Принципи побудови телефонних апаратів

Телефонные аппараты

Читатели, уже знакомые с устройством телефонного аппарата из лекций по физическим основам телефонии, могут пропустить этот параграф. Для остальных общее знакомство с работой телефонного аппарата необходимо для того, чтобы уточнить, каким образом в АТС устанавливаются соединения. К вопросу о телефонных аппаратах мы, так или иначе, будем обращаться и в следующих главах при рассмотрении очередного поколения систем коммутации, а здесь проанализируем основные принципы устройства аналогового телефонного аппарата и сигнализацию по абонентскому шлейфу. Отметим, однако, что подробное описание физической конструкции и электрической схемы телефонного аппарата выходит за рамки учебника, а потому в этом параграфе можно ограничиться его схематическим описанием.

Классический телефонный аппарат состоит из двух конструктивных частей, собственно аппарата и телефонной трубки. Обычно в аппарате находится рычаг, на котором лежит трубка в то время, когда аппарат не используется, а при снятии трубки с рычага срабатывает механически связанный с ним переключатель, контакты которого замыкаются. Аппарат и трубку соединяет шнур с проводами, а в беспроводных телефонных аппаратах это соединение обеспечивает маломощный радиоканал. В ранних конструкциях телефонных аппаратов микрофонную часть располагали в базовом блоке, который оформляли в виде настольного или настенного ящика, а трубка состояла только из небольшого наушника, который абонент прижимал к уху. У большинства современных аппаратов в телефонной трубке помещаются и наушник, и микрофон, причем физическая конструкция трубки соответствует форме головы человека.

Самая простая схема телефонного аппарата содержит микрофон, телефон, батарею, магнето и звонок. Микрофон преобразуетэнергию акустического поля в электрическую энергию. Первоначально в телефонных аппаратах использовались так называемые угольные микрофоны (carbon microphones), работа которых полностью соответствовала изобретению Эдисона. Зернышки угля были насыпаны между двумя параллельно расположенными пластинами, и общее электрическое сопротивление этой конструкции изменялось в зависимости от звукового давления, которое сближало пластины и прижимало зернышки угля друг к другу. Когда звуковая волна оказывала более сильное давление на угольные частицы, активное сопротивление микрофона уменьшалось, и сила тока увеличивалась. Таким способом микрофон превращал акустические колебания в колебания электрического тока. Эти основные принципы воздействия звуковых колебаний на ток в абонентском шлейфе сохраняются и теперь, хотя в современных телефонных аппаратах используются более сложные и более высококачественные микрофоны.

Переменный ток, генерируемый микрофоном, на другом конце соединения снова преобразуется в звук. Преобразование это выполняет телефон, который состоит из диафрагмы и электромагнитной катушки. Через обмотку катушки проходит переменный ток, получаемый от микрофона. Этот ток, в свою очередь, создает переменное магнитное поле, которое вызывает колебания диафрагмы, благодаря чему возникают звуковые волны, близкие к исходным звуковым колебаниям на передающей стороне.

Для работы микрофона необходим источник постоянного тока -батарея. Если батарея местная, т. е. вмонтирована в телефонный аппарат, то постоянный ток нужно изолировать от линии с переменным током, несущим аудиосигнал; делается это с помощью конденсатора или трансформатора. Применение местного источника питания имеет очевидные недостатки: использование преобразователя переменного тока бытовой электросети означает, что при повреждении этой сети телефон прекратит работу, а автономный источник питания в аппарате требует ухода и/или периодической замены. Кроме того, в аппаратах с местной батареей необходимо иметь специальное устройство для вызова станции и для передачи сигнала отбоя после окончания связи. Таким устройством является магнето - небольшая электрическая машина, приводимая в действие путем вращения рукоятки и генерирующая переменный ток небольшой частоты (десятки герц) с напряжением порядка сотни вольт.

В применяемом почти повсеместно режиме с централизованным источником питания батарея постоянного тока находится на телефонной станции и обеспечивает надежное питание всех включенных в нее телефонных аппаратов. Номинальное напряжение станционной батареи равно 60 или 48 вольтам.

И, наконец, в телефонном аппарате имеется приемник вызывного сигнала - звонок (вспомним, что речь пока идет о самом простом телефонном аппарате; все знают, что в современных аппаратах для этой цели, как правило, применяют другие электроакустические преобразователи). Если два аппарата связаны друг с другом прямой некоммутируемой линией, то сигналом вызова, поступающего к звонку одного из них, является переменный ток, создаваемый при вращении магнето второго. При коммутируемой связи звонок вызываемого аппарата получает вызывной сигнал, генерируемый на станции. Чтобы звонок был хорошо слышен, электрический сигнал вызова должен быть достаточно мощным. В станциях российской ТфОП напряжение этого сигнала составляет приблизительно 90 В при частоте 25 Гц.

Очевидно, что необходимость крутить ручку магнето для вызова станции и для того, чтобы оповестить ее об окончании связи, причиняет абоненту ощутимые неудобства. Замена магнето схемой, содержащей трансформатор и позволяющей использовать для формирования вызывного сигнала напряжение бытовой сети переменного тока, избавляет от названных неудобств, но ставит возможность связи в зависимость оттого, насколько надежно работает эта сеть. Более совершенные телефонные аппараты, питающиеся от центральной батареи, содержат очень важный элемент, устраняющий этот недостаток и выполняющий ряд других функций, - рычажный переключатель. В зависимости от того, находится микротелефонная трубка на рычаге или нет, переключатель пребывает в одном из двух возможных состояний, каждому из которых соответствует определенное положение его контактов, - если трубка на рычаге, цепь потребления тока от станционной батареи разомкнута, а при поднятой трубке эта цепь замкнута. Когда трубка положена, контакт рычажного переключателя разомкнут, и ток, потребляемый линией от батареи, равен току утечки. Когда абонент снимает трубку, контакт переключателя замыкается, и потреблять ток начинает микрофонная цепь телефонного аппарата. По изменению тока, потребляемого линией, станция может определить состояние рычажного переключателя в аппарате, подключенном к этой линии, благодаря чему обеспечивается вызов станции абонентом и сигнализация об отбое. Нужно заметить, однако, что чем длиннее линия, тем больше ток утечки и тем меньше ток при поднятой трубке. Это обстоятельство затрудняет определение станцией состояния рычажного переключателя в аппарате абонента, расположенного от нее на большом расстоянии.

Поскольку вызывной сигнал поступает к аппарату, когда трубка находится на рычаге, то есть при разомкнутых контактах рычажного переключателя, звонок подключен к линии независимо от положения этих контактов, а чтобы через его обмотку не создавалась цепь постоянного тока, подключение производится через конденсатор. Обмотка звонка имеет настолько большую индуктивность, что ее шунтирующее влияние на аудиосигнал при снятой трубке практически неощутимо, а при положенной трубке сопротивление обмотки переменному току составляет большую часть сопротивления линии, измеренного со стороны станции. В те времена, когда использование «параллельных» телефонов нужно было регистрировать и дополнительно оплачивать, службы ГТС время от времени проверяли сопротивление каждой абонентской линии, чтобы выявить наличие параллельных телефонных аппаратов. Абоненты, впрочем, могли легко помешать этой проверке, отключая звонок в «нелегальном» дополнительном телефонном аппарате.

Рис. 1.9. Импульсный набор номера

Говоря о телефонном аппарате, включаемом в АТС, нужно рассмотреть набор номера и некоторые другие сигналы, передаваемые по абонентской линии. Более подробно эти вопросы освещаются в книге о сигнализации в сети абонентского доступа [43]. Упрощенно же абонентская сигнализация - это передача информации, необходимой для создания и разрушения соединения двух абонентов телефонной сети. После передачи сигнала об изменении состояния абонентского шлейфа, которое происходит, когда абонент инициирует вызов, сняв телефонную трубку с рычага, он должен передать на станцию телефонный номер вызываемого абонента (того, кто инициирует вызов, обычно называют абонентом А, а того, кому этот вызов адресован, - абонентом Б). Когда шлейф замыкается, в линии появляется ток, приблизительно, 20 - 50 мА. Абонентский комплект АТС обнаруживает изменение тока в линии и активизирует аппаратные (сигнальные цепи) или программно-аппаратные средства, предназначенные для приема цифр, которые передаст абонент А, и в соответствии с которыми АТС должна будет установить соединение. Информация о номере абонента Б может передаваться одним из двух классических способов - шлейфными импульсами или многочастотными сигналами. Импульсный набор иллюстрирует рис. 1.9, а многочастотный набор, поддерживаемый всеми современными телефонными аппаратами, будет рассмотрен в главе 7.

Сигнализация по абонентской линии включает в себя не только рассмотренные выше сигналы, создаваемые и воспринимаемые схемой телефонного аппарата. Но поскольку именно телефонный аппарат является предметом данного параграфа, остальное мы отложим до главы 7. Здесь же приведем только рис. 1.10, на котором изображены фазы передачи сигналов по абонентской линии. Когда станция обнаруживает вызов со стороны абонента А (снята микротелефонная трубка), она передает ему акустический сигнал «ответ станции», который абонент слышит в телефоне своего аппарата и воспринимает как приглашение набрать номер. После набора АТС информирует абонента А о том, что соединение успешно установлено, посылая ему сигналы КПВ (контроль посылки вызова) с одновременной передачей вызывного сигнала в телефонный аппарат абонента Б. Когда абонент Б отвечает, АТС отключает как вызывной сигнал, так и сигнал КПВ. В конце разговора АТС обнаруживает состояние «трубка положена» и разрушает соединение.

Рис. 1.10. Сигнализация по абонентским линиям