Высокие напряжения, возникающие при переходных процессах

Когда телефонная трубка лежит на рычагах, контакты рычагов разомкнуты и полное напряжение станционной батареи (как правило, оно составляет 48В постоянного тока) оказывается приложенным к Т- и R-выводам телефонного аппарата. При снятии телефонной трубки с рычагов контакты замыкаются. Если при этом контакты начинают «дребезжать» (моментальное замыкание и размыкание контактов), а телефонный аппарат представляет при этом индуктивную нагрузку, то будут возникать импульсы, имеющие относительно высокое напряжение и получившие название перенапряжения переходных процессов. Импульсы набора номера (связанные с размыканием и замыканием контактов электрической цепи) также приводят к высоковольтным перенапряжениям переходных процессов.

На рис. 4.2 приведена эквивалентная схема именно для такой ситуации, когда контакты переключателя только что разомкнулись.

Рис. 4.2.Эквивалентная схема, поясняющая возникновение перенапряжений при переходных процессах

Перед этим в цепи протекал ток величиной I. Благодаря магнитной энергии, запасенной в индуктивности L, которая стремится поддержать ток постоянным, на выводах индуктивности появляется напряжение, которое оказывается приложенным к размыкаемым контактам. Величина напряжения может быть рассчитана с использованием следующего выражения:

где

L — индуктивность схемы (выражается в генри);

ΔI — изменение величины тока (выражается в амперах);

Δt — время, во время которого происходит изменение величины

тока (выражается в секундах).

Величина индуцированного напряжения будет возрастать при большей величине протекающего по цепи тока и большем значении индуктивности цепи. При этом чем быстрее происходит изменение тока (при его приложении либо прекращении) во времени, тем выше будет значение индуцированного напряжения.

Ниже приводится пример, показывающий, каким высоким может оказаться значение перенапряжения. Можно предположить, что величина индуктивности L равна 1 Гн, что величина протекающего тока в момент размыкания контактов равна 10 мА (10 × 10-3 ампера) и что процесс размыкания и прерывания тока происходит за 10 мс (10 × 10-6 секунды). Для расчета величины напряжения необходимо подставить указанные значения в вышеприведенное уравнение:

Иными словами, величина генерируемого напряжения при указанных условиях составляет 1 тыс. вольт! Интегральные микросхемы и большая часть низковольтных транзисторов не могут противостоять таким значениям напряжения и будут выведены из строя. Таким образом, электронный телефонный аппарат должен иметь в своих цепях высоковольтные транзисторы, которые необходимо использовать в цепях подключения такого телефонного аппарата к телефонной линии, а также он должен иметь цепи, способные либо гасить, либо поглощать такие перенапряжения, возникающие в результате переходных процессов. Эти функции в схеме телефона выполняют цепи защиты от перенапряжений, цепи режима «Отключение звука» и цепи подавления вызывного сигнала (цепи, блокирующие проявление эффекта подзванивания телефонного аппарата).

Следует вспомнить, что для этой цели, в зависимости от ожидаемой полярности напряжения в защищаемой точке схемы, используются униполярные стабилитроны, рассчитанные на одну полярность сигнала, либо биполярные стабилитроны, сохраняющие свою работоспособность при изменении полярности сигнала. Схемы, подавляющие (или отключающие) прохождение речевого сигнала (режима «Отключение звука») либо отключающие элементы подачи вызывного сигнала для исключения эффекта подзванивания (подзвякивания) телефона, будут рассмотрены в следующих разделах.