Разговорная схема современного телефона

Фундаментальная схема двухпроводной разговорной цепи телефона с дуплексной связью имеет существенный недостаток, называемый местным эффектом (Sidetone). Это прямое прохождение сигналов микрофона в телефонный капсюль своего же аппарата за счет трансформации микрофонных токов через разделительные трансформаторы Tl, T2 во вторичные обмотки.

Местный эффект ухудшает работу телефона, в особенности у того абонента, в помещении которого наблюдается повышенный шум. Указанный недостаток невозможно устранить полностью, однако удается более или менее успешно компенсировать мешающие сигналы. Применяются две основные схемы разговорных цепей, заметно снижающие местный эффект, — мостовая и компенсационная.
Из теории мостовых схем известно, что при определенных условиях (R1R4 = R2R3 — уравновешенный мост) ЭДС источника Е1, включенного в одну из диагоналей, не вызывает появления разности потенциалов U2 - в другой. Ток источника протекает параллельно по сопротивлениям плеч моста и создает на равных сопротивлениях равные падения напряжений, соединенные встречно. Наибольшая отдача моста в нагрузку имеет место при равных сопротивлениях его плеч.
В действительности, сопротивление телефонной линии имеет комплексный характер, то есть оно содержит не только активную составляющую, измеряемую омметром, но и реактивную — емкостную составляющую. В целом такое сопротивление называется комплексным и обозначается Z. Как следует из условия равновесия моста, противоположное плечо также должно содержать емкостную составляющую. Оно обозначается Ze — балансное. В мостовой разговорной схеме микрофон ВМ и телефон BF каждого абонента включены в разные диагонали уравновешенного моста с малогабаритным низкочастотным трансформатором Т. Сопротивление Zn представляет собой полное сопротивление телефонной линии, включая аппарат второго абонента. Сопротивление Z — полное (комплексное) сопротивление плеча балансного контура, составленного из резисторов и конденсаторов. Ток микрофона протекает по сопротивлениям плеч моста — обмоткам трансформатора I и II — в противоположных направлениях.

Поэтому магнитные потоки в сердечнике, создаваемые обмотками I, II, взаимно компенсируются, и в обмотке III микрофонный ток отсутствует.

Противоместное действие компенсационной разговорной схемы, как следует из ее названия, основано на принципе компенсации падений напряжений за счет переменных токов, протекающих по бифилярной обмотке в противоположных направлениях. Назначение обмоток трансформатора: I — линейная, II — балансная, III — телефонная, IV - компенсационная. Токи, протекающие по бифилярной обмотке IV, намотанной в два провода и соединенной последовательно-встречно, практически не создают магнитных потоков в сердечнике трансформатора. Поэтому компенсационная обмотка IV имеет чисто активное сопротивление. В телефонных аппаратах и автоответчиках встречаются и другие варианты трансформаторов и автотрансформаторов — с большим или меньшим числом обмоток.

Особое распространение в телефонии получили мостовые противоместные схемы. Однако, любая противоместная схема имеет два основных недостатка. Во-первых, полная компенсация мешающих сигналов возможна только при одном значении параметров линии. Например, в мостовой схеме для соблюдения условия равновесия должна выполняться условие R4=R2R3/R1. С помощью элементов моста его можно сбалансировать при данном Zл, но если изменить сопротивление линии (например, установить аппарат у другого абонента), необходимо вновь добиваться баланса. Второй недостаток — потеря половины полезной мощности микрофона в балансной ветви.

В электронных телефонных аппаратах может отсутствовать разделительный трансформатор или автотрансформатор. Противоместный контур составляется из активных сопротивлений и конденсаторов. Потери полезных сигналов в резисторах моста легко компенсируются микрофонными и телефонными усилителями на транзисторах или микросхемах. Основной недостаток резистивной мостовой схемы — внесение частотных искажений в приходящий сигнал. Этот недостаток устраняется в специализированных разговорных микросхемах.

Рассмотренная фундаментальная разговорная схема просуществовала несколько десятков лет без каких-либо существенных изменений. С началом развития полупроводниковой электроники началось все более возрастающее внедрение транзисторов, а затем и микросхем в телефонию и, в частности, в бытовые телефонные аппараты. Наиболее уязвимым элементом ТА старого типа является угольный микрофонный капсюль. Он не обеспечивает высококачественную передачу звука, подвержен нарушениям в работе при отсыревании или спекании угольного порошка, может создавать высокий уровень шумов. По этим причинам, в первую очередь, были предприняты попытки заменить угольный микрофон электромагнитным или динамическим. Так как последние имеют более низкую чувствительность, их сигналы необходимо усилить. Поэтому в телефонный аппарат был введен микрофонный усилитель, называемый также усилителем передачи.
В настоящее время в ТА широкое распространение получили электретные микрофоны.
Следующим шагом в модернизации разговорной схемы было внедрение электродинамических телефонных капсюлей (малогабаритных «динамиков») и усилителей приема для них. Такая мера позволила не только улучшить качество звука, но и регулировать уровень громкости, что бывает необходимо при разговоре с удаленным абонентом или плохом состоянии линии.

Дальнейшим усовершенствованием телефона явилось введение в аппарат функции HANDS FREE («свободные руки»), то есть разговора без снятии трубки. Соответствующее электронное устройство, обеспечивающее нормальную передачу и громкоговорящий прием, носит название спикерфона. Ниже приведена упрощенная разговорная схема современного ТА с усилителями приема и передачи, а также спикерфоном.