Системы телекоммуникации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Аннотация

Введение

1. Техническая часть

1.1 Основы организации телефонной связи

1.2 Электроакустические преобразователи и их основные характеристики

1.2.1 Электромагнитный преобразователь

1.2.2 Электродинамический преобразователь

1.2.3 Электростатистический преобразователь

1.2.4 Пьезоэлектрический преобразователь

1.2.5 Электроконтактный преобразователь

1.2.6 Телефон

1.2.7 Угольный микрофон

1.2.8 Электродинамический микрофон

1.2.9 Электретный микрофон

1.3 Коммутационные приборы автоматической телефонной станции декадно-шагового типа и координатного типа

1.4 Устройство, принцип работы шагового искателя (ШИ), декадно-шагового искателя (ДШИ), многократного координатного соединителя (МКС)

1.4.1 Шаговый искатель, декадно-шаговый искатель

1.4.2. Автоматическая телефонная станция декадно-шагового типа

1.4.3 Многократный координатный соединитель

1.4.4 Функциональная схема АТСК и процесс установления соединения

2. Технологическая часть

2.1 Дидактическое и методическое обеспечение: «Основы телефонной связи»

3. Безопасность движения

3.1 Порядок движения поездов при перерыве действия всех средств сигнализации и связи

3.2 Меры по обеспечению безопасности движения

3.2.1 Основные направления системы профилактических мер по предупреждению аварийности на железных дорогах

4. Охрана труда и техника безопасности

4.1 Организация противопожарной защиты

4.1.1 Организация борьбы с пожарами

4.1.2 Общие требования к пожарной безопасности объекта

4.2 Требования, предъявляемые к помещению автозала

5. Экология

5.1 Нормы освещенности

5.1.1 Искусственное освещение

5.1.2 Естественное освещение

5.2 Охрана окружающей среды

6. Экономика

6.1 Эксплуатационные расходы на дипломный проект

Список использованной литературы

телефон связь электроакустический преобразователь безопасность

Аннотация

В данном дипломном проекте рассмотрены основные вопросы по системам телекоммуникации, такие как основы организации телефонной связи, электрические преобразователи, коммутационные приборы. Также в дипломном проекте представлен комплекс лабораторных работ для студентов 3 курса очной формы обучения.

Введение

Наряду с совершенствованием проволочного телеграфа в последней четверти XIX века появился телефон. В начале 60 - х годов XIX века И.Ф. Рейс сконструировал телефонный аппарат, который однако не получил практического применения. Дальнейшая разработка телефона связана с именами американских изобретателей И. Грея (1835 - 1901) и А.Г. Белла (1847 - 1922). Участвуя в конкурсе по практическому разрешению проблемы уплотнения телеграфных цепей, они обнаружили эффект телефонирования. 14 февраля 1876 года оба американца сделали заявку на практически применимые телефонные аппараты. Поскольку заявка Грея была сделана на 2 часа позже, патент был выдан Беллу, а возбужденный Греем процесс против Белла был им проигран. Несколькими месяцами позже Белл продемонстрировал разработанный им электромагнитный телефон, который выполнял роль передатчика и приемника. Аппаратом заинтересовались деловые круги, которые и помогли изобретателю основать “Телефонную компанию Белла”. Впоследствии она превратилась в могущественный концерн.

В 1878 году Д.Э. Юз доложил Лондонскому королевскому обществу, членом которого он состоял, об открытии им микрофонного эффекта. Исследуя плохие электрические контакты, Юз обнаружил, что колебания плохого контакта прослушиваются в телефоне. Испробовав контакты, изготовленные из различных материалов, он убедился, что эффект с наибольшей силой проявляется при применении контактов из прессованного угля. Основываясь на этих результатах, Юз в 1877 году сконструировал телефонный передатчик, названный им микрофоном. “Компания Белла” использовала новое изобретение Юза, так как эта деталь, отсутствовшая в первых аппаратах Белла, устраняла основной их недостаток - ограниченность радиуса действия.

Над усовершенствованием телефона трудились многие изобретатели Сименс, Адер, Говер, Штэкер, Дольбир и др. Вскоре Эдисон сконструировал другой тип телефонного аппарата (1878 году). Впервые введя в схему телефонного аппарата индукционную катушку и применив угольный микрофон из прессованной ламповой сажи, Эдисон обеспечил передачу звука на значительное расстояние.

Первая телефонная станция была построена в 1877 году в США по проекту венгерского инженера Т. Пушкаша (1845 - 1893), в 1879 году телефонная станция была сооружена в Париже, а в 1881 году - в Берлине, Петербурге, Москве, Одессе, Риге и Варшаве. Для последующего развития телефонных сетей имела большое значение предложенная П. М. Голубицким (1845 - 1911) в 1885 году схема телефонной станции с электропитанием от центральной батареи, расположенной на самой станции. Эта система питания телефонных аппаратов позволяла создать центральные телефонные станции с десятками тысяч абонентских точек. В 1882 году П. М. Голубицкий изобрел высокочувствительный телефон и сконструировал настольный телефонный аппарат с рычагом для автоматического переключения схемы с помощью изменения положения телефонной трубки. Этот принцип сохранился во всех современных аппаратах. В 1883 году им же был сконструирован микрофон с угольным порошком.

В 1887 году русский изобретатель К. А. Мосцицкий создал "самодействующий центральный коммутатор" - предшественника автоматических телефонных станций (АТС). Он не представлял собой АТС в современном понимании, так как коммутация соединений на станции хотя и выполнялась без телефонистки, однако управлялась самими абонентами. В 1889 году американский изобретатель А. Г. Строунджер получил патент на автоматическую телефонную станцию. В 1893 году русские изобретатели М.Ф. Фрейденберг (1858 - 1920) и С. М. Бердичевский - Апостолов предложили свой "телефонный соединитель". Демонстрация макета этой станции на 250 номеров, изготовленного в мастерской Одесского университета, не получила одобрения в России. В дальнейшем Фрейденберг, находясь уже в Англии, в 1895 году запатентовал одним из важнейших узлов современных АТС - предыскатель (устройство для автоматического поиска вызываемого абонента), а в 1896 году - искатель машинного типа. В том же году Бердичевский - Апостолов создал оригинальную систему АТС на 11 тысяч номеров.

Конец XIX - начало XX века были связаны с бурным строительством сети телефонной связи. Внутри городов связь осуществлялась как по проводам воздушной телефонной сети, так и посредством прокладки подземных кабелей, для чего использовали трубопроводы и кабельные колодцы. Наиболее протяженными телефонными линиями тогда были Париж - Брюссель (320 км), Париж - Лондон (498 км) и Москва - Петербург (660 км). Последняя линия, построенная в 1898 году являлась самой протяженной воздушной телефонной магистралью. К 1913 году телефонная связь была установлена между Москвой и Харьковом, Рязанью, Нижним Новгородом, Костромой. Телефонные линии были протянуты между Петербургом и Ревелем (Таллин), Баку и Тифлисом (Тбилиси), Петербургом и Гельсингфорсом (Хельсинки). На междугородной телефонной магистрали Москва - Петербург в сутки осуществлялось до 200 переговоров.

В 1915 году инженер Б.И. Коваленков разработал и применил в России первую дуплексную телефонную трансляцию на триодах. Установка на линии телефонной связи такого промежуточного усилительного пункта позволяла значительно увеличить дальность передачи. К этому времени в мире было установлено около 10 миллионов телефонных аппаратов, а общая длина телефонных проводов достигла 36,6 млн. км. На каждую тысячу человек в разных странах приходилось от 10 до 170 абонентов. К концу первого десятилетия ХХ века уже действовало свыше 200 тысяч АТС.

Многие годы телефонная связь развивалась быстрыми темпами, превосходящими все другие виды связи. В настоящее время сети телефонной связи насчитывают во всем мире более одного миллиарда абонентов. В последние годы с сетями телефонной связи может конкурировать только глобальная компьютерная сеть Интернет.

1. Техническая часть

1.1 Основы организации телефонной связи

При телефонной передачи звуковые колебания речи сначала преобразуются с помощью микрофона в колебания электрического тока, передаваемые по линии связи в пункт приема, где происходит обратное преобразование электрических колебаний в звуковые с помощью телефона.

Звуковые колебания представляют собой колебания молекул упругой среды с частотами в диапазоне 20…20000 Гц, воздействующие на орган слуха. Колебания более высоких частот называются ультразвуком, более низких - инфразвуком. Ультразвук человек не слышит, а инфразвук воспринимает как толчки.

Процесс распространения звуковых колебаний называется звуковой волной. Звуковое поле - это пространство распространения звуковых волн.

Скорость распространения звуковой волны, или скорость звука, зависит от физических свойств и состояния среды. В воздухе при температуре плюс 20 ? С и нормальном атмосферном давлении скорость распространения звука составляет 344 м/с. В жидкостях и твердых телах скорость звука значительно выше, чем в воздухе. Расстояние, которое проходит волна в течении одного периода колебания, называется длинной волны. Распространение звуковых волн сопровождает изменение давления в окружающей упругой среде, соответствующее закону колебания источника звука.

Звуки речи, произносимые человеком, представляют собой сложные колебания, характеризующиеся в общем случае большим числом гармонических составляющих с различными амплитудами и фазами. Частота этих составляющих располагается в диапазоне от 80 до 10000…12000 Гц. Каждый звук характеризуется частотой и амплитудой основного тона, а также тембром. Частота свободных колебаний голосовых связок и определяет основной тон звука. При разговоре частота основного тона для мужских голосов составляет в среднем 150 Гц, а для женских 250 Гц. Возможно повышение и понижение частоты основного тона. По тембру звука (окраске) отличаются одни и те же звуки, издаваемые различными людьми. Тембр создается голосовыми связками и представляет собой дополнительный тон. Тембр определяют более высокие частоты (по отношению к частотам основного тона), называемые обертонами.

Спектр импульсов звукового давления, возникших с помощью голосовых связок, содержит большое число гармонических составляющих, амплитуды которых уменьшаются с ростом частоты. Однако этот спектр в полости рта и носоглотки, в зависимости от положения языка, широты раскрытия рта, положения мягкого неба, претерпевает изменения: одни составляющие усиливаются, другие подавляются. Таким образом, в речевом спектре звука явно выделяются основной тон и характерные для данного звука усиленные области частот, называемые формантами. Звуки речи отличаются числом формант и местом их расположения в частотном спектре. Это и позволяет нам отличать одни звуки от других.

Исследование спектральных и временных характеристик русской речи показывает, что большинство звуков имеет одну или две форманты и что они расположены в области 200…8600 Гц. Однако большинство формант расположено в полосе частот 300…3400 Гц, что и определяет выбор этой частотной полосы для телефонной передачи.

Звуки речи, возбуждаемые голосовым аппаратом человека, имеют малую мощность и небольшую длительность. Так, средняя мощность при нормальном разговоре с учетом пауз составляет 10 мкВт, наименьшая мощность при тихом разговоре - 0,01 мкВт, в отдельные моменты времени пиковые значения мощности могут достигать 5000 мкВт.

Преобладающая доля звуковой энергии приходится на гласные звуки, а согласные обладают значительно меньшей энергией. Распределение энергии звуков речи по частному спектру характеризуется кривой которая представляет собой суммарную мощность в полосе частот от 0 до f. Примерно 65 процентов всей энергии приходится на полосу частот до 500 Гц. В диапазоне частот от 80 до 2000 Гц сосредоточенно примерно 94 процента всей энергии.

Человеческое ухо воспринимает звуковые колебания с частотами от 20 до 20000 Гц. Звуковые колебания с частотами ниже 20 Гц воспринимаются ухом человека как отдельные толчки. Наиболее чувствительно ухо к звуковым колебаниям средних частот в пределах 1000…4000 Гц. Минимальное звуковое давление, при котором ухо воспринимает звук данного тона, называется порогом слышимости. Звуковое давление, при котором появляется боль, называется порогом болевого ощущения. Значение порогов слышимости и ощущения звукового давления зависят от частоты воспринимаемого звука. Область воспринимаемого речевого сигнала находится между порогом слышимости и порогом болевого ощущения.

Слышимые звуки субъективно оцениваются по громкости. Зависимость громкости звука от звукового давления подчиняется психофизиологическому закону, согласно которому изменение ощущения громкости звука пропорционально логарифму отношения значений звукового давления. Уровни ощущения громкости звука выражаются в условных единицах: Белах (Б) при применении десятичных логарифмов. Более удобной для применения в телефонной акустике является единица дециБел (дБ), причем 1 дБ=0,1 Б.

Если на человеческое ухо в течение длительного времени непрерывно воздействует какой-либо звук, то чувствительность уха снижается, что объясняется утомлением слухового нерва. Это явление, называемое адаптацией слуха, учитывается при создании телефонных аппаратов, где с помощью специальных противоместных схем добиваются ослабления слышимости разговора в телефоне. При одновременном воздействии нескольких звуков на ухо более громкий звук заглушает слабые звуки. Явление понижения чувствительности уха к слабым звукам при одновременном воздействии нескольких звуков, называется маскировкой звука. Маскирующее действие звука количественно оценивается как разность между порогами слышимости в тишине и при наличии маскирующего звука. Маскировка звука учитывается при нормировании шумов в линиях связи и помещениях при разработке телефонных аппаратов для помещений с большим уровнем шума. Для удовлетворительной разборчивости сигнала необходимо, что бы его уровень превышал на 20 дБ уровень шума.

При приеме звука в ухе возникают дополнительные колебания вследствие нелинейности колебательной системы уха человека. Чем больше интенсивность звука, тем сильнее сказываются появляющиеся нелинейные искажения, что является одной из причин уменьшения разборчивости речи.

1.2 Электроакустические преобразователи и их основные характеристики

Приборы, преобразующие звуковые колебания в электрические и обратно, называются электроакустическими преобразователями.

В телефонии такими преобразователями соответственно являются микрофон и телефон или громкоговоритель. Для высокого качества телефонной передачи необходимо, что бы электроакустические преобразователи ни вносили нелинейных искажений в разговорный тракт, обладали максимально возможными для данного типа преобразователей чувствительностью и коэффициентом полезного действия и были бы надежными в работе. Кроме того, преобразователи должны иметь невысокую стоимость и быть экономичными в эксплуатации.

Для оценки качества работы микрофона и телефона в процессе преобразования одного вида энергии в другой вводится понятие чувствительности.

Чувствительность микрофона - это отношение электродвижущей силы, развиваемой микрофоном, к звуковому давлению, действующему на его мембрану.

Чувствительностью микрофона называется отношение звукового давления, развиваемого телефоном, к напряжению на зажимах телефона.

Чувствительность преобразователей в значительной степени зависит от частоты. Идеальная частотная характеристика чувствительности микрофона представляет собой прямую, параллельную оси частот. Действительная частотная характеристика чувствительности преобразователя имеет вид кривой.

Электроакустические преобразователи подразделяются на обратимые и не обратимые. Обратимые преобразователи обладают свойством преобразования как акустическую энергию в электрическую, так и наоборот - электрическую энергию в звуковую. Необратимые преобразователи этим свойством не обладают.

1.2.1 Электромагнитный преобразователь

Электромагнитный преобразователь (рисунок 1) содержит постоянный магнит с полюсными надставками, электромагнит и мембрану из ферромагнитного материала. Преобразователь обратимый, может применяться в качестве и микрофона и телефона.

Рисунок 1 Электромагнитный преобразователь

При использовании его в качестве микрофона средняя чувствительность достигает 0,1 В/Па, в качестве телефона 15 Па/В. Недостатком преобразователей указанного типа является значительная неравномерность частотной характеристики, достигающая 15 дБ и большой коэффициент нелинейных искажений - до 8 процентов. Эти преобразователи применяются главным образом в качестве телефона в телефонных аппаратах.

1.2.2 Электродинамический преобразователь

Электродинамический преобразователь (рисунок 2) имеет постоянный магнит и легкую подвижную катушку, соединенную с мембраной.

Рисунок 2 Электродинамический преобразователь

При колебании мембраны в обмотке катушки возникает электродвижущая сила. Этот преобразователь является обратимым и применяется в качестве микрофонов, а также телефонов и громкоговорителей. Средняя чувствительность электродинамического микрофона 0,004 В/Па. Из-за небольшой чувствительности электродинамический микрофон работает совместно с усилителем, устанавливаемым в непосредственной близости от микрофона. Если такой преобразователь используется в качестве телефона или громкоговорителя, то его средняя чувствительность составляет 0,6 Па/В. Неравномерность частотной характеристики преобразователя около 8дБ.

Электродинамические преобразователи характеризуются хорошей частотной характеристикой, небольшим коэффициентом нелинейных искажений (3%), простой конструкцией и надежностью в эксплуатации.

1.2.3 Электростатистический преобразователь

Электростатистический преобразователь (рисунок 3) или конденсаторный преобразователь содержит конденсатор, состоящий из тонкой легкой подвижной мембраны неподвижной пластины. При воздействии звуковых волн на мембрану последняя начинает колебаться, вследствие чего будет изменяться расстояние между обкладками конденсатора, а это в свою очередь вызовет изменение его емкости и заряда. При изменении емкости конденсатора через сопротивления нагрузки будет проходить переменный ток, создающий в нем соответствующее падение напряжения. Преобразователь обратимый, имеет хорошую частотную характеристику (неравномерность шесть дБ), но очень малую чувствительность (для микрофона до 0,0048 В/Па).

Рисунке 3 Электростатический или конденсаторный преобразователь

На качественные характеристики преобразователя оказывают большое влияние состояние изоляции между обкладками, постоянство напряжения источника питания, натяжение мембраны и изменение температуры окружающей среды. Преобразователь применяют преимущественно в качестве микрофонов для акустических измерений, а также для высококачественного радиовещания и звукозаписи.

В большинстве современных телефонных аппаратов применяются разновидности конденсаторных микрофонов - электретные. В этом случае постоянное напряжение обеспечивается предварительным зарядом электрета (полимера), нанесенного на мембрану тонким слоем. При колебании мембраны заряд как бы пульсирует в такт изменения емкости. Заряд электрета сохраняется до 20 лет. Затем требуется повторная поляризация электрета или замена микрофона.

1.2.4 Пьезоэлектрический преобразователь

Пьезоэлектрический преобразователь (рисунок 4) основан на использовании пьезоэлектрического эффекта кристаллов кварца, турмалина, сегнетовой соли.

Рисунок 4 Пьезоэлектрический преобразователь

При механической деформации таких кристаллов на их гранях возникает электрический заряд. Преобразователь обратимый, т.е. при изменении электрического заряда на кристаллическом элементе возникают механические колебания кристалла и связанной с ним мембраны. При использовании преобразователя в качестве микрофона средняя чувствительность составляет 0,025 В/Па при неравномерной частотной характеристики до 7 дБ. Если преобразователь применяется как телефон или громкоговоритель, средняя чувствительность его достигает 20 Па/В, а неравномерность частотной характеристики преобразователя составляет около 10 дБ.

Основным недостатком пьезоэлектрических преобразователей является большое влияние на их параметры температуры и влажности окружающей среды и малая чувствительность. Они применяются в специальной аппаратуре, где важно иметь небольшие габариты при невысокой стоимости.

1.2.5 Электроконтактный преобразователь

В электроконтактном преобразователе (рисунок 5) под воздействием звуковой волны изменяется сопротивление электрического контакта.

Рисунок 5 Электроконтактный преобразователь

Преобразователи являются активными, необратимыми и работают в качестве микрофонов, в частности, угольных. Действие угольных микрофонов основано на свойстве угольного порошка, изменять свое сопротивление в зависимости от изменения его плотности. Звуковые волны воздействуют на мембрану и заставляют ее колебаться. Под влиянием колебания мембраны изменяется плотность угольного порошка и его электрическое сопротивление. Вследствие этого в цепи нагрузки будет проходить электрический ток, изменяющийся в соответствии с изменением звукового давления, действующего на мембрану.

Большим достоинством угольного микрофона по сравнению с другими типами микрофонов является высокое значение средней чувствительности, достигающее 0,7 В/Па, что сделало его наиболее распространенным в телефонных аппаратах. Однако угольные микрофоны имеют большую неравномерность частотной характеристики (до 35 дБ) и значительный коэффициент нелинейных искажений (до 20%), поэтому они не применяются в качестве студийных микрофонов при организации таких видов связи, как связь совещаний, диспетчерская поездная, дорожная распорядительная и другие, где используется главным образом электродинамические микрофоны.

1.2.6 Телефон

Электромагнитный телефон (рисунок 6а) состоит из постоянного магнита 1, полюсных надставок 2, на которых размещены обмотки 4 и мембрана 3 из ферромагнитного материала. Под действием постоянного магнита мембрана всегда находится в изогнутом состоянии. При прохождении переменного тока через обмотку создается переменный магнитный поток, взаимодействующий с магнитным потоком постоянного магнита и вызывающий колебания мембраны.

Рисунок 6 Электромагнитный телефон

Устройство капсюльного телефона типа ТК-67 приведено на рисунке 6б. В пластмассовом корпусе 1 размещены постоянный магнит 2 и полюсные надставки 3, на которых насажены катушки с обмотками 4 сопротивлением 65 Ом каждая. Обмотки соединены последовательно, а концы их выведены на зажимы, находящиеся на наружной стороне корпуса. Поверх электромагнитной системы находится защитная прокладка 5. Мембрана 6 из железокобальтового сплава наложена на выступ корпуса и прижимается краями крышки 7 с тремя отверстиями. На практике применяется несколько типов телефонных капсюлей: ТК-47, ТК-50, ТА-4, ТК-67 и др. модуль полного сопротивления телефона при частоте 1000 Гц составляет около 260 Ом.

1.2.7 Угольный микрофон

Электрическая цепь угольного микрофона (рисунок 7) с нагрузкой Rн приведена на рисунке 7

Рисунок 7 Схема электрической цепи угольного микрофона

Применяются микрофоны с разным сопротивлением: низкоомные (30…80) и высокоомные (100…260). Различное сопротивление угольных микрофонов достигается применением порошков с различными размерами зерен: чем крупнее зерна, тем меньше сопротивление угольного порошка. Низкоомные микрофоны имеют ток питания около 80 мА, а высокоомные - 25 мА.

В эксплуатации нашел широкое распространение микрофонный капсюль типа МК-16. этот капсюль (рисунок 8) содержит основные части: металлический корпус 3, в котором расположена камера для засыпки угольного порошка 1; неподвижный электрод 9, укрепленный на пластмассовом держателе 10; диафрагму 6 из алюминиевой фольги с прикрепленным латунным электродом 2 в виде полусферы; неподвижный электрод 11, укрепленный в изоляционной втулке; фигурное кольцо 5, которое разделяет объем воздуха между диафрагмой 6 и корпусом 3 на две части, сообщающиеся меду собой через два отверстия 4; крышку 7 с отверстием 8.

Рисунок 8 Микрофонный капсюль МК-16

Применение электродов в виде полусфер сделало сопротивление микрофонов более стабильным и независимым от пространственного положения.

Угольный микрофон работает только при условии питания от источника постоянной ЭДС.

Угольные микрофоны бывают:

- низкоомные (сопротивление от 30 до 80 Ом);

- среднеомные (сопротивление от 80 до 120 Ом);

- высокоомные (сопротивление от 150 до 300 Ом).

При отсутствии звуковых волн (рисунок 9а) мембрана находится в спокойном состоянии и в цепи течет постоянный ток.

При разговоре звуковые волны приводят в движение мембрану. Вследствие чего угольный порошок то сжимается (рисунок 9б), то разрыхляется (рисунок 9в). Вследствие этого изменяется плотность прикосновения между зернами и сопротивление между электродами. С увеличением тока количество выделяемой энергии растет, сопротивление падает и если ток превысит норму, то угольный порошок может спечься.

а) б) в)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 9 Временные диаграммы работы микрофона

Достоинства угольного микрофона:

-дешевый;

-простота конструкции.

Недостаток угольного микрофона в том, что сопротивление угольного микрофона зависит от положения в пространстве.

1.2.8 Электродинамические микрофоны

По устройству подвижной системы электродинамические микрофоны (рисунок 10) разделяются на катушечные и ленточные. В катушечных микрофонах в качестве подвижной системы применяется катушка, в ленточных - легкая металлическая лента.

Магнитная система катушечного микрофона (рисунок 10) состоит из цилиндрического постоянного магнита 2 и магнитопровода, имеющего центральный стержень 1 и фланцы 4. в зазоре между фланцами расположена подвижная катушка 3, связанная с мембраной 5. Звуковые волны проходят через отверстия крышки 6 и воздействуют на мембрану, вызывая ее колебания.

Рисунок 10 Электродинамический катушечный микрофон

Катушечные динамические микрофоны обладают хорошими качественными показателями и поэтому нашли широкое применение в радиовещательных студиях, залах связи совещаний, кабинетах поездных диспетчеров, устройствах звукозаписи и т.д.

Устройство ленточного микрофона показано на рисунке 11. Между полюсными наконечниками постоянного магнита 2 подвешена тонкая алюминиевая гофрированная лента 1 толщиной 0,2 мкм. Под действием звуковых волн лента, служащая мембраной, колеблется, и в ней индуцируется ЭДС, пропорциональная звуковому давлению. Равномерность характеристики чувствительности микрофона достигается применением сложной колебательной системы с несколькими сдвинутыми по частоте резонансами воздушных камер.

Рисунок 11 Электродинамический ленточный микрофон

Специальный наконечник 5 образует одну воздушную полость 6, а дуга магнита 2 ограничивает другую полость 3. воздух в щелях 4 и 7 играет роль элементов массы, которые корректируют скорость колебаний ленты. Ленточные микрофоны имеют равномерную частотную характеристику и применяются главным образом в радиовещательных студиях.

Катушечные и ленточные электродинамические микрофоны из-за их небольшой чувствительности работают совместно с микрофонным усилителями, которые располагаются вблизи микрофонов для того что бы уменьшить воздействие электрической помехи на разговорный тракт.

1.2.9 Электретный микрофон

Электретный микрофон обладает высоким выходным сопротивлением. Для его уменьшения в корпусе микрофона встраивают исковый повторитель на полевом n-канальном транзисторе с p-n переходом. В результате выходное сопротивление микрофона снижается до величины 3…4 кОм, что обеспечивает снижение потерь мощности сигнала при подключении в телефонном аппарате микрофона к входу микрофонного усилителя. Чувствительность электретного микрофона составляет 12…15 мВ/Па, а неравномерность частотной характеристики - 2…5 дБ.

1.3 Коммутационные приборы автоматической телефонной станции квазиэлектронной системы типа «Квант»

Качественные показатели разговорного тракта зависят от электрических параметров точки коммутации. При использовании искателей и соединителей с негерметизированными контактами основными причинами повреждений разговорного тракта являются: загрязнение контактов, покрытие контактов пылью и т.д., коррозия.

Рисунок 12. Герконовое реле

Идеальным способом защиты контактов от воздействия внешней среды является размещение их в герметизированном стеклянном баллоне. Если вокруг баллона расположить обмотку, то при прохождении постоянного тока через обмотку создается магнитный поток. Под действием магнитного потока контактные пластины притягиваются друг к другу, и контакт замыкается. Такие контакты получили название герконов (герметизированные контакты) рисунок 12. Геркон состоит из двух контактных пружин, помещенных в стеклянный баллон, заполненный инертным газом. Контактные пружины выполняются из магнито-мягкого материала (магнито-никелевые сплавы), контактирующие поверхности тонким слоем из благородного металла: золота, серебра, родия. Основным недостатком является большой расход тока для удержания контакта в замкнутом состоянии. Поэтому конструкторы создали герконовые реле с магнитным удержанием.

Рисунок 13. Феррид

Наибольшее распространение получили ферриды (рисунок 13). Феррид в отличие от герконового реле имеет внешний магнит из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Феррид содержит 2 или 4 геркона и магнитную систему - сердечник, выполненный из полужесткого магнитного материала (ремендюра или викаллоя) с большим коэффициентом прямоугольности. Магнитная система состоит из двух управляющих обмоток Х и У, каждая из которых имеет по две части, расположенных на разных половинах сердечника, и круглого сердечника. Ферриды устанавливаются на шунтовой плате, которая делит феррид на 2 самостоятельно управляемые части, чтобы магнитные поля не влияли друг на друга. Обмотка Х имеет 20 витков с одной стороны шунта и 40, намотанных в противоположном направлении, с другой стороны. Обмотка У имеет такое же количество витков, но намотанных в обратном порядке. Из ферридов составляют матрицы - матричные ферридовые соединители (МФС), использующие в коммутационном поле АТСКЭ «Квант» (блок абонентских линий (БАЛ) и блок соединительных линий (БСЛ)). В МФС используются ферриды с дифференциальной магнитной системой с двумя или четырьмя герконами. Принцип работы феррида состоит в следующем. В исходном состоянии герконы разомкнуты, а сердечник размагничен. Для включения феррида через обмотки X и Y следует пропустить импульс постоянного тока, а для выключения такой же импульс тока в том же направлении но только через одну из обмоток. При включении, в результате протекания импульса тока по двум обмоткам, через нижнюю и верхнюю половины сердечника протекает общий магнитный поток, что приводит к притяжению и замыканию контактных пружин. В случае выключения протекания импульса тока по одной обмотке ведет к перемагничиванию одной из половины сердечника создаются противоположно направленные магнитные потоки. Контактные пружины размыкаются. В МФС используются герконы типа МКА-27. они имеют следующие основные характеристики: коммутируемый ток (с активной нагрузкой) - до 300 мА и напряжение до 100 В; количество срабатываний до 1000000000; размеры баллона; длина - 27 мм; диаметр 3,8 мм; время срабатывания - не более 5 мс. По обмоткам ферридов протекают импульсы тока колокообразой формы имеет амплитуду тока 10…12 А и длительность 1…2 мс. В станции «Квант» используется МФС четырех типов, параметры которых приведены в таблице 1.

Таблица 1

Тип МФС	Условное обозначение (m*n*1)	Число ферридов, штук	Число герконов, штук
1	2	3	4
1	8*8*2	64	128
2	8*8*4	64	256
3	(4+4)*8*(2;4)	64	192
4	8*(4+4)*(4;2)	64	192

Соединители МФС3 и МФС4 разделены на две части, отличающиеся проводностью. В МФС3 для половины входов (m=4) соединения - двухпроводные, а для другой половины - четырех проводные. В МФС используется такое же распределение проводности, но для выходов.

Разнообразие МФС определяется их использованием в разных блоках коммутации. В блоках БАЛ устанавливаются только двухпроводные ( l=2 ) МФС, а в блоках БСЛ - в зависимости от назначения коммутационных станций и требований на организацию транзитных соединений. На ОС в БСЛ применяются только двухпроводные МФС, на УС - либо только двухпроводные, либо смешанные двух- и четырехпроводные МФС (МФС3и МФС4). В коммутационных полях УАК, как правило, используются четырех проводные МФС (МФС2). Принцип управления ферридами МФС1 (МФС2) приведен на рисунке 14.

Рисунок 14 Управление ферридами МФС1 (МФС2)

Цепи управления внутри МФС образуют восемь горизонталей и восемь вертикалей, в каждую из которых последовательно включены восемь обмоток ферридов X и Y. Ферриды имеют нумерацию от 00 до 77. в горизонтали и вертикали включено по одному развязывающему диоду. Вертикальные цепи управления объединяются, образуя общую вертикаль (ОВ). То же делается с горизонтальными цепями управления, и образуется общая горизонталь (ОГ). Для управления ферридами МФС периферийное УУ должно по восемь реле горизонталей (ГО…Г7) и вертикалей (В0…В7), а так же реле ОВ и ОГ. Контакты реле ГО…Г7 и В0…В7 создают цепи включения ферридов, а контакты реле ГО…Г7 и ОГ либо ВО…В7 и ОВ - цепи выключения ферридов. Включение и выключение ферридов происходит одновременно в двух звеньях одного блока коммутации. Кроме того, в МФС с параметрами 8х8 горизонтали делятся на две равные группы, образуя общие горизонтали ОГ0 и ОГ1.

1.4 Устройство, принцип работы шагового искателя (ШИ), декадно-шагового искателя (ДШИ), многократного координатного соединителя (МКС)

1.4.1 Шаговый искатель, декадно-шаговый искатель

Каждый импульс, поступающий в обмотку вращающего электромагнита, поворачивает храповой полуцилиндр, а вместе с ним и щетку вокруг оси на один шаг в избранной декаде. При отпускании электромагнита собачка, скользя, перескакивает на следующий зуб полуцилиндра, число поступивших импульсов определяет номер ламели в декаде, на которой остановится щетка. Тем самым вход искателя (щетки) оказывается соединенным с определенным выходом (ламелью) декады.

Электромагнитные шаговые искатели типа ШИ-11, ШИ-17, ШИ-25, ШИ-50 представляют собой многопозиционные щеточные переключатели с электромагнитным приводом и предназначены для коммутации слаботочных цепей постоянного тока.

Условия эксплуатации:

- температура окружающей среды 25±10°С;

- относительная влажность 65±15%;

- атмосферное давление 104±4 кПа.

Рисунок 15 Искатель ДШИ-100

Основной коммутационный элемент декадно-шаговой станции - искатель типа ДШИ-100 (рисунок 15). Принцип действия этого искателя поясняется схемой, приведенной на рисунке 16.

Соединения устанавливаются тремя щетками, перемещающимися по контактному полю.

Поле состоит из трех секций - по одной для каждой щетки. В секции контакты размещены в 10 рядов (декад), по 10 контактов в каждом. Щетки жестко связанные между собой, совершают движения вокруг общей оси под действием электромагнитов - электромагнита подъема и электромагнита вращения.

Рисунок 16 Принцип действия искателя ДШИ-100

При установлении соединения сначала происходит подъемно поступательное движение, по окончании которого щетки останавливаются напротив одной из десяти декад. Затем, при вращательном движении, они скользят по контактам выбранной декады. После остановки щеток оказываются замкнутыми три электрические цепи: щетки останавливаются на одноименных контактах трех секций контактного поля. Таким образом, ДШИ-100 способен соединить один трехпроводный вход с одним из 100 выходов. Провода линии, включаемых в искатели, принято обозначать строчными латинскими буквами а, b, и с. Для приведения искателя в исходное состояние щетки перемещаются до конца декады и, покидая последний контакт, устанавливаются пружиной в начальное положение. Электромагниты, управляющие движением щеток, оснащены храповыми механизмами. Каждое срабатывание электромагнита перемещает щетки на один шаг - к очередной декаде при подъемном движении или к очередному контакту при вращательном. Если подавать на электромагниты ДШИ-100 импульсы, формируемые номеронабирателем телефонного аппарата, то номер выбираемого выхода в контактном поле будет соответствовать цифрам, набранным абонентом. Благодаря такой конструкции искателей, управляющие устройства декадно-шаговых станций оказываются очень простыми.

1.4.2 Автоматическая телефонная станция декадно-шагового типа

Рассмотрим принцип построения декадно-шаговых АТС на нескольких примерах. Используя только одну ступень - ступень линейного искания

Рисунок 17 Упрощенная АТС емкокостью 100 номеров

(ЛИ) - можно построить простую телефонную станцию емкостью 100 номеров, как показано на рисунке 17.

Для осуществления исходящих соединений каждой абонентской линии должен быть подключен вход одного искателя типа ДШИ-100. Одноименные выходы всех 100 искателей запараллеливаются и подключаются к абонентским линиям для установления входящих соединений. Номера абонентов при этом будут двузначными (от 00 до 99), причем первая цифра будет соответствовать номеру декады, а вторая - номеру выхода в этой декаде, к которому подключена данная линия. При наборе первой цифры щетки совершают подъемные движения, а при наборе второй - вращательное.

Описанная АТС очень проста и весьма неэкономична. Если даже представить себе, что все 100 абонентов одновременно ведут разговоры, то окажется, что используется всего лишь половина приборов, поскольку в соединении двух абонентских линий участвует только один искатель. Для решения этой проблемы в станцию вводится ступень предварительного искания - ПИ.

Рисунок 18 АТС со ступенью предварительного искания

Как показано на рисунке 18. Ступень ПИ строится на более простых и дешевых искателях типа ШИ-11. Каждый такой искатель имеет один вход и 11 выходов из которых 10 используется для соединения со следующей ступенью. После снятия абонента микротелефона ПИ, обнаружив поступивший вызов, соединяет абонентскую линию со свободным прибором на ступени линейного искания. Если свободных приборов нет, то через 11 выход искателя ШИ-11 абоненту передается сигнал занятости. Число искателей ДШИ-100 на ступени ЛИ в этом случае можно существенно сократить. Обычно устанавливалось от 10 до 20 приборов на каждые 100 абонентов (на рисунке 18 показано включение 10 искателей на ступени ЛИ). Количество приборов на ступени ПИ всегда равно числу абонентских линий. Тем не менее, благодаря небольшой стоимости ШИ-11, использовании предварительного искания экономически оправданно.

Рисунок 19 АТС со ступенью группового искания

Для построения АТС емкостью более 100 номеров между ПИ и ЛИ устанавливается ступень группового искания - ГИ (рисунок 19).

Эта ступень так же, как и ЛИ, строится с использованием искателей ДШИ-100, но принимает не две, а только одну цифру набираемого абонентам номера. 100 выходов каждого группового искателя разделены на 10 направлений. Линии каждого направления занимают отдельную декаду и связывают выходы ГИ со входами группы линейных искателей, обслуживающий 100 абонентских линий.

В АТС, представленной на рисунке 19, после занятия абонентской линии ПИ устанавливает соединение со свободным прибором ступени группового искания. Со ступени ГИ абоненту передается сигнал ответа АТС. При наборе первой цифры номера щетки искателя ДШИ-100 совершают подъемные движения и выбирают декаду, соответствующую числу поступивших от номеронабирателя импульсов. Далее, за время межсерийного интервала, щетки, вращаясь, перемещаются по контактам выбранной декады и останавливаются при обнаружении свободной линии в направлении к ступени ЛИ. Соединение с линией вызываемого абонента производится линейным искателем при наборе второй и третьей цифр номера.

Добавление ступеней группового искания можно добиться дальнейшего увеличения емкости телефонной станции. На рисунке 20 приведена структурная схема АТС емкостью до 100000 номеров с трехзначной нумерацией, содержащей три ступени ГИ (I ГИ, IIГИ, IIIГИ).

Рисунок 20 АТС емкостью до 100000 номеров

Декадно-шаговые станции с такой структурой устанавливались на телефонных сетях крупных железнодорожных узлов (Москва, Санкт-Петербург и др.).

Каждый искатель декадно-шаговой АТС оборудован индивидуальным управляющим устройством, построенным с использованием электромагнитных плоских, наклонных реле (РПН). Сигналы управления передаются между приборами соседних ступеней искания по трем проводам - a, b и c, с коммутируемым щетками искателем (по проводам а и b, кроме того, передаются разговорные токи). Питание абонентских линий во время разговора, передачу акустических сигналов, а также прием сигналов ответов и отбоя выполняют приборы ступеней ГИ и ЛИ.

В случае, когда декадно-шаговую АТС необходимо связать с другими станциями телефонной сети, исходящие и входящие межстанционные соединительные линии включаются соответственно в выходы и входы ступеней группового искания. Эти трехпроводные линии имеют стандартную для отечественных сетей систему сигнализации. Если расстояние между сопрягаемыми АТС велико и сопротивление каждого провода превышает 700 Ом, соединительные линии подключаются к выходам ГИ через комплекты реле соединительных линий (РСЛ).

1.4.3 Многократный координатный соединитель

Рисунок 21 Многократный координатный соединитель

Коммутационные поля координатных АТС построены из многократных координатных соединителей (МКС) (рисунок 21). МКС представляет собой комплект коммутационных элементов, объединенных общей системой электромагнитного привода. Каждый соединитель имеет группы контактов, подобных применяемых в электромагнитных реле. МКС - это коммутационный прибор релейного типа имеющий n входов (десять и более) и nхm комбинаций выходов, причем каждому из n входов доступен любой из m выходов.

Принцип устройства МКС показан на рисунке 22. Контактные группы состоят из неподвижных контактов НК, представляющих собой вертикальные металлические струны, и подвижных контактных пружин ПК. Контактные пружины могут перемещаться под действием толкателя Т, приходя при этом в соприкосновение с неподвижными контактами. Для переключения контактных групп на искателе устанавливаются выбирающие ВП и удерживающие УП планки.



Рисунок 22 Принцип действия многократного координатного соединителя

Выбирающая планка может поворачиваться по своей оси под действием одного из двух выбирающих электромагнитов на небольшой угол. На каждой выбирающей планке укреплены выбирающие пальцы П из гибкой стальной проволоки, которые в исходном положении находятся между смежными верхней и нижней контактными группами.

Удерживающая планка поворачивается вокруг вертикальной оси при срабатывании удерживающего электромагнита. Этот электромагнит остается под током в течение всего времени соединения.

МКС позволяет одновременно удерживать столько соединений, сколько имеется в нем вертикальных удерживающих планок. Процесс установления соединения занимает существенно меньше время по сравнению с работой декадно-шагового искателя.

В координатных АТС наиболее часто встречаются многократные соединители двухпозиционного (10*10*3, 20*10*6) и трех позиционного (10*20*6, 20*20*3) типа, т.е в работе используют два и три магнита. Первое число в обозначении МКС указывает количество вертикалей (входов), второе - количество контактных групп (выходов) в каждой вертикали, третье - количество контактных пружин в группе, соответствующее числу коммутируемых проводов.

Рисунок 23 Символическое изображение коммутационного поля МКС 10*10*6

На рисунке 23 приведено символическое изображение коммутационного поля МКС 10*20*6. Коммутационное поле МКС состоит из многопроводных контактных групп на замыкание расположенных в виде n вертикальных и m горизонтальных рядов. Каждому горизонтальному ряду соответствует выбирающий магнит, а каждому вертикальному ряду удерживающий магнит. Прибор называется координатным так как место расположение каждой контактной группе в поле МКС характеризуется двумя координатами: номером УМ и номером ВМ. Прибор называется многократным так как имеет несколько входов и через него может быть установлено несколько соединений. МКС по надежности, долговечности и качеству контактных соединений обладают более высокими показателями, чем щеточные искатели.

1.4.4 Функциональная схема АТСК и процесс установления соединения

На рисунке 23 представлена функциональная схема АТСК емкостью 300 номеров с пятизначной нумерацией АЛ, построенной на блоках искания, которые применяются в АТС К - 100/2000.

Рисунок 23 Функциональная схема АТСК на 300 номеров с пятизначной нумерацией АЛ

Блок АИ, рассчитанный на включение 100 АЛ, имеет двух - трехзвенную схему, которая имеет 20 исходящих и 20 входящих линий. Для емкости АТС на 300 номеров используются три блока АИ (АИ₁, АИ₂, АИ₃).При необходимости увеличить емкость добавляются аналогичные блоки АИ и в поле ГИ задействуются дополнительные направления. Блок ГИ имеет 30 входов, 40 ПЛ и 200 выходов.

На входы ГИ включаются ШК и комплекты реле соединительных линий для входящей связи (РСЛВ) от других АТС, для входящей связи от АМТС применяются ВШКМА. Поле ГИ, имеющее 200 выходов, разделяется на несколько направлений Н, часть из которых имеет доступность Д=20, а часть Д=10. Каждому направлению присваивается одно-, двух-, или трехзначный индекс (код). Направлениям, которые используются для связи к сотенным блокам АИ при трехзначной нумерации АЛ, присваиваются однозначные индексы, при четырехзначной - двухзначные, а при пятизначной - трехзначные, так как две последние цифры номера используются для управления работой ступени АИ. Схема АТСК может иметь две ступени ГИ, если общее количество выходов для образования направлений превышает емкость поля одной ступени ГИ (в данном случае более 200 выходов).

Если, например, АТС должна иметь 1000 номеров и иметь связь с АМТС и другими АТС, то для включения десяти блоков АИ потребуется 10 направлений с Д=20 (всего 200 выходов) и несколько направлений с Д=20 и Д=10 для связи с АМТС и другими АТС. Общее количество выходов превысит 200. В этом случае АТС будет иметь две ступени ГИ. В поле IГИ направления будут использованы для выхода к АМТС, другим АТС и к IIГИ, а в поле IIГИ - для выхода к блокам АИ. Применение на ступени АИ тысячных четырехзвенных блоков позволяет иметь схему АТСК с одной ступенью ГИ и на несколько тысяч номеров.

Ступень регистрового искания РИ в АТС К-100/2000 имеет однозвенную схему с параметрами 20Ч5. На входы вертикалей включены регистры, в поле вертикалей РИ - ШК и РСЛВ. Для управления соединением каждая ступень искания имеет свой маркер (МАИ, МГИ, МРИ). Процесс установления соединения на АТСК состоит из нескольких этапов. На рисунке три эти этапы обозначены цифрами, заключенными в квадраты, а функции, выполняемые маркерами, обозначены стрелками.

Этап 1. При поступлении вызова от абонента А в абонентском комплекте АК срабатывает линейное реле Л, которое своими контактами включает в работу маркер МАИ.

Этап 2. Маркер МАИ, если он свободен, определяет номер АЛ вызывающего абонента, с помощью ПУ выбирает одну доступную для АЛ промежуточную линию ПЛ АВ и одну свободную исходящую линию к ШК. В соответствии с этим МАИ включает ВМ и УМ на звеньях А и В подключается к ШК, а МАИ освобождается. Выбирающие электромагниты выключаются, а УМ блокируются и получают питание из ШК. Если в процессе исходящего соединения отсутствует возможность подключения АЛ к ШК (нет свободной ПЛ или свободного и доступного ШК), то МАИ по истечении контрольного времени (1500 - 1700 мс) принудительно освобождается, а АЛ блокируется на свой АК, из которого абоненту посылается сигнал «Занято».

Этап 3. Маркер МРИ определяет номер занятого ШК и номер свободного регистра и включает соответствующие ВМ и УМ на ступени РИ. В результате этого регистр через вертикаль ступени РИ, ШК и две вертикали ступени АИ подключается к АЛ вызывающего абонента А. Маркер МРИ освобождается и выключает ВМ, а УМ блокируется и получает питание из регистра.

Этап 4. Из регистра абоненту А подается сигнал «Ответ станции». Это означает, что можно набирать номер.

Этап 5. При наборе номера вызываемого абонента Б импульсы всех цифр поступают в регистр. После фиксации первой цифры сигнал «Ответ станции» выключается, а после того, как будут зафиксированы все цифры, регистр подает сигнал в МГИ.

Этап 6. Маркер МГИ определяет номер входа ступени ГИ, на который включен ШК и регистр, накопивший информацию, и подключает к этому входу КПП. Это является для регистра сигналом о передаче первой цифры номера. Для определения направления к другим АТС МГИ может запросить одну или две цифры. При внутристанционном соединении МГИ запрашивает из регистра три цифры, так как в поле ГИ (рис.3) имеется три направления к блокам АИ, номера которых отличаются только третьей цифрой.

Этап 7. По полученной информации МГИ фиксирует направление, выбирает в этом направлении свободный выход, находит и занимает свободную и доступную ПЛ между звеньями А и В. В соответствии с номером входа, номером ПЛ и номером выхода МГИ включает ВМ и УМ на звеньях А и В. В результате устанавливается соединение через ступень ГИ к блоку АИ, в который включен вызываемый абонент. После этого МГИ дает команду регистру о способе передачи последующих цифр и освобождается. Выбирающие электромагниты выключаются, а УМ получают питание из ШК.

Этап 8. Маркер МАИ определяет номер занявшегося входа на звене С, подключается к нему и через ступени ГИ и РИ получает из регистра две последние цифры номера вызываемого абонента. По этим цифрам МАИ определяет номер АК абонента Б, затем производит выбор свободных ПЛ между звеньями АВ и ВС и включает ВМ и УМ звеньев А и В и ВМ звена С, осуществляет пробу АЛ вызываемого абонента и, если АЛ свободна, включает УМ звена С. В результате этого происходит подключение через ступень АИ к АЛ абонента Б. Маркер МАИ подает в регистр сигнал о том, что абонент Б свободен, после чего МАИ и регистр освобождаются. Выбирающие электромагниты звеньев А, В и С выключаются, а УМ получают питание из ШК. Если АЛ абонента Б занята, то в регистр подается сигнал «Абонент занят», по которому регистр освобождается и выключает все приборы, занятые в данном соединении, а абонент А получает сигнал «Занято» из своего АК.