как работает дисковый телефон

Как работает дисковый телефон

Часть текста, а также схемы и диаграмма напряжений АТС-абонент взяты из книги Евсеева А.Н. «Радиолюбительские устройства телефонной связи» (М.: Радио и связь, Малип, 1999г) Параграф «Устройство телефонного аппарата и основы телефонной связи»

Основные компоненты телефонного аппарата использующего проводную связь.

В состав телефонных аппаратов, предназначаемых для работы в телефонных сетях, входят обязательные элементы: объединенные в микротелефонную трубку микрофон и телефон, вызывное устройство, трансформатор, разделительный конденсатор, номеронабиратель, рычажный переключатель.

Телефоном называют прибор, предназначенный для преобразования электрических сигналов в звуковые и рассчитанный для работы в условиях нагрузки на ухо человека. (Более расширенное определение на странице Телефон. Понятие и история)

В зависимости от конструкции телефоны подразделяют на электромагнитные, электродинамические, с дифференциальной магнитной системой и пьезоэлектрические. В старых телефонных аппаратах использовали телефоны электромагнитного типа. В них телефонах катушки закреплены неподвижно. Под действием протекающего в катушках тока возникает переменное магнитное поле, приводящее в движение подвижную мембрану, которая и излучает звуковые колебания.

Полоса рабочих частот для микрофонов и телефонов, используемых в телефонных аппаратах, составляет примерно 300. 3500 Гц. На принципиальных схемах телефон обозначают латинскими буквами BF.

Для удобства пользования микрофон и телефон объединены в микротелефонной трубке.

Вызывное устройство служит для преобразования вызывного сигнала переменного тока в звуковой сигнал. Применяют электромагнитные или электронные вызывные устройства.

В аппаратах старого типа вызывное устройство представляло собой одно- или двухкатушечный звонок. Звуковой сигнал образовывался в результате удара бойка о звонковые чашки. Протекающий в катушках ток частотой 16. 50 Гц создавал переменное магнитное поле, которое приводило в движение якорь с бойком. В телефонных звонках использовали постоянные магниты, создававшие определенную полярность магнитопровода, поэтому такие звонки называли поляризованными. Сопротивление обмоток звонка постоянному току 1,5. 3 кОм, рабочее напряжение 30. 50 В. На принципиальных схемах звонок обозначают латинскими буквами НА.

Практически во всех современных телефонных аппаратах сейчас используется электронное вызывное устройство. Оно преобразует вызывной сигнал в звуковой тональный сигнал, который может имитировать, например, пение птицы. В качестве акустического излучателя при этом используют телефон, компактный динамик или пьезоэлектрический вызывной прибор. Схемы электронных вызывных устройств выполняют на транзисторах или интегральных микросхемах.

Трансформатор телефонного аппарата предназначен для связи отдельных элементов разговорной части и для согласования их сопротивлений с входным сопротивлением абонентской линии. Он, кроме того, позволяет устранять так называемый местный эффект.

Номеронабиратель при импульсном наборе обеспечивает подачу импульсов набора номера в абонентскую линию с целью установления требуемого соединения. То есть линия номеронабирателем периодически замыкается и размыкается. В телефонных аппаратах применяют механические и электронные номеронабиратели.Причём дисковый механический номеронабиратель (имеет диск с десятью отверстиями) в современных аппаратах уже не устанавливается, Но для понимания принципа работы системы АТС-абонент именно его работа более наглядна.

В настоящее время всё большее распространение получает тональный набор номера. В этом случае в линию аппаратом абонента посылаются не пачки импульсов а кратковременные сигналы определённых частот, каждое значение которых соответствует определённой цифре. Тональный набор номера более быстрый, так как не требуется дожидаться прохождения пачек импульсов от цифр с большим значением и нуля. Но естественно для использования тонального набора должна использоваться современная АТС с поддержкой возможности такого набора.

Тональный набор, он же DTMF или тональный сигнал (англ. Dual-Tone Multi-Frequency) — двухтональный многочастотный аналоговый сигнал, используемый для набора телефонного номера. В DTMF передаваемая цифра кодируется сигналом полученным суммированием двух синусоидальных напряжений определенной частоты. Используется две группы по четыре частоты звукового диапазона в каждой.

Таблица частот тонального набора номера DTMF

В современных проводных телефонных аппаратах часто реализуется возможность выбора стандарта набора номера. Это либо переключатель «PULSE/TONE» либо возможность программно изменить вид набора. Кстати возможность этого переключения часто создаёт проблемы у несведущих пользователей. Случайно переключив переключатель «PULSE/TONE» в неправильное положение люди несут аппараты в ремонтные мастерские с проблемой «не набирается номер».

Рычажный переключатель обеспечивает подключение к абонентской линии вызывного устройства телефонного аппарата в дежурном состоянии (трубка лежит) и разговорных цепей или номеронабирателя в рабочем состоянии (трубка снята). Рычажный переключатель представляет собой группы из нескольких переключающих контактов в старых аппаратах, срабатывающих при снятии телефонной трубки; или одного контакта (иногда геркона) в аппаратах современных.

Местный эффект в телефонах и способ его ослабления.

При работе телефонного аппарата в разговорном режиме возникает местный эффект, т.е. прослушивание собственной речи в телефоне аппарата. Местный эффект объясняется тем, что ток, протекающий через микрофон, поступает не только в абонентскую линию, но и в собственный телефон. Для устранения этого нежелательного явления в современных телефонных аппаратах используют противоместные устройства.

Существуют различные типы подобных устройств. Одно из них представлено на рис. 1.

Рис.1. Функциональная схема телефонного аппарата с противоместным эффектом

Микрофон ВМ1, телефон BF1, балансный контур Zб и линия Zл связаны между собой обмотками трансформатора Т1: линейной I, балансной II и телефонной III. Во время разговора, когда сопротивление микрофона изменяется, разговорные токи звуковой частоты протекают по двум цепям: линейной и балансной. Из схемы видно, что токи, протекающие через обмотки I и II, суммируются с противоположными знаками, поэтому ток в обмотке 111 будет отсутствовать в том случае, если токи в линейной и балансной обмотках равны по величине. Это достигается соответствующим выбором элементов балансного контура Zб, параметры которого зависят от параметров линии Zл. Сопротивление линии содержит активную и емкостную составляющие, поэтому балансный контур выполняют из резисторов и конденсаторов.

Полное устранение местного эффекта достигается только на одной определенной частоте и определенных параметрах линии, что в реальности невыполнимо, так как речевой сигнал содержит широкий спектр частот, а параметры линии изменяются в широких пределах (зависят от удаленности абонента от АТС, переходных сопротивлений и емкостей в кабелях и др.). Практически же местный эффект полностью не пропадает, а только ослабляется подобными схемами.

Источник

GSM телефонный аппарат с дисковым номеронабирателем

Наверняка, у многих радиолюбителей была идея, приспособить телефонный аппарат с дисковым номеронабирателем для мобильной радиосвязи.

Проводная связь постепенно уходит в прошлое, и такие аппараты пылятся на полке. Мне всегда нравился внешний вид таких аппаратов. Не смог удержаться и два года назад решил переделать телефонный аппарат, который до сих пор работает, без сбоев.

Кроме телефонного аппарата нужны следующие устройства:

Электроника

Схема связки микроконтроллера с мобильником и номеронабирателем.

Первым делом, следует припаять к контактам кнопок мобильного телефона, шлейф проводов и соединить с контроллером. А контроллер научить набирать номер при наборе соответствующих цифр на диске. Скорее всего компоновка кнопок у большинства мобильников будет аналогичная. Для моей схемы, необходимо: по одному общему проводу на группы кнопок 1-4-7, 2-5-8-0 и 3-6-9 и по проводу на каждую цифру; по паре проводников на кнопки вызова, отмены и на кнопку переключения с одной SIM карты на вторую.

После пайки, мобильник собираем обратно в корпус и крепим внутри телефонного аппарата, скобами. Я выполнил монтаж мобильного телефона дисплеем вниз так, чтобы была возможность просмотреть информацию через существующее окошко на дне телефонного аппарата, а также добраться до остальных кнопок, не связанных с дисковым номеронабирателем.

При наборе номера на диске, размыкается пара контактов (нормально замкнутые НЗ контакты, зеленый-желтый провод). Количество размыканий (Р) соответствует цифре набора, допустим при наборе «1» = З-Р-З, «2» = З-Р-З-Р-З и т.д. При достижении пальцем упора, замыкается другая пара контактов, кратковременно (белый-коричневый). Используя эти две пары контактов можно запрограммировать процесс набора номера.

Плата контроллера выполнена с учетом формы аппарата и расположения контактной группы под трубкой.

Коммутацию каждого контакта под кнопкой производит оптопара, включением которой, управляет микроконтроллер.

Power bank (на фото в черном корпусе) продолжает работать как источник, начиная с нагрузки примерно 20мА, если будет меньше он отключится в спящий режим. Поэтому около рычага был вмонтирован геркон, который при поднятии трубки подает питание к светодиоду, через сопротивление (на принципиальной электрической схеме не изображен). Светодиод, как нагрузку, следует использовать помощнее, маленький не подойдет. Также можно питать схему непосредственно от контактов аккумулятора, но тогда нужно настроить питание микроконтроллера на низкое напряжение, при прошивке fuse битов. От аккумулятора идет питание платы контроллера и мобильного телефона. Зарядка аккумулятора Power bank осуществляется через USB шнур. Даже без ухода в спящий режим, емкость аккумулятора для питания платы контроллера и мобильного телефона, хватает на две недели автономной работы.

Можно вмонтировать гарнитуру мобильного телефона в трубку, вместо капсюлей микрофона и динамика. Но я пошел другим путем и переделал трубку с капсюлями и аудио разъемом «3,5мм». Подключение: основания разъема — на желтый и белый провода («-» микрофона (360Ω) и «-» динамика (340 Ω)); второго от основания кольца — на коричневый («+» микрофона); третьего от основания кольца — на зеленый («+» динамика). Цвета проводов для каждой модели аппаратов отличаются! Добавочные сопротивления были подобраны исходя из сопротивлений катушек гарнитуры, микрофона (2000Ω) и динамика (45 Ω). Для других моделей мобильного телефона сопротивления должны отличаться. Экспериментируйте с мобильниками, с которыми уже простились, не факт, что они выживут после таких манипуляций!

В схеме следует добавить узел для звонка вызова, потому что штатный электронный звонок мобильного телефона оказался не таким колоритным как у старого аппарата и тихим! В моем случае не оказалось лишних выводов на микроконтроллере, поэтому от электромеханического звонка пришлось отказаться, о чем я, в последствии пожалел.

В процессе эксплуатации выяснил, что нужно все-таки продублировать дисковый номеронабиратель кнопками. Так как диском написать текст уже не получится, допустим для отправки SMS при регистрации.

Алгоритм работы контроллера

Приведу только алгоритм (комментарии). Вся суть работы алгоритма, в цикле: включить, выключить порты при определенных условиях.

while(1)
<
1. Процедура кратковременного нажатия на кнопку «отмена звонка» от кнопки под трубкой (при снятой трубке контакт постоянно замкнут).
2. Если на PA1 есть 0 (НР контакт замкнут, трубка снята), то переходим по коду ниже:
— Включаем PD4 (выход моб. телефона из режима сна);
— Выключаем PD4.
3. Если на PA1 есть 1 (НР контакт разомкнут, нажали кнопку, отмена вызова при входящем), то переходим по коду ниже:
— Запуск счетчика таймера кнопки под трубкой.
Если контакты кнопки под трубкой были разомкнуты менее 3,1 сек, то далее по коду ниже:
— Включаем PD2 (отмена вызова при входящем звонке);
— Выключаем PD2;
— Обнуление номера, для нового набора при исходящем звонке.
Если контакты кнопки под трубкой были разомкнуты, более и равно 3,1 сек, то далее по коду ниже:
— Обнуление состояния контактов кнопки под трубкой, чтобы начать цикл заново
— Обнуление номера, для нового набора при исходящем звонке.
4. Процедура опроса контактов PD0 и PD1:
— Если на PD1 есть 0 (НР контакт замкнут) и на PD0 есть 1 (НЗ контакт разомкнут), то переходим по коду ниже:
— Счетчик набранной цифры номера (от 0 до 9);
— Если на PD0 есть 0 (НЗ контакт замкнут), то переходим по коду ниже;
— Если на PD1 есть 1 (НР контакт разомкнут), то переходим по коду ниже;
— Счетчик количества набранных цифр (всего 11: 87.ХХ.ХХХХХХХ).
5. Процедура автоматического переключения на вторую SIM карту (на другой оператор связи, в зависимости от префикса кода номера, 3-я и 4-я цифры):
— Выделение десятков в префиксе p10=n*10;
— Выделение единиц в префиксе p1=n;
— Формирование префикса для условия ниже;
— Если префикс оператора №1 переключение на SIM1. При следующем наборе, если префикс тот же, переключения на SIM1 не произойдет
— Включаем PD3
— Выключаем PD3
— Если префикс оператора №2 переключение на SIM2. При следующем наборе, если префикс тот же, переключения на SIM2 не произойдет
— Включаем PD3
— Выключаем PD3
6. Процедура включения светодиода «переключение на SIM1»:
— чтобы светодиод не работал при ждущем режиме;
— переключение.
7. Включение выводов портов PB и PD для кнопок 0-9.
8. Процедура вызова по набранному номеру.
>

Пятый пункт для автоматического переключения на другую SIM карту, кому-то будет не нужен, и его можно исключить. Код достаточно примитивный (if<> else<> в бесконечном цикле), поэтому и работает стабильно.

Старайтесь при конструировании не повредить корпус сверлением и пилением, используя штатные отверстия и щели. Наверняка GSM стандарт окончательно устареет, появятся новые стандарты связи, которые можно будет использовать, внедрив в этот же ретро-корпус.

Хочу предупредить тех конструкторов, кто захочет повторить сборку аналогичного аппарата, что после этого постоянно возникает желание разобрать и обновить начинку, при виде раритетных телефонных аппаратов. И еще, не разговаривайте по такому аппарату вне помещений, очевидцы могут про Вас плохо подумать!

Источник

Мини-лекции. Телефон. Что там внутри.

С большой уверенностью можно сказать, что Вы когда-нибудь видели телефонный аппарат. С меньшей, — пользовались им. И с ещё меньшей, что Вы его вскрывали и любовались его внутренностями. И уж совсем мало найдётся тех, кто знает, что есть, что и для чего? А действительно, что же там внутри? А для начала заглянем внутрь телефонной трубки, что же там внутри?

Во какое замысловатое название? Электроакустические преобразователи устройства (как Вы могли догадаться) предназначены для преобразования энергию звуковых волн в электрическую и обратно. Вот только не всем это дано. А посему те кому дано, называются обратимыми, а те кому нет, — необратимые. Вот на Рис1,2. и показаны эти устройства, причём на Рис1. необратимый, а на Рис2. обратимый.

В общем виде все преобразователи разделяются на типы:
1) Электромагнитный.
2) Электродинамический.
3) Пьезоэлектрический.
4) Электроконтактный.
5) Электростатический или конденсаторный.

Последний вариант мы не будем рассматривать, так как его практически невозможно использовать в телефонии и он применяется только в студийных условиях! Устройство электродинамического преобразователя Вы можете посмотреть в мини-лекции «Тайна старой грампластинки» http://www.proza.ru/2017/04/26/2038. Проще это громкоговоритель, динамик. Пьезоэлектрический преобразователь создан на основе пьезоэлектрического эффекта некоторых природных кристаллов: кварца и турмалина. Либо пьезокерамики. При механической деформации на гранях кристаллов образуется электрический заряд. Электромагнитный преобразователь Вы видите на Рис2. Его называют по разному: то капсюль, то наушник, или просто, телефон. На этом же принципе был создан громкоговоритель 20-60 годов прошлого столетия знаменитая «Чёрная шляпа»!

Устройство его простое Рис2. В пластмассовый корпус вставлен магнит с наконечниками и имеющий в общем виде перевёрнутую букву П Рис21,2. На оба полюса одеты катушки с проводом Рис2,4. Над полюсами магнита располагается плоская мембрана из ферромагнитного материала. В нейтральном положении она как бы слегка притянута к магниту. Если через катушки пропустить ток создающий магнитное поле совпадающее с полем магнита то мембрана притянется к полюсам ещё сильнее. И наоборот, при токе противоположном, мембрана будет отталкиваться как бы от полюсов магнита. И даже дальше от своего нейтрального положения. Если бы не было магнита, то мембрана притягивалась к магниту при любом направлении тока. А звук был бы неестественным!

И наконец Рис1. это микрофон (МК-10) работающий на принципе электроконтактного преобразования. Между двумя контактами: металлическим корпусом и латунным контактом 1 находится угольный порошок 2. Алюминиевая мембрана 4 жёстко связана как с корпусом, так и с другим контактом 3. Звуковое давление действующее на мембрану передаётся на контакт 3 и через него на угольный порошок 2. При сжатии порошка его сопротивление уменьшается. И наоборот при обратном давлении (разрежении) сопротивление увеличивается. Естественно и ток через микрофон меняется в соответствием с звуковым давлением.

Так почему именно угольный микрофон так широко был использован в телефонии? Вот данные чувствительности различных микрофонов:
1) Электродинамический — 0,004 В/Па.
2) Пьезоэлектрический — 0,025 В/Па.
3) Электромагнитный — 0,16 В/Па.
4) Электроконтактный (угольный) — 0,7 В/Па.

Получается, что при одном и том же давлении угольный выигрывает! Если электромагнитный с трудом можно использовать непосредственно (правда надо будет громко кричать?!), то для остальных необходим усилитель. Сравните цифры!

Наконец последний преобразователь, — поляризованный звонок Рис3. И хотя он только немного напоминает микрофон-телефон, но всё же. Звонок состоит из катушки (электромагнита) 1. Постоянного магнита 2. Надставками 3. Якоря 4 к которому прикреплен боёк 5. При прохождение переменного тока через катушку электромагнита, магнитное поле меняет своё направление. Стараясь угодить такому явлению якорь с бойком совершает колебания, ударяя по чашечкам звонка. И хотя в современных аппаратах нет никакого звонка и они в основном: хрюкаёт, квакают и даже что-то музыкальное в этом прослушивается, но мы всё равно «звоним»!

И если все эти друзья, преобразователи, нам постольку-поскольку, то так называемый номеронабиратель Рис4. очень даже нужен и требования к нему более жёсткие чем к остальным составляющим. Но прежде чем разбираться с номеронабирателем по понятиям, посмотрите на Рис9. Это схема простого, классического телефонного аппарата. На схеме группы контактов обозначенных как Н1,2; Н3,4,5; Н6,7 являются группами контактов нашего номеронабирателя! Немного короче всё это показано на Рис5. Где штриховыми линиями ограничены те самые контакты номеронабирателя.

Принцип работы номеронабирателя простой. На Рис4. номеронабиратель находится в исходном положение. На Рис5. тоже всё находится в исходном положении. На Рис6. Временная диаграмма состояния линии Л1, Л2. Мы сейчас находимся на участке А (напряжение на линии постоянное, 60В). И тут нам стукнуло. Мы снимаем трубку (участок В), к линии подключается вся схема телефона и напряжение на линии падает до примерно 15 В. Мы на диске номеронабирателя вставляем палец в отверстие с цифрой семь и поворачиваем диск до упора. Мгновенно контакты 1,2 замыкаются, хотя они практически роли в процессе не играют. Они лишь замыкают телефон (чтобы Вы не слышали тарахтенье при наборе номера, только и всего!). Контакты 4,5 размыкаются, а 3,4 замыкаются. В некоторых номеронабирателях (телефон Спектр3.) контакты 1,2 и 5 вообще отсутствуют! Особенно 5! На линии создаётся короткое замыкание, участок С.

Пружина 1 закручивается и готова возвратиться в первоначальное положение. Вы отпускаете диск и он под действием пружины 1 начинает возвращаться в первоначальное положение. Если собачка 4 до этого момента просто скользила по храповому колесу и ось с прерывателем 3 находилась в неподвижном состоянии, то теперь храповое колесо пришло в движение. Прерыватель 3 своими лепестками вошёл в замкнутые контакты 6,7 и начал их размыкать. На линии появились вот такие импульса, участки 1-7. Их ещё называют кодовые посылки. Вы же набирали цифру 7? Вот, и получите семь импульсов. И те кому это надо, уже увидели их и запустили систему! Но об этом в следующей лекции.

Так сколько же раз прерыватель прервал контакты 6,7? Вот и не угадали! Не семь, а 9! Но последние два импульса мы не получили и стало быть не увидели, потому как контакты 3,4 к тому времени разомкнулись и фокус не удался. А для чего это так задумано? В кругах людей занимающихся ремонтом, обслуживанием либо проектирующих какие-нибудь приборы, аппараты и прочее существует такое понятие, — рассчитано на ДУРАКА! Будь-то работающий компьютер и выдернутый из розетки, на ходу ДУРАКОМ. Или в нашем случае ДУРАК мгновенно переводивший диск обратно, чтобы набрать ещё одну семёрку. И если не сделать двухтактную паузу может произойти ложное срабатывание и он, ДУРАК попадёт совсем не туда, куда хотел (если вообще попадёт?). После окончания последнего импульса 7 мы окажемся в первоначальном положение (снятая трубка, участок D).

В современных аппаратах с кнопочным набором и прочими удобствами, делается имитация работы дискового номеронабирателя, со всеми прелестями НА ДУРАКА! Так, что как Вы не старайтесь ускорить процесс, Вам это не позволят сделать и всё та же система, — НА ДУРАКА! И ещё один момент! Это длительность импульса и пауза между импульсами! Если мне память не изменяет, то длительность где-то примерно 60 мс., а пауза 40 мс. Одним словом скорость выдачи импульсов должно строго соблюдаться! Но как? Посмотрите на Рис4. там Вы увидите маленькую штучку 2. Это регулятор скорости, заставляющий прерыватель 3, прерывать так как надо! Устройство регулятора простое. Если Вы в школе знакомились с принципом работы паровой машины, то наверняка слышали о регуляторе Уатта. Применил ли он его сам или просто изобрёл. Вот примерно так и наш регулятор устроен!

Что же ещё интересного прячется в этом самом телефоне? Схема всего телефона! На Рис9. Вы видите схему «классического» телефона. Вы уже немного видели какую-то часть её. Это цепь звонка, контакты номеронабирателя. Л1,Л2, естественно линия соединяющая Вас со станцией (АТС), о которой речь пойдёт в следующей лекции. В исходном состоянии в линию включена только цепь звонка Зв и конденсатор С1. Рычажный переключатель (тот кто работает при опускании и подъёме трубки) представлен здесь как SA с группами контактов 1,2,3 и 4,5,6. При поднятии трубки SA контактами 1,2 подключает разговорную часть схемы к линии, а 5,6 отключив звонок подключает С1 к схеме. Более от SA ничего и не требуется!

Не считая цепи контактов номеронабирателя здесь участвуют ещё и С1, С2 и R1. Они, после поднятия трубки образуют искрогасительный контур, блокирующий (с точки зрения гашения образующихся искр между контактами) контакты Н 6,7. А остальное? Остальное это головная боль как Ваша, так и конструкторов. Это так называемая противоместная схема. Собственно и все эти хитросплетения аппарата опираются на эту, — противоместную! О чём это я? В телефонной трубке запрятаны телефонный капсюль (чтобы Вы слышали) и микрофон (чтобы могли, что-то сказать, кому-то). Традиционно они соединены последовательно. Но в принципе можно их и разъединить, но всё равно они находятся в общей линии и? И если ничего не предпринять, то Вы будете слышать сами себя. При плохой связи Вы только будете сами себе мешать и? И вот для этого и придумали противоместную схему (схемы).

Источник