Побудова і принцип роботи телефонних апаратів ТМЗК
1.Функціональнасхема ТА
Утелефонних апаратах (ТА) можна виділити п'ять основних функціональних блоків(рис. 1): дзвінок, важільний перемикач, розмовна схема, номеронабирач,мікротелефон-на трубка, що містить передавач (мікрофон) і приймач (телефон).
/>
Рисунок 1 – Функціональна схема ТА
Структурна схема, за якою будуються прості електронні ТА, наведенана рис. 2.
/>
Рисунок 2 – Структурна схема ТА
1) мікрофоннийпідсилювач;2) протимісцева схема;
3) телефонний підсилювач
Електронний ТА складається з таких основних вузлів.
Викличний пристрій – призначений для прийому сигналу викликуабонента АТС і перетворення його на звукові коливання (дзвінок або зумер).
Є можливість регулювання гучності або повного відключеннявикличного пристрою. Зумер сучасного електронного ТА виконаний у виглядігенератора звукових сигналів і мініатюрного гучномовця.
Діодний міст – виключає вплив полярності напруги лінії наполярність ТА і дозволяє підключати лінію до апарата, незважаючи на полярністьпроводів.
Мікроперемикач SP (важільний перемикач) відключає схему ТА відлінії АТС, коли трубка на важелі.
Електронний номеронабирач складається з інтегральної схеминомеро-набирача (ІСНН), а також зовнішніх часозадавальних і допоміжнихелементів. ІСНН може виконувати такі функції:
• опитування клавіатури;
• формування сигналу набору номера, що керує роботою імпульсногоключа;
• формування сигналу відключення розмовної схеми на час наборуномера за допомогою розмовного ключа, запам'ятовування останнього або декількохномерів, що набираються, і їхній автоматичний набір;
• програмування частоти імпульсів кодового посилання, значенняімпульсного коефіцієнта, тривалості міжцифрової паузи;
• вироблення звукових і візуальних сигналів підтвердження натисканняклавіші;
• управління контролером індикатора;
• управління додатковим запам'ятовувальним пристроєм.
Часозадавальні елементи генератора визначають частоту внутрішньогогенератора ІСНН, від якої залежать усі часові параметри сигналів, вироблюванихмікросхемою.
Схема «відбій» здійснює початкову установку ІСНН.
Схема живлення ІСНН – забезпечує живлення мікросхем номінальноюнапругою під час набору номера й підтримки живлення вбудованого оперативногозапам'ятовувального пристрою (ОЗП) мікросхеми при покладеній на важіль трубці.
Клавіатура є джереломсигналу для ІСНН. Вона побудована за координатною схемою, де X – координатастовпчика, Y – координата рядка. При натисканні клавіші відповідні стовпчики йрядки замикаються між собою або на загальний провід. Найчастішевикористовуються клавіатури з такою організацією: 3x4, 2x7.
Імпульснийключ (ІК) – здійснює безпосередньо набір номера шляхів замикання йрозмикання лінії АТС, тобто формує тоновий (пауза) безтоновий (імпульс)посилання.
Розмовнийключ (РК) – відключає розмовну схему на час проходження імпульсів наборуномера, що усуває неприємні клацання у трубці ТА.
Елементи комутації ІК і РК мають забезпечувати:
• комутацію постійної напруги до 72 В при індуктивному навантаженні;
• комутацію струму до 100 мА;
• витримувати вплив напруги до 220 В тривалістю до 10 мс (якщотрубка знімається під час надходження викличного сигналу).
Необхідно пам'ятати, що в деяких імпортних ТА елементи комутаціїрозраховані на напругу телефонного кола 48 В, а не 60 В, як у нашій країні, щоможе привести до виведення їх з ладу.
Мікрофон ВМ – перетворить звукові коливання на електричні. Уконкретному ТА може стояти вугільний, конденсаторний, електретний,п'єзоелектричний, електродинамічний або електромагнітний мікрофон.
Мікрофонний підсилювач – підсилює сигналмікрофона ВМ.
Телефон BF – перетворить електричні коливання у звукові. Уконкретному ТА може стояти електродинамічний, електромагнітний абоп'єзоелектричний перетворювач.
Телефонний підсилювач – підсилює мовний сигналдо рівня нормальної чутності і погоджує опір лінії з опором телефонногокапсуля.
Протимісцева схема – усуває місцевий ефект, тобто надлишковепрослуховування в трубці телефону власного голосу.
2. Принцип роботи ТА
При знятті трубки важільний перемикач SB підключає ТА до лініїАТС. Внаслідок утворення подільника напруга на затискачах лінії знижується доUta. = 5-15 В. При цьому схема «відбій» внаслідок подачі напруги Uta у схему ТАздійснює початкову установку ІСНН (режим готовності до набору номера).
У режимі готовності до набору номера ІСНН виробляє сигналиуправління ІК і РК. При цьому ІК розмикається (закривається), а РК замикаєтьсяй підключає розмовну схему, що складається з мікрофонного і телефонногопідсилювачів та протимісцевої схеми, до телефонної лінії. Внаслідок у трубціпрослуховується відповідь станції (гудок).
По закінченні набору РК знову підключає розмовну систему, і втрубці чутні тональні посилання АТС, що свідчать про закінчення процесуз'єднання та надходження на лінію викликуваного абонента посилань викличногосигналу. При знятті абонентом трубки ви почуєте його голос.
По закінченні розмови трубка укладається на важіль. Важільнийперемикач SB розмикає коло, і схема ТА переходить у черговий режим.
У цьому режимі схема живлення мікросхеми забезпечує підживленняОЗП мікросхеми НН, в якому зберігається останній набраний номер. Схема «відбій»забороняє набір номера з клавіатури з метою збереження останнього набраногономера, а викличний пристрій готовий до прийому сигналів виклику АТС. Принадходженні сигналу виклику від АТС, викличний пристрій виробляє звуковісигнали, які інформують вас про виклик іншим абонентом. До зняття трубки схемаТА перебуває в черговому режимі. При знятті трубки мікросхема НН установлюєтьсяу вихідний стан, з тією лише різницею, що замість відповіді станції (гудка) випочуєте голос виклику вас абонента.
При короткочасному натисканні на важільний перемикач абонатисканні кнопки «відбій» на набірному полі клавіатури за допомогою схеми«відбій» ТА переводиться у вихідний стан.
3. Електронні викличні пристрої
/>
Рисунок 3 – Функціональна схема генератора звуку
З появою спеціалізованих інтегральних схем (ІС) дзвінківрозроблювачі ТА, позбувшись громіздких і важких електромеханічних дзвінків,одержали можливість створювати дуже компактні ТА. Для повної сумісності зтелефонною лінією ІС дзвінків повинні містити п'ять основних функціональнихвузлів: випрямляч, антидодзвінну систему, схему звукового генератора, вихіднийпідсилювач потужності й стабілізатор напруги (рис. 3). ІС дзвінків мають стійкопрацювати в широкому діапазоні напруг телефонних ліній. Для перетвореннязмінного сигналу виклику на постійну напругу живлення ІС на її вході вмикаєтьсямостовий випрямляч, який крім цього забезпечує однакову полярність подаваноїнапруги. Навісний конденсатор С1 перешкоджає протіканню постійного струму лініїпо колу дзвінка, пропускаючи тільки змінний сигнал виклику, а резистор R1обмежує споживаний струм. Для захисту ІС від короткочасних перешкод, щовиникають під час набору номера, використовується антидодзвінна схема, щоскладається, як правило, з вбудованого в ІС стабілітрона й навісногоконденсатора С Випрямлену напругу перед подачею на звуковий генератор івихідний підсилювач потужності необхідно стабілізувати. При цьому відхиленнянапруги телефонної лінії не позначатимуться на звучанні дзвінка.
Генератор звуку – це пристрій, який виробляє електричний сигнал,що потім перетвориться на чутний звук. Звукові генератори можуть бути простимий багатотональними, деякі з них можуть навіть відтворювати короткі уривкимелодій. Сигнал зі звукового генератора надходить на вихідний підсилювачпотужності, а потім – на п'єзоелектричний перетворювач (гучномовець), у якомувиникають механічні коливання, що породжують чутний звук. Для регулюваннягучності дзвінка в схему вводиться змінний резистор.
Електронніномеронабирачі. Зараз розроблені й широко використовуються спеціалізовані ІСдля імпульсного та частотного способу набору номера. Електронний імпульснийномеронабирач має виконувати дві основні функції: переривати струм у лінії зпотрібною частотою і на певні інтервали h часу, а також відключати приймачтелефону під час набору номера. РК відключає розмовну систему від загальногопроводу під час проходження посилок набору номера, що усуває неприємні клацанняв телефоній трубці під час набору номера. У ТА ІК вмикається послідовно знавантаженням, як така може бути використана розмовна частина ТА або в ТАвищого класу – резистор опором 130 – 160 Ом. У першому випадку ІК комутуєрозмовну частину, у другому – розмовна частина на час набору відключається, анавантаженням ІК є резистор.
Пристрійнайпростішої ІС імпульсного номеронабирача наведений на рис. 4. ІС міститьп'ять основних вузлів: декодер клавіатури, ОЗП, генератор, схему управління йвихідних формувачів.
Кнопкова клавіатура виробляє сигнал вибору рядка й виборустовпчика. Поєднання цих сигналів однозначно визначається натиснутою клавішею.Логічні рівні рядкового і стовпчикового сигналів перетворяться схемою декодерана двійковий код для кожної натиснутої клавіші. Ці дані заносяться в ОЗП,оскільки ви можете натискати на клавіші набагато швидше, ніж ІС виробляєімпульси набору.
Для повної імітації імпульсного набору до складу ІСНН включені двакаскади формувача, які або керують роботою імпульсного і розмовного ключів, абовиконують їхню роль і являють собою напівпровідникові ключі на транзисторах.Схема управління координує роботу окремих вузлів імпульсного НН: декодераклавіатури, ОЗП і вихідних формувачів. Основними сигналами, які надходять насхему управління, є: утримання лінії (HOLD), трубка знята, повторний набір,міжцифровий інтервал і параметри імпульсів.
/>
Рисунок 4 – Пристрій ІС імпульсного НН
Сигнал HOLD забороняє генерацію імпульсів набору. При цьому лініяспеціальним пристроєм, що не входить до складу даної ІС, утримується внавантаженому стані навіть при покладеній на важіль трубці. Сигнал «трубказнята» повідомляє номеронабирач, що телефон підключений до лінії. Цей сигналіноді називається запитом виклику. Сигнал на вході повторного набору викликає зОЗП останній набраний номер. Відповідним сигналом на вході міжцифровогоінтервалу (МЦІ) можна встановити тривалість паузи між набором окремих цифр уномері. І нарешті, сигналом «параметри імпульсів» можна встановити необхіднийімпульсний коефіцієнт для набірних імпульсів.
Існує досить багато ІС для частотного(тонального) способу набору номера, так званих ІС DTMF-номеронабирачів.Внутрішня структура типової ІС DTMF НН показана на рис. 5. Всі ІСDTMF-номеронабирачів містять як мінімум п'ять функціональних вузлів: декодерклавіатури, з`єднаний з генератором імпульсів, цифро-аналогові фільтри вищих(стовпчикових) і нижчих (рядкових) частот, суматор і вихідний підсилювач.
Для того щоб частоти сигналів були постійними, необхіднийвисокостабільний генератор, сигналом якого синхронізуватиметься ІС НН.Генератор виробляє сигнал зі стабільною частотою, обумовленою використовуванимкварцовим резонатором. Рядкові й стовпчикові логічні сигнали надходять ізклавіатури на схему декодера клавіатури генератора імпульсів. У ньомувідбувається розподіл частоти сигналу генератора та виробляються прямокутніімпульси з частотами, необхідними для синтезу тональних сигналів рядків істовпчиків. При цьому всі сформовані сигнали є суто цифровими. Для їхньогоперетворення на аналогову форму використовуються цифро-аналогові фільтри, у якихспочатку формується аналогова напруга, що східчасто змінюється, а потім задопомогою смугових фільтрів заглушуються небажані гармоніки основноготонального сигналу.
/>
Рисунок 5 – DTMF-номеронабирач
У суматорі відбувається об'єднаннястовпових і рядкових сигналів, комбінація яких надходить на вихіднийпідсилювач. Цей підсилювач підвищує потужність DTMF-сигналу до необхідногорівня і погоджує вихід розглянутої ІС із входом розмовної схеми. Через розмовнусхему DTMF-сигнал надходить у телефонну мережу. Вихідний управляючий сигналвідключення приймача виробляється при кожному натисканні на клавішу. Упротилежному випадку при наборі номера тональні сигнали будуть голосно чутні вприймачі. Але, хоча приймач і відключаються, DTMF-сигнали в ньому все-такипрослуховуються, що дозволяє контролювати роботу номеронабирача. Деякіінтегральні схеми номеронабирачів можуть працювати і у тональному, і вімпульсному режимі залежно від положення відповідного перемикача (режим наборутон./імп.), що встановлюється в ТА. Постійна напруга живлення для ІСномеронабирача забезпечується або спеціальним випрямлячем, розташованим на друкованійплаті розмовної схеми, або вбудованим стабілізатором, або стабілізатором, щовходить до складу розмовної схеми.
4.Електронні розмовні схеми
Щоб замінититрадиційну розмовну схему з телефонним трансформатором, ця ІС має підсилюватита передавати в лінію мовний сигнал, забезпечувати необхідний рівень місцевогоефекту, транслювати в лінію сигнали номеронабирача й імітувати постійненавантаження для лінії незалежно від розкиду параметрів останньої. Спрощенаблок-схема розмовної ІС наведена на рис. 6.
Стабілізаторнапруги, що входить до складу ІС, виробляє власну стабільну напругу дляживлення підсилювачів, використовуючи телефонну лінію. У нього є додатковийзовнішній вихід, напругу з якого можна використовувати для живлення сумісної ІСDTMF-номеронабирача. Для забезпечення стійкості стабілізатора вмикаєтьсякоригувальний конденсатор. Інтерфейс забезпечує постійний робочий струм лінії,необхідний для нормальної роботи телефону в складі мережі. Величина цьогоструму визначається навісним резистором і конденсатором.
З усіх підсилювачів, що входять до складу ІС, можна виділити дваосновні: підсилювачі мікрофона (At) і підсилювач телефону (Аг). Підсилювачі нетільки підвищують рівні сигналів, але й здійснюють підсумовування деяких з них.Сигнал з мікрофона надходить на підсилювач At. Невелика частина посиленогосигналу подається на підсилювач місцевого ефекту (As), у той час як основнайого частина надходить на керувальний вхід стабілізатора, викликаючи модуляціюспоживаного ним струму. Саме в такий спосіб мовний сигнал вводиться в телефоннулінію. Сигнал місцевого ефекту надходить на найпростіший суматор на резисторах(який іноді називають регулятором місцевого ефекту), на другий вхід якогоподається прийнятий мовний сигнал з лінії, після чого через розділовийконденсатор вони разом потрапляють на вхід підсилювача приймача Аг. Підсилювачпостійного струму, що називається коригувальним підсилювачем (Ае),використовується для підстроювання напруги на мікрофоні при змінах постійноїнапруги в лінії (тобто при змінах її довжини). Така корекція дозволяєкомпенсувати втрати мовного сигналу в лінії. Хоча разом з розмовною ІСнайчастіше використовуються вугільні мікрофони, вона добре працює і зелектретними, і з електродинамічними. Оскільки вихідний опір електретного мікрофонадуже великий, а електродинамічного –малий, між ними та входом ІС вмикаютьсярізні елементи, що узгоджуються між собою.
Сигнал відключення приймача (телефону), що виробляєтьсяномеронабирачем, використовується розмовною схемою для відключення як телефону,так і мікрофона безконтактними перемикачами, позначеними на схемі як«відкл». Однак при відповідному настроюванні регулятора місцевогоефекту тональні сигнали набору все-таки прослуховуються в телефоні.
До складу більшості розмовних схем входять додаткові вузли, щозабезпечують їхню спільну роботу з імпульсним або DTMF-номеронабирачем. Якщоувімкнено DTMF-режим, генерування схемою номеронабирача тональні сигналинадходять на вхід підсилювача номеронабирача (Aj). Після посилення вониподаються безпосередньо в телефонну лінію.
телефоннийапарат номеронабирач підсилювач голосний
/>
Рисунок 6 – Блок-схема розмовної ІС
5.Телефони з голосним зв'язком
Електронні телефони з голосним зв'язком (надалі – гучномовнітелефони) призначені в основному для ділових переговорів і зручні для тих, хтобагато часу проводить за телефоном. Через те що мікрофон і гучномовецьрозташовані в корпусі ТА, можна говорити й чути співрозмовника з будь-якогомісця в кімнаті. При цьому група людей може слухати і брати участь у загальнійрозмові.
У звичайному телефоні обидва абоненти мають можливість розмовлятиодночасно, при цьому передача розмови відбувається в обох напрямках. Гучномовніелектронні телефони мають працювати в напівдуплексному режимі – у кожнийконкретний момент часу може говорити тільки одна сторона. Це пов'язано з такзваним ефектом зворотного зв'язка.
Акустичний сигнал, випромінюваний гучномовцем, вільно поширюєтьсяв навколишньому просторі. Цей досить голосний звук сприймається мікрофоном,розташованим поблизу, підсилюється вбудованим підсилювачем і знову надходить нагучномовець. На деяких частотах звукового спектра зворотний зв'язок стаєпозитивним, що призводить до самозбудження й появи в гучномовці голосногосвисту.
У слухавці такий зворотний зв'язок не виникає, оскількипроникнення звуку з телефонного капсуля в мікрофон незначне. Крім того, головаабонента, що говорить, відіграє роль своєрідного екрана на шляху звукових сигналіввід телефонного капсуля до мікрофона. У гучномовних апаратах має бути присутняспеціальна схема, що визначає, з якого боку надходить мовний сигнал, івідключає підсилювач зустрічного сигналу, коли гучномовний телефон приймаєсигнал, ця схема відключає передавальну частину телефону та навпаки.
У наш час у гучномовних телефонах використовуються спеціалізованіІС, які містять декілька додаткових вузлів порівняно з ІС стандартнихелектронних розмовних систем (рис. 7). Оскільки абонент може перебувати доситьдалеко від апарата, що входить до складу ІС-підсилювач передавача повинен бутидосить чутливим і мати автоматичне регулювання посилення, а підсилювачпотужності приймача повинен забезпечувати достатню гучність звукового сигналу.Вона зазвичай істотно перевищує ту, яку можуть розвивати звичайні телефонні ІС,тому для посилення вихідного сигналу гучномовного телефону використовуються абопідсилювачі на дискретних елементах, або спеціалізовані ІС.
/>
Рисунок 7 – Гучномовний телефон
Детекторнасхема визначає наявність переданого або прийнятого мовного сигналу, порівнюєїхній рівень з рівнем шуму та визначає, в якому режимі передачі або прийому маєпрацювати гучномовний телефон. Вихідні сигнали детектора мовного сигналу тадетектора шуму надходять на перемикач прийом/передача, що керує атенюаторамипереданого і прийнятого сигналів. Атенюатори – пристрої, які використовуютьсядля зменшення рівнів сигналів. Вони перемикаються протифазно: якщо один з нихвимкнений, інший у цей час увімкнений і навпаки.
ІСгучномовного телефону через внутрішній узгоджуючий каскад підключається дотелефонної лінії. Таким чином, по суті ця схема являє собою керований голосомпідсилювач.
Функціональніможливості електронних телефонів постійно розширюються. Дуже часто в нихвбудовують багатоелементні алфавітно-цифрові світлодіодні або рідкокристалічнііндикатори (LCD) відображення інформації, наприклад номер, що набирається,статус лінії, дата, час, тривалість розмови тощо. Низька споживана потужність,тривалий термін служби і простота виготовлення зробили LCD найпоширенішим типомдисплея, застосовуваним у різних абонентських пристроях.
Управліннядисплеєм здійснюється мікропроцесором (МП) (рис. 8). Він також обробляєсигнали, що надходять з клавіатури – звичайні цифрові та будь-які іншісимвольні й керувальні клавіші. При цьому кожне натискання на клавішу спочаткуобробляється МП, а лише потім передається схемі номеронабирача. У цьому випадкузначно спрощується введення та зберігання телефонних номерів, причому разом зномерами можна ввести імена, адреси й іншу, пов'язану з ними інформацію.
/>
Рисунок8 – Схема управління дисплеєм
Для нормальної роботи МП зазвичай необхідні два різновидизапам'ятовуючих пристроїв. Один з них – оперативний запам'ятовувальний пристрій(ОЗП) використовується для зберігання інформації, що вводиться (телефоннийномер, ім'я та ін.) і як часовий регістр даних, необхідний для роботибудь-якого МП. Живлення ОЗП зазвичай здійснюється від акумулятора,встановленого в телефоні. Крім того, для МП потрібна програма – набірінструкцій, які він виконує під час роботи. Саме вони визначають те, як МП маєреагувати на натискання клавіші, підняття і опускання трубки, зниження напругиживлення і тощо. Ці інструкції незмінні – вони зберігаються в постійномузапам’ятовувальному пристрої (ПЗП) телефону. У деяких МП запам'ятовувальніпристрої вбудовуються безпосередньо в його корпус. Залежно від стану телефону йнатискання на клавіші МП посилає ті або інші сигнали на схему управління LCD,які у свою чергу, виробляє керувальні сигнали, що подаються безпосередньо наіндикатор. У деяких МП схема управління LCD вбудовується в його корпус.
На базі МП у телефоні можуть бути реалізовані календар, годинник,таймер тривалості розмови, часу очікування дзвінка, автоматичний визначникномера (АВН) абонента, що зателефонував. Остання функція може бути реалізована тількив тому випадку, якщо на телефонній станції, що вас обслуговує, є спеціальнеобладнання. МП може також використовуватися для обмеження часу й кількостірозмов з даного телефону, ведення журналу реєстрації дзвінків, автодозвону йуправління автовідповідачем. Телефони, у яких використовуються МП, частоназивають інтелектуальними телефонами.
Усі додаткові вузли телефону споживають помітну потужність. Багатомікропроцесорів, запам'ятовувальних пристроїв, дисплеїв не може надійнопрацювати при струмах і напругах, характерних для більшості телефонних ліній.Тому деякі електронні телефони комплектуються зовнішнім джерелом живлення. Цеджерело дозволяє знизити струм, споживаний ТА від телефонної лінії.