генераторы содержали тяжёлую дорогостоящую катушку индуктивности. В 1974 году появилась IC технология, на рынок выпустили полупроводниковые генераторы и два синтезатора. Они генерировали DTMF тона высокого для того времени качества.
Генератор давал стабильную частоту 3579 Гц, которая преобразовалась в DTMF
частоты с небольшой погрешностью. Во многих странах также стали использовать
дешевые 3,58 МГц керамические резонаторы.
Схемы первых ТА с тональным набором строились по принципу, показанном на рисунке 6, с отдельными узлами набора номера. В настоящее время созданы микросхемы, объединяющие в одном корпусе оба НН и схему управления типом набора. При этом была обеспечена возможность оперативного перехода от импульсного способа набора к тотальному без принудительного переключения типа набора, установленного в ТА. Обычно это достигается нажатием кнопки «*» на тастатуре. На многих моделях ТА
кнопка имеет подпись TONE.
Рисунок 6 - Функциональная схема ТА с отдельными ИМС для импульсного
и тонального набора номера.
Такая процедура перехода от импульсного к тональному набору создает
возможность набора дополнительного номера учрежденческой станции, пользования
голосовой почтой, дистанционного управления автоответчиком и передачи данных при связи, например, с банковским терминалом. Автоматический возврат к импульсному способу набора номера осуществляется процедурой «отбой», независимо от того, как она была осуществлена, укладыванием микротелефонной трубки на ТА или нажатием специальной кнопки.