Лабораторна робота № l Вивчення телефонних апаратів

1. Мета роботи

Вивчити конструкцію та принцип дії телефонних апаратів різних типів.

2. Відомості з теорії

Всі телефонні апарати можна розділити на дві великі групи: апарати загального користування та спеціальні. Кожний телефонний апарат містить:

• пристрої виклику;

• комутаційний пристрій;

• розмовні прилади.

До складу пристроїв виклику входять дзвінок та індуктор (в апаратах системи МБ), за допомогою яких здійснюється посилка та приймання виклику. До складу розмовних приладів входять мікрофон, телефон і телефонний трансформатор. До комутаційного пристрою відноситься важільний перемикач.

Залежно від способу живлення мікрофону телефонні апарати підрозділяються на апарати системи місцевої батареї (МБ) і апарати системи центральної батареї (ЦБ).

Телефонні апарати системи МБ широко застосовуються у різних видах технологічного зв'язку: поїзній диспетчерській, энергодиспетчерській та постанційній.

Телефонний трансформатор у телефонному апараті є одним з найважливіших елементів і служить для узгодження окремих електричних кіл (наприклад, у ТА – (МБ) для узгодження опору мікрофона з опором лінії), зв'язку окремих елементів розмовної схеми між собою, розв'язки ланцюга постійного струму живлення мікрофона й ланцюга змінного струму телефону.

Узгодження окремих ланцюгів дозволяє зменшити втрати корисної потужності, збільшити дальність передачі та поліпшити її якість. Виділення телефону з ланцюга постійного струму дозволяє зберегти якість роботи телефону та зменшити витрати енергії джерел живлення. Крім того, трансформатор є необхідним елементом протимісцевих схем включення розмовних приладів.

Найважливішою частиною схеми телефонного апарату є схема включення розмовних приладів. Останні, у тому числі й трансформатор, можна з'єднати як за постійнною, так і за змінною схемами.

Постійна схема включення розмовних приладів не змінюється при переході від передачі мови до її приймання і назад. На рис.1 приведені найпростіші схеми такого типу. Угорі показані в розмовному положенні два апарати МБ, а внизу – два апарати ЦБ. У тому й іншому випадку передача надходить з лівого апарату. Стрілками вказане коло змінного розмовного струму.

Такі апарати мають істотні недоліки. Енергія батареї в них витрачається безупинно. При передачі мови частина потужності, що віддається мікрофоном, поглинається телефоном свого апарату, а при прийманні частина потужності, що надходить із лінії, розсіюється в мікрофонному ланцюзі. При цьому частина потужності поглинається телефоном. Абонент, що говорить, прослуховує свою мову у телефоні. Це явище називається місцевим ефектом. Місцевий ефект несприятливо позначається на якості зв'язку, тому що абонент чує власну мову набагато голосніше, ніж мову співрозмовника. При цьому внаслідок явища адаптації слуху людини підвищується поріг чутності, абонент погано чує менш голосну мову співрозмовника. Все це призводить до значного зменшення дальності зв'язку. Тому такі схеми включення розмовних приладів у телефонних апаратах на практиці не застосовують.

Рис.1. Схеми включення розмовних пристоїв

Одним зі способів поліпшення умов передачі та приймання по двопровідним лініям зі збереженням зручностей користування є застосування телефонних апаратів з постійними протимісцевими схемами включення розмовних приладів. Такі схеми мають всі апарати загального користування.

Протимісцеві схеми складені таким чином, щоб потужність, що сприймається власним телефоном при передачі мови, була найменшою. З цією метою використовують або принцип урівноваженого електричного моста, або принцип компенсації. Відповідно до цього є апарати з протимісцевою мостовою схемою та схемою компенсаційного типу. У кожному з апаратів із протимісцевою схемою, крім основних розмовних приладів, є балансний контур, у найпростішому випадку – активний опір. У сучасних апаратах цей контур складається з декількох активних та реактивних елементів(опорів і ємностей).

Принцип дії протимісцевої схеми мостового типу показано на схемі (рис.2,а), лівий апарат. Це міст змінного струму, в якому мікрофон, розглянутий як генератор змінного струму, включений в одну його діагональ, а телефон – в іншу. При рівновазі моста в момент передачі мови струм в іншій діагоналі моста дорівнює нулю, отже, у телефоні не буде прослуховуватися власний голос. Рівновага моста буде досягнута лише за умови

Z₁Z_Б = Z₂ Z_Л ,

де Z_Б – повний опір балансового контуру;

Z_Л – вхідний опір лінії;

Z₁ і Z₂ – повний опір обмоток I і II трансформатора.

Однак на практиці повної рівноваги моста досягти не вдається, тому що балансний контур, що має невелику кількість елементів, не може точно відповідати лінії, вхідний опір якої залежить від частоти. Варто також враховувати, що довжина і тип лінії в умовах експлуатації апаратів є різними. Тому на практиці повного знищення місцевого ефекту досягти не вдається, але його можна значно послабити. Балансний контур при цьому розраховують на деяку середню лінію, частіше на довгу, тому що шкідлива дія місцевого ефекту на довгих лініях позначається більше.

Принцип дії компенсаційної схеми (правий апарат) знищення місцевого ефекту (див.рис.2,б) подібний до принципу дії мостової схеми. Однак, на відміну від останньої, у компенсаційній схемі використані автотрансформатор і компенсаційний активний резистор R_к. У цій схемі при передачі мови мікрофон також є генератором розмовного струму. Струм, що генерується ним, розгалуджується по обмотках трансформатора I і II, внаслідок чого протікають протилежно спрямовані струми, які індукують в обмотці Ш протилежно спрямовані ЭДС е₁ і е₂. Одночасно з цим розмовний струм, що протікає через компенсаційний резистор R_к, викликає на ньому падіння напруги. Якщо підібрати параметри схеми таким чином, щоб

,

то в телефоні струм дорівнював би нулю, отже, не було би чути власного голосу. Однак виконати цю умову неможливо, тому що точної відповідності між значенням балансного опору Z_Б і вхідним опором лінії досягти не вдається. Тому місцевий ефект у такій схемі повністю не знищується, але його дія значно послаблюється. При чому у цій схемі вдається досягти більшого ефекту у порівнянні з мостовою. Тому компенсаційна схема є більш поширеною.

Розглянемо тепер дію принципових схем телефонних апаратів при посилці виклику зі станції й при передачі й прийманні мови.

На рис.3 показані схеми двох апаратів ЦБ РТС, причому один з них (лівий) має мостову, а іншої (правий) – компенсаційну схему включення розмовних приладів. Живлення мікрофонів проводиться через міст живлення. До складу моста живлення входять два живильні реле, через які до ліній підключена центральна батарея ЦБ і які виконують функцію дроселів, що запобігають замиканню розмовного струму через ЦБ. Ланцюги живлення апаратів розділені конденсаторами, що представляють малий опір розмовному струму. Доти, поки слухавка покладена, до лінії через контакти 1 і 2 перемикача РП підключений дзвінок ДЗ і конденсатор С, що запобігає замиканню ЦБ через дзвінок.

Виклик станції. Якщо абонент зніме трубку, то контакти 2 і 3 РП замикаються (рис.3). У лінію виявляється включеним мікрофон, і ланцюг ЦБ замикається через нього: мінус ЦБ, перша обмотка живильного реле А, провід лінії, контакти РП 2-3 апарату, обмотка телефонного трансформатора, мікрофон, провід лінії, друга обмотка живильного реле А плюс ЦБ. Через цей ланцюг піде постійний струм. Від нього на станції спрацює реле А та подасть сигнал про надходження виклику від абонента, а мікрофон в апараті абонента одержить живлення.

Виклик абонента. При необхідності викликати абонента (у розглянутому випадку правий апарат) періодично підключають до його лінії генератор змінного струму частотою 25 Гц. Нормально в апараті трубка повішена, у лінію через контакти РП 1-2 включені дзвінок Дз і конденсатор С. Внаслідок того, що конденсатор С має малий опір змінному струму, через дзвінок піде змінний струм і дзвінок задзвонить.

Відповідь абонента. Одержавши виклик, абонент піднімає трубку, і в його апараті розімкнуться контакти РП 1-2 і замкнуть контакти РП 2-3. До лінії виявиться підключеним мікрофон, і утвориться ланцюг для постійного струму від ЦБ точно так само, як і при виклику абонентом станції. Через цей ланцюг піде постійний струм, від нього на станції спрацює живильне реле А і надішле сигнал відповіді на станцію, а мікрофон в апараті абонента одержить живлення. Утвориться розмовний ланцюг між двома апаратами.

Розмова. Розглянемо спочатку дію принципової схеми мостового типу. При передачі мови мікрофон абонента можна розглядати як генератор змінної ЭРС (рис.2,а). Він створює струм, що у точці підключення до трансформатора розгалужується на два:один тече по обмотці 1, потім через контакти РП 2-3 і провід лінії до апарата іншого абонента, проходить через цей апарат і вертається по другому проводу лінії до мікрофона, іншої – по обмотці II і потім через балансний контур БК повертається до мікрофона. Струми в обмотках I і II при цьому спрямовані в різні сторони й індукують в обмотці III протилежні ЭРС. Через те, що опір БК дорівнює або мало відрізняється від опору лінії, то сумарна ЭРС, наведена в обмотці III, або дорівнює нулю, або дуже мала. Отже, і струм в обмотці III дорівнює нулю або дуже малий, так що власний голос абонента в його телефоні нечутний зовсім або дуже слабко прослуховується. При прийманні мови (див.рис.2,б). лінія, до якої підключений апарат, є генератором змінної ЭРС. Цей генератор створює в апараті струм, що від одного проводу лінії проходить через контакти РП 2-3 і I обмотку трансформатора й потім розгалужується. Основна частина струму проходить через мікрофон, як через активний опір, частина через обмотку II трансформатора й балансний контур БК, після чого обидві частини додаються і струм піде через другий провід лінії.

Струми в обмотках I і II трансформатора спрямовані в одну сторону й індукують в обмотці III сумарну ЭРС, що створює струм через телефон, і абонент чує голос свого співрозмовника. Шуми приміщення, що попадають у мікрофон абонента під час приймання мови, практично не впливають на приймання, тому що для них схема працює так само, як і при передачі мови, і струми перешкод у телефоні дуже малі,

Розглянемо тепер дію принципової схеми компенсаційного типу. При передачі мови (див.рис.2,б) мікрофон працює як генератор і створює змінний струм. Цей струм у точці підключення до автотрансформатора розгалужується. Частина струму по обмотці I, через контакти РП 2-3, по лінії тече до апарата іншого абонента, від нього повертається по другому проводу до мікрофона. Частина струму тече через компенсаційний активний опір R_к , проходить по обмотці II автотрансформатора, потім через балансовий контур БК і повертається до мікрофона. Паралельно опору R_к для струму є ще шлях: через телефон і третю обмотку автотрансформатора. Однак внаслідок того, що опір цього ланцюга для змінного струму становить сотні Ом, у той час як Ом, то цей струм дуже малий.

Струми в обмотках I і II спрямовані в різні сторони й індукують в обмотці III протилежні ЭРС. Через те, що опір балансного контуру розраховано на довгу лінію, то Z_Б дорівнює або трохи більше Z_Л і сумарна ЭРС, наведена в обмотці III, дуже мала. Ця ЭРС компенсується падінням напруги основного струму на R_к, так що телефон виявляється підключенням до точок з майже однаковими потенціалами. Струм, що протікає через нього або дорівнює нулю, або дуже малий, і власний голос абонента прослуховується слабко або зовсім не чутний.

При прийманні мови (див.рис.2,а) струм, створюваний в апараті, тече, від одного проводу лінії через контакти РП 2-3 і обмотку I трансформатора й потім розгалуджується. Основна частина струму проходить через мікрофон, а частина струму – через R_к обмотку II автотрансформатора й замикається через другий провід лінії.

Струми в обмотках I і II трансформатора при цьому спрямовані в одну сторону й індукують в обмотці III сумарну ЭРС, що створює в контурі струм. Цей контур складається з телефону, обмотки III і R_к. Абонент при цьому чує голос свого співрозмовника. Шуми в приміщенні не впливають на приймання внаслідок дії протимісцевої схеми.

Відбій. По закінченню розмови абоненти кладуть слухавки. При цьому в апараті кожного з них розмикаються контакти 2 і 3, і замикаються контакти 1 і 2 РП. До лінії знову виявляються підключеними дзвінок і конденсатор С. Ланцюг для постійного струму від ЦБ обривається. Реле А та реле А' відпускають свої якорі, що є сигналом відбою.