Побудова і принцип роботи телефонних апаратів

Побудова і принцип роботи телефонних апаратів ТМЗК

1. Функціональна схема ТА

У телефонних 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, наведена на рис. 2.

Рисунок 2 – Структурна схема ТА

1) мікрофонний підсилювач; 2) протимісцева схема;

3) телефонний підсилювач

Електронний ТА складається з таких основних вузлів.

Викличний пристрій – призначений для прийому сигналу виклику абонента АТС і перетворення його на звукові коливання (дзвінок або зумер).

Є можливість регулювання гучності або повного відключення викличного пристрою. Зумер сучасного електронного ТА виконаний у вигляді генератора звукових сигналів і мініатюрного гучномовця.

Діодний міст – виключає вплив полярності напруги лінії на полярність ТА і дозволяє підключати лінію до апарата, незважаючи на полярність проводів.

Мікроперемикач SP (важільний перемикач) відключає схему ТА від лінії АТС, коли трубка на важелі.

Електронний номеронабирач складається з інтегральної схеми номеро-набирача (ІСНН), а також зовнішніх часозадавальних і допоміжних елементів. ІСНН може виконувати такі функції:

• опитування клавіатури;

• формування сигналу набору номера, що керує роботою імпульсного ключа;

• формування сигналу відключення розмовної схеми на час набору номера за допомогою розмовного ключа, запам'ятовування останнього або декількох номерів, що набираються, і їхній автоматичний набір;

• програмування частоти імпульсів кодового посилання, значення імпульсного коефіцієнта, тривалості міжцифрової паузи;

• вироблення звукових і візуальних сигналів підтвердження натискання клавіші;

• управління контролером індикатора;

• управління додатковим запам'ятовувальним пристроєм.

Часозадавальні елементи генератора визначають частоту внутрішнього генератора ІСНН, від якої залежать усі часові параметри сигналів, вироблюваних мікросхемою.

Схема «відбій» здійснює початкову установку ІСНН.

Схема живлення ІСНН – забезпечує живлення мікросхем номінальною напругою під час набору номера й підтримки живлення вбудованого оперативного запам'ятовувального пристрою (ОЗП) мікросхеми при покладеній на важіль трубці.

Клавіатура є джерелом сигналу для ІСНН. Вона побудована за координатною схемою, де X – координата стовпчика, Y – координата рядка. При натисканні клавіші відповідні стовпчики й рядки замикаються між собою або на загальний провід. Найчастіше використовуються клавіатури з такою організацією: 3x4, 2x7.

Імпульсний ключ (ІК) – здійснює безпосередньо набір номера шляхів замикання й розмикання лінії АТС, тобто формує тоновий (пауза) безтоновий (імпульс) посилання.

Розмовний ключ (РК) – відключає розмовну схему на час проходження імпульсів набору номера, 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 (якщо трубка знімається під час надходження викличного сигналу).

Необхідно пам'ятати, що в деяких імпортних ТА елементи комутації розраховані на напругу телефонного кола 48 В, а не 60 В, як у нашій країні, що може привести до виведення їх з ладу.

Мікрофон ВМ – перетворить звукові коливання на електричні. У конкретному ТА може стояти вугільний, конденсаторний, електретний, п'єзоелектричний, електродинамічний або електромагнітний мікрофон.

Мікрофонний підсилювач – підсилює сигнал мікрофона ВМ.

Телефон BF – перетворить електричні коливання у звукові. У конкретному ТА може стояти електродинамічний, електромагнітний або п'єзоелектричний перетворювач.

Телефонний підсилювач – підсилює мовний сигнал до рівня нормальної чутності і погоджує опір лінії з опором телефонного капсуля.

Протимісцева схема – усуває місцевий ефект, тобто надлишкове прослуховування в трубці телефону власного голосу.

2. Принцип роботи ТА

При знятті трубки важільний перемикач SB підключає ТА до лінії АТС. Внаслідок утворення подільника напруга на затискачах лінії знижується до Uta. = 5-15 В. При цьому схема «відбій» внаслідок подачі напруги Uta у схему ТА здійснює початкову установку ІСНН (режим готовності до набору номера).

У режимі готовності до набору номера ІСНН виробляє сигнали управління ІК і РК. При цьому ІК розмикається (закривається), а РК замикається й підключає розмовну схему, що складається з мікрофонного і телефонного підсилювачів та протимісцевої схеми, до телефонної лінії. Внаслідок у трубці прослуховується відповідь станції (гудок).

По закінченні набору РК знову підключає розмовну систему, і в трубці чутні тональні посилання АТС, що свідчать про закінчення процесу з'єднання та надходження на лінію викликуваного абонента посилань викличного сигналу. При знятті абонентом трубки ви почуєте його голос.

По закінченні розмови трубка укладається на важіль. Важільний перемикач SB розмикає коло, і схема ТА переходить у черговий режим.

У цьому режимі схема живлення мікросхеми забезпечує підживлення ОЗП мікросхеми НН, в якому зберігається останній набраний номер. Схема «відбій» забороняє набір номера з клавіатури з метою збереження останнього набраного номера, а викличний пристрій готовий до прийому сигналів виклику АТС. При надходженні сигналу виклику від АТС, викличний пристрій виробляє звукові сигнали, які інформують вас про виклик іншим абонентом. До зняття трубки схема ТА перебуває в черговому режимі. При знятті трубки мікросхема НН установлюється у вихідний стан, з тією лише різницею, що замість відповіді станції (гудка) ви почуєте голос виклику вас абонента.

При короткочасному натисканні на важільний перемикач або натисканні 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) дзвінків розроблювачі ТА, позбувшись громіздких і важких електромеханічних дзвінків, одержали можливість створювати дуже компактні ТА. Для повної сумісності з телефонною лінією ІС дзвінків повинні містити п'ять основних функціональних вузлів: випрямляч, антидодзвінну систему, схему звукового генератора, вихідний підсилювач потужності й стабілізатор напруги (рис. 3). ІС дзвінків мають стійко працювати в широкому діапазоні напруг телефонних ліній. Для перетворення змінного сигналу виклику на постійну напругу живлення ІС на її вході вмикається мостовий випрямляч, який крім цього забезпечує однакову полярність подаваної напруги. Навісний конденсатор С1 перешкоджає протіканню постійного струму лінії по колу дзвінка, пропускаючи тільки змінний сигнал виклику, а резистор R1 обмежує споживаний струм. Для захисту ІС від короткочасних перешкод, що виникають під час набору номера, використовується антидодзвінна схема, що складається, як правило, з вбудованого в ІС стабілітрона й навісного конденсатора С Випрямлену напругу перед подачею на звуковий генератор і вихідний підсилювач потужності необхідно стабілізувати. При цьому відхилення напруги 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 простими й багатотональними, деякі з них можуть навіть відтворювати короткі уривки мелодій. Сигнал зі звукового генератора надходить на вихідний підсилювач потужності, а потім – на п'єзоелектричний перетворювач (гучномовець), у якому виникають механічні коливання, що породжують чутний звук. Для регулювання гучності дзвінка в схему вводиться змінний резистор.

Електронні номеронабирачі. Зараз розроблені й широко використовуються спеціалізовані ІС для імпульсного та частотного способу набору номера. Електронний імпульсний номеронабирач має виконувати дві основні функції: переривати струм у лінії з потрібною частотою і на певні інтервали h часу, а також відключати приймач телефону під час набору номера. РК відключає розмовну систему від загального проводу під час проходження посилок набору номера, що усуває неприємні клацання в телефоній трубці під час набору номера. У ТА ІК вмикається послідовно з навантаженням, як така може бути використана розмовна частина ТА або в ТА вищого класу – резистор опором 130 – 160 Ом. У першому випадку ІК комутує розмовну частину, у другому – розмовна частина на час набору відключається, а навантаженням ІК є резистор.

Пристрій найпростішої ІС імпульсного номеронабирача наведений на рис. 4. ІС містить п'ять основних вузлів: декодер клавіатури, ОЗП, генератор, схему управління й вихідних формувачів.

Кнопкова клавіатура виробляє сигнал вибору рядка й вибору стовпчика. Поєднання цих сигналів однозначно визначається натиснутою клавішею. Логічні рівні рядкового і стовпчикового сигналів перетворяться схемою декодера на двійковий код для кожної натиснутої клавіші. Ці дані заносяться в ОЗП, оскільки ви можете натискати на клавіші набагато швидше, ніж ІС виробляє імпульси набору.

Для повної імітації імпульсного набору до складу ІСНН включені два каскади формувача, які або керують роботою імпульсного і розмовного ключів, або виконують їхню роль і являють собою напівпровідникові ключі на транзисторах. Схема управління координує роботу окремих вузлів імпульсного НН: декодера клавіатури, ОЗП і вихідних формувачів. Основними сигналами, які надходять на схему 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 лінія спеціальним пристроєм, що не входить до складу даної ІС, утримується в навантаженому стані навіть при покладеній на важіль трубці. Сигнал «трубка знята» повідомляє номеронабирач, що телефон підключений до лінії. Цей сигнал іноді називається запитом виклику. Сигнал на вході повторного набору викликає з ОЗП останній набраний номер. Відповідним сигналом на вході міжцифрового інтервалу (МЦІ) можна встановити тривалість паузи між набором окремих цифр у номері. І нарешті, сигналом «параметри імпульсів» можна встановити необхідний імпульсний 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 ІС DTMF-номеронабирачів містять як мінімум п'ять функціональних вузлів: декодер клавіатури, 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, необхідний високостабільний генератор, сигналом якого синхронізуватиметься ІС НН. Генератор виробляє сигнал зі стабільною частотою, обумовленою використовуваним кварцовим резонатором. Рядкові й стовпчикові логічні сигнали надходять із клавіатури на схему декодера клавіатури генератора імпульсів. У ньому відбувається розподіл частоти сигналу генератора та виробляються прямокутні імпульси з частотами, необхідними для синтезу тональних сигналів рядків і стовпчиків. При цьому всі сформовані сигнали є суто цифровими. Для їхнього перетворення на аналогову форму використовуються цифро-аналогові фільтри, у яких спочатку формується аналогова напруга, що східчасто змінюється, а потім за допомогою смугових фільтрів заглушуються небажані гармоніки основного тонального сигналу.

Рисунок 5 – DTMF-номеронабирач

У суматорі відбувається об'єднання стовпових і рядкових сигналів, комбінація яких надходить на вихідний підсилювач. Цей підсилювач підвищує потужність DTMF-сигналу до необхідного рівня і погоджує вихід розглянутої ІС із входом розмовної схеми. Через розмовну схему DTMF-сигнал надходить у телефонну мережу. Вихідний управляючий сигнал відключення приймача виробляється при кожному натисканні на клавішу. У протилежному випадку при наборі номера тональні сигнали будуть голосно чутні в приймачі. Але, хоча приймач і відключаються, DTMF-сигнали в ньому все-таки прослуховуються, що дозволяє контролювати роботу номеронабирача. Деякі інтегральні схеми номеронабирачів можуть працювати і у тональному, і в імпульсному режимі залежно від положення відповідного перемикача (режим набору тон./імп.), що встановлюється в ТА. Постійна напруга живлення для ІС номеронабирача забезпечується або спеціальним випрямлячем, розташованим на друкованій платі розмовної схеми, або вбудованим стабілізатором, або стабілізатором, що входить до складу розмовної схеми.

4. Електронні розмовні схеми

Щоб замінити традиційну розмовну схему з телефонним трансформатором, ця ІС має підсилювати та передавати в лінію мовний сигнал, забезпечувати необхідний рівень місцевого ефекту, транслювати в лінію сигнали номеронабирача й імітувати постійне навантаження для лінії незалежно від розкиду параметрів останньої. Спрощена блок-схема розмовної ІС наведена на рис. 6.

Стабілізатор напруги, що входить до складу ІС, виробляє власну стабільну напругу для живлення підсилювачів, використовуючи телефонну лінію. У нього є додатковий зовнішній вихід, напругу з якого можна використовувати для живлення сумісної ІС DTMF-номеронабирача. Для забезпечення стійкості стабілізатора вмикається коригувальний конденсатор. Інтерфейс забезпечує постійний робочий струм лінії, необхідний для нормальної роботи телефону в складі мережі. Величина цього струму визначається навісним резистором і конденсатором.

З усіх підсилювачів, що входять до складу ІС, можна виділити два основні: підсилювачі мікрофона (At) і підсилювач телефону (Аг). Підсилювачі не тільки підвищують рівні сигналів, але й здійснюють підсумовування деяких з них. Сигнал з мікрофона надходить на підсилювач At. Невелика частина посиленого сигналу подається на підсилювач місцевого ефекту (As), у той час як основна його частина надходить на керувальний вхід стабілізатора, викликаючи модуляцію споживаного ним струму. Саме в такий спосіб мовний сигнал вводиться в телефонну лінію. Сигнал місцевого ефекту надходить на найпростіший суматор на резисторах (який іноді називають регулятором місцевого ефекту), на другий вхід якого подається прийнятий мовний сигнал з лінії, після чого через розділовий конденсатор вони разом потрапляють на вхід підсилювача приймача Аг. Підсилювач постійного струму, що називається коригувальним підсилювачем (Ае), використовується для підстроювання напруги на мікрофоні при змінах постійної напруги в лінії (тобто при змінах її довжини). Така корекція дозволяє компенсувати втрати мовного сигналу в лінії. Хоча разом з розмовною ІС найчастіше використовуються вугільні мікрофони, вона добре працює і з електретними, і з електродинамічними. Оскільки вихідний опір електретного мікрофона дуже великий, а електродинамічного –малий, між ними та входом ІС вмикаються різні елементи, що узгоджуються між собою.

Сигнал відключення приймача (телефону), що виробляється номеронабирачем, використовується розмовною схемою для відключення як телефону, так і мікрофона безконтактними перемикачами, позначеними на схемі як "відкл". Однак при відповідному настроюванні регулятора місцевого ефекту тональні сигнали набору все-таки прослуховуються в телефоні.

До складу більшості розмовних схем входять додаткові вузли, що забезпечують їхню спільну роботу з імпульсним або DTMF-номеронабирачем. Якщо увімкнено DTMF-режим, генерування схемою номеронабирача тональні сигнали надходять на вхід підсилювача номеронабирача (Aj). Після посилення вони подаються безпосередньо в телефонну лінію.

телефонний апарат номеронабирач підсилювач голосний

Рисунок 6 – Блок-схема розмовної ІС

5. Телефони з голосним зв'язком

Електронні телефони з голосним зв'язком (надалі – гучномовні телефони) призначені в основному для ділових переговорів і зручні для тих, хто багато часу проводить за телефоном. Через те що мікрофон і гучномовець розташовані в корпусі ТА, можна говорити й чути співрозмовника з будь-якого місця в кімнаті. При цьому група людей може слухати і брати участь у загальній розмові.

У звичайному телефоні обидва абоненти мають можливість розмовляти одночасно, при цьому передача розмови відбувається в обох напрямках. Гучномовні електронні телефони мають працювати в напівдуплексному режимі – у кожний конкретний момент часу може говорити тільки одна сторона. Це пов'язано з так званим ефектом зворотного зв'язка.

Акустичний сигнал, випромінюваний гучномовцем, вільно поширюється в навколишньому просторі. Цей досить голосний звук сприймається мікрофоном, розташованим поблизу, підсилюється вбудованим підсилювачем і знову надходить на гучномовець. На деяких частотах звукового спектра зворотний зв'язок стає позитивним, що призводить до самозбудження й появи в гучномовці голосного свисту.

У слухавці такий зворотний зв'язок не виникає, оскільки проникнення звуку з телефонного капсуля в мікрофон незначне. Крім того, голова абонента, що говорить, відіграє роль своєрідного екрана на шляху звукових сигналів від телефонного капсуля до мікрофона. У гучномовних апаратах має бути присутня спеціальна схема, що визначає, з якого боку надходить мовний сигнал, і відключає підсилювач зустрічного сигналу, коли гучномовний телефон приймає сигнал, ця схема відключає передавальну частину телефону та навпаки.

У наш час у гучномовних телефонах використовуються спеціалізовані ІС, які містять декілька додаткових вузлів порівняно з ІС стандартних електронних розмовних систем (рис. 7). Оскільки абонент може перебувати досить далеко від апарата, що входить до складу ІС-підсилювач передавача повинен бути досить чутливим і мати автоматичне регулювання посилення, а підсилювач потужності 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 або підсилювачі на дискретних елементах, або спеціалізовані ІС.

Рисунок 7 – Гучномовний телефон

Детекторна схема визначає наявність переданого або прийнятого мовного сигналу, порівнює їхній рівень з рівнем шуму та визначає, в якому режимі передачі або прийому має працювати гучномовний телефон. Вихідні сигнали детектора мовного сигналу та детектора шуму надходять на перемикач прийом/передача, що керує атенюаторами переданого і прийнятого сигналів. Атенюатори – пристрої, які використовуються для зменшення рівнів сигналів. Вони перемикаються протифазно: якщо один з них вимкнений, інший у цей час увімкнений і навпаки.

ІС гучномовного телефону через внутрішній узгоджуючий каскад підключається до телефонної лінії. Таким чином, по суті ця схема являє собою керований голосом підсилювач.

Функціональні можливості електронних телефонів постійно розширюються. Дуже часто в них вбудовують багатоелементні алфавітно-цифрові світлодіодні або рідкокристалічні індикатори (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 типом дисплея, застосовуваним у різних абонентських пристроях.

Управління дисплеєм здійснюється мікропроцесором (МП) (рис. 8). Він також обробляє сигнали, що надходять з клавіатури – звичайні цифрові та будь-які інші символьні й керувальні клавіші. При цьому кожне натискання на клавішу спочатку обробляється МП, а лише потім передається схемі номеронабирача. У цьому випадку значно спрощується введення та зберігання телефонних номерів, причому разом з номерами можна ввести імена, адреси й іншу, пов'язану з ними інформацію.

Рисунок 8 – Схема управління дисплеєм

Для нормальної роботи МП зазвичай необхідні два різновиди запам'ятовуючих пристроїв. Один з них – оперативний запам'ятовувальний пристрій (ОЗП) використовується для зберігання інформації, що вводиться (телефонний номер, ім'я та ін.) і як часовий регістр даних, необхідний для роботи будь-якого МП. Живлення ОЗП зазвичай здійснюється від акумулятора, встановленого в телефоні. Крім того, для МП потрібна програма – набір інструкцій, які він виконує під час роботи. Саме вони визначають те, як МП має реагувати на натискання клавіші, підняття і опускання трубки, зниження напруги живлення і тощо. Ці інструкції незмінні – вони зберігаються в постійному запам’ятовувальному пристрої (ПЗП) телефону. У деяких МП запам'ятовувальні пристрої вбудовуються безпосередньо в його корпус. Залежно від стану телефону й натискання на клавіші МП посилає ті або інші сигнали на схему управління LCD, які у свою чергу, виробляє керувальні сигнали, що подаються безпосередньо на індикатор. 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 визначник номера (АВН) абонента, що зателефонував. Остання функція може бути реалізована тільки в тому випадку, якщо на телефонній станції, що вас обслуговує, є спеціальне обладнання. МП може також використовуватися для обмеження часу й кількості розмов з даного телефону, ведення журналу реєстрації дзвінків, автодозвону й управління автовідповідачем. Телефони, у яких використовуються МП, часто називають інтелектуальними телефонами.

Усі додаткові вузли телефону споживають помітну потужність. Багато мікропроцесорів, запам'ятовувальних пристроїв, дисплеїв не може надійно працювати при струмах і напругах, характерних для більшості телефонних ліній. Тому деякі електронні телефони комплектуються зовнішнім джерелом живлення. Це джерело дозволяє знизити струм, споживаний ТА від телефонної лінії.