как устроен дисковый телефон
Как устроен дисковый телефон
Часть текста, а также схемы и диаграмма напряжений АТС-абонент взяты из книги Евсеева А.Н. «Радиолюбительские устройства телефонной связи» (М.: Радио и связь, Малип, 1999г) Параграф «Устройство телефонного аппарата и основы телефонной связи»
Основные компоненты телефонного аппарата использующего проводную связь.
В состав телефонных аппаратов, предназначаемых для работы в телефонных сетях, входят обязательные элементы: объединенные в микротелефонную трубку микрофон и телефон, вызывное устройство, трансформатор, разделительный конденсатор, номеронабиратель, рычажный переключатель.
Телефоном называют прибор, предназначенный для преобразования электрических сигналов в звуковые и рассчитанный для работы в условиях нагрузки на ухо человека. (Более расширенное определение на странице Телефон. Понятие и история)
В зависимости от конструкции телефоны подразделяют на электромагнитные, электродинамические, с дифференциальной магнитной системой и пьезоэлектрические. В старых телефонных аппаратах использовали телефоны электромагнитного типа. В них телефонах катушки закреплены неподвижно. Под действием протекающего в катушках тока возникает переменное магнитное поле, приводящее в движение подвижную мембрану, которая и излучает звуковые колебания.
Полоса рабочих частот для микрофонов и телефонов, используемых в телефонных аппаратах, составляет примерно 300. 3500 Гц. На принципиальных схемах телефон обозначают латинскими буквами BF.
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.
В аппаратах старого типа вызывное устройство представляло собой одно- или двухкатушечный звонок. Звуковой сигнал образовывался в результате удара бойка о звонковые чашки. Протекающий в катушках ток частотой 16. 50 Гц создавал переменное магнитное поле, которое приводило в движение якорь с бойком. В телефонных звонках использовали постоянные магниты, создававшие определенную полярность магнитопровода, поэтому такие звонки называли поляризованными. Сопротивление обмоток звонка постоянному току 1,5. 3 кОм, рабочее напряжение 30. 50 В. На принципиальных схемах звонок обозначают латинскими буквами НА.
Практически во всех современных телефонных аппаратах сейчас используется электронное вызывное устройство. Оно преобразует вызывной сигнал в звуковой тональный сигнал, который может имитировать, например, пение птицы. В качестве акустического излучателя при этом используют телефон, компактный динамик или пьезоэлектрический вызывной прибор. Схемы электронных вызывных устройств выполняют на транзисторах или интегральных микросхемах.
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.
Номеронабиратель при импульсном наборе обеспечивает подачу импульсов набора номера в абонентскую линию с целью установления требуемого соединения. То есть линия номеронабирателем периодически замыкается и размыкается. В телефонных аппаратах применяют механические и электронные номеронабиратели.Причём дисковый механический номеронабиратель (имеет диск с десятью отверстиями) в современных аппаратах уже не устанавливается, Но для понимания принципа работы системы АТС-абонент именно его работа более наглядна.
В настоящее время всё большее распространение получает тональный набор номера. В этом случае в линию аппаратом абонента посылаются не пачки импульсов а кратковременные сигналы определённых частот, каждое значение которых соответствует определённой цифре. Тональный набор номера более быстрый, так как не требуется дожидаться прохождения пачек импульсов от цифр с большим значением и нуля. Но естественно для использования тонального набора должна использоваться современная АТС с поддержкой возможности такого набора.
Тональный набор, он же DTMF или тональный сигнал (англ. Dual-Tone Multi-Frequency) — двухтональный многочастотный аналоговый сигнал, используемый для набора телефонного номера. В DTMF передаваемая цифра кодируется сигналом полученным суммированием двух синусоидальных напряжений определенной частоты. Используется две группы по четыре частоты звукового диапазона в каждой.
Таблица частот тонального набора номера DTMF
| 1 | 2 | 3 | A | 697 Гц |
| 4 | 5 | 6 | B | 770 Гц |
| 7 | 8 | 9 | C | 852 Гц |
| * | 0 | # | D | 941 Гц |
| 1209 Гц | 1336 Гц | 1477 Гц | 1633 Гц |
В современных проводных телефонных аппаратах часто реализуется возможность выбора стандарта набора номера. Это либо переключатель «PULSE/TONE» либо возможность программно изменить вид набора. Кстати возможность этого переключения часто создаёт проблемы у несведущих пользователей. Случайно переключив переключатель «PULSE/TONE» в неправильное положение люди несут аппараты в ремонтные мастерские с проблемой «не набирается номер».
Рычажный переключатель обеспечивает подключение к абонентской линии вызывного устройства телефонного аппарата в дежурном состоянии (трубка лежит) и разговорных цепей или номеронабирателя в рабочем состоянии (трубка снята). Рычажный переключатель представляет собой группы из нескольких переключающих контактов в старых аппаратах, срабатывающих при снятии телефонной трубки; или одного контакта (иногда геркона) в аппаратах современных.
Местный эффект в телефонах и способ его ослабления.
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 не 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. Одно из них представлено на рис. 1.
Рис.1. Функциональная схема телефонного аппарата с противоместным эффектом
Микрофон ВМ1, телефон BF1, балансный контур Zб и линия Zл связаны между собой обмотками трансформатора Т1: линейной I, балансной II и телефонной III. Во время разговора, когда сопротивление микрофона изменяется, разговорные токи звуковой частоты протекают по двум цепям: линейной и балансной. Из схемы видно, что токи, протекающие через обмотки I и II, суммируются с противоположными знаками, поэтому ток в обмотке 111 будет отсутствовать в том случае, если токи в линейной и балансной обмотках равны по величине. Это достигается соответствующим выбором элементов балансного контура Zб, параметры которого зависят от параметров линии Zл. Сопротивление линии содержит активную и емкостную составляющие, поэтому балансный контур выполняют из резисторов и конденсаторов.
Полное устранение местного эффекта достигается только на одной определенной частоте и определенных параметрах линии, что в реальности невыполнимо, так как речевой сигнал содержит широкий спектр частот, а параметры линии изменяются в широких пределах (зависят от удаленности абонента от АТС, переходных сопротивлений и емкостей в кабелях и др.). Практически же местный эффект полностью не пропадает, а только ослабляется подобными схемами.
Кому еще дисковый сотовый телефон?
Не все столь радостно восприняли технологический путь развития мобильных устройств. Как оказывается, некоторые одаренные мечтатели ожидали от него совсем другого и теперь, не желая мириться с возникшей ситуацией, противопоставляют ей весьма изящные и вполне функциональные альтернативы, способные по некоторым параметрам утереть нос даже новомодным устройствам. Вашему вниманию инструкция по сборке собственного сотового телефона с дисковым циферблатом.
Предыстория
Когда сенсорные экраны только начали появляться, я, как и большинство людей, с восхищением смотрела в будущее графических интерфейсов. Но оказалось это будущее ужасным.
Вместо точного контроля, описанного в научной фантастике, мы получили мудреные устройства, в которых толком не разберешь, открыта вообще программа (приложение) или нет. Они погружают нас в мир по-детски цветастых окон, беспощадно жертвующих точностью и служащих для поддержания культуры гиперсвязанности.
Складывается ощущение, что весь мир перешел от использования электронной почты и телефонов к ожиданию мгновенных текстовых сообщений. У меня же к этому сформировалось устойчивое отторжение. Я до сих пор хожу с «раскладушкой» и буквально месяц в виде исключения использовала смартфон. Меня радовало наличие исключительно базовой функциональности и отличного повода не писать сообщения, ведь все понимают, насколько неудобно это делать на раскладушках. Но даже в таких простых телефонах проглядывается бестолковый дизайн интерфейса.
Долгие годы мне не терпелось в каком-нибудь проекте задействовать в качестве интерфейса ввода дисковый номеронабиратель. К нему не сложно реализовать электрическое подключение, поэтому я представляла себе такой диск в качестве блока дополнительных клавиш для компьютера или даже в роли устройства ввода небесных координат на монтировке стимпанковского телескопа.
Но когда я узнала о плате Adafruit Fona, возможность собрать сотовый телефон представилась мне не такой уж сложной, и номеронабиратель смотрелся бы на нем весьма забавно. Наконец-то, мне удастся заполучить телефон, работающий так, как мне нужно. Он будет полностью моим, вплоть до нужной степени тактильности, и при этом можно не писать прошивку, нужную для обмена сообщениями, а просто использовать скетч.
Задачей стало не собрать нечто эксцентричное, а получить реальный, функциональный телефон, который бы мне хотелось использовать в качестве основного. При этом я смогу демонстрировать его как аппарат, максимально далекий от сенсорных технологий и в то же время способный дать «оплеуху» смартфонам за счет своего превосходства по ряду параметров.
У него будет реальная внешняя антенна с превосходящим качеством приема. Я реализую в нем отдельные физические клавиши: две для вызова самых близких людей и одну для голосовой почты. Мой телефон будет снабжен индикаторами мгновенной мощности сигнала и заряда батареи с точностью выше, чем стандартные 4 или 5 сегментов. Я встрою в него дисплей на жидких чернилах – совершенно недооцененное бистатическое решение, которое не потребует энергии на отображение фиксированных сообщений и смотреться будет прекрасно. Выключатель питания я сделаю слайдером, чтобы не пришлось удерживать эту дурацкую кнопку запуска в догадках, что же там она такое делает.
Самое же главное – у меня будет контроль. Если мне понадобится изменить что-то в поведении телефона, то я просто это изменю. Ну а если мне что-то не понравится, то винить я буду только себя.
Компактность готового устройства будет на должном уровне, и оно вполне поместится в карман. Звонить своим близким я смогу быстрее, чем со старой раскладушки, а батареи будет хватать более, чем на сутки.
По правде говоря, теперь это и есть мой основной телефон.
Дополнительную информацию по сборке всех компонентов и настройке можно найти здесь skysedge.com/unsmartphones/rotarycellphone_3g/build.
Что понадобится
Комплектующие
Инструменты
Сборка платы
Рис. A
Рис. B
Рис. C
Рис. D
Рис. D.1
Рис. D.2
Сердцем телефона выступает четырехслойная плата собственной сборки. И электрическую часть, и топологию платы я проектировала в замечательной программе KiCad, которая своими возможностями может пристыдить даже некоторые коммерческие EDA (Рис. А и В).
При этом нужно будет припаять Adafruit ePaper Friend (Рис. С), которая будет отвечать за управление e-paper дисплеем, а также приспособить к Adafruit Fona 3G гребенку (Рис. D).
Загрузка ПО
Собрав плату, можно заняться прошивкой (т.е. загрузить скетч Arduino). Для этого потребуется скачать в Adruino IDE несколько дополнительных библиотек, а именно GxEPD от Jean-Marc Zingg для управления e-paper дисплеем, Fona от Adafruit, а также менеджера плат MegaCore от MCUdude, который позволит Arduino IDE работать с микроконтроллером ATmega2560V.
Механика и корпус
Рис. E
В качестве диска номеронабирателя я использовала Western Electric model 10A (Рис. E). У этой модели есть множество разновидностей, но любая модификация с обозначением 10А должна подойти. Их можно найти среди запчастей для дисковых телефонов Trimline (загляните на eBay) или заказать у поставщиков деталей. По этому поводу я делала более развернутые заметки здесь skysedge.com/unsmartphones/rotarycellphone_3g/build/dials.
В разных моделях переключатель может быть устроен по-разному, но в итоге необходимо освободить участок d и спилить/сточить сегмент с до оголения металлических контактов
Вам нужно будет доработать этот номеронабиратель, чтобы он подходил к плате и корпусу, для чего потребуется спилить по кругу металлические ушки креплений, после чего прошлифовать места их среза. Помимо этого, нужно сточить/срезать лишний сегмент крепления герконового переключателя. В зависимости от вида номеронабирателя может также потребоваться в процессе обрезки откусить провода переключателя, а в конце обратно их припаять.
Примечание: с 26:30 в этом видео весь процесс обработки номеронабирателя показан подробно.
После того, как вы добьетесь совместимого с платой и корпусом размера (Рис. F), нужно прикрутить контакты проводов номеронабирателя к плате и убедиться, что вращение диска активирует светодиоды платы при наличии питания.
Рис. F
Рис. G
Что касается 3D-печати корпуса и кнопок, то все STL-файлы можно найти на Thingiverse. Вдавите резьбовые вставки M2 в посадочные места с помощью паяльника (Рис. G).
Далее установите коннектор SMA — μFL в заднюю крышку корпуса, а в качестве дополнительной опции можете добавить в прорези прозрачные пластиковые «окошки», которые позволят видеть некоторые части платы и в то же время защитят от попадания пыли. Я для этой цели использую упаковочный пластик.
Гибкий дисплей
А теперь самая затейливая часть процесса: приклеивание eInk дисплея. Несмотря на то, что называются такие дисплеи гибкими, при этом они очень хрупкие. Я загубила штук шесть, пока разобралась в их возможностях и поняла, как лучше всего крепить их к корпусу.
Рис. H
Рис. I
Ленточный кабель достаточно крепок и может сгибаться пополам, но короткий сегмент между ним и белой частью самого дисплея очень чувствителен, так как в нем содержится интегральная схема, которая не допускает изгиба. Под каптоном можно даже увидеть кремний. Если согнуть этот отрезок в обратную сторону дисплея, он просто переломится. Сгибание же в противоположную сторону приведет к разрыву соединения между кремнием и дорожками в гибком материале каптона, в результате чего на дисплее либо появятся артефакты, либо он полностью выйдет из строя. Так что старайтесь сохранять этот участок в максимально плоском положении. Я решила, что лучше всего приклеить его к плоской части корпуса с помощью быстросхватывающейся эпоксидной смолы или двухсторонней клейкой пленки (Рис. H и I).
Немало усилий потребовалось и на продумывание правильного изгиба дисплея вдоль корпуса, чтобы он прилегал максимально плотно без искажений изображения. Не уверена, что мне удалось добиться оптимального результата.
Финишная сборка
Теперь можно вставить в корпус кнопки, а после и основную плату. Но прежде желательно сразу установить в Fona подходящую SIM. В процессе стоит внимательно отнестись к правильной прокладке кабеля батареи и SMA-коннектора, а также расположить батарею именно рядом с Fona, иначе задняя крышка не закроется. При этом также придется повозиться с подключением FPC-коннектора к дочерней плате eInk Friend.
После установки основной платы и номеронабирателя можно крепить заднюю крышку и окончательно фиксировать дисплей. На этот раз для его крепления нужно взять простой двухсторонний скотч, что позволит в дальнейшем отсоединять дисплей при необходимости разборки корпуса.
В случае использования «уточной» антенны после ее крепления нужно будет дополнительно зафиксировать гайку возле коннектора, для чего я также напечатала небольшой сегмент корпуса, который назвала “SMA plug”. Его задача фиксировать гайку в слегка ослабленном положении, позволяя антенне вращаться вопреки тому, что базово для нее такая возможность не предусмотрена.
После этого остается только оформить кнопки и выключатели ярлыками. Для их изготовления я использую этикетировочную машину Epson LabelWorks, печатая белыми либо черными чернилами на светлой подложке. В нужный размер я вырезаю ярлычки ножницами, а для лучшей их фиксации к поверхности рекомендую использовать чуточку клея, который заполнит мелкие полости, остающиеся после 3D печати. В моем случае отлично подошел клей для пластиковых изделий, но наверняка есть варианты и получше.
Теперь у вас есть собственный сотовый телефон с дисковым набором. Круто.
Автор оригинала, Жюстин Хаупт, занимается разработкой астрономического оборудования в Брукхейвенской национальной лаборатории. Она занимала одну из ведущих ролей в создании телескопа обсерватории Веры Рубин, проекта LSST (накопления исследований пространства и времени), для которого проектировала электрооптические испытательные стенды. Сейчас Жюстин работает над экспериментом по картированию барионов (телескоп-демонстратор космологического сигнала 21см) и проектом квантовой сети. Область ее компетенции охватывает оптику, механику и радиотехнику.
2. Устройство телефонного аппарата и основы телефонной связи.
УСТРОЙСТВО ТЕЛЕФОННОГО АППАРАТА И ОСНОВЫ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ
В состав телефонных аппаратов, предназначаемых для работы в телефонных сетях, 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.
Кратко рассмотрим назначение основных элементов телефонного аппарата.
Микрофон служит для преобразования звуковых колебаний речи и электрический сигнал звуковой частоты. Микрофоны могут быть угольными, конденсаторными, электродинамическими, электромагнитными, пьезоэлектрическими. Их можно классифицировать на 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 массовых телефонных аппаратах применяют, как правило, 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 (в описываемых устройствах применены в основном угольные микрофоны). На принципиальных схемах микрофон обозначают латинскими буквами ВМ.
Следует отметить, что в последнее время ряд телефонных аппаратов оснащают также конденсаторными микрофонами типов МКЭ-3, КМ-4, КМ-7.
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. Под действием протекающего в катушках тока возникает переменное магнитное поле, приводящее в движение подвижную мембрану, которая и излучает звуковые колебания. В современных телефонных аппаратах применяют в
основном телефонные капсюли типа ТК-67, а в аппаратах устаревших конструкций — также ТК-47 и ТА-4.
Полоса рабочих частот для микрофонов и телефонов, используемых в телефонных аппаратах, составляет примерно 300. 3500 Гц. На принципиальных схемах телефон обозначают латинскими буквами BF.
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. Протекающий в катушках ток частотой 16. 50 Гц создаст переменное магнитное поле, которое приводит в движение якорь с бойком. Как правило, в телефонных звонках используют постоянные магниты, создающие определенную полярность магнитопровода, поэтому такие звонки называют поляризованными. Сопротивление обмоток звонка постоянному току составляет 1,5. 3 кОм, рабочее напряжение 30. 50 В. На принципиальных схемах звонок обозначают латинскими буквами НА.
Электронное вызывное устройство преобразует вызывной сигнал в звуковой тональный сигнал, который может имитировать, например, пение птицы. В качестве акустического излучателя при этом используют телефон или пьезоэлектрический вызывной прибор ВП-1. Такие вызывные устройства применяют, например, в современных телефонных аппаратах ТА-1131 «Лана», ТА-1165 «Стелла» и др. Электронные вызывные устройства выполняют на транзисторах.
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, о чем будет сказано ниже. 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. При этом обеспечивается практически бесконечно большое сопротивление телефонного аппарата постоянному току и малое сопротивление — переменному. В телефонных аппаратах применяют разделительные конденсаторы типов МБМ, К73-П емкостью 0,25. 1 мкф и на номинальное напряжение 160. 250 В.
Номеронабиратель обеспечивает подачу импульсов набора номера в абонентскую линию с целью установления требуемого соединения. Импульсы служат для периодических замыканий и размыканий 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. Этим обеспечивается гарантированная пауза между пачками импульсов (0,2. 0,8 с). 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. Частота импульсов, формируемых номеронабирателем, должна составлять (10±1) имп./с. Число проводов, соединяющих номеронабиратель с другими элементами телефонного аппарата, может быть 3 — 5.
Электронные номеронабиратели, которыми комплектуются многие современные телефонные аппараты (например, ТА-5, ТА-7, ТА-101), выполнены на интегральных микросхемах и транзисторах. Набор номера осуществляют нажатием кнопок клавиатуры — так называемой тастатуры. Поскольку скорость нажатия кнопок может быть сколь угодно большой, в среднем на наборе одной цифры номера экономится 0,5 с. Кроме того, тастатурные номеронабиратели предоставляют пользователям различные удобства, экономящие время:
запоминание последнего набранного номера, возможность запоминания нескольких десятков номеров и др. Питание электронных номеронабирателей осуществляется как от абонентской линии, так и от сети напряжением 220 В через блок питания.
Рычажный переключатель обеспечивает подключение к абонентской линии вызывного устройства телефонного аппарата в нерабочем состоянии (микротелефонная трубка лежит) и разговорных цепей или номеронабирателя в рабочем состоянии (трубка снята). Рычажный переключатель представляет собой группы из нескольких переключающих контактов, срабатывающих при снятии телефонной трубки.
Кроме перечисленных элементов в состав телефонного аппарата входят также резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, образующие разговорную цепь аппарата.
Рассмотрим устройство телефонного аппарата (ТА) в целом.
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 противо-местные устройства.
Существуют различные типы подобных устройств. Рассмотрим одно из них — противоместное устройство мостового типа (рис. 1).
Микрофон ВМ1, телефон BF1, балансный контур Zб и линия Zл связаны между собой обмотками трансформатора Т1: линейной I, балансной II и телефонной III. Во время разговора, когда сопротивление микрофона изменяется, разговорные токи звуковой частоты протекают по двум цепям: линейной и балансной. Из схемы видно, что токи, протекающие через обмотки I и II, суммируются с противоположными знаками, поэтому ток в обмотке 111 будет отсутствовать в том случае, если токи в линейной и балансной обмотках равны по величине. Это достигается соответствующим выбором элементов балансного контура Zб, параметры которого зависят от параметров линии Zл. Сопротивление линии содержит активную и емкостную составляющие, поэтому балансный контур выполняют из резисторов и конденсаторов.
Полное устранение местного эффекта достигается только на одной определенной частоте и определенных параметрах линии, что в реальных условиях невыполнимо, поскольку речевой сигнал содержит широкий спектр частот, а параметры линии изменяются в широких пределах (зависят от удаленности абонента от АТС, переходных сопротивлений и емкостей в кабелях и др.), поэтому на практике местный эффект не уничтожается полностью, а только ослабляется.
Рассмотрим схему телефонного аппарата ТА-72М-5 (рис. 2), предназначенного для работы в городских сетях. Его коммутационно-вызывную часть образуют рычажный переключатель SA1, звонок НА1, разделительный конденсатор С1 и номеронабиратель SA2. Разговорная часть телефонного аппарата состоит из телефона BF1, микрофона ВМ 1, трансформатора Т 1, балансного контура (конденсаторы С1 и С2, резисторы R1—R3) и ограничительных диодов VD1, VD2. Разговорная часть выполнена по противоместной схеме мостового
В исходном состоянии контактов рычажного переключателя SA1 и номеронабирателя SA2, показанном на схеме, к линии подключены последовательно соединенные между собой звонок НА1 и конденсатор С1, а разговорная часть отключена. При появлении вызывного напряжения на зажимах 1 и 4 телефонного аппарата ток протекает по цепи: зажим 1 — перемычка — зажим 3 — обмотка звонка — нормально замкнутые контакты SA1.2 рычажного переключателя — конденсатор С1 — зажим 4. (Направление тока выбрано условно — с таким же успехом его можно было бы считать протекающим от зажима 4 к зажиму 1.) Услышав звонок, абонент снимает трубку. При этом контакты SA1.1 и SA1.2 переключаются в другое положение, отключая вызывную цепь и подключая к линии разговорную цепь. Сопротивление постоянному току между зажимами 1 и 4 изменяется от очень большого (сотни килоом — мегаомы) до относительно малого (сотни ом), это фиксируется приборами телефонной станции, и они переключаются в разговорный режим.
При наборе номера контакты SA2.1 номеронабирателя находятся в замкнутом состоянии во время прямого и возвратного вращения диска, что обеспечивает шунтирование разговорной цепи и исключает прослушивание щелчков в телефоне. При возвратном вращении диска номеронабирателя контакты SA2.2 разрывают линейную цепь, и приборы станции по числу таких размыканий фиксируют номер вызываемого абонента.
Диоды VD1 и VD2 ограничивают выбросы напряжения на обмотках телефона и исключают резкие звуки, неприятные для уха.
Для работы в сетях телефонных станций ручного обслуживания используют телефонные аппараты без номеронабирателя. Схема одного из таких аппаратов (типа ТА-68ЦБ-2) показана на рис. 3. Основным отличием его от предыдущего аппарата является отсутствие контактов номеронабирателя и одной группы контактов рычажного переключателя, в связи с чем звонок и конденсатор С1 остаются подключенными к линии и в разговорном режиме. Однако они практически нс оказывают влияния на работу телефонного аппарата в таком режиме.
В устройствах телефонной связи, которые описаны в этой книге, можно использовать выпускаемые промышленностью телефонные аппараты как с номеронабирателем (ТА-68, ТА-72М-5, ТА-1146 и др.), так и без него (ТА-68ЦБ-2 и другие аналогичные). Но телефонные аппараты без номеронабирателя годятся только для телефонных коммутаторов с ручным управлением. Если в распоряжении радиолюбителя имеется телефонный аппарат, у которого исправны лишь трубка и звонок, его также можно использовать. В этом случае соединение элементов осуществляют в соответствии со схемой, приведенной на рис. 4. Конденсатор С1 — типа К73-17, МБМ, МБГО. Следует отметить, что в таком телефонном аппарате в полной мере будет проявляться местный эффект, но ради простоты можно несколько поступиться удобством.
Рассмотрим кратко, каким образом осуществляется коммутация телефонных линий в городских АТС. С 1876 г., когда шотландец А.Г.Белл изобрел первый в мире двухпроводный телефон, принцип телефонной связи нс претерпел существенных изменений.
Схема организации телефонной связи между двумя абонентами показана на рис. 5. Ток питания телефонных аппаратов El, E2 про-
ходит через дроссели L1 и L2. Дроссели необходимы для того, чтобы не происходило замыкание разговорного (переменного) тока через источник питания постоянного тока Uпит, внутреннее сопротивление которого очень мало и составляет доли ома. Источник постоянного тока принято называть центральной батареей (ЦБ). Дроссели L1 и L2 имеют относительно небольшое сопротивление постоянному току (обычно не более 1 кОм). Индуктивность дросселей достаточно велика и в диапазоне частот разговорных токов (300. 3500 Гц) создаст столь значительное сопротивление разговорному (переменному) току, что он практически не ответвляется в ЦБ и протекает в контуре между аппаратами Е1 и Е2. На АТС в качестве дросселей обычно используются обмотки двухобмоточных реле, причем эти реле одновременно служат для получения сигнала о вызове станции абонентом и сигнала окончания разговора (отбоя).
Индуктор формирует переменное вызывное напряжение частотой 16. 50 Гц, которое приводит в действие вызывное устройство нужного телефонного аппарата.
Коммутация абонентов первоначально выполнялась на АТС вручную, затем стали использовать шаговые искатели, а в настоящее время коммутация осуществляется квазиэлектронным или электронным способом. Устройства коммутации АТС управляются импульса
ми постоянного тока, которые создаются номеронабирателем телефонного аппарата при наборе абонентом цифр номера вызываемого абонента.
Рисунок 6 иллюстрирует простейший принцип установления соединения на АТС. Телефонный аппарат первого абонента Е1 подключен к ЦБ (Uпит) через обмотки двухобмоточного реле К1. При снятии первым абонентом микротелефонной трубки аппарата Е1 реле К1 срабатывает и контактами К 1.2 подаст питание на обмотку реле К2. Это реле устроено таким образом, что отпускание якоря происходит не сразу после снятия напряжения с его обмотки, а с некоторой задержкой (в данном случае эта задержка составляет около 0,1 с). Контакты реле К2.2 подготавливают цепь питания шагового искателя КЗ. При наборе абонентом Е1 номера вызываемого абонента цепи питания обмоток реле К1 будут прерываться контактами номеронабирателя телефонного аппарата Е1 (это происходит при возвратном движении диска номеронабирателя). Контактами К1.1 подаются импульсы питания на обмотку шагового искателя КЗ соответственно цифре номера вызываемого абонента. По окончании вращения диска номеронабирателя телефонного аппарата Е1 контакты шагового искателя соединят линию вызывающего абонента с линией вызываемого, после чего абоненты смогут вести разговор.
Когда по окончании разговора абонент положит микротелефонную трубку на аппарат Е1, реле К1 отпустит, его контакты К 1.2 разомкнут цепь питания реле К2, которое спустя 0,1 с также отпустит. При этом через контакты К2.1, КЗ.4 и КЗ.3 будет подано питание на обмотку шагового искателя КЗ. Контакт КЗ.4 скользит по сплошной ламели шагового искателя и разомкнется только тогда, когда шаговый искатель придет в исходное состояние. Контакт КЗ.3 — это самопрерывающий контакт шагового искателя, который прерывает цепь питания обмотки шагового искателя при притяжении якоря к сердеч-
нику. Благодаря этому контакту на обмотке КЗ формируется серия импульсов, которые последовательно устанавливают контакты КЗ.1 и КЗ.2 в исходное положение.
Четкость работы абонентских реле и шагового искателя зависит от времени размыкания контактов номеронабирателя, которое не должно превышать 0,1 с. В противном случае при размыкании контактов К 1.2 реле К2 не сможет удержать якорь, и соединения не произойдет. Поэтому параметры номеронабирателей телефонных аппаратов должны соответствовать следующим требованиям:
1) частота импульсов номеронабирателя 10±1 имп/с;
2) период повторения импульсов 0,95. 0,105 с;
3) пауза между сериями импульсов не менее 0,64 с;
4) отношение времени размыкания к времени замыкания импульсного контакта номеронабирателя, называемое импульсным коэффициентом, в зависимости от типа АТС 1,3. 1,9.
Центральная батарея АТС осуществляет питание линий абонентов постоянным напряжением Uпит = 60 В. При снятии микротелефонной трубки телефонного аппарата линия АТС оказывается нагруженной на внутреннее сопротивление телефонного аппарата, в результате напряжение на зажимах линии падает до 10. 20 В (в зависимости от удаленности абонента от АТС и типа применяемого аппарата). Внутреннее сопротивление телефонного аппарата при снятой трубке может составлять 200. 800 Ом, а рабочий (разговорный) ток через аппарат — 20. 40 мА. Приведенное к гнездам абонента сопротивление АТС, которое включает сопротивления линии, обмоток реле К1 (см.рис. 5) и внутреннее сопротивление центральной батареи, может составлять от 600 Ом до 2 кОм.
Для телефонного аппарата с дисковым номеронабирателем набор номера абонента осуществляется следующим образом: при вращении
диска по часовой стрелке до пальцевого упора контакты номеронабирателя замыкают линию, а при возвратном вращении линия размыкается такое число раз, которое соответствует набранной цифре. На рис. 7 показана временная диаграмма работы телефонного аппарата.
В качестве вызывного сигнала на АТС используется переменное напряжение 80. 120 В частотой 16. 30 Гц.
В устройствах телефонной связи, описанных в книге, применяют два способа соединения линий телефонных аппаратов: параллельное и последовательное (рис. 8).
Схема с параллельным соединением телефонных аппаратов была рассмотрена выше (рис. 5). Отличие схемы, приведенной на рис. 8,а, состоит в том, что вместо двух катушек индуктивности включен стабилизатор тока СТ, т.е. двухполюсник, ток через который сохраняется неизменным при изменении параметров внешней цепи в определенных пределах.
В любом случае справедливо соотношение L1 + L2 = L= const. поэтому изменение тока в цепи первого абонента вызывает точно такое же изменение тока в цепи второго абонента, но с противоположным знаком. При этом обеспечивается максимально возможная громкость разговора. Практически в переговорных устройствах вместо стабилизатора тока можно использовать резистор сопротивлением 1. 5 кОм, однако следует учесть, что при этом громкость разговора несколько снизится.
На рис. 8,6 приведена схема последовательного соединения телефонных аппаратов. При таком соединении разговорный ток одного аппарата полностью протекает через второй аппарат, что обеспечивает максимально возможную громкость разговора (при данных условиях).
Следует заметить, что в городских АТС последовательный способ соединения линий телефонных аппаратов нс используется из-за сложности коммутации аппаратов. (В книге данный способ применяется в переговорных устройствах и коммутаторах с ручным управлением.)