3.2. Коммутационные приборы

Коммутационные приборы служат для создания коммутационных устройств, с помощью которых происходит соединение оконечных абонентских устройств и каналов связи для передачи и приема информации. Коммутация осуще­ствляется в коммутационных станци­ях, являющихся составными частями сети электросвязи. В качестве комму­тационных станций могут быть, например, телефонные и телеграфные станции ручного и автоматического действия. Для создания в них цепей коммутации и управления соединени­ем применяются различные приборы, основные из которых рассмотрены ниже.

Коммутационные приборы ха­рактеризуются коммутационными па-

раметрами: коммутационным коэффициентом К, представля-ющим собой отношение сопротивле­ний коммутационного элемента (на­пример, контакта реле) в закрытом (разомкнутом) состоянии R_v и в от­крытом (замкнутом) состоянии R₃, т. е. K = Rp/R₃; временем пере­ключения, под которым понимают время перехода элемента из одного состояния в другое, например время срабатывания или отпускания реле или время переключения транзисто­ра; с р о к о м службы, или долго­вечностью, под которыми понима­ют допустимое число переключений для электромеханических приборов или допустимое время работы (для электронных и магнитных приборов); интенсивностью отказов, т.е. вероятностью отказов в единицу времени; вносимым затухани­ем в тракт передачи информации.

Требования к коммутационным приборам, используемым для комму­тации каналов, существенно отлича­ются от требований, предъявляемых к коммутационным приборам для построения управляющих устройств. Для приборов, используемых для коммутации каналов, необходимо иметь коммутационный коэффициент 10⁹— 10¹², а для устройств управле­ния достаточно иметь /(=10³— 10⁵. Коммутационные приборы, вклю­ченные в каналы, должны вносить затухание не более 1,3 дБ в пределах всего узла коммутации, обеспечивать высокое переходное затухание между коммутируемыми каналами (пример­но 78 дБ), иметь низкий уровень шумов (не более 60 дБ). К коммута­ционным приборам управляющих устройств предъявляются более вы­сокие требования по надежности и скорости работы.

В коммутационных системах ис­пользуют коммутационные приборы, соединительные электрические шну­ры, реле, искатели, электромеханиче­ские и электронные соединители, а также электронные приборы. Электронные приборы обладают вы­соким быстродействием и большим сроком службы, но уступают электро-

механическим приборам по стоимо­сти.

Электромагнитные реле посто­янного тока являются широко рас­пространенными элементами комму­тации благодаря простоте устройства и большому количеству коммутируе­мых контактов. Продолжительность работы реле с плоским сердечником типа РПН составляет 10 млн. срабатываний, а реле с круглым сердечником типа РЭС-14—100 млн. срабатываний.

В зависимости от времени дей­ствия различают быстродействующие реле с временем срабатывания и отпускания до 10 мс, нормальные реле с временем срабатывания к отпускания 10—30 мс и за­медленные реле с временем срабаты­вания и отпускания больше 30 мс. За­медление действия реле получают конструктивным или схемным спосо­бом. Так, замедление работы реле конструктивным способом создают медной втулкой или короткозамкну-той обмоткой на сердечнике; замедле­ние реле схемным способом можно получить путем короткого замыкания вспомогательной обмотки на время отпускания или срабатывания, па­раллельным подключением к рабочей обмотке реле резистора или конден­сатора и т. д.

Ускорение действия реле достига­ется применение ' сердечников из

специальных материалов, обладаю­щих повышенным сопротивлением для вихревых токов, уменьшением постоянной времени цепи и механиче­ской регулировкой.

На схемах обмотки неполяризо-ванных электромагнитных реле и их контакты изображают, как на рис. 3.4, а. Положение контактных пру­жин в схеме соответствует отпу­щенному состоянию якоря реле. Типовое размещение пружин реле типа РЭС-14 показано на рис. 3.4, б, где римские цифры обозначают места установки пакетов, а арабские — номера пружин в них.

Разновидностью электромагнит­ного реле является так называемое герконовое реле (рис. 3.5), которое содержит несколько герметизиро­ванных в ампулах контактов (герко-нов) и обмотки срабатывания и удер­жания.

Герконовые реле с электриче­ской блокировкой, называемые языч­ковыми реле (рис. 3.5, а), представ­ляют набор герконов, помещенных в катушку, содержащую две обмот­ки — срабатывания / и удержания 2. Число герконов в каждом реле бывает от 2 до 40. Для возбуждения реле следует кратковременно зам­кнуть контакт а и включить цепь обмотки /; контактные пружины герконов намагнитятся, притянутся друг к другу и замкнутся. Контакт б замыкает цепь обмотки удержания 2, с помощью которой реле самЬбло-кируется. Выключение реле произво­дится размыканием контакта б]

Более широко применяются перко новые реле с магнитной блокировкой, называемые ферридами (рис. 3.5, б). Герконы расположены ,между двумя пластинами из магнитного материа­ла, на которых имеются обмотки / и 2, соединенные между собой. Для возбуждения реле достаточно пропу­стить кратковременный ток одинако­вого направления через обе обмотки. При этом пружины герконов намаг­ничиваются и притягиваются друг к другу. Удержание контактов реле в рабочем состоянии достигается за счет остаточного магнитного потока

сердечников. Для размыкания герко-нов следует кратковременно пропу­стить через обмотки ток в противопо­ложном направлении, вследствие чего остаточный магнитный поток уничтожается и пружины герконов разъединяются.

В другом типе герконового реле — гезаконе пружины герконов изго­товлены из материала с прямоуголь­ной петлей гистерезиса и выполняют такие же функции, как пластины в ферридах. Вследствие этого габари­ты гезакоиов становятся значительно меньшими. Ферриды и гезаконы требуют кратковременных импульсов тока силой 5—10 А. Время срабаты­вания и отпускания этих реле составляет 0,3—3 мс; надежность работы 10⁹ срабатываний.

Бесконтактные элементы, прин­цип действия которых основан на различных физических явлениях в полупроводниках и ферромагнитах, применяются в коммутационных устоойствах. Одни из этих элементов, главным образом транзисторы и дио­ды, служат для образования тракта передачи информации, другие, на­пример магнитные элементы, транзи­сторы,— для создания управляющих устройств. В современной электрон­ной аппаратуре для коммутации различных цепей бесконтактные эле­менты объединяются в интегральные схемы.

Электронные элементы по сравне­нию с электромеханическими облада­ют значительно большими скоростя­ми переключения, не создают искро-образования при переключении из одного состояния в другое, обладают

большим сроком службы, меньшим потреблением энергии.

Искатели — это устройства, на­значением которых является соедине­ние линии входа с одним из выходов (рис. 3.6). Искатели могут быть электромеханические и электронные. Из электромеханических искателей наибольшее распространение получи­ли шаговые электромагнитные иска­тели (рис. 3.6, а). Они состоят из трех основных частей: контактного поля КП, щеток Щ и управляющего устройства УУ с движущим меха­низмом. Шаговые искатели бывают с одним вращательным движением щеток типов ШИ-11, ШИ-17 и с дву­мя движениями щеток — подъемным и вращательным типа ДШИ-100. К недостаткам шаговых искателей от­носятся большой механический износ щеток и контактных ламелей, значи­тельное потребление энергии и труд­ность создания многопроводной ком­мутации.

Электронный искатель (рис. 3.6, б) содержит в качестве коммутаци­онных приборов электронные контак­ты Ж, управляемые управляющим устройством УУ. Для соединения входа искателя с каким-либо выхо­дом нужно открыть соответствующий ЭК- Недостатком электронного иска­теля рассмотренного вида является низкое использование сложного управляющего устройства.

Координатный соединитель (рис. 3.7) представляет собой устройство, в котором несколько искателей с пространственным разделением входов и выходов объединены по координатному принципу. Соедини-

тель имеет несколько входов и выхо­дов, соединяющихся между собой с помощью контактов к, которые переключаются управляющим уст­ройством УУ. Контакты к могут быть механического или электронно­го действия. Достоинствами коорди­натных соединителей являются воз­можность многопроводной коммута­ции и лучшее, чем в искателях, использование выходов, так как к ним могут подключаться любые входы.

Координатные соединители с ме­ханическим переключением контакт­ных групп применяются для построе­ния координатных автоматических телефонных и телеграфных станций; соединители с использованием герко-новых и малогабаритных электро­магнитных реле применяются для построения квазиэлектронных АТС и АТС типа ЕСК- Соединители на электронных контактах применяются для построения электронных автома­тических телефонных станций (АТСЭ) мал* й емкости.

Аналого-ц\ фровой соединитель применяется ь цифровых системах коммутации. Аналоговые каналы, по которым передаются речевые непре­рывные сигналы, сначала преобразу­ются в цифровые с применени­ем импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), а затем производится ком­мутация цифровых каналов для

создания требуемого соединения аналоговых каналов. Возможность передачи аналоговых сигналов при помощи отдельных значений ампли­туд, взятых в определенные моменты времени, основывается на теоре­ме В. А. Котельникова, согласно которой непрерывный сигнал с огра­ниченным спектром частот определя­ется своими мгновенными значения­ми, взятыми через интервалы време­ни Г=1/2/_мах, где /_мах — верхняя частота спектра сигнала. Для разго­ворного спектра /_мах = 3400 Гц прини­мают 7=125 мкс. Принцип устрой ства соединителя поясняется рис 3.8. В его состав входят (рис. 3.8 а) временные распределители ВР, кодеры К, декодеры ДК и оператив­ное запоминающее устройство ОЗУ, 30 абонентских линий или каналов образуют одну группу. Количество этих групп выбирают в зависимости от требуемой емкости соединителе (обычно не более 30). В последнее случае общее количество линш-в соединителе получается равные 30X30 = 900. Все ВР с периодом 7=125 мкс подключают последова­тельно к каждой линии группы свои цифровые каналы, оборудованные кодерами К и декодерами ДК- При работе ВР образуются 30 временных каналов продолжительностью каж­дый около 4 мкс. Один цифровой канал обслуживает через ВР 30 вре­менных каналов. Соединение, напри­мер, линии / с линией 60 будет проходить по пути: 1-й вход ВР1, К1, ЦК1, БРПр1, БРПер2, ДК2, 30-й вход ВР2, линия 60. Процесс соединения проходит следующим образом. Речевой сигнал, поступа­ющий из линии / на вход / ВР1, преобразуется в дискретный сигнал и подается на вход /(/. Последний кодирует значение амплитуды вось-миэлементным кодом, и кодовая комбинация, например III000I/, по­ступает в цифровой канал ///(7 и да­лее в ОЗУ. Восьмиэлементный код обеспечивает передачу 2⁸ = 256 зна­чений амплитуд речевого сигнала. Для соединения линии / _с линией 60 необходимо соединить ЦК1 с

ЦК2. Это делается с помощью буферных регистров приема БРПр1 и передачи БРПер2, к которым подклю­чены цифровые каналы приема ЦК1 и передачи ЦК2. БРПр1 пре­образует поступающий в него после­довательный код в параллельный, ОЗУ передает его в БРПер2, который преобразует параллельный код в по­следовательный и направляет его в ЦК2. Далее, в ДК2 происходит преобразование цифрового сигнала в дискретный, который подается на ВР2.

Процесс преобразования кода и соединение цифровых каналов ЦК1 с ЦК2 иллюстрируются рис. 3.8, б. Соединение цифровых каналов производится в ОЗУ в соответствии с набранным номером и алгоритмом работы соединителя. Так, если линия / требует соединения с линией 60, то ОЗУ осуществит соединение БРПр1 с БРПер2 и подключит ЦК2 через ВР2 к входу 30. Преобразование кодов в БРПр1 и БРПер2 происходит так. Кодовая комбинация, поступаю­щая в БРПр1, регистрируется, и отмечаются соответствующей по­лярностью 8 проводов на выходе БРПр! (плюс соответствует /, минус —0). Восемь выходов от БРПр1 сое­диняются с восемью входами БРПер2, на выходе которого появля­ется кодовая комбинация III000II, поступающая из ЦК1. Так как линии 1-я и 60-я работают в разных временных интервалах, то необходи­ма задержка в ОЗУ принятой из ЦК1 информации до момента под­ключения ВР2 к линии 60. Время задержки, определяемое принятой скоростью работы ВР, составляет 125 мкс. Цифровой соединитель рассмотренного вида применяется в современных цифровых АТС.