Лабораторная работа № 4

Элементная база КУ. Реле. Геркон, гезакон, феррид

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Изучение характеристик, конструкции и принципа действия элементной базы систем коммутации.

ЗАДАНИЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

- Ознакомиться с материалами учебного сайта (см. лабораторную работу №1 данных методических указаний)

- Пройти тестирование в ПО Moodle

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Для выполнения лабораторной работы имеются:

1. Доступ в Интранет ТУИТ

2. Программная оболочка Moodle на сервере Интранет ТУИТ

3. Реле РЭС-14, РПН

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

При выполнении лабораторной работы рекомендуется соблюдать следующую последовательность:

1. Зарегистрироваться в ПО Moodle, следуя указаниям лабораторной работы №1 данного методического указания .

2. Изучить материалы, расположенные в ПО Moodle.

3. Изучить методические указания к данной лабораторной работе.

4. Пройти тестирование в ПО Moodle

5. Ознакомиться в лаборатории с элементной базой систем коммутации.

6. Ответить на контрольные вопросы.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете (рабочей тетради) должны быть приведены основные термины, понятия и определения, описан принцип работы одного из видов реле и приведена его схема.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какое устройство называется коммутационным прибором?

2. Какими параметрами характеризуется коммутационный прибор?

3. Какой способ удержания разговорного тракта приборами типа реле

4. Принцип работы реле

5. Конструкция реле

ЛИТЕРАТУРА

1. Аваков Р.А. и др. Основы автоматической коммутации. – М.: Радио и связь, 1981.

2. Иванова О.И. и др. Автоматическая коммутация.- : Радио и связь, 1988.

3. Методические указания к данной лабораторной работе

4. Программная оболочка для дистанционного образования Moodle

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Коммутационным прибором (КП) называется устройство, которое под воздействием управляющих сигналов может изменять свое состояние своей проводимости, осуществляя соединение входа с выходом. В общем случае КП представляет собой многополюсник, имеющий n входов, m выходов и r входов управления. В таком многополюснике при поступлении одного или нескольких сигналов на входы управления осуществляется соединение одного из n входов с одним из m выходов.

Для коммутации каналов (линий) и построения устройств управления используются различные коммутационные приборы. Коммутационным прибором называется устройство, обеспечивающее замыкание, размыкание и переключение цепей при поступлении в прибор управляющего сигнала.

Изменение проводимости электрической цепи можно осуществить двумя способами: механическим соприкосновением двух токоведущих поверхностей электрической цепи – контактным путем или изменением параметров одного из элементов цепи (сопротивления, емкости, степени намагниченности этого элемента) – бесконтактным путем.

В соответствии с этим различают контактные и бесконтактные коммутационные приборы.

По количеству одновременно коммутируемых электрических цепей приборы коммутации делятся на однопроводные (изменяющими состояние только одной цепи) и многопроводные (одновременно воздействующим на две и более цепи).

Наиболее распространенными КП, используемыми в технике автоматической коммутации, являются реле разного типа, искатели, многократные соединители (координатные, герконовые, ферридовые, интегральные, электронные). Особое место занимает элементная база типа

«микросхемы» разной степени интеграции. На рис. 1. представлены условные обозначения разновидностей коммутационных приборов:

1) Реле 2) Искатели

3) Многократный координатный 4) Соединители МС-Г, Ф, И, Э

соединитель

Рис.1. Разновидности коммутационных приборов

(условние обозначение)

Реле - это коммутационный прибор, имеющий один вход и один выход. Характеризуется двумя состояниями. Переход реле из одного состояния в другое осуществляется под действием внешнего управляющего сигнала, поступающего на управляющий вход r.

Реле подразделяются на электрические, тепловые, механические, гидравлические, фотореле и др.

Наибольшее распространение в технике средств сетей телекоммуникаций получили электромагнитные реле и реле с магнитоуправляемыми герметизированными контактами.

Принцип работы электромагнитного реле заключается в том, что при подаче тока в обмотку электромагнита сердечник намагничивается и притягивает якорь, а якорь, в свою очередь, перемещает подвижные контактные пружины, в результате чего происходит замыкание, размыкание или переключение контактных пружин.

Реле могут быть однообмоточные и многообмоточные (2-3). Обозначение обмоток реле и элементарных контактных групп приведены на рис.2.

Рис. 2. Обозначение обмоток и элементарных контактных групп реле

Наибольшее распространение получили электромагнитные реле РПН, РЭС-9 и РЭС –14. Ниже в таблице 1. приводятся основные параметры этих реле.

Таблица 1.

Параметры реле	РПН	РЭС-14
Наибольшее число контактных групп	3	4
Наибольшее число пружин	18	24
Дополнит. мощность рассеивания, Вт	4-5 Вт	4-5 Вт
Время срабатыв. нормального реле, мс	8-30	10-30
Время отпускания нормального реле, мс	8-20	5-12
Время срабатыв. замедленного реле, мс	20-80	15-100
Время отпускан. замедленного реле, мс	50-200	30-250
Срок службы (число срабатываний)	10⁷	10⁸

Для улучшения функций коммутации контактные группы реле размещают в инертную среду в стеклянные баллоны, уменьшают габариты и увеличивают быстродействие. На этой основе реализуются герконовые (ферридовые) реле и соединители. На рис. 3, 4, 5 представлены схемы, поясняющие работу соответственно геркона, феррида и гезакона.

Основное отличие реле данной группы от РПН и РЭС состоит в том, что у них отсутствует якорь, а магнитопровод включает в себя контактные пружины, замыкая их силой магнитного притяжения.

1- контактные пружины, 3- стеклянная трубка,

2- обмотка, 4- ярмо (корпус)

Рис.3. Конструкция герконового реле и разновидности герконов

а) геркон на замыкание,

б) геркон на размыкание,

в) геркон на переключение.

Герконовое реле используются для коммутации разговорного тракта в квазиэлектронных АТС. Конструктивно герконовое реле представляет собой электромагнитную катушку, внутри которой помещается несколько (в зависимости от необходимости) герконов.

Геркон представляет собой стеклянный баллончик, заполненный инертным газом, в котором находятся контактные пружины (рис. 3). Соприкасающиеся поверхности контактных пластин покрывают слоем золота для обеспечения хорошего качества контакта. Магнитная цепь такого реле состоит из контактных пружин (рис..3), рабочего зазора между ними и ярма (корпуса).

При пропускании тока в обмотке герконового реле наводится магнитный поток Ф, который замыкается через корпус и контактные пружины. Данный магнитный поток создаёт силу тяги между контактными пружинами и замыкает их.

Феррид представляет собой герконовое реле, магнитная система которого изготовлена из магнитного материала с прямоугольной петлей гистерезиса, обладающего остаточным намагничиванием, достаточным для удержания контактов геркона. Иначе говоря, феррид – это герконовое реле с внешней памятью.

Достоинство феррида – это удержание контакта в рабочем состоянии без потребления электроэнергии (свойства памяти), а также управление более короткими импульсами, чем время срабатывания геркона.

Гезакон – герметизированный запоминающий контакт-это герконовое реле с внутренней памятью, что достигается за счет того, что у гезакона пружины изготовлены из магнитного материала с прямоугольной петлей гистерезиса, обладающие достаточной намагниченностью для удержания его пружин в замкнутом состоянии.

Рис. 45.

Лабораторная работа № 5

Искатели. ШИ, ДШИ

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Изучение характеристик, конструкции и принципа действия элементной базы систем коммутации.

Лабораторная работа № 5

Искатели ШИ, ДШИ

ЗАДАНИЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

- Ознакомиться с материалами учебного сайта (см. лабораторную работу №1 данных методических указаний)

- Пройти тестирование в ПО Moodle

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Для выполнения лабораторной работы имеются:

1. Доступ в Интранет ТУИТ

2. Программная оболочка Moodle на сервере Интранет ТУИТ

3. Различные типы шаговых искателей, ДШИ

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

При выполнении лабораторной работы рекомендуется соблюдать следующую последовательность:

1. Зарегистрироваться в ПО Moodle, следуя указаниям лабораторной работы №1 данного методического указания .

2. Изучить материалы, расположенные в ПО Moodle.

3. Изучить методические указания к данной лабораторной работе.

4. Пройти тестирование в ПО Moodle

5. Ознакомиться в лаборатории с элементной базой систем коммутации.

6. Ответить на контрольные вопросы.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете (рабочей тетради) должны быть приведены основные термины, понятия и определения, описан принцип работы одного из видов искателей.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какое устройство называется коммутационным прибором?

2. Какими параметрами характеризуется коммутационный прибор?

3. Определение ШИ

4. Принцип работы ШИ, ДШИ

5. Конструкция ШИ, ДШИ

ЛИТЕРАТУРА

1. Аваков Р.А. и др. Основы автоматической коммутации. – М.: Радио и связь, 1981.

2. Иванова О.И. и др. Автоматическая коммутация.- : Радио и связь, 1988.

3. Методические указания к данной лабораторной работе

4. Программная оболочка для дистанционного образования Moodle

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Электромеханические искатели – это устройства, в которых вход

коммутируется с выходом механическим контактом скольжения. Различают искатели типов ШИ (шаговый) и ДШИ (декадно-шаговый).

Щеточный искатель имеет три основные части: статор (неподвижная часть искателя) или контактное поле, образующее выходы искателя; ротор (подвижная часть) или щетки, которые выполняют роль входа; движущий механизм (привод), перемещающий щетки в требуемое положение (рис.1).

Рис. 1. Кинематическая схема шагового искателя

ЭМ - Электромагнит П – Пружины Храпового колеса Я - Якорь

Х - Храповое колесо Щ - Щётки С - Движущаяся собачка

При поступлении импульса тока в обмотку электромагнита якорь, притягиваясь к сердечнику, обеспечивает посредством рычага с ведущей собачкой перемещение щеток на один шаг. По окончании импульса тока якорь под действием возвратной пружины (рис. 46. пружина П) возвращается в исходное положение. Для предохранения щеток от возвратного движения в механизме искателя имеется стопорная собачка, западающая в следующую впадину храпового колеса после окончания шага движения щеток. При повторном импульсе якорь электромагнита вновь притягивается и щетки перейдут на следующую ламель. Таким образом, в зависимости от числа поступивших импульсов в обмотку электромагнита щетки переместятся на соответствующее число шагов и установятся в определенном положении контактного поля искателя. Основными коммутационными параметрами искателей являются – емкость поля (m) и проводность коммутируемых линий (q).

В декадно-шаговых коммутационных системах (ДШ) с успехом использовались искатели с одним и двумя движениями щеток, последнее позволило увеличить емкость контактного поля до 100 выходов (подъемно-вращательный искатель ДШИ-100).

Декадно-шаговый искатель ДШИ-100 имеет один вход и сто выходов. Составными частями ДШИ- 100 также является статор (контактное поле), ротор и движущий механизм. Контактное поле ДШИ- 100 состоит из трех секций: «а», «b», «с», каждая из которой содержит 10 рядов контактных ламелей. В каждом ряду (декаде) имеется 10 ламелей, расположенных по дуге 80⁰.

Следовательно, искатель типа ДШИ-100, представляет собой коммутационное устройство, соединяющее один трехпроводный вход с любым из ста трехпроводных выходов.

На рис. 2 представлено условное обозначение искателей.

Рис. 2. Условное обозначение искателей

Лабораторная работа № 6

Многократные координатные соединители. МКС, МГС, МИС, МЭС, МФС

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Изучение характеристик, конструкции и принципа действия элементной базы систем коммутации – многократных координатных соединителей.

ЗАДАНИЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

- Ознакомиться с материалами учебного сайта (см. лабораторную работу №1 данных методических указаний)

- Пройти тестирование в ПО Moodle

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Для выполнения лабораторной работы имеются:

1. Доступ в Интранет ТУИТ

2. Программная оболочка Moodle на сервере Интранет ТУИТ

3. МКС, МФС

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

При выполнении лабораторной работы рекомендуется соблюдать следующую последовательность:

1. Зарегистрироваться в ПО Moodle, следуя указаниям лабораторной работы №1 данного методического указания .

2. Изучить материалы, расположенные в ПО Moodle.

3. Изучить методические указания к данной лабораторной работе.

4. Пройти тестирование в ПО Moodle

5. Ознакомиться в лаборатории с элементной базой систем коммутации.

6. Ответить на контрольные вопросы.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете (рабочей тетради) должны быть приведены основные термины, понятия и определения, описан принцип работы одного из видов МКС

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какое устройство называется коммутационным прибором?

2. Какими параметрами характеризуется коммутационный прибор?

3. Принцип работы МКС, МФС, МИС, МЭС

4. Конструкция МКС, МФС, МИС, МЭС

ЛИТЕРАТУРА

1. Аваков Р.А. и др. Основы автоматической коммутации. – М.: Радио и связь, 1981.

2. Иванова О.И. и др. Автоматическая коммутация.- : Радио и связь, 1988.

3. Методические указания к данной лабораторной работе

4. Программная оболочка для дистанционного образования Moodle

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Многократный координатный соединитель (МКС) является основным коммутационным прибором АТС координатной системы. В состав МКС входят следующие конструктивные элементы:

- вертикали (вертикальные блоки);

- выбирающее устройство, состоящее из выбирающих электромагнитов (ВЭ) и выбирающих реек;

- рама, в которой установлено 10 или 20 вертикалей, 10 или 12 выбирающих электромагнитов и 5 или 6 выбирающих реек.

Рис.1. Многократный координатный соединитель МКС 20х10х6

Один и тот же соединитель для коммутации может использоваться многократно. При этом поочередно могут быть установлены соединения во всех вертикалях. Отсюда и название – многократный координатный соединитель – МКС. В одно и то же время в поле МКС может иметь место столько соединений, сколько вертикалей содержит МКС.

На рис.1 упрощенно показан общий вид МКС, имеющий 20 вертикальных блоков (вертикалей), 10 выбирающих электромагнитов, объединенных попарно пятью выбирающими рейками. Такой тип МКС обозначается 20х10х6. Последняя цифра обозначает проводность коммутационной точки.

Для коммутации необходимо срабатывание выбирающего электромагнита (выбор горизонтали) и удерживающего электромагнита (выбор вертикали). После коммутации в работе остается удерживающий магнит (УМ), то есть удержание точки коммутации электрическое.

Конструкция вертикали такого МКС показана на рис. 2 (а).

С целью увеличения емкости поля вводится третья позиция (горизонтальная), позволяющая из емкости вертикали 10 выходов с шестипроводной коммутацией организовать 20 выходов с трехпроводной коммутацией. Роль переключающей третьей позиции выполняют переключающие выбирающие электромагниты ПЭ1 (выходы вертикали 1-10), ПЭ2 (выходы вертикали 11-20). Обозначение 3-х позиционного МКС 20х20х3. Принцип удвоения емкости вертикали показан на рис. 2(б).

Рис.2. Схема вертикалей МКС а) 2-х позиционного; б) 3-позиционного

В зависимости от типа коммутационного элемента, применяемого в соединителях, они бывают не только электромеханические типа МКС, но и герконовые (МГС), ферридовые (МФС), интегральные (МИС), электронные (МЭС). Рассмотрим конструкцию и действие соединителей типа МГС и МФС.

Многократный герконовый соединитель (МГС) представляет собой совокупность герконовых реле, размещенных в n горизонтальных и m вертикальных рядах на общей плате. При этом контакты реле, расположенные по горизонтали, запараллелены и образуют один вход, а те же контакты реле, запараллеленные по вертикали, образуют один выход. Такая плата называется коммутационной матрицей на n входов и m выходов (n x m). Матрица представляет собой полнодоступную однозвенную схему коммутации, в которой каждому входу доступен любой выход. На рис.3 представлена многократная двухпроводная ферридовая матрица с параметрами 8 х 8

Рис.3 Схема двухпроводной герконовой матрицы 8 Х 8

(разговорные провода)

Как видно из рис.3, герконы в коммутационной матрице должны соединяться так, чтобы получился коммутатор с определенным числом входов и выходов. В квазиэлектронных АТС с программным управлением управляющее устройство функционирует по принципу двоичной системы счисления, поэтому для построения коммутационных полей удобно применять коммутационные матрицы ёмкостью кратной 2^k (k = 1, 2, 3 …) по входам и выходам. Например, 4 х 4, 4 х 8, 8 х 8, 8 х 16 и т.д.

Схема коммутации двухпроводного разговорного тракта герконового соединителя с параметрами n = 8 и m = 8 представлена на рис.2.10. Для соединения, например, входа 1 с выходом 8 необходимо обеспечить включение герконового реле ГР 1.8 в точке коммутации, характеризуемой координатами входа и выхода. Для построения МГС могут использоваться герконовые реле как с двумя, так и с одной обмоткой управления. Схема соединения двухобмоточных реле в МГС представлена на рис.4.

Рис.4 Включение двухобмоточного герконового реле в схеме

МГС- 8 Х 8

а) МГС – 8 Х 8 (провода «с» и «d»);

б) точка коммутации МГС – 8 Х 8 (реле двухобмоточное, три геркона)

Для обеспечения срабатывания требуемого реле необходимо пропустить ток через его первую обмотку. Так для срабатывания герконового реле ГР–1.8 необходимо подать импульс тока положительной полярности на горизонтальный провод “c” выхода 8. При срабатывании реле ГР 1.8 через его герконы (рис.4) образуется соединение между входом 1 и выходом 8. Реле ГР 1.8 удерживается за счет протекания тока по второй обмотке через собственный контакт по проводу “d”. Диоды в цепях первых обмоток герконовых реле необходимы для развязки электрических цепей срабатывания.

При построении коммутационной системы (КС) с электрическим удержанием имеет место значительный расход электроэнергии, поскольку при каждом соединении в рабочем состоянии находятся обмотки удерживания реле на каждом из звеньев коммутации. С целью уменьшения расхода электроэнергии для удержания соединительного тракта в КС используется герконовые реле с магнитной блокировкой.

Многократный ферридовый соединитель (МФС) является разновидностью соединителей, построенный на ферридах (герконах с магнитным удержанием). МФС устроен так же, как и МГС в виде матрицы, но в каждой точке коммутации имеется феррид с соответствующими числом контактов (герконов). Схема включения обмоток ферридов для МФС приведена на рис.5.

Рис.5. Схема включения обмоток ферридов в МФС

При построении соединителя МФС используется дифференциальная схема включения полуобмоток феррида, при этом первые обмотки одной вертикали соединяются последовательно, вторые обмотки одной горизонтали также соединяются последовательно (на рис.5 показаны обмотки точки 1-1). Для коммутации точки ток подается на ту горизонталь и вертикаль, на пересечении которых она находится.

Замыкание контактов в точке коммутации осуществляется одновременным прохождением импульса тока от импульсного генератора (ИГ) через соответствующие горизонталь и вертикаль, что обеспечивается предварительным замыканием одного из контактов управляющих реле горизонталей Г1 - Г8 и вертикалей В1 - В8, при этом ферритовый сердечник в точке пересечения перейдет в состояние “1” и контакты этой точки коммутации замкнутся. Размыкаются контакты в точке коммутации при подаче аналогичного управляющего импульса только по горизонтали или только вертикали. Это свойство обеспечивается дифференциальной схемой включения полуобмоток ферритов Х и Y.Для управления работой феррита требуются импульсы тока большой величины (до 10 А), однако длительность импульсов составляет всего 0,1 – 0,5 мс и определяется только временем перемагничивания магнитной системы. После прекращения управляющего импульса, контактные пружины герконов остаются в рабочем состоянии под действием остаточной магнитной индукции магнита.

Последними системами в ряду коммутационных систем являются электронные и цифровые системы коммутации, в которых в качестве коммутационных приборов используется бесконтактная электроника в виде элементарных электронных схем и интегральных схем в виде модулей, выполняющих разные логические функции и имеющие разную степень сложности в зависимости от решаемой задачи. Такими логическими устройствами являются серийные микросхемы.

Лабораторная работа № 7

Оконечные технические устройства. Классификация ТА, ЭАП.

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

. Изучение характеристик, конструкции и принципа действия микрофона, телефона, номеронабирателя. Понятие абонентских терминалов

ЗАДАНИЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

- Ознакомиться с материалами учебного сайта (см. лабораторную работу №1 данных методических указаний)

- Пройти тестирование в ПО Moodle

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Для выполнения лабораторной работы имеются:

1. Доступ в Интранет ТУИТ

2. Программная оболочка Moodle на сервере Интранет ТУИТ

3. Телефонные аппараты.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

При выполнении лабораторной работы рекомендуется соблюдать следующую последовательность:

1. Зарегистрироваться в ПО Moodle, следуя указаниям лабораторной работы №1 данного методического указания .

2. Изучить материалы, расположенные в ПО Moodle.

3. Изучить методические указания к данной лабораторной работе.

4. Пройти тестирование в ПО Moodle

5. Ответить на контрольные вопросы.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете (рабочей тетради) должны быть приведены основные термины, понятия и определения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Понятие оконечных технических устройств

2. Классификация ТА

3. Определение ЭАП

4. Устройство угольного микрофона

5. Микрофон

6. Принцип работы номеронабирателей.

7. Какими параметрами характеризуется нормальный дисковый номеронабиратель?

8. Время выдачи цифры с кнопочного номеронабирателя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аваков Р.А. и др. Основы автоматической коммутации. – М.: Радио и связь, 1981.

2. Иванова Т.И. Абонентские терминалы и компьютерная телефония. – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1999.

3. Иванова О.И. и др. Автоматическая коммутация.- : Радио и связь, 1988.

4. Телекоммуникационные сети и системы. Конспект лекций. – Ташкент, ТУИТ, 2005.

5. Корякин-Черняк С.Л. и др. Телефонные сети и аппараты. – НИЦ. «Наука и техника», 1998.

6. Методические указания к данной лабораторной работе

7. Программная оболочка для дистанционного образования Moodle

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Cети электросвязи выполняют две основные потребительские функции: доступ к сети и коммутация (установление соединения между пользователями). Доступ к сети обеспечивается при помощи определенных оконечных технических устройств – терминального оборудования (разнообразные телефонные и телеграфные аппараты, телефаксы, модемы, специальные терминалы одностороннего и двустороннего действия и т.д.), располагаемые непосредственно у пользователя или в местах общественного пользования. Существуют специальные правила, оговаривающие обязательную последовательность действий пользователя при установлении соединения и передаче сообщения (протокол взаимодействия).

Рассмотрим простейший принцип организации телефонной связи между двумя оконечными терминалами, который практически остался неизменным со времени изобретения телефона. Основу телефонной связи составляют процессы преобразования звуковых колебаний (голоса) в электрические сигналы и обратно. При этом необходимо, чтобы форма акустического сигнала была бы точно отображена формой сигнала электрического и наоборот. Следовательно, на обоих концах соединительного тракта необходимо иметь устройства, которые осуществляли бы эти преобразования. Таким преобразователем при телефонной связи является телефонный аппарат (ТА).

В простейшем классическом ТА речевые сигналы, полученные от источника информации, передаются окружающему воздуху в виде звуковых волн и поступают на угольный микрофон. Под воздействием звуковых волн угольный порошок подвергается механическому воздействию, происходит изменение сопротивления, что приводит к модуляции постоянного тока микрофона (величина постоянного тока составляет несколько десятков миллиампер). Частота модуляции переменного тока соответствует частотам речевого сигнала. На приемном конце переменный модулированный сигнал претерпевает обратное преобразование с помощью электромагнитного телефонного капсюля и в виде звукового сигнала поступает в слуховой канал слушающего.

Для организации двусторонней связи следовало бы организовать соединение терминалов четырьмя проводами (тракт передачи и тракт приема). Однако, учитывая наличие на сетях большого количества оконечных терминалов, такая система оказалась бы не экономичной. Поэтому была изобретена телефонная система, обеспечивающая полное функционирование при двухпроводном соединении. В этом случае двухпроводная линия, соединяющая ТА с коммутационной системой, должна работать в дуплексном режиме для обеспечения режима передачи и приема. Дуплексный режим обеспечивается телефонным трансформатором (дифференциальной системой).

Такая двухпроводная система включения оконечного терминала стала базовой цепью телефонной системы. Она используется даже в наиболее современных цифровых версиях, называемых ISDN (в русской транскрипции ЦСИО – цифровая система интегрированного обслуживания).

Подобная дифференциальная система должна быть обязательно сбалансирована во избежание «местного эффекта», когда говорящий слышит свой собственный голос в трубке. Уровень этого эффекта зависит от величины дисбаланса схемы.

В современных аппаратах, как правило, нет трансформатора. Он заменен электронной схемой, которая сейчас гораздо дешевле трансформатора.

1. Классификация ТА

Телефонные аппараты можно подразделить на следующие 3 группы:

- “классический“ (простой электромеханический или электронный ТА, включенный в городскую или учрежденческую АТС по двухпроводной линии);

- бесшнуровой ТА, отличающийся от “классического” тем, что микротелефонная трубка связана со станционной частью не шнуром, а радиоканалом;

- радиотелефон мобильной связи РТА (сотовый, спутниковый телефон, транкинговый и др.), отличающийся от других видов полным отсутствием проводной линии связи с АТС.

Классификацию “классических” ТА (без ТА специального назначения, та ксофонов, громкоговорящих ТА) можно представить так:

- ТА с дисковым номеронабирателем, электромеханическим приемником вызова, угольным и неугольным микрофоном – третий класс;

- ТА с кнопочным номеронабирателем, тональным приемником вызова, неугольным микрофоном – второй класс;

- ТА с дополнительными функциональными возможностями – первый класс;

- многофункциональные ТА – высший класс.

2. Электроакустические преобразователи

Микрофон - это устройство для преобразования акустических колебаний воздушной среды в электрические сигналы.

В настоящее время существуют различные типы микрофонов, которые находят широкое применение в системах радиовещания, телевидения, телефонии, озвучения, звукоусиления, записи и усиления звука. Микрофон является первым и одним из наиболее важных звеньев любого электроакустического тракта. Поэтому его свойства оказывают огромное влияние на качество работы этого тракта.

Микрофоны в зависимости от назначения подразделяют на профессиональные и бытовые (любительские). Первые из них используют при профессиональной звукозаписи в радиовещании, телевидении, системах звукоусиления, для акустических измерений и т.д. Бытовые микрофоны используют при домашней звукозаписи.

По способу преобразования колебаний микрофоны подразделяют на электродинамические (ленточные и катушечные), электростатические (конденсаторные и электретные), электромагнитные, угольные и др.; по диапазону воспринимаемых частот - на узкополосные (речевые) и широкополосные (музыкальные); по направленности - на ненаправленные (круговые), двусторонненаправленные (восьмеричные или косинусоидальные), односторонненаправленные (кардиоидные, суперкардиоидные, гиперкардиоидные), остронаправленные; по помехозащищенности - на шумозащищенные и обычного исполнения.

По электроакустическим параметрам микрофоны разделяют на четыре группы сложности: нулевая (высшая), первая, вторая и третья. Микрофоны нулевой, первой и второй групп сложности предназначены для звукопередачи, звукозаписи и звукоусиления музыки и речи, микрофоны третьей группы сложности - только для речи. Кроме того, по некоторым параметрам микрофоны подразделяются на устройства высшей и первой категории качества.

Устройство и принцип действия микрофонов

Любой микрофон состоит из двух систем: акустико-механической и механоэлектрической.

Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие ее, а на вторую - прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).

Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

Первым получил распространение угольный микрофон, который и до сих пор используют в телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зернами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Рис. 1. Устройство микрофонов: а - угольного; б - электромагнитного; в - электродинамического; г - ленточного; д - конденсаторного; е - пьезоэлектрического

Угольный микрофон работает следующим образом. При воздействии звукового давления на его диафрагму 1 она начинает колебаться. В такт этим колебаниям изменяется и сила сжатия зерен угольного порошка 2, в связи с чем изменяется сопротивление между электродами 3 и 4, а при постоянном электрическом напряжении изменяется и ток через микрофон. Если, скажем, включить микрофон к первичной обмотке трансформатора Т, то на зажимах его вторичной обмотки будет возникать переменное напряжение, форма кривой которого будет отображать форму кривой звукового давления, воздействующего на диафрагму микрофона.
Основное преимущество угольного микрофона - высокая чувствительность, позволяющая использовать его без усилителей. Недостатки - нестабильность работы и шум из-за того, что полезный электрический сигнал вырабатывается при разрыве и восстановлении контактов между отдельными зернами порошка, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

После угольного микрофона появился электромагнитный микрофон, который работает следующим образом. Перед полюсами (полюсными наконечниками) 2 магнита 3 располагают ферромагнитную диафрагму 1 или скрепленный с ней якорь. При колебаниях диафрагмы под воздействием на нее звукового давления меняется магнитное сопротивление системы, а значит, и магнитный поток через витки обмотки, намотанной на магнитопровод этой системы. Благодаря этому на зажимах обмотки возникает переменное напряжение звуковой частоты, являющееся выходным сигналом микрофона.
Электромагнитный микрофон стабилен в работе. Однако ему свойственны узкий частотный диапазон, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

В противоположность электромагнитному микрофону чрезвычайно широкое распространение для целей озвучения, звукоусиления получил электродинамический микрофон в своих двух модификациях - катушечной и ленточной.

Принцип действия электродинамического катушечного микрофона состоит в следующем. В кольцевом зазоре 1 магнитной системы, имеющей постоянный магнит 2, находится подвижная катушка 3, скрепленная с диафрагмой 4. При воздействии на последнюю звукового давления она вместе с подвижной катушкой начинает колебаться. В силу этого в витках катушки, перерезывающих магнитные силовые линии, возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.
Электродинамический микрофон стабилен, имеет довольно широкий частотный диапазон, сравнительно небольшую неравномерность частотной характеристики.

Устройство ленточного электродинамического микрофона несколько отличается от устройства катушечной модификации. Здесь магнитная система микрофона состоит из постоянного магнита 1 и полюсных наконечников 2, между которыми натянута легкая, обычно алюминиевая, тонкая (порядка 2 мкм) ленточка 3. При воздействии на обе ее стороны звукового давления возникает сила, под действием которой ленточка начинает колебаться, пересекая при этом магнитные силовые линии, вследствие чего на ее концах развивается напряжение.
Т.к. сопротивление ленточки очень мало, то для уменьшения падения напряжения на соединительных проводниках напряжение, развиваемое на концах ленточки подается на первичную обмотку повышающего трансформатора, размещенного непосредственно вблизи ленточки. Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора является выходным напряжением микрофона.
Частотный диапазон этого микрофона довольно широк, а неравномерность частотной характеристики невелика.

Для электроакустических трактов высокого качества наибольшее распространение в настоящее время получил конденсаторный микрофон. Принципиально он работает следующим образом. Жестко натянутая мембрана 1 под воздействием звукового давления может колебаться относительно неподвижного электрода 2, являясь вместе с ним обкладками электрического конденсатора. Этот конденсатор включается в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока Е и активным нагрузочным сопротивлением R. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, в связи с чем в электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает падение напряжения, являющееся выходным сигналом микрофона.
Нагрузочное сопротивление должно быть большим, чтобы падение напряжения на нем не уменьшалось сильно на низких частотах, где емкостное сопротивление конденсатора очень велико и эксплуатация такого микрофона была бы невозможна из-за сравнительно небольшого сопротивления микрофонных линий и нагрузки. По этой причине почти у всех современных конденсаторных микрофонов предусмотрены конструктивно связанные с самим микрофоном усилители, имеющие малый коэффициент усиления (порядка 1), высокое входное и низкое выходное сопротивления.
Конденсаторные микрофоны имеют самые высокие качественные показатели: широкий частотный диапазон, малую неравномерность частотной характеристики, низкие нелинейные и переходные искажения, высокую чувствительность и низкий уровень шумов.

Электретные микрофоны, по существу, те же конденсаторные, но постоянное напряжение для них обеспечивается не обычным источником, а электрическим зарядом мембраны или неподвижного электрода, материалы которых отличаются тем, что способны сохранять этот заряд длительное время.

Некоторое распространение получили микрофоны пьезоэлектрические. Их действие основано на том, что звуковое давление воздействует непосредственно или через диафрагму 1 и скрепленный с ней стержень 2 на пьезоэлектрический элемент 3. При деформации последнего на его обкладках вследствие пьезоэлектрического эффекта возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Действие транзисторных микрофонов (весьма мало распространенных) основывается на том, что под действием звукового давления на диафрагму и скрепленное с ней острие, являющееся одновременно эмиттером полупроводникового триода, изменяется сопротивление эмиттерного перехода через него. Хотя транзисторные микрофоны с диафрагмой достаточно чувствительны, но они недостаточно стабильны и их частотные характеристики даже в сравнительно узком диапазоне частот неравномерны.

Стереофонический микрофон представляет собой систему из двух микрофонов, конструктивно размещенных в общем корпусе на одной оси друг над другом. Для записи по системе XY применяют стереофонические микрофоны, состоящие из двух одинаковых монофонических микрофонов с кардиоидными характеристиками направленности, причем акустические оси левого и правого микрофонов повернуты на 90° относительно друг друга. При записи по системе MS один из микрофонов (микрофон середины) имеет круговую характеристику направленности, а другой (микрофон стороны) - косинусоидальную характеристику направленности.

Рис. 2. Характеристики направленности стереофонических микрофонов

Радиомикрофон представляет собой систему, состоящую из микрофона, переносного малогабаритного передатчика и стационарного приемника. Микрофон чаще всего используют динамический катушечный или электретный. Передатчик либо совмещают в одном корпусе с микрофоном, либо выполняют карманного типа. Он излучает энергию радиочастот в УКВ диапазоне на одной из фиксированных частот. Вследствие влияния дополнительных преобразований в системе "передатчик - эфир - приемник" качественные параметры радиомикрофона уступают параметрам обычного микрофона.

Для приема речи в условиях окружающего шума применяют ларингофоны. Эти приборы воспринимают механические колебания гортани, возникающие при речеобразовании. Для этого ларингофоны (обычно пара) прижимаются к шее в области гортани. По принципу преобразования ранее применялись угольные ларингофоны, а в настоящее время - электромагнитные. Отличие их от соответствующих микрофонов в том, что в них нет диафрагм, на которые воздействует звуковое давление, а подвижный элемент вследствие инерции перемещается относительно корпуса колеблющегося в такт с колебанием гортани, к которой он прилегает.