3 Принципы построения систем электросвязи.

3.1 Системы телефонной связи.

3.1.1 Телефонный аппарат

Основными блоками ТА являются телефон и микрофон, которые называют электроакустическими преобразователями.

По принципу действия эти преобразователи делятся на: электромагнитные, электродинамические, электростатические (конденсаторные), электетные, пьезоэлектрические, угольные, транзисторные.

Электромагнитные, электродинамические, электростатические, пьезоэлектрические – обратимые преобразователи (речь-сигнал, сигнал-речь). Конденсаторные, электетные, угольные, транзисторные – требуют источник питания и называются активными.

По назначению:

1. Передающие: микрофон, ларингофон;

2. Приемные: телефон, громкоговоритель.

Телефон – преобразователь электрических колебаний в звуковые. Рассмотрим схему и принцип действия электромагнитного телефона с простой магнитной системой, показанной на рисунке 3.1

Рис.3.1 Устройство электромагнитного телефона с простой магнитной системой

где 1 – мембрана;

2 – полюсные надставки;

3 – постоянный магнит;

4 – обмотка;

Ф₌ – магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом;

Ф_~ - амплитуда переменного магнитного потока в обмотке.

В исходном состоянии мембрана удерживается постоянным магнитом и крышкой телефонной трубки. В зависимости от направления тока в обмотке переменный магнитный поток либо увеличивает либо уменьшает силу притяжения мембраны. Изменяющаяся сила притяжения вызывает колебания мембраны с амплитудой А_М, что в свою очередь сопровождается излучением звуковых волн.

Сила притяжения мембраны для синусоидального тока, протекающего в обмотке телефона равна

,

т.к. .

Здесь – коэффициент пропорциональности; S – площадь сечения магнитного потока между концом полюсной надставки и мембраной.

Отсюда видно, что сила F – это сумма трех сил: воздействует на мембрану с угловой частотой , совпадающей частотой тока в обмотке; приводит к нелинейным искажениям, т.к. сообщает мембране колебания с удвоенной частотой 2; постоянная сила прогиба мембраны в сторону постоянных магнитов. Если Ф₌=0, то , т.е. телефон без постоянного магнита возбуждает колебание с удвоенной частотой, и не обеспечивает требуемого качества преобразования электрического сигнала в речевой.

Микрофон – угольный (активный, необратимый преобразователь). Принцип его действия основан на свойстве угольного порошка изменять свое сопротивление электрическому току в зависимости от величины давления на этот порошок, вызывающего его уплотнение и разрыхление. Структура такого микрофона показана на рисунке 2.5.

Рис.3.2 Структура угольного микрофона

При отсутствии звуковых колебаний в микрофоне протекает под воздействием источника питания U постоянный ток I₀. При разговоре образуется звуковое поле с переменным давлением, воздействующим на мембрану. При увеличении давления порошок угольный сжимается и его сопротивление уменьшается, а ток в цепи микрофона возрастает. При уменьшении давления происходит обратная картина. В результате в первичной обмотке трансформатора (Тр) будет протекать постоянный по направлению, но переменный по величине ток. Этот ток наводит переменную электродвижущую силу во вторичной обмотке трансформатора и приводит к появлению переменного тока в нагрузочном сопротивлении z. Таким образом, звуковые колебания преобразуются в микрофоне в переменный электрический ток.

Телефонные аппараты делятся:

1. По назначению: общего (обычные бытовые телефоны, таксофоны) и специального (корабельные, шахтные, военно-полевые) назначения.

2. По способу питания микрофона: аппараты с местной батареей и аппараты системы центральной батареи (батарея на АТС).

3. По способу обслуживания вызовов: аппараты ручных и автоматических телефонных станций.

4. По способу включения разговорных приборов: постоянная схема включения микрофона и телефона и переменная схема включения, когда микрофон включен только при передаче, а телефон только при приеме.

В ТА кроме рассмотренных телефона и микрофона (расположенных в телефонной трубке), включены звонок (преобразует сигнал вызова частотой 25 Гц в звуковые колебания) и номеронабиратель дисковый или кнопочный. Номеронабиратель формирует сигналы адресной информации о вызываемой абонентской линии и различных службах телефонной сети, которые передаются на телефонную станцию при установлении соединений. Исторически первыми телефонными станциями были станции с ручной коммутацией. В процесс установления соединений при ручной коммутации часть функций, выполняемых телефонисткой, были чисто механическими (вставка и вынимание штепселей и др.), а часть функций требовало мышления (прием информации о номере абонента, отыскание требуемого гнезда в поле коммутатора и др.). В настоящее время используются автоматические телефонные станции – АТС. Идея автоматической коммутации заключается в том, что функции телефонистки, требующие мышления выполняются абонентом, а механические функции телефонистки – коммутационными приборами АТС.