ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Телефонный аппарат предназначен для установления соединений и передачи речи между абонентами. ТА могут работать в сети фиксированной или мобильной связи. В сети фиксированной связи ТА делятся на аппараты с коммутацией каналов и коммутацией пакетов. На сети с коммутацией каналов преимущественно используются наиболее простые аналоговые телефонные аппараты, в которых речевые сигналы принимаются и передаются в аналоговой форме. На таких телефонных сетях также находят применение цифровые телефонные аппараты ISDN, которые принимают и передают речевые сигналы в цифровой форме. В сетях с пакетной коммутацией у пользователей устанавливаются IP-телефоны, также обеспечивающие обмен информацией в цифровой форме. Рассмотренные телефонные аппараты характеризуются тем, что они устанавливаются в том месте, где заканчивается абонентская линия. В сетях мобильной связи ТА могут менять местоположение в пределах действия сети и ими можно пользоваться в движении.
Рис. 1. Разделение ТА по назначению сети связи
В зависимости от конструктивного исполнения, выполняемых функций и показателей качества работы ТА делятся на четыре класса сложности: от третьего (низший) до нулевого (высший).
Простейшая схема ТА представлена на рисунке 2.
Кроме показанных основных, в ТА могут быть дополнительные устройства, такие как индуктор, устройство запоминания цифры номера, устройство режима громкой связи и др.
Питание ТА осуществляется для микрофона и микросхем и может выполняться по системе центральной батареи (ЦБ) или местной батареи (МБ).
В системе питания ЦБ источник питания находится на телефонной станции и называется центральной батареей. На АТС общий источник постоянного тока имеет напряжение 48 В (зарубежный стандарт) или 60 В (российский стандарт). ЦБ используется также для посылки вызова от аналогового ТА к АТС.
Рис. 2. Упрощённая структурная схема ТА
Питание по системе МБ означает, что для телефонного аппарата используется индивидуальный источник питания в виде батареи, находящейся в самом телефонном аппарате. Система МБ с применением малогабаритных аккумуляторных батарей нашла широкое применение в телефонных аппаратах мобильной связи.
Питание от сети переменного тока напряжением 220 В происходит через понижающее и выпрямительное устройство и используется в некоторых цифровых телефонных аппаратах ISDN, отличающихся своей многофункциональностью, а также в IP-телефонах.
Разговорные устройства (РУ), основными из которых являются микрофон и телефон, смонтированы в микротелефонной трубке. Трубка, используемая для технологической связи, может иметь клавишу (тангенту) для включения микрофона в режиме передачи речи.
Устройства приёма вызова (УПВ), поляризованный звонок переменного тока или устройство тонального вызова, служат для приёма вызывных сигналов, когда со стороны телефонной станции от источника посылается периодически вызывной сигнал напряжением 90 В и частотой 25 Гц длительностью 1 с каждый сигнал и интервалом между сигналами 4 с.
Рычажный переключатель (РП), служащий для посылки на телефонную станцию сигналов вызова, ответа, отбоя, представляет собой электрический контакт, разомкнутый в исходном положении (трубка лежит на аппарате). Сигналы передаются постоянным током, источником которого является ЦБ. При снятии абонентом трубки от ТА посылается сигнал вызова, замыкается цепь РП и в ТА создаётся цепь протекания постоянного тока. Когда вызываемый абонент слышит сигнал вызова и снимает трубку, от его ТА передаётся сигнал ответа. После окончания разговора или при несостоявшемся соединении абонент кладёт трубку, от ТА посылается сигнал отбоя, контакт РП размыкается и цепь протекания постоянного тока нарушается.
Номеронабиратель (НН) предназначен для управления приборами АТС, используется при посылке на АТС цифр номера, набираемых абонентом. В НН применяются два способа кодирования цифр номера: число-импульсное и частотное кодирование.
Рис. 3. Схема включения НН в телефонном аппарате
Число-импульсное кодирование основано на передаче импульсов постоянного тока. Число передаваемых импульсов равно набираемой десятичной цифре номера: один импульс – «1», два импульса – «2» и т. д. При наборе «0» посылается 10 импульсов. Способ передачи с число-импульсным кодированием получил название декадный набор номера. По конструкции НН с декадным набором разделяются на дисковые и кнопочные. Дисковые НН – это электромеханические устройства, применяются в ТА низшего класса сложности. В кнопочных НН импульсы набора формируются электронными устройствами, где имеются устройства запоминания номеров вызываемых абонентов.
Номеронабиратель (рис. 3) состоит из импульсного (ИК) и разговорного (РК) контактов и формирователя импульсов набора (ФИН), который ими управляет. Контактом (ИК) формируются импульсы набора, а контакт РК служит для отключения РУ на время передачи импульсов, что необходимо, чтобы не прослушивались импульсы в телефоне.
Временная диаграмма работы НН с декадным набором номера (рис. 4) начинается с исходного состояния, когда трубка лежит на ТА, в этот момент ИК разомкнут, а РК замкнут, а напряжение на входе ТА равно напряжению центральной батареи U цб. При снятии трубки через РК и РУ протекает ток от ЦБ, напряжение на входе ТА снижается до величины U ТА, лежащее в пределах 5…15 В. При нажатии на кнопку набора цифры, например цифры «3», контакт РК размыкается, а ИК замыкается. В этом случае ток протекает только через ИК и напряжение на входе ТА падает до нуля. Далее формируются импульсы набора (на рисунке – 3 импульса). При каждом импульсе контакт ИК размы-кается на время t р = 60 мс. Между импульсами формируется интервал длительностью t з = 40 мс, определяемый временем размыкания ИК. По окончании последнего импульса контакт РК вновь размыкается и НН формирует интервал между цифрами номера (межсерийный интервал), длительность которого составляет 450…500 мс.
Частотное кодирование состоит в том, что каждой набираемой цифре соответствует комбинация из двух тональных частот, выбираемых из заданных 8 частот. Этот кодовый стандарт получил название DTMF (Dual-None Multiple Freqency). В связи с высокой помехоустойчивостью и повышенной надёжностью приёма код DTMF постепенно заменяет декадный способ набора номера.
Рис. 4. Временная диаграмма работы НН с декадным набором
На рисунке 5 представлена таблица соответствия частот набираемой цифре, где частоты делятся на две группы: нижнюю – F0…F3 (697…941 Гц) и верхнюю – F4…F7 (1207…1633 Гц). Каждая цифра – это комбинация двух частот из нижней и верхней групп, передаваемых одновременно с длительностью не менее 40 мс. Например, цифре «3» соответствует комбинация F0F6.
Кроме десятичных цифр предусмотрена передача знаков: * (звёздочка), # (решётка), А, В, С и Д. Передача этих знаков позволяет расширить функциональные возможности ТА, например, заказывать дополнительные услуги.
Рис. 5. Распределение частот в НН
В мостовой схеме (рис. 6) микрофон ВМ и телефон ВF включаются в противоположные диагонали моста; плечами моста являются обмотки I и II трансформатора (Т), линия (Л) и балансный контур (БК). Сопротивление БК подбирается так, чтобы мостовая схема была уравновешена. В этом случае при передаче речи разговорный ток проходит от микрофона через обмотки I и II трансформатора в разных направлениях, и при равенстве ампер-витков обмоток ЭДС в обмотке III наводиться не будет и, следовательно, ток через телефон BF проходить не будет. При приёме речи из линии ток будет проходить через обмотки I и II в одном направлении и в обмотку III будет индуцироваться ЭДС, что приведёт к протеканию тока в цепи телефона BF (благоприятный режим).
Рис. 6. Мостовая схема ТА
|
Противоместная схема обеспечивает ослабление так называемого местного эффекта, который выражается в прослушивании говорящим собственной речи в своём телефоне вследствие ответвления в него части передаваемого разговорного тока. Местный эффект увеличивает утомляемость слуха абонента и повышает порог слышимости, что приводит к уменьшению разборчивости принимаемой речи, а следовательно, к снижению качества связи.
|
Компенсационная схема ТА (рис. 7) образуется из трёх обмоток автотрансформатора АТ, микрофона ВМ, телефона BF и компенсационного сопротивления Z к. Обмотки АТ включены согласованно. При передаче речи генерируемый микрофоном разговорный ток проходит в линию через обмотку I; часть тока ответвляется через сопротивление Zк в обмотку III, а также через телефон в обмотки II и III. Токи, протекающие через обмотки I и III, индуцируют в обмотку II ЭДС E I–II и E II–III, противоположные по фазе.
|
Чтобы ток не протекал через телефон, параметры схемы подбираются так, чтобы сумма падения напряжения на телефоне U т и разностной ЭДС в обмотке II была равна по величине и обратна по знаку падению напряжения U к на компенсационном сопротивлении Z к, т. е. U к = E I–II – T III–II + U т.
При приёме речи поступающий из линии разговорный ток будет проходить через обмотки I, II и III в одинаковом направлении, вследствие чего в телефоне будет слышен передаваемый сигнал. Конденсатор С служит для предотвращения прохождение постоянного тока через обмотку III.
Как в мостовой, так и в компенсационной схемах достигается только частичное ослабление местного эффекта, так как практически невозможно согласовать сопротивление балансной цепи с входным сопротивлением линии во всём диапазоне передаваемых частот.
|
Электроакустические характеристики ТА:
– коэффициент передачи аппарата K пер, определяемый отношением эффективного значения напряжения на линейных зажимах ТА к значению звукового давления, воздействующего на микрофон, В/Па;
– коэффициент приёма К пр аппарата, определяемый отношением звукового давления, развиваемого ТА, к эффективному значению напряжения на линейных зажимах аппарата, Па/В;
– частотные характеристики коэффициентов передачи и приёма ТА.
Электрические характеристики ТА:
– входное сопротивление Zвх;
– рабочее затухание аппарата на передачу а пер;
– рабочее затухание на приём а пр;
– рабочее затухание местного эффекта а мэ.
ПРОСТЕЙШИЙ ТЕЛЕФОННЫЙ АППАРАТ АТС
Простейший ТА (рис. 8) относится к низшему классу сложности. Противоместная мостовая схема включает резисторы R1 и R2 и конденсаторы C1 и C2, образующие четырёхэлементный балансный контур. В аппарате используется дисковый номеронабиратель с двумя контактами Н, контактны пружины которых пронумерованы. Параллельно телефону включён фриттер (диоды VD1 и VD2), который защищает ухо абонента от акустических ударов при появлении на входе телефона импульсов напряжения от внешних источников (грозовых разрядов и др.). РП состоит из двух контактов SA.
Рис. 8. Принципиальная схема простейшего ТА АТС
В исходном состоянии в линию через конденсатор С1 включён поляризованный звонок Зв. Конденсатор С1 не пропускает через звонок постоянный ток и этим предотвращает ложный вызов на АТС при лежащей на аппарате трубке. При снятии микротелефонной трубки замыкаются контактные пружины 1–2 SA и создаётся цепь протекания по ТА постоянного тока через обмотку I трансформатора, микрофон и контакты номеронабирателя Н. Контакт 4–5–6 SA отключает от линии звонок и подключает параллельно импульсному контакту 6–7 Н искрогасительный контур, образованный конденсаторами С1 и С2 и резистором R1.
При наборе номера в контакте Н замыкаются пружины 3–4 для шунтирования разговорных устройств аппарата, контакт 1–2 Н шунтирует телефон BF воизбежание прослушивания импульсов набора номера. Контактом 6–7 Н фор-мируются импульсы набора номера – при каждом его размыкании обрывается цепь питания на длительность t р.
При передаче речи от ТА разговорный ток от микрофона ВМ разветвляется в обмотки I и II и при уравновешенной схеме в телефон BF не поступает.
При приёме речи входящий из линии разговорный ток проходит через обмотку I, микрофон ВМ, контакты Н и трансформируется в обмотку III, в которую включён телефон BF. При отбое абонент кладёт трубку и контактами SA обрывается цепь питания ТА, и к линии подключается звонок Зв.
В ТА более высоких классов сложности применяются электретные и электродинамические микрофоны и электродинамические телефоны, а также устройства тонального вызова. В этом случае аппараты дополняются усилителями передачи и приёма, так как электретные микрофоны и электродинамические преобразователи имеют малую чувствительность.