Оконечные устройства устанавливаются у абонентов – лиц, пользующихся услугами связи

Коммутационные устройства создают тракты, по которым информация распределяется по направлениям.

Оконечные устройства устанавливаются у абонентов – лиц, пользующихся услугами связи.

Коммутационное оборудование помещается на коммутационных узлах (станциях), которые между собой и с оконечными устройствами соединены с помощью линий связи.

Электрической связью называют такой вид связи, при котором информация передается на расстояние посредством электрических сигналов. Электрическая связь делится на проводную и радиосвязь.

Развитие телефонной связи

1876 г. Александр Белл (США) изобрел телефон – устройство, позволяющее передавать речь на расстоянии.

На первых порах совершенствовались микрофоны и телефоны. Русский инженер П.М. Голубицкий изобрел угольный микрофон и электромагнитный усовершенствованный телефон.

1878 г. в г. Нью – Хевен (США) открыта первая ручная телефонная станция.

1882 г. в России появились первые телефонные станции.

Современные телефонные станции являются автоматическими, АТС. Типы АТС:

- декадно-шаговые;

- координатные;

- квазиэлектронные;

- электронные.

Структура телефонного тракта

Посредниками в телефонном разговоре являются:

- акустико-электрический преобразователь (микрофон);

- электроакустический преобразователь (телефон).

Принцип простейшей телефонной передачи легко уяснить из рис.

Рис.

Здесь возможна лишь односторонняя связь. Для двусторонней связи на каждом пункте должны устанавливаться и микрофон и телефон.

Соединение одного абонента с другим осуществляет телефонная станция, АТС.

Совокупность устройств, входящих в систему электрической передачи речи между двумя разговаривающими, образует телефонный тракт. Основные элементы телефонного тракта:

- телефонные аппараты;

- линейные устройства;

- телефонные станции.

Рис. Схема телефонного тракта

Линейные устройства обеспечивают соединения телефонных аппаратов с телефонными станциями (абонентские линии) и станций между собой (соединительные линии).

По принадлежности АТС к виду телефонной сети различают: учрежденческие, городские, сельские, междугородние и международные.

Телефонные аппараты

Телефонные аппараты – оконечные устройства телефонной сети, предназначены для передачи и приема вызывных, адресных и речевых сигналов.

ТА могут классифицироваться по различным признакам. По назначению ТА делятся на аппараты общего и специального назначения. К первым относятся ТА общего применения и таксофоны (с оплатой 2 коп.), ко вторым – корабельные, шахтные, военно-полевые.

Основные узлы телефонного аппарата

Телефонный аппарат состоит из:

- вызывных приборов;

- разговорных приборов;

- номеронабирателя; (НН)

- рычажного переключения. (РП)

Функциональная схема ТА АТС

Н₁ – импульсные контакты

Н₂ – шунтирующие контакты

1^о. В состоянии покоя (ожидании вызова) к линии посредством контактов 1-2 рычажного переключателя РП подключен вызывной прибор.

2^о.При ответе на вызов или для вызова другого абонента снимается микротелефонная трубка, контакты 1-2 РП размыкаются, а к линии подключаются разговорные приборы, через контакты 1-3.АТС воспринимает это как сигнал ответа или вызова станции данным абонентом.

3^о. Номеронабиратель обеспечивает передачу на АТС адресной информации.На время набора номера ключ Н₂ замыкается и защищает разговорные приборы.Ключ Н₁ размыкается в соответствии с набранным числом.

Сущность передачи адресной информации заключается в прерывании цепи постоянного тока, протекающего через ТА.(На линию со стороны АТС подается постоянное напряжение для питания микрофона.)

Номеронабиратели должны обеспечивать стабильность частоты посылки импульсов и постоянное соотношение между временем размыкания и временем замыкания импульсных контактов.

Пример:изменение тока при наборе номера 41

t_з– время замыкания

t_р– время размыкания

- частота посылки 10 имп/c, с отклонением + 10 % (9-11 имп/с)

- импульсный коэффициент, k. k = 1,6 (1,4-1,8)

k = t_р / t_з

Принцип работы ТА

Несмотря на разнообразие типов ТА их электрические схемы имеют много общего.

В зависимости от состояния (режима работы) ТА имеет различные схемы.

1. Состояние покоя

Вызов 25 Гц, U = 50 В импульсы. С – разделительный конденсатор

2. Ответ на вызов или вызов станции (снятие трубки)

Микрофон получает питание от

станционной батареи по проводам АЛ

3. Набор номера

ШК – шунтирующий ключ

ИК – импульсный ключ

RС – искрогасительный контур

4. Режим разговора

БК – балансный контур (двухполюсник с Z _БК)

- - - - - - ток от работы микрофона

ток от удаленного абонента

Местный эффект – прослушивание собственной речи, из-за Z _Л = Z _БК.

В обмотке III будет наводиться ЭДС, вызванная обоими составляющими тока, но токи в I и II обмотках (вследствие передачи в линию сигнала от микрофона) компенсируют друг друга. Полная взаимокомпенсация, если Z _Л = Z _БК, так как обмотки включены встречно.

Для тока от отдаленного абонента I и II обмотки включены согласно и в III обмотке наводится значительная ЭДС.

Полная компенсация местного эффекта возможна лишь на одной частоте, поскольку Z _Л – частотно-зависимая величена, а Z _Л не является точным эквивалентом линии. Кроме того, сопротивление Z _Л складывается из многих составляющих, которые меняются от одного соединения к другому.

Телефонная коммутация и коммутационные приборы

Телефонная коммутация – совокупность операций, проводимых для образования соединительного тракта между оконечными абонентскими устройствами с целью передачи телефонного сообщения.

Коммутация осуществляется на коммутационных узлах и коммутационных станциях.

Коммутационный узел (станция) – совокупность технических средств связи, предназначенных для коммутации каналов связи.

Процесс установления соединения (коммутации):

- прием вызова от абонента;

- подключение станции к линии вызывающего абонента;

- подача абоненту сигнала “ответ станции”, сигнала готовности станции;

- передача на станцию адресной информации (набор номера);

- отыскание путей соединения и коммутационных приборов;

- подключение к линии вызываемого абонента;

- посылка вызова, если вызываемый абонент свободен, с одновременной посылкой сигнала “контроля посылки вызова” вызываемому абоненту;

- установление соединения (разговор);

- подача на станцию сигнала отбоя со стороны абонентов;

- разъединение и освобождение приборов станции, участвующих в соединении.

Перечисленные этапы соответствуют процедуре установления соединения, если соединение невозможно (абонент занят, отсутствует или нет свободных приборов на коммутационной станции), то этапы будут другими.

Процесс установления соединения осуществляется под воздействием управляющих сигналов.

Сигналы телефонного тракта

Различают

- линейные сигналы (сигналы взаимодействия);

- сигналы управления;

- акустические сигналы (сигналы осведомления).

Линейные сигналы:

- сигнал вызова станции абонентом (поднятие трубки);

- сигнал занятия канала;

- сигнал ответа вызываемого абонента (поднятие трубки);

- сигнал отбоя абонента (опускание трубки);

- сигнал разъединения, по которому происходит освобождение приборов занятого соединительного тракта.

Сигналы управления, они передаются лишь в процессе установления соединения. Под их взаимодействием образуется соединительный тракт между вызываемым и вызывающим абонентами.

- сигналы набора номера (адресная информация);

- сигналы обмена между станциями в процессе установления соединения.

Акустические сигналы, служат для информации абонентов о ходе процесса установления соединения:

- “ответ станции” (непрерывный сигнал f = 425 + 25 Гц, свидетельствует о готовности станции к приему номера, прекращается после набора первой цифры);

- “занято” (короткие, частые импульсы f = 425 + 25 Гц длительность 0,35 + 0,05 с через 0,35 + 0,05 с, свидетельствует о занятости вызываемого абонента, приборов или линий станции);

- “контроль посылки вызова” (f = 425 + 25 Гц, τ = 1 + 0,1 с, через 4 + 0,3 с, свидетельствует, что вызываемый абонент свободен. Прекращается после поднятия им трубки “ответ вызываемого абонента”);

- “посылка вызова” (индукторный сигнал, подается в аппарат вызываемого абонента, f=25 Гц, U=100 В).

Коммутационные приборы

Коммутационный прибор – устройство, обеспечивающее коммутацию (замыкание и размыкание) электрических цепей при поступлении в прибор управляющего сигнала.

Размыкание и замыкание осуществляется коммутационными элементами или коммутационной группой (одновременная коммутация нескольких цепей).

Местоположение КЭ (КГ) в КП называют точкой коммутации. КП характеризуется двумя состояниями:

- КП замкнут (открыт);

- КП разомкнут (закрыт).

Параметры коммутационного прибора:

- коммутационный коэффициент k_к (k_к = R_закр / R_откр = R_{разомкн} / R_замкн)

- время переключения, время перехода элемента из одного состояния в другое;

- вносимое затухание в тракт передачи информации;

- коммутационная емкость, определяется количеством входов и выходов;

- пропускная способность – число одновременных соединений.

Виды коммутационных приборов

- электромагнитные реле;

- реле с магнитоуправляемыми контактами;

- электромеханические искатели;

- многократные координатные соединители;

- многократные герконовые и ферридовые соединители;

- электронные коммутационные приборы.

Реле – прибор, один вход и один выход, два устойчивых состояния и переходящий скачкообразно из одного состояния в другое под действием сигнала.

Электромагнитные реле

Основные части электромагнитного реле:

- электромагнит (обмотка с сердечником);

- якорь (стальная подвижная пластинка);

- набор контактных пружин.

Принцип работы электромагнитного реле заключается в следующем: при подаче тока на обмотку эл. магнита сердечник намагничивается и притягивает якорь, который в свою очередь перемещает подвижные контактные пружины.

Реле имеет паспорт, в котором приводятся все параметры и характеристики реле. Рассмотрим некоторые из них:

- ток срабатывания – минимальный ток в обмотке реле, при котором обеспечивается полное притяжение якоря к сердечнику и переключение всех контактов;

- ток отпускания – максимальный ток в обмотке реле, при котором реле полностью отпускает якорь;

- время срабатывания – промежуток времени от момента подачи напряжения до полного срабатывания реле;

- время отпускания – промежуток времени от момента снятия напряжения до момента полного отпускания реле.

Для увеличения времени срабатывания и отпускания используют конструктивные и схемные замедлители.

Конструктивный замедлитель выполняется в виде дополнительной короткозамкнутой обмотки или медной втулки. При подаче тока в рабочую обмотку в сердечнике создаются два встречно-направленных магнитных потока. В результате r_ср увеличивается. При снятии напряжения магнитные потоки совпадают и r_отп увеличивается.

Схемные заменители, используют дополнительные элементы.

Положение контактных групп на схеме приводят для исходного состояния схемы.

Реле с магнитоуправляемыми контактами

Геркон – герметизированный магнитоуправляемый контакт. Это стеклянный баллон длиной 20-80 и диаметром 2-6 мм, внутри которой находится контакт-детали, изготовленные из пермалоя (ферромагнитный материал с высокой магнитной проницаемостью и малой остаточной намагниченностью).

Контакт-детали могут иметь различную конструкцию и работать на замыкание, размыкание или переключение. Герконы используются для создания герконовых реле различных типов.

- Нейтральные герконовые реле. Имеет от одного до шести герконов, расположенных внутри катушки, закрытой ферромагнитным корпусом.

При прохождении по обмотке тока любой полярности возникает магнитный поток, который замыкается через корпус и контактные пружины. В результате чего контактные пружины намагничиваются и притягиваются друг к другу и создают электрический контакт. При выключении тока пружины под действием сил упругости размыкаются.

- Поляризованные реле (реле с магнитной блокировкой). Имеет один или несколько герконов, катушку и постоянный магнит, под действием которого пружины намагничиваются, но не притягиваются.

При прохождении импульса определенной полярности контактные пружины получают подмагничивание и притягиваются, а под действием постоянного магнита остаются в замкнутом состоянии (блокируются). Для размыкания контактов необходимо подать импульс обратной полярности I_р.

- Феррид – герконовое реле с внешней памятью. Имеет один или несколько герконов и катушку с сердечником из феррита (материал с прямоугольной петлей гистерезиса), обладающего большой остаточной магнитной индукцией.

При прохождении через обмотку импульса постоянного тока происходит намагничивание контактных пружин и сердечника. Пружины замыкаются и остаются в этом состоянии и под действием магнитного сердечника. Для размыкания подается импульс противоположный полярности. Величина импульса размыкания должна быть определенной и не приводить к перемагничиванию сердечника и, как следствия, к повторному замыканию. В зависимости от конструкции сердечника различают параллельный и последовательный ферриты.

- параллельный феррид

Импульсы тока одинаковой полярности Магнитные потоки складываются в пространстве геркона и контактные пружины замыкаются

Импульсы тока разной полярности

Магнитные потоки вычитаются и контакты размыкаются

Техническая реализация процесса управления ферридом

Обмотка Х₁ имеет 2n витков, а Х₂ – n витков и намотана встречно.

Обмотка Y₁ имеет 2n витков и намотана встречно Х_2.

Обмотка Y₂ имеет n витков и намотана встречно Х₁.

Такое включение называется дифференциальным.

Приведенная на рисунке полярность прикладываемого напряжения приводит к намагничиванию контактных пружин и ферритов, в результате чего контактные пружины притягиваются.

- процесс размыкания

Достаточно подать на обмотку Х и Y напряжения той же полярности и той же величины.

Пусть напряжение подано на обмотку Х, тогда векторы магнитного потока

Ферриты перемагничиваются, а контактные пружины размыкаются

Электромеханические искатели

Искатель – коммутационный прибор связи с одним входом и несколькими выходами, обеспечивающий соединение входа с одним из выходов. Электромеханический искатель имеет три основные части:

- статор или контактное поле, состоящее из плоских контактных пластин или струн, образующих выходы искателя (это неподвижная часть искателя);

- ротор или щетки, выполняющие роль входа (это подвижная часть искателя);

- движущийся механизм (привод), перемещающий щетки в требуемое положение.

Шаговый искатель – это искатель, щетки которого движутся по пластинам контактного поля шагами при поступлении каждого импульса тока.

Обычно ШИ имеют несколько таких групп, т.е. несколько входов, которым доступны соответствующие выходы.

Декадно-шаговые искатели – искатели, у которых контактное поле имеет декадное построение (состоит из десяти отдельных групп-декад, которые включают в себя десять линий).

Так ДШИ-100 имеет один вход и 100 выходов в одной секции, которых три. ДШИ состоит из тех же частей: статора, ротора и движущегося механизма.

Порядок работы:

В исходном состоянии щетка ротора находится за пределами контактного поля (слева внизу). Первая серия импульсов приводит к поднятию щетки на необходимую величину, а последующая серия импульсов приводит к горизонтальному перемещению щетки.

Нумерация выходов в секции контактного поля ДШИ

Часто у нескольких ШИ и ДШИ объединяют соответствующие выходы. Графически это представляется следующим образом.

Многократные координатные соединители

МКС – это коммутационный прибор связи релейного типа, имеющий n входов и n x m комбинаций выходов. При этом каждый вход может быть подключен к любому из m только ему доступных выходов.

Коммутационное поле МКС состоит из контактных групп на замыкание, расположенных в виде n вертикальных и m горизонтальных рядов.

Каждому горизонтальному ряду соответствует выбирающий магнит (ВМ), а каждому вертикальному ряду – удерживающий магнит (УМ). Коммутация входа (вертикали) c выходом (горизонталью) производится путем замыкания контактной группы в результате срабатывания соответствующих ВМ и УМ. Для удержания контактной группы достаточно работы УМ, при этом ВМ освобождается (особенности конструкции).

Название ”координатный” определяется положением контактных групп, которое описывается двумя координатами: номером вертикали (номер УМ) и номером горизонтами (номер ВМ).

МКС имеет несколько входов n, следовательно, через него может быть установлено несколько соединений, поэтому он называется многократным.

Несколько вертикалей, у которых одноименные выходы запараллелены называют коммутатором. Любой вход (вертикаль) может быть соединен с любым выходом (горизонталью) если он свободен.

Многократные герконовые и ферридовые соединители

Многократный герконовый соединитель МГС – это совокупность герконовых реле, размещенных в n горизонтальных и в m вертикальных рядах на общей плате.

Реле, расположенные по горизонтали, запараллеливаются и образуют один вход, а те же реле, запараллеленые по вертикали, образуют один выход. Такая плата называется коммутационной матрицей на n входов и m выходов (n x m).

Данная матрица является однозвенной полнодоступной схемой коммутации, в которой каждому входу доступен любой свободный выход. Число проводов в точке коммутации равно двум, четырем и более.

Пример: двухпроводный МГС-4х4х2 (n=4, m=4, проводность 2)

Для коммутации входа 1 с выходом 4 необходимо скоммутировать ГР14 герконовое реле путем подачи напряжения на его обмотку.

В МГС-4х4 герконовые реле могут иметь одну или две обмотки. Рассмотрим двухобмоточное герконовое реле. Реле ГР14 срабатывает при подаче на горизонтальный провод с положительного импульса тока с выхода 1 и одновременно отрицательного импульса тока на вертикальный провод с с выхода 4. Реле ГР14 срабатывает первой обмоткой и блокируется до отбоя, за счет протекания тока во второй обмотке, которая через собственный дополнительный контакт включена в провод d.

Диоды необходимы для развязки электрических цепей срабатывания. При отбое освобождающее реле о снимает плюс провода d, и реле ГР14 отпускает свои контакты.

МГС – является прибором с электрическим удержанием, что приводит к значительному расходу тока в процессе соединения.

МГС обладают более высоким быстродействием, по сравнению с эл. механическими коммутационными приборами. t_ср (2-3) мс.

Многократный ферридовый соединитель

МФС устроен так же, как и МГС в виде матрицы, но в каждой точке коммутации расположен феррид с соответствующим числом контактов (герконов).

Поскольку феррид имеет магнитную блокировку, то для удержания его в рабочем состоянии не требуется дополнительных контактов и имеет меньший расход электрического тока.

Схема соединения обмоток ферридов в МФС-4х4

Каждый феррид имеет две обмотки. Все первые обмотки у ферридов каждого ряда соединены последовательно. Все вертикали и горизонтали запараллелены и соединены друг с другом.

Для управления работой МФС используется общий импульсный генератор ИГ, который может быть подключен к любой горизонтали и вертикали при помощи реле Г1-Г4 и В1-В4.

Коммутация феррида Ф14 достигается замыканием реле Г1 и Г4, при этом импульс тока от импульсного генератора синхронно и синфазно пройдет через обмотки X и Y феррида Ф14. В результате вход 1 подключится к выходу 4. После окончания импульса тока феррид Ф14 останется в рабочем состоянии за счет остаточной намагниченности (без потребления тока).

Особенностью МФС является наличие процесса размыкания контактов ферридов, которые до момента подачи импульса тока имели замкнутые контакты, если импульс тока проходит или по обмотке Х или по обмотке Y. При этом происходит перемагничивание сердечника, что обеспечивается дифференциальным включением обмоток. Таким образом, возможно только одно соединение по любому горизонтальному или вертикальному ряду и не требуются дополнительные управляющие сигналы.

Импульс тока до 10 А, t₄=0,1-0,5 мс.

Электронные коммутационные приборы

До сих пор мы рассматривали электромеханические коммутационные приборы, которым присущи следующие недостатки:

- большие габариты и масса;

- большая потребляемая эл. мощность;

- малое быстродействие.

Данных недостатков полностью или частично лишены электронные коммутационные приборы, в качестве которых используются диоды, транзисторы, ИМС, тиристоры, оптроны.

Требования к электронным коммутационным приборам:

- высокое значение коэффициента коммутации;

- линейность амплитудных характеристик;

- равномерность АЧХ;

- возможность двухсторонней связи между входом и выходом;

- возможность коммутации цепей постоянного тока (токов питания микрофонов от 10 до 70 мА) и переменного вызывного тока частотой 25 Гц и напряжением 70-110 В.

Электронный контакт с использованием диода

В исходном состоянии диод заперт (находится в обратном смещении) и входной сигнал не проходит на выход. При прямом смещении диод имеет малое сопротивление, в результате чего обеспечивается передача речевых сигналов. Для неискаженной передачи напряжение речевых сигналов должно быть меньше управляющего напряжения, чтобы не привести к запиранию диода.

Двухпроводный ЭК на основе транзисторов

У – “ – “ Т_р закрыт

“ + ” Т_р открыт

Данный электронный контакт в открытом состоянии потребляет меньший ток по сравнению с диодным ЭК. Хотя у него так же имеется гальваническая связь между управляющими и коммутируемыми цепями, что ухудшает качество телефонного тракта.

ЭК на основе тиристорного оптрона.

Он обеспечивает гальваническую развязку разговорных и управляющих цепей

Многократные электронные соединители

Структура та же что и МГС, но контакты – электронные.