Evolucija Elektricne Telegrafije Telefonija

EVOLUCIJA ELEKTRIČNE TELEGRAFIJE

- TELEFONIJA

SEMINARSKI RAD

Predmet: Osnovi telekomunikacija

SADRŽAJ

1. UVOD......................................................................................................3.

2. HISTORIJSKI RAZVOJ TELEFONIJE..............................................4. 2.1. Električna era 1833-1915...............................................................................................7. 2.2. Elektronička era 1915-1965...........................................................................................7. 2.3. Mikroelektronička era: 1965-2000...............................................................................7. 2.4. Fotonička (nanoelektronička) era: 2000-.....................................................................7. 2.5. Nove usluge.....................................................................................................................8.

3. RAZVOJ JEZGRA TRANSPORTNE MREŽE...............................................................9. 3.1. Multpleksiranje..............................................................................................................9. 3.2. Potreba za fleksibilnošću.............................................................................................10.

4. FUNKCIONALNE JEDINICE TELEFONSKOG APARATA..........10. 4.1. Komutaciona jedinica..................................................................................................10. 4.2. Pozivna jedinica............................................................................................................11. 4.3. Biračka jedinica............................................................................................................11. 4.3.1. Biranje brojčanikom..............................................................................................11. 4.3.2. Biranje tastaturom.................................................................................................12. 4.4. Elektroakustička jedinica............................................................................................14. 4.4.1. Ugljeni mikrofon....................................................................................................14. 4.4.2. Telefonska slušalica................................................................................................15. 4.4.3. Pojam i neutralisanje lokalnog efekta..................................................................16. 4.5. Vrste telefonskih aparata............................................................................................17. 4.6. Automatski telefonski aparat......................................................................................17.

5. ZAKLJUČAK........................................................................................20.

6. LITERATURA.......................................................................................21.

7. POPIS SLIKA.........................................................................................21.

2

1. UVOD

Fiksna telefonija je sastavni deo društva jos od Belovog pronalaska telefona. Ranije je ona bila dostupna samo stanovnicima u gradskim sredinama ali,sa razvojem tehnologije stvorili su se uslovi za proširenje fiksne telefonije na ruralne (seoske) sredine. Prvi telefon upotrebljen je 10.3.1876. godine a nedugo zatim pocela je izgradnja telefonskih kablova i broj telefonskih priključaka je bio u porastu.Najvažniji događaj u telekomunikacijama je bio patent telefona Alexandra Graham Bella.

3

2. HISTORIJSKI RAZVOJ TELEFONIJE

1870-ih razvoj telefona započela su odvojeno dva znanstvenika Elisha Gray i Alexander Graham Bell. Prvi je patent dobio Bell1, a prvi telefon upotrebljen je 10.03.1876. Ubrzo započinje izgradnja telefonskih kablova te rast broja telefonskih priključaka. Prvo tonsko biranje uvedeno je 1941. u Baltimoreu. Veliki pomak u razvoju telefonije uveden je primjenom optičkih kablova, zbog velike brzine i velikog kapaciteta prijenosa informacija.Do kraja 1880. u SAD-u je bilo 47900 telefonskih priključaka.

Slika 1. Kućna automatska telefonska centrala od 100 brojeva, proizv.Autelko Mediteraneo S. A. T. A. P., Milano, 1945. god. (dio centrale).

1 Prezentacije sa predavanja Doc.dr. Halida Žigića, osnove telekomunikacija.

4

Slika 2. Zidna induktorska centrala od 25 brojeva. Proizvođač: Standard-Face, Milano. Bila je u prometu na području Istre do 1945. god.

Slika 3. Zidna induktorska centrala za 3 telefonska priključka. Bila je u upotrebi na malom putničkom brodu na području Istre do 1945.

5

Ipak najznačajniji trenutak u razvoju telekomunikacija je patent telefona koga je izvršio Aleksandar Graham Bell 1876 godine, a patentna prava je dobio na svoj 29 rođendan. Svakako treba pomenuti i radove profesora Alec-a i Johna Tyndall-a vezana za govor i vokalnu psihologiju na Bostonskom Univerzitetu što su Bell i njegov asistent Watson koristili prilikom razvoja telefona.

Slika 4. Aleksandar Graham Bell sa prototipom telefona 1876. Dizajn sa jednim izlazom zahtijevao je da korisnik govori i sluša kroz jedan te isti otvor.

Prva telefonska centrala je počela sa radom u maju 1877 godine a tri mjeseca kasnije imala je instaliranih 700 linija. U avgustu 1877 telefon je proradio i u V. Britaniji. Samo komutiranje je ostvarivano ručno od strane telefonskih operatora u centralama. Prvu automatsku komutaciju «korak po korak» razvio je Strowger 1897 i korištena je mnogo sljedećih decenija. Kada je napravljen tranzistor težilo se digitalnoj komutaciji koja je postavljena u junu 1960 u Ilinois-u. Izum triode 1906 godine od strane Lee DeForest-a2 je omogućio uvođenje pojačanja signala u telekomunikacijskim sistemima i značajno povećanje dužina prijenosa.San o transkontinentalnom linku ostvaren je 1915 godine zahvaljujući radu naučnika: Kelvina, Heavisade i Rayleigha koji su postavili osnovne jednačine za upravljanje prijenosom Prvi link je spajao New York sa San Franciskom preko gradova Philadelphia-Pittsburgh-Chicago-Omaha-Denver-Salt Lake City, gdje su bili regeneratori sa elektronkama koji su kompenzirali slabljenje 60 dB ovog puta od 4800 km. Interesantno je da je ovdje prvi put iskorišteno tzv, fantomsko kolo. Zapravo razvoj telekomunikacija posljednjih 40 godina je zaista fenomenalan. On uglavnom počiva na razvoju nekoliko (5) tehničkih proizvoda:

Tranzistor 1948 Monolitno integrisano kolo 1960 Mikroprocesor, poluvodičke memorije i fiber optičko vlakno 1971. godine


6

2.1. Električna era 1833-1915

Fundamentalna ograničenja su prevaziđena 1915Materijalna ograničenja: odgovarajući prečnik bakrenog vodiča je nesrazmjeran i za link preko SAD treba 12-25 mm prečnik bez regeneratora.Prostorna ograničenja – veliki gabariti otvorenih žičnih linijaŠum i interferencija: termički šum, preslušavanje, eho, interferencijaPojas: pravljenje odgovarajućeg frekvencijskog pojasa dugačkih linija je teško jer povećavaju opterećenja linijeTransmisijsko ograničenje telefonije

2.2. Elektronička era 1915-1965

Odlikuje se uvođenjem pojačavača – regeneratora, FDM tehnike i prvih digitalnih sistema. Ostvareno je potpuno nacionalno povezivanje i internacionalno povezivanje peko podmorskih kablova i satelita. Ograničenja su:Principijelno zbog diskretnih komponenti i prijenosa analognog signalaŠum, pojačanje, disipacija i pojas pojačavača su ograničavali gornju graničnu frekvenciju FDM nosilaca na opseg 4-42 MHz u koaksijalnom kablu koji je nosio signal iz opsega 12-60 MHz.

2.3. Mikroelektronička era: 1965-2000

Usavršavanjem monolitnih integrisanih kola i tranzistora te uvođenje mikroprocesora, odnosno pojava računara i potrebe za prijenos podataka u obimu većem od govora dolazi se do niskih cijena visoko kompleksnih mikroelektroničkih kola u sve dijelove mreže, razvoj digitalnog prijenosa, digitalne komutacije i sofisticiranih terminalnih uređaja. Prava globalna mreža: potpuno uvezani svijetDigitalni prijenos i digitalna komutacija dali su ekonomičniju mrežu za više od 50%Usluge: potpuno digitalna mreža može davati mnogo više usluga od POTS mreže.

2.4. Fotonička (nanoelektronička) era: 2000-

Smjenom stoljeća smjenjuje se i način prijenosa te komutacije signala u jezgro mreži: zapravo električni signal zamjenjuje se svjetlošću koja se prijenosi preko fiber optičkog vlakna ili u slobodnom prostoru.

7

Multipleksiranje, pojačanje, uobličavanje, komutacija se ostvaruju direktno na optičkom nivou.

2.5. Nove usluge

Dugo vremena govorne i faks usluge donosile su većinu prihoda telekomunikacijskim operaterima. Oni će i dalje pokazivati stabilan ali prilično umjeren rast od 4-7 % na godinu. Transformacija prenosnih mreža na SDH putem fibera koje većina evropskih operatera već provodi, daje transmisijski kapacitet koji može lako apsorbovati porast zahtjeva za govorne i faks usluge.

U Evropi to neće zahtijevati nikakav bitan razvoj novih pristupnih mreža za ove potrebe osim za mobilne pristupe gdje se predviđa rast od otprilike 20 % (ovdje se ograničavamo na zemlje koje su riješile pitanje fiksnih priključaka u svakom domu).

Od Internet telefonije do web-omogućenih pozivnih centrala Tek je 1997 god. Internet telefonija uzeta ozbiljno u obzir. Prema IDC-u tržište Internet telefonije će porasti na 1240 miliona US$ do kraja 2002 god. Internet telefonija počela se značajnije koristiti 1997 godine, ali je vrlo brzo odbačena zbog lošijeg kvaliteta zvuka i dugih prekida.

Posljednjih godina broj telefonskih priključaka u Europi stagnira. U razdoblju od 2001. do 2003. čak 22 europske države zabilježile su pad broja fiksnih priključaka. Možemo pretpostaviti da je smanjenje rasta fiksnih priključaka vezano uz porast korisnika mobilnih telefona, no taj pokazatelj je teško kvantificirati. Usprkos tome fiksni operateri i dalje svoju prednost vide u brzom pristupu Internetu koja se posebno povećala razvojem DSL tehnologije.Prosječno u Svijetu danas ima 41,41 telefonskih pretplatnika na 100 stanovnika. No među kontinentima postoje velike razlike. Najveći broj pretplatnika ima Europa, dok najmanji ima Afrika sa svega 8,66 pretplatnika na 100 stanovnika. Najmanji broj pretplatnika imaju Niger s 0,33 i Srednjoafrička Republika s 0,55 pretplatnika na 100 stanovnika. Kako bi se smanjile razlike između pojednih država i kontinenata 1989. u Nici je održana konferencija na kojoj je utvrđena nužnost tehničke i tehnološke pomoći zemljama u razvoju te je osnovan BDT (Telecommunication Development Bureau) koji bi trebao omogućiti bolju komunikaciju u zemljama u razvoju. Posljednjih3 15-ak godina mobilna telefonija bilježi sve veći porast te je broj korisnika u pojedinim državama premašio broj korisnika fiksne telefonije. Pojedine države danas imaju više mobilnih telefona nego stanovnika. No takav rezultat statistike može biti posljedica više faktora. Moguće je stvarno postojanje više korisničkih brojeva, no mogući su i različiti način praćenja broja aktivnih i neaktivnih brojeva. Pojedine statistike neaktivnim brojevima smatraju one koji se ne koriste više od godinu dana. No neke statistike popu npr. češke statističke službe ne prate takve podatke čime broj mobilnih korisnika značajno raste.


8

Činjenica je da Internet nije dizajniran za kontinualan prenos zvuka, ali i ovaj problem se nastoji u zadnje vrijeme prevazići. Prema nekim predviđanjima cijene internacionalnih telefonskih poziva (razgovora) preko Interneta mogu biti smanjene za oko 40% uprkos visokim stalnim ulaganjima u rutere i spojeve (gateweys) na ISP strani.

Pristupna mreža je ključna za integraciju telekomunikacionih usluga Bakrena parica (uloženo mnogo novca, gradi se sporo)Koaksijalni kabl (postoji u CATV infrastrukturi-značajne mogućnosti proširenja)Fiber optičko vlakno (veliki kapacitet ali cijena optoelektroničkih konvertora je još previsoka za pojedinačne rezidencijalne korisnike)Radio pristup je uspješan jer uvodi mobilnost i interaktivnost u slučaju zemaljskih prijenosa (problem je spektar). Satelitski pristup ima ograničenu interaktivnost

3. RAZVOJ JEZGRA TRANSPORTNE MREŽE

Svrha svake komunikacijske mreže je da transportuje informacije (glas, video, baze podataka) između dva udaljena mjesta. Ovo nije moguće bez odgovarajućeg prenosnog medija koji će da proslijedi informaciju.U početku ovo je rađeno koristeći jednostavnu tačka-tačka (point to point ) prenosnu vezu (naprimjer pomoću telefonskih linija) ali je očigledno da se zahtijeva određeni stepen fleksibilnosti u pravim mrežama: transportnim mrežama. Transportne mreže omogućavaju, na fleksibilan i pouzdan način, neophodne interkonekcije visokog kapaciteta za telefonske razgovore, Internet rute, ATM komutaciju, itd. One formiraju kičmu (back-bone) trenutne mrežne infrastrukture.

3.1. Multpleksiranje

Moderna transportna mreža ne omogućava samo fizički transfer informacija (bita i bajta) nego obezbjeđuje uspješan način fleksibilne promjene interkonekcije između telefonskih linija, Internet ruta, ATM komuatcije, VPN mreža, itd. (ovo su korisnici transportne mreže). Da bi se ovo postiglo koristi se multipleksiranje: ”Ne gledaj na detalje ako se to ne zahtijeva: grupiši male skupove u velike skupove”. Veoma je važno pronaći pravi odnos u šemi multipleksiranja. Istorija telekomunikacija nas je naučila da jedan multiplesksirajući korak od oko 50 omogućuje dobar balans.

3.2. Potreba za fleksibilnošću

9

Fleksibilnost se zahtijeva zbog podrške povećanom porastu saobraćaja i prepoznavanju mijene saobrajćaja. Add-drop multiplekser (ADM) i kros-konektori (XC) će biti osnovni mrežni elementi za podržavanje ove fleksibilnosti i za osiguranje zahtijevane pouzdanosti mreže. Trendovi pokazuju kretanje od manuelnih prema automatskim prekidačima.

4. FUNKCIONALNE JEDINICE TELEFONSKOG APARATA

Klasični telefonski aparat se sastoji od mikrofona koji prenosi glas pozivača; slušalice, koja pojačava zvuk dolazećeg poziva; brojčanik ili tipke za biranje, zvono i manji skup električnih delova, koji ustvari drže pozivaočev glas na nivou da ne bi zvučao preglasno kroz slušalicu. Ako je dvodelni telefonski aparat, mikrofon i slušalica su zajedno ugrađeni u mikrotelefonsku kombinaciju, nama poznatija kao telefonska slušalica.Telefonski aparat se u osnovi sastoji iz četiri funkcionalne jedinice:● komutacione,● pozivne,● biračke i● elektroakustičke.

4.1. Komutaciona jedinica

Komutacioni element, koji svojim kontaktnim perima u jednom položaju uključuje na pretplatnički vod pozivne a u drugom govorne ili elektroakustične organe, naziva se prekidač viljuške ili viljuška. Pomoću ove jedinice telefonskog aparata obezbeđuje se da su za vreme razgovora na pretplatnički vod uključeni govorni a isključeni pozivni, a za vreme mirovanja uključeni pozivni a isključeni govorni organi aparata. Ovo se može postići na dva načina:prekidanjem, ili kratkim spajanjem govornih organa, , pri položenoj mikrotelefonskoj kombinaciji.Prekidač viljuške, svojim mirnim i radnim položajem, obezbeđuje dva karakteristična stanja telefonskog aparata:● stanje položene i● stanje podignute mikrotelefonske kombinacije.

Kontakti prekidača4 viljuške treba da imaju praktično zanemariv prelazni otpor (manji od 1Ω) ivek trajanja kojim se obezbjeđuje najmanje 300000 preklapanja. To znači da ova jedinica, poduslovom da se u toku svakog dana aktivira 15 do 20 puta, mora da bude ispravna u trajanju od oko 50 godina.

4.2. Pozivna jedinica

4 Luka Ljuboja dipl.ing.el., Komutaciona tehnika, Tehnička škola – Kikinda 2010.

10

Pozivno kolo je deo telefonskog aparata pomoću koga se akustično ili svetlosno daje do znanja pozvanom pretplatniku da treba da prihvati poziv, koji je došao po njegovom vodu. Ovo kolo se sastoji od kondezatora i nekog, najčešće akustičnog, indikatora, zvona, zujalice, tonskog pozivnika i slično.U mirnom stanju pozivno kolo je direktno priključeno preko pretplatničkog voda na telefonsku centralu. Pri pozivanju kroz pozivno kolo protiče naizmenična struja čija je frekvencija 16 – 25Hz, a napon 48 – 60V.Kondezator C u pozivnom kolu služi da onemogući protok jednosmerne struje iz izvora zanapajanje, koji se nalazi u telefonskoj centrali. U praksi se najčešće upotrebljavaju polarizovana zvona koja pri radu koriste naizmeničnu struju, Kada kroz namotaje elektromagneta zvona protekne struja pozitivne poluperiode, kotva biva privučena na jednu, a pri negativnoj poluperiodi na drugu stranu. Pri svakoj promeni položaja kotve metalni batić udara prvo u jednu, a potom u drugu školjku zvona i to se ponavlja.Jačina zvuka se može regulisati regulatorom u području od 40dB (tiho zujanje) pa do 70dB, mereno na rastojanju od jednog metra od telefonskog aparata.Zbog manje potrošnje struje iz telefonske centrale predviđeno je da impedansa pozivnog kola ne sme biti manja od 2,5kΩ, a u slučaju paralelnog povezivanja dodatnih induktora poziva ukupna impedansa ne sme biti manja od 2 kΩ.

4.3. Biračka jedinica

Za otpremanje podataka o broju telefonskog pretplatnika sa kojim treba da se uspostavi veza služi obrtni brojčanik ili tastatura tonfrekventnog telefona. Podaci se šalje telefonskoj centrali, koja na osnovu serije impulsa koji odgovaraju broju pozvanog pretplatnika vrši uspostavljanje veze.

4.3.1. Biranje brojčanikom

Postoje različiti modeli i konstrukcije obrtnih brojčanika, ali se svaki od njih sastoji od:● diska sa 10 otvora, kao na slici 5, učvršćenog za jednu osovinu,● opruge koja služi za vraćanje diska u mirni položaj,● mehanizma za pokretanje (opruga, pužasta osovina, zupčanik) i● kontaktnog mehanizma.

Na disku otvori su označeni ciframa od 1 do 9 i 0. Cifre su raspoređene tako da njihov položaj odgovara broju impulsa koje okretanjem brojčanika treba poslati telefonskoj centrali. Kontaktni mehanizam brojčanika se sastoji od nsi (impulskog), nsa (radnog) i nsr (mirnog) kontakta.

11

Slika 5. Obrtni brojčanik.

Impulsni kontakt se otvara i zatvara pri vraćanju napregnutog diska ravnomerno i broj otvaranja, odnosno zatvaranja, odgovara biranju cifara. Da se ovi birački impulsi ne bi čuli u sopstvenoj slušalici, odmah pri pokretanju diska zatvara se radni kontakt nsa i kratko spaja elektroakustičku jedinicu. Ovo je potrebno i zato što bi inače promenjiva otpornost mikrofona mogla da utiče na karakter impulsa biranja, pa čak i da izazove nepotrebna oscilovanja zbog čega bi pretplatnik pri biranju mogao da čuje i nepoželjne zvučne produkte.Svaka cifra u biračkom broju je definisana brojem impulsa. S obzirom na to da je numerisanje višecifarsko, to je nužno da i cifre jedna od druge budu odvojene. To odvajanje se, kada je u pitanju biranje brojčanikom, vrši tako da se između svake cifre definisane serijom biračkih impulsa obezbeđuje međuserijska pauza u trajanju ne manjem od 200ms.Frekvencija impulsiranja5 nsi kontakta iznosi 10Hz, svaki impuls traje 100ms, pri čemu biračkiimpuls čini zbir vremena od 60ms koliko je nsi otvoren i 40ms koliko je on zatvoren. Maksimalan broj impulsa za jednu cifru iznosi 10 (cifra nula) a minimalan 1 (cifra jedinica). Između svake serije impulsa, to jest svake cifre, u cilju prepoznavanja cifara nužno je otpremanje serija razdvojiti međuserijskom pauzom u trajanju najmanje 2 impulsa. Ovo se postiže tako što se pri slanju dva zadnja impulsa nsi kontakt kratko spoji kontaktom nsr, pa se tako obezbedi razdvajanje impulsnih serija a time i cifara.Tastatura za dekadno biranje vrši prekidanje strujnog kola pretplatničke petlje funkcionalno na isti način kao i brojčanik, ali je mehanika prekidanja izvedena pomoću elektronskih kola. Umesto okretanja brojčanika biranje se vrši pritiskom na taster tastature. Kolo za biranje se sastoji od tastature i elektronskog sklopa sastavljenog od logičkog i prekidačkog kola. Na izlazu iz elektronskog sklopa tastature dobijaju se impulsni oblici biračkog signala.

4.3.2. Biranje tastaturom

U telefonskom aparatu gde se biranje vrši tastaturom na dekadnom principu najčešće postoji memorijski sklop u koji se "upisuju" sve izabrane cifre. Pritiskom na taster koji pripada nekoj cifri vrši se otpremanje onoliko impulsa koliko odgovara toj cifri, tako se čini sa ostalim ciframa dok se ne otpremi celi pretplatnički telefonski broj.Tastatura za ton-frekventno biranje se takođe sastoji od tastaturnog prekidačkog dela koji činetasteri od 0 do 9 i dodatni tasteri označeni zvezdom (*) i pravogaonikom (#), kao i elektronski


12

sklop. Kompletna tastatura, pored deset stalnih i dva, već pomenuta, dodatna tastera, ima još četiri tastera označena sa A, B, C i D čija namena nije tačno određena, ali se najčešće koriste kod pretplatničkih telefonskih centrala u različite svrhe pretežno u unutrašnjem saobraćaju ili se njihova upotreba dodatno programira.Numerički podaci pri ton-frekventnom biranju se prenose od telefonskog aparata do memorijeregistra u telefonskoj centrali, tako što se po određenom kodu svaka biračka cifra prenosi sa dve frekvencije.Frekvencije su podeljene na prvu, odnosno donju, i drugu, odnosno gornju grupu. Prvu grupu čine niže a drugu više frekvencije. Za svaku cifru se po kodu 2 od 4 uzima po jedna frekvencija iz svake grupe.Deset cifara od 0 do 9 se, prema pomenutom kodu, mogu formirati od 4・3=12 frekventnih parova, a četvrta frekvencija iz gornje grupe je rezervna, za specijalne namene.Na slici 6. je prikazan raspored i obeležavanje tastera tastature ton-frekventnog telefona.

Slika 6. Tastatura ton-frekventnog telefona.

Tasteri služe za slanje numeričkih podataka o biračkim ciframa od 1 do 0, a ostalih šest za skraćeno biranje, odnosno ponavljanje izabranih numeričkih podataka u slučaju kada u predhodnom pokušaju veza nije uspostavljena, kao i za druge specijalne namene.Stvaranje i otpremanje dve grupe frekvencija obezbeđeno je pomoću dva oscilatora koji susastavni deo telefonskog aparata. Pritiskom na određeni taster zaosciluju dva oscilatora, jedan signal frekvencije od f1 do f4 i drugi frekvencije od f5 do f8, što zavisi kojoj cifri odgovaraju. Svakom tasteru odgovara po jedan par signala. Brzina otpremanja cifarskih biračkih podataka ne zavisi od brzine aktiviranja tastera.Elektronski je podešeno da se u trajanju od 5ms otpremi ceo podatak pri svakom pritiskanju tastera, bez obzira na brzinu pritiskanja tastera.

13

4.4. Elektroakustička jedinica

Mikrofon i slušalica telefonskog aparata se ugrađuju u jednu fiksnu celinu koja se naziva mikrotelefonska kombinacija – MKT.Razgovor telefonom zahteva da se mikrofon nalazi u blizini organa za razgovor – usta, a slušalica organa za sluh – uha. Iz tih razloga, vodeći računa o međusobnom položaju ova dva organa, mikrofon i slušalica se postavljaju tako da rastojanje između centra mikrofona i slušalice iznosi 145 – 156 mm, koliko u proseku iznosi rastojanje između ovih organa kod čovjeka. Zbog toga što međusobni položaj između mikrofona i slušalice veoma utiče na kvalitet govora propisani su i njihovi međusobni uglovi.Da bi se obezbedila stalnost tih položaja, mikrofon i slušalica se ugrađuju u fiksnu celinu koja se naziva mikrotelefonska kombinacija (MTK), slika 7.

Slika 7. Dimenzije mikrotelefonske kombinacije.

Uobičajene srednje vrednosti dimenzija iznose: α = 13°, β =15°, A = 216 – 230 mm, B = 145 – 156 mm i C = 56 – 80 mm.MTK se priključuje na telo aparata preko trožilnog ili četverožilnog kabla koji je najčešće spiralizovan.

4.4.1. Ugljeni mikrofon

U telefonskim aparatima koriste se ugljeni mikrofoni, koji se sastoje od membrane, ugljenog praha (ili zrnaca) i posude za prah. Ova tri dela smeštena su u metalnu kutiju, najčešće konusnog oblika, koja se onda naziva mikrofonska kapisla.Membrana ugljenog mikrofona može biti od poliranog tvrdog ugljena ili od metala (npr. aluminijum). Membrana6 se izrađuje tako da ima dovoljnu čvrstoću i elastičnost kao bi reagovala na električna treperenja. Često se u sredinu membrane postavlja ugljena pločica kojom se poboljšava dodir između membrane i ugljenog praha.Posuda za ugljeni prah ili zrnca pravi se od uglja ili metala. Oko posude je namješten filcani omotač koji dopire do membrane, a služi da zaštiti prah od ispadanja i da smanji nepotrebno treperenje membrane.Princip funkcionisanja ugljenog mikrofona je sledeći:Da bi mikrofon uopšte mogao da radi potrebno je da kroz njega protiče jednosmerna struja zbog čega nam je potreban napon napajanja U0.Kada na membranu mikrofona deluje zvučni talas, ugljena zrnca bivaju izložena promjenljivom mehaničkom pritisku. Pošto se zrnca nalaze stisnuta jedno do drugog menja se otpornost kontakta između njih, pa se samim tim menja i intenzitet struje u kolu.Sada se stalnoj (jednosmernoj) struji, koja je tekla iz plus pola izvora U0, kroz mikrofon i primar transformatora, sabira – superponira još jedna promenljiva struja, čija vremenska 6 Luka Ljuboja dipl.ing.el., Komutaciona tehnika, Tehnička škola – Kikinda 2010.

14

promena odgovara vremenskoj promeni zvučnog pritiska, te se dobije prikaz. Dakle, mikrofon ostvaruje ulogu akustično – električnog pretvarača. Samo onaj deo govorne – vremenski promjenljive struje, koji se pojavi na primaru transformatora bude transformiran na sekundar i dalje se prenosi po prenosnom putu.Dobar mikrofon treba:● biti osjetljiv, tj. on mora i pri slabim zvučnim talasima izazvati srazmerno jake promene struje,● da verno i razumljivo pretvara poruke,● da verno odražava treperenje zvučnog talasa u celom opsegu frekvencija važnom za ljudski govor (20Hz – 20kHz) iako je to teško postići,● da ima vernu i linearnu karakteristiku u opsegu frekvencija od 300Hz – 3400Hz.

Pretvaranjem kroz mikrofon često se određene govorne frekvencije bolje prenose, dok se druge jako slabe. U stvari, zbog nesavršenosti mikrofona govorna energija istog zvučnog pritiska, ali različitih frekvencija, proizvodi u mikrofonu struju različitih električnih napona. Ova pojava poznata je pod nazivom izobličenja.

4.4.2. Telefonska slušalica

Prijemnik, sa slike 8. obavlja operaciju suprotnu predajniku, tj vrši električno – akustičnu konverziju i pretvara električni signal u zvučnu poruku.U telefoniju funkciju prijemnika obavlja slušalica. Za razliku od mikrofona, koji akusičku energiju ljudskog glasa pretvara u struju promenljivog inteziteta, zadatak je slušalice da električne oscilacije pretvori u zvučne.Ona, u stvari, pretvara električnu energiju u zvučnu, reprodukujući glasove izgovorene ispred mikrofona i prenosi ih usled treperenja vazduha do ljudskog uha.Slušalica se sastoji od:● stalnog magneta,● elektromagneta, i● membrane.Ovi delovi su smešteni u metalnu kutiju valjkastog oblika koja se naziva telefonska kapisla, kao što je prikazano na slici 8.

Slika 8. Delovi telefonske slušalice.

Stalni magnet u telefonskoj slušalici ima oblik potkovice sa nastavcima na koje se postavljaju namotaji elektromagneta. Ovi namotaji su međusobo vezani u seriju i njihov otpor najčešće iznosi 2x27 Ω.Membrana se pravi od mekog gvožđa i ona, u stvari, predstavlja kotvu elektromagneta.Princip funkcionisanja slušalice je sledeći:

15

Za vreme mirovanja, tj. dok slušalica ne radi, membrana se pod uticajem magnetnog polja stalnog magneta nalazi u jednom određenom, tzv. mirnom položaju. U tom položaju konstantno magnetno polje stalnog magneta, drži membranu privučenu do položaja ravnoteže u kome se sila magneta izjednačava sa silom elastičnih veza koje zatežu membranu.Kada kroz namotaje elektromagneta poteče promenljiva govorna struja, koja predstavlja električni ekvivalent govora, stvara se i novo – promenljivo magnetno polje.Kada se pravci magnetnih polja stalnog magneta i govorne struje kroz elektromagnet poklapaju, onda se membrana približava nastavcima sa namotajima elektromagneta. Ukoliko se pravci magnetnih polja ne poklapaju, membrana se odmiče od tih nastavaka. Kako se menja govorna struja, tako i membrana treperi, tera na oscilovanje čestice vazduha koje se nalaze u prostoru oko nje i tako proizvodi zvučni ton. To je upravo onaj ton koji odgovara električnim treperenjima otpremljenim posredstvom mikrofona sa drugog kraja voda.

4.4.3. Pojam i neutralisanje lokalnog efekta

Nivo sopstvenog govora koji čovek sluša za oko 20dB niži od nivoa tog govora na njegovim usnama. Nivo govora telefonom je, zbog pojačavačkog svojstva mikrofona, za 20 – 25 dB viši nego pri razgovoru bez telefona. Iz tih razloga govornik čuje sebe suviše glasno zbog čega se elektroakustični deo telefonskog aparata izrađuje tako da se sopstveni govor priguši do određene mere i tako umanji efekat lokalnog preslušavanja govornog signala. Međutim, lokalni efekat se ne elimiše u potpunosti kako bismo mogli prigušeno čuti sopstveni glas. To je neophodno za održavanje određenog govornog nivoa i za kontrolu ispravnosti telefonske veze. Pri povećanju slabljenja lokalnog efekta pogoršavaju se karakteristike otpreme i prijema pa se problemi koji su vezani za ove pojave otklanjaju sniženjem otpremnog nivoa signala i specijalnim kolima za regulisanje lokalnog efekta.Kolo za regulisanje lokalnog efekta7 radi na principu mosta, pa se ova regulacija naziva pomoću mostne metode.Kao što se sa slike vidi u dijagonali mostnog kola se nalazi mikrofon. Grane mosta čine deo namotaja kalema I i impedansa linije Z1 sa jedne, a deo namotaja kalema II i balansna impedansa Zb sa druge strane. Pri sopstvenom govoru se naizmenična struja koja se stvara u mikrofonu deli na namotaj I i II. Smerovi ovih struja su suprotni. U slučaju da je Z1=Zb i da su namotaji I i II identični, u namotaju III se ne bi javljala nikakva indukovana elektromotorna sila, pa se ne bi ni osećao lokalni efekat.U praksi, s obzirom na to da se ne može tačno predvideti dužina a samim tim ni impedansa pretplatničkog voda, balansna impedansa Zb se prilagođava na srednje rastojanje i time se postiže samo uslov Z1≈Zb. Ovakvim postupkom se lokalni efekat svodi na prihvatljivu meru, ali se ne neutrališe u potpunosti.Naizmenična struja prouzrokovana govorom pretplatnika B koja dolazi sa linije se dieli. U namotajima I i II podeljene struje imaju isti smer zbog čega je rezultujuća indukovana elektromotorna sila u namotaju III jednaka zbiru elektromotornih sila koje prouzrokuju struje u namotajima I i II pa se tako obezbeđuje prijem govora u slušalici.Kod telefona novije izrade lokalni efekat se neutrališe upotrebom hibridnih kola. Mikrofon i slušalica imaju svoje pojačavače najčešće izrađene u integrisanoj tehnici. Pretplatnički vod je spojen na jednu granu Vitstonovog mosta (A-D), pa je tako jedna grana mosta karakteristična impedansa pretplatničke linije ZL, a druge dve grane čine otpornici Z1 i Z2. Poslednju granu mosta čini balansno kolo ZB.Ovde je lokalni efekat izbegnut izborom balansne impedanse tako što se postiže uslov:


16

Vidi se da je most izbalansiran samo u slučaju kada je zadovoljen uslov:

Ovaj uslov daje optimalnu vrednost slabljenja lokalnog efekta za različite dužine pretplatničkih vodova. Pošto je ZB konstantne vrednosti a ZL se menja zavisno od dužine pretplatničkog voda, to praktično nije moguće ovaj efekat u potpunosti eliminisati. Ali važno je da smo obezbedili kontrolu glasnosti sopstvenog govora.

4.5. Vrste telefonskih aparata

Telefonski aparati se mogu podeliti u više grupa zavisno od vrste napajanja mikrofona, načinabiranja, načina postavljanja, namene, tehnološke izrade i dr.U zavisnosti od načina napajanja mokrofona telefonskog aparata razlikuju se telefonski aparati s lokalnim i telefonski aparati sa centralnim (iz centrale preko pretplatničkog voda) napajanjem. Kod lokalnog napajanja mikrofona telefonskog aparata svaki pretplatnik snabdeven je izvorom jednosmerne struje – baterijom. Aparat s lokalnom baterijom naziva se induktorski telefonski aparat, nazvan po induktoru koji služi za proizvodnju pozivne struje. Sastavni dijelovi induktorskog telefonskog aparata su: mikrofon (M), baterija (B), odvojni transformator (T), zvono (Z), induktor (I) , slušalica (S= i viljuška (V).

4.6. Automatski telefonski aparat

Automatski telefonski aparat – ATA je onaj aparat kojim je omogućeno, pomoću brojčanika ili tastature, automatsko uspostavljanje veze sa bilo kojim drugim telefonskim pretplatnikom. Za razliku od induktorskog telefona gde se mikrofon nalazi u primaru a slušalica u sekundaru kalema i gde se mikrofon napaja iz lokalne baterije, kod automatskog telefona mikrofon je prebačen u sekundar i napaja se iz centralne baterije dok je slušalica u primaru. Razlika između induktorskog i automatskog telefona ogleda se i u pozivnom signalu koji kod prvog daje induktor a kod drugog pozivni generator iz telefonske centrale.Automatski telefonski aparat se sastoji od mikrotelefona (M), slušalice (S), zvona, prekidača viljuške (V), kalema i otpora u mostu mikrofona. U biračkom elementu-kada je to brojčanik u pitanju nalazi se i tri kontakta: nsi-impulsni, nsr-mirni i nsa-radni. Paralelno nsi i nsr kontaktima nalazi se RC kolo, a redno sa zvonom kondezator C1.Pored već poznatih delova slušalice, mikrofona, zvona i prekidača viljuške automatski telefonski aparat se sastoji od sistema za biranje koji može biti brojčanik sa kontaktnim mehanizmima i tastatura sa dekadnim biranjem. Tri kontakta nsi, nsr i nsa se nalaze u sistemu za biranje-brojčaniku.U mirnom stanju kontakti nsi i nsr su zatvoreni i međusobno su paralelni. Kontakt nsa je radnikontakt koji je u mirnom stanju otvoren, ali se zatvara onog trenutka kada se započinje sa biranjem čime se kratko spaja elektroakustični deo aparata i sprečava da se birački impulsi, koje svojim otvaranjem i zatvaranjem stvara impulsni kontakt nsi, čuju u slušalici.

17

Kontakt nsr je mirni kontakt brojčanika koji se otvara onog trenutka kad se zatvara radni kontakt nsa, a zatvara se u trenutku kada se otpremi onoliko impulsa koliko iznosi birana cifra, sprečavajući otpremanje impulsa praznog hoda.Podizanjem mikrotelefonske kombinacije kontakt viljuške promeni položaj, prekida pozivnokolo sa jedne strane a zatvara a, odnosno b žilu sa druge strane.U tom trenutku mikrofon dobija napajanje preko a i b žile. Natezanjem brojčanika udesno otvara se nsr a zatvara nsa kontakt. Otpušteni brojčanik koji se pod dejstvom opruge vraća u mirni položaj prouzrokuje otvaranje i zatvaranje impulsnog kontakta, čime se u jednakim razmacima otpremajustrujni impulsi, koji preko biračkih organa u centrali omogućavaju uspostavljanje veze saodređenim pretplatnikom. Na drugoj strani u kolu pozvanog pretplatnika gde je MT kombinacija spuštena, zatvoreno je pozivno kolo. Iz centrale generator šalje pozivnu struju koja signalizira poziv. Kada pozivani pretplatnik podigne mikrotelefonsku kombinaciju viljuška njegovog aparata isključuje pozivno a uključuje govorno kolo i tek tada je razgovor moguć. U cilju smanjenja varničenja paralelno sa impulsnim kontaktom priključuje se RC kolo sastavljeno najčešće od kodenzatora kapaciteta 1μF i otpora otpornosti 100 Ω. Vrijednosti ovih komponenata mogu biti i drukčije (C=0,5μF, R=560Ω, C=1μF, R=1,5kΩ i sl.)8, što zavisi od uslova eksploatacije telefonskih aparata.Kada je veza uspostavljena i kada su mikrofoni oba telefonska aparata dobili napajanje iz centrale, obezbjeđeni su uslovi za razmenu govornih informacija. Ako je antilokalni efekat izveden prema mostnoj šemi, tada se govorna struja od mikrofona deli u dve grane, linijsku (mikrofon, namotaj I, žila b, centrala, telefonski aparat pozvanog, žila a, kontakt viljuške, brojčanik, mikrofon) i balansnu (mikrofon, namotaj II, balansni dvopol, mikrofon). Antilokalni efekat se postiže obezbjeđenjem protoka struja suprotnih smerova u linijskoj i balansnoj grani (kroz namotaje I i II transformatora), zbog čega je EMT sila koja se indukuje u namotaju slušalice neznatna, pa je tako govor u sopstvenoj slušalici prigušen za 10-20 dB.

Slika 9. Automatski elektromehanički telefon.

Na suprotnoj strani u slušalici pozvanog pretplatnika dolazna govorna struja prolazi kroz kolo: žila-a, kontakti brojčanika, balansni dvopol–Zb, namotaj II, namotaj I, žila-b.Dolazna struja koju prouzrokuje pozivaoc kroz namotaje I i II je istog smera, pa se u namotaju III (namotaj slušalice) prouzrokuje govor. Kada govori pozvani, smijer struje je suprotan.


18

Najčešće se problemi koje nosi sa sobom lokalni efekat eliminišu kompenzacionom metodom, iako postoji i niz drugih mogućnosti.U aparatu kod koga je primenjena ovakva kompenzacija, govornik preko mikrofona prouzrokuje govornu struju u svom telefonskom aparatu koja teče kroz namotaj I u liniji sa jedne i paralelno kroz namotaje III i II, balansnu impedansu Zb, sa druge strane.

5. ZAKLJUČAK

19

Trebalo je mnogo godina da bi se napravio i patentirao prvi telefon, u tome je učestvovalo mnoštvo naučnika i istraživača. Ali kada se napokon patentirao prvi telefon je krenulo njegovo instaliranje i veoma brzo rastao je broj telefonskih priključaka.U svijetu je bilo mnogo telefonskih priključaka ali pojavom mobilnih komunikacija koje su imale dosta prednosti u odnosu na fiksne komunikacije broj fiksinh priključaka stagnira. 1992. godine broj mobilnih korisnika premašio je broj fiksnih korisnika. I od tad se broj fiksnih priključaka smanjuje.Ali svakako je pronalazak telefona jedan od najvećih događaja u historiji telekomunikacija, ako ne i najveći.

6. LITERATURA

20

1. Prezentacije sa predavanja Doc.dr. Halida Žigića, osnove telekomunikacija.2. Luka Ljuboja dipl.ing.el., Komutaciona tehnika, Tehnička škola – Kikinda 2010.

7. POPIS SLIKA

Slika 1. Kućna automatska telefonska centrala od 100 brojeva, proizv. Autelko Mediteraneo S. A. T. A. P., Milano, 1945. god. (dio centrale)......................................4.

Slika 2. Zidna induktorska centrala od 25 brojeva. Proizvođač: Standard-Face, Milano. Bila je u prometu na području Istre do 1945. god..........................................................5.

Slika 3. Zidna induktorska centrala za 3 telefonska priključka. Bila je u upotrebi na malom putničkom brodu na području Istre do 1945......................................................5.

Slika 4. Aleksandar Graham Bell sa prototipom telefona 1876. Dizajn sa jednimizlazom zahtijevao je da korisnik govori i sluša kroz jedan te isti otvor…………...…6.

Slika 5. Obrtni brojčanik..............................................................................................12. Slika 6. Tastatura ton-frekventnog telefona.................................................................13. Slika 7. Dimenzije mikrotelefonske kombinacije........................................................14. Slika 8. Delovi telefonske slušalice.............................................................................15. Slika 9. Automatski elektromehanički telefon.............................................................18.

21

Documents

Evolucija Elektricne Telegrafije Telefonija