03_08.pdf

POZNAJEMY SPRZĘT

Każdy wie, do czego służy aparat

telefoniczny. Podziw budzą

wyrafinowane projekty obudów a także

możliwości i parametry nowoczesnych

aparatów telefonicznych.

Czy jednak dokładnie rozumiesz, drogi

Czytelniku zasadę działania aparatu

telefonicznego i specyfikę jego

parametrów?

W artykule postaram się przybliżyć Ci

ważniejsze zagadnienia związane z tym

tematem. Lektura artykułu wymagać

będzie może trochę skupienia. Mam

jednak nadzieję, że się przy tym nie

zanudzisz. Jeśli zamierzasz kiedykolwiek

zbudować jakiś układ “telefoniczny”,

materiał ten jest dla Ciebie wręcz

niezbędny.

aparatu

telefonicznego

Podstawowe informacje techniczne

znajdziesz w ramkach, zajrzysz do nich w

dowolnej chwili, ja tymczasem chcę Cię

zapytać, czy rozumiesz problem tak zwa−

nego efektu lokalnego?

Nie bardzo? No to zaczynamy.

Gdyby układ pracy wyglądał jak na ry−

sunku 1a , problem by nie istniał. Nieste−

ty, w telefonii mamy do dyspozycji tylko

dwie żyły. W takiej sytuacji, w tej samej li−

nii muszą występować sygnały transmito−

wane w obu kierunkach. Można sobie wy−

obrazić najprostszy układ pracy, taki jak

pokazany schematycznie na rysunku

1b . Nie uwzględniono tu obwodów prądu

stałego, ale nie zmienia to istoty rzeczy −

teraz interesują nas tylko obwody napię−

cia zmiennego. Wydaje się, że wszystko

jest w porządku: zmienne napięcia czy

prądy powstające w mikrofonie abonenta

A przepłyną przez słuchawkę abonenta B

i na odwrót. Dlaczego jednak takie roz−

wiązanie jest zupełnie nieprzydatne?

Wystarczy zauważyć, że przez każdą

słuchawkę płyną także prądy z własnego

(lokalnego) mikrofonu. Na domiar złego

sygnał w długiej linii telefonicznej ulega

stłumieniu wskutek jej rezystancji i pojem−

ności. Ostatecznie w słuchawce abonen−

ta głos jego rozmówcy jest kilku− czy

nawet kilkunastokrotnie słabszy niż

własny głos . Uniemożliwia to sensowne

korzystanie z takiego “telefonu”, bowiem

ucho nie zdoła się momentalnie dostoso−

Wydzielenie sygnału rozmówcy prze−

prowadza się zwykle w układzie antylo−

kalnym pracującym na zasadzie mostka.

Poszczególne rozwiązania są różne, ale

prosta podstawowa zasada jest zawsze

ta sama. Spójrz na rysunek 2a . Mamy tu

dwa dzielniki napięcia dostarczanego

czy wiesz, że...

jeśli gdzieś telefonujesz, to w momencie zgłoszenia się wywoływanego abonenta

zmienia się biegunowość napięcia stałego zasilającego twój aparat?

Jest to wykorzystywane w prostych automatach telefonicznych, które jak zauważyłeś

inkasują monetę (żeton) dopiero po zrealizowaniu połączenia.

Przy połączeniu z numerami alarmowymi (policja, straż, itp.) biegunowość pętli nie

zmienia się i możesz rozmawiać bezpłatnie.

wać do tak dużej różnicy głośności. Cichy

głos rozmówcy wręcz ginie “przykryty”

własnym, lokalnym. Jeszcze ostrzej prob−

lem ten wystąpiłby przy próbie

skonstruowania na tej zasadzie aparatu

głośnomówiącego..

Należy więc koniecznie znaleźć jakiś

sposób, żeby wyeliminować lub przynaj−

mniej zmniejszyć słyszalność w słuchaw−

ce własnego głosu, inaczej mówiąc wyeli−

minować efekt lokalny.

przez mikrofon: Z R , R1 oraz Z L , R2. Jeśli

tylko stosunki Z R /R1 oraz Z L /R2 będą rów−

ne, to napięcia w punktach C i D będą jed−

nakowe i przez słuchawkę nie będzie pły−

nąć prąd. Sygnał z własnego mikrofonu

nie będzie słyszany w słuchawce!

Warunkiem jest jednak utrzymanie

równowagi mostka. Jeśli R1 = R2, to im−

pedancja Z R także powinna być równa Z L .

A co to jest Z L ? Popatrz na rysunek 2b .

Rys. 1a. Połączenie trzyprzewodowe.

Rys. 1b. Połączenie dwuprzewodowe sze−

regowe.

Rys. 2a. Zasada działania układu antylokal−

nego.

ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96

ABC

POZNAJEMY SPRZĘT

Rys. 2b. Układ połączeń dwóch aparatów.

Dla abonenta A jest to wypadkowa opor−

ność (mówiąc ściślej − impedancja) linii i

aparatu abonenta B.

Jak wiadomo (patrz ramka z paramet−

rami aparatu telefonicznego), każdy apa−

rat powinien być tak skonstruowany, żeby

jego rezystancja dla przebiegów

zmiennych widziana od strony linii wy−

nosiła 600 W .

Z kolei linia telefoniczna w dobrym

przybliżeniu może być przedstawiona ja−

ko złożenie bardzo wielu elementarnych

rezystancji i pojemności, jak pokazano to

na rysunku 2c .

I tu doszliśmy wreszcie do sedna spra−

wy!

Żeby całkowicie zlikwidować szkodli−

wy efekt lokalny należałoby zastosować

równoważnik linii − Z R o takich samych pa−

rametrach jak dołączona impedancja linii

i aparatu rozmówcy Z L .

I oto mamy dwa problemy.

Po pierwsze w tanim, masowo produ−

kowanym aparacie nie można stosować

rozbudowanego równoważnika linii za−

wierającego kilkadziesiąt rezystorów i

kondensatorów.

Po drugie, co jeszcze gorsze, para−

metry linii wcale nie są jednakowe − zale−

żą od jej długości, grubości żył, sposobu

wykonania. W zależności od odległości

od centrali, a w przypadku rozmów lokal−

nych, prawdopodobnie także od odległoś−

ci od rozmówcy, zmieniać się będzie im−

pedancja linii, a więc dla pełnego zlikwi−

dowania efektu lokalnego impedancja

równoważnika Z R także musiałaby się

zmieniać.

Z podanych dwóch względów przyjmu−

je się uproszczony układ równoważnika li−

nii, naśladujący niezbyt zresztą dokład−

A teraz uważaj! Są aparaty, które auto−

matycznie dostosowują parametry swego

układu antylokalnego do długości linii!

Objaśnię Ci to za chwilę. Wcześniej

powinieneś się jednak zapoznać z obwo−

Wybieranie

Od lat jesteśmy przyzwyczajeni do wybierania impulsowego, polegającego na

przerywaniu obwodu stałoprądowego z częstotliwością 10Hz. Ilość przerw odpowiada

wybieranej liczbie (z wyjątkiem “0”, któremu odpowiada dziesięć impulsów). W

standardzie przyjętym w Polsce współczynnik impulsowania wynosi 2, czyli przerwa

trwa ok. 66ms, a zwarcie ok. 33ms.

Dużo lepszym sposobem wybierania, dostępnym w nowych centralach, jest wybieranie

tonowe, inaczej wielkoczęstotliwościowe znane jako DTMF (Double Tone Mode

Frequency). Jest ono przede wszystkim kilkakrotnie szybsze od impulsowego. Ponadto,

co bardzo istotne, pozwala przesyłać sygnały odpowiadające jednoznacznym kodom

także po zrealizowaniu połączenia, co otwiera drogę do szeregu ciekawych

zastosowań, takich jak choćby zdalne sterowanie czy przesyłanie prostych informacji

drogą telefoniczną.

W systemie tym wybrano osiem częstotliwości i podzielono na dwie grupy: niższą i

wyższą. Każdy sygnał składa się z dwóch tonów − jednego z grupy niższej, drugiego

z wyższej. Można w ten sposób zakodować 16 różnych sygnałów. W typowym

aparacie telefonicznym wykorzystuje się tylko 12 możliwości. Przyporządkowanie

cyfrom i znakom częstotliwości pokazuje tabelka.

Częstotliwość, Hz 1209 1336 1477 1633

697

770

852

941

nie, jakieś średnie warunki. W ten sposób

uzyskuje się tłumienie efektu lokalnego

rzędu jedynie kilkunastu decybeli (kilka

razy), co jednak w praktyce jest zadowa−

lające.

dami stałoprądowymi i praktycznymi roz−

wiązaniami stosowanymi w nowoczes−

nych aparatach.

Dlaczego w linii telefonicznej występu−

ją stałe napięcia i prądy?

Rys. 2c. Schemat zastępczy połączenia tlf dla prądu zmiennego.

ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96

POZNAJEMY SPRZĘT

Ważniejsze sygnały tonowe stosowane

w telefonii

Po podniesieniu słuchawki słyszymy

znajomy sygnał zgłoszenia centrali − ton

ciągły o częstotliwości 425±25Hz. Jeśli

dzwonimy daleko, po wybraniu “zera”

otrzymujemy sygnał zgłoszenia centrali

międzymiastowej − mieszankę tonów

425Hz i 350Hz.

Po wybraniu numeru słyszymy zwrotny

sygnał wywołania (425Hz emisja

1000ms, cisza 4000ms), a do

wywoływanego abonenta wysyłany jest

sygnał wywołania − przebieg sinusoidalny

o napięciu skutecznym rzędu 60...90V i

częstotliwości 25Hz nadawany w takiej

samej sekwencji.

Gdy abonent jest nieosiągalny słyszymy

sygnał zajętości (też 425Hz) w

sekwencji: emisja 500ms, cisza 500ms.

Z centrali mogą być do nas wysyłane

sygnały zaliczania o częstotliwości

16±0,2kHz o czasie trwania 125±25ms,

odpowiadające impulsom rejestrowanym

przez licznik opłat. Taka usługa

dostępna jest jednak za dodatkową

Rys. 3. Schemat dołączenia aparatu tlf do centrali.

kładniejszy opis sygnałów tonowych spo−

tykanych w sieci telefonicznej.

Przed chwilą podałem Ci, że dla prą−

dów zmiennych o częstotliwościach tele−

fonicznych aparat w stanie rozmowy po−

winien stanowić rezystancję 600 W . A dla

prądu stałego? Może się zdziwisz gdy po−

wiem że nie może być większa niż 600 W ;

zwykle jest znacznie mniejsza. Może być

nawet rzędu 100 W .

Popatrz na rysunek 3 . Przedstawia on

w dużym uproszczeniu sytuację podczas

rozmowy dwóch lokalnych abonentów

centrali przekaźnikowej.

Aparat każdego abonenta jest zasilany

przez dławiki (w praktyce oba dławiki są

uzwojeniami tego samego przekaźnika).

Jeśli tylko indukcyjność dławików jest od−

powiednio duża (rzędu pojedynczych

henrów), to i ich impedancja dla prądów

zmiennych jest na tyle duża, że spokojnie

możemy mówić, iż prądy zmienne przez

nie nie płyną. Odwrotnie kondensatory

sprzęgające Cs. Przy pojemności rzędu

kilku mikrofaradów dla przebiegów

zmiennych stanowią one zwarcie. W tej

sytuacji, z punktu widzenia prądów

zmiennych możemy narysować schemat

zastępczy taki jak na rysunku 2 .

Natomiast dla prądów stałych, z uwagi

na kondensatory Cs, każdego abonenta

należy rozpatrywać oddzielnie. Przez

aparat telefoniczny w stanie rozmowy pły−

nie prąd i występuje pewne napięcie. Wy−

dziela się więc na nim dość znaczna moc,

rzędu przynajmniej kilkuset miliwatów. Do

sprawnego działania układów elektro−

nicznych aparatu wystarczy jednak moc

znacznie mniejsza. Pozostała “nadmiaro−

wa moc” może być wykorzystana do zasi−

lania dodatkowych układów bez potrzeby

stosowania zasilacza sieciowego. Wy−

czerpujące omówienie tego zagadnienia

wykracza jednak poza ramy niniejszego

artykułu.

Zauważ także, iż rozpatrywaliśmy ten

sam obwód raz z punktu widzenia prądu

Rys. 4a. Aparat tlf z automatyką.

Rys. 4b. Uproszczony schemat zastępczy

linii abonenckiej.

ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96

Po pierwsze aparat telefoniczny musi

być zasilany, zawiera bowiem jakieś

wzmacniacze i inne układy elektroniczne,

choćby klawiaturę. Nawet stare aparaty

nie zawierające “elektroniki” musiały być

zasilane prądem stałym ze względu na

obecność mikrofonu węglowego, który też

jest swego rodzaju wzmacniaczem.

Po drugie, abonent musi jakoś poinfor−

mować centralę o stanie swego aparatu.

Na przykład, jeśli w linii pojawi się prąd

stały o wartości co najmniej kilkunastu mi−

liamperów, znaczy to, iż abonent albo

chce gdzieś zatelefonować, albo podniósł

słuchawkę po usłyszeniu sygnału wywo−

łania − “mądra” centrala potrafi go obsłu−

żyć. Nie będę ci tłumaczył po kolei stanów

pracy aparatu, bo możesz to sprawdzić

osobiście. Nie opowiem Ci także o działa−

niu centrali, bo to zupełnie inny temat. W

jednej z ramek znajdziesz natomiast do−

POZNAJEMY SPRZĘT

Rys. 5a. Rozgałęźnik centralowy.

zmiennego, drugi raz − prądu stałego.

Schematy zastępcze w obydwu przypad−

kach są zupełnie inne. Czy dokładnie ro−

zumiesz dlaczego tak robimy? Tylko w

ten sposób można prosto pokazać sedno

sprawy. Gdybym próbował omówić z tobą

zystancji lub inaczej spadku napięcia na

aparacie. Niektóre z podanych wielkości

są stałe, więc w sumie wartość prądu w li−

nii będzie zależeć przede wszystkim od jej

długości. Zależność tę wykorzystuje się w

nowoczesnych aparatach do:

Rys. 5b. Rozgałęźnik centralowy.

Schemat blokowy przykładowego aparatu telefonicznego

schemat ideowy jakiegoś współczesnego

aparatu, prawdopodobnie obaj byśmy się

pogubili w mnóstwie szczegółów. Dla−

tego w ramce podaję Ci tylko uprosz−

czony blokowy schemat aparatu.

Wracamy teraz do głównego wątku.

Jak wiadomo, prąd stały płynący w linii

po podniesieniu mikrotelefonu zależy od

napięcia zasilania U (typ 60V), rezystan−

cji uzwojeń dławików (typ 2 x 500 W ), re−

zystancji linii (0 W do około 1k W ) oraz re−

(1) zmiany wzmocnienia toru odbiorcze−

go, bowiem długa linia abonencka tłumi

zauważalnie sygnały rozmówne, oraz

(2) dopasowania parametrów układu an−

tylokalnego.

Nowoczesny aparat telefoniczny za−

wiera układ mierzący prąd zasilania.

Układ ten wpływa na wzmocnienie toru

odbiorczego oraz na układ antylokalny.

Pokazano to w uproszczeniu na rysunku

4 . W układzie występują teraz dwa równo−

ważniki linii: Z RS (short − krótki) i Z RL (long

− długi). Z RS to po prostu rezystor 600 W , co

odpowiada sytuacji gdy abonent mieszka

tuż obok centrali, natomiast Z RL równo−

ważnik długiej, kilkukilometrowej linii abo−

nenckiej to najczęściej dwójnik taki jak na

rysunku 4b . Różne firmy podają odmien−

ne wartości elementów takiego równo−

ważnika, na przykład Siemens 220 W +

820 W ||115nF, a Thomson 235 W +

1345 W ||118nF. Takie różnice nie mają

Rys. 6a. Przesłuchy w torze telekomunikacyjnym.

ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96

POZNAJEMY SPRZĘT

Rys. 6b. Zasada tworzenia echa.

większego znaczenia, bowiem i tak mamy

do czynienia z charakterystykami przybli−

żonymi.

Popatrz jeszcz raz na rysunki 2 , 3 i 4 i

zastanów się, czy opisany “inteligentny”

układ antylokalny wbudowany w Twój

aparat uwzględnia parametry linii twego

patrz na rysunek 5a . Czym w rzeczywis−

tości jest rozgałęźnik? Jego funkcja jest

analogiczna do zadań układu antylokal−

nego w aparacie. Rozgałężnik musi mieć

standardową rezystancję widzianą od

strony linii (oczywiście dla prądów zmien−

nych) równą 600 W i powinien być, podob−

głośnomówiących. Czy zauważyłeś, że w

aparacie głośnomówiącym samowzbu−

dzenie występuje częściej podczas łą−

czenia czy rozłączania rozmowy, niż w jej

trakcie. Chyba wiesz dlaczego − w tym

czasie na końcu twej linii nie dołączono

przepisanej rezystancji 600 W , występuje

tam zapewne rozwarcie, niekiedy zwar−

cie.

Natomiast przenikanie, czyli przesłuch

sygnału w rozgałęźnikach centralowych

(których w torze może być kilka) spowo−

duje powstanie efektu echa. Może za−

uważyłeś to zjawisko gdy telefonowałeś

gdzieś daleko za granicę.

Podsumujmy teraz podane informacje.

Ponieważ w nowoczesnych, cyfro−

wych centralach na wejściu liniowym

standardowo stosuje się rozgałęźnik,

więc aparat telefoniczny w czasie rozmo−

wy “widzi” zawsze tę samą linię i rezystan−

cję wejściową rozgałężnika równą 600 W

(porównaj rysunek 2b ). W starszych cen−

tralach rozmowy lokalne są łączone

“wprost” jak pokazuje rysunek 2a , a roz−

mowy zamiejscowe za pośrednictwem

łącz wielokrotnych wyposażonych w roz−

gałężniki.

Mam nadzieję, że do tej pory wszystko

jest dla Ciebie jasne, no może z wyjąt−

kiem kwestii, czy ma to w Twoim przypad−

ku jakiekolwiek znaczenie praktyczne.

Czy jednak z podanych wiadomości

nie wynika, że można dobrać (zmienić)

równoważnik w Twoim aparacie tak, żeby

dopasować się dokładnie do konkretnej li−

nii? Prawdopodobnie można, w instrukcji

instalacji starych aparatów z węglową

wkładką mikrofonową i transformatoro−

wym układem antylokalnym była za−

mieszczona wskazówka jakie elementy

równoważnika montować, gdy linia jest

długa, a jakie gdy krótka.

Nie namawiam Cię jednak do ekspery−

mentów z indywidualnym dobieraniem

elementów równoważnika. Jest to zada−

nie dość trudne i czasochłonne. Nie sztu−

ka bowiem uzyskać dobre tłumienie dla

jednej częstotliwości. Aby w pełni kontro−

lować uzyskiwane wyniki musiałbyś za−

stosować generator szumu różowego i

analizator widma albo wobulator ze

wskaźnikiem. Ponadto ingerencja w no−

woczesne układy zawierające być może

miniaturowe elementy SMD, ma szansę

zakończyć się uszkodzeniem telefonu.

Niewykluczone, że także pod względem

prawnym taka przeróbka jest nielegalna,

ale tego dokładnie nie wiem.

I to byłby koniec opowieści o aparacie

telefonicznym. Mam nadzieję, że teraz le−

piej rozumiesz działanie tego pożytecz−

nego urządzenia.

Piotr Górecki

Niektóre parametry aparatów telefonicznych współpracujących z krajową analogową

siecią telekomunikacyjną (dokładne dane można znaleźć w PN−92 T−83000).

Rezystancja dla przebiegów zmiennych pasma “telefonicznego” w stanie rozmowy,

widziana od strony linii: 600 W ±10%

Rezystancja stałoprądowa aparatu w stanie rozmowy przy prądzie zasilającym w

zakresie 17...73mA: max 600 W

Prąd stały pobierany przez aparat w stanie spoczynku: max 0,4mA

Moduł impedancji aparatu w stanie spoczynku (układu wywoławczego) przy

częstotliwościach 25Hz i 50Hz i amplitudzie 50V: 3...30k W

Napięcie pracy układu wywołania (dzwonienia) o częstotliwości 25Hz lub 50Hz:

40...90V.

Zakres nieczułości układu wywołania (dzwonienia): 0...16V

Izolacja aparatu (między linią a ewentualnymi częściami metalowymi obudowy):

minimum 500Vsk, 50Hz przez 1minutę

Izolacja aparatu zasilanego z sieci energetycznej (między obwodami sieci i aparatu):

min 4000Vsk 50Hz przez 1min

Tłumienność symetrii aparatu względem ziemii:

dla 300...600Hz: min 40dB

dla 600...3400Hz: min 46dB

Aparat powinien być odporny na impulsy przeciążeniowe występujące w linii (np. od

wyładowań atmosferycznych) o amplitudzie 2kV, czsie narastania 10µs, opadania

700µs o różnej biegunowości zarówno w spoczynku jak i w stanie rozmowy.

rozmówcy? A jeśli dzwoniłbyś do abonen−

ta innej centrali, to czy uwzględnione bę−

dą parametry linii międzycentralowej?

Wyglądałoby na to, że nie! Miej jednak

świadomość, że oglądane rysunki doty−

czą najprostszej sytuacji, jaka występo−

wała w centralach przed wielu, wielu laty.

Dziś sprawa ma się nieco inaczej. Łącza

międzycentralowe, a w nowoczesnych

centralach nawet połączenia lokalne, re−

alizowane są na zasadzie cyfrowej. Nie

będę Ci mącił w głowie szczegółami, mu−

sisz tylko wiedzieć, że w centrali muszą

być rozdzielone tory sygnałów przesyła−

nych w obu kierunkach. W literaturze spo−

tkasz określenie 2W/4W (W − wire − drut,

przewód) dotyczące przejścia z linii dwu−

przewodowej (dwukierunkowej) na czte−

roprzewodową lub na odwrót. Teraz po−

nie jak układ antylokalny w aparacie, do−

pasowany do danej linii abonenckiej aby

sygnał z wejścia nie przedostawał się na

wyjście. Oczywiście znów, tak jak w przy−

padku aparatu, nie sposób zrealizować

tego w sposób doskonały, bo linia linii nie−

równa, więc wystąpi przesłuch na drodze

niewłaściwej, czyli między wejściem a wy−

jściem rozgałęźnika.

Zwróć jeszcze uwagę na rysunek 6a

pokazujący drogę przenikania niepożą−

danych sygnałów (przesłuchów) w sieci

telekomunikacyjnej oraz rysunek 6b ilu−

strujący zasadę tworzenia echa. Oczy−

wiście, gdyby wszystkie rozgałęźniki były

dopasowane do współpracujących linii,

zjawisko wzbudzania czy echa nie mogło−

by wystąpić. Przenikanie sygnału lokalne−

go ma szczególne znaczenie w aparatach

ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/96

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: