Электронные телефонные аппараты

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

ЭЛЕКТРОННЫЕ ТЕЛЕФОННЫЕ АППАРАТЫ



1. Обзор существующих электронных ТА

Совершенно закономерным является то, что первые электронные ТА полностью повторили схемное построение и функции своих предшественников -- электромеханических аппаратов. Начнем с того, что эти ТА имели только импульсный набор номера, так как в то время тональный набор на абонентском участке сети еще не применялся (конец 60-х годов).

Первые электронные номеронабиратели даже не имели возможности повтора последнего набранного номера, так как их схемы выполнялись на дискретных элементах (отдельных транзисторах и диодах), и разместить на ограниченных размерах память на 5-7 цифр не представлялось возможным. Разговорный узел также выполнялся на отдельных деталях и был достаточно объемным.

Принимая во внимание, что стоимость электронных компонентов в то время была достаточно высокой и что наладка электронной схемы требовала значительно более высокой квалификации работников, цена продажи первых электронных ТА была намного выше цены электромеханических.

Такие ТА не получили широкого распространения даже в странах с высокоразвитой электронной промышленностью. В дальнейшем простейшие электронные ТА были реализованы на базе ИМС и производились в основном на предприятиях Гонконга, Тайваня, а позднее в Китае и Малайзии. На территории СССР, а затем и в странах СНГ получили распространение эти ТА, выполненные в виде телефонов-трубок (моноблочная конструкция) под условным названием -- «Гонконг», а также некоторых моделей настольных ТА, например, АТ-8086.

Необходимо отметить, что эти аппараты по многим параметрам совершенно не отвечали требованиям стандартов ни одной страны (в том числе СССР), а их надежность оказалась ниже всякой критики, в чем вскоре убедилось большинство их пользователей.

Стандартный электронный ТА

Понятие стандартный ТА

Понятие «стандартный» включает в себя, в общем случае, множество требований, касающихся всех свойств изделия, к которому это понятие относится. В нашем случае это понятие взято в кавычки не в уничижительном смысле, а только потому, что речь здесь пойдет только об обязательном стандартном наборе функций, которыми должен обладать простой современный ТА.

И снова приходится говорить об устройствах набора номера, поскольку радикальные меры коснулись их в первую очередь. Связано это с началом внедрения в «телефоностроение» специализированных микросхем. Их разработка и производство начались в начале 70-х годов, когда электронная промышленность уже хорошо освоила аналогичное производство для ЭВМ.

Особенности элементной базы

Уже первые образцы электронных номеронабирателей на базе микросхем получили возможность сохранять в памяти последний набранный номер и транслировать его в линию при нажатии одной кнопки на тастатуре ТА. Вначале ячейка памяти ЭНН имела небольшую емкость -- до 8 знаков, но со временем объем памяти увеличивался, и сейчас у некоторых образцов достигает 32 знаков. Зачем нужен такой объем памяти постараемся объяснить на следующем примере.

Представьте себе, что вы -- абонент офисной АТС, и вам требуется позвонить по международной сети абоненту такой же офисной станции в другой стране. Схема набора приведена на рис. 2.1.



Расчет значности номера

Подсчитаем количество знаков, которые должны сохраняться в памяти при условии, что пауза длительностью порядка трех секунд занимает в ней место одного знака: 1 + 1 +1 + 4 + 13 + 3 + 1 + 4 = 28 знаков.

Естественно, что подсчитан сложный вариант, который может иметь место в часы наибольшей нагрузки на сети, но ведь и потребность в связи может попасть в этот период. В другое время может хватить и 24 знаков, а при другой схеме связи и меньшего их количества.

Стандартные функции

Здесь мы упомянули о тональном наборе, следовательно, ЭНН стандартного электронного ТА должен иметь такую функцию. Аппарат должен предоставить пользователю возможность оперативного (нажатием одной кнопки) перехода от импульсного к тональному набору с фиксацией этого в памяти.

Кроме этого, современный электронный ТА должен иметь функцию кратковременного (нормированного) прерывания цепи постоянного тока через аппарат -- «Flash», которая используется в сетях офисных и городских электронных станций для установления нового соединения при удержании прежнего и последующего возврата к нему.

Таким образом, мы определили тот минимальный набор функций, которым должен обладать стандартный простой электронный ТА. Конечно же, все остальные основные функции ТА должны полностью выполняться этим аппаратом.

Разновидность построения схем

Существует по крайней мере три разновидности построения схем таких электронных ТА. Они отличаются друг от друга элементной базой организации узлов ТА. Первой по времени создания была схема ТА, в которой разговорный узел оставался полностью транзисторным, а электронный НН строился на базе микросхемы с генератором частот тонального набора в ее составе. Реже наборные узлы строились на двух микросхемах -- отдельно для импульсного и тонального набора (например, в телефоне «Tritel» швейцарской ф. «Ascom-Astel»).

Следующей была схема ТА, в которой и разговорный, и наборный узлы базировались на отдельных специализированных микросхемах. По этому принципу построены схемы большинства современных простых электронных ТА.

В последние годы появились простые (и не совсем простые) ТА, в которых применена микросхема, объединяющая в себе функции разговорного и наборного узлов (например, ИМС L3914 ф. SGS THOMSON). Но все-же большую популярность получили аппараты с использованием в качестве наборного узла микроконтроллера с масочным ПЗУ. В большинстве своем это микроконтроллеры ф. MOTOROLA или TOSHIBA.

Практически во всех схемах электронных ТА, независимо от их сложности, узел вызывного устройства реализуется на отдельных специализированных микросхемах. Таким образом, схема стандартного электронного ТА может содержать от двух до четырех ИМС.

Электронный ТА с программируемой памятью

Следующей по сложности стала схема электронного ТА с программируемой памятью на базе ИМС. Это стало возможным после того, как были разработаны малопотребляющие микросхемы, которые могли работать при значительных разбросах значений питающего напряжения.

Как уже указывалось в начале первой главы, мощность постоянного тока, потребляемая ТА от телефонной сети, изменяется от значений 50...60 мВт в режиме ожидания вызова до нескольких сотен милливатт в разговорном режиме или при наборе номера.

Этой мощности было достаточно для питания схемы управления, а также для питания генератора тональных частот набора и памяти.

Основным типом ТА этой группы стал аппарат с памятью на 10 номеров с количеством знаков 16, а затем 20...32.

Дополнительные органы управления

В связи с появлением программируемой памяти появились дополнительные органы управления -- кнопки «Memo», «Store», «Auto» и т.п. У моделей некоторых фирм эти кнопки составляли единый блок с основной тастатурой (PHILIPS), а другие производители размещали их на корпусе отдельно (Panasonic). Запись телефонного номера осуществлялась при помощи этих кнопок в определенной инструкцией последовательности, а вызов номера из памяти последовательным нажатием «Memo» («Auto») и кнопки с номером ячейки (0...9), в которую он был записан.

В дальнейшем появились именные кнопки прямого набора («Direct dialing»), и процесс набора из памяти сократился до нажатия этой одной кнопки. У большинства современных ТА количество именных кнопок невелико (3...5), хотя, например, у таких моделей как Panasonic КХ-Т, Dusseldorf и Casio нажатием одной-двух кнопок можно вызвать из памяти один из 12 или даже 40 номеров. Появление микросхем со средней и большой степенью интеграции привело к расширению сервисных функций электронных ТА.

Кроме функции временного отключения микрофона «Mute» и «Flash», появляется функция электронного удержания соединения «Hold» -- сначала простая, а затем и с музыкальным заполнением «Hold-music», которое подтверждает вашему собеседнику, что соединение не прервано, и что ваш разговор вскоре продолжится.

Естественно, что музыкальная фраза для этой функции также должна быть записана в памяти, а для ее воспроизведения используется многочастотный сигнал, который в этом режиме вырабатывается генератором тонального набора под управлением процессора.

В некоторых моделях этот же генератор используется для выработки акустического сигнала вызова с 2- или 3-частотным заполнением.

Так же как и стандартные электронные ТА, аппараты с программируемой памятью могут быть подразделены на три разновидности в зависимости от элементной базы, использованной при разработке схемы. Одной из современных является схема, в которой использована ИМС большой степени интеграции, объединившей функции большинства основных узлов ТА -- наборного и управляющего. Примером может служить модель С-508М ф. CONCORDE, использующая микросхему НТ9215А. Этот ТА имеет три кнопки прямого набора и еще 10 номеров можно запрограммировать, используя цифровые кнопки тастатуры.

ИМС «однокристальных» ТА

Начиная с 90-х годов многие производители микросхем для телефонии начали выпускать так называемые ИМС «однокристальных» ТА, объединившие в одном корпусе все без исключения узлы стандартного электронного ТА. Наиболее известными из них на рынке стран СНГ является серия ИМС ф. AMS -- AS253X состоящая на сегодняшний день из 5 микросхем, отличающихся между собой перечнем дополнительных функций (AS2533, AS2534 и др.), а также серия ИМС ф. TEMIC -- и37хх (U3760 и др.). Из стран бывшего социалистического блока аналогичную микросхему -- EMZ1422 пытались производить лишь на предприятиях СССР. На базе AS2533 ф. MATSUSHITA выпускает известный на рынке стран СНГ телефонный аппарат модели KX-TS10, который обладает памятью на 4+10 номеров и достаточно полным набором функций.

ТА с функцией «свободные руки» (hands free)

Дальнейшим развитием и совершенствованием схем современных ТА стали аппараты, реализовавшие функцию «свободные руки», позволившую пользователю занимать телефонную линию, вести набор номера и контролировать процесс установления соединения, не снимая микротелефонную трубку с аппарата. При этом пользователь мог заниматься своим делом вплоть до ответа вызываемого номера или до появления сигнала «занято». Это создает дополнительное удобство при частом пользовании телефоном. Особенно ощутимо преимущество этой функции при наличии в сервисном наборе ТА такой возможности как «автонабор». Обеспечивается многократный автоматический повтор ранее набранного номера в случае занятости ТА вызываемого абонента. Совершенно очевидно, что при входящем вызове и разговоре действия пользователя остаются абсолютно такими же, как и при пользовании всеми предыдущими ТА, т.е. со снятием МТТ с аппарата.

Функция мониторинга

Введение этой функции -- мониторинга, как ее называют на западе, или наблюдения, как ее называют у нас, потребовало усложнения схемы управления, а следовательно, применения в электронных ТА новых ИМС и некоторых изменений в построении схемы.

Как правило, в таких ТА акустический преобразователь вызывного сигнала используется также в схеме наблюдения, поэтому пришлось отказаться от пьезоэлектрических преобразователей типа «buzzer» (пищалка) и применить динамический с более качественными характеристиками. Одновременно пришлось ввести и еще несколько органов управления: кнопку режима и регулятор уровня громкости в режиме мониторинга.

Громкоговорящие ТА (speakerphone)

Общие положения

Основным препятствием для создания ТА с возможностью громкоговорящей связи без использования МТТ была акустическая «завязка» между громкоговорителем и микрофоном, приводившая к возбуждению тракта -- «зуммированию», делавшему невозможным ведение разговора в нормальном режиме. Приходилось применять различные способы, например, отключения микрофона в режиме приема и громкоговорителя, когда говорили вы. Это было неудобно и требовало дополнительных манипуляций во время разговора, что отвлекало от его содержания и держало человека в постоянном напряжении.

Только применение быстродействующих управляющих устройств в комплексе со специальными акустическими мерами позволили создать и практически использовать эффективные громкоговорящие ТА, лишенные указанного выше недостатка.

Акустические меры

Остановимся сначала на акустических мерах. Принимая во внимание небольшие габаритные размеры корпуса ТА, а следовательно, и небольшие расстояния между микрофоном и динамиком, нужно было обеспечить достаточную акустическую изоляцию одного устройства от другого. Это достигается специальной конфигурацией внутренней полости корпуса и креплением динамика и микрофона к корпусу при помощи демпфирующих (гасящих колебания) крепежных элементов (резиновых прокладок, шайб и т.п.).

Следующим шагом было создание дешевых микрофонов с достаточной остронаправленностью и динамиков с малой обратной отдачей. Это сделало возможным размещение микрофона и динамика в корпусе ТА так, чтобы ось звукового излучения динамика была перпендикулярна акустической оси микрофона (рис. 2.2).

Дополнительные батареи питания

Следует отметить, что до настоящего времени большинство современных спикерфонов для обеспечения эффективной работы схемы усилителей приема и передачи требовали дополнительного источника питания, так как мощность постоянного тока, которую получает ТА от телефонной линии, была для них недостаточна. Таким источником чаще всего является батарея сухих элементов напряжением 4,5 В (реже 9 В), устанавливаемая в специальном отсеке корпуса ТА.

В последнее время ведущие производители выпускают ТА данного класса без требования к установке батареек, благодаря, в первую очередь, появлению высокоэффективных ИМС регулировки тока питания в АЛ (у многих контроллеров громкой связи данные устройства являются составной частью ИМС), снижению мощности, потребляемой от телефонной сети самим контроллером, и использованию динамических головок с высоким КПД. Однако в этом случае громкость приемного сигнала ограничена и определяется только возможностью схемы данного ЭТА.

Схема управления

Создание современных спикерфонов потребовало применения быстродействующих элементов схемы управления, которые успевали бы отслеживать в реальном масштабе времени с дискретностью не хуже десятка микросекунд состояние трактов приема и передачи, «открывая» тот из них, который активен в данный момент, и «закрывая» пассивный. Конечно, такая задача по плечу только процессору, причем с достаточно «скромной» тактовой частотой, значение которой может быть не выше 500 кГц.

Совершенно очевидно, что паузы длительностью порядка нескольких десятков микросекунд абсолютно не воспринимаются ухом человека при разговоре, поэтому сохраняется восприятие нормального диалога и не возникает чувство дискомфорта, как при пользовании громкоговорящими устройствами с принудительным ручным переключением.

ТА с расширенными сервисными возможностями

Назначение многолинейных ТА

Каждому из нас хотя бы раз в жизни приходилось бывать в кабинете «большого» человека или значительно чаще видеть этот кабинет в кино или по телевидению. Конечно, наше внимание привлекал ряд телефонных аппаратов на столе или приставной тумбе. И чем «больше» был хозяин кабинета, тем длиннее был ряд телефонов.

Сегодня в кабинетах руководства мы такой картины можем не увидеть, особенно если это касается руководителей современной формации, знакомых с достижениями в технике связи. Дело в том, что на сегодня рынок телефонных аппаратов в состоянии предложить пользователю такие ТА, каждый из которых в состоянии заменить несколько стандартных и, вдобавок, обеспечить новые функции, которые собственно ТА и не присущи.

В этом разделе речь пойдет о многолинейных ТА (часто называемыми «офисными ТА»), которые объединяют в своей схеме функции телефонного аппарата и простейшего концентратора.

Основные функции и возможности:

ТА дает возможность поочередного автономного пользования любой из линий, которые к нему подключены;

организует переход на линию с вновь поступившим вызовом без прерывания предыдущего соединения и с возможностью возврата к нему;

создает возможность одновременного разговора с собеседниками на двух любых линиях (конференцсвязь для трех участников).

Совершенно очевидно, что такой ТА должен иметь развитую систему индикаторов состояния каждой из линий и каждой из функций. Кроме этого, каждая из линий, включенных в ТА, должна иметь отличный по звучанию акустический вызывной сигнал.

Как правило, эти ТА принадлежат к группе «спикерфонов», имеют очень развитую память (вплоть до 200 номеров) и сравнительно мощный микропроцессор. Такие устройства требуют значительно большей мощности источника питания, чем может обеспечить батарея сухих элементов. Поэтому все ТА этой группы оснащены сетевыми блоками питания, мощность которых может достигать порядка 10 Вт.

Для сохранения информации в памяти многие модели офисных ТА имеют в составе схемы встроенную литиевую батарею со сроком службы до 7 лет, что обеспечивает сохранность данных (актуально для стран СНГ) при внезапных и достаточно длительных отключениях электроэнергии. В этом случае (при отключении электроэнергии) ваш офисный телефон превращается в стандартный ТА, включенный в ту линию, которую вы предварительно определили.

Телефоны этой группы с количеством линий не более двух, как правило, оснащаются жидкокристаллическим дисплеем (одно или двухстрочечным) с емкостью строки до 24-х знаков. В большинстве таких моделей в состав схемы входят часы с календарем (или без него), таймер для фиксации длительности занятия линии, фиксация набранного (или вызванного из памяти) вами номера. Когда количество линий становится более двух, то дисплей используется редко, а сигнализация состояний осуществляется светодиодами с разными цветами свечения.

Наличие бескассетного (запись/чтение информации на ИМС ОЗУ) автоответчика с функциями электронного секретаря, дополнительная бесшнуровая трубка (работающая у наиболее современных ТА в системе DECT), широкие сервисные функции, обеспечивающие секретность информации и защиту от несанкционированного доступа (PIN-код, обеспечивающий кодирования речи скремблер и т.д.), при наличии и других указанных в этом разделе возможностей позволяют выделить офисные ТА в более высокий класс устройств -- в класс так называемых «бизнес-телефонов».

Особые разновидности ТА

Особой разновидностью сложных электронных ТА являются аппараты с неспецифическими функциями и аппараты «специального места установки».

Это ТА со встроенным радиоприемником, с устройством определения номера при входящем вызове (АОН), с направленным функциональным назначением, например, ТА «для кухни» и «для спальни». В последующих главах мы рассмотрим некоторые из них, а именно ТА с функциями АОН, в связи с их особой популярностью на территории стран СНГ.

Отдельной разновидностью в группе офисных телефонов являются аппараты, имеющие устройства для организации внутриофисной громкоговорящей связи -- «интерком» или в более привычном для нас наименовании -- селекторной связи.

Так как для этой связи используется та же внутриофисная телефонная сеть, что и для внешних линий, то интерком организуется по высокочастотной двухполосной двухпроводной схеме. При такой организации внутри- офисной связи допускается включение параллельно на одну абонентскую линию до четырех однотипных ТА. Такая система, например, реализована ф. MATSUSHITA в модели Panasonic КХ-Т3286.

Системные телефонные аппараты

Рассмотрим системные ТА, являющиеся непременной составной частью офисных АТС. Подавляющее большинство этих ТА не могут использоваться в телефонной сети общего пользования, кроме того, системные аппараты одной фирмы не могут использоваться совместно с офисными АТС другой фирмы.

Аппараты этого типа имеют широкий набор сервисных функций, количество которых определяется характеристикой офисной станции. Количество номеров прямого набора (внешних и внутренних) может достигать: у стандартных ТА -- 24, а при использовании специальных приставок-консолей (у наиболее развитых современных офисных АТС) -- 64.

Большинство моделей системных ТА оснащается жидкокристаллическим дисплеем с количеством строк от 2 до 4, позволяющих осуществлять пользовательское, а при определенных условиях, и административное программирование своей станции. В зависимости от схемы офисной станции системные аппараты могут быть аналоговыми четырехпроводной схемы подключения, цифровыми с такой же схемой и цифровыми двухпроводными.

Среди ТА сложной схемы построения есть другие группы аппаратов. Это АОНы, ТА со встроенными автоответчиками и радиотелефоны. Эти ТА описаны в отдельных наших изданиях, которые имеются в продаже



2. Выбор структурной схемы электронного ТА

Если ТА с механическим (дисковым) номеронабирателем и с так называемой классической схемой использовал только пассивные элементы и не потреблял энергии от телефонной станции в режиме ожидания вызова (отбоя), то электронный ТА, особенно работающий под управлением специализированного процессора, требует питания в любом режиме. Следует отметить, что требования на потребление энергии телефонным аппаратом от АТС в состоянии ожидания вызова довольно жесткие. Максимально допустимая величина тока в абонентской линии в состоянии отбоя не должна быть больше 1 мА. Это значит, что максимальная мощность, которую можно использовать для питания устройств электронного ТА в режиме ожидания вызова, не должна превышать значения 60 мВт для батареи с напряжением 60 В и примерно 50 мВт для батареи 48 В. Такое значение тока в абонентской линии обусловлено требованием однозначного определения состояния ТА со стороны АТС. Перепад значений тока при снятой и уложенной микротелефонной трубке должен быть более одного порядка (более чем в 10 раз), тогда АТС четко различает эти состояния.

В режиме набора номера и разговора ток в АЛ возрастает до значений нескольких десятков миллиампер, и падение напряжения на ТА составляет около 10 В. Следовательно, мощность, потребляемая ТА в этих режимах, возрастает до нескольких сотен милливатт, что достаточно для обеспечения нормального функционирования ТА. Во время приема вызова питание схемы ТВУ, как правило, осуществляется вызывным током. Мощность ограничивается сопротивлением ТА и в этом режиме не должна превышать 100 мВА. Это полностью удовлетворит потребность в мощности питания ТВУ и обеспечит требуемую максимальную громкость акустического сигнала вызова (не менее 70 дБ по шкале А). Теперь проанализируем по порядку все составляющие схемы электронного ТА, которая изображена на рис. 1.1.

Коммутаторно-вызывной тракт

Устройство защиты от перенапряжений

Устройство защиты от перенапряжений и обеспечения независимой полярности должно выполнить функции защиты всех последующих устройств ТА от возможного попадания на абонентскую линию напряжения сети переменного тока 220 В или воздействия на АЛ высоковольтных грозовых разрядов. Реализовать эту функцию возможно при помощи различных устройств. Это могут быть диоды, включенные встречно-параллельно, стабилитроны или варисторы. В схемах ТА различных производителей встречаются все эти устройства, а также используются, но реже, различные газовые разрядники.

Функцию обеспечения независимой полярности питания ТА от полярности проводов АЛ обеспечивает диодный мост.

Переключатель режима

Переключатель режима обеспечивает подключение к АЛ: либо ТВУ (режим ожидания вызова или отбоя), либо остальных устройств ТА (режимы набора номера или разговора). Во многих схемах современных ЭТА, где применяются высокоомные ИМС ТВУ с защитой от подрабатывания при наборе номера переключатель режима упрощен, а ТВУ остается подключенным к АЛ и во время разговора.

Изменение режима ТА приводит к изменению состояния АЛ, которое воздействует на станционные устройства АТС, приводя их в соответствующее состояние.

Тональное вызывное устройство

Тональное вызывное устройство преобразует вызывной сигнал, поступающий от АТС (переменный ток с частотой от 17 до 50 Гц) в акустический сигнал типа «трель». Этот сигнал обычно двух- или трехчастотный. В некоторых моделях современных ТА пользователь может сам изменять тональность вызывного сигнала при помощи специального переключателя, либо программировать с тастатуры.

Для многолинейных ТА и аппаратов с устройствами местной связи (интерком) возможность изменения частоты сигнала вызова является обязательной, так как пользователь должен различать вызов одной линии от другой.

Обычно громкость вызова изменяется ступенчато (2 или 3 ступени), но в более сложных моделях она изменяется автоматически с каждой последующей посылкой от АТС, и таких ступеней может быть пять и более.

Устройство питания схемы управления

Совершенно особо в схеме электронного ТА стоит устройство питания схемы управления в режиме ожидания вызова (отбоя). Ограничение тока в абонентской линии в этом режиме достигается либо включением в цепь высокоомного (до 10 МОм) резистора, либо использованием полевого транзистора. Преобразованное напряжение обеспечивает поддержание работы схемы управления и памяти как на запрограммированные номера (если в данной схеме они предусмотрены), так и на последний набранный номер.

Однако в более сложных и совершенных схемах электронных ТА, особенно в тех, где имеется жидкокристаллический дисплей, отображающий текущее время при уложенной микротелефонной трубке, громкоговорящий (повышенной мощности) режим работы и другие сервисные элементы, используются дополнительные источники питания. Обычно это блоки из двухтрех сухих элементов типа R6 (АА) с суммарным напряжением 3...4,5 В и реже -- типа «Крона» с напряжением 9 В. В этом случае поддержание работы схемы управления и памяти обеспечивается за счет дополнительного источника, что следует учитывать при эксплуатации таких ТА.

Разговорный тракт

Функции разговорного узла

Естественно, что в любом ТА, в том числе и в электронном, основным устройством является разговорный узел, который должен обеспечить выполнение нескольких главнейших функций:

организовать переход от двухпроводной АЛ к четырехпроводной схеме ТА;

организовать преобразование звуковых колебаний в изменение электрического тока на передаче (микрофонная цепь) и обратное преобразование на приеме (телефонная цепь), обеспечив при этом нормальные показатели громкости (эквиваленты затухания) передачи и приема, а также возможно наилучшую развязку этих цепей -- противоместный эффект;

обеспечить наиболее эффективное согласование схемы ТА с АЛ в диапазоне рабочих частот телефонной связи (0,3...3,4 кГц) при условии большого разброса параметров АЛ, зависящих от ее протяженности и конструкции.

Ввиду того, что в электронных ТА большинство национальных стандартов запрещает применение угольных микрофонов, а в телефонной цепи чаще всего используются малогабаритные электродинамические громкоговорители, то обязательными элементами разговорных узлов становятся усилители передачи (микрофонный) и приема (телефонный).

Наличие усилителей, имеющих к тому же общий источник питания, налагает на противоместную схему дополнительные требования по развязке цепей приема и передачи во время разговора.

Как правило, в современных схемах электронных ТА для этого используются схемы автоматического «запирания» того направления, которое в данный момент находится в пассивном состоянии. Например, если говорите вы, то усилитель приема вашего ТА заперт, а у вашего собеседника заперт усилитель передачи. Когда говорит ваш собеседник, то состояние усилителей в обоих ТА изменяется на противоположное. Таким образом достигается наиболее эффективная развязка.

Схема АРУ

Во многих схемах современных электронных ТА в составе разговорного узла есть схема автоматического регулирования усиления приемного сигнала

(АРУ). Как правило, эти устройства используют в качестве опорного сигнала величину тока в АЛ и зависимость усиления уровня приема от тока в АЛ имеет такой характер, как это отображено на рис. 1.2. График построен для телефонной сети со станционной батареей 60 В и сопротивлением моста питания 2x500 Ом.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.2 Зависимость К^ от тока АЛ

Но качественно он останется таким же и при других значениях напряжения станционной батареи и сопротивлении моста питания. Таким образом, достигается постоянство уровня приема независимо от длины АЛ. В некоторых схемах электронных ТА схема АРУ управляет также и усилителем передачи (микрофонным усилителем), обеспечивая постоянный уровень сигнала, поступающий от ТА в АЛ.

Построение разговорного узла

В первых образцах электронных ТА, схемы которых строились на дискретных элементах (диодах, транзисторах и т.д.), количество навесных компонентов схемы разговорного узла достигало сотни, а печатная плата не помещалась в корпус ТА. Однако с течением времени производители полупроводниковых приборов оценили возможности рынка ТА и начали выпуск интегральных специализированных микросхем для телефонных аппаратов.

Тракт набора номера

Следующим, не менее важным узлом электронных ТА, является схема, обеспечивающая набор номера и управление схемой ТА при переходе из одного состояния в другое.

Особенности импульсного набора номера

Здесь нам придется напомнить читателю, что ТА классической электромеханической схемы «умели» набирать нужный номер только импульсным способом -- периодически разрывая и замыкая цепь прохождения тока через ТА при помощи механического металлического контакта дискового номеронабирателя -- импульсного контакта (ИК). Во время набора любой цифры номера другой контакт оставался постоянно замкнутым, шунтируя разговорный узел -- шунтирующий контакт (ШК).

В первых схемах электронных ТА с кнопочными номеронабирателями эти контакты были заменены электронными ключами на транзисторах, которые работали под управлением схемы на дискретных элементах, а затем и специальных микросхем набора номера импульсным способом, на который рассчитаны АТС декадно-шаговой, координатной и релейной систем.

Следует отметить, что принцип, по которому ИК включался в схему ТА, долгие годы был «лакмусовой бумажкой», позволяющей различить ТА отечественного и зарубежного производителя. Так, в отечественных ТА ИК замыкал АЛ непосредственно (через внутреннее сопротивление ключа), а в зарубежных ТА -- через разговорный узел либо специальный резистор.

Особенности тонального набора номера

В начале 70-х годов на телефонной сети многих стран началось внедрение электронных АТС, а эксплуатационные предприятия связи (телефонные компании) уже хорошо освоили многочастотную систему обмена информационными и управляющими сигналами между станциями. Код «2 из 6», использовал ряд частот от 700 до 1700 Гц с интервалом 200 Гц и вспомогательную частоту запроса АОН 500 Гц.

При этом встал вопрос об использовании такого же метода передачи управляющих сигналов и на абонентском участке телефонной сети. Это стало возможным еще и потому, что к этому времени были разработаны малогабаритные и малоэнергоемкие устройства, позволяющие получить ряд высокостабильных по частоте и уровню токов от одного источника.

Первой из телефонных компаний, которая начала внедрение тонального способа набора номера на телефонной сети стала американская ф. «Bell Telephone Co», в лабораториях которой были разработаны соответствующие станционные и абонентские устройства. Способ базируется на частотном кодировании цифр абонентского номера. При этом используется ряд из 8 частот, разделенных на две группы: нижняя (697, 770, 852, 941 Гц) и верхняя (1209, 1336, 1477, 1633 Гц). Соответствие цифр и символов на кнопочной панели НН частотам показано на рис. 1.3.

Принцип тонального набора номера

Как видно из набора частот (рис. 1.3), ни одна из них не совпадает с частотами кода «2 из 6», а также не является частью гармонического ряда.

При нажатии любой из кнопок в линию уходит двухчастотный сигнал, содержащий по одной частоте нижней и верхней группы. Вид этого сигнала представлен на рис. 1.4. Длительность такого сигнала должна быть достаточной для его идентификации станционными устройствами и не может быть менее 40 мс. При этом следует учесть, что сигнал, соответствующий полному номеру, может передаваться в двух режимах: ручном (непосредственный набор номера абонентом) и автоматическом (повтор последнего набранного номера или вызов номера из памяти).

В первом случае между сигналами, обозначающими цифры или символы, будут нерегулярные интервалы, а во втором случае, в зависимости от принципов организации схемы, интервалы между знаками могут вообще отсутствовать или быть регулярными.

Современные электронные АТС одинаково воспринимают сигнал тонального набора в любом из упомянутых режимов, но при ручном режиме следует помнить, что интервал между любыми двумя знаками номера не должен быть более 5 с. Невыполнение этого требования приводит к срыву набора номера, что потребует от вас произвести «отбой» и вновь занять линию.

Сравнение тонального и импульсного набора номера

Сравним длительность набора номера импульсным и тональным способом при стандартной для СНГ частоте следования импульсов -- 10 в секунду, при условии использования кнопочного номеронабирателя с минимальным нормированным интервалом между знаками номера -- 400 мс.

Рассмотрим случай набора номера, состоящего из 7 знаков, и для простоты расчета возьмем все цифры одинаковыми с минимальным количеством импульсов, т.е. 1. Тогда время набора такого (111-11-11) семизначного номера импульсным способом будет составлять:

tH = ТИМП x 7 + tmT x 6 = 100 x 7 + 400 x 6 = 3100 (мс).

Время автоматического набора семизначного номера тональным способом, независимо от значности цифр в него входящих, будет:

при максимальном интервале между посылками

НАБ = tnoc x 7 + ttfHT x 6 = 40 x 7 + 80 x 6 = 760 (мс);

для автоматического безинтервального режима

fНАБ = tnOC x 7 = 280 (мс);

для ручного набора со средним интервалом между нажатием двух кнопок длительностью 200 мс

tнАБ = tnoc x 7 + 1паузы x 6 = 40 x 7 + 200 x 6 = 1480 (мс).

ВЫВОД. Даже при ручном наборе тональным способом время передачи семизначного номера в несколько раз меньше времени передачи такого же номера, составленного из минимальнозначных цифр импульсным способом. Надежность определения при тональном способе набора выше, чем при импульсном.

Двухстандартный набор номера

Все современные электронные ТА имеют в своем составе устройство двухстандартного набора. В первых образцах электронных ТА эти устройства были отдельными, а в современных схемах они объединяются в одной ИМС.

Переключение из одного режима в другой осуществляется специальным переключателем «Топе-рике». Если ваш ТА работает в импульсном режиме набора номера, а в процессе соединения необходимо набрать еще несколько цифр в режиме тонального набора, то во многих моделях электронных ТА достаточно нажать кнопку «*» и набирать требуемый номер, знаки которого будут уже передаваться частотным кодом. Это бывает нужно, когда вы хотите связаться с абонентом офисной станции, в составе которой есть соответствующие устройства, и вы это знаете. Таким образом, мы установили, что в составе устройства набора номера имеется две схемы, обеспечивающие взаимодействие с АТС в импульсном и тональном режимах набора.



Дополнительные схемные узлы

Схема замыкания шлейфа «Mute»

В составе устройства обязательно есть схема, обеспечивающая замыкание и размыкание шлейфа при импульсном способе набора, и одновременно блокирующая разговорный узел -- режим молчания (mute). Во многих моделях электронных ТА этот режим можно использовать и во время разговора для кратковременного его прерывания без отбоя. Для этого на ТА устанавливается отдельная кнопка с соответствующим обозначением.

Следует помнить, что при нажатии кнопки «Mute» ваш собеседник услышит «тишину» и может подумать, что связь прервалась, поэтому нужно его обязательно предупредить. Однако в моделях ТА последних лет для этого введена специальная сервисная функция -- «Music оп hold». При нажатии кнопки с этой надписью соединение удерживается электронной схемой, разговорный узел отключается, а в абонентскую линию и вашему собеседнику транслируется музыкальный фрагмент, записанный в памяти вашего телефона.

Элементы памяти

В составе устройства обязательно есть элементы памяти. В простых моделях -- это память для последнего набранного номера, значность которого может достигать 32 цифр. В более сложных схемах ТА, кроме последнего набранного номера, в памяти могут храниться наиболее часто используемые вами номера. Их количество может колебаться от 3 до нескольких десятков, а в специальных «бизнес-телефонах» и до 200 номеров. Вызов этих номеров из памяти и их трансляция в АЛ осуществляется под управлением специальных кнопок, которых может быть от одной (прямой набор) до трех (набор из памяти).

Жидкокристаллический индикатор

Наиболее сложные ТА имеют в своем составе жидкокристаллический (значительно реже светодиодный) дисплей, на котором отображается: информация о режиме работы ТА, набранный вами (или звонящий вам) номер, длительность разговора (таймер), текущее время (часы), календарь.

Процессор

Естественно, что даже самая простая схема управления -- это процессор, а при увеличении количества сервисных функций и объема памяти мощность (быстродействие) этого процессора должна быть достаточно высокой, поскольку все операции выполняются в реальном масштабе времени и каждая минута занятия телефонной линии должна быть оплачена. Полезно запомнить, что при телефонной связи минутой считается любой интервал времени, превышающий т.н. «бесплатное время», которое в различных телефонных компаниях (администрациях) устанавливается в пределах 12...18 с, т.е. 0,2...0,3 минуты.

Кнопочная панель

Важным устройством в электронном ТА любой сложности является кнопочная панель (тастатура). Как правило, у большинства ТА она имеет вид, приведенный на рис. 1.3.6, полностью соответствующий рекомендациям Международного Союза Электросвязи, а также European Telecommunications Standards Institute -- Европейского института стандартов телекоммуникаций. Соответствие кнопок и частот при тональном наборе остается таким же, как и на рис. 1.3.а, исключен лишь четвертый столбец.

На кнопке цифры «5» обязательно должен быть рельефный выпуклый элемент, облегчающий пользование ТА людям с ослабленным зрением. Если назначение цифровых кнопок постоянно и неизменно для любой схемы построения ТА, то назначение кнопок «*» и «#» может изменяться. Сравнение изображений рис. 1.3.а и 1.3.6 показывает, что возможен еще один вариант тастатуры, который используется в ТА некоторых западных стран для передачи буквенно-цифровой информации в тональном режиме набора при связи со специальными устройствами (например, с компьютерным терминалом).

Дополнительные режимы работы

Необходимо отметить, что у простейших моделей электронных ТА с импульсным набором повтор последнего набранного номера осуществляется нажатием кнопки «*», а в моделях, которые обеспечивают как импульсный, так и тональный набор, эта кнопка служит для изменения режима набора от импульсного к тональному.

Для вызова из памяти и трансляции в линию последнего набранного номера используется дополнительная кнопка «Redial», которая в некоторых моделях (например, в ТА ф. PHILIPS) маркируется «R».

В принципе, размещение дополнительных кнопок на верхней панели ТА (или на корпусе аппарата-трубки) может быть произвольным, но некоторые производители (PHILIPS, SIEMENS, BT) блокируют их в единый комплекс с основной тастатурой. В этом случае тастатура ТА может быть различной конфигурации (3x5; 4x5; 5x5 и даже 5x6). Однако такой путь не всегда экономически и конструктивно оправдан, так как для каждой новой модели ТА требуется своя конфигурация тастатуры, в зависимости от объема памяти и наличия сервисных функций в аппарате.



3. Принцип работы электронного телефонного аппарата

Общее описание

Простейший телефонный аппарат (абоненты 1 и 2 на рис.1) имеет следующие основные узлы:

телефон BF - служит для преобразования электрических колебаний в звуковые;

микрофон ВМ - служит для преобразования звуковых колебаний в электрические;

трансформатор Т - необходим для развязки цепей микрофона и телефона по постоянному току;

номеронабиратель НН - осуществляет набор номера в телефонную линию посредством управления импульсным и разговорным ключами,

импульсный ключ ИК - осуществляет непосредственно набор номера путем замыкания и размыкания линии;

разговорный ключ РК - отключает разговорную схему (BF, ВМ, Т) на время прохождения импульсов набора;

диодный мост - исключает влияние полярности линии на полярность включения ТА (на рис 1 не показан);

"рычажный переключатель" - отключает ТА от линии (на рис.1 не показан);

вызывное устройство - "звонок" Вашего ТА (на рис. 1 не показан).

Рис.1

Для осуществления телефонной связи в цепь микрофона необходимо включить источник постоянного тока. Существуют две системы питания микрофонов

- от местной батареи

- от центральной батареи.

Питание от местной батареи осуществляется в основном в радиотелефонах, полевых телефонных аппаратах. На городских в качестве батареи могут быть использованы сухие элементы, аккумуляторы или другие источники постоянного тока. Упрощенная схема соединения абонентов в телефонной сети через АТС с центральной батареей питания GB приведена на Рис 1. Для лучшего понимания цепи коммутации АТС с телефонными линиями опущены.

На АТС с центральной батареей заземлен положительный полюс. Это позволяет

- в случае токов повреждения изоляции проводов линии избежать перехода разговорных с одной пары абонентов на другую, т.е избежать прослушивания разговора;

- упростить монтаж токораспределительных устройств и проводов питания на АТС;

- избежать разрушения электрических соединений вследствие электролиза.

Т.к. дроссель имеет малое сопротивление на постоянном токе и большое на переменном (конденсатор естественно наоборот), то при отсутствии речевого сигнала в цепи (трубка снята, ИК - разомкнут) будет протекать только постоянный ток по контуру плюс GB, L2, первичная обмотка Т1, ВМ1, РК1, L1, минус GB Аналогичный контур образуется в цепи ВМ2.

При возникновении речевого сигнала возникает переменный (разговорный) ток, который будет протекать по другому контуру. ВМ1, РК1, С1, РК2, ВМ2, первичная обмотка Т2, С2, первичная обмотка Т1, ВМ1 Этот ток, проходя по первичным обмоткам Т1 и Т2, индуцирует во вторичных обмотках этих трансформаторов переменную ЭДС, которая, в свою очередь, индуцирует переменный ток, приводящий в колебательное движение мембраны телефонов BF1 и BF2 В результате в телефонах будет слышно то, что сказали в микрофон ВМ1. Аналогичный контур возникает при поступлении речевого сигнала на ВМ2.

Переменный (разговорный) ток не замыкается через центральную батарею, так как сопротивление дросселей для этого тока велико.

На АТС в качестве дросселей часто используются двухобмоточные реле, служащие одновременно для получения сигнала о вызове станции абонентом и сигнала окончания разговора (отбоя).

Напряжение батареи GB в отечественных телефонных сетях составляет 60 В При подключении АУ к линии АТС (поднятие трубки) напряжение на ее зажимах падает до величины 5-15 В в зависимости от класса ТА Это происходит вследствие образования делителя напряжения, который состоит из сопротивления ТА (Рта) и сопротивления АТС (Rатс), которое включает в себя сопротивление обмоток реле RL1 и RL2.

Ратс в зависимости от типа станции составляет для

- АТС-54 до 1500 Ом,

- АТСК до 1200 Ом,

- АТСКЭ до 700 Ом

Электрическое сопротивление ТА постоянному току при рабочем токе 35 мА в зависимости от класса ТА должно быть в пределах 160 - 600 Ом

В зависимости от способа набора номера телефонные аппараты делятся на аппараты с импульсным и частотным способом набора номера.

Первые для набора номера формируют в линии токовые и бестоковые посылки определенной длительности (импульсный код), вторые - комбинации определенных частот (многочастотный код). В нашей стране подавляющее большинство ТА и АТС используют импульсный код.

Способ набора номера

ТА с дисковым номеронабирателем (НН)

Дисковые НН используются только в ТА с импульсным способом набора номера. Набор номера абонента осуществляется следующим образом: при вращении диска по часовой стрелке до пальцевого упора импульсный ключ (ИК) номеронабирателя замыкает линию накоротко, а при обратном вращении он же размыкает линию такое количество раз, которое соответствует набранной цифре, т.е. формирует кодовую посылку. Разговорная часть, состоящая из микрофона ВМ и телефонного капсюля BF во время вращения диска как в прямом, так и в обратном направлении, отключается контактом разговорного ключа (РК). После остановки диска НН к линии вновь подключаются ВМ и BF. Пауза между двумя кодовыми посылками называется межцифровой (межсерийной).

Если посмотреть временную диаграмму работы дискового НН наглядно виден принцип формирования импульсной последовательности, управляющей работой АТС при наборе номера 31 Значение импульсного коэффициента (отношение tр/tз) обычно равно 1,5, частота импульсов внутри кодовой посылки f - 10 Гц, значение межцифровой паузы не нормируется и варьируется в зависимости от скорости вращения диска и значения цифры номера.

ТА с электронным номеронабирателем

Электронные номеронабиратели позволяют ужесточить требования к параметрам импульсов набора номера и обеспечить оптимальное значение межцифровой паузы, что уменьшает вероятность сбоев. Наличие оперативной памяти обеспечивает повторение набранного номера нажатием одной клавиши, что уменьшает вероятность ошибок при наборе номера.

Время передачи каждой цифры номера в ТА с электронным кнопочным номеронабирателем остается тем же, что и в случае с дисковым номеронаберателем, но общее время набора, за счет уменьшения межцифровой паузы, заметно сокращается. Применение электронного номеронаберателя дает экономию времени приблизительно в 3,3 с на шесть знаков номера, что сокращает занятость оборудования АТС приблизительно на 20%.

Набор номера происходит аналогично дисковому НН, с той лишь разницей, что частота импульсов кодовой посылки и межцифровые паузы нормированы и близки к оптимальным.

На рис. 2 приведены временные диаграммы напряжений на линейных зажимах ТА с электронным номеронабирателем "с ожиданием отработки предыдущей цифры", т.е следующая цифра набирается на клавиатуре после того, как в линию уйдет кодовая посылка, соответствующая предыдущей цифре. Но чаще используется режим "без ожидания обработки предыдущей цифры" (рис. 3), т.е. когда цифры вводятся с клавиатуры быстрее, чем формируется и отрабатывается кодовая посылка.



Рис. 3. Временные диаграммы напряжений на линейных зажимах ТА с электронным номеронабирателем без ожидания отработки предыдущей цифры при наборе номера 123

На время набора РК будет непрерывно находиться в разомкнутом состоянии. В этом режиме значение межцифровой паузы будет определяться не моментом следующего нажатия клавиши, а режимом работы номеронабирателя. электронный телефонный аппарат

Пояснения к Рис.2, 3:

"Дребезг" - переходный процесс, обусловленный коммутационными эффектами при нажатии клавиши;

форма "дребезга" показана условно;

"дребезг", возникающий в других местах диаграммы, не играет существенного значения и не показан;

Межцифровая пауза (межсерийная пауза) - пауза между кодовыми посылками (сериями), соответствующими нажатым клавишам; значение может программироваться;

Т - Период импульсов кодовой посылки (период импульсов в серии);

f - частота импульсов кодовой посылки, в литературе может называться как частота посылки импульсов, частота набора, частота импульсов, частота выдачи импульсной последовательности, скорость передачи импульсов; имеет размерность Гц или имп/с;

Кодовая посылка - последовательность импульсов, число которых соответствует нажатой клавише;

tp - время нахождения импульсного ключа (ИК) в разомкнутом состоянии (бестоковая посылка - "импульс");

tз - время нахождения импульсного ключа (ИК) в замкнутом состоянии (токовая посылка - "пауза");

Импульсный коэффициент - отношение tp/tз, т.е. отношение импульс/пауза. Значение импульсного коэффициента для АТС типа АТС-54 от 1,6 до 1,66, для АТСКЭ и АТСК от 1,3 до 1,9.

Типовая схема телефонного аппарата с электронным номеронабирателем

Знание функциональных особенностей схемы позволит даже неискушенному радиолюбителю самому изготовить телефонный аппарат на основе элементной базы, приведенной в на нашем сайте.

Рис 4. Функциональная схема телефонного аппарата с электронным набором номера

Схема приведена на рис.4 и состоит из следующих основных узлов:

Вызывное устройство - предназначено для приема сигнала индукторного вызова (вызова абонента АТС) и преобразования его в звуковые колебания ("звонок"). Зачастую имеются возможности регулирования громкости или полного отключения вызывного устройства.

Диодный мост - исключает влияние полярности напряжения линии на полярность включения ТА.

Схема -ОТБОЙ" - осуществляет начальную установку микросхемы номеронабирателя.

Микропереключатель SB - отключает схему ТА от линии АТС при уложенной на рычаг трубке. Имеет название "Рычажный переключатель", указывает на положение трубки (положена/снята) и осуществляет функцию "Отбой".

Времязадающие элементы генератора - определяют частоту внутреннего тактового генератора микросхем номеронабирателя, от которой зависят все временные параметры сигналов, вырабатываемых микросхемой. Наиболее часто встречающееся схемы подключения навесных элементов для отечественных микросхем приведены на Рис. 5.

Рис. 5. Схема подключения времязадающих элементов генератора

Схема питания микросхемы НН - обеспечивает питание микросхем номинальным напряжением во время набора номера и поддержки питания встроенного ОЗУ микросхемы при уложенной на рычаг трубке.

Микросхема номеронабирателя - изготавливается по КМОП технологии и может выполнять следующие функции:

- опрос клавиатуры;

- формирования сигнала набора номера, управляющего работой импульсного ключа;

- формирования сигнала отключения разговорной схемы на время набора номера при помощи разговорного ключа;

- запоминания последнего или нескольких набираемых номеров и их автоматический набор:

- программирование частоты импульсов кодовой посылки, значения импульсного коэффициента, длительности межцифровой паузы;