Слайд 1
СИСТЕМЫ ДОКУМЕНТАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
Слайд 2
Лекция № 2
Телефонные аппараты
Слайд 3В настоящее время в соответствии с режимами использования известны три
типа аппаратов:
1. Телефонная трубка, гарнитура.
2. Устройства громкоговорящей связи.
3. Терминалы
для компьютера.
Основные электрические цепи телефонного аппарата
Слайд 4Принципиальная схема телефонного аппарата
Слайд 5Телефонный аппарат содержит следующие части (цепи):
Цепь вызывного тока.
Приборы преобразования речи
(микрофон и телефон).
Противоместную схему (цепь, устраняющую местный эффект и улучшающую
качественные характеристики аппарата).
Слайд 6Принципиальная схема телефонного аппарата в части приема акустического сигнала "посылка
вызова"
Слайд 7Звонок в исходном положении (при положенной телефонной трубке) включен в
абонентскую линию, при снятии трубки цепь звонка отключается от линии
контактом рычажного переключателя (РП).
Конденсатор предназначен для того, чтобы через звонок не проходил постоянный ток от станционной батареи, обеспечивающей при состоянии "разговор" электропитание микрофона.
Слайд 8Основные параметры цепи приема сигнала вызова определяются ГОСТ 7153-85. Входное
сопротивление этой цепи должно быть:
в режиме ожидания вызова на частоте
1000 Гц — не менее 10 кОм;
в режиме вызова на частоте 25 Гц — от 4 до 20 кОм.
Слайд 9Акустический сигнал "посылка вызова"
посылается переменным током частотой f = 25
Гц и амплитудой U = 90 В.
Стандарт ограничивает значение
напряжения посылки сигнала вызова. Предельное напряжение сигнала вызова на входе должно быть не более 230 В.
Уровень вызывного акустического сигнала соответствует 40-70 дБ (в зависимости от положения регулятора громкости).
Слайд 10Вид напряжения в цепи посылки вызова с учетом электропитания
Слайд 11Акустический сигнал "посылка вызова"
Как видно из рисунка, переменное напряжение складывается
из постоянной составляющей (-60В) и фактических колебаний амплитуды, которая равна
90 В.
Таким образом, максимальные колебания величины напряжения составляют 150 В (при допустимом отклонении ±30 В).
Слайд 12Такое высокое значение напряжения препятствовало применению микросхем в цепях посылки
вызова, что долгое время увеличивало стоимость и габариты станций.
В
настоящее время используется очень много телефонных аппаратов с применением акустического вызова.
В этом случае вместо обычного звонка устанавливается акустическое устройство, которое вырабатывает мощный акустический сигнал.
Слайд 13Акустические вызывные уст-ва
Акустические вызывные устройства (tone ringer), заменяющие электрический звонок
в телефонном аппарате, называются электроакустическими конверторами (это либо пьезокерамические преобра-зователи,
либо громкоговорители).
Они преобразуют посылку вызова в двухполупериодные акустические сигналы с изменяемой частотой.
Слайд 14Принцип построения вызывного устройства на базе электронных элементов
Слайд 15Акустические вызывные уст-ва
Это устройство включается в электрическую схему на место
звонка.
Выключатель РП предназначен для отключения звонка.
Конденсатор С1 является
раздели-тельным для постоянного тока линии.
Схема представляет собой мультивибратор, который работает на частоте резонанса пьезоэлектрического излучателя порядка 3,5 КГц.
Слайд 16Акустические вызывные уст-ва
Пьезоэлектрический излучатель представляет собой металлическую пластину В, на
которой помещен кристалл искусственного пьезоэлектрика (двуокись кремния).
Внешняя поверхность кристалла
метал-лизирована двумя контактными плоскостями R и G. Если приложить напряжение между пластиной В и одной из плоскостей металлизации R, то кристалл будет деформироваться и, тем самым, создавать звуковые колебания.
Упругие колебания кристалла, в свою очередь, генерируют напряжение на гранях кристалла (на плоскости металлизации — G).
Слайд 17ВУ работает следующим образом
Напряжение положительного полупериода вызывного сигнала через конденсатор С1 и
резистор R1, являющийся коллекторной нагрузкой транзистора, прикладывается к обкладкам В-R пьезоэлектрика,
что приводит к деформации последнего и излучению звукового сигнала, усиливаемого металлической мембраной (обкладкой) — B.
Слайд 18Деформация пьезоэлектрика, вызванная приложенным к обкладкам В и R напряжением,
вызывает появление напряжения положительной полярности между обкладками B и G. Через резистор R3,
ограничивающий ток базы, это напряжение прикладывается к эмиттерному переходу VT1 и открывает его. Открытый транзистор шунтирует обкладки B и R, что приводит к уменьшению приложенного к ним напряжения и, как следствие, к обратной деформации пьезоэлектрика.
Слайд 19Обратная деформация пьезоэлектрика вызывает появление напряжения отрицательной полярности между обкладками
В и G, которое через резистор R3 прикладывается к переходу эмиттер-база транзистора VT1 и запирает
его.
Закрытый транзистор обладает большим сопротивлением, вследствие чего практически все напряжение вызывного сигнала вновь прикладывается к обкладкам B и R пьезоэлектрика и вновь вызывает его деформацию, появление положительного напряжения, открывание транзистора, т.е. процесс повторяется.
Слайд 20Вызывное устройство на базе интегральной схемы
Слайд 21Сигнал вызова абонента через ограничивающий резистор R1 и разделительный для
постоянного тока линии конденсатор C1 поступает на диодный мост D1-D4.
Выпрямленный
сигнал ограничивается стабилитроном D6 до величины 10 В и через диод D7 поступает на вход питания ИС.
Слайд 22С точки зрения потребителя, каждый из типов микросхем предоставляет возможности
получить различные типы вызывного сигнала, например:
сигнал с нарастающей громкостью;
посылка
вызова чередующимися частотами;
выбор набора сигналов (мелодий).
Слайд 24Части телефонного аппарата, через которые проходит ток электропитания микрофона:
контакт рычажного
переключателя (РП), который обеспечивает наличие тока только при подъеме трубки;
обмотка
трансформатора (I), назначение которой будет объяснено чуть дальше;
контакт номеронабирателя (НН), который при работе диска номеронабирателя передает импульсы набора номера на станцию.
Слайд 25Противоместная схема
Прослушивание абонентом через телефон своего аппарата местных шумов и
собственной речи при разговоре называется местным эффектом.
Мешающее действие местного
эффекта связано с маскировкой звуков и адаптацией слуха.
Слайд 26Противоместная схема
Под маскировкой звуков подразумевают явление полного пропадания или ослабления
слышимости полезного сигнала на фоне мешающего звука.
Наиболее сильное маскирующее
действие оказывают звуки низкой частоты.
Звуки с большей интенсивностью маскируют звуки с меньшей интенсивностью.
Слайд 27В телефонных аппаратах местный эффект вызывают:
шумы помещения, поступающие в
микрофон и воздействующие на ухо абонента одновременно с полезным сигналом
приема, при этом сигнал приема маскируется;
собственная речь, которая вызывает адаптацию слуха к сигналам приема.
Слайд 28Задачу устранения местного эффекта обеспечивает часть телефонного аппарата, которую кратко
называют противоместной схемой.
Она устраняет попадание сигнала собственного микрофона в
телефон.
Противоместная схема имеет несколько вариантов построения:
мостовая схема;
компенсационная схема.
Слайд 30Мостовая противоместная схема
При разговоре переменный ток от микрофона Мк разветвляется
и проходит по полуобмоткам I и II трансформатора Т в
противоположных направлениях.
Когда магнитные потоки, созданные этими токами, равны, они компенсируют друг друга и не воздействуют на обмотку III трансформатора Т.
В результате этого телефон слабо воспроизводит собственную переда-ваемую речь и шумы помещения.
Слайд 31Мостовая противоместная схема
Балансный контур представляет собой набор из конденсаторов и
сопротивлений, совокупность которых дает комплексное сопротивление, равное сопротивлению линии.
Однако
на практике идеального равенства Zлин = Zбал достигнуть не удается и в телефоне воспроизводится значительно ослабленная передаваемая речь.
Слайд 32Компенсационная противоместная схема
Слайд 33Компенсационная противоместная схема
В таких схемах параллельно телефону и обмотке III
трансформатора подклю-чается компенсационное сопротивление Rком.
Когда абонент говорит, то создаются
две параллельные цепи:
линейная — Мк, обмотка I трансформатора, Л1, сопротивление линии Zлин, Л2, Мк.
местная — Мк, Rк, параллельно — обмотка III трансформатора, II трансформатора, Zбал, Мк.
Слайд 34Компенсационная противоместная схема
Уменьшение местного эффекта в аппарате достигается параллельным подключением
компенсационного сопротивления Rком к телефону и обмотке III трансформатора.
Разговорный
ток, проходя по обмоткам I и II, создает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток (потоки, образованные I и II обмотками, неравны между собой и противоположны по направлению, так как направление токов в них противоположное).
Слайд 35Компенсационная противоместная схема
Результирующий магнитный поток будет индуцировать в обмотке III
переменное напряжение, создавая ток в цепи телефона.
Но одновременно с
этим разговорный ток, проходя по компенсационному сопротивлению Rком, вызовет падение напряжения:
U4 = Ipазг*Rком.
Слайд 36Компенсационная противоместная схема
Для улучшения противоместного эффекта необходимо подобрать значение Rком
так, чтобы напряжение U3, индуцированное в обмотке III, и падение
напряжения U4 на Rком были равны и противоположны по направлению.
При выполнении этого условия ток в обмотках телефона равен нулю, так как телефон оказывается включенным между точками одинакового потенциала и прослушивание своего голоса ослабляется.
Слайд 37Набор номера и номеронабиратели
Соотношение между временем размыкания и замыкания, составляющее
для нормального номеронабирателя 1,5 (60 мс для размыкания, и 40
мс для замыкания), называется импульсным коэффициентом K
Слайд 38Для приведенных выше данных
Межсерийный
интервал — время между набором двух цифр — должен быть
не меньше 200 мс. Идеальных номеронабирателей не бывает, поэтому возможны разбросы во временных параметрах.
Слайд 39Современные станции допускают применение дисков со скоростями диска 7 до
12 имп./с; разброс импульсного коэффициента
Этот разброс больше,
чем указывается обычно в нормах на номеронабиратели.
Таким образом, самое малое время замыкания равно
Слайд 40Эта формула следует из того, что время интервала
равно
Оно также равно
Откуда время замыкания
Время размыкания определяется из
формулы
Самое большое время размыкания равно
Слайд 41Диаграмма набора с помощью импульсного номеронабирателя.
1 — исходное положение; 2
— испульс (размыканиезамыкание); 3 — межсерийная пауза; 4 — отбой
Слайд 42Для параметров набора номера установлены следующие нормы:
период импульсов в серии
— 100 мс;
импульсный коэффициент в пределах 1,4-1,6, пауза между сериями
импульсов в пределах от 400 до 1000 мс. Как это указано выше, современные станции с использованием микроэлектроники позволяют иметь разброс параметров гораздо больший, чем указано в норме.
Слайд 43Для параметров набора номера установлены следующие нормы:
длительность размыкания шлейфа АЛ
при отбое должна быть не менее 800 мс.;
длительность размыкания шлейфа
АЛ при калиброванном разрыве (кнопка flash) для получения дополнительных видов обслуживания (ДВО) должна быть в пределах 40-120 мс.
Слайд 44Частотный номеронабиратель
Этот способ набора отличается тем, что информация о набранном
номере передается с помощью комбинации двух частот.
Называется двухтональным многоча-стотным
набором (DTMF — Dual Tone Multi-Frequency dialing) и значительно ускоряет набор номера.
Длительность посылки сигнала набора номера для ТА ЧНН не менее 50 мс.
Слайд 45Распределение частот в номеронабирателе
Слайд 46Многочастотный генератор для двухчастотного набора номера
Слайд 47Клавиатура двухчастотного набора и связь ее с многочастным генератором
Слайд 48Блоксхема включения в телефонный аппарат устройств организации громкой связи
Слайд 49Соединение телефонных аппаратов при "спаренном включении" с диодным разделением
Слайд 50Схема устройств запоминания и выдачи номера.
Слайд 51Цепи управляющего микропроцессора
Слайд 52Устройство мобильного телефона стандарта GSM:
Радиоблок,
Аудиоблок,
Блок логики,
SIM-карта сотового телефона,
Блок питания,
Антенна,
Вибратор
Слайд 54Радиоблок
выполняет функции приема и передачи и управляется блоком логики.
состоит
из фильтров, малошумящих усилителей, управляемых генераторов, схем демодуляции и модуляции.
должен
использовать все возможности антенны, размеры которой максимально уменьшены.
Слайд 55Радиоблок
Передающий блок работает только во время связи. Им передаются пакеты
данных, при переходе мобильного телефона из одной соты в другую
или по запросу сети.
Слайд 56Аудиоблок
В состав аудиоблока (блок обработки сигнала основной полосы) за исключением
собственных схем входят также микротелефон, микрофон и динамик.
Основной функцией данного
блока является декодирование и кодирование сигналов с помощью кодека (декодера-кодера).
Слайд 57Аудиоблок
На сегодняшний день аудиоблок всегда выполнен на базе цифрового процессора
сигналов DSP. Мощность обработки сигналов оказывается достаточной для внедрения таких
функций как распознавание речи.
Слайд 58Блок логики
Микропроцессор является «сердцем» любого мобильного телефона. Им выполняются сложные
логические операции, которые запрограммированы в памяти.
Управляет дисплеем, клавиатурой зуммером,
который выполняет роль звонка, устройством вибрации, блоками радио и аудио, устройством для считывания данных с SIM-карт и т.д.
Слайд 59Блок логики
Помимо периферийных устройств в состав блока логики входит энергонезависимая
защищенная память, в которой находятся «конфиденциальные данные» (IMEI – идентификационный
номер мобильного телефона, коды «отпирания»).
Слайд 60SIM-карта сотового телефона.
является ключом аутентификации и идентификации владельца мобильного телефона.
Она устанавливается в соединительное устройство, которое связано с блоком логики
с помощью схем сопряжения.
является асинхронной чип-картой, соответствующей стандартам GSM 11.11 и ISO 7816.
Слайд 61SIM-карта сотового телефона.
оснащена мощным микропроцессором, способным с помощью соответствую-щих команд
«общаться» с микро-процессором телефона.
осуществляется добавление собственных меню (технология SIM
Toolkit) или выполнение приложений (электронный кошелек, навигатор Internet).
Слайд 62Блок питания
Основная функция - обеспечение различных схем сотового телефона необходимыми
для их работы величинами напряжений до разряда аккумуляторной батареи.
На данный
момент в мобильных телефонах используются литиево-ионные (Li-ion), никель-металлогидридные (Ni-MH) и никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторные батареи.
Слайд 63Блок питания
Как правило в мобильных телефонах используются аккумуляторные батареи 3,6В
(три каскада по 1,2В). Она обеспечивает питание каскадов радиоблока (3,0В),
другие части радиоблока (2,8В) и схемы обработки сигналов основной полосы (2,0В).
SIM-карта и блок логики обычной используют напряжение 3В или, при использовании повышающего импульсного трансформатора, 5 В.
Слайд 64Антенны
применяются четвертьволновые штыревые антенны. Длина антенн составляет 8 см для
GSM 900 и 4 см для GSM 1800, в соответствии
с используемыми частотами.
применяются миниатюрные антенны, припаянные к печатной плате мобильного телефона.
Слайд 65Вибраторы
заменяют звонок в случаях, когда необходимо соблюсти конфиденциаль-ность.
работают на электромагнитном
принципе. Входящих в их состав микродвигатель приводит в движение элемент
типа эксцентрика. Вращение этого элемента (довольно массивного) вызывает сильную вибрацию, хорошо ощутимую и бесшумную.