Практическая телефония. Учебное пособие

ставит Y = 10 часозанятий. Столько времени будут заняты обслуживающие приборы.

Вызовы можно обслуживать не только последовательно, один за другим, но и параллельно, одновременно используя несколько приборов станции и соединительных линий.

Например, если в обслуживании тех же вызовов будут участвовать 10 приборов и 10 линий, то поступившие 100 вызовов будут обслужены за 1 час.

В случае параллельного обслуживания вызовов используют параметр интенсивность нагрузки – это величина телефонной нагрузки за один час (измеряется в часозанятиях, отнесенных к часу). Единица измерения интенсивности нагрузки – Эрланг. Один Эрланг

– это такая интенсивность нагрузки, при которой в течение одного часа будет обслужена нагрузка в одно часозанятие (1 Эрл = 1 часозанятие/час).

Интенсивность нагрузки подвержена резким колебаниям в течение суток. Для расчета необходимого числа оборудования коммутационной станции принято учитывать так называемый час наибольшей нагрузки (ЧНН) – непрерывные 60 мин в течение суток, когда наблюдается максимальная интенсивность нагрузки. На рис. 1 показан характер изменения интенсивности нагрузки на одну абонентскую линию в течение суток для станций, обслуживающих производственные районы (кривая 1) и жилой массив (кривая 2).

На коммутационных станциях не все поступающие вызовы могут быть обслужены немедленно из-за отсутствия в момент вызова свободных исходящих линий. В этом случае абонент получает сигнал «Занято», необслуженный вызов называют потерянным, а сам факт необслуживания – отказом. Такие системы получили название

системы коммутации с потерями.

Вероятность получения вызывающим абонентом отказа в установлении соединения на любом этапе вызова называется потерями, которые характеризуют качество обслуживания.

Существуют так называемые системы коммутации с ожиданием, в которых при занятых исходящих линиях абонент не получает отказа, а ожидает освобождения одной из линий, после чего соединение будет установлено.

21

Час наибольшей нагрузки (ЧНН)

0,2

Интенсивность нагрузки, Эрл

0,1

Рис. 1. Характер изменения интенсивности телефонной нагрузки в течение суток для станций, обслуживающих производственные предприятия (кривая 1) и жилой микрорайон (кривая 2)

4.2.Аппаратура передачи речи

Всистеме телефонной связи к аппаратуре передачи речи относятся электроакустические преобразователи и вспомогательные устройства. Электроакустические преобразователи – телефон (Т) и микрофон (М) – осуществляют преобразование электрической энергии в звуковую и наоборот.

Телефон – осуществляет преобразование электрической энергии в звуковую и предназначен для работы в условиях нагрузки на ухо человека. Микрофон – преобразует звуковые колебания в электрические. Устройства, сочетающие функции телефона и микрофона, называют обратимыми.

Втелефонных аппаратах применяются так называемые капсюльные электромагнитные телефоны, размещаемые в микротелефонных трубках. Конструктивное исполнение их может быть различным.

Основными элементами телефона (рис. 2) являются: постоянный магнит, электромагнит, состоящий из двух обмоток с сердечниками, и мембрана. Принцип действия электромагнитного телефона основан на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых постоянным магнитом (Ф0) и электромагнитом (Ф~). Под действием результирующего (суммарного) потока мембрана телефона совершает

22

колебательные движения, совпадающие с изменениями электрического тока, поступающего в обмотку электромагнита.

Рис. 2. Устройство электромагнитного телефона

Впокое, т. е. при отсутствии тока в обмотках электромагнита, мембрана притянута к сердечникам под действием потока, создаваемого постоянным магнитом, имеет небольшой прогиб в сторону сердечников и неподвижна. Появление переменного электрического тока в обмотках электромагнита создает в сердечнике дополнительный переменный магнитный поток, имеющий направление, совпадающее либо противоположное направлению потока, создаваемого постоянным магнитом. В результате мембрана будет совершать колебательные движения, соответствующие изменению величины тока. Колебательные движения мембраны создают распространяющиеся колебательные движения частиц воздуха, воспринимающиеся ухом человека как звук.

Вустаревших моделях телефонных аппаратов применялись угольные микрофоны, в настоящее время в основном применяются электретные микрофоны. Электретные микрофоны имеют повышенные электроакустические и технические характеристики:

- широкий частотный диапазон; - малую неравномерность частотной характеристики;

- низкие нелинейные и переходные искажения;

23

-высокую чувствительность;

-низкий уровень собственных шумов.

Электретные микрофоны имеют тот же принцип работы, что и конденсаторные, но постоянное напряжение в них обеспечивается зарядом электрета (наэлектризованного диэлектрика), тонким слоем нанесённого на мембрану и сохраняющего этот заряд продолжительное время (свыше 30 лет).

На рис. 3 приведена схема, поясняющая принцип работы конденсаторного микрофона.

Мембрана и электрод, выполненные из электропроводного материала, разделены изолирующим кольцом и представляют собой конденсатор. Жёстко натянутая мембрана под

воздействием звукового давления совершает колебательные движения относительно неподвижного электрода. Конденсатор включен в электрическую цепь последовательно с источником постоянного напряжения GB и

активным нагрузочным сопротивлением R. При колебаниях мембраны ёмкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления. В электрической цепи появляется переменный ток той

же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает переменное напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Угольный микрофон – необратимый активный (требующий для своей работы источник питания) акустоэлектрический преобразователь. Принцип его действия основан на том, что сопротивление угольного порошка электрическому току зависит от плотности порошка, изменяющейся под действием звуковых колебаний воздушной среды. Устройство угольного микрофона и схема его включения в электрическую цепь показаны на рис. 4.

24

Рис. 4. Устройство и схема включения угольного микрофона

Основными элементами угольного микрофона являются подвижный и неподвижный электроды, подключенные к электрической цепи, и угольный порошок, заполняющий пространство между электродами. Подвижный электрод жестко связан с мембраной, воспринимающей колебания окружающего слоя воздуха. Элементы угольного микрофона помещены в общий корпус, изготовленный из токонепроводящего материала. Звуковые колебания воздуха приводят к соответствующим колебаниям мембраны. Вместе с мембраной колеблется, совершая горизонтальные движения, подвижный электрод, изменяющий плотность угольного порошка. При увеличении плотности порошка его сопротивление электрическому току уменьшается, а при уменьшении – увеличивается. Следовательно, ток в цепи будет изменяться прямо пропорционально изменению звукового давления.

При отсутствии звуковых колебаний мембрана находится в состоянии покоя, сопротивление порошка не изменяется, а в цепи угольного микрофона протекает постоянный ток. С появлением звуковых колебаний, т. е. началом изменения звукового давления, ток начинает изменяться по закону изменения давления.

25

4.3. Устройство телефонного аппарата

Все элементы аппаратуры передачи речи (электроакустические преобразователи и вспомогательные устройства) конструктивно объединяются в прибор, называемый телефонным аппаратом (ТА).

К обязательным вспомогательным устройствам аппаратуры передачи речи относятся:

вызывное устройство (ВУ) – предназначено для приема сигналов вызова (звонок, зуммер и др.) и преобразования его в звуковые колебания;

номеронабиратель (НН) – устройство для передачи адресной информации, существуют дисковые и тастатурные (кнопочные) НН;

рычажный переключатель (РП) – подключает/отключает ТА к линии АТС;

противоместная схема – устраняет местный эффект, т. е. возможность прослушивания в телефоне собственного голоса.

Каждый из этих узлов в том или ином виде присутствует в любом ТА. При построении этих узлов для современных ТА используется новая элементная база. При существующем уровне интегральной технологии все элементы ТА можно разместить в одном корпусе интегральной схемы (ИС).

Функциональная схема современного электронного ТА с кнопочным НН приведена на рис. 5.

Рис. 5. Функциональная схема электронного ТА

26

Рассмотрим функциональные узлы, входящие в состав ТА. Номеронабиратель ТА включает следующие узлы:

микросхема НН (ИС НН) – изготавливается по КМОПтехнологии и выполняет следующие функции:

опрос клавиатуры;

формирование сигналов набора номера, управляющих работой импульсного ключа;

формирование сигнала отключения разговорной части во время набора номера, управляющего работой разговорного ключа;

запоминание последнего или нескольких набираемых номеров;

времязадающие элементы – определяют частоту внутреннего тактового генератора, от которой зависят все временные параметры сигналов вырабатываемых ИС НН (частота набора, длительность импульсов и межсерийной паузы и т. п.);

схема «ОТБОЙ» – осуществляет начальную установку ИС

НН;

клавиатура – выполняет функцию датчика ИС НН;

схема питания ИС НН – обеспечивает питание микросхемы во время набора номера и поддержку питания ТА при уложенной на рычаг трубке.

ТА на рис. 5 также содержит:

импульсный ключ (ИК) – формирует при наборе номера импульсы набора для передачи в линию (токовые и бестоковые посылки, которые управляют работой коммутационных устройств АТС, осуществляющих соединение абонентов);

разговорный ключ (РК) – отключает разговорную часть ТА на время прохождения импульсов набора, что устраняет неприятные щелчки в телефоне трубки;

телефонный усилитель – усиливает речевой сигнал до уровня нормальной слышимости и согласует сопротивление линии с сопротивлением звукоизлучающего элемента;

микрофонный усилитель – усиливает сигнал микрофона;

диодный мост – исключает влияние полярности напряжения линии на полярность включения ТА.

27

Рассмотрим принцип действия ТА по функциональной схеме (рис. 5). До снятия микротелефонной трубки рычажный переключатель разомкнут, и схема ТА находится в дежурном режиме. В дежурном режиме схема питания ИС НН обеспечивает подпитку ОЗУ ИС НН, в котором хранится последний набранный номер, схема «ОТБОЙ» запрещает набор номера с клавиатуры с целью сохранения последнего набранного номера, а вызывное устройство подключено к АЛ и готово к приему сигналов вызова АТС.

При снятии трубки для набора телефонного номера вызываемого абонента рычажный переключатель подключает ТА к АЛ (линии АТС). Поскольку внутреннее сопротивление АТС имеет значение порядка RАТС = 800 – 1800 Ом, а входное сопротивление ТА при постоянном токе RТА = 160 – 600 Ом, то RАТС и RТА образуют делитель напряжения (рис. 6).

Рис. 6. Схема подключения ТА к АТС

Врезультате образования делителя напряжение на линейных зажимах ТА снижается в несколько раз. При этом схема «ОТБОЙ», вследствие подачи напряжения на ТА, осуществляет начальную установку ИС НН (режим готовности к набору номера).

Врежиме готовности к набору номера ИС НН вырабатывает сигналы управления ИК и РК. Получив эти сигналы, разговорный узел, состоящий из микрофонного и телефонного усилителей и противоместной схемы, посредством замыкания разговорного ключа подключается к линии и в трубке прослушивается ответ станции (гудок). ИК в этот момент находится в разомкнутом (закрытом) состоянии.

При нажатии кнопок клавиатуры ИС НН формирует последовательности импульсов, управляющих работой ИК и РК. ИК замыка-

28

ет линию накоротко и размыкает ее, формируя посылки постоянного тока, управляющие работой АТС. РК отключает разговорный узел от общего провода на время следования посылок набора номера, что устраняет неприятные щелчки в трубке ТА при наборе номера.

По окончании набора РК вновь подключает разговорный узел и в трубке слышны тональные посылки АТС, свидетельствующие об окончании процесса соединения и поступлении на линию вызываемого абонента посылок вызывного сигнала. При снятии вызываемым абонентом трубки устанавливается соединение между двумя абонентами.

По окончании разговора трубка возвращается на РП, который размыкает цепь, и схема ТА переходит в дежурный режим.

При поступлении сигнала вызова от АТС вызывное устройство вырабатывает звуковые сигналы, информирующие о вызове другим абонентом. При снятии трубки ИС НН устанавливается в исходное состояние с той лишь разницей, что вместо сигнала «Ответ станции» (гудка) в микротелефонной трубке слышен голос вызывающего абонента.

При кратковременном нажатии на рычажный переключатель или нажатии кнопки «#» («ОТБОЙ») на наборном поле клавиатуры посредством схемы «ОТБОЙ» ТА переводится в исходное состояние.

По способу электропитания различают:

ТА с местной батареей (ТА МБ) – оборудован батареей постоянного тока с напряжением 3 В.

ТА с центральной батареей (ТА ЦБ) – получает питание своей схемы по проводам АЛ от ЦБ, размещаемой на АТС. Напряжение ЦБ в Европе и США составляет 24 или 48 В, а в России составляет 60 В.

4.4.Перспективы развития телефонных аппаратов

Принципы и алгоритмы работы ТА выработаны на протяжении

сотни лет и останутся такими же еще долгое время. Однако телефонный аппарат совершенствуется, и его дополнительные (сервисные) возможности постоянно расширяются, позволяя абоненту более эффективно использовать телефонную сеть и экономить свое время.

Направление дальнейшего развития сложных ТА – интеграция трех основных функций ТА (набор номера, осуществление вызова,

29

разговор) в одну микросхему на основе КМОП (CMOS) или биполярной КМОП-технологии. Применение биполярной КМОП-технологии более эффективно для разговорного тракта и цепей вызывного устройства, а для тастатуры (наборного поля) – КМОП-технологии. Уже сейчас разработаны интегральные схемы, в которых ВУ, НН и разговорная схема объединены в одном корпусе.

В настоящее время в качестве оконечного абонентского оборудования стали широко использоваться многофункциональные ТА, выполненные на современной элементной базе и предоставляющие абоненту дополнительные виды услуг. Условно эти ТА можно подразделить на следующие 4 группы:

«классические» (электронные) ТА;

бесшнуровые ТА (БТА);

системные (локальные) ТА (СТА);

радиотелефоны мобильной связи (сотовые, спутниковые, транкинговые ТА).

Большое распространение в настоящее время получили многофункциональные электронные и бесшнуровые ТА, имеющие связь с городской или учрежденческой АТС по двухпроводной линии. Эти ТА в большинстве случаев имеют кнопочный НН.

Впервых отечественных кнопочных ТА в качестве элементов коммутации (ИК и РК) использовались высоковольтные биполярные транзисторы, включенные по схеме Дарлингтона. Основное преимущество такой схемы – большое усиление по току, что позволяет снизить потребление тока ИС НН. Недостаток – относительно большое падение напряжения на ключе в режиме насыщения (1,5 – 2 В).

Всовременных моделях отечественных и зарубежных ТА в качестве элементов коммутации используется микросхема. Она представляет собой токовый ключ на полевом n-канальном транзисторе с индуцированным каналом и изолированным затвором и обеспечивает: малое сопротивление в режиме насыщения; возможность работы на индуктивную нагрузку; малое потребление тока.

Всовременные модели ТА встраивается микропроцессор (МП). МП предназначен не для того, чтобы расширить или модифицировать процесс выполнения телефоном своих основных функций. Он необходим для того, чтобы предоставить множество дополнительных возможностей (расширение памяти номеров, управление

30