ГЛАВА 1 ТЕЛЕФОННЫЕ ТРАКТЫ И АППАРАТЫ

 

1.1. ТЕЛЕФОННЫЕ ТРАКТЫ И ИХ СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ

 

Процесс преобразования речевых сигналов в электрические, передача их на расстояние и преобразование последних вновь в речевые сигналы называется телефонной передачей речи. Для осуществления телефонной передачи создаются телефонные тракты, содержащие акустико-электрические (микрофоны М) и электроакустические (телефоны Т) преобразователи, являющиеся составными частями телефонного аппарата ТА, а также соединительные; тракты, состоящие из линейных и станционных устройств сети связи.

Телефонные аппараты предназначены для приема и передача вызывных и речевых сигналов, для посылки адресных (набор номера) сигналов. С помощью телефона ТА обеспечивается прием тональных сигналов, извещающих абонента в процессе создания тракта телефонной передачи о состоянии станционных и линейных устройств, а также о состоянии ТА вызываемого абонента адресную информацию, т. е. информацию о номере ТА вызываемого абонента, передают с помощью номеронабирателя ТА.

Линейные устройства обеспечивают соединение телефонных аппаратов с телефонными станциями и станций между собой. Станционные устройства по адресной информации обеспечивают соединение ручным или автоматическим способом станционных  линейных участков тракта на время разговора.

Телефонные тракты могут быть двухпроводными, четырехпроводными, а также составленными из двух- и четырехпроводных участков. На рис. 1.1 показан четырехпроводный телефонный

 

 

 

тракт, который состоит из двух двухпроводных тёлефонных трактов одностороннего действия и обеспечивает двустороннюю передачу речи. Четырехпроводный телефонный тракт включает в себя: по два участка воздушной среды между преобразователями и речевым и слуховым аппаратами человека на каждом конце тракта, четырехпроводные телефонные аппараты ТА, абонентские линии АЛ, станционные устройства телефонных станций (ТС) и соединительную линию (СЛ), соединяющую эти станции между собой. Четырехпроводной тракт может быть образован с помощью двух двухпроводных физических кабельных или воздушных линий. Тракт такого вида устойчив против самовозбуждения вследствие незначительного электромагнитного влияния между параллельными участками односторонних, двухпроводных трактов и небольшой акустической связи между микрофоном и телефоном, работающим в условиях нагрузки на ухо человека.

Применение на городских телефонных сетях четырехпроводных трактов с использованием четырех жил кабеля экономически нецелесообразно. Поэтому в ТА вводится двухобмоточный трансформатор (рис. 1.2) или трехобмоточный с балансным контуром„

 

с помощью которого обеспечивается подключение преобразователей ТА к двухпроводной АЛ. Трехобмоточный трансформатор с балансным контуром образует дифференциальную систему,  которая уменьшает электрическую обратную связь между микрофоном и телефоном телефонного аппарата.

Стремление повысить использование физических воздушных, кабельных соединительных линий большой протяженности приводит к необходимости введения многоканальных систем передачи, требующих перехода с двухпроводной линии на четырехпроводной телефонный канал и наоборот (рис. 1.3). Для этой цели на телефонных станциях устанавливаются дифференциальные системы.

 

 

Однако таким трактам свойственна электрическая обратная связь 

между передающим и принимающим участками тракта, включаемыми в ДС. Электрическая обратная связь, обусловленная несовершенством балансировки ДС, снижает устойчивость тракта против самовозбуждения. Для повышения устойчивости тракта необходимо создавать коммутационные системы, позволяющие коммутировать четырехпроводные участки тракта, что сокращает число ДС, последовательно включенных в телефонный тракт.

Основными требованиями, предъявляемыми к качеству передачи речи по телефонному тракту, являются разборчивость, громкость и натуральность воспроизводимой речи на приемном конце тракта, что необходимо для ведения разговора без напряжения. Для оценки качества передачи речи по телефонным трактам отдельным его участкам международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии МККТТ разработал нормы оценки качества телефонной передачи, а по ним — специальные эталонные тракты для получения количественных оценок качества. Качество телефонной передачи в значительной мере определяется телефонометрическими, электроакустическими, электрическими, механическими и климатическими параметрами телефонных аппаратов. Параметры ТА нормируются и должны соответствовать ГОСТ 7153 — 68.

Структурная схема телефонного аппарата АТС приведена на рис. 1.4. Телефонный аппарат содержит: вызывные, разговорные приборы, рычажный переключатель РП, номеронабиратель. Номеронабиратель обеспечивает передачу адресной информации и

может быть дисковым (НД) или кнопочным (НК), который иногда называется тастатурой.

 

 

Переключение провода  абонентской линии от вызывных приборов к разговорным осуществляется рычажным переключателем РП. К вызывным приборам относятся приемники, а иногда и передатчики сигналов вызова, к разговорным — микрофон, телефон или громкоговоритель и дифференциальная система ДС

При передаче речи на передающем конце тракта звуковые колебания от рта говорящего воздействуют на микрофон., а на приемном конце тракта звуковые колебания, создаваемые телефоном, воздействуют на ухо слушающего. В воздушных пространствах между преобразователями и органами речи и слуха человека образуются звуковые поля, которые также являются звеньями тракта. Поэтому, прежде чем перейти к изучению преобразователей, необходимо рассмотреть основные характеристики звукового поля- свойства звуков речи и слуха человека.

 

 

1.2. ЗВУКОВОЕ ПОЛЕ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

Пространство, в котором распространяются звуковые волны, называют звуковым полем. Процесс преобразования и распространения звуков в звуковом поле обусловлен взаимодействием молекул упругой среды. Звуковое поле характеризуется смещением молекул среды от положения их устойчивого равновесия х и скоростью колебания молекул о. Для простого гармонического звука

 

 

где Хм— амплитуда смещения молекул среды в процессе колебаний; а — угловая частота колебаний; t — время колебаний; о- акустическая скорость; VД — амплитуда акустической скорости,

Энергетическими характеристиками звукового поля являются звуковое давление р(1) и интенсивность звука 1.

Звуковым давлением называется избыточное по сравнению с атмосферным давлением в данной точке звукового поля, создаваемое источником звука. Результирующее давление в данной точке звукового поля составит

 

где р— атмосферное давление; р(t) — избыточное над атмосферным переменное звуковое давление.

Закон изменения звукового давления определяется характером колебаний тела, возбуждающего звук. Для гармонического колебания

 

 

где Рм— амплитуда изменения звукового давления.

При расчетах пользуются действующим значением звукового давления, которое для гармонического звука равно

 

 

Единицей звукового давления является паскаль (Па), численно равный силе в один ньютон, деленной на один квадратный метр [Н/м2].

Интенсивностью звука называется удельная мощность (мощность, приходящаяся на единицу площади), переносимая звуковой волной. Интенсивность звука 1 выражается в ваттах на квадратный метр (Вт/м). При телефонной передаче речи с некоторым приближением принимают, что звуковая энергия переносится плоской волной.

Для звукового поля с плоскими волнами акустическое сопротивление измеряется в килограммах, деленных на метр квадратный в секунду (кг/м), и определяется по формуле

 

 

Для расчетов и количественного анализа акустических явлений удобнее пользоваться не абсолютными характеристиками звукового поля, а их уровнями, выраженными в относительных логарифмических единицах децибелах (дБ), соответствующими а определенным физиологическим ощущениям. Это объясняется весьма широкими пределами изменения величин У и Р. Поэтому использование абсолютных величин приводит к неудобствам при вычислениях и их графическом изображении. Кроме того, изменение интенсивности звука ухо человека ощущает как изменение его громкости. Ощущение прироста громкости звука с увеличением его интенсивности подчиняется психофизиологическому закону Вебера —Фехнера, по которому прирост ощущения пропорционален лога- рифму отношения раздражений. Для получения прироста ощущения в децибелах коэффициент пропорциональности принимают равным десяти.

Для определения уровней интенсивности и звукового давления на любой частоте приняты интенсивность нулевого уровня Jo=t =10 2 Вт/м и звуковое давление нулевого уровня Р,= = 2.10 —' Па. Величины Jo и Р, приблизительно соответствуют минимальной интенсивности и минимальному звуковому давлению, воспринимаемыми человеческим ухом в области частоты 1000 Гц. Таким образом, уровни интенсивности и звукового давления, измеряемые в децибелах, вычисляются по формуле

 

 

Для определения уровней сложных звуков, например звуков речи или шумов, используется понятие спектральных уровней В>, т. е. уровней энергии, приходящейся на полосу частот шириной 1 ГЦ. Если суммарная интенсивность сложного звука или шума в полосе частот Af равна  то спектральная интенсивность будет 1,=1ду/ф, а спектральный уровень интенсивности где Вду — уровень интенсивности звука, просуммированной в по. лосе частот Af.

 

 

1.3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СЛУХА И ОЦЕНКИ СЛУХОВОГО ОЩУЩЕНИЯ

 

Звуковое ощущение у человека возникает вследствие воздействия на барабанную перепонку органа слуха упругих колебаний среды. Орган слуха человека может улавливать только те звуковые колебания, интенсивность звука которых больше некоторой минимальной величины, называемой порогом слышимости. Кривая, соединяющая точки, соответствующие порогу слышимости каждой из частот, называется кривой порога слышимости. Для каждой частоты звукового диапазона с увеличением интенсивности звука возрастает громкость звука данной частоты до тех пор, пока в ухе не возникает ощущение боли. Эта величина интенсивности звука называется порогом болевого ощущения. Кривая соединяющая точки, соответствующие порогу болевого ощущения каждой из частот, называется кривой порога болевого ощущения.

 

 

Указанными кривыми как по частоте, так и по интенсивности ограничена область слухового ощущения (рис. 1.5). Пороги слышимости звуков при моноуральном (одним ухом) ПСМ и биноуральном {двумя ушами) слушании ПС различны. Биноуральный, порог лежит несколько ниже моноурального, так как при слушании двумя ушами результирующий порог определяется сложением слуховых ощущений, Между пороговыми кривыми находится множество кривых слухового восприятия равной громкости. Каждая из этих кривых является Геометрическим местом точек, соответствующих тонам разных частот и имеющих равную громкость.

Кривые слухового восприятия или кривые равной громкости говорят о широких возможностях и об исключительном совершенстве уха как индикаторе звуковых колебаний. Например, при частоте 1000 Гц человеческое ухо способно воспринимать звуковые колебания интенсивностью от 1 до 10- Вт/м2, т. е. интенсивность слышимого на этой частоте звука лежит в пределах, относящихся друг к другу как 10". Это отношение называется динамических диапазоном слуха и выражается в дёцибелах (дБ)

Уровень ощущения является разностью уровня интенсивности звука определенной частоты и уровня интенсивности звука той же частоты на пороге слышимости и определяется

При воздействии на ухо человека сложных звуков. (звуков речи, шума) со сплошным спектром частот каждое волокно основной мембраны внутреннего уха возмембраны внутреннего уха возбуждается не только звуковым колебанием с резонансной часто- той, которой соответствует частота его собственных колебаний, но и составляющими спектра, лежащими ниже и выше резонансной частоты в определенных пределах. Полоса частот, ограниченная этими пределами, называется критической полосой слуха Af>. Она характеризует интегральную и избирательную способности слуха по частоте. За счет интегральной способности слуха происходит усиление слухового ощущения

 

 

 

каждой частоте спектра. Приращение уровня ощущения в этом случае оценивается логарифмической шириной критической полосы слуха к=101д. Зависимость этой величины от средней частоты критической полосы слуха f представлена на рис. 1.6 при моноуральном (кривая 1) и виноуральном (кривая 2) слушании.

Уровень ощущения участка звука сплошного спектра, определенный с учетом критической полосы слуха AfД средняя частота которого совпадает со средней частотой воспринимаемого ухом участка спектра, называется эффективным уровнем ощущения. Эффективный уровень ощущения вычисляется по формуле

Сумма определяет общую величину энергии, создающую результирующий эффект на данной частоте  которой соответствуют спектральный уровень  и логарифмическая ширина критической полосы слуха к.

Мерой громкости звука является уровень громкости. Звуковые колебания с разными частотами и одинаковыми интенсивностями воспринимаются с разной громкостью. Колебания с разными частотами и интенсивностями могут восприниматься с одинаковой громкостью, если точки, соответствующие этим интенсивностям, лежат на одной кривой равной громкости. Например, громкость звука f=0,2 кГц и 1=10  Вт/м будет равна громкости звука f=1 кГц и 1=  Вт/м (см. рис. 1.5). Уровень громкости звука любой частоты определяют уровнем интенсивности звука с частотой 1000 Гц, равногромкого с этим звуком. Уровень громкости измеряется в фонах (фон). Уровень громкости звука определенной частоты определяется по кривым равной громкости или рассчитывается по формуле 

С помощью кривых равной громкости (см. рис. 1.5) можно решать очень важный вопрос о характере звучания при воспроизведениям звука с пониженной или повышенной громкостью по сравнению с громкостью оригинального звучания.

Человеческое ухо обладает свойством изменять свою чувствительность, приспосабливаясь к громкости воспринимаемого звука вследствие изменения порога слышимости. Это свойство называется адаптацией слуха. Процесс адаптации происходит не мгновенно, а с некоторым запаздыванием, во времени (3 — 5 с). С этим явлением приходится считаться при разработке схем телефонных аппаратов;

Если орган слуха находится под воздействием двух звуков различных громкостей, то более громкий звук, даже при значительной разнице в частотах, заглушает слабый звук и ухо воспринимает не два, а один звук, Это явление называется маскировкой

 

 

Маскирующее действие может быть количественно оценено повышением порога слышимости какого-либо звука при Я1новременном воздействии маскирующего звука. Влияние маскировки звуков при их восприятии человеческим ухом можно показать на рис.

1.7. Полезный сигнал состоит из двух тонов частот  и  со звуковым давлением Р1 и Р2 соответственно, маскирующий тон имеет частоту и звуковое давление. Звуковое давление,  превышает звуковое давление тонов частотами f1 и f2, поэтому последние не воспринимаются. При отсутствии маскирующего тона f< все составляющие полезного сигнала будут восприниматься органом слуха.

Эффект маскировки, как видно из рис. 1.7, проявляется не только в области частот, близких к основному маскирующему тону, но и в области его гармоник, Маскирующее действие могут оказать шумы и переходные разговоры с соседних, телефонных трактов. Количественной оценкой маскировки М является разность между уровнем интенсивности на новом пороге слышимости НПС полезного звука при наличии маскирующего звука и уровнем интенсивности на пороге слышимости ПС этого же звука отсутствии маскирующего звука:

Если маскировка осуществляется не чистым тоном, а шумом со сплошным спектром, что имеет место на практике, то сдвиг порога слышимости на каждой частоте в силу интегральной способности слуха будет создаваться составляющими маскирующего спектра, заключенными в пределах полосы  центром которой является данная частота f1.

 

 

Расчет маскировки при воздействии на полезные сигналы шума сплошного спектра проводится с учетом эффективного уровня ощущения шума, который принято обозначать. Спектральный уровень шума В находится по его спектральной характеристике В =<р(/).

Характеристика комнатного шума с уровнем 60 дБ приведена на рис. 1.9.

 

1.4. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОВ РЕЧИ

 

Образование звуков речи происходит в результате работы голосового аппарата человека. В процессе разговора легкие через бронхи и трахею создают поток воздуха, поступающий через вибрирующие голосовые связки. Голосовые связки, то сжимая, то открывая голосовую щель, пропускают воздух импульсами (рис. 1.10), частота следования которых постоянна для данного человека и

 

 

 равна частоте свободных колебаний голосовых связок. Частотный спектр получающегося при этом звукового давления (рис. 1.11), содержит большое число гармонических составляющих, амплитуда которых уменьшается с ростом частоты. Высота основного тона

 характеризует тон голоса говорящего: бас — 80 — 320 Гц;— 250 — 1200 Гц. Основной тон в большинстве случаев почти не играет роли для распознавания звуков речи. При этом 65%7 мощности приходится на звуковые колебания с частотами Гц. Воздушная струя проходит через систему резонаторов, которые образуются воздушными объемами полостей рта и носоглотки, видоизменяющихся в процессе произнесения различных звуков положением языка, зубов и губ.

Наличие этой системы резонаторов обусловливает изменение гармонических составляющих: амплитуды одних усиливаются, других ослабляются. Характерные для разных звуков речи усиленные области частот называются формантными областями или просто (рис. 1.12). Форманта характеризуется либо занимаемой

 

ею частотной полосой либо средней частотой, соответствующей максимуму амплитуды звукового давления в формантной полосе, и средним уровнем энергии в этой полосе.

Звуки речи различаются друг от друга по числу формант и их расположению в частотном спектре. Разборчивость передаваемой речи зависит от того, какая часть формант дошла до  слушающего без искажений и какая исказилась. Менее мощные составляющие, лежащие между формантами, определяют индивидуальные особенности голосового аппарата человека, тембр речи н вместе с основным тоном позволяют узнавать говорящего по голосу.

Представленный выше вид спектральной характеристики (см. рис. 1.12) соответствует гласному звуку, обладающему периодичностью. Согласные звуки образуются без участия голосовых связок вследствие трения струи воздуха при прохождении его через отверстие между зубами и твердым небом. Согласные звуки непериодичные, их частотные спектры полностью сплошные или содержат в своем составе участки сплошного спектра. Они также различаются формантами. Речевой сигнал несет в себе информацию смысловую и интонационную, информацию о типе голоса и его индивидуальной окраске. При разговоре средней громкости суммарная действующая величина звукового давления на расстоянии 1 м от рта говорящего равна приблизительно 0,1 Н/м.

На основании исследования звуков русской речи можно указать основные их спектральные и временные характеристики.

К спектральным характеристикам относятся:

диапазон частот звуков русской речи, занимающий полосу -этот от 80 до 12 000 Гц;

диапазон основных тонов, занимающий полосу от 80 до 300 Гц,  причем частота основного тона при» разговоре составляет для мужчины 150 Гц, для женщины 250 Гц;

диапазон формант, занимающий полосу частот от 200 до 8600 Гц; число формант в звуках, достигающее в отдельных звуках шести. Однако определяющими для каждого звука являются одна или две из них. Большая часть формант находится и диапазоне частот от 300 до 3400 Гц, поэтому этот диапазон частот рекомендован МККТТ для передачи по телефонному тракту;

спектр речи; характеризующий зависимость среднего в течение длительного времени спектрального уровня интенсивности речи от частоты. Эта зависимость для русской речи при суммарном действующем звуковом давлении 1,5 Н/м приведена на рис. 1.13. На этом же рисунке представлен также спектральный уровень формант В ф в зависимости от частоты. Уровень  больше уровня В ф, так как частотный спектр речи, кроме формант, содержит и другие составляющие звуков речи. Спектральные характеристики звуков речи являются главными, но для распознавания особенно согласных звуков существенное значение имеют и временные факторы.

К временным характеристикам относятся:

длительность звуков речи, лежащая в пределах от 20 до 260 мс, причем гласные звуки длительные согласных;

длительность пауз в непрерывном разговоре, составляющая 16% от суммарного времени разговора.

Мощность звуковых колебаний речи весьма мала. Средняя мощность при шепоте 0,01 мкВт, нормальном разговоре 10 мкВт,  крике отдельные пиковые значения составляют 5000 мкВт. Диапазон изменения мощности звуков речи выражают в логарифмическом масштабе, измеряют в децибелах, и называют динамическим диапазоном речи:

 

 

По телефонным трактам обеспечивается передача более узкого динамического диапазона речи, составляющего 30 — 40 дБ.

 

1.5. ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

 

Устройства, преобразующие электрическую энергию в звуковую (акустическую) или звуковую в электрическую, называются электроакустическими преобразователями.

В телефонной аппаратуре для передачи речи применяются электроакустические преобразователи различных систем и типов, которые классифицируются по принципу действия и по назначению. По принципу действия преобразователи делятся на электро- магнитные, электродинамические, электростатические (конденсаторные), пьезоэлектрические, угольные, транзисторные. Перечисленные выше системы преобразователей, кроме угольных и транзисторных, могут работать как в качестве микрофонов, так и в качестве телефонов, поэтому они называются обратимыми преобразователями. Угольный, конденсаторный и транзисторный преобразователи требуют для своей работы источник питания электрической энергией и поэтому называются активными.

По назначению преобразователи делятся на передающие микрофоны и ларингофоны и приемные телефоны и громкоговорители.

 

 

1.6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ТЕЛЕФОН И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

Принцип действия

Телефона — преобразователь электрических колебаний в звуковые, предназначен для работы в условиях нагрузки на ухо человека. Принцип действия электромагнитного телефона основан на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых постоянным магнитом и электромагнитом телефона. Результатом такого взаимодействия является изменение силы, действующей на ферромагнитные мембрану или якорь, жестко связанный с мембраной.

Электромагнитные телефоны выпускаются с простой и дифференциальной магнитными системами. Устройство капсюльного электромагнитного телефона с простой электромагнитной системой показано на рис. 1.14. Все детали помещены в пластмассовый

 

 

корпус, закрытый крышкой с отверстиями. Мембрана удерживается силой постоянного магнита или дополнительно зажимается крышкой по краю.

В зависимости от направления тока в обмотке переменный магнитный поток либо увеличивает начальную силу притяжения мембраны, либо ее уменьшает, Изменяющаяся сила вызывает колебания мембраны с амплитудой А что сопровождается излучением звуковых волн. Поскольку сила притяжения прямо квадрату магнитного потока, для синусоидального тока, протекающего по обмотке телефона, сила, действующая на мембрану, определяется из выражения

 

где 1/(4пй) — коэффициент пропорциональности;  плошадь  эквивалентного поперечного сечения магнитного потока между концом полюсной надставки и мембраной; Ф — магнитный поток, созданный постоянным магнитом телефона; Ф — амплитуда переменного магнитного потока, созданного протекающим по обмотке синусоидальным током. Раскрывая выражение (1.23), получим

 

Выражение (1.24) указывает на то, что сила F представляет собой геометрическую сумму трех сил: F< — — 2к,Ф и воздействует на мембрану телефона с угловой частотой в, совпадающей с частотой тока, протекающего по виткам обмотки телефона; F — 0,5 соз2а1 приводит к нелинейным искажениям, так как сообщает мембране колебание с удвоенной частотой; постоянная сила, обеспечивает прогиб мембраны в сторону постоянных магнитов,

Если Ф =О, то F=0,5к,Ф— 0,5к т. е. телефон без постоянного магнита возбуждает колебания с удвоенной частотой. Следовательно, постоянный в телефоне необходим для обеспечения преобразования электрической энергии в звуковую с частотой, соответствующей частоте тока, протекающего по обмотке телефона, при минимальных допустимых нелинейных искажениях (2 — 3%) и получения максимального акустического эффекта, т. е. максимальной чувствительности телефона. Для снижения нелинейных искажений необходимо отношение амплитуд сил F( и F g сделать как можно большими  увеличения магнитного потока, постоянного магнита Ф, Однако увеличение Ф

возможно только до оптимального его значения Ф  при котором произведение магнитных потоков в мембране телефона Ф  максимально (рис. 1.15), следовательно, максимальны сила F< и интенсивность возбуждаемого звукового поля. Поэтому в телефоне применяется постоянный магнит из твердого магнитного материала  с высокой степенью насыщения, а для обеспечения значения Ф  к полюсам постоянного магнита на определенном расстоянии от мембраны прикрепляются полюсные надставки из магнито мягкого материала (пермаллой) определенного сечения.

Дальнейшее увеличение Ф приводит к насыщению мембраны, т. е. к уменьшению магнитной проницаемости, а следовательно, к увеличению сопротивления магнитной цепи для переменного магнитного потока. Произведение Ф - зависит также от свойств материала мембраны (трансформаторная сталь,) и ее толщины. Применение полюсных надставок позволяет

 

 

получить оптимальный магнитный поток в мембране, повысить  акустический эффект телефона, снизить нелинейные искажения а  потери на гистерезис.

На рис. 1.16 показан эскиз электромагнитного телефона с дифференциальной электромагнитной системой. В процессе преобразования энергии якорь находится под воздействием двух сил:

 

Следовательно, сила действующая на якорь и приводящая в колебание мембрану, будет являться разностью этих силы

 

 полученного выражения следует, что в телефоне с дифференциальной электромагнитной системой сила, приводящая в колебание якорь с частотой тока, протекающего по виткам обмотки телефона, больше аналогичной силы, действующей на мембрану телефона с простой электромагнитной системой, и отсутствуют нелинейные искажения обусловленные удвоенной частотой колебания мембраны.

Конструктивно телефоны с дифференциальной электромагнитной системой сложнее и дороже телефона с простой электромагнитной системой поэтому они не находят широкого применения в ТА общего назначения.

 

Электромеханические свойства телефона и eгo сопротивление

Телефон является нагрузкой телефонного тракта, поэтому его  сопротивление определяет электрическую мощность, поступающую в телефон й преобразуемую им. В телефоне, как в обратимом преобразователе, существует связь между механическими и электрическими процессами. Эта связь состоит в том, что при прохождении тока i по его обмотке возникает действующая на мембрану механическая сила F, вызывающая колебания мембраны со скоростью о. Колебания мембраны вызывают изменения магнит. ного потока в магнитопроводе телефона и возникновение в обмотке телефона  против электро движущей силы с. При этом в телефоне имеет место равенство отношений

 

 

 где К — коэффициент электромеханической связи или коэффициент преобразования. Чем больше К, тем большая доля энергии одного вида превращается в энергию другого вида. Возникновение противоэлектродвижущей силы в процессе преобразования электрической энергии в звуковую влияет на величину сопротивления телефона Z,. Сопротивление телефона с учетом его электромеханических свойств можно определить путем решения системы линейных уравнений

 

(1.30) Первое уравнение системы (1.29) представляет собой уравнение динамического равновесия мембраны телефона при рассмотрении ее в качестве некоторого эквивалентного поршня, колеблющегося со скоростью, равной скорости колебания центра мембраны телефона, и вызывающего то же смещение воздуха, что и реальная мембрана телефона. Параметры эквивалентного поршня вычисляются по параметрам реальной мембраны [25]. Первое уравнение системы (1.29) показывает, что сила, действующая на мембрану телефона и вызывающая смещение ее на величину а, преодолевает реакции приведенных массы М, сопротивления трения R и упругости Е. Пользуясь равенством (1.28) и решив систему уравнений (1.29), можно получить выражения для сопротивления телефона Z, при колеблющейся мембране:

 

 

— сопротивление телефона при заторможенной

Колебательное сопротивление ZД является электрическим эквивалентом реакции механической системы телефона. Оно зависит от объема воздуха, в котором происходит излучение, и от свойств среды, заполняющей этот объем. Электрическая мощность, потребляемая сопротивлением Е является той частью общей мощности, которая потребляется телефоном от электрической цепи, преобразуется им в мощность механическую и расходуется как в акустической нагрузке преобразователя, так и в его механической системе. Механическое сопротивление Z — это сопротивление, которое преодолевает сила, приводящая в колебание мембрану телефона.

Зависимость сопротивления телефона от частоты при заторможенной Z, и колеблющейся Z, мембранах показана на комплексной плоскости рис, 1.17.

 

 

Частотные характеристики чувствительности телефонов

Чувствительность телефона и ее частотная характеристика относятся к эксплуатационным параметрам телефона. Качество телефона как преобразователя электрической энергии в звуковую характеризуется чувствительностью — отношением величины звукового давления Р, развиваемого телефоном в камере искусственного уха, к величине действующего значения переменного напряжения 0 приложенного к его зажимам, измеряемого в паскалях на вольт (Па/В) г

 

 

Искусственное ухо— прибор, имитирующий среднюю акустическую нагрузку на телефон, создаваемую ухом человека. Зависимость чувствительности телефона от частоты при постоянной величине действующего значения переменного напряжения на его зажимах называется частотной характеристикой чувствительность телефона. Частотная характеристика резонансных телефонов отличается значительной неравномерностью в области частот преобразуемых колебаний. Частотные характеристики нерезонансных телефонов равномерны в широкой полосе частот.

На рис. 1.18 показаны частотные характеристики телефонов) ТК-47, ДЭМК-7T, ТА-4 и ТК-67. Наибольшую неравномерность имеет характеристика старого капсюля ТК-47.         Неравномерность характеристик обусловлена резонансом мембраны телефона, так как частота ее собственных колебаний находится в диапазоне 700 — 1000 Гц, и резонансом масс воздуха в акустических резонаторах акустической системы телефона.

Неравномерность частотной характеристики, измеряемая в децибелах, обусловливает амплитудно-частотные искажения, величина которых оценивается коэффициентом неравномерности частотной характеристики чувствительности телефона:

 

где S,— максимальная и минимальная чувствительности для заданного диапазона частот .

Для сравнения телефонов одного типа пользуются понятие средней чувствительности в заданном диапазоне частоты

 

 

где и — число частот, на которых проводилось измерение S,. Величина средней чувствительности телефона не учитывает сопротивления телефона и не позволяет сравнить его с другими типами телефонов по потребляемой им мощности из электрической цепи. Для сравнения телефонов с учетом потребляемой ими мощности качество последних обычно оценивают приведенной чувствительностью. Приведенная чувствительность телефона — это чувствительность, которую имел бы телефон, если бы модуль его входного сопротивления был равен 600 Ом при той же потребляемой мощности,

Средняя приведенная чувствительность определяется  (1.34), (1.35). Качество телефона оценивается величинами 5т.,р и Мт. Для увеличения 5,,р размеры мембраны и материал для ее изготовления выбирают так, чтобы частота ее собственных колебаний находилась в диапазоне передаваемых частот. Для выравнивания частотной характеристики чувствительности телефона в его механико-акустическую систему вводят акустическую перегородку которая делит на две части объем воздуха под мембраной.

 

 

Акустическая перегородка 5 имеет форму диска с двумя отверстиями 3, затянутыми шелком, и двумя отверстиями для полюсных надставок 2. Она изготавливается из пластмассы и кладется в специальный паз корпуса телефона таким образом, чтобы полюсные надставки немного выступали над ней. Благодаря применению этой перегородки чувствительность телефона на частоте собственных колебаний мембраны резко снижается, а чувствительность в области низких и высоких частот несколько возрастает, что приводит к выравниванию частотной характеристики, т. е. к уменьшению. Это происходит потому, что объем воздуха между мембраной и акустической перегородкой совместно с воздухом, колеблющимся в отверстиях акустической перегородки, демпфирует колебание мембраны на резонансной частоте.

Акустическое корректирование понижает величину  поэтому акустическая коррекция применяется в телефонах с высокой средней чувствительностью, которую можно получить при изготовлении телефона из более качественных материалов. Это, в свою очередь, увеличивает стоимость телефона. На рис. 1.19 приведен эскиз телефона ТК-67, в котором применен корректирующий диск (акустическая перегородка) 5.

В настоящее время в эксплуатации с простой электромагнитной системой находятся телефоны ТА-4, ТК-67, с дифференциальной ДЭМК-7Т, основные характеристики которых приведены в  табл. 1.1. 4

 

 

 

1.7. УГОЛЬНЫЙ МИКРОФОН И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ Принцип действия

 

Угольный микрофон — необратимый активный преобразователь звуковых колебаний в электрические. Принцип его действия основан на свойстве угольного порошка изменять сопротивление электрическому току в зависимости от величины давления на порошок, вызывающего его уплотнение и разрыхление. Устройство угольного микрофона и включение его в электрическую цепь представлены на рис. 1.20.

При отсутствии звуковых колебаний мембрана микрофона находится в состоянии покоя, а в цепи микрофона под воздействием

 

 

напряжения U протекает постоянный ток питания микрофона 1й. При разговоре перед мембраной микрофона образуется звуковое поле, переменное звуковое давление которого действует на мембрану микрофона, При увеличении давления на мембрану последняя прогибается в сторону угольного порошка, сжимает его; уменьшает сопротивление, вследствие чего ток в цепи микрофона возрастает. При уменьшении давления на мембрану происходят разрыхление угольного порошка, увеличение сопротивления микрофона и уменьшение тока в его цепи. Таким образом, вследствие колебаний мембраны микрофона в. первичной обмотке трансформатора будет протекать изменяющийся по величине и постоянный по направлению ток, который называется пульсирующим. Переменная составляющая этого тока во вторичной обмотке трансформатора наводит переменную электродвижущую силу (ЭДС) звуковой частоты, наличие которой приводит к появлению тока в  цепи нагрузочного сопротивления Z. Угольный микрофон может преобразовывать звуковые колебания в электрические только при условии пиления его от источника постоянной ЭДС.

 

Сопротивление угольного микрофона

 

Сопротивление угольного микрофона зависит от его состояния (статического при отсутствии звукового давления или динамического при его наличии), величины тока питания микрофона, положения микрофона в пространстве, конструкции угольной ячейки микрофона, сорта угольного порошка и расстояния  между электрода ми.

В простейшем случае при воздействии на микрофон гармонического звукового колебания в условиях линейной зависимости сопротивления угольного порошка от изменения звукового давления сопротивление микрофона в динамическом состоянии

Изменение сопротивления микрофона под действием звуковой волны представлено на рис. 1.21. Видно, что переход из статического R, в динамическое состояние происходит за время неустановившегося процесса 4, равного нескольким миллисекундам. Это приводит к увеличению сопротивления микрофона примерно на 20 — 30. Через  сопротивление микрофона достигает своего среднего значения  относительно которого происходит изменение сопротивления микрофона в динамическом состоянии. Увеличение сопротивления микрофона в динамическом состоянии объясняется разрушением контактных «мостиков» между зернами угольного порошка. В статическом состоянии микрофона сопротивление его практически также не остается постоянным, а претерпевает нерегулярные изменения, вызываемые непрерывным изменением контактных мостиков между угольными зернами порошка. Это приводит к образованию ЭДС собственного шума микрофона величиной 0,05 — 0,5 мВ. Электродвижущая сила собственного шума микрофона возрастает с увеличением статического сопротивления Лс и тока питания микрофона 19.

Зависимость сопротивления микрофона от тока питания в статистическом и динамическом состояниях имеет падающий характер (рис. 1,22), так как уголь имеет отрицательный температурный коэффициент. Другой причиной является образование при увеличении температуры контактных мостиков с пониженным сопротивлением. При больших токах питания может произойти  канне зерен и микрофон выйдет из строя.

 

 

Сорт угольного порошка также влияет на величину сопротивления микрофона, которое, в свою очередь, определяет его маркировку (табл. 1.2). Применяется угольный порошок двух сортов В  диаметром зерен d;=0,2 и 0,35 мм. Диаметр зерен порошка выбирают с учетом величины  напряжения, приложенного к микрофону U, и величины тока питания 19 при соблюдении установленных норм качества передачи речи. Нижний предел 19 определяется минимально допустимыми чувствительностью и ЭДС микрофона, верхний — максимально допустимым уровнем собственного шума микрофона. Собственный шум угольного микрофона почти не оказывает влияния на качество передачи при напряжении, приходящемся на одно

В зерно угольного порошка в цепи между электродами

 

 

Сопротивление микрофона-зависит от расстояния между электродами, которое примерно равно 1.4.мм,

Пример. Телефонный аппарат ТА удаленного абонента включен на телефонную станцию ТС через абонентскую линию с сопротивлением R =-2 кОм. Микрофон получает питание от центральной батареи ЦВ, установленной на ТС, через обмотки питающих реле ПР с сопротивлением 500 Ом каждая и R, Номинальное напряжение UB V=60 В при допустимом колебании в пределах 58 — 66 В. С каким сопротивлением микрофон обеспечит качественную передачу речи, если для eгo зарядки использован порошок с d, 0,2 мм, а расстояние между электрода микрофона 1=1,4 мм

1) Если микрофон будет иметь сопротивление  то для поставленных условий:

 

 

где ю,— число зерен между электродачику Среднеомный микрофон с R100 Ом s заданных условиях использовать нельзя, так как он будет развивать незначительную ЭДС (Ip,м,оО,OI87 А( (0,025А) и не обеспечит необходимое качество передачи речи, несмотря на то, что U0,30 В(1 В и ЭДС собственного микрофона мала.

2} Если Р-300 Ом, то lp=0,0176 А и О,, 086 В. В атом случае микрофон с К=ЗОО Ом обеспечит заданное качество передачи речи, так как lp 0,0176 А>0,012 А и У — 0,86 8<1 В.

 

Электродвижущая сила микрофона

 

На рис. 1.23 показана электрическая. схема, в которой работает микрофон, нагруженный сопротивлением Ям, и находится под действием синусоидального изменяющегося звукового давления. р = Р sin азу. Так в микрофонной цепи

 

 

 

Величина т называется коэффициентом модуляции, который зависит от чувствительности микрофона и от интенсивности звука, действующего на его мембрану.

Разлагая выражение (1.40) в степенный ряд, получим

 

 

Отсюда видно, что микрофон в процессе преобразования энергии вносит в тракт передачи нелинейные искажения (15 — 20%). Для снижения нелинейных искажений необходимо, чтобы  было

 

мало по сравнению с величиной. Громкий разговор увеличивает коэффициент модуляции, но снижает разборчивость речи. Для современных микрофонов т=0,2, поэтому

 

 

Второе слагаемое в выражении (1.42) является переменной составляющей тока микрофонной цепи и позволяет определить ЭДС микрофона.

Электродвижущая сила микрофона определяется как

 

 

Из выражения (1.43) видно, что величина пропорциональна величине тока питания  и амплитуде переменной составляющей сопротивления микрофона  которое, в свою очередь, зависит от звукового давления (рис, 1.24 а и б),

Для получении значительной величины в среднеомных микрофонах необходимо увеличить 1о. Такую же по величине в высокоумных микрофонах можно получить 'при меньшем 11. При небольших звуковых давлениях ЭДС микрофона меняется незначительно вследствие небольшого изменения сопротивления  угольного порошка. Величина звукового давления Р =0,003 Па, при котором ЭДС начинает возрастать прямо пропорционально звуковому давлению, называется порогом чувствительности микрофона. Верхний предел звукового давления Р2 10 Па, при котором ЭДС микрофона практически перестает расти, характеризует перегрузку микрофона.

Микрофон не только преобразует энергию, но и является усилителем мощности с коэффициентом усиления по мощности, равным отношению Вт, а знаменатель — средняя мощность звуковых колебаний, действующих на мембрану микрофона, равная 1 мкВт- 10- Вт.

 

 

Частотные характеристики чувствительности микрофона

 

Чувствительностью микрофона называется отношение действующего значения ЭДС Е В, развиваемой микрофоном, к звуковому давлению Р, Па, действующему на его мембрану и измеренному в той точке поля, в которой помещен микрофон

Зависимость чувствительности микрофона от частоты при постоянной величине звукового давления называется частотной характеристикой чувствительности микрофона (рис. 1.25). Частотные характеристики микрофонов имеют неравномерный характер, обусловленный резонансными свойствами отдельных элементов микрофона. Максимальная чувствительность на частоте 1200 - 1600 Гц возникает вследствие совпадения частоты звуковых колебаний с собственной частотой колебания мембраны. Для обеспечения же относительно равномерного прохождения частот разговор. ного спектра микрофоны и телефоны конструируют таким образом, чтобы в диапазоне передаваемых частот минимальным значениям чувствительности телефона соответствовали бы максимальные значения чувствительности микрофона. Коэффициент неравномерности частотной характеристики чувствительности микрофона, ДБ,

 

 

соответственно максимальная и минимальная чувствительности микрофона в заданном диапазоне частот. Микрофоны характеризуются средней чувствительностью в задан. ном диапазоне частот f, — f2:

 

 

Для сравнения микрофонов вводится понятие приведенной чувствительности, т. е. чувствительности, которую имел бы микрофон при внутреннем сопротивлении 1 Ом и сохранении отдаваемой мощности.

Качество угольного микрофона можно улучшить снижением не стабильности его параметров во времени и зависимости сопротивления микрофона от положения его в пространстве, герметизацией угольного порошка, уменьшением амплитудно-частотных И нелинейных искажений. Сказанное достигается улучшением качества угольного порошка, подбором размеров и формы электродов и ячейки, совершенствованием акустической системы микрофона. Частотная характеристика чувствительности микрофона выравнивается путем улучшения акустической системы микрофона. Для усиления звуковых колебаний в той или иной области частот микрофон снабжается рупором. Перечисленные выше методы улучшения качества микрофона отражены в конструкции микрофона МК-16, эскиз которого представлен на рис, 1.26,

 

 

Угольный микрофон широко применяется для телефонной передачи речи, так как имеет сравнительно низкую стоимость, простое устройство и обладает способностью усиливать колебания. Однако наряду с этими ценными свойствами угольный микрофон имеет недостатки; нестабильность характеристик во времени, значительные нелинейные и частотные искажения, вносимые микрофоном в тракт передачи, зависимость параметров микрофона от его положения и пространстве, спекание и гигроскопичность зерен угольного порошка.

 

 

 

 

 

1.8. ТЕЛЕФОННЫЕ АППАРАТЫ

 

Классификация телефонных аппаратов

 

Телефонные аппараты классифицируются по назначению, по способу электропитания микрофонов, по способу обслуживания вызовов, поступающих на станцию от ТА, по конструкции и по схеме включения разговорных приборов в ТА.

По назначению ТА делятся на аппараты общего и специального назначения. К первым относятся аппараты общего пользования и таксофоны, ко вторым — аппараты специально назначения — корабельные (влагонепроницаемые), шахтные (взрывобезопасные), военно-полевые, ТА для группового включения, ТА с запоминающим устройством для возможности сокращенного набора номера, ТА с громкоговорителем и др. К телефонным аппаратам общего назначения предъявляются следующие основные требования: высокое качество приема и передачи речи, прочность, надежность, удобство пользования, невысокая стоимость, технологичность при производстве.

По способу электроцит а н ия микрофонов ТА подразделяются на аппараты системы местной батареи — ТА МБ (батарея электропитания напряжением Умв =3 В размещается либо внутри корпуса ТА, либо поблизости от него) и аппараты системы центральной батареи — ТА ЦБ, в которых микрофон получает питание по проводам абонентской линии от центральной батареи, размещаемой на телефонной станции (Уцв=24, 48, 60 В). Находят также применение, главным образом для связи в полевых условиях, безбатарейные ТА, в которых угольный микрофон заменяется электромагнитным.

По способу обслуживания вызовов, определяемому типом телефонных станций, ТА подразделяются на аппараты ручных телефонных станций ТА РТС и автоматических телефонных станций ТА АТС.

По конструкции ТА подразделяются на стационарные (стольные, настенные) и переносные.

По  с п о с о б у   в к л ю ч е н и я  разговорных приборов телефонные аппараты классифицируются на ТА с постоянной схемой (микрофон и телефон постоянно включены в линию во время разговора) и ТА с переменной схемой (микрофон включается в линию только при передаче, а телефон — только при приеме речи), Так включаются разговорные приборы в некоторых ТА специального назначения. Телефонные аппараты с постоянными схемами делятся на ТА с местным эффектом и без него (противоместные схемы). Местным эффектом называется явление прослушивания своего разговора и шумов помещения в телефоне своего ТА.

 

Основные приборы телефонного аппарата

 

В телефонных аппаратах общего назначения главным образом применяют угольные м и к р оф он ы и электромагнитные телефоны. Конструкция микротелефонной трубки обеспечивает такое расстояние между ртом говорящего и микрофоном, которое способствует повышению мощности, отдаваемой микрофоном нагрузке, и снижению влияния шумов помещения на качество передачи и приема речи. Микротелефонная трубка со схемой ТА- соединяется трехпроводным или четырехпроводным шнуром. Кроме микрофона и телефона, к разговорным приборам относятся телефонный т р а н с ф о р м а т о р с замкнутым магнитопроводом. стержневого или броневого типа. Назначение телефонного трансформатора состоит в том, чтобы отделить цепь питания микрофона от цепи переменного тока телефона, поскольку наличие постоянного тока в цепи телефона может привести к насыщения магнитной системы телефона или к ее размагничиванию, т. е. в: уменьшению его чувствительности. Затухание, вносимое трансформатором в телефонный тракт, не должно превышать при частоте 800 Гц. Применение телефонного трансформатора позволяет увеличить дальность действия телефонной связи.

Помимо разговорных приборов, каждый телефонный аппарат содержит вызывные приборы, с помощью которых осуществляются посылка и прием вызова. Прибором, воспринимающим вызов, является поляризованный звонок переменного тока (рис. 1.27}.

 

 

Звонок преобразует электрический ток частотой 25 Гц в акустические колебания. Магнитная система и принцип действия поляризованного звонка переменного тока аналогичны магнитной системе и принципу действия электромагнитного телефона с дифференциальной магнитной системой (см. рис. 1.16) с той лишь разницей, что притяжения якоря то к одному, то к другому сердечнику сопровождаются ударами бойка о звонковые чашки. При этом сила, действующая на якорь, будет определяться из выражения (1.27).

Ток чувствительности звонка лежит в пределах 2 — 3 мА. Обычно звонок регулируется на частоту вызывного тока 25 Гц.

Н о м е р о н а б и р а т е л ь предназначен для формирования сигналов адресной информации о вызываемой абонентской линии, различных службах телефонной сети, которые передаются на АТС для автоматического управления установлением соединения. Принцы устройства дискового номеронабирателя НД представлен на рис. 1.28. Номеронабиратель состоит из заводного диска 1 с отверстиями и неподвижного диска 2, на котором нанесены цифры 1, 2,  9, 0 под соответствующими отверстиями диска (. На оси 4 диска 1 укреплены конец возвращающей спиральной пружины 3, сегмент 5 для. переключения пружин контактных групп н2 — н4 и шестеренка.6. На второй оси 9 размещены шестеренка 7 с собачкой, храповое колесо 8, шестеренка 1и и импульсная палетка 12, служащая для размыкания контактов н1. Шестеренка 10 служит для передачи вращения центробежному регулятору скорости 11.

При повороте диска 1 заводится пружина 3, ось 9 при этом остается неподвижной, так как собачка скользит по зубцам храпового колеса 8, скрепленного с осью 9. После того как абонент, доведя палец до упора 13, отпустит диск, последний под действием. пружины 8 возвращается в исходное положение. При этом при. ходит в движение ось 9, так как теперь собачка упирается в зубы храпового колеса. Центробежный регулятор обеспечивает постоянство скорости вращения оси 9. Палетка 12 при вращении вместе с осью 9 попеременно размыкает и замыкает импульсный контакт.

При обратном ходе диска палетка производит на два размыкания больше. Два последних размыкания шунтируются при помощи контакта н2, который размыкается при заводе диска 1 и за мыкается после создания нужного числа размыканий, что достигается при помощи сегмента 5. Таким образом, интервал времени (межсерийное время) между двумя последовательными наборами цифр удлиняется и составляет примерно 700 мс. При последовательном наборе подряд двух или более единиц межсерийное время равно примерно пяти периодам следования импульсов, вследствие чего обеспечивается устойчивая работа коммутационных приборов АТС.

Для шунтирования во время набора номера схемы разговор. ной части ТА и обмотки телефона в номеронабирателе предусмотрены шунтирующие контакты н8 и н4. Контакт кЗ исключает влияние реактивных элементов схемы ТА на работу импульсного реле АТС. Контакт н4 замыкается несколько раньше, чем контакт нЗ, а размыкается несколько позже, что исключает влияние на телефон нестационарных процессов, возникающих при шунтировании и снятии шунта схемы ТА.

Номеронабиратель надежно работает, если он выдерживает без регулировки и замены деталей 100 млн. заводов пальцевого диска от цифры «О» до упора. Номеронабиратель должен обеспечивать стабильность частоты посылки импульсов и постоянное соотношение между временем размыкания гр и временем замыкания t» импульсной цепи (абонентского шлейфа). Во всех системах номеронабирателей частота посылки импульсов равна 10 импульсам в секунду с колебаниями +10% (9 — 11 импульсов в секунду}. Отношение времени размыкания ко времени замыкания импульс» ных контактов называется импульсным коэффициентом К=/р/1„ В отечественных номеронабирателях импульсный коэффициент принимается равным 1,4 — 1,7.

Для удобства абонента и экономии его времени при наборе номера, а также повышения использования коммутационных приборов-АТС разработаны и выпускаются TA с кнопочным номеронабирателем.

Кнопочный номеронабиратель ИК обеспечивает передачу адресной информации на ATC при нажатии кнопок. Для передачи адресной информации с кнопочного номеронабирателя используются различные способы передачи сигналов: импульсный, гальванический и частотный. В первом случае формируются импульсы и паузы различной продолжительности. При гальваническом способе изменяется сопротивление абонентской линии путем шунтирования контактами кнопок соответствующих резисторов, размещаемых в телефонном аппарате, а в приемном устройстве ATC устанавливаются группы реле, рассчитанных на различные токи срабатывания. В перспективных ТА будет применяться многочастотный способ, при котором используются сигналы раз личных частот разговорного спектра. Число частот определяется типом выбранного кода.

Для частотного способа передачи адресной информации МККТТ рекомендует двухгрупповой код. В ТА с кнопочным номеронабирателем (рис. 1.29) устанавливаются два транзисторных

 

 

генератора Г1 и Г2 с самовозбуждением. Значение посылаемых частот достигается изменением индуктивности или индуктивности и емкости, указанных на схеме и в табл. 1.4 колебательных контуров генераторов при нажатии соответствующих кнопок номеронабирателя. Посылка в линию двух частот (по одной из каждой группы) обеспечивается нажатием одной из десяти кнопок (1 — О). Кнопка действует на металлический стержень с выступами, которые замыкают контакт номеронабирателя Н и два контакта, по одному в цепи каждого генератора.

Частоты выбраны в диапазоне выше 500 и ниже 2000 Гц, что обеспечивает лучшую защиту приемников от разговорных токов и меньшее переходное влияние между телефонными трактами.

Двухгрупповой код позволяет создать максимум 16 сигналов, из которых пока используются 10. Две комбинации частот, выбираемые нажатием кнопки Х или У, являются вспомогательными и могут использоваться, например, при выходе на междугородную станцию Х и для подключения к ЭВМ вычислительных цент. ров у.

 

 

 

Опыт пользования кнопочным номеронабирателем показал, что на передачу одной цифры в среднем затрачивается примерно 0 75 с, в то время как в дисковом номеронабирателе — 1 5 с. Уменьшение времени передачи адресной информации имеет существенное значение при большой значности абонентских номеров. Уменьшение времени повышает производительность труда операторов, которые по роду своей деятельности должны часто производить вызовы с телефонного аппарата. Выпускаются ТА, в которых устанавливаются дисковый и кнопочный номеронабиратели, а также комплект программирующего устройства. В этом комплекте запрограммированы номера часто вызываемых абонентов. Телефонный аппарат с программирующим устройством, например «Элетап», позволяет запрограммировать 60 номеров значностью до 8 каждый.

 

Местный эффект и его влияние на качество телефонной связи

 

Принципиальные схемы аппаратов МБ и LI,Б с местным эффектом приведены соответственно на рис. 1.30 а, б.

Схема вызывной части аппарата, системы ЦБ отличается от аналогичной части схемы аппарата системы МБ тем, что посылка

 

 

 

 

 

сигнала вызова на станцию с аппарата МВ осуществляется сиг. налом переменного тока, посылаемым от индуктора И. Схема разговорной части ТА ЦБ отличается от схемы ТА МБ тем, что микрофон в ТА Ll5 включен последовательно со вторичной обмоткой трансформатора, а телефон — с первичной.

Характерная особенность телефонных аппаратов с местным эффектом состоит в том, что звуки речи говорящего перед микрофоном и окружающие шумы заметно прослушиваются в телефоне собственного аппарата, так как ток от микрофона говорящего абонента попадает не только в телефон слушающего, но и в свой телефон.

При непосредственном разговоре говорящий также слышит свою речь (местный эффект через воздух). При этом говорящий слышит свою речь с уровнем громкости, примерно на 23 дБ меньшим уровня громкости у своих губ. При телефонном разговоре вследствие усилительной способности микрофона уровень собственной речи, воспринимаемой через телефон, может быть приблизительно на 24 дБ выше громкости уровня собственной речи, воспринимаемой через воздух при непосредственном разговоре, что приводит к повышению порога слышимости. На ухо слушающего воздействуют также местные шумы через микрофоны и телефон своего аппарата. Таким. образом местный эффект резко снижает дальность и качество передачи речи за счет маскировки сигналов небольшого уровня, поступающих с линии. Для снижения влияния местного эффекта применяют противоместные схемы ТА.

 

Противоместные схемы ТА ЦБ

 

В противо местных ТА при передаче речи достигается значительное ослабление тока, протекающего через свой телефон, по сравнению с током, поступающим с линии. Широкое применение нашли две разновидности противоместных схем ТА — мостовая и компенсационная. На рис. 1.31 представлена мостовая (дифференциальная) схема ТА ЦБ, а на рис. 1.32 — его эквивалентная схема при работе на передачу. На рис. 1.32 обозначено: EM — ЭДС генератора, эквивалентного угольному микрофону; RM — сопротивление микрофона при передаче; Z — входное сопротивление линии; Z6 — сопротивление балансного контура; число витков, индуктивность и сопротивление телефонной обмотки трансформатора; L6, r6 — то же, балансной обмотки трансформатора; — то же, линейной обмотки трансформатора; L — индуктивность обмотки трансформатора с числом витков создаваемый микрофоном, в точке b разветвляется  ток линии 1и ток балансного контура 16. Чтобы при передаче ток в телефоне равнялся нулю 1,=0, т. е. выполнялось условие совершенной противоместности, необходимо соблюдать равенство магнитодвижущих сил линейной и балансной обмоток трансформатора, т. е.

При этом токи 1б и 1л в телефонном аппарате, работающем на передачу, создают два магнитных потока в сердечнике трансформатора, которые компенсируют друг друга, и общий магнитный по

 

 

совершенной противоместности, необходимо соблюдать равенство магнитодвижущих сил линейной и балансной обмоток трансформатора, т. е.

 

 

При этом токи 1б и I в телефонном аппарате, работающем на передачу, создают два магнитных потока в сердечнике трансформа. тора, которые компенсируют друг друга, и общий магнитный по

 

 

ток оказывается равным нулю. Следовательно, пренебрегая магнитным рассеянием в трансформаторе, получим!

Если входное сопротивление линии Z представить в виде

 

сопротивление балансного контура — в виде  то на основании  (1.53) можно написать где U — напряжение между точками а и b. Учитывая (1.51)- подставляя полученные значения токов в (1.52), после преобразования получим

 

 

 (1. 54) из которого определяются величины активного сопротивления и емкости конденсатора балансного контура  (см. рис, 1,31), а именно:

 

Выражение (1.53) справедливо для низких и средних частом спектра 300 — 3400 Гц. Для высоких частот указанное выражение неточно, так как при выводах не учитывались индуктивности рас. сеяния обмоток трансформатора. Очевидно, что условие совершенной противоместности будет выполняться только на расчетной частоте. При отклонении от расчетной частоты условие совершенной противоместности нарушается и тем значительнее, чем больше это отклонение. Чтобы условие совершенной противоместности выполнялось в некотором диапазоне частот, для которого расчетная частота является средней, необходимо усложнять балансные контуры.

Рассмотрим работу мостового аппарата ЦБ на прием (рис. 1,33), полагая, что eгo балансный контур рассчитан на условие

 

 

речи Рис. 1.34. Схема ТА ЦБ Рис. 1.35. Эквивалентная с двумя источниками схема ТА ЦБ для рас- ЭДС чета тока в телефоне при приеме речи совершенной противоместности. Все сопротивления, входящие в схему аппарата, за исключением сопротивления микрофона, остаются при приеме теми же, что и при передаче. Для упрощения будем считать сопротивление микрофона при приеме и передаче равным R. Электродвижущую силу, действующую в линейном контуре, обозначим через Е, а токи в телефонной и микрофон- ной цепи — через I1,, I<Д>. На основании теоремы о компенсации можно доказать, что ток в телефоне при приеме речи не зависит от сопротивления микрофона.

Включим в ветвь (рис, 34) с током I(Д) навстречу друг другу два источника с ЭДС и численно равными E~=RI. При этом токи во всех ветвях схемы не изменятся. Относительно точки с потенциал в точке d повышается на величину  относительно точки d потенциал в точке Ь понижается на ту же величину. Следовательно, U=U,. Это значит, что источник  и сопротивление можно удалить из схемы, не изменяя токов во всех ее ветвях.

Таким образом, в цепи микрофона (диагонали уравновешенного моста) остается источник ЭДС E по отношению к которому схема ТА находится в условиях совершенной противоместности.

Следовательно, ток в телефоне не будет изменяться, если со« противление микрофона будет принимать любое значение от 0 . Поэтому схему телефонного аппарата при приеме с учетом  можно представить эквивалентной схемой (рис. 1.35), которая получена после приведения сопротивлений телефонного кон. тура к обмотке с числом витков (Тогда ток 1(т) при работе ТА на прием равен

 

 

если выразить через  коэффициент трансформации Ф (l.53), а также пренебречь ветвью с числом витков э и индуктивностью, что справедливо для средних и высоких частот.

Ток l(y) будет максимален при равенстве реактивных составляющих сопротивлений Z, и ZД,

Из этого выражения находим расчетное значение Ир, при котором 1(т) имеет максимальное значение. 6,

 

Частоту Ир выбирают в верхней части диапазона разговорного спектра, в котором мала чувствительность телефона.

Для выбранной частоты /р — и известных значений рассчитывают коэффициент трансформации и, при котором можно будет получить максимальную мощность в телефоне, по формуле

 

 

В компенсационной противо местной схеме ТА условие совершенной противоместности при передаче речи достигается при наличии переменного магнитного потока в сердечнике трансформатора. Направление токов в ветвях схемы при передаче и приема соответственно указано на рис. 1.36. Как видно из схемы, цепь телефона имеет магнитную и электрическую связь с линейной и. балансной обмотками автотрансформатора Тр, обмотки которого включены согласно. Так, протекающий через сопротивление ZД при передаче создает на нем падение напряжения, а токи, протекающие по обмоткам w a и ил, индуцируют в обмотке ЭДС, пропорциональную разности потоков, создаваемых балансной и линейной обмотками. Если магнитодвижущая сила , а результирующая ЭДС в обмотке ж, будет равна по величине и противоположна по фазе падению напряжения на компенсационном сопротивлении  то тока в телефоне не будет. При соответствии

 

для невключения протекания постоянного тока через телефон, и, кроме того, он является элементом балансного контура. Основные расчетные формулы для ТА компенсационного типа приведены в

 

 местные схемы телефонных реяла паратов перекрывают большее затухание линии по сравнению Рис. 1.37. Зависимость предельного за TA, Имеющими местный затухания линии от уровня шума в месте приема для ТА с местным и для ТА эффект. Зависимость предельно, без эффекта перекрываемого затухания линии от уровня шума в месте приема для ТА с местным эффектом и для ТА без него указана на рис. 1.37. Разборчивость речи при использовании TA с противо местной схемой выше по сравнению с разборчивостью TA с местным эффектом,   расчете витков обмоток автотрансформатора и величины Я„можно добиться отсутствия тока в цепи телефона и, следовательно, выполнения условия совершенной противоместности на расчетной частоте.

При приеме речи токи в обмотках w, имеют одно на. правление, вследствие чего эффект компенсации не возникает и в телефоне слышна принимаемая

речь.

 

Принципиальные схемы ТА АТС

 

Принципиальные схемы телефонных аппаратов АТС мостового  и компенсационного типа, выпускаемые нашей промышленностью, приведены на рис. 1.38, 1.39 соответственно, Телефонный аппарат т. к.

 

 

TA-72 является аппаратом настольного типа с мостовой схемой, в которой резисторы R l, R2 и конденсаторы Cl, С2 в совокупности образуют четырехэлементный балансный контур. Диоды Д l, Д2 при малой длине абонентской линии защищают ухо абонента от акустических ударов и уменьшают силу щелчка при заводе и возвращении диска номеронабирателя, поэтому контакты 1 — 2 но меронабирателя, шунтирующие телефон, в TA последних выпусков не устанавливаются. При снятии микротелефонной трубки конденсатор С1 вместе с конденсатором С2 и резистором R l образует контур, подключенный параллельно к импульсному контакту б — 7 номеронабирателя. Контакт 3 — 4 но. меронабирателя предназначен для шунтирования разговорной  части схемы аппарата.

В телефонном аппарате ТА-66 с компенсационной схемой и автоматической регулировкой громкости (рис. 1.39) в качестве микрофона И использован капсюль МК-16Т, а в качестве телефона Т — дифференциальный электромагнитный телефон ДЭМК-7.

Для обеспечения автоматической регулировки громкости приема автотрансформатор Тр снабжен дополнительной четвертой об. моткой 1V с сопротивлением постоянному току, равным 5 Ом. Эта обмотка соединена через резистор Я б и мостовую схему (диоды Л1 — Д4, резисторы R8 и R4) с микрофоном М. Включение мостовой схемы последовательно с микрофоном не оказывает заметного влияния на его работу. Так как обмотка IV вместе с указанным мостом присоединены параллельно к обмотке телефона Т, то на абонентской линии небольшой длины ток питания микрофона уменьшает сопротивления плеч моста Д1 — Д2 и ДЗ — Д4 и обмотка телефона шунтируется, а вследствие этого уменьшается громкость принимаемой речи. С увеличением длины абонентской линии ток питания микрофона уменьшается, сопротивление моста увеличивается и уменьшается влияние шунтирующей цепи теле. фона. Таким образом, автоматическая регулировка громкости обеспечивает примерно одинаковую громкость на линиях разной длины. При достаточно длинной линии приборы АРГ оказывают незначительное влияние на прием речи.

 

ГЛАВА 2 ОСНОВЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОММУТАЦИИ

 

2.1. ПРИНЦИПЫ КОММУТАЦИИ.

 

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

Под коммутацией понимается процесс замыкания, размыкания и переключения электрических цепей. На сетях электросвязи посредством коммутации осуществляют соединения между оконечными абонентскими устройствами для передачи (приема) информации. Коммутация осуществляется на коммутационных узлах (КУ), являющихся составными частями сети электросвязи. На- помним, что сеть электрической связи представляет собой совокупность технических средств; предназначенных для передачи (приема) информации, и состоит из абонентских устройств (телефонных аппаратов ТА), линий (каналов) связи и коммутационных узлов (рис. 2.1).

 

 

Абонентские устройства соединяются с коммутационным уз. лом абонентскими линиями (АЛ). Коммутационные узлы, находящиеся на территории одного города (или населенного пункта), связаны соединительными линиями (СЛ). Если же коммутационные узлы находятся в разных городах, то они связаны между собой через междугородную телефонную станцию посредством внутризоновых линий, если они находятся в одной зоне, и внутризоновыми и междугородными линиями, если они находятся в разных зонах.

Коммутационный узел, в который включаются абонентские линии, называется коммутационной станцией или просто станцией.

            В некоторых случаях абонентские линии включаются в подстанции. Лицо, пользующееся оконечным абонентским устройством для передачи и приема информации, называется абонентом. Для передачи информации от одного о конечного абонентского устройства сети к другому требуется установить соединение между этими устройствами через соответствующие узлы и линии связи.

Для осуществления соединении на коммутационных узлах устанавливается коммутационная (соединительная) аппаратура, обеспечивающая соединение линии вызывающего оконечного устройства с линией вызываемого оконечного устройства через линии связи.

Совокупность линейных и станционных средств, предназначен ных для соединения оконечных абонентских устройств, называется соединительным трактом. Количество коммутационных узлов между соединяемыми оконечными устройствами зависит от структуры сети и направления соединения.

Чтобы осуществить требуемое соединение на коммутационный узел, от вызывающего оконечного устройства должна поступить информация о номере вызываемого оконечного устройства, называемая адресной информацией, а из коммутационного узла в оконечные устройства посылаются сигналы для оповещения абонентов о различных состояниях процесса установления соединения (сигналы ответа станции, посылки вызова, занятости и т. д.). Коммутационные узлы могут соединяться между собой посредством физических цепей или уплотненных линий, в которых образовано требуемое число каналов.

Под каналом понимают совокупность технических средств (линейных и станционных), обеспечивающих передачу информации между двумя смежными коммутационными узлами а также между оконечными устройствами и коммутационной станцией. После установления соединительного тракта между оконечными устройствами передача информации может осуществляться лишь после подключения к этому тракту приемника информации. Поэтому трактом передачи информации называют совокупность соединил тельного тракта, передатчика и приемника, обеспечивающую передачу и прием информации между соединенными оконечными устройствами.

На коммутационных узлах соединение может устанавливаться на время, необходимое для передачи одного сообщения, например одного телефонного разговора, или на длительное время, превышающее время передачи одного сообщения. Коммутация первого вида называется оперативной; а второго — кроссовой (долговременной). Оперативная коммутация осуществляется коммутационными приборами, которые занимаются на время установления соединения, передачи сообщении и возвращения приборов в исходное состояние. Кроссовая коммутация выполняется путем соединения линии (каналов) на промежуточных щитах согласно предварительным требованиям абонентов или в соответствии с заранее установленным расписанием на сеансы связи. Эти соединения в настоящее время производятся персоналом узла вручную. Однако в дальнейшем они могут устанавливаться автоматически специальными коммутационными приборами,

 

 

На рис. 2.2 для примера показана сеть связи, состоящая 83 трех коммутационных узлов (станций), обеспечивающая соединение оконечных устройств как через одну станцию, так и через две.

 

 

 

2.2. СТРУКТУРА КОММУТАЦИОННОГО УЗЛА

 

Коммутационный узел КУ предназначен для приема, переработки и распределения поступающей информации. Для выполнения своих функций коммутационный узел должен иметь (рис. 2.3) коммутационную систему КС, едназначенно соединения входящих

 

и исходящих (каналов) на время передачи информации; управляющее у с т р о й с т в о УУ, обеспечивающее установление соединения между входящими и исходящими линиями через коммутационную систему, а также прием и передачу управляющей информации. К аппаратуре для приема и передачи управляющей информации относительно регистры Рея кодовые приемники I18 Рис. 2.3.  схема коммутационного передатчики и пересчетные устройства; линейные комплекты входящих и исходящих линий (каналов) ЛК, предназначенные для приема и передачи линейных сигналов по входящим и исходящим линиям, для выделения каналов на уплотненных линиях, а также для приема и передачи сигналов управления; ст а н ц но н и ы е к о м п е л к т ы СК, предназначенные для питания микрофонов телефонных аппаратов, для приема и передачи управляющих сигналов в процессе установления соединения. Кроме того, на узле имеются устройства ввода и вывода линий (кросс), источники электропитания, устройства контроля, сигнализации и учета пара метров телефонного сообщения. В некоторых случаях КУ может иметь устройства п р нема и хранения информации, если таковая передается не непосредственно потребителю информации, а предварительно накапливается на узле, Такие узлы применяются в системах коммутации сообщений,

Коммутационные узлы и станции классифицируются по ряду признаков:

по виду передаваемой информации (телефонные, телеграфные, вещания, телеуправления, передачи данных и др.);

по способу обслуживания соединений (ручные, полуавтоматические, автоматические);

по месту, занимаемому в сети электросвязи (оконечные станции, подстанции, узлы входящего и исходящего сообщения);

по типу сети связи (городские, сельские, учрежденческие, междугородные);

по типу коммутационного и управляющего оборудования (электромеханические, механоэлектронные, квазиэлектронные, электронные);

по системам применяемого коммутационного оборудования (декадно-шаговые, координатные, машинные, квазиэлектронные, электронные);

по емкости, т. е. по количеству входящих и исходящих линий или каналов (малой, средней, большой емкости);

по типу коммутации (оперативная, кроссовая, смешанная);

по способу разделения каналов (пространственным, пространственно-временным, пространственно-частотным разделением каналов);

по способу передачи информации от передатчика к приемнику  (узлы коммутации каналов, обеспечивающие коммутацию для непосредственной передачи информации от передатчика к приемнику после установления соединительного тракта, и узлы коммутации сообщений, обеспечивающие прием и накопление информации с последующей передачей ее в следующий узел или непосредственно в приемник).

 

2.3. КОММУТАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ

 

Для коммутации каналов (линий) и построения устройств управления используются различные коммутационные приборы. Коммутационным прибором называют устройство, обеспечивающее замыкание и размыкание цепей при поступлении в прибор управляющего сигнала. В системах пространственной электромеханической коммутации коммутационными приборами являются реле, искатели, многократные координатные соединители. В системах бесконтактной коммутации используются транзисторы, диоды, тиратроны, магнитные элементы, интегральные схемы.

Реле с герметизированными контактами и ферриды по своему быстродействию приближаются к электронным приборам, поэтому они получили название коммутационных приборов.

Замыкание или размыкание электрической цепи в коммутационном приборе осуществляется коммутационным элементом (КЭ), который в простейшем случае представляет собой один контакт на замыкание. Поскольку коммутационные приборы коммутируют линии с определенной проводимостью, для коммутации устанавливают коммутационную группу, элементы которой переключаются одновременно под влиянием поступающего управляющего сигнала.

Замыкание (или размыкание) электрических цепей с помощью коммутационных элементов осуществляется устройствами, принимающими управляющие сигналы. Такими устройствами могут быть обмотки реле, электромагнитов искателей или МКС, базе. вые цепи транзисторов и т. п. В зависимости от конструкции ком. мутационного прибора число коммутационных групп в нем может быть разным и определяется емкостью (числом выходов) коммутационного поля прибора. Так, в искателях ДШИ-100 имеется 100, а в МКС типа 10X20X6 — 200 коммутационных групп. Однако в процессе установления одного соединения искатели и МКС обеспечивают переключение только одной коммутационной группы.

Под точкой коммутации понимают местоположение коммутационной группы в коммутационном приборе или в коммутационной системе.

Принцип действия и устройство различных коммутационных приборов изучались в курсе «Основы дискретной автоматики». Напомним, что для коммутации электрических цепей используются приборы; обеспечивающие два состояния своих коммутационных элементов. Одному состоянию коммутационных элементов приписывается значение нуля (О), а другому — значение единицы (1). При этом электрическая цепь, проходящая через коммутационный элемент в одном состоянии элемента, разомкнута, а в другом состоянии замкнута. Для прохождения электрического тока первое состояние элемента является закрытым, а второй — открытым.

Коммутационные приборы характеризуются следующими ком. мутационными параметрами:

коммутационным  коэффициентом К, представляющим собой отношение сопротивления коммутационного элемента (например, контакта реле) в закрытом (разомкнутом) состоянии Я, к сопротивлению элемента в открытом (замкнутом) состоянии. Иногда вместо отношений сопротивлений коммутационного элемента рассматривается отношение напряжений или токов на выходе элемента;

в р е мен е м  п е р е к л ю ч е н и я, под которым понимают время перехода элемента из одного состояния в другое (например, время срабатывания, время отпускания реле или время переключения транзистора);

сроком службы или долговечностью, под которыми понимают допустимое число переключений или допустимое время работы. Допустимым числом переключений (срабатываний) определяется срок службы электромеханических приборов: реле, искателей, МКС. Электронные приборы оцениваются общим временем работы;

и н т е н с и в н о с т ь ю о т к а  з о в, т. е, вероятностью отказов в единицу времени:

вносимым затуханием в тракт передачи информации; При электрических расчетах коммутационные приборы оцениваются также и по другим параметрам, таким, как сопротивление, магнитодвижущая сила  срабатывания, отпускания, удержания и др.

Требования к коммутационным приборам, используемым в коммутационных системах и предназначенным для коммутации каналов, по которым передается аналоговая информация, например телефонные переговоры, существенно отличаются от требований, предъявляемых к коммутационным приборам для построения устройств управления.

Для приборов, используемых в устройствах управления, достаточно иметь коммутационный коэффициент порядка 10' — 10, а для разговорного тракта необходимо иметь приборы с  К=10' — 10".

Число последовательно включенных коммутационных элементов для образования соединительного пути от входа коммутационной системы до ее выхода зависит от структуры коммутационной системы и может быть достаточно большим. Поэтому величина вносимого затухания в открытом состоянии коммутационного элемента должна быть достаточно малой, так как общее допусти. мое затухание участка тракта в пределах всей коммутационной системы узла не должно превышать 1,3 дб.

Коммутационные приборы разговорного тракта должны обеспечивать высокое переходное затухание между разговорными ценя. ми (порядка 78 дБ) и высокие качественные показатели разговорного тракта, а именно, низкий уровень помех (не более 05 мВ), малые нелинейные искажения (не более 5%), широкий динамический диапазон передачи (порядка 40 дБ). Свойства коммутационных элементов разговорного тракта должны быть стабильными в течение всего срока службы. Для разговорного тракта необходимым условием является обеспечение двусторонней связи, поэтому коммутационные элементы должны обладать двусторонней проводимостью.

К коммутационным приборам управляющих устройств предъявляют более высокие требования по времени переключения, чем к приборам коммутационной системы. В современных узлах коммутации (АТС, АМТС) для построения устройств управления применяют быстродействующие электронные и магнитные коммутационные приборы.

В коммутационных системах используют электромеханические коммутационные приборы — искатели, многократные координатные и кодовые соединители, а в последнее время коммутационные приборы с герметизированными контактами. Коммутационные элементы указанных приборов имеют малое сопротивление в открытом состоянии (порядка 0,010м) и практически не влияют на величину рабочего затухания станционного четырехполюсника.

 Поэтому в электромеханических АТС переходное затухание определяется в основном затуханием в станционных кабелях и составляет величину более 70 дБ. Электронный коммутационный элемент в открытом состоянии вносит в разговорный тракт затухание порядка 0,04 — 0,13 дБ, а с учетом согласующих трансформаторов — порядка 0,5 дБ и больше. В закрытом состоянии контактный коммутационный элемент имеет сопротивление несколько десятков миллионов ом и емкость несколько пикофарад,

Электронные приборы обладают высоким быстродействием, большим сроком службы, высокой надежностью, но уступают, электромеханическим приборам по целому ряду своих электрических характеристик. Например, они имеют значительно большее сопротивление в открытом состоянии, значительно меньшее сопротивление и большую емкость в закрытом состоянии.

Трудность создания простого высококачественного и дешевого электронного прибора для коммутации разговорного тракта привела к поиску электромеханического прибора, который обладал бы хорошие и электрическими характеристиками, имел бы высокое быстродействие и малое потребление мощности в цепях управления, что позволило бы согласовать его работу с электронными управляющими приборами. С этой целью были созданы магнитоуправляемые контакты: герконы, ферриды. Коммутационные узлы, в которых для построения коммутационной системы используются герконы, ферриды, гезаконы, а устройства управления построены на электронных приборах, получили название квазиэлектронных узлов (станций) коммутации.

 

2.5. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ТЕЛЕФОННОГО СООБЩЕНИЯ

 

Автоматические коммутационные системы, изучаемые в этом учебнике, предназначены для организации телефонной связи. Телефонный разговор становится возможным после установления между телефонными аппаратами вызывающего и вызываемого абонентов электрической цепи, называемой соединительным трактом. Каждый тракт состоит, как правило, из нескольких участков, соединенных между собой с помощью коммутационных приборов. Приборы, выполняющие одинаковые функции, объединяются в группы, называемые ступенями искания.

В исходном состоянии, т. е. до поступления требований на установление соединений, отдельные участки соединительных трактов друг с другом не соединены. При поступлении требований на установление соединений отдельные участки соединяются между собой в соответствии с поступающей от вызывающих абонентов адресной информацией и, таким образом, образуются необходимые в данный момент времени соединительные тракты, предоставляемые абонентам на время ведения разговора. По окончании разговора  участки соединительного тракта разъединяются и могут быть использованы для образования новых соединительных трактов.

Совокупность процессов, связанных с занятием, использованием и освобождением линий и коммутационных приборов потребителями телефонной связи, составляет понятие «телефонное сообщение». На рис. 2.6 приведена простейшая структурная схема соединительного тракта между абонентом А, включенным в АТС1,

 

 

 

абонентом Б, включенным в ATC2. Указанный соединительный Тракт содержит пять ступеней искания и шесть участков: две абонентские линии, межстанционную соединительную линию и линии связывающие между собой ступени искания внутри ATC l и ATC l Линии 1 — 2, 2 — 3, 3 — 4 и 4 — 5 и коммутационные приборы ступе ней искания 2, 3, 4, 5 являются устройствами общего пользования; они могут входить в состав различных соединительных трактов, образуемых по требованиям многих абонентов. Очевидно, что чем выше интенсивность телефонного сообщения, т. е. чем боль шее число требований на установление соединений поступает s l единицу времени и чем больше время, в течение которого линии Р приборы соединительного тракта будут заняты, тем выше загрузка оборудования и тем большее число коммутационных приборов и связывающих их линий необходимо будет иметь на телефонных станциях. Однако это не означает, что любое число одновременно поступивших вызовов должно быть обслужено и немедленно должны быть предоставлены требуемые соединительные пути к вызываемым абонентам. Некоторая часть требований в периоды наибольшего их скопления (в час наибольшей нагрузки — ЧНН) может быть либо вовсе не обслужена, либо обслужена с некоторой задержкой.

 Относительное количество таких необслуженный (или задержанных) требований характеризует качество обслуживания требований на соединения на данной телефонной сети. Очевидно, чем выше желаемое качество обслуживания, тем большее число соединительных трактов, а следовательно, и коммутационных приборов и связывающих их линий потребуется иметь на телефонных станциях.

Помимо величин, характеризующих нагрузку оборудования ATC и качество обслуживания, число коммутационных устройств на станции в целом и на отдельных ступенях искания зависит от конструкции коммутационных приборов (их коммутационных возможностей) и структуры ступеней искания. В общем виде можно записать

V= f(Y, Р, 0),

где V — число линий (или коммутационных приборов) на отдельных участках соединительного тракта (на отдельных ступенях искания); У, Р, D — величины, характеризующие соответственны число поступавших требований на установление соединений и длительность занятия линий, качество обслуживания и коммутационные возможности отдельных приборов п ступеней искания. Число коммутационных приборов зависит также от некоторых других не упомянутых здесь факторов.

Изучение статистических свойств потоков требований (вызовов), создаваемых абонентами телефонных станций (источниками нагрузки), зависимостей между числом обслуживающих устройств, интенсивностью поступления вызовов, качеством обслуживания  параметрами, характеризующими коммутационные устройств является предметом инженерной  науки — «Теории телефонного сообщения». В настоящее время все большее распространение получает в нашей литературе английский перевод слова «сообщение» — трафик (traffic). Понятие «телетрафик» шире, нежели понятие «телефонное сообщение», поскольку задачи, решаемые теорией телетрафика (ТТТ), относятся и к телефонному, и к телеграфному сообщениям, и к проблемам обслуживания в различных других системах передачи и распределения информации, пользующихся аналогичными способами и средствами.

В дальнейшем будут кратко рассмотрены лишь некоторые основные понятия теории телефонного сообщения и даны сведения, необходимые для понимания и оценки структур коммутационных устройств и систем автоматической коммутации.

 

2.6. ТЕЛЕФОННАЯ НАГРУЗКА

 

Для количественной оценки интенсивности телефонного сообщения введено понятие телефонной нагрузки. Следует различать нагрузку поступающую, нагрузку обслуженную и нагрузку потерянную.

Пусть вызовы, поступающие на коммутационную систему часть (ступень искания) для установления соединения в требуемом направлении, обслуживаются V выходами (линиями). Наблюдая за состоянием этих выходов в течение промежутка времени (t i, 4), мы можем установить общую длительность занятия каждого из выходов  за указанный промежуток времени. Сумма этих длительностей

 

 

представляет собой телефонную нагрузку,  V выходами коммутационной системы за время (t, t q). Если величин определены в часах, то и величина нагрузки получается в часах Обслуженную нагрузку можно легко измерить, например, с помощью счетчика электроэнергии. Если в течение времени занятия каждого из вы  ходов 1, 2,..., V будет включена цепь регистрации нагрузки, изображенная на рис. 2.7, то показания счетчика ампер-часов будут, очевидно, пропорциональны числу таких цепей, т. е. числу одновременно занятых выходов и времени занятия каждого выхода. Показания такого

счетчика могут быть проградуированы в Г ф единицах измерения нагрузки.

В периоды максимальной нагрузки не. которые вызовы могут остаться не обслуженными, если ни появились в момент  занятости всех выходов в требуемом на телефонной нагрузки

 

 

Г — правлении. Для таких вызовов время занятия выходов равно нулю. Поскольку все же вызов имел место и, следовательно, могло бы иметь место и выхода, необходимо уметь определять и поступающую нагрузку, как нагрузку, на обслуживание которой предъявляют требование абоненты.

Под нагрузкой, поступающей за определенный период времени на коммутационную систему, подразумевают нагрузку, которая могла быть обслужена, если бы каждому поступающему вызову немедленно был предоставлен свободный выход.

Очевидно, что поступающую и потерянную нагрузки за период времени, в течение которого некоторые вызовы не были обслужены, измерить невозможно. В период времени, когда имеются свободные линии.

Поскольку соединительные тракты образуются, как правило, из нескольких ступеней искания, понятия поступающей, обслуженной и потерянной нагрузок могут быть отнесены и к коммутационной системе в целом, и к каждой ступени искания в отдельности.

Вызовы, производимые источниками нагрузки (абонентами), всегда поступают на вход первой ступени искания. Эту поступающую нагрузку иногда называют возникающей нагрузкой. Величину ее рассчитывают исходя из числа источников нагрузки N, среднего числа вызовов  на один источник нагрузки и средней длительности занятия коммутационных приборов первой ступени искания 1. Тогда величину возникающей нагрузки можно представить как

 

 

Размерность телефонной нагрузки — время. Для того чтобы подчеркнуть, что величина нагрузки складывается из промежутков времени, соответствующих отдельным занятиям, единице измерения телефонной нагрузки присвоено название часо-занятие (ч.зан.). Одно часо-занятие — это нагрузка, которая может быть создана одним источником нагрузки (или обслужена одним соединительным устройством) при его непрерывном занятии в течение одного часа.

Если величину телефонной нагрузки (поступающей или обслуженной) отнести к продолжительности периода, для которого она была рассчитана или в течение которого она наблюдалась, то получают величину, называемую интенсивностью нагрузки. Единица интенсивности телефонной нагрузки названа Эрланг в честь основоположника теории телефонного сообщения датского математика и инженера А. К. Эрланга. Один эрланг (Эрл ) — это такая интенсивность нагрузки, при которой в течение одного часа будет обслужена нагрузка в одно часо-занятие. Интенсивность нагрузки, выраженная в эрлангах, представляет собой среднее число одновременно существующих занятий.

Рассчитывая величину интенсивности возникающей нагрузки при проектировании телефонных станций, обычно учитывают наличие различных категорий источников нагрузки (телефонные аппараты квартирные, учрежденческие, таксофоны и т. д.), т. е. учитывают структуру источников нагрузки, поскольку среднее число вызовов и средняя продолжительность занятий бывают различными для различных категорий источников. В этом случае ф-ла (2.3) может быть записана так:

 

 

где У — интенсивность возникающей нагрузки;  соответственно число источников, среднее число ebuosoa в единицу времени и средняя длительность занятий на один источник нагрузки  категории.

 

2.7. ПОНЯТИЕ О ЧАСЕ НАИБОЛЬШЕЙ НАГРУЗКИ

 

Наблюдения за величиной телефонной нагрузки, создаваемой одной и той же группой источников нагрузки, показывают, что интенсивность телефонной нагрузки изменяется в больших пределах. Особенно велики изменения по часам суток. На рис. 2.8 приведены

 

 

типичные графики распределения интенсивности телефонной нагрузки по часам суток в нормальный рабочий день для двух АГС емкостью по 10000 номеров: кривая 1 — АТС, обслуживающая деловую часть города, кривая 2 — АТС, обслуживающая жилой микрорайон. Максимальная нагрузка за один час на АТС1 составляет более 12% суточной нагрузки, а на АТС2 — 10%, достигая соответственно 420 и 230 Эрл, при этом час наибольшей нагрузки приходится на 11 — 12 и 19.30 — 20.30 ч. На величине нагрузки сказываются (только в значительно меньшей степени) и не дельные (рабочие и выходные дни), и сезонные колебания.

Число соединительных устройств для всех ступеней искания принято определять для часа наибольшей нагрузки (ЧНН). Если число этих устройств будет рассчитано таким образом; чтобы с заданным качеством обслужить возникающие в ЧНН требования, то, естественно, это качество будет выдерживаться и во все другие периоды суток.

Под часом наибольшей нагрузки (ЧНН) понимают непрерывный интервал времени длительностью в один час, в течение которого интенсивность нагрузки, поступающей на телефонную станцию, достигает наибольшего значения. Определение положения ЧНН производится путем наблюдений за нагрузкой в рабочие дни в течение двух наиболее нагруженных месяцев в году. В дальнейшем, говоря о поступающей или обслуженной нагрузке и о качестве обслуживания, мы будем подразумевать, что речь идет об интенсивности нагрузки и качестве обслуживания в ЧНН. Вместо «интенсивности телефонной нагрузки» будем просто говорить «нагрузка».

 

2.8. КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ ВЫЗОВОВ

 

Как было сказано ранее, не. все поступающие вызовы могут быть обслужены немедленно из-за отсутствия в данный момент на том или ином участке тракта свободного соединительного пути.

В этом случае в коммутационных системах, которые известны системы с я в н ы м и п о т е р я м и, вызывающий абонент получает сигнал «Занято» и должен дать отбой. Такой необслуженный вызов называют потерянным вызовом, а самый факт необслуживания называют отказом.

В других коммутационных системах, известных как с и с т е м ы с о ж и д а н и е м, абонент не получает сигнал «Занято», а ожидает. освобождения одного из занятых соединительных путей, после чего соединение будет установлено. (Это не относится к случаю когда занята линия вызываемого абонента.) Имеются также коммутационные системы, которые на некоторых участках тракта работают как системы с явными потерями, на других участках тракта — как системы с ожиданием. Число потерянных вызовов в системах с явными потерями и число ожидающих абонентов в системах с ожиданием могут быть использованы для характеристики качества обслуживания.

Качество обслуживания в системах с явными потерями характеризуется вероятностью потерь (или говорят просто — потерями), которая определяется как отношение числа потерянных вызовов к общему числу вызовов, поступивших на входы коммутационной системы:

Индексы при С означают потерянные, поступившие, обслуженные вызовы. Величиной потерь можно характеризовать и качество обслуживания коммутационной системы в целом (телефонной станции, телефонной сети) и качество обслуживания на отдельных участках соединительного тракта. С точки зрения абонентов желательно, чтобы число не обслуженных вызовов было минимальным. Принято считать, что вероятность потерь, определенная выше указанным образом, на всем соединительном тракте городских телефонных сетей Р<0,02—:0,03. Такое качество обслуживания абонентов оценивается как вполне удовлетворительное.

Потери, допускаемые для соединительного тракта в целом, складываются из потерь на каждом из коммутационных участков (ступеней искания), входящих в состав этого тракта. При небольших значениях потерь на отдельных участках считают, что

 

2.9. СТРУКТУРА ПУЧКОВ ЛИНИЙ

 

В предыдущих разделах было указано, что число линий или, приборов, которое необходимо иметь на каждом участке соединительных трактов, определяется величиной поступающей нагрузки  и установленной для этого участка нормой качества обслуживания вызовов. Помимо этих факторов, на число линий влияют: способ подключения линий к выходам коммутационных приборов,  образующих ступень искания, или, иначе, структура пучков обслуживающих линий и величина пучков, т. е. число линий, которые  объединяются в один пучок.

Пучкам линий принято называть совокупность линий, принимающих нагрузку от некоторой определенной группы источников  нагрузки, для передачи ее в одном определенном направлении.  Все линии одного пучка выполняют строго одинаковые функции. Они, как правило, соединяют группу выходов предыдущей ступени  искания с входами последующей ступени искания.  

Пусть ступень искания (рис. 2.9a) имеет A входов (источников нагрузки) и общая поступающая на входы этой ступени искания а нагрузка, равная У, распределяется по трем направлениям, например

 

 

к трем различным АТС (1, 2, 3). Эти нагрузки, равные (при отсутствии потерь обслуживаются соответственно соединительными линиями. В этом случае мы говорим, что исходящая нагрузка данной ступени искания (нагрузка  от N источников) обслуживается тремя пучками исходящих линий. Если по какой-либо причине (например, вследствие малой емкости контактного поля коммутационных приборов, образующими ступень искания) входы ступени искания разделены на две группы, например по N/2 источников в каждой группе, и нагрузки в каждом направлении будут обслуживаться двумя обособленными и взаимно не связанными пучками линий мы говорим, что каждая из нагрузок  двумя пучками линий (рис. 2.9б). Как будет показано в дальнейшем, при тех же поступающих на направления 1, 2, 3 нагрузках и том же качестве обслуживания будут иметь место соотношения. Следовательно, средняя нагрузка, обслуживаемая каждой линией; во втором случае будет меньшей. Величину Эрл, представляющую собой отношение нагрузки у, обслуженной пучком линий, к их числу о при заданном качестве обслуживания

 

 

 называют средней пропускной способностью линий или средним использованием. Очевидно, чем выше среднее использование линий, тем большую нагрузку может пропустить тот же пучок линий при том же качестве обслуживания или же заданную нагрузку можно обслужить меньшим пучком линий. Естественно, что почти всегда среднее использование линий стремятся повысить. На городских телефонных сетях при использовании на АТС декадно- шагового оборудования считают удовлетворительным, если пучки линий, образующих соединительные тракты, имеют среднее использование линий, равное 0,6 — 0,65 Эрл.

Мы видим, что при одном и том же качестве обслуживания средняя пропускная способность линий зависит от величины нагрузки, поступающей на пучок линий, и, следовательно, от числа линий в пучке. Чем выше нагрузка, обслуживаемая одним пучком линий, и, следовательно, чем большее число линий должно быть в этом пучке, тем более высокое среднее использование линий можно получить, сохраняя при этом одно и то же качество обслуживания.

Цифры, характеризующие среднюю пропускную способность линий, приведенные в этом примере, справедливы при условии, что каждый из источников нагрузки в своей группе (назовем ее нагрузочной группой) может быть подключен к любой из линий обслуживающего пучка. Это значит, что каждая линия такого пучка доступна для всех источников нагрузки своей нагрузочной группы. Такой пучок линий называют полнодоступным (ПД) пучком линий. Отказы в установлении соединений в ПД пучке возникают только тогда, когда все п линий этого пучка заняты.

Чтобы пучок обслуживающих линий был полнодоступным, необходимо, чтобы каждый источник нагрузки, т. е. каждый вход ступени искания, заканчивался коммутационным прибором, например искателем, число выходов которого в требуемом направлении (емкость контактного поля) было бы равным или большим числа линий в пучке. Если каждый вход заканчивается декадно-шаговым искателем, число выходов которого (контактов) в каждой декаде D= 10, то пучок линий будет полнодоступным только при v( 10.

Число линий D, доступных каждому отдельному входу ступени искания из общего числа п линий, обслуживающих данное направление, называют доступностью пучка линий. В тех случаях, когда v)D, появляется необходимость деления входов искания (источников нагрузки) на большее или меньшее число нагрузочных групп, каждая из которых могла бы обслуживаться D линиями из общего числа линий о, требующихся в данном на- правлении. Минимальное число нагрузочных групп, очевидно, равно g =v /D.. Например, если D= 10 и v=20, минимальное число нагрузочных групп будет равно двум, и мы получим два отдельных полнодоступных пучка по 10 линий в каждом. При потерях р=0,005 каждый из таких отдельных пучков пропустит (как это мы увидим в дальнейшем) нагрузку почти 4 Эрл и среднее использование линий составит q = y/v=4/10=0,4 Эрл, а всего v=20 линий смогут обслужить У=по=0,4 20=8 Эрл. На рис. 2.10а показана схема включения пучка из о=20 линий в выходы двух нагрузочных групп при D=IO.

Если мы разделим источники нагрузки на большее число нагрузочных групп, то можно будет увеличить среднее использование линий, а значит, и нагрузку, обслуживаемую пучком из v =20 линий с помощью (НПД) включении этих линий. На рис. 2.10б 'показана схема такого включения для случая, когда D=IO, v=20 и g=4. Все N источников нагрузки разделены на g=4 одинаковые нагрузочные группы по У/4 источников, каждая из которых создает в требуемом .направлении одинаковую нагрузку. Каждый источник нагрузки может подключаться к любой из 10 линий, обслуживающих ту нагрузочную группу, в состав которой он входит.

 

Мы видим, что некоторые из о=20 линий обслуживают только одну нагрузочную группу (например, линии 1, 2, ...,7, 8), другие — две группы (линии 9, 10, ... 16 ), а линии 17, 18, 19 и 20 обслуживают все четыре нагрузочные группы.

Выходы нагрузочных групп занимаются всегда в одной и той же последовательности — I, П, III, ..., IX, Х, причем выходы с большим номером занимаются только тогда, когда среди линий, подключенных к предыдущим выходам, нет ни одной свободной. (Какой способ занятия выходов характеризует так называемое искание.) Поэтому совершенно очевидно, что нагрузка, обслуживаемая отдельными выходами по мере увеличения номера выхода, уменьшается. Отсюда можно сделать вывод, что если к первым двум-трем выходам (шагам искания) в каждой нагрузочной группе подключены отдельные линии обслуживающего пучка, то на последующих шагах искания целесообразно объединять нагрузки, поступающие от нескольких нагрузочных групп вплоть до объединения на последних шагах искания всех нагрузочных групп. Приведенная на рис. 2.10б схема НПД включения v=20 линий в выходы g=4 нагрузочных групп с доступностью D=IO позволяет обслужить с теми же потерями р=0,005 нагрузку, равную 9,9 Эрл. Среднее использование линий повысится до скажем здесь, что если использовать в этом случае искатели с D=20 выходами и, следовательно, было бы возможно включить пучок из v=20 линий полнодоступно (рис. 2.10в), то при тех же потерях такой пучок пропустил бы нагрузку, равную 11 Эрл, и среднее использование линий увеличилось бы до 0,55 Эрл. На рис. 2.10 нагрузочные группы показаны дужками со стрелками с указанием номера группы (1, 2, 3, 4), выходы, доступные каждой нагрузочной группе (шаги искания), показаны кружками на направлении каждой стрелки (I, II, ..., IX, Х). Линии пучка, принимающего нагрузку, v=20 показаны пронумерованными стрелками (1, 2, … 19, 20) от соответствующих выходов. Схему, подобную приведенной на рис. 2.106, называют схемой прямого ступенчатого включения неполнодоступного пучка линий.

Теперь мы можем сформулировать некоторые определения.

1. Полнодоступным (ПД) пучком линий, предназначенным для обслуживания нагрузки, поступающей по некоторому направлению, называют пучок, каждая линия которого доступна любому источнику нагрузки.

2. Нагрузочной группой называют совокупность источников,  нагрузка которых в данном направлении обслуживается одними  и теми же линиями, число которых равно доступности.

3. Доступность Р — число линий обслуживающего пучка, к которым может подключаться любой из источников нагрузки, входящих в состав одной нагрузочной группы. Для систем с электромеханическими искателями D — это число контактов (шагов искания), через которые может устанавливаться соединение в одном направлении.

 4. Неполнодоступный (НПД) пучок линий — это пучок линий, в котором каждому из источников нагрузки, обслуживаемых этим пучком, доступна только некоторая часть линий пучка. Их число равно доступности.

5. Прямое ступенчатое включение линий — это включение линий в НПД пучке, при котором число нагрузочных групп, обслуживаемых одной линией пучка, ступенчато возрастает с увеличением номера выхода (шага искания) нагрузочной группы. Такое включение НПД пучков применяют при использовании упорядоченного способа искания выходов.

 

2.10. ВЛИЯНИЕ ДОСТУПНОСТИ НА ПРОПУСКНУЮ СПОСОБНОСТЬ ПУЧКОВ ЛИНИЙ

 

Из предыдущего следует, что отказы в установлении соединений при полнодоступном включении линий могут наступать только ври занятости всех V линий обслуживающего пучка. При не полнодоступном включении отказы возникают и в случае, если запятые все D линий, доступных той из нагрузочных групп, в которой появился вызов. Это значит, что в данный момент могут иметься свободные линии в требуемом направлении, но  источникам других нагрузочных групп. Если бы в не полнодоступном пучке появилась возможность выбора среди большего числа линий, т. е. увеличилась доступность, то очевидно, что число отказов уменьшилось бы и пропускная способность тех же о линий при том же качестве обслуживания увеличилась.

Значит, один пучок линий при заданном качестве обслуживания может пропустить тем большую нагрузку, чем большее значение имеет доступность. Максимальная величина пропускаемой нагрузки может иметь место при D=V (или при Р)У), т. е. когда пучок обслуживающих линий стал полнодоступным.

 

Методы расчета пропускной способности полнодоступных и неполнодоступных пучков линий излагаются подробно в курсе «Теория телетрафика», Здесь же мы приведем для иллюстрации сказанного кривые, характеризующие зависимость среднего использования линий неполнодоступных и полнодоступных пучков от числа линий в пучке и h величины доступности (рис. 2.11) при постоянном качестве обслуживания р = 0,005, Анализируя эти зависимости, мы, прежде всего, видим, что с увеличением числа линий в обслуживающих пучках при одном и том же качестве обслуживания средняя величина использования линий увеличивается. Это значит что если по какому-либо направлению необходимо передать  нагрузку У, то это выгоднее осуществить одним пучком линий, чем двумя или тремя пучками линий среднего  что при числе линий в пучке, прим от числа линии в пучке: Кривая 1 характеризует зависимость среднего использования линий для полнодоступного пучка, кривые 2 — 4 — для неполнодоступных пучков с доступностями соответственно Р = 30, 20 и 10.

Переход от доступности 10 к доступностям 20 и 30 дает существенное повышение коэффициента использования. Например, для числа линий V=50 мы получаем:

т]о=10 0,18, т]В=20 0,656; 0,696;  0,72. Естественно, что при V(30 кривая 2 совпадает с кривой 1, поскольку при V(D пучок становится полнодоступным. То же можно сказать о кривой 3 и кривой 4 при значениях V<20 и V<]0. Как мы видим, особенно заметно возрастает среднее использование (а следовательно, уменьшается и число линий для обслуживания передаваемой нагрузки) при переходе от Р=10 к Р=20. Этим объясняется тот факт, что коммутационные приборы некоторых электромеханических систем АТС обеспечивают доступность D=20. Такую же доступность имеют искатели машинной системы. Только в одной из ранее применявшихся систем АТС  использовались искатели с еще более высокой доступностью D=30.

Анализируя кривые, приведенные на рис. 2.11, мы можем сделать следующие выводы. Если все или большинство пучков линий, образующих соединительные телефонные тракты в автоматических коммутационных системах, будут достаточно крупными (порядка l=100) и полнодоступными, то среднее использование линий этих пучков при приемлемых нормах качества обслуживания (р =0,005) может достигать т1=0,8, а в некоторых случаях (при повышенных потерях) и большего значения.

В то же время, если коммутационная система позволяет образовать пучки линий с доступностью D=IO и будет спроектирована таким образом, что число линий в пучках будет невелико (например, 25 — 30 линий), то мы получим среднее использование линий на уровне q=0,5. Следовательно, один и тот же объем оборудования при ПД пучках и У=100 может обслужить нагрузку, 1 примерно в 1,5 раза большую, нежели при НПД пучках с D=10

и V=25 — 30.

 

2.11. ЧИСЛО ОБСЛУЖИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

 

 Данные этих графиков рассчитаны для условий включения пучков линий в неблокирующие ступени искания (однозвенные), Эти ступени обеспечивают сохранение полнодоступности пучка и неизменность фиксированных доступностей D = 10, D = 20 при НПД включении независимо от того, сколько соединений и по каким направлениям в данный момент времени установлено на этой ступени искания. Как установлено ранее, число обслуживающих устройств (искателей, приборов, линий) в автоматических телефонных станциях зависит от интенсивности поступающей на эти устройства нагрузки; желаемого качества обслуживания (нормы потерь); способов подключения пучков линий, групп приборов, обслуживающих устройств к выходам ступеней искания (ПД и Н11Д включения). Для общего представления о численных соотношениях между указанными параметрами на рис. 2.12 приведены графики зависимости числа 1

 

 

 

Как мы видим, чем выше доступность и чем выше допустимые потери, тем меньшее число линий требуется для обслуживания одной и той же нагрузки. Эффективность перехода на более высокую доступность, например с 0= 10 на 0=20, увеличивается о увеличением поступающей нагрузки. Почти линейная зависимость числа линий от нагрузок позволяет аппроксимировать эти зависимости простыми уравнениями вида

 

 

При расчетах по этим формулам число линий округляется до большего целого значения. Следует иметь в виду, что ф-лы (2.9) и (2.10) и соответствующие им графики рис. 2.12 могут быть отнесены только к таким схемам НПД включения, которые удовлетворяют условию

 

 

Величину у, характеризующую соотношение между числом выходов ступени искания в данном направлении и числом обслуживающих его линий, называют кроссировочным отношением (коэффициентом уплотнения). При значениях у<2 среднее использование линий уменьшается и при gD=V пучок линий распадается на g отдельных ПД пучков по D линий в каждом, как это мы видим на примере рис. 2.9а, и использование линий становится таким же, как в ПД пучке из D линий. Верхнее значение для коэффициента у не рекомендуется иметь более 4 — 6 во избежание усложнения реализации схемы НПД включения.