Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/TI/D19820616Elc036.shtml

ИС для телефонных аппаратов позволяют избавиться от угольных микрофонов и дифференциальных трансформаторов

УДК 621.3.049.77:621.395

Себастьяно Д'Арриго (Sebastiano D'Arrigo)
Фирма Texas Instruments Semiconduttori Italia SpA (Риети, Италия)

Майкл Рис (M.Riess)
Фирма Texas Instruments Inc. (Даллас, шт.Техас)

Sebastiano D'Arrigo and M.Riess. Phone IС banishes carbon mike,, takes, .on hybrid coil's functions, pp.153—155.

Интегральные схемы серии ТСМ1700, выполненные по биполярной технологии, позволят использовать в телефонных аппаратах вместо угольных дешевые и надежные пьезокерамические, электромагнитные и электретные микрофоны. Подгонка усиления усилителя передачи и приема посредством внешних резисторов под длину конкретной абонентской линии дает возможность применить эти чувствительные к высоким напряжениям и большим токам устройства и отказаться от использования громоздких дифференциальных трансформаторов. Делитель на внешних резисторах обеспечивает регулировку глубины местного эффекта.

Если бы устранилась потребность в дорогостоящем угольном микрофоне, т.е. в элементе, который является одним из самых ненадежных в телефонном аппарате, то уже можно было бы считать, что интегральная схема полностью выполнила свою задачу. Однако интегральные схемы серии ТСМ, которые вскоре начнут выпускаться для использования в телефонных аппаратах, идут дальше. Они обеспечивают автоматически регулирующееся усиление и регулировку местного эффекта, а также заменяют тяжелый и громоздкий дифференциальный трансформатор, используемый для перехода с четырех-проводной схемы аппарата на двухпроводную абонентскую линию. Эти ИС с 16 выводами знаменуют переход к легким, компактным и надежным телефонным аппаратам и приставкам. Кроме того, они могут быть приспособлены под любые изменения в требованиях к местным системам телефонной связи, так как несколько резисторов и конденсаторов, требующихся для подгонки, вынесено за пределы ИС.

Эти интегральные схемы, содержащие в себе усилитель передачи, усилитель приема и схему регулировки местного эффекта, заключающегося в том, что говорящий слышит свой голос, отличаются от подобных ИС тем, что совместимы со схемами обычных телефонных аппаратов (рис.1). Аппараты, в которых используются ИС серии 1700, могут работать в параллель с обычными аппаратами, причем это не сказывается отрицательно на работе ни того, ни другого аппарата. С учетом нынешней тенденции подключать несколько добавочных аппаратов к одной паре проводов эта возможность весьма полезна.

Интегральные схемы серии 1700 содержат шунтовую регулировку и датчики тока линии, а также усилители приема и передачи. Внешний стабилитрон обеспечивае
Рис.1. Интегральные схемы серии 1700 содержат шунтовую регулировку и датчики тока линии, а также усилители приема и передачи. Внешний стабилитрон обеспечивает защиту схемы, работая как ограничитель перенапряжений.

Биполярные ИС

Хотя, некоторые интегральные схемы для телефонных аппаратов изготавливались по К/МОП-технологии, ибо малое потребление мощности является основным требованием в случае телефонных аппаратов, ИС серии 1700 делаются по биполярной технологии. Биполярные микросхемы более пригодны для преодоления одного из важных затруднений, возникающих в сетях телефонной связи: разнообразия длин линий, ведущего к работе с различными напряжениями и рассеиваемыми мощностями.

В случае короткой абонентской линии в телефонный аппарат может поступать ток до 200 мА или напряжение постоянного тока величиной до 105 В, причем потребляемая мощность должна составлять от 6,5 до 9,5 Вт, если аппараты находятся вблизи АТС. При длинных же линиях на входе в аппарат присутствует малый ток и соответственно падает мощность сигнала.

Ассоциация электронной промышленности США предложила считать, что для удовлетворительной работы телефона не требуется сигнал мощностью более 49 мВт. Это соответствует току 14 мА при 3,5 В — типичная величина для случая двух телефонов со снятыми трубками на конце длинной линии.

Несмотря на все свои недостатки, угольный микрофон оставался в эксплуатации, поскольку он обеспечивает работу при высоком напряжении и при большом токе одновременно. Благодаря нынешним достижениям в интегральной технологии для аппаратуры связи угольный микрофон и связанный с ним дифференциальный трансформатор более не потребуются в телефонах. Усиление, обеспечиваемое усилителями в интегральной схеме серии 1700, дает возможность использовать дешевые пьезокерамические, электромагнитные и злектретные микрофоны.

Две разные схемы, ТМС 1705 и 1706, обеспечивают совместное использование электромагнитного телефонного капсюля и трех различных типов микрофона (см. таблицу). Схема 1706 выполняется по технологии биполярных и полевых транзисторов (BIFET), с помощью которой реализуются входы на 80 МОм и качественные усилители, отвечающие по сопротивлению и усилению требованиям электретных и пьезокерамических микрофонов.

Интегральные схемы тсм 1700 вместо дифференциальных трансформаторов в телефонных аппаратах

Тип микрофона

1705

1706

Электродинамический

Электретный или пьезокерамический

Входное сопротивление

20 Ом

80 Ом

Усиление передачи

Нагрузочный резистор:

 

 

     RL = 0 Ом

43 дБ

33 дБ

     RL = 800 Ом

48 дБ

37 дБ

     RL = 2 кОм

48,5 дБ

37,5 дБ

Функции дифференциального трансформатора

Дифференциальный трансформатор в обычном телефонном аппарате используется для перехода с четырехпроводной схемы аппарата на двухпроводную линию. Кроме того, от трансформатора делается отвод для получения местного эффекта, т.е. сигнал возвращается в телефон, чтобы говорящий слышал себя. Из этих требований вытекают следующие требования к интегральным схемам, предназначенным для телефонной связи:

— Реализация всех функций должна обеспечиваться при работе с током линии, пониженным даже до 10 мА, что даст возможность использовать шлейфы длиной 65 км или подключать два аппарата со снятыми трубками в параллель (при этом оба аппарата питаются от одной линии).

— Для поддержания приемлемого качества передачи речи интегральная схема должна регулировать электрическое усиление с целью компенсации изменений в длинах линий.

— Схема должна работать стабильно при всех условиях, с достаточной защитой от генерации, которая может возникать в операционных усилителях в процессе обеспечения местного эффекта. Одновременно для обеспечения нужного качества передачи приходится оптимизировать затухание и искажения местного эффекта.

Для того чтобы работать на длинных абонентских шлейфах, схемы серии 1700 автоматически настраивают свое усиление в зависимости от постоянного тока в линии. Одновременно с регулировкой по постоянному току происходит регулировка затухания по переменному току. Глубина местного эффекта, создаваемого в ИС, устанавливается посредством внешних компонентов, так что поставщик аппарата может подогнать ее под потребности конкретного абонента. Может реализовываться затухание местного эффекта в пределах 15—25 дБ, что позволяет подстраивать аппарат под нужды абонентов с ослабленным слухом. Для достижения оптимальной эксплуатации как в случае коротких абонентских линий, так и в случае длинных, в схемах 1700 используются встроенные датчики тока для регулировки усиления передачи и приема в обратной зависимости от длины линии. Величина усиления зависит от типа используемого преобразователя: наибольшее усиление требуется для электродинамического микрофона, наименьшее — для электретного и промежуточное — для пьезокерамического.

Установка выходного усиления

Установка выходного усиления осуществляется подбором величин двух внешних резисторов, подсоединяемых к выводам 2 и 3 интегральной схемы. До этих резисторов также в качестве внешнего элемента включается стабилитрон, обеспечивающий защиту схемы от перенапряжений. Величина тока, протекающего через первый резистор (R11 на рис.1), меняется обратно пропорционально длине линии.

Ток, протекающий через второй резистор (R12), устанавливается на постоянную величину внутри схемы, создавая тем самым эталонное напряжение. Шунтовой регулятор воспринимает как ток в линии, так и ток обратной связи от схемы токового зеркала (который пропорционален усилению усилителя передачи), сравнивает их и затем соответственно устанавливает усиление усилителя передачи и усилителя приема. Таким образом, усиление усилителя, питающего микрофон, задается током, протекающим через шунтовой регулятор.

Проблема, решаемая усилителем приема, заключается в том, чтобы раскачать телефонный капсюль при крайне малом напряжении переменного тока на нем. Конденсаторы связи не используются, и поэтому дифференциальный выход оставляется под плавающим потенциалом с мощностью, достаточной для непосредственной раскачки капсюля от внешней телефонной линии.

Связь между током нагрузки и длиной линии определяется напряжением питающей батареи на станции, которое может быть различным в разных местах. Поэтому в схемах серии 1700 предусмотрена подгонка под различные напряжения станционных батарей. Для этого меняется сопротивление внешнего резистора (рис.1). Оптимальная регулировка для батарейного питания 48 В (стандарт фирмы Bell) соответствует R11, равному 383 Ом, а R12 равно 3,3 кОм (в предположении линии с сопротивлением 400 Ом, что соответствует средней длине городской линии).

Установка усиления передачи

Резисторы используются и для установки усиления передачи и полного сопротивления, на которое нагружается микрофон, а также для установки усиления приема, необходимого для работы телефонного капсюля в аппарате. Усиление передачи устанавливается подбором сопротивлений R4 и R5 (рис.2), a R9 и R10 задают усиление приема. Например, для усиления приема —13,5 дБ резисторы R9 и R10 оба имеют сопротивления 220 Ом при сопротивлении микрофона 350 Ом.

Усиление передачи. Резисторы R<sub>4</sub> и R<sub>5</sub> используются для установки усиления передачи и полного сопротивления нагрузки для микрофона
Рис.2. Усиление передачи. Резисторы R4 и R5 используются для установки усиления передачи и полного сопротивления нагрузки для микрофона. При наличии стабилизированного напряжения и очень высокого входного сопротивления полное сопротивление нагрузки для микрофона точно равно R4.

Описываемые схемы обладают достаточным усилением и достаточной чувствительностью на приеме и передаче для того, чтобы работать на конце линии с сопротивлением 5 кОм, что соответствует абонентскому шлейфу длиной 96 км при диаметре жил 0,9 мм. Это соответствует электрическим параметрам около 9 мА при 3,6 В или эффективной рабочей мощности 32,4 мВт, что значительно ниже минимального стандартного значения, предложенного Ассоциацией электронной промышленности. Местный эффект в схеме регулируется, как и усиление, соответственно току в линии, который в свою очередь обратно пропорционален суммарному сопротивлению шлейфа. Таким образом затухание местного эффекта автоматически регулируется в пределах от —5 до —15 дБ в диапазоне сопротивлений шлейфа от 0 до 1,3 кОм. Само усиление местного эффекта устанавливается подбором величин двух резисторов и одного конденсатора. Например, если R2 равно 160 Ом, R6 —2,5 кОм, R7 = 9,1 кОм, а С5 —22 нФ, то местный эффект будет оптимизирован для кабелей с медными жилами диаметром 0,4—0,5 мм.

Создание местного эффекта

Сам местный эффект создается подачей определенной доли сигнала с усилителя приема на вход через делитель, образованный из R8 и R7. Для того чтобы все схемы регулировки оставались сбалансированными, усилитель приема должен иметь нулевое смещение.

Все эти средства регулировки и электрические характеристики схем делают их электрически эквивалентными обычному телефонному аппарату. Например, эквивалентная схема для характеристик интегральных схем дифференциального трансформатора по постоянному току имеет вид стабилитрона, включенного последовательно с резистором.

Наличие высокого входного сопротивления позволяет телефонным аппаратам, содержащим ИС серии ТСМ1700, работать в параллель с обычными телефонными аппаратами, поскольку первые не создают чрезмерной нагрузки для линии. Прежние же интегральные схемы для телефонных аппаратов, напротив, могли бы стать неработоспособными из-за избыточного потребления мощности, если бы их включили параллельно с обычным телефонным аппаратом со снятой трубкой.

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 55, No.12 (642), 1982г - пер. с англ. М.: Мир, 1982, стр.67

Electronics Vol.55 No.12 June 16, 1982 A McGraw-Hill Publication

Sebastiano D'Arrigo and M.Riess. Phone IС banishes carbon mike,, takes, .on hybrid coil's functions, pp.153—155.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Техника связи





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/TI/D19820616Elc036.shtml