Tài liệu MÁY ĐIỆN THOẠI BÀN

Chương 1: Máy điện thoại bàn Chương 1 MÁY ĐIỆN THOẠI BÀN 1.1. Nguyên lý thông tin điện thoại Nguyên lý thông tin điện thoại là quá trình truyền tiếng nói đi xa nhờ dòng điện, nguyên lý này có thể được mô tả một cách đơn giản như sau: - Ở đầu phát máy điện thoại (trong trường hợp này là ống nói) có chức năng biến đổi năng lượng âm thanh thành tín hiệu điện sau đó tín hiệu này được truyền đi trên đường dây đến đầu thu của đối phương. - Tại đầu thu diễn ra một quá trình ngược lại tức quá trình biến đổi tín hiệu điện thành âm thanh ban đầu (chức năng này được đảm nhiệm bởi ống nghe trong máy điện thoại) mà người nghe có thể nghe được. Toàn bộ quá trình này có thể được thể hiện bằng sơ đồ khối đơn giản như sau: Đường dây thuê bao Máy điện thoại Đường dây thuê bao Tổng đài điện thoại Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thông tin điện thoại. 1 Máy điện thoại Chương 1: Máy điện thoại bàn - Tổng đài có nhiệm vụ kết nối các cuộc gọi đến đúng địa chỉ theo yêu cầu của người sử dụng điện thoại. - Máy điện thoại có nhiệm vụ chính là biến đổi âm thanh thành tín hiệu điện ở đầu phát và biến đổi tín hiệu điện thành âm thanh tương ứng ở đầu thu. Ngoài ra nó còn phải thực hiện một số nhiệm vụ cơ bản như: Trao đổi những thông tin báo hiệu với tổng đài. Quá trình báo hiệu này được gọi là báo hiệu trên đường dây thuê bao. Gửi các thông tin địa chỉ (số thuê bao bị gọi). Đổ chuông khi có cuộc gọi đến. Ngoài ra các máy điện thoại hiện nay còn được chế tạo với rất nhiều tính năng và dịch vụ khác nữa như hiện số thuê bao gọi đến, báo thức ... 1.1.1. Đặc tính của tiếng nói con người Tùy vào khả năng phát âm của mỗi người, nói chung tiếng nói con người có dải tần số khoảng từ 80Hz đến 10.000 Hz. Tuy nhiên năng lượng của tiếng nói con người tập trung vào khoảng tần số từ 500 đến 5000 Hz. Ngoài dải tần số này năng lượng của tiếng nói tập trung không đáng kể nhưng lại chứa những thông tin về âm sắc của tiếng nói. Như vậy dải tần được truyền càng rộng thì độ trung thực của âm thanh càng cao và tất nhiên chất lượng càng cao thì giá thành hệ thống cũng sẽ cao hơn. Trong thực tế người ta phải cân nhắc giữa chất lượng và tính kinh tế của hệ thống. Vì vậy đối với hệ thống thông tin điện thoại trước kia, do những hạn chế về kỹ thuật người ta chọn dải tần từ 300Hz đến 2.700Hz. Hiện nay người ta chọn dải tần của âm thoại từ 300Hz đến 3.400Hz, trong trường hợp này dải tần của âm thoại có độ rộng là 3.100Hz. Trong các hệ thống thiết bị viễn thông người ta thường lấy chẵn là từ 0 đến 4.000Hz và băng tần này được gọi là băng tần cơ bản của tín hiệu thoại. 1.1.2. Đặc tính nghe của tai người Tai người có khả năng nghe được những âm thanh từ 20Hz đến 20.000Hz. Tuy nhiên độ nhạy của tai người tỷ lệ thuận với logarit của năng lượng âm thanh. Như vậy tai người hoàn toàn nghe rõ dải tần của tiếng nói. 1.1.3. Yêu cầu của thông tin điện thoại Trong thông tin điện thoại người ta thường đưa ra 3 chỉ tiêu phản ánh chất lượng hệ thống thông tin điện thoại đó là: - Độ nghe rõ. - Độ nghe hiểu. 2 Chương 1: Máy điện thoại bàn - Độ trung thực của tín hiệu thoại. Trong thông tin điện thoại chỉ tiêu quan trọng nhất là độ nghe hiểu. Độ nghe hiểu được tính theo đơn vị là phần trăm và độ nghe hiểu của hệ thống phải đảm bảo 100%. Tuy nhiên độ nghe hiểu phụ thuộc rất nhiều vào độ nghe rõ và quan hệ về mặt ngôn ngữ giữa người nói và người nghe qua hệ thống điện thoại. Theo thống kê người ta thấy rằng: - Khi người nói và người nghe điện thoại cùng sống trong một vùng (tương đương với lưu thoại nội hạt) để đảm bảo độ nghe hiểu là 100% thì độ nghe rõ chỉ cần đạt từ 60% đến 70%. - Khi người nói và người nghe điện thoại sống trong hai vùng khác nhau (tương đương với lưu thoại đường dài trong nước) để đảm bảo độ nghe hiểu là 100% thì độ nghe rõ cần đạt từ 70% đến 80%. - Khi người nói và người nghe điện thoại cùng sống ở hai quốc gia khác nhau (tương đương với lưu thoại quốc tế) để đảm bảo độ nghe hiểu là 100% thì độ nghe rõ cần phải đạt từ 80% đến 90% và hơn nữa nếu có thể. Còn chỉ tiêu về độ trung thực đòi hỏi hệ thống thông tin điện thoại phải có khả năng truyền được tín hiệu thoại với băng tần rộng, điều này sẽ làm tăng giá thành của hệ thống. Hơn nữa với thông tin điện thoại thì chỉ tiêu về độ trung thực không phải là chỉ tiêu quan trọng lắm. Chính vì vậy mà dải tần được chọn như trên (từ 300Hz đến 3.400Hz) là chấp nhận được đối với thông tin điện thoại. 1.2. Tính năng của các phím ấn và các thuật ngữ trong điện thoại - HANDSET (tổ hợp): Tay thoại. - Công tắc gạt RINGER: Dùng để chọn âm lượng chuông. OFF: Cắt chuông. LOW: Tiếng chuông nhỏ. MID: Tiếng chuông vừa. HI: Tiếng chuông to nhất. - Công tắc gạt P/T: Dùng định phương thức gửi số về tổng đài. Vị trí P: Quay số dạng xung (Pulse) Vị trí T: Quay số dạng Tone (DTMF) - HS= HOOK SWITCH (khóa tổ hợp): Công tắc này được điều khiển bởi việc nhấc đặt tổ hợp để nối hay cắt cuộc đàm thoại. - Các phím đánh số từ 0-9: Dùng để quay số thuê bao và dùng gọi mã số cho các dịch vụ. 3 Chương 1: Máy điện thoại bàn - Phím * và # : Dùng để khai thác các dịch vụ của tổng đài. Một số máy còn thiết kế sử dụng phím * để thay đổi chế độ quay số từ Pulse sang Tone tạm thời trong một lần gọi. - REDIAL: Dùng để quay lại số thuê bao vừa gọi trước đó. Có loại máy lưu được số trong lần gọi trước đó từ 2→3 giờ, có loại nhớ không thời hạn nếu không tháo đường dây line ra khỏi máy điện thoại. - HOLD: Dùng giữ đường dây thuê bao khi Handset đã gác. - FLASH : Dùng để thay thế thao tác nhấc đặt Handset một cách nhanh chóng. - PAUSE: Phím này hầu như không có tác dụng đối với thuê bao nằm trong mạng tổng đài Bưu điện. Nó chỉ có tác dụng đối với thuê bao thuộc tổng đài nội bộ dùng để chiếm trung kế khi gọi. - TONE = P/T: Dùng để chuyển đổi nhanh phương thức quay số. Khi công tắc gạt bên hông máy (hoặc dưới máy) để ở Pulse mà khi nhấc Hanset lên ta lại muốn quay số theo dạng Tone thì nhấn phím P/T trước khi quay số. - MEMORY = STORE: Dùng để lưu trữ những số thuê bao hay gọi nhất vào trong bộ nhớ. Việc lưu trữ này tùy thuộc từng loại máy (có tài liệu hướng dẫn của hãng sản xuất). Khi muốn gọi số thuê bao bằng phím nhớ ta nhấc Handset, nghe âm hiệu mời quay số rồi ấn phím đại diện cho số thuê bao đã ghi thì toàn bộ số thuê bao máy sẽ tự động gởi đi. Việc xóa số nhớ cũng tùy từng loại máy, thông thường dùng 2 cách sau: Xóa bằng phím CLEAR và xóa bằng cách nhớ đè. - SPK= SP.PHONE= SP.SPEAKER: Phím này thay cho việc nhấc Handset, ta có thể không cần nhấc Handset mà ấn phím này để đàm thoại bằng micro và loa gắn trong máy (không đàm thoại bằng Handset). Kết thúc đàm thoại ta ấn phím này một lần nữa giống như đặt Handset xuống cắt máy khỏi đường dây. - MUTE: Khi ấn phím này máy sẽ cắt tiếng nói, chỉ nghe thôi. Để khôi phục lại nói, ấn phím MUTE một lần nữa. Phím này được dùng khi ta không muốn cho người đầu dây bên kia nghe cuộc trao đổi với người bên cạnh. - TIME: Dùng để chỉnh giờ cho máy, phím này chỉ có ở máy có màn hình hiển thị. - PROGRAMME: Chỉ có trong các máy có màn hình hiển thị dùng để lập trình cho máy như lưu trữ số thuê bao, chỉnh giờ, … - VOLUME: Dùng để chỉnh âm lượng loa. 4 Chương 1: Máy điện thoại bàn 1.3. Cấu tạo của các bộ phận cơ bản trong máy điện thoại bàn 1.3.1. Ống nói (Micro) Trong máy điện thoại ấn phím thường sử dụng 2 loại micro: micro điện động và micro tĩnh điện. 1. Micro điện động Màng rung Vỏ bảo vệ Dây cuốn ... ... Màng đỡ đàn hồi N S N Nam châm vĩnh cữu Dây ra Hình 1.2: Micro điện động. Micro điện động có cấu tạo như hình 1.2, gồm một cuộn dây đặt trong một khe từ của nam châm vĩnh cửu hình trụ và có hai đầu ra. Cuộn dây được gắn với màng rung qua màng đỡ đàn hồi, ngoài cùng là lớp bảo vệ. Khi nói vào micro thì màng rung bị tác động của âm thanh kéo theo cuộn dây rung động trong khe từ của nam châm vĩnh cửu, do đó trên cuộn dây xuất hiện một sức điện động cảm ứng theo qui luật biến đổi của âm thanh, micro đã biến đổi năng lượng âm thanh thành năng lượng điện. Micro điện động có trở kháng rất nhỏ nên để phối hợp với mạch vào bộ khuếch đại phải dùng biến áp như hình 1.3. Biến áp này đặt trong cùng một vỏ bảo vệ với micro nên ta không thể nhìn thấy. Bộ khuếch đại phát Hình 1.3: Micro điện động có biến áp phối hợp 5 Chương 1: Máy điện thoại bàn Cách đo kiểm tra: Dùng đồng hồ VOM để thang đo Ω×1 đo điện trở giữa hai đầu micro (có giá trị khoảng 100 Ω), rồi dùng một đầu que đo chập nhả, nếu micro phát ra tiếng kêu rẹt rẹt theo sự chập nhả của que đo thì có nghĩa là micro tốt. 2. Micro tĩnh điện Hình 1.4: Cấu tạo micro tĩnh điện. Micro tĩnh điện có hai miếng kim loại mỏng đặt song song, một miếng mỏng hơn được thiết kế làm màng rung (miếng mỏng hơn dùng làm điện cực trước, miếng kim loại làm điện cực sau dày hơn và đặt cố định). Giữa hai tấm kim loại có một lớp điện môi đặt biệt để tăng trị số điện dung. Khi đặt lên hai bản cực một điện áp DC là V thì tụ tích điện tích Q là: Q=V.C Giá trị điện dung: C = ε.s/d Trong đó ε là hằng số điện môi, S là diện tích của một bản tụ điện, d là khoảng cách giữa hai bản tụ Khi nói vào micro, áp lực âm thanh làm cho màng trước rung và làm thay đổi điện dung (khi màng rung thì d thay đổi), dẫn đến điện áp trên bản cực thay đổi theo quy luật âm thanh. So với micro điện động thì micro tĩnh điện có điện áp biến thiên rất nhỏ và trở kháng rất lớn, nên bộ khuếch đại phải có hệ số khuếch đại lớn. Micro tĩnh điện khi làm việc cần phải có nguồn DC cấp cho nó như hình 1.5 Diode trong hình 1.5 để bảo vệ quá áp một chiều cho micro không bị đánh thủng khi nguồn DC cấp cho micro t ăng cao. 6 Chương 1: Máy điện thoại bàn Hình 1.5: Phân cực micro tĩnh điện. Cách đo kiểm tra: khi đo điện trở của micro, ta thấy một chiều có điện trở nhỏ (do đo điện trở thuận của diode), chiều ngược lại có điện trở rất lớn thì micro tĩnh điện còn tốt. 1.3.2. Ống nghe (tai nghe) Ống nghe có chức năng là biến năng lượng dòng điện xoay chiều thành năng lượng âm thanh. Ống nghe dùng trong Handset (tổ hợp cầm tay) của máy điện thoại thường là tai nghe điện từ. Tai nghe điện-từ: Khi đưa dòng điện xoay chiều vào cuộn dây của tai nghe thì từ trường tổng (gồm từ trường của nam châm vĩnh cửu và từ trường xoay chiều do dòng xoay chiều chạy trong cuộn dây tạo ra) qua màng sắt rung thay đổi theo dòng xoay chiều. Do đó, lực tác động vào màng sắt rung biến thiên theo dòng xoay chiều, màng sắt rung theo, nén dãn không khí trước màng rung và phát ra âm thanh. Hình 1.6: Cấu tạo tai nghe điện từ. 7 Chương 1: Máy điện thoại bàn Đo kiểm tra: Đo điện trở tai nghe điện từ có giá trị khoảng 150→200 Ω và chập nhả một que đo ở một đầu cuộn dây, nếu nghe âm thanh kêu rẹt rẹt thì tai nghe điện từ còn tốt. 1.3.3. Loa (speaker) 1. Loa điện động Hình 1.7: Cấu tạo loa điện động. Loa điện động có cấu tạo giống hệt micro điện động nhưng kích thước lớn hơn nhiều. Khi cho dòng xoay chiều chạy trong cuộn dây loa làm cho từ trường trong khe từ (nơi đặt cuộn dây loa) biến thiên theo dòng xoay chiều, do đó tác động lên dòng điện trong cuộn dây biến thiên theo, cuộn dây bị rung trong khe từ kéo theo màng giấy rung làm nén dãn không khí trước màng rung và phát ra âm thanh. Loa điện động dùng trong máy có chức năng Speakerphone và có thể kết hợp làm loa phát chuông. Cách đo kiểm tra loa điện động: đo điện trở của loa có giá trị vài Ω và chập nhả một đầu que đo, loa phát ra tiếng kêu lộp bộp thì loa còn tốt. 2. Loa thạch anh áp điện Một miếng thạch anh hai mặt được gắn điện cực để hàn dây, một mặt được gắn vào màng rung bằng giấy. Khi đưa điện áp xoay chiều vào thạch anh, nó sẽ rung kéo theo màng rung nén dãn không khí mặt trước phát ra âm thanh. 8 Chương 1: Máy điện thoại bàn Hình 1.8: Cấu tạo loa thạch anh áp điện. Loa thạch anh được dùng để phát chuông trong máy điện thoại. Cách đo kiểm tra: Đo điện trở của loa thấy có giá trị gần bằng ∞. Để thang đo Ω×1 và chạm hai que đo vào loa thì loa phát ra tiếng kêu “tạch” nhỏ, đổi chiều que đo lại thì loa cũng phát ra tiếng kêu “tạch” nhỏ thì loa còn tốt. 1.3.4. Bàn phím Có hai loại bàn phím: loại 4x4 (4 hàng, 4 cột) và 4x3 (4hàng, 3 cột). ở Việt Nam phổ biến loại bàn phím 4×3 vì loại này rẻ tiền hơn. Một phím có hai tiếp điểm, một tiếp điểm có mức áp cao (khoảng 3.4V đến 5V) và một có mức áp thấp (0V). Hai tiếp điểm này sẽ được nối với bộ phận chức năng giải mã bàn phím của IC quay số trong máy điện thoại. 1 2 3 A 1 2 3 5 6 B 4 5 6 7 8 9 C 7 8 9 * 0 # D * 0 # 4 BÀN PHÍM 4×4 BÀN PHÍM 4×3 Hình 1.9: Bố trí bàn phím. 9 Chương 1: Máy điện thoại bàn Hình 1.10: Cấu tạo phím ấn. 1.4. Các phương thức gửi số điện thoại đến tổng đài Máy điện thoại ấn phím có hai phương thức gửi số đến tổng đài: - Chế độ phát xung thập phân (Pulse). - Chế độ quay số đa tần DTMF(Dual Tone Multiple Frequency) hay còn gọi là Tone. 1.4.1. Chế độ quay số xung (Pulse) Là chế độ quay số bằng xung thập phân. Số lần ngắt xung cho biết con số mấy đã được quay. số 1: 1 xung (1lần ngắt) số 2: 2 xung số 3: 3 xung số 4: 4 xung số 5: 5 xung số 6: 6 xung số 7: 7 xung số 8: 8 xung số 9: 9 xung số 0: 10 xung OFF-HOOK (Connect) “3” tI “2” tI ILOOP ON-HOOK(idle) tB tM T Hình 1.11: Giản đồ xung quay số chế độ Pulse. 10 Chương 1: Máy điện thoại bàn Chu kì xung T= tB + tM tB là thời gian ngắt, thông thường là 60ms tM là thời gian mở, thông thường là 40ms tI (Interdigit Interval) là thời gian chờ quay số kế tiếp, thường tối đa là 700ms (tùy theo hệ thống cụ thể, khoảng 600→ 800 ms). 1.4.2. Chế độ quay số đa tần DTMF (Tone) Khi ấn một số nào đó thì máy phát đi một tổ hợp tần số gồm một tần số cao và một tần số thấp nằm trong dải tần thoại (0,3÷3,4 kHz). Tổ hợp 2 tần số đó là các tín hiệu hình sin. Ở tổng đài có bộ thu tổ hợp tần số này, sau đó giải mã để biết con số mà thuê bao đã phát đi. Bảng qui ước tần số cho từng phím: Tần số thấp (Hz) Phím thông thường Phím mở rộng 697 1 2 3 A 770 4 5 6 B 852 7 8 9 C 941 * 0 # D Tần số cao (Hz) 1209 1336 1477 1633 Thời gian để nhận biết một số được ấn là 50ms và thời gian chờ ấn số tiếp theo là 50ms. Như vậy, tổng thời gian để gởi một con số bất kì là 100ms. Ví dụ: Tính thời gian trung bình để quay số 5555555555 cho chế độ Pulse và Tone. - Tính thời gian quay số ở chế độ Pulse: tP1 = 5(xung/số)×100ms×10(con số) = 5s tP2 = tI×(số con số-1) = 700ms×9 = 6.3s tP = tP1+ tP2 = 11.3s - Tính thời gian quay số ở chế độ tone: tT = (số con số)×100ms = 10×100ms = 1s Như vậy, thời gian quay số thuê bao trên ở chế độ Tone nhanh hơn nhiều lần ở chế độ Pulse. 11 Chương 1: Máy điện thoại bàn 1.5. Các tín hiệu cơ bản trên đường dây - Âm hiệu mời quay số (dial tone): Tần số f= 425 ± 25 Hz, nhịp liên tục. - Âm hiệu báo bận(busy tone): Tần số f= 425 ± 25 Hz, nhịp 0.5s có và 0.5s không. - Tín hiệu chuông (ring tone): Tần số f= 20→25 Hz, nhịp 2s có và 4s không, điện áp hiệu dụng từ 75→110V. - Tín hiệu hồi âm chuông (ring back tone): Tần số f= 425±25Hz, nhịp 2s có và 4s không. Ngoài ra, còn có tín hiệu quay số Pulse hoặc DTMF (Tone) đã trình bày ở trên. 1.6. Phân tích các mạch điện thoại cơ bản 1.6.1. Sơ đồ khối của máy điện thoại ấn phím Hình 1.12: Sơ đồ khối tổng quát. Từ đường dây qua mạch bảo vệ quá áp, đến cầu nắn chống đảo cực, mạch quay số và mạch đàm thoại. Chuyển mạch điện tử S mắc nối tiếp với mạch quay số và mạch đàm thoại. Chuyển mạch S được điều khiển bởi mạch quay số, chuyển mạch này vừa làm nhiệm vụ phát xung số, vừa cấp nguồn cho mạch quay số và mạch đàm thoại. - Mạch chuông đấu thường trực trên đường dây để chờ thu tín hiệu gọi đến. Mạch chuông ở những máy ấn phím đời đầu thường dùng Transistor, còn những máy điện thoại đời mới chủ yếu sử dụng IC. - Mạch quay số được thiết kế bằng mạch tích hợp. - Mạch đàm thoại có thể là IC hay Transistor hoặc dùng cả hai IC và Transistor. 12 Chương 1: Máy điện thoại bàn - Chuyển mạch điện tử S thường là các Transistor 1.6.2. Mạch đấu vòng cấp nguồn DC Hiện nay tổng đài điện thoại cấp nguồn DC thống nhất là 48 ± 2V Hình 1.13: Sơ đồ đấu vòng cấp nguồn DC. Mạch đấu vòng cấp nguồn DC có thể chia làm 3 phần: - Phần tổng đài: Gồm có nguồn 1 chiều En = 48 ± 2V nối tiếp với các cuộn chặn L1, L2 và mạch dò trạng thái nhấc máy và ổn dòng. - Phần đường dây: Tổng trở một chiều mạch vòng đường dây tương đương với một điện trở RL. Hai dây song song có tổng điện dung phân bố là CL. Đường dây càng dài thì RL và CL càng lớn. Điện trở đường dây RL ≤1500Ω thì máy điện thoại hoạt động tốt. Đường dây càng dài, RL càng lớn thì dòng cấp cho máy càng nhỏ. Nếu đường dây quá dài làm cho dòng cấp cho máy quá nhỏ, tổng đài sẽ không phân biệt được là dòng thuê bao nhấc máy hay dòng rò đường dây. Mặt khác đường dây quá dài sẽ làm suy hao tín hiệu trên đường dây đến tổng đài nên không đủ biên độ để điều khiển phần chọn số khi quay số dạng Tone - Phần máy điện thoại: Khi gác máy thì tổng trở mạch vòng là ∞ Khi nhấc máy thì tổng trở máy điện thoại là Rtđ Máy điện thoại hoạt động với dòng DC từ Imin=20mA đến Imax=100mA. Nếu dòng cấp cho máy nhỏ hơn Imin thì tổng đài sẽ không phân biệt được giữa trạng thái nhấc máy và đường dây bị rò (tổng đài không nhận biết chính xác thuê bao quay số). Nếu dòng cấp cho máy lớn hơn Imax thì máy sẽ không an toàn. 13 Chương 1: Máy điện thoại bàn Điện áp DC trên đường dây (Tip-Ring) khi nhấc máy thường có giá trị: Đối với các điện thoại đơn giản: 7.5V→8V Đối với các điện thoại có nhiều chức năng: 11V→12V Khi chưa nhấc máy, điện áp DC trên đường dây chính là giá trị nguồn DC do tổng đài cung cấp (48V). 1.6.3. Mạch bảo vệ quá áp Do các phần tử trong máy điện thoai ấn phím là IC, transisitor không chịu được điện áp cao. Trong khi đó đường dây điện thoại có thể ảnh hưởng điện thế cao như sét đánh, chạm đường dây điện lực ...Vì vậy cần phải có mạch bảo vệ quá áp. Hình 1.14: Mạch bảo vệ quá áp và chống đảo cực 1.6.4. Mạch chống đảo cực Do mạch quay số và đàm thoại có các IC, transisitor nên nguồn cấp điện cho chúng phải đúng cực tính, nếu nguồn cấp không đúng cực tính thì các linh kiện này sẽ bị hư. Nguyên nhân chính do nhiều lúc ta không biết cực tính nguồn của đường dây thuê bao khi đấu nối vào máy điện thoại nên dễ dẫn đến phá hỏng các linh kiện bên trong máy. Vì vậy, để khắc phục vấn đề này nên trong máy điện thoại được thiết kế có cầu diode chống đảo cực. Khi đó, điện thoại được nối với đuờng dây thuê bao mà không cần quan tâm đến cực tính. 1.6.5. Mạch thu chuông Khi tổng đài kết nối được với thuê bao bị gọi trong trường hợp máy rỗi, nó sẽ gửi đến đường dây thuê bao bị gọi tín hiệu báo cho biết có cuộc gọi đến đang chờ đàm thoại. Tín hiệu này chính là dòng điện chuông xoay chiều có tần số từ 20 đến 25 Hz và điện áp từ 75 đến 110 V, dòng điện có cường độ khoảng 200mA và thông thường có nhịp 2s có 4s không. Trong các máy điện thoại cổ điển dùng bộ chuông cơ điện, dòng chuông từ tổng đài đưa đến được sử dụng trực tiếp làm cho chuông kêu. Còn trong các máy điện thoại điện tử mạch chuông không sử dụng trực tiếp dòng chuông mà dòng điện chuông xoay chiều được nắn, lọc và cấp cho một mạch điện, mạch điện này có nhiệm vụ tạo 14 Chương 1: Máy điện thoại bàn ra âm hiệu chuông theo yêu cầu. Vì vậy trong máy điện thoại điện tử âm hiệu chuông rất phong phú, chúng có thể là đơn âm, đa âm và cũng có thể là một bản nhạc nào đó do nhà sản xuất cài đặt sẵn. Cần chú ý mạch chuông luôn luôn được mắc song song với đường dây hai dây để sẵn sàng nhận dòng chuông khi tổng đài gửi đến và bị cách ly với nguồn DC do tổng đài cấp cho máy điện thoại bởi tụ điện C. Tụ điện có nhiệm vụ ngăn không cho dòng một chiều từ tổng đài đi qua và cho qua dòng chuông xoay chiều được gửi từ tổng đài đến mạch thu chuông. Việc ngưng cấp dòng chuông ngay khi thuê bao nhấc máy là do kết quả của quá trình điều khiển ở phía tổng đài, các tiếp điểm tổ hợp không tham gia vào chức năng này. Trong một vài trường hợp khi thuê bao nhấc máy, tiếp điểm tổ hợp làm cách ly mạch chuông ra khỏi đường dây là để phục vụ cho nhiệm vụ khác. Như đã trình bày ở trên, những máy điện thoại cổ điển sử dụng bộ chuông cơ điện, trong khi những máy điện thoại điện tử sử dụng bộ chuông điện tử. Hai hệ thống chuông này có những đặc điểm khác nhau, để có thể hiểu rõ nguồn gốc và nguyên lý hoạt động của mạch chuông, cần xem xét các nội dung sau đây: 1. Nguồn chuông Trong hầu hết các tổng đài, dòng chuông được tạo ra bởi các mạch phát dòng chuông trong tổng đài. Các mạch tạo dòng chuông này có thể được bố trí tập trung hoặc phân tán. Do trường hợp có thể nhiều máy điện thoại rung chuông cùng lúc, nên thường có nhiều bộ phát dòng chuông trong một tổng đài nhằm để chia tải. Các bộ phát dòng chuông này có thời điểm phát chuông xen kẽ nhau. Điều này giúp cho bất kỳ cuộc gọi sẽ được rung chuông tức thời hơn là phải đợi hết chu kỳ im lặng của bộ phát chuông. 2. Định thời tín hiệu rung chuông. Tín hiệu rung chuông đưa lên đường dây theo nhịp khác nhau tùy vào hệ thống tổng đài và mỗi quốc gia. Có hai loại nhịp đơn giản như trình bày trong các hình vẽ 1.14: 2s 4s Ở Mỹ, Châu âu và Việt nam 15 2s Chương 1: Máy điện thoại bàn 0,4s 0,2s 0,4s 0,4s 0,4s 0,4ss 2s 0,2s 0,4s 0,4s 0,4s 2s Ở Anh Hình 1.15: Các loại nhịp rung chuông. 3. Bộ chuông cơ điện CHUÔNG BÚA CHUÔNG CÁC CUỘN DÂY PHẦN ỨNG Hình 1.16: Bộ chuông cơ điện của Walson. Như đã biết khi máy điện thoại bị gọi đang rung chuông thì một số thiết bị quan trọng trong tổng đài bị chiếm dùng để phục vụ. Do tính kinh tế đòi hỏi thuê bao bị gọi phải trả lời càng nhanh càng tốt. Muốn như vậy, tín hiệu rung chuông cũng như bộ phát chuông phải tạo ra tiếng chuông đủ lớn. Từ đây bộ chuông cơ điện đã được Thomas A.Watson (trợ lý của nhà vật lý Bell) phát minh ra vào năm 1878. Nguyên lý hoạt động của bộ chuông này như sau: Phần ứng có thể xoay quanh một trục ở giữa, và 2 cuộn dây được quấn trên lõi sắt từ tạo ra nam châm điện, luân phiên hút và đẩy ngược nhau ở hai đầu phần ứng đáp ứng theo sự đổi chiều của dòng điện chạy qua 2 cuộn dây. Phần ứng sẽ điều khiển một búa đập vào hai quả chuông tạo ra tiếng chuông. Tiếng chuông của bộ chuông cơ điện có âm thanh đơn điệu, thường là không điều chỉnh được. 16 Chương 1: Máy điện thoại bàn 4. Chuông điện tử Ngoài chức năng chủ yếu là thông báo có cuộc gọi đến như chuông cơ điện trong các máy điện thoại cổ điển, chuông điện tử còn có các chức năng tiện lợi khác. Chuông điện tử có thể tạo ra những âm thanh khác nhau. Điều đó giúp cho việc nhận biết dễ dàng tiếng chuông của máy nào, khi trong cùng một chỗ có nhiều máy điện thoại rung chuông đồng thời. Chuông điện tử cũng có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn so với chuông cơ điện. Xu hướng ngày nay người sử dụng thường mắc song song 2 hoặc 3 máy trong một nhà nên chuông kêu lớn cũng thật sự không cần thiết. Mạch chuông điện tử có thể tích hợp chung trên cùng một board mạch với các mạch chức năng khác. Chuông điện tử có hai loại đơn âm và đa âm. 5. Mạch chuông đơn âm. Dùng loa điện từ Dùng loa áp điện R3 Hình 1.17: Các mạch chuông đơn âm Chuông đơn âm có một mạch dao động cộng hưởng có tần số cố định. Mạch làm việc hay nghỉ là do sự luân phiên của các bán kỳ điện áp rung chuông của tổng đài cung cấp. Trong hình vẽ 1.17 là hai mạch chuông đơn âm, một dùng loa điện từ và mạch còn lại dùng loa áp điện. Nguyên lý hoạt động - Mạch ổn áp: Mạch ổn áp trong cả hai mạch điện có nguyên lý hoạt động giống nhau. Khi bán kỳ âm của điện áp chuông đến, D1 nắn và năng lượng bị tiêu tán bởi R1. Lúc này Q không được cấp nguồn nên mạch không làm việc nên không có 17 Chương 1: Máy điện thoại bàn tín hiệu rung chuông ở ngõ ra loa. Khi bán kỳ dương đến, D2 nắn, điện áp nắn vượt qua ngưỡng của D3, Q được cấp nguồn, mạch dao động trong thời gian bán kỳ dương. Do đó thời gian dao động được xác định bởi biên độ và tần số của tín hiệu chuông từ tổng đài gửi đến. - Mạch chống tiếng leng keng: Mạch chống tiếng leng keng gồm D3 và C2. Mạch này nhằm ngăn chặn sự hoạt động của mạch chuông khi quay số bằng xung. Điện áp Zener của D3 sẽ xác lập điện áp ngưỡng để chặn các điện áp xung quay số có thể làm hoạt động mạch chuông. Tụ điện C2 là bộ lọc để lọc bất kỳ điện áp đột biến nào vượt qua điện áp ngưỡng. - Mạch phát chuông và ngõ ra: Loa điện từ hoạt động nhờ vào sự di chuyển của cuộn dây hoặc phần ứng. Loa điện từ thường được dùng làm ống nghe trong máy điện thoại. Mạch hồi tiếp cho dao động nhờ vào biến áp T mắc vào cực C và đưa hồi tiếp về cực B của transistor Q. Loa áp điện là một đĩa mỏng làm bằng đồng. Khi mạch dao động, đĩa sẽ uốn cong theo chiều như mô tả trong hình vẽ để tạo ra âm thanh. a) Cấu trúc b) Rung để tạo ra âm thanh Hình 1.18: Loa áp điện Hạn chế của chuông đơn âm là mạch chuông đơn âm có thiết kế đơn giản, dùng ít linh kiện, nhưng tín hiệu chuông xuất ra có dải tần thấp khoảng từ 2 đến 3kHz nên tồn tại 2 hạn chế như sau: - Ở dải tần này làm cho những người lớn tuổi nghe kém nhạy. - Khả năng xác định nguồn âm trong dải tần này kém. Vấn đề trở nên phức tạp, khi trong cùng một vị trí mà lắp đặt nhiều máy, sẽ khó khăn cho việc xác định tiếng chuông của máy nào nếu có nhiều máy cùng rung chuông. Hai hạn chế trên đây có thể khắc phục khi sử dụng loại chuông đa âm. 18 Chương 1: Máy điện thoại bàn 6. Chuông đa âm. Tín hiệu ngõ ra của chuông đa âm được tạo ra là do sự chuyển đổi qua lại giữa 2 hay nhiều hơn các tần số. Tần số của các tín hiệu, và tốc độ chuyển đổi, có thể được xác định bằng các linh kiện trong mạch điện. Lưu ý rằng, trong khi điện áp rung chuông của tổng đài xác định tốc độ chuyển đổi của tín hiệu chuông đơn âm, thì đối với mạch chuông đa âm, nó chỉ là nguồn cung cấp cho mạch chuông đa âm làm việc. (hình 1.19) Hình 1.19. Sơ đồ khối chuông đa âm. - Mạch chỉnh lưu và bảo vệ quá áp Hình 1.20: Mạch chỉnh lưu và bảo vệ quá áp - Mạch ổn áp: Điện áp xoay chiều tại ngõ vào L1, L2 có thể vượt qua mức cho phép của mạch chuông phụ thuộc vào khoảng cách từ máy điện thoại đến tổng đài. Cần phải có mạch ổn định điện áp để điện áp cung cấp cho mạch tạo chuông độc lập với chiều dài mạch vòng. - Mạch chống tiếng leng keng: Mạch chống tiếng leng keng phải phân biệt giữa điện áp của xung quay số đi vào mạch chuông và điện áp rung chuông xoay chiều của tổng đài gửi đến. - Phát chuông: Có 2 phương pháp áp dụng cho các mạch phát chuông đa âm. Phương pháp 1: Dùng 2 bộ dao động riêng biệt 19 Chương 1: Máy điện thoại bàn ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ DAO ĐỘNG TẦN SỐ THẤP RL DAO ĐỘNG TẦN SỐ CAO CL CÁC THÀNH PHẦN LINH KIỆN XÁC ĐỊNH TẦN SỐ RH CH Hình 1.20: Phát chuông đa âm dùng 2 bộ dao động riêng biệt. Mạch dao động tần số thấp, dao động ở tần số từ 10 đến 20Hz. Mạch dao động tần số cao, dao động ở tần số từ 440 đến 480 Hz. Các thành phần linh kiện bên ngoài có thể chọn để xác định tần số dao động. Bộ điều khiển tần số chuyển đổi ngõ ra giữa hai tần số trong lúc rung chuông. Phương pháp 2: Dùng bộ chia tần số. THẠCH ANH DAO ĐỘNG CHỦ NGÕ RA CHUÔNG BỘ CHIA Z BỘ CHIA X HOẶC Y f/X HOẶC f/Y FREQ ADJ Hình 1.21: Sơ đồ khối chuông đa âm dùng bộ chia tần. Bộ dao động chủ tạo ra tín hiệu có tần số f Hz. Tín hiệu này được chia cho X hoặc Y để tạo ra tín hiệu có tần số f/X Hz hoặc f/Y Hz. Tín hiệu ngõ ra bộ chia X hoặc Y được chia cho Z. Tín hiệu ngõ ra bộ chia Z gọi là SR (Shift Rate). Tần số của SR chính là tốc độ chuyển đổi giữa bộ chia X hoặc Y và được xác định theo công thức sau đây: SR = f (Hz) Z(X + Y) (1) Như vậy ngõ ra bộ chia X hoặc Y có tín hiệu luân phiên chuyển đổi giữa hai tần số f/X Hz hoặc f/Y Hz. Tốc độ chuyển đổi xác định theo công thức (1) thường trong khoảng từ 5 đến 20Hz. Bộ dao động chủ có biến trở bên ngoài để có thể điều chỉnh tần số dao động. 20