Как устроен дисковый телефонный аппарат. Из каких основных элементов он состоит. Какие функции выполняет каждый элемент телефона. Как происходит набор номера и соединение абонентов. Какие современные варианты дисковых телефонов существуют.

Основные элементы дискового телефонного аппарата

Дисковый телефонный аппарат состоит из следующих основных элементов:

• Микрофон
• Телефон (динамик)
• Вызывное устройство (звонок)
• Трансформатор
• Разделительный конденсатор
• Номеронабиратель (дисковый механизм)
• Рычажный переключатель

Каждый из этих элементов выполняет свою определенную функцию в работе телефонного аппарата. Как они взаимодействуют между собой?

Принцип работы микрофона и динамика

Микрофон в телефонном аппарате преобразует звуковые колебания речи в электрический сигнал. В дисковых телефонах чаще всего применяются угольные микрофоны, в которых под действием звуковых волн изменяется электрическое сопротивление угольного порошка.

Динамик (телефон) выполняет обратную функцию — преобразует электрические сигналы в звуковые колебания. В дисковых аппаратах обычно используются электромагнитные динамики.

Назначение и принцип работы номеронабирателя

Номеронабиратель — это ключевой элемент дискового телефона, обеспечивающий набор номера абонента. Как он работает?

• При вращении диска по часовой стрелке взводится пружина механизма
• При обратном вращении диска происходит размыкание контактов в импульсном режиме
• Число размыканий соответствует набранной цифре
• Частота импульсов составляет 10±1 имп/с
• Между сериями импульсов обеспечивается пауза не менее 0,64 с

Такой принцип работы номеронабирателя позволяет передать на АТС информацию о набранном номере в виде серий импульсов.

Схема соединения абонентов через АТС

Соединение абонентов через автоматическую телефонную станцию (АТС) происходит следующим образом:

1. При снятии трубки срабатывает реле на АТС, фиксируя запрос на соединение
2. Импульсы от номеронабирателя управляют коммутационными устройствами на АТС
3. АТС анализирует набранный номер и подключает линию вызываемого абонента
4. На аппарат вызываемого абонента подается вызывной сигнал
5. При снятии трубки вызываемым абонентом устанавливается разговорное соединение

Таким образом, АТС выполняет функцию автоматической коммутации абонентских линий на основе информации, передаваемой номеронабирателем телефонного аппарата.

Принципы питания телефонных аппаратов

Питание телефонных аппаратов осуществляется от АТС. Какие особенности имеет система питания?

• Используется централизованный источник постоянного тока напряжением 60 В
• При снятии трубки напряжение в линии падает до 10-20 В
• Рабочий ток через аппарат составляет 20-40 мА
• Для развязки цепей питания и разговорных токов используются дроссели
• Вызывной сигнал формируется переменным напряжением 80-120 В частотой 16-30 Гц

Такая система централизованного питания обеспечивает надежную работу телефонных аппаратов даже при отключении электроэнергии у абонентов.

Способы соединения телефонных аппаратов

Существует два основных способа соединения телефонных аппаратов в сети:

1. Параллельное соединение:
   • Аппараты подключаются параллельно к линии
   • Используется в городских телефонных сетях
   • Позволяет легко подключать/отключать аппараты
2. Последовательное соединение:
   • Аппараты включаются последовательно в разрыв линии
   • Обеспечивает максимальную громкость разговора
   • Используется в некоторых переговорных устройствах

Выбор способа соединения зависит от конкретного применения телефонных аппаратов и требований к системе связи.

Современные варианты дисковых телефонов

Несмотря на распространение кнопочных и сенсорных телефонов, дисковые аппараты не ушли полностью в прошлое. Какие современные варианты дисковых телефонов существуют?

• Ретро-телефоны с дисковым набором и современной электроникой
• GSM-телефоны в винтажном корпусе с дисковым номеронабирателем
• VoIP-телефоны с дисковым набором для IP-телефонии
• Декоративные дисковые телефоны как элемент интерьера

Такие устройства сочетают в себе ностальгический дизайн и современные технологии связи, находя своих поклонников среди любителей ретро-техники.

Преимущества и недостатки дисковых телефонов

Дисковые телефонные аппараты имеют ряд характерных особенностей по сравнению с современными кнопочными и сенсорными телефонами:

Преимущества:

• Высокая надежность и долговечность механизма
• Работа без электропитания (питание от АТС)
• Узнаваемый винтажный дизайн
• Тактильные ощущения при наборе номера

Недостатки:

• Медленный набор номера
• Отсутствие дополнительных функций (память номеров, АОН и т.д.)
• Сложность интеграции с современными системами связи
• Большие габариты по сравнению с современными телефонами

Несмотря на недостатки, дисковые телефоны остаются популярными среди коллекционеров и любителей ретро-техники. Как вы думаете, есть ли у них будущее в эпоху смартфонов?

Особенности эксплуатации дисковых телефонов

При использовании дискового телефонного аппарата следует учитывать некоторые особенности его эксплуатации:

• Необходимо дожидаться полного возврата диска перед набором следующей цифры
• При ошибке в наборе номера нужно положить трубку и начать набор заново
• Запрещается принудительно ускорять или замедлять возврат диска
• Следует регулярно проводить чистку и смазку механизма номеронабирателя
• Нельзя допускать попадания влаги и пыли внутрь аппарата

Соблюдение этих правил позволит обеспечить длительную и надежную работу дискового телефонного аппарата. Какие еще рекомендации по эксплуатации таких телефонов вы могли бы дать?

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

типа.

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.)

 

lib.qrz.ru

Дисковый сотовый телефон на LPC810 / Хабр

Конечно, это «каша из топора», ведь помимо LPC810 с его шестью GPIO, нужен ещё GSM-модуль. За основу прошивки взяты примеры отсюда, сама прошивка лежит здесь.

Для подключения четырёх контактных групп (трёх кнопок и номеронабирателя), а также дисплея на HD44780, работающего в четырёхбитном режиме, к трём выводам микроконтроллера применена следующая схема:

Сдвиговый регистр — типа 74HC164. Для опроса одной из контактных групп в него необходимо записать число 0x01, 0x02, 0x04 или 0x08. Дисплейный модуль «не обращает внимания» на происходящее, так как на линии EN нуль, а сигнал о состоянии выбранной контактной группы поступает на линию DAT.

Резисторы выбраны такими, чтобы сигнал с микроконтроллера имел приоритет перед сигналом с контактной группы, а именно, R2 — несколько кОм, R3 (подтягивающий вниз) — 22 кОм.

Сигнал STATUS с GSM-модуля управляет стабилизатором напряжения. Если включить модуль, на этой линии появится напряжение, и включится всё устройство. При ручном или автоматическом отключении GSM-модуля всё устройство тоже отключается. Полная схема:

Эта же схема в PDF

Прошивка состоит из двух конечных автоматов. Первый обрабатывает прерывания с приёмной линии UART, записывает поступающие оттуда знаки в буфер и при обнаружении AT-последовательностей устанавливает соответствующие флаги. Другой конечный автомат — основной цикл событий, считывающий эти флаги и меняющий своё поведение в зависимости от их состояния. Цикл занимает порядка 16 мс, и этого хватает на считывания всех цифровых входов, включая вход с номеронабирателя.

Корпус выбран достаточно крупным, чтобы поместились номеронабиратель, аккумулятор на 1000 мАч, и всё остальное. В ПЗУ осталось достаточно места, чтобы в дальнейшем можно было реализовать управление линией DTR, переход в энергосберегающий режим и АОН.

Много картинок, файлы в формате Eagle 6, исходники прошивки

habr.com

Ретро GSM телефон на Arduino 1958 года, с дисковым номеронабирателем

В этом уроке мы дадим вторую жизнь телефонному аппарату с дисковым номеронабирателем, превратив его в мобильный (переносной) ретро-аппарат сотовой связи.

Есть стационарные телефонные аппараты у которых нет провода между трубкой и базой, но есть провод к розетке АТС. В нашем проекте у телефона останется провод между трубкой и базой, но пропадёт провод к розетке, так как связь будет осуществляться по сети GSM.

Описание работы ретро GSM телефона:

• После подачи питания дождитесь кратковременного колокольного звонка, он оповещает о том, что модем GSM зарегистрирован в сети сотового оператора связи.
• Телефон может принимать входящие звонки если трубка лежит на телефоне.
• Можно снять трубку (при отсутствии входящего звонка) для перехода в режим «я занят».
• Для ответа на входящий звонок нужно поднять трубку.
• Для завершения разговора нужно положить трубку на телефон.
• Набираемый номер должен состоять из 11 цифр и начинаться с цифры 7 или 8.
• Можно набирать номера 01, 02, 03, 04, 100, предварительно указав код города 8(495).
• Можно набирать номера 101, 102, 103, 104, 112.
• Ввод цифр номера осуществляется поворотом заводного диска до нужной цифры с последующим самовозвратом диска в исходное положение.
• Для совершения исходящего вызова выполните следующие действия:
  • Поднимите трубку при отсутствии входящего вызова.
  • Дождитесь появления гудка в трубке, он сигнализирует о наличии связи с сотовым оператором, следовательно, готовности к набору номера.
  • Наберите номер вызываемого абонента.
  • Если Вы ошиблись, опустите, поднимите трубку и повторите набор заново.
  • Во время набора номера гудок в трубке должен пропасть. Вместо него, во время возврата заводного диска, имитируется звук «щелчков» от набора номера.
  • После ввода последней (одиннадцатой) цифры номера дождитель появления сигнала вызова (длинные гудки или мелодия), или сигнала занят (короткие гудки).
  • Если абонент ответит на Ваш вызов, то установится голосовое соединение.
  • Если абонент разорвёт голосовую связь, Вы услышите сигнал занят (короткие гудки).
• Завершить вызов, набор, соединение или разговор можно в любое время повесив трубку.
• Динамик в телефонной трубке излучает звуки разговора и сигнал вызова (длинные гудки или мелодия), а все остальные сигналы формируются звукоизлучателем (зуммером), так же установленным в телефонную трубку.

Нам понадобится:

Для реализации проекта нам необходимо установить библиотеку:
• iarduino_GSM.
• Библиотеки SoftwareSerial и Servo входят в стандартный набор Arduino IDE.

О том как устанавливать библиотеки, Вы можете ознакомиться на странице Wiki — Установка библиотек в Arduino IDE.

Схема сборки:

Arduino / Piranha UNO:

Если Вы собираетесь разместить устройство в корпусе телефона, найдите место для установки Arduino / Piranha UNO и закрепите её.

Batery Shield:

Установите Battery Shield на Arduino / Piranha UNO:
Во время установки Battery Shield должен быть в выключенном состоянии.

GSM/GPRS Shield:

На Battery Shield установите GSM/GPRS Shield A6:

На плате GSM/GPRS Shield A6 имеется слот для SIM-карт и переключатель UART. Установите SIM-карту в слот, выберите положение переключателя RX-7/TX-8.

Trema Shield:

На GSM/GPRS Shield A6 установите Trema Shield:

Номеронабиратель:

Подключите номеронабиратель к выводам GND, D5, D6 и Трема кнопку к выводу D4:

Если Вы собираете устройство в корпусе телефона, то вместо Trema кнопки подключите кнопку фиксации опускания трубки, между выводами GND и D4).

Колокольный звонок:

Подключите модули управления колокольным звонком:

Напряжение питания 5В подводится на вход повышающего DC-DC преобразователя, а напряжение с его выхода (уровень напряжения регулируется потенциометром преобразователя) подводится к соленоиду или родной катушке звонка телефона, через Trema силовой ключ, управление которым осуществляется через вывод D2.

Колокольный звонок можно собрать не на соленоиде, а на сервоприводе, подключив его к выводу D2:

Преимуществом данной схемы является меньшее число деталей. Но в скетче нужно присвоить переменной modeBEEL значение 2 (разкомментировать строку в начале скетча), а так же указать углы сервопривода при которых боёк касается колокола и удаляется от него (углы указываются в функции funcBELL в конце скетча).

Устройство ввода/вывода звука:

Если Вы собираетесь разместить динамик, микрофон и зуммер в трубке телефона, то подключите их согласно схеме: (трубка соединяется с аппаратом четырехпроводным кабелем).

В телефонной трубке, рядом с динамиком, необходимо разместить и зуммер. Он подключается к выводу D3 и нужен для подачи сигналов «готов к набору» (гудок при снятой трубке)

lesson.iarduino.ru

ТЕЛЕФОН | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ТЕЛЕФОН, электронное устройство, преобразующее звуки человеческой речи в электрические сигналы и наоборот. Такие сигналы передаются через коммутационные устройства по воздушным, кабельным и радиорелейным линиям связи между абонентскими телефонными аппаратами.

14 февраля 1876 Александр Белл подал патентную заявку на изобретение телефона (назвав его «усовершенствованием телеграфии»).

В тот же день тремя часами позднее Илайша Грей подал заявку с уведомлением о том, что работает над тем же принципом. Патентное бюро США выдало патент Беллу 7 марта 1876. Первый практичный телефон появился в 1877.

Самые разветвленные телефонные сети созданы в США (более 145 млн. телефонных линий) и Японии (более 56 млн. телефонных линий). По данным Федеральной комиссии связи США, домашними телефонами обеспечено свыше 93% населения Соединенных Штатов.

ТЕЛЕФОННЫЙ АППАРАТ

Устройство.

Обычный телефонный аппарат состоит из двух частей: корпуса и телефонной трубки. В телефонной трубке имеются два миниатюрных элемента: передающий (микрофон) и приемный (громкоговоритель). Корпус большинства таких аппаратов снабжен рычажным переключателем и дисковым или кнопочным номеронабирателем, а также внутренней электросхемой вызова и двухпроводным шнуром для подключения к абонентской телефонной линии. В некоторых моделях номеронабиратель смонтирован на телефонной трубке. В старых телефонных аппаратах электромеханического типа насчитывалось до 500 деталей, а в новых, выполненных по полупроводниковой электронной технологии, число узлов не превышает десяти.

Применяются два основных типа микрофонов – угольный и электретный; электретный значительно меньше угольного. Действие угольного микрофона основано на изменении электрического сопротивления угольного порошка, на который воздействует чувствительная к звуку мембрана. В электретном микрофоне звуковые колебания изменяют емкость конденсатора, одной из пластин которого является чувствительная мембрана. Выходной электрический сигнал микрофонов обоих типов является аналоговым (в противоположность дискретному – цифровому), т.е. он пропорционален меняющейся громкости звука. Электретный микрофон дает более чистый звук (с более низким уровнем шума) и менее чувствителен к сотрясениям.

Миниатюрный приемный элемент (динамический громкоговоритель с подвижной катушкой) устроен так же, как и более мощные громкоговорители радиоприемников и аудиоаппаратуры: его вибрирующая мембрана преобразует изменения электрического сигнала в звуковые колебания воздуха.

Передающий и приемный элементы телефонной трубки имеют по два выходных медных провода. Они присоединены к четырем внутренним медным жилам спирального шнура, соединяющего телефонную трубку с корпусом телефонного аппарата. Отдельный двухпроводной шнур, называемый телефонным сетевым, идет от корпуса телефонного аппарата к телефонной розетке или к настенной распределительной коробке. Здесь он присоединяется к двухпроводной абонентской линии, которая часто называется скрученной парой, поскольку ее снабженные изоляцией медные провода скручиваются вместе для уменьшения помех, обусловленных индукцией. Скрученная пара – это звено, связывающее телефонный аппарат абонента с телефонной сетью. В учреждениях, гостиницах, больницах телефонный аппарат часто подключается к телефонной сети через офисную телефонную станцию, к которой со стороны АТС подведена многоканальная соединительная линия.

Работа телефонного аппарата.

Каждая абонентская телефонная линия, идущая к автоматической телефонной станции, несет информацию о состоянии рычажного переключателя своего аппарата (снята или нет телефонная трубка). В зависимости от ситуации АТС отвечает вызывающему абоненту сигналом «занято» (частыми гудками) или посылает вызываемому абоненту сигнал вызова звонком.

Чтобы произвести вызов, вызывающий абонент должен снять трубку с рычажного переключателя. Непрерывный гудок (тональный сигнал готовности) говорит о том, что между телефонным аппаратом и АТС установлено соединение – замкнута двухпроводная линия с рабочим напряжением 48 В постоянного тока. Отсутствие сигнала готовности указывает на наличие неисправности. Услышав сигнал готовности, абонент может набрать номер нужного телефона.

Первый дисковый номеронабиратель появился около 1896, а аппараты с кнопочным набором промышленность начала выпускать в 1963. Некоторые телефоны с кнопочным набором дают импульсы, как и дисковые, но более распространены аппараты с технически более удобным тональным кнопочным набором. Дисковые и импульсные кнопочные номеронабиратели необходимы в тех случаях, когда АТС не модернизирована для тонального набора.

Тональные кнопочные номеронабиратели имеют цифровые кнопки от 1 до 9 и 0, а также кнопки «звездочка» (*) и «решетка» (#) для обращения к особым видам обслуживания в цифровых АТС. В тех случаях, когда принят метод т.н. двухтональной многочастотной сигнализации, при нажатии каждой кнопки вырабатывается уникальная пара электронных тонов, выбранных из двух взаимоисключающих групп по четыре частоты в каждой.

В некоторых телефонных аппаратах предусматриваются дополнительные кнопки, программируемые: 1) на выключение микрофона (чтобы, например, откашляться или сказать что-то другому лицу в помещении), 2) на автоматическое повторение набора последнего вызывавшегося номера, 3) на перевод вызова в режим ожидания при пользовании другой линией, 4) на автоматический набор часто вызываемых номеров и 5) на автоматический набор срочных вызовов (полиции, пожарной службы, скорой помощи и т.д.).

На предприятиях и в учреждениях ручную телефонную станцию, т.е. миниатюрный коммутатор (с числом добавочных номеров до 100) обычно обслуживает секретарь или работник службы безопасности. Такие ручные телефонные станции снабжаются телефонной трубкой, лежащей сбоку на пульте, и дополнительными соединительными гнездами для автоответчика, факса, наушников, компьютерного модема, устройства световой или звуковой сигнализации. При пользовании каким-либо из телефонов с добавочным номером горит соответствующая кнопка на пульте станции.

РАДИОТЕЛЕФОНЫ

«Домашний» радиотелефон.

В телефонную трубку такого «бесшнурового» телефона встроен миниатюрный батарейный приемопередатчик, работающий на той же волне, что и другой приемопередатчик, который находится в корпусе телефонного аппарата, подключенного к сети электропитания и к телефонной сети. В корпусе телефонного аппарата имеются звонок вызова и зарядное устройство для аккумулятора питания приемопередатчика.

Приемопередатчик телефонной трубки может работать на расстояниях, немногим меньших 1 км, а в некоторых моделях – до 3,5 км. Емкость питающего его аккумулятора достаточна для разговора в течение 45 мин и в течение 6 ч обеспечивает готовность телефона со снятой трубкой. Когда трубка положена, ее аккумулятор автоматически подзаряжается.

Основное преимущество домашнего радиотелефона – возможность свободного перемещения абонента в радиусе действия приемопередатчика. Главный недостаток – незащищенность (большинства моделей) от несанкционированного подключения к телефону посторонних лиц.

Радиотелефон сотовой связи.

С радиотелефоном сотовой связи абонент может на протяжении сеанса связи перемещаться из зоны действия (сотовой ячейки) одной антенны в зону действия другой, затем третьей и т.д. Такая техника, предложенная фирмой «Белл лэбораторис» в 1971, была введена в коммерческую практику в 1983. Каждая из антенн сотовой связи может поддерживать одновременно сотни отдельных двусторонних телефонных переговоров (или передач по радиофаксу). Вызов занимает одну из 666 частотных полос антенной ячейки и при перемещении телефона автоматически переключается на любую свободную частотную полосу следующей ячейки. При этом частотная полоса предыдущей ячейки освобождается и может быть занята другим абонентом.

Имеются три основных вида радиотелефонов сотовой связи: 1) мобильные, устанавливаемые в автомобилях и питаемые от автомобильных аккумуляторов, 2) переносные с отдельной переносной батареей питания, которые можно использовать отдельно или включать в гнездо электрозажигалки в автомобиле, и 3) карманные (со встроенной батареей питания) массой около 100 г.

Новые виды карманных телефонов сотовой связи будут использоваться в «сетях персональной связи» (PCN). Сигнал в таких телефонах будет более слабым, чем в существующих телефонах сотовой связи, а антенна – меньших размеров. Антенны персональной связи будут, вероятно, монтироваться на уличных фонарных столбах и на фасадах зданий, а также внутри автобусов, железнодорожных вокзалов, аэровокзалов. Антенны персональной связи, как и антенны другой сотовой связи, подключаются проводными или оптическими кабелями к коммутационной подстанции АТС. Сети персональной связи разрабатываются на основе цифровой техники (см. ниже Цифровые телефоны).

ТЕЛЕФОНЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Громкоговорящие телефонные аппараты.

Абонент включает ручным выключателем более мощную систему микрофона с громкоговорителем для двусторонней телефонной связи, когда в переговорах необходимо участвовать одновременно нескольким лицам, находящимся в помещении. Такое устройство выполняется, как правило, в виде отдельной или встраиваемой приставки к корпусу обычного шнурового телефонного аппарата. Для его работы нужно, чтобы телефонная трубка лежала на рычажном переключателе аппарата.

Видеотелефонные аппараты.

В видеотелефоне передача речи дополняется передачей изображения. Телевизионная камера одного видеотелефона формирует сигнал изображения абонента, участвующего в сеансе связи, и его изображение высвечивается на небольшом телевизионном экране (75–100 мм по диагонали, на жидких кристаллах) другого видеотелефона. Видеоизображение, передаваемое одновременно с речевым сигналом по обычным телефонным линиям, оказывается менее качественным, чем изображение широковещательного телевидения. Дело в том, что слишком мала ширина частотной полосы одного телефонного канала: для передачи качественного изображения нужно около 1400 речевых каналов.

Неподвижные видеоизображения могут передаваться с гораздо большей четкостью, но для полного формирования одного кадра требуется заметное время, примерно 2–3 с (для передачи движущегося изображения нужна скорость передачи не менее 10 кадров в секунду). Такие телефоны довольно дороги, однако для некоторых организаций это приемлемо, когда по телефону обсуждаются копии чертежей, рентгенограммы, модели изделий, недвижимое имущество и т.д.

Телефонные приставки для глухих.

Для абонентов с недостатком слуха созданы приставки к телефону, позволяющие обмениваться текстовыми сообщениями. В приставке имеются клавиатура и дисплей, на котором может высвечиваться строка текста длиной 20 или более знаков. В сеансе связи между двумя такими приставками один абонент набирает слова с помощью клавиатуры и на дисплее другого появляется текст. Исходящие сообщения даются строчными буквами, а входящие – прописными. Текст «прокручивается» на дисплее. Приставка, снабженная мигающей сигнальной лампой вызова, может работать с обычным телефонным аппаратом.

Телефоны общего пользования.

Такие телефонные аппараты, называемые таксофонами (или телефонами-автоматами), доступны для всех, кто деньгами или кредитной карточкой оплачивает вызов. Некоторые новые модели таксофонов, введенные в 1990-х годах, снабжены 24-см цветным экраном монитора и позволяют передавать и принимать речь, данные в цифровой форме через дорожный компьютер, портативный факс или встроенную клавиатуру самого таксофона, а также текстовые сообщения – через приставку для глухих.

Современные таксофоны, устанавливаемые в открытых или полуоткрытых боксах в шумных местах (на улицах, в аэропортах), сконструированы так, чтобы свести к минимуму влияние внешнего шума. На телефонных трубках предусматриваются ручки регулировки громкости, микрофоны снабжаются специальными фильтрами. Для защиты от вандализма в местах повышенного риска применяются бронированные шнуры и поликарбонатные телефонные трубки. Предусматриваются также средства защиты от оплаты поддельными монетами и от других незаконных действий.

ЦИФРОВЫЕ ТЕЛЕФОНЫ

Значительная часть телефонов, используемых в системах связи, представляет собой аналоговые устройства: они передают и принимают непрерывно меняющийся электрический сигнал, соответствующий плавно меняющимся звуковым частотам речи. Аналоговая электрическая передача – естественное продолжение человеческого речевого общения, которое тоже представляет собой аналоговый процесс, основанный на возбуждении и восприятии колебаний со звуковыми частотами. Однако у аналоговой передачи есть свои недостатки, которые особенно существенны, когда один кабель служит общим звеном для большого числа разговорных трактов. Кроме того, затруднена аналоговая передача цифровых сигналов компьютера – их приходится преобразовывать в квазиречевые сигналы.

По этим причинам все шире начинают применяться цифровые телефонные сети. Цифровой телефон подключается к цифровой телефонной линии (см. ниже Линии передачи). Речевые же телефонные аппараты, которые можно было бы подключать непосредственно к волоконно-оптической линии, не выпускаются промышленностью, хотя некоторые персональные компьютеры могут иметь волоконно-оптические порты для локальных вычислительных сетей (ЛВС). Офисные цифровые телефонные станции могут допускать использование в учреждении аналоговых линий, но цифровые телефоны и в этом случае следует подключать только к цифровым линиям.

В цифровом телефонном аппарате микросхема преобразует аналоговый речевой сигнал, вырабатываемый электретным микрофоном в частотной полосе шириной 4000 Гц, в цифровой сигнал 64 Кбит/с для передачи по цифровому речевому каналу. Таким образом, аналоговый электрический сигнал с непрерывно изменяющейся интенсивностью заменяется последовательностью кодированных двоичных чисел (битов).

Хотя для цифрового телефона подходит только цифровая телефонная линия, он может быть соединен с аналоговым телефоном, подключенным к сети. Цифровые линии стыкуются с аналоговыми на АТС, где осуществляется преобразование цифровых сигналов в аналоговые и наоборот.

ФАКС И ТЕЛЕФОННАЯ СЕТЬ

С помощью факса (факсимильного аппарата) по телефонной сети передаются и принимаются изображения документов, рукописных и печатных текстов, графиков, карт, чертежей, фотографий и пр. Сканирующее устройство факса считывает исходящий материал и преобразует аналоговое изображение в цифровой код. Встроенный модем (см. ниже Модем и телефонная сеть) преобразует цифровой сигнал в аналоговый, соответствующий стандарту местной телефонной сети. Модем преобразует также входящие сигналы от других факсов в цифровой сигнал для печатающего устройства. См. также ОРГТЕХНИКА И КАНЦЕЛЯРСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ; ФАКСИМИЛЬНАЯ СВЯЗЬ.

МОДЕМ И ТЕЛЕФОННАЯ СЕТЬ

Модем (модулятор-демодулятор) необходим для подключения портативного или настольного компьютера через ЛВС к другим компьютерам, а через телефонную сеть общего пользования (по запрограммированным номерам вызова) – к различным компьютерным сетям, таким, как системы электронной почты. Модем преобразует цифровой сигнал факса или персонального компьютера в аналоговый сигнал, совместимый с системами передачи и коммутации аналоговой местной и цифровой междугородной телефонной сети. Модем принимает также входящие аналоговые сигналы и преобразует их в цифровые, совместимые с подключенным к нему факсом или компьютером. См. также КОМПЬЮТЕР.

В факсах обычно предусматривается встроенный модем, но для многих персональных компьютеров требуются отдельные модемы. В настоящее время выпускаются модемы размером не более кредитной карточки, встраиваемые в оборудование либо вставляемые в гнездо (для сменной платы) портативного факса или ноутбука.

ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

Сигналы, вырабатываемые абонентской аппаратурой, передаются по проводной, радиорелейной или волоконно-оптической линии на ближайшую АТС. Все АТС, через которые устанавливается соединение с другим абонентом, связаны между собой соединительными линиями передачи с большим числом каналов.

Проводные линии.

Местная сеть начинается с двухпроводных абонентских линий, обслуживаемых АТС. Число таких линий может составлять 80 000 и более. В районе с высокой плотностью населения на АТС может быть несколько блоков коммутации абонентских линий. Для вызова абонента, обслуживаемого другим коммутационным блоком, нужен свободный канал в многоканальном кабеле, называемом соединительной линией (внутри- или межстанционной).

Телефонные линии, которыми оборудуются почти все жилые дома, выполняются из медного провода с пластмассовой изоляцией. Источником электропитания абонентских линий служит центральная аккумуляторная батарея АТС с напряжением 48 В постоянного тока, непрерывно подзаряжаемая выпрямителем сетевого тока. При временном отключении сетевого напряжения батарея может в течение 3 ч обеспечивать нормальную работу АТС. Предусматривается резервный электрогенератор для подзарядки батареи в аварийном режиме.

В самых современных системах абонентских линий до 96 соседних скрученных пар объединяются в телефонной подстанции. Подстанция преобразует аналоговые сигналы абонентских скрученных пар в цифровые, которые объединяются методом мультиплексирования с временнм уплотнением, благодаря чему снижается стоимость линейного строительства. (В аналоговых межстанционных соединительных линиях применяется метод мультиплексирования с частотным уплотнением.) На АТС производится демультиплексирование сигналов для адресации на те или иные контакты блока коммутации абонентских линий.

Электрический речевой сигнал постепенно ослабляется («затухает») в процессе прохождения разговорного тракта и поэтому требует усиления в критических точках тракта. Аналоговый промежуточный усилитель усиливает не только полезный речевой сигнал, но и наложившийся на него шум. Поэтому в цифровых линиях связи, особенно междугородных, применяется т.н. регенератор. Он не просто усиливает сигнал, имеющий вид последовательности несколько искаженных из-за пройденного расстояния цифровых импульсов, а восстанавливает их первоначальную прямоугольную форму, устраняя шумовые искажения. Он восстанавливает также временные интервалы между импульсами, так что к следующему регенератору сигнал посылается уже без искажений.

Радиорелейные линии.

Радиорелейная линия представляет собой цепочку ретрансляторов для радиоволн СВЧ-диапазона. Ретрансляторы устанавливаются на высоких башнях на расстояниях 50–70 км. По радиорелейной линии могут передаваться как аналоговые, так и цифровые сигналы. Атмосферные и промышленные помехи не оказывают значительного влияния на радиорелейную связь. См. также СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН.

Промежуточным пунктом радиорелейной линии может служить геостационарный искусственный спутник Земли (см. также СПУТНИК СВЯЗИ). Поскольку расстояние до него составляет около 35 000 км, при двусторонних переговорах возникает заметная задержка. В настоящее время спутниковая связь используется в основном для телевизионного вещания и односторонней передачи данных. В некоторых районах без кабельной телефонной сети, например на Аляске, имеются компактные цифровые системы спутниковой связи, обслуживающие небольшие поселки с сотней телефонных аппаратов.

Волоконно-оптические линии.

В 1980-х годах появилась новая телефонная подстанция, соединяемая с АТС оптическим кабелем. В ней по двум парам (одна – резервная) стеклянных оптических волокон толщиной с волос передается до 96 одновременных двусторонних переговоров. Дополнительная электронная аппаратура повышает емкость такой подстанции до 768 каналов одновременной цифровой телефонной связи.

Оптический кабель содержит от 2 до 12 стеклянных оптических волокон в плоском формате и 144 – в жгутовом. Каждое волокно имеет на одном конце источник света, а на другом – фотоприемник. Источником света обычно служит полупроводниковый лазер или миниатюрный светодиод. Используется свет инфракрасной части спектра. Лазер преобразует цифровые электрические сигналы в последовательность импульсов инфракрасного света со скоростью следования от 45 млн. до 3,5 млрд. бит/с. Фотоприемник снова преобразует последовательность световых импульсов в цифровой электрический сигнал. См. также ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА.

В оптических регенераторах процесс регенерации несколько осложняется необходимостью преобразования оптических сигналов в электрические и обратно. Оптические регенераторы особенно важны для межконтинентальных подводных оптических кабелей, прокладываемых по дну океана. Самый длинный такой кабель (25 000 км) был проложен в середине 1990-х годов через Тихий океан. Для оптических подводных кабелей нужно меньше регенераторов (встраиваемых непосредственно в кабель до его прокладки), чем этого требовали ранее коаксиальные кабели.

Подводный оптический кабель обычно представляет собой медную трубу, покрытую снаружи слоем полиэтиленовой изоляции. Труба заполнена эластомером, отделенным от ее стенок оболочкой из стальных проволок. По оси кабеля проходит стальная проволока, а вокруг нее в эластомер вделаны шесть стеклянных оптических волокон связи. Два из них являются резервными на случай выхода из строя любой другой пары. Медная труба, напрессованная на плетеную проволочную оболочку, обеспечивает герметизацию и служит одним из проводников цепи электропитания для всей электроники кабеля. Оптический кабель не воспринимает электрических помех.

Такой кабель считается «супермагистралью» систем связи, поскольку обладает очень большой информационной пропускной способностью. Если для кабеля с медными проводниками максимальная скорость передачи цифровых данных составляет около 1,5 Мбит/с и необходима регенерация сигнала через каждые 3 км, то оптический кабель способен передавать информацию со скоростью 3,4 Гбит/с при расстоянии между регенераторами, достигающем 70 км. В пересчете на телефонные линии дуплексной (двусторонней) связи частота 1,5 Мбит/с соответствует 24 речевым каналам, а частота 3,4 Гбит/с – 48 384 цифровым речевым каналам.

Применение волоконной оптики в абонентских линиях может дать абоненту эквивалент нескольких высококачественных двусторонних видеосигналов, а также компьютерных услуг в диалоговом режиме и факсимильной передачи.

КОММУТАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Соединение абонентов для телефонных переговоров осуществляет посредством коммутационных устройств автоматическая телефонная станция (АТС). Телефонный аппарат через скрученную пару абонентской линии подключается к коммутационному блоку ближайшей АТС с контактами для обслуживания до 512 абонентских линий. Несколько смонтированных вместе блоков коммутации абонентских линий составляют электронную коммутационную систему, которая может быть запрограммирована на предоставление абонентам наряду с обычными дополнительных видов обслуживания. Среди них наибольшее распространение получили ждущий вызов (уведомление абонента, говорящего по телефону, о поступлении нового вызова), переадресация вызова при отсутствии вызываемого абонента, конференц-связь (одновременное соединение с несколькими абонентами), сокращенный набор номера и т.д.

Одна АТС может обслуживать многие тысячи подключенных к ней абонентов. Если вызываемый абонент подключен к той же самой АТС, то путь соединения не выходит за пределы абонентской сети данной АТС. Если же вызываемый абонент подключен к другой АТС, то соединение устанавливается через многоканальную соединительную линию. В случае междугородного вызова соединение устанавливается через междугородную телефонную станцию (МТС), которая обычно не имеет подключенных непосредственно к ней абонентских линий. Международные вызовы осуществляются через станции межсетевого сопряжения, снабженные специальным оборудованием для преобразования сигналов и различных параметров передачи.

Электронные АТС.

Коммутационная техника телефонных станций прошла через шесть фаз развития: ручное переключение, панельный коммутатор, шаговый искатель, координатный искатель, аналоговая электронная АТС и цифровая электронная АТС. Последние два вида доминируют в настоящее время в мировом телефонном сетевом трафике. В конце концов, как ожидается, вся телефонная нагрузка будет обслуживаться цифровыми электронными АТС. В более отдаленном будущем, возможно, появятся фотонные АТС.

Первая аналоговая электронная АТС (на 4000 абонентов, с компьютерным управлением) была введена в действие в 1965 (Сакасанна, шт. Нью-Джерси). Она действовала на основе принципа коммутации с пространственным разделением каналов; все изменения видов обслуживания и других характеристик коммутации производились путем программных, а не аппаратных изменений.

Линии цифровой передачи мультиплексированных речевых сигналов начали действовать в 1962 в Чикаго. Такая передача требует преобразования аналоговых по своей природе звуков речи в цифровой сигнал методом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Непрерывно меняющаяся интенсивность звука определенной частоты заменяется тысячами ее отдельных значений в секунду. Каждое дискретное значение (для основной телефонной полосы частот 4000 Гц их 8000 в секунду) преобразуется в 8-разрядный двоичный код, что дает стандартный цифровой речевой сигнал с частотой следования 64 Кбит/с. Однако для коммутации этот цифровой сигнал приходится преобразовывать в аналоговый.

Первая цифровая электронная АТС, введенная в действие в 1982 в Сенеке (шт. Иллинойс), допускала прямое подключение оптических кабелей к абонентскому комплекту без предварительного фотонно-электронного преобразования сигнала. Такая цифровая АТС модели 5ESS стала в настоящее время одной из самых распространенных в мире. Подобные АТС обслуживают уже около 60 млн. линий. В некоторых странах они используются в качестве станций сопряжения с международными сетями.

Эффективность ИКМ-преобразования повышается компандированием – сжатием динамического диапазона сигнала при передаче и расширением при приеме. В разных странах применяются два несовместимых друг с другом метода ИКМ-компандирования. В США, Канаде и немногих других странах используется закон компандирования с мю-характеристикой, тогда как в остальных странах мира – с A-характеристикой. По международной договоренности страны с мю-законом осуществляют преобразование кода, или транскодирование, мю-A.

Введение новых иерархий волоконно-оптических сетей в странах с мю- и A-законами компандирования вносит дополнительные усложнения. Различия уже имеются в цифровых иерархиях проводных сетей Северной Америки, Европы и Азии. Японская цифровая система представляет собой вариант североамериканского стандарта. Остальные страны мира пользуются стандартами, разработанными Конференцией европейских управлений почты и телефонно-телеграфной связи (CEPT).

Были спроектированы три поколения подводных оптических кабелей с последовательно повышающейся скоростью мультиплексной передачи. Кабели первого поколения (введенные в действие в конце 1988 и начале 1989) обеспечивают передачу со скоростью 280 Мбит/с на одну волоконно-оптическую пару, а кабели второго поколения (введенные в действие в 1992) – со скоростью 560 Мбит/с на пару. Кабели третьего поколения (введенные в действие в середине 1990-х годов) обеспечивают скорость передачи, равную 5 Гбит/с на одну волоконно-оптическую пару. В кабелях третьего поколения применено промежуточное оптическое усиление, исключающее необходимость в преобразовании импульсного светового сигнала в электрический для регенерации. Благодаря этому дополнительно повысились надежность, пропускная способность и экономичность системы.

В настоящее время для волоконно-оптических систем вводятся новые иерархии стандартов цифрового мультиплексирования: в США – синхронная сеть оптической связи (SONET), в других странах мира – система синхронной цифровой иерархии (SDH), причем первая из них основана на мю-законе, а вторая – на A-законе кодирования–декодирования. Самый низкочастотный мультиплексированный сигнал оптической несущей в системе SONET соответствует скорости передачи, равной 52 Мбит/с, а самый высокочастотный – 2,5 Гбит/с. Такого же порядка уровни иерархии SDH. В ближайшие годы должны быть добавлены дополнительные промежуточные и более высокие уровни.

Такие синхронные цифровые сигналы получаются мультиплексированием плезиохронных или асинхронных сигналов, поступающих из менее скоростных частей сети. Исходящие цифровые сигналы абонентской аппаратуры по большей части являются асинхронными, т.е. данные вводятся нерегулярными группами, как, например, при вводе текста с клавиатуры для передачи на другой компьютер.

Пакетная коммутация.

Передача цифрового сигнала по единому и непрерывному тракту – не единственный возможный вариант. Метод пакетной коммутации, первоначально разработанный в США для государственной компьютерной сети ARPANET (созданной по заказу ARPA – управления перспективного планирования научно-исследовательских работ министерства обороны США), составляет техническую основу глобальной сети INTERNET, которой в настоящее время пользуются миллионы владельцев персональных компьютеров. При таком методе единое сообщение, передаваемое в цифровой форме, разбивается на многочисленные малые пакеты, и каждый из них снабжается идентифицирующими данными начальной и конечной точек соединения. Устройство пакетной коммутации направляет эти пакеты в сеть общего пользования по различным трактам в зависимости от занятости цепей. Адресная информация пакетов обеспечивает их прохождение по сети до оконечной точки соединения. Хотя пакеты достигают этой точки по разным трактам, собираются они здесь в нужной последовательности.

В телефонии такой вид соединения называется виртуальной цепью, поскольку сообщение в конце концов выдается целиком, как если бы оно передавалось по единому и непрерывному тракту. Пакетная коммутация позволяет намного увеличить полезную нагрузку имеющейся системы цепей, так как пакеты «вставляются» всякий раз, как только устройство пакетной коммутации обнаруживает переговорную паузу в имеющихся цепях.

Метод пакетной коммутации необычайно быстро распространяется, но имеет свои недостатки. При двусторонних речевых переговорах, осуществляемых пакетным методом, возникают трудности с обеспечением непрерывности, а для передачи движущихся телевизионных изображений скорость передачи оказывается недостаточной. Один из новых подходов к пакетной коммутации основан на использовании значительно больших пакетов с более подробными данными вызова, сопровождающими сообщение абонента. Эти дополнительные данные помогают пакету «проскочить» по трактам с повышенной скоростью передачи, таким, как волоконно-оптические системы с иерархией SONET и SDH. Более высокая скорость передачи может обеспечить более гладкую сборку пакетов в полные сообщения в конечной точке соединения.

Еще одно усовершенствование – интеллектуальная сеть, в которой не только телефонная компания, но и ее абоненты сами могут управлять сетью дальней связи, пользуясь компьютерами (со специальными программами), установленными в коммутационных системах и стратегических точках сети. Привилегированный абонент может, не обращаясь к персоналу телефонной компании, только программными средствами устанавливать и аннулировать временные сетевые конфигурации или виды обслуживания. Компьютерные системы контролируют такое обслуживание и выписывают соответствующие счета оплаты. Самый последний вариант интеллектуальной сети – глобальная интеллектуальная сеть, в которой могут временно устанавливаться международные цепи и особые виды обслуживания. При этом используются международные межсетевые коммутирующие интерфейсы, благодаря чему такие абоненты, как международные компании и организации, получают возможность пользоваться для своих надобностей виртуальными некоммутируемыми сетями при нормальном функционировании коммутируемых сетей общего пользования.

Метод виртуальной, т.е. программно-определяемой, сети позволяет снижать сетевые расходы абонентов за счет автоматического выбора наинизшего тарифа для конкретной функции. К этому могут добавляться возможности специализированной маршрутизации вызова. Арендуемые сети с т.н. закрепленными линиями могут также приобретаться в собственность для длительного пользования.

Коммутация сотовой связи.

В сотовой телефонной связи используется особый вид коммутации. В крупном городе такая связь может осуществляться с помощью 10–20 приемно-передающих антенн. Все они подключены наземными линиями к коммутационной подсистеме, которая может быть либо централизованной, либо распределенной по зоне обслуживания в соответствии с потребностями трафика. Коммутационная подсистема соединяет каждый вызов с АТС обычной телефонной сети. Эта подсистема контролирует операции в сотовой ячейке, осуществляет соединения и разъединения и регистрирует данные вызова для оплаты. Сотовая сеть следит за перемещением телефона абонента, продолжающего телефонный разговор, и определяет, когда следует переключить вызов с одной сотовой ячейки на другую, чтобы не снизилось качество приема и передачи.

НОВЫЕ ВИДЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ

Стандарты SONET и SDH призваны обеспечить широкополосную цифровую передачу по национальным и глобальным сетям телефонной связи. (Широкополосным обычно считается сигнал, требующий скорости передачи более 1,5 Мбит/с.) Широкополосность не только увеличивает число каналов передачи по данной линии, но и открывает возможности новых видов обслуживания.

Один из таких видов обслуживания – виртуальная реальность (или синтезированное окружение, дистанционное присутствие). Программа-максимум такой техники – обслуживание телефонного абонента не только по части речевого общения, но и в сфере всех пяти органов чувств: слуха, зрения, осязания, обоняния и вкуса. Ведутся изыскания в области интерактивной конторской деятельности (виртуального офиса) и интерактивных игр с использованием телефонной сети для создания иллюзии обстановки, общей для двух лиц, фактически находящихся далеко друг от друга. Так, разрабатываются устройства с динамометрическими датчиками для передачи ощущения прикосновения. Для создания виртуальной реальности компьютер подключается к надетому абонентом устройству, например шлему, который формирует стереоскопическое изображение в поле его зрения и стереофонический звук в наушниках. При повороте головы абонента изображение и звук соответствующим образом изменяются.

Еще один вид обслуживания, возможный в недалеком будущем, – перевод с иностранных языков в реальном времени. Например, когда один абонент говорит по-английски, а другой – по-японски, компьютерная система должна переводить речь с обоих языков одновременно и синтезировать голоса, воспроизводящие голосовые и речевые особенности обоих абонентов. В некоторых телефонных системах уже осуществляется компьютерный перевод с ограниченным набором слов.

Во многих странах Европы (во Франции, Италии, Германии и др.) аналоговая техника сотовой телефонной связи заменяется цифровой на основе метода «многостанционного доступа с временнм разделением каналов». В США, где такой метод, не допускающий взаимодействия с аналоговыми системами, не подходит, предлагается использовать вместо него метод «многодистанционного доступа с кодовым разделением каналов». Он основан на принципе «расширенного спектра», используемом в технике военно-полевой связи США, и обещает более чем десятикратное увеличение числа каналов линий передачи.

Благодаря принципу «информационной супермагистрали» в ближайшие годы, по-видимому, появятся экономически доступные мультимедийные терминалы, интерактивно объединяющие звуки с изображениями. На телеэкран такого компьютера будет одновременно выводиться несколько разных изображений – текста, фотоснимков, диаграмм, – а также движущееся телевизионное изображение с комментарием диктора. Абонент из другого города сможет, например, получить доступ к различным базам данных в крупных библиотеках страны. В связи с этим вскоре можно ожидать появления разных новых видов информационной техники и ее применений при условии, что владельцы информации – издатели, библиотеки, авторы, художники и разработчики компьютерных программ – смогут выработать подходящие способы оплаты их продукции и услуг.

www.krugosvet.ru

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 типа.

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 проходит 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 сердечнику. 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 метод соединения линий телефонных аппаратов нс используется из-за сложности коммутации аппаратов. (В книге данный метод применяется в переговорных устройствах и коммутаторах с ручным управлением.)

riostat.ru

Классификация телефонных аппаратов

Телефонные аппараты (ТА) являются оконечными абонентскими устройствами телефонной сети и служат для передачи и приема вызывных, адресных и речевых сигналов.

ТА могут классифицироваться по различным признакам:

1. По способу питания.

   1. ТА с питанием от местной батареи (система МБ) — батарея электропитания напряжением 3В размещается либо внутри корпуса ТА либо вблизи от ТА

   2. ТА с питанием от центральной батареи (система ЦБ) — микрофон ТА получает питание по проводам абонентской линии от батареи размещенной на телефонной станции.

2. В зависимости от способа коммутации.

ТА бывают для автоматических телефонных станций и для телефонных станций с ручным обслуживанием.

3. По способу набора номера.

   1. Передача номера импульсами постоянного тока с помощью дискового номеронабирателя;

   2. Передача номера импульсами постоянного тока с помощью кнопочного номеронабирателя;

   3. Номер передается многочастотным кодом с помощью кнопочного номеронабирателя.

4. По области применения.

Выделяют ТА общего и специального (таксофоны, монтерские, шахтные, корабельные) применений.

ТА общего применения предназначены для включения в телефонные станции с напряжением стационарной батареи 60 (48) В. Сопротивление абонентской линии, в которую включен ТА, не должно превышать 1000 Ом;

5. В зависимости от конструкции.

ТА подразделяют на настольные, стенные, унифицированные и переносные.

6. По выполняемым функциям.

Различают ТА с обычными функциональными возможностями, с дополнительными функциональными возможностями и многофункциональные (автоматический набор программируемых номеров, отображение набора номера на индикаторе и т.д.).

В зависимости от выполняемых функций выделяют 4 класса сложности ТА:

Высший (0) – многофункциональные ТА

Первый (1) – ТА с дополнительными функциональными возможностями

Второй (2) – ТА с кнопочным номеронабирателем, не угольным микрофоном

Третий (3) – ТА с дисковым номеронабирателем, электромеханическим звонком, угольным микрофоном.

Классические та

К классическим телефонам относятся электромеханические приборы, в которых могут использоваться и полупроводниковые элементы вплоть до транзисторов. Телефоны, которые содержат хотя бы одну интегральную схему, будем называть электронными телефонами.

В классических ТА можно выделить пять основных функциональных блоков: звонок, рычажный переключатель (РП), разговорная схема, номеронабиратель (НН), микротелефонная трубка (микрофон и телефон). Каждый из этих блоков в том или ином виде присутствует в любых ТА, в том числе и в электронных, беспроводных и сотовых. Но их схемы намного сложнее и для построения этих узлов используется другая элементная база.

Функциональная схема та

В состоянии покоя к линии с помощью контактов 1-2 рычажного переключателя РП подключен вызывной прибор, который в любой момент принимает вызов от телефонной станции. Когда трубка положена на рычажный переключатель, постоянный ток потребляемый линией от центральной батареи (U_пост= 60 В) равен току утечки. При ответе на вызов или для вызова абонентом телефонной станции с ТА снимается микротелефонная трубка, контакты 1-2 размыкаются и отключают вызывные приборы, а контакты 1-3 замыкаются и к линии подключаются разговорные приборы. При снятии трубки к линии телефонной станции в качестве нагрузки подключается микротелефонная трубка, поэтому напряжение на линейных зажимах ТА падает до 5-15 В, в зависимости от класса ТА. Это воспринимается станцией как сигнал ответа или вызова станции абонентом. Номеронабиратель передает на АТС адресную информацию.

Л1 РП

1 3

2

Н2

НН Н1

Л2

Рис. 3. Функциональная схема ТА

Вызывным прибором в ТА является звонок переменного тока, преобразующий вызывной электрический сигнал частотой 25 Гц в звуковой сигнал. К разговорным приборам ТА относятся микрофон и телефон. Для удобства пользования они конструктивно объединены в одно общее устройство, называемое микротелефонной трубкой.

Для связи отдельных элементов разговорной части схемы ТА и согласования сопротивления микрофона с входным сопротивлением линии предназначен трансформатор. В схему телефонного аппарата входят также конденсаторы, резисторы, полупроводниковые элементы.

studfile.net

Пять интересных фактов о дисковых телефонах

1. Дисковые «вертушки» были только у больших начальников

В СССР дисковые телефоны в первую очередь появились в Кремле. Внутренняя телефонная система для правительства и партий была создана по указу Владимира Ленина. Кремлевские телефоны называли «вертушками», и спустя время такие телефоны стали появляться и в кабинетах у важных лиц, являясь показателем статуса. На сегодняшний день слово «вертушка» до сих пор обозначает прямой правительственный телефон в кабинете большого начальника. Хотя настоящую «вертушку» с диском уже чрезвычайно сложно найти: если только в служебных помещениях, где редко пользуются телефоном, или у приверженцев винтажного, ретро-стиля.

2. Кремлевские «вертушки» 1970-ых годов имели повышенную защиту

Внешней отличительной чертой кремлевских телефонов был герб СССР на дисковом номеронабирателе. Кроме того, «вертушки» обладали повышенной защитой от утечки радиоизлучений: детали были экранированы, а внутри корпуса имелось графитовое напыление. Кстати, телефонным номером «вертушки» Ф. Э. Дзержинского были цифры «007»… Существовало строгое правило, по которому отвечать на звонки правительственной АТС мог только владелец аппарата или же специальный дежурный. После распада СССР министры начали выводить внутреннюю сеть в приемную, и дозвониться по правительственной связи стало так же трудно, как и по обычной городской. Строгие правила обращения с правительственной связью вернулись в 1996 году по приказу В. С. Черномырдина. Система правительственной связи действует и сейчас, регулярно модернизируется, но не является защищенной для ведения секретных переговоров.

3. На дисках вместе с цифрами были и буквы

В 20-е годы в СССР телефонные номера включали в себя и букву. Поэтому на диске телефона рядом с цифрами было 10 букв: А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, И, К, Л. Букву З в этот список не включали, чтобы не путать с тройкой. Телефон состоял из одной (реже — двух) букв и пяти цифр. Так продолжалось до 1968 года: затем перешли на полностью цифровые номера, о чем сообщалось в специальных листовках и памятках.

4. В народе верили в бесхитростное телефонное хакерство

Бытовало мнение, что есть способ быстро дозвониться на телефонный номер, который все время занят. Для этого при наборе последней цифры номера отведенный диск якобы нужно было задержать пальцем на две-три минуты. Считалось, что таким образом звонящий как бы «занимал» линию, не пропуская вперед других, и отпустив диск, дозванивался до освободившегося абонента. На самом же деле набор цифры номера происходит лишь в тот момент, когда диск возвращается в исходное положение. И задержав пальцем диск на несколько минут, звонящий просто оставлял номер не набранным, и тот автоматически сбрасывался спустя 30 секунд бездействия.

5. Сейчас с дискового телефона можно «постить в Твиттер»

Любители ностальгии и ретро то и дело выдумывают что-то новенькое. Чтобы напомнить нам о советских раритетах. Так индийский дизайнер разработал концепт мобильника с диском для набора номера и даже подзарядки аккумулятора. При этом для удобства у телефона все же есть QWERTY-клавиатура для отправки сообщений, а номеронабиратель — скорее украшение, не лишенное функциональности. А вот программист из Киева с помощью дискового телефона, наоборот, отправляет текстовые сообщения в «Твиттер», подключая изобретенный «Твитфон» к интернету. Тем самым разработчики продолжают историю старинных дисковых телефонов.

www.ufa.kp.ru