Электронные модели телефонных аппаратов

Внимательное изучение схемы, приведенной на рис. 2.13, открывает достаточно интересную подробность: обычный телефонный аппарат с дисковым номеронабирателем не имеет в своем составе «активных» цепей или элементов (активными электронными элементами считаются такие элементы, которым при их работе сопутствует усиление сигнала либо его коммутация). Другими словами, в обычном телефонном аппарате не выполняются операции по усилению входящего электрического сигнала. Это означает, что уровень электрического сигнала, или тока, который определяется в основном условиями обслуживания сигнала на районной АТС, является тем уровнем, с которым он распространяется по абонентской линии связи; и именно с этим уровнем сигнал поступает к абоненту, ведущему разговор со второго телефонного аппарата. В действительности уровень сигнала на телефонном аппарате слушателя будет все-таки ниже из-за неизбежных потерь, возникающих при передаче сигнала по линии связи.

На самом деле какое-то усиление сигнала происходит на районной АТС или иной промежуточной телефонной станции, а также усиление сигнала повторяется на промежуточных этапах распространения между районными АТС. Это сделано для централизации дорогостоящего и сложного оборудования, требующего квалифицированного технического обслуживания, кроме того, пользование таким оборудованием как бы делится между многими абонентами телефонной сети. В итоге абонентская линия связи и районная АТС приобретают черты системы с «централизованной обработкой», тогда как телефонный аппарат сам по себе остается относительно недорогим устройством, выполняющим роль интерфейса между человеком и линией связи или устройством ввода-вывода.

Тем не менее такое положение дел меняется, и, как будет показано в данной книге, телефонный аппарат очень сильно эволюционирует, чтобы быть в состоянии предоставить огромное количество дополнительных услуг. Современный телефонный аппарат имеет некоторые возможности по обработке данных, включая, например, возможность запоминать набранный номер или отображать на своем дисплее номер или кодовое имя вызывающего абонента и т.п.

Эквивалентная схема. Так как обсуждение в нижеследующих главах данной книги покажет, каким образом телефонный аппарат эволюционировал в своем развитии, а также каким образом он займет свое место в распределенных системах, то использование эквивалентной схемы системы телефонной связи может оказаться наиболее плодотворным для этих целей. На рис. 2.15 приведена такая эквивалентная схема.

Рис. 2.15.Эквивалентная схема телефонной станции, абонентской линии связи и телефонного аппарата

Телефонная станция, линия связи и телефонный аппарат заменены своими эквивалентными схемами. Последовательно включенное распределенное сопротивление проводов линии связи, а также параллельно включенная распределенная емкость проводов представлены на схеме сосредоточенными значениями сопротивления RL и емкости СL. Телефонный аппарат представлен микрофонным и телефонным капсюлями, а также полными комплексными сопротивлениями катушки индуктивности ZF1 и ZF2.

Схема согласования, представленная резисторами RB1, RB2 и конденсатором CB, настроена таким образом, чтобы быть согласованной с усредненными параметрами полного комплексного сопротивления линии, а также чтобы обеспечить необходимый уровень сигнала самопрослушивания.

Принцип работы электронной модели аппарата может быть лучше понят, если его представить в виде эквивалентной схемы, которая имеет в своем составе как распределенные, так и сосредоточенные значения сопротивления, емкости и индуктивности.

Очень полезно разобраться, как работает эквивалентная схема телефонного аппарата при различных режимах: приеме и передаче звукового сигнала. На рис. 2.16 представлена эквивалентная схема, соответствующая процессу, когда абонент говорит в микрофон трубки.

Рис. 2.16.Гибридная система телефонного аппарата: эквивалентная схема в режиме передачи сигнала

Напряжение, возникающее в процессе преобразования речевого сигнала, обозначено как VT. Если возникло напряжение, то падение напряжения, равное ему, будет существовать в каждом из контуров, содержащих ZL и XB. Напряжение VO представляет напряжение сигнала, который передается по телефонной линии, то есть как выходное напряжение, являющееся итоговым результатом (частью) преобразования речи говорящего в сигнал с напряжением VT. Остальная часть напряжения VT, которую обозначили как VF1, представляет падение напряжения на полном комплексном сопротивлении ZF1. В контуре схемы согласования напряжение VZB представляет падение напряжения на схеме согласования, а напряжение VF2 — падение напряжения на ZF2. Так как напряжения VF1 и VF2 равны, но противоположны по фазе, они взаимно компенсируют друг друга, следовательно, напряжение на телефонном капсюле трубки отсутствует.

На рис. 2.17 представлена эквивалентная схема телефонного аппарата в режиме приема сигнала, поступившего по телефонной линии.

Рис. 2.17.Гибридная система телефонного аппарата: эквивалентная схема в режиме приема сигнала

Сигнал может быть представлен в виде напряжения Vr на последовательном комплексном сопротивлении линии связи ZL. Ток, протекающий под действием напряжения Vr, вызовет падения напряжений на элементах схемы, которые можно обозначить как VF1, VT, VF2, VB. Однако в этом случае напряжения VF1 и VF2 совпадают по фазе, поэтому на телефонной трубке возникает суммарное напряжение VR, которое заставляет мембрану телефона колебаться и воспроизводить звук. Напряжение на микрофоне VT просто рассеивается на микрофоне и не вызывает никакого эффекта.

Эквивалентная схема телефонного аппарата в режиме передачи сигнала представлена микрофоном, который является источником ЭДС, питающей параллельно-последовательную резистивную цепь. Необходимо отметить, что суммарное падение напряжения на телефонном капсюле практически равно нулю.

Эти эквивалентные схемы будут очень полезны при анализе возможного использования электронных схем для замены ими пассивных функций, имеющихся в обычном телефонном аппарате. Например, основной целью представленной конфигурации микрофона, гибридной схемы и приемного устройства (телефона трубки) является передача возможно большей части поступившего сигнала звукового диапазона в телефон трубки, а также передача как можно большей части мощности речевого сигнала с использованием микрофона в остальную часть схемы. В случае если для питания переменным напряжением, подаваемым от телефонной станции, удастся использовать недорогие и низковольтные усилители мощности, устанавливаемые в телефонных аппаратах, то тогда как электрические схемы, так и сами телефонные аппараты могут значительно видоизмениться.

Эквивалентная схема телефонного аппарата в режиме приема сигнала представлена источником ЭДС, включенной последовательно с нагрузкой и питающей параллельно- последовательную резистивную цепь. Необходимо отметить, что суммарное падение напряжения на телефонном капсюле в данном режиме представляет достаточную величину, чтобы возбудить приемное устройство.

Обычная гибридная система с использованием низкочастотного трансформатора может быть заменена гораздо меньшими по размерам и более дешевыми схемами, в которых используется резистивно-связанные мостовые цепи, причем потери в мостовых схемах компенсировались бы использованием усилителей. Так как коэффициент усиления усилителей может регулироваться в широких пределах, то можно было бы использовать современные микрофоны с низким уровнем искажений, а компенсация, вводимая из-за изменения длины абонентской линии связи, могла бы осуществляться гораздо более точно. Рассмотрение таких цепей телефонных аппаратов начнется в следующей главе книги.