Блокиратор на базе микросхемы КРКН

Микросхема КР1059КН2 представляет собой электронный коммутатор двух параллельных телефонных аппаратов.

Принципиальная схема блокиратора приведена на рис. 1.4-6. Его работа осуществляется следующим образом. Если снять трубку на ТА1, то тиристор в ИС откроется, и телефон подключится к линии. Падение напряжения на тиристоре микросхемы составляет не более 2 В. Одновременно запирается тиристор ИС в цепи второго ТА, что позволяет его отключить на время, пока не будет опущена трубка на ТА1. Если на момент отбоя первого ТА. трубка второго окажется снятой, то произойдет перекоммутация аппаратов на линию. Ток потребления ТА от линии при опущенной трубке должен быть не более 0,4 мА, иначе тиристоры микросхемы нс закрываются после окончания разговора. Во время набора номера на одном из аппаратов в момент разрыва шлейфа линии происходит кратковременное отключение этого телефона от линии. Чтобы снятие трубки одного ТА на этом интервале времени не вызывало перекоммутации телефонов, в цепь управления включены конденсаторы С2 и СЗ, формирующие задержку переключения телефонов. Емкость их может быть в пределах 5-10 мкФ. Свето-

диоды VD1 и VD2 предназначены для индикации ТА, находящегося в разговорном режиме. При поступлении вызова с АТС (70-90 В) звонят оба телефонных аппарата.

Блокиратор на тиристорах

Еще один вариант блокиратора параллельного телефона 1х2 приведен на рис. 1.4-7. Когда абонент первого аппарата снимает трубку, к аноду тиристора VS 1 прикладывается напряжение линии 60 В. На управляющем электроде тиристора напряжение меньше

на величину падения напряжения на стабилитроне VD 1. Тиристор открывается, и ТА 1 подключается к линии. Если после этого второй абонент снимет трубку, к тиристору VS2 будет приложено остаточное напряжение линии 5-15 В, которое меньше напряжения открывания стабилитрона VD3, и, соответственно, тиристор VS2 остается запертым. ТА2 будет отключен до тех пор. пока первый абонент не положит трубку на рычаг аппарата. Диоды VD2 и VD4 предназначены для пропускания отрицательного полупериода переменного напряжения индукторного вызова. Недостаток схемы заключается в следующем: снятие трубки на одном из аппаратов в то время, когда по второму производится набор номера, приводит к помехам набору (происходит перекоммутация телефонов). Недостаток компенсируется простотой схемного решения и возможностью размещения элементов схемы в телефонной розетке.

Блокиратор параллельного телефона

Блокиратор параллельного телефона (его не следует путать с блокиратором спаренного телефона) предназначен для исключения мешающего воздействия другого телефона при занятии линии одним из них. Его применение позволяет исключить возможность прослушивания разговора, ведущегося с одного из аппаратов, на другом (блокируемом). Кроме этого, блокиратор предотвращает помехи набору номера с незаблокированного аппарата при любых манипуляциях с заблокированным. Блокиратор устраняет нежелательное "подзвякивание" второго аппарата, а также улучшает работу факса или модема, подключенного параллельно телефонному аппарату.

В состав схемы входят:

• датчик тока первого телефона ТА1 — R1;

• датчик тока второго телефона ТА2—R2;

• ключ отключения ТА1—DA1;

• ключ отключения ТА2 — DA2;

• схема блокировки ТА1 — VT2, R4. DD1.4, R6. C2,DD1.3;

• схема блокировки ТА2 — VT1, R3,DD 1.1, R5,C1,DD1.2;

• цепи питания микросхем—VD1, R9, СЗ, VD2.

Исходящая связь.

В исходном состоянии оба телефона ТА1, ТА2 подключены к линии, так как ключи DA1, DA2 открыты положительным напряжением, поступающим с выходов элементов DD1.2, DD1.3 через резисторы R7, R8. При снятии трубки на ТА1 на резисторе R1 выделяется напряжение около 1 В, которое открывает VT1. С выхода DD1.1 начинается зарядка С1 через R5. Постоянная времени RC-цепи равна приблизительно двум секундам, именно через такое время переключается элемент DD 1.2, снимая питание с ключа DA2 (отключая второй телефон). Во время разговора ТА1 второй телефон остается заблокированным при любых манипуляциях с ним. Аналогично действует система блокировки ТА1 при снятии трубки с ТА2.

Входящая связь

При поступлении посылок вызова с АТС звонят оба телефона, так как частота 25 Гц фильтруется цепями R5, С1 и R6, С2, не позволяя отключать ТА1 и ТА2 от линии. Постоянная времени этих цепочек выбрана не случайно, именно время около 2-х секунд не позволяет блокиратору заблокировать телефоны на время вызова с АТС.

Датчики подъема трубки

Для контроля состояния телефонного аппарата (трубка снята, либо трубка положена на рычажный переключатель) используется последовательный датчик тока. На рис. 1.2-17.1.2-18 показаны схемы включения датчиков тока.

Сопротивление телефонного аппарата по постоянному току при положенной трубке превышает 300 кОм, поэтому при стандартном напряжении в линии 48-60 В на сопротивлении R практически не выделяется никакого напряжения. При снятии трубки с ТА напряжение в линии находится в пределах 10-15 В, а сопротивление телефонного аппарата составляет 500-700 Ом, что позволяет выделить на сопротивлении R либо диодах VD1, VD2 около 1,5 В, чего достаточно для срабатывания узла подъема трубки. Схему с двумя диодами использовать предпочтительнее вследствие стабильности падения напряжения на р-n переходах кремниевых диодов (около 0.7 В на диод). Сопротивление каждого диода составляет около 18 Ом, что в сумме составляет 36 Ом и достаточно хорошо согласуется с нормами ГОСТ [2].

На рис 1.2-19 приведена схема узла подъема трубки на основе микросхемы КР561ЛА7. Схема работает следующим образом. При подъеме трубки телефонного аппарата с рычажного переключателя на диодах VD1, VD2 выделяется напряжение около 1 В, что достаточно для открывания транзистора VT1. На выходе 3 DD1.1 появляется высокий уровень, и через резистор R2 происходит заряд емкости С1. Через время не более 2 секунды происходит переключение элемента DD1.2. и на выходе 4 появляется нулевой уровень, показывающий, что с телефонною аппарата сняли труб-

ку. Цепочка R2, С1 с постоянной времени 2 секунды предназначе-на для фильтрации коротких импульсов помех в линии (дребезг, вызов 25 Гц, набор номера).

На рис. 1.2-20 показана схема узла подъема трубки, совмещенного со схемой коммутации телефонного аппарата по минусу питания. Схема позволяет не только анализировать состояние телефона, но и отключать телефонный аппарат от линии в соответствии с логическим алгоритмом блока обработки (например, на время, необходимое для пропуска некоторого количества посылок

вызова с АТС). В данной схеме отключение телефонного аппарата происходит при подаче логического нуля на вход 1, что приводит к замыканию на корпус через VD2 управляющего входа 1 микросхемы DA1. Цепочки VD1, С1, а также R5, С2 выполняют одинаковую функцию — предотвращение срабатывания узла подъема трубки от коротких одиночных импульсов в линии, а также сигнала вызова и импульсов набора номера. Делитель R2, R3 обеспечивает необходимое напряжение на управляющем входе микросхемы DA1

В телефонных приставках, питаемых от сети переменного тока 220 В через понижающий трансформатор, можно применять схему узла подъема трубки на транзисторах (см. рис. 1.2-21). Отличие этой схемы от предыдущих состоит в том, что последовательно с телефонным аппаратом ничего не включается. Датчик тока — стабилитрон VD2. находится между линией и внешним источником питания Еп (напряжение питания нс менее 25 В) При опущенной трубке ТА напряжение в линии составляет 48-60 В, диод VD1 заперт, на стабилитроне VD2 отсутствует падение напряжения. а значит, транзистор VT2 закрыт. VT3 открыт по цепочке R5, коллектор VT2, R6. Реле Р1 находится в сработанном состоянии (контакты К1.1 замкнуты). При подъеме трубки ТА напряжение в линии падает до 5-20 В (в зависимости от типа телефонного аппарата), диод VD1 открывается, соответственно, падение напряжения на стабилитроне VD2 открывает VT1. VT2 закрывается по цепочке +Еп, эммитер-коллекгор VT1, R4, база VT2. Реле Р1 отключается. контакты К1.1 размыкаются, подавая информационный сигнал о снятии трубки ТА. Цепочка С1, R3, а также инерционность обмотки реле Р1 не позволяют перекоммутировать реле Р1 при наборе номера с телефонного аппарата, а также предотвращают срабатывание реле при прохождении вызова на ТА. Преимуще-



ством этой схемы является практически полное соответствие ГОСТ [2], так как: во-первых, последовательно телефону не включается сопротивление, а во-вторых, при наборе с телефонного аппарата за счет диода VD1 влияние схемы подъема трубки на ТА ничтожно мало и составляет более 3 МОм параллельного сопротивления



На рис 1 2- 22 приведена схема ключа на разрыв линии.

В состав схемы входят:

• мост—VD1-VD4,

• ключ—DA1:

• зарядная цепочка — С1, R1

• выпрямительный диод—VD5:

• развязывающая цепь R2, С2, R3.



В исходном состоянии (когда от генератора поступает последовательность импульсов запуска) ключ DA1 открыт, так как падение напряжения на цепи Cl, R1 равно напряжению открыва-ния DA1. Соответственно, открыт мост VD1-VD4, и положительный линейный провод замкнут накоротко через прямые переходы диодов VD1-VD4. При необходимости осуществить разрыв линии прекращают подачу импульсов запуска от генератора. Емкость Cl разряжается через сопротивление R1, ключ DA1 закрывается, и, соответственно, закрывается мост VD1, VD4, разрывая тем самым плюсовую линейную шину. Время разрыва определяется управляющим внешним устройством, необходимо только учесть время реакции цепи R1, Cl.

Детекторы звонка

В большинстве современных АТС в качестве сигнала вызова используется переменное напряжение частотой 12-25 Гц и амплитудой до 150-200 В (в норме, не менее 90 В). Для формирования импульсов приема посылки вызова используются логические схемы с фильтрующими RC-цепями. которые необходимы для выделения огибающей сигнала вызова. Сформированные таким образом импульсы подаются на схему обработки телефонной приставки. На рис 1.2-6 приведены осциллограммы входных и выходных сигналов

На рис 1 2-7 представлена схема приема вызова, рекомендуемая для использования в устройствах, питаемых от сети 220 В через понижающий трансформатор. Принцип работы схемы заключается в следующем:

В исходном состоянии на входах 1,2 элемента DD1 1 поддерживается единица через VD4 и R3 от источника питания При поступлении переменного напряжения вызова через резистор R1 происходит зарядка конденсатора С1 в соответствии с полярностью диода VDl Таким образом, во время вызова вход 2 DD1 1 находится в состоянии логического нуля, и на выходе 3 DD1 1 появляется единица Формирующие цепочки VD5, С2, VD6. R4 обеспечивают необходимую длительность выходных импульсов, а

конденсатор СЗ сглаживает фронты импульса на выходе Схема может непосредственно подключаться к счетчику блока обработки

На рис. 1 2-8 приведена схема входного узла для использования в устройствах, питаемых от телефонной линии. Принцип работы схемы заключается в следующем.

В исходном состоянии на выходе 3 DD1 1 поддерживается высокий уровень При поступлении вызова на вход схемы через цепочку R1, С1. VDl происходит заряд емкости С2, что обеспечивает срабатывание элемента DD1 1 Емкость СЗ быстро разряжается через диод VD3, формируя таким образом передний фронт выходного импульса. Задний фронт формируется после окончания вызова путем заряда СЗ через резистор R4. Элементы схемы R3, С2 рассчитаны таким образом, чтобы предотвратить срабатывание элемента DD 1.1 при кратковременных импульсах помех в телефон

ной линии Следит помнить, что в реальной телефонной линии при подъеме (опускании) трубки телефонного аппарата наблюдаются серии коротких импульсов дребезга амплитудой до 60 В.
что может привести к ложному срабатыванию схемы приема вызова и всего устройства в целом. Входной узел должен обладать определенной инертностью, что достигается практической настройкой путем подбора RC-цепи на входе элемента DD 1 1.

Еще одна схема приема посылки вызова приведена на рис 1 2-9 В этой схеме применяется выборка импульсов с телефонной линии по частоте следования — своеобразный "цифровой фильтр".

В состав схемы входят.

• счетчик DD2. осуществляющий счет импульсов. снимаемых с линии.

• узел приема и формирования импульсов с линии в составе DD1.1, Rl, VD1, VD2, Cl, R2:

• тактовый генератор "строба" на DD1.2, DD1.3 Частота внутреннего генератора равна или чуть ниже 4 Гц. Генератор формирует строб длительностью около 0,25 с, открывающий счет микросхемы DD2. За время длительности строба на

синxpoвxoд DD2 поступает 6-7 имульсов. и на выходе 5 появляется короткий импульс. Исполнительное устройство может быть выполнено в виде триггернои схемы или с простейшей цепочкой накапливания (диод + емкость) При частоте следования входных импульсов менее 25 Гц счетчик DD2 не успевает сосчитать до б-7 и вновь обнуляется. Таким образом, варьируя элементы тактового генератора (изменяя длительность строба), можно настроить анализатор на нужную частоту анализа посылки вызова с АТС. Входной узел на DD1.1 с введенным последовательным стабилитроном VD1 обеспечивает прием импульсов с линии при снижении напряжения в линии ниже 30 В. Емкость С1 может быть в пределах 180-1000 пФ, что позволяет отфильтровав "дребезг" и более качественно сформировать синхроимпу льсы на входе DD2.

Во многих случаях необходимо запирать входной узсл на время набора номера (в линии присутствуют не посылки вызова, а импульсы набора номера 60 В, 10 Гц) На рис 1 2-10 приведена схема запирания входного узла

Имитатор для проверки телефонных аппаратов

Для решения задач практической отработки схем телефонных устройств, а также для проверки работоспособности телефонных аппаратов можно использовать схему простейшего имитатора сигналов АТС. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 1.4-14.

В состав схемы входят:

• цепь питания телефонного аппарата 60 В — VD1, С1, R1;

• цепь питания микросхем—VD2, С2;

• трансформатор питания—ТР1;

• генератор сигнала вызова АТС, 25 Гц — DD1.1, DD1.2;

• ключ формирования вызова — DD1.3, R6, VT1, VT2;

• генератор сигнала ответа станции 425 Гц — DD2.3, DD2.4;

• ключ формирования сигнала ответа 425 Гц —DD3.1, R12,VT4, R13, VT5;

• схема включения ответа станции при снятии трубки абонентом — R7, VT3, R8, DD1.4,DD2.1, R9, С4.

Принцип действия имитатора заключается в следующем. При включении телефона ТА в схему имитатора он запитывается стабилизированным напряжением +60 В от источника питания через R1. При снятии трубки напряжение в линии падает до значения 15-25 В (в зависимости от сопротивления разговорной цепи ТА).

С задержкой в 1,5 секунды включается модулятор 425 Гц, который формирует в линии сигнал ответа станции с амплитудой 1-2 В (регулируется с помощью резистора R14). При необходимости проверить прохождение вызова необходимо при положенной трубке ТА нажать кнопку КН1, в результате чего запускается генератор 25 Гц и с помощью ключа VT1, VT2 формируются импульсы 60 В, 25 Гц, имитирующие сигнал вызова. При снятой трубке ТА формирование вызова запрещается введением диода VD3.

При необходимости проверки номеронабирателя генератор 425 Гц можно отключить и с помощью осциллографа проверить импульсы набора номера, измерить временные параметры и крутизну формируемых фронтов.

Описываемый имитатор позволяет проверить разговорные цепи телефонных аппаратов, для чего необходимо два телефонных аппарата включить параллельно и, сняв трубки, установить связь. Трансформатор ТР1 необходимо подобрать так, чтобы переменное напряжение выходной обмотки было не менее 50 В, а допустимый ток нагрузки не менее 40-50 мА.

Светодиод HL1 сигнализирует прохождение вызова на телефонный аппарат. Амплитуда вызова — 60 В, что несколько меньше, чем в реальной телефонной линии (90-150 В), но, тем не менее, большинство вызывных устройств современных аппаратов устойчиво работают при таком сигнале вызова.

МикроАТС с функцией переадресации вызова

Данная микроАТС предназначена для подключение к одной телефонной линии двух аппаратов с добавлением некоторого сервиса. Первый абонент — Секретарь, второй — Директор. Основные возможности и характеристики МикроАТС следующие:

• прием вызова с линии только на телефон Секретаря.

• переадресация вызова с телефона Секретаря на телефон Директора,

• беспрепятственное подключение к линии телефона Директора;

• отключение телефонного аппарата Секретаря при входящей или исходящей связи с телефона Директора,

• простота схемы, минимальное количество

соединительных проводов.

Принципиальная схема устройства представлена на рис. 1.4-2. В состав схемы входят два модуля, соединенные трехпроводной линией.

Модуль А (Секретарь):

• телефонный аппарат Секретаря — ТА 1;

• ключ блокировки ТА1 — DA1;

• мост подавления вызова — VD3-VD6;

• цепь задержки отключения ТА1 — Cl, Rl, VD1, VD2;

• кнопка вызова — КН1. Модуль Б (Директор):

• телефонный аппарат Директора—ТА2, датчик узла поднятия трубки — R4;

• узел поднятия трубки—VT1, R5. DD1.1, R7,C4, DD1.2;

• генератор вызова — DD1.3, DD1.4, R8, R9, С5;

• повторитель вызова — VT2;

• динамическая головка — WA 1;

• цепь питания от телефонной линии — R6, VD7, C3,VD9;

• диод разделения источников питания — VD8;

• внешнее питание схемы вызова — Е11внеш.

Принцип действия схемы заключается в следующем. В исходном состоянии, когда трубки телефонов ТА1, ТА2 положены на аппараты, высокий уровень с выхода 4 DD1.2 запускает генератор вызова на элементах DD1.3 и DD1.4.

Цепь питания WA1 замкнута на корпус через достаточно высокое сопротивление R3. поэтому динамическая головка не воспроизводит сигнал вызова. Но в тоже время, переменное напряжение частотой около 1 кГц через разделительную цепь С2, R2 поступает на управляющий вход DA1, предварительно выпрямившись на диодах VD1, VD2. Все это поддерживает ключ DA1 в открытом состоянии и телефон секретаря ТА1 подключен к телефонной линии.

Входящая связь

При поступлении вызова с АТС (120 В, 25 Гц) звонит только телефон Секретаря ТА1.
так как переменное напряжение вызова выпрямляется с помощью моста VD3 - VD6 и поступает в модуль Б в виде постоянного с незначительными пульсациями, вызывное устройство ТА2 не отрабатывает такой сигнал, и телефон Директора не звонит.

При необходимости переключить разговор на Директора, Секретарь кратковременно нажимает кнопку КН-1, в результате чего замыкается цепь питания WA1, и директор получает сигнал вызова. Директор снимает трубку с аппарата и продолжает разговор. В то же время, напряжение, снимаемое с датчика R4, открывает транзистор VT1 и далее последовательно переключает DD1.1 и с задержкой 2 с элемент DD1.2, это, в свою очередь, приводит к отключению генератора вызова.

Соответственно, переменное напряжение 1 кГц уже не поступает на управляющий вход DA1, в результате чего через 5-8 секунд (что определяется временем разряда С1 через R1 и вход 1.8 DA 1) отключается ключ DA1. Телефон Секретаря блокируется, и разговор Директора им не прослушивается. Время задержки отключения DA1 специально выбрано таким образом, чтобы неко

торое время держать оба телефона ТА1, ТА2 подключенными параллельно, а значит — передать необходимую информацию от Секретаря Директору. Во время отключения ТА1, в трубке ТА2 слышен характерный щелчок, что позволяет Директору определить время. когда беседа может быть конфиденциальной.

Исходящая связь

Исходящая связь с телефона Секретаря (ТА1) не имеет особенностей за исключением того, что телефон Директора не "позванивает" во время набора номера. При подъеме трубки с аппарата Директора (ТА2) аналогичным образом отключается генератор вызова, и через 7-10 секунд с момента поднятия трубки телефон Секретаря отключается от линии. Если трубка на ТА2 была снята в момент разговора с ТА1, телефон Секретаря также отключается с задержкой 7-10 секунд. При отсутствии внешнего питания 9 В, микроАТС поддерживает все режимы за исключением формирования вызова, так как источник питания от телефонной линии не обеспечивает достаточного тока для работы динамической головки WA.

МикроАТС с последовательным опросом

Особенностями схемы являются:

• униполярность подключения к телефонной линии:

• подавление вызова на телефон при отсутствии

обращения к данному абоненту. В состав схемы (рис. 1.4-1) входят три функциональных узла:

• узел формирования вызова, состоящий из диодного моста VD1.. .VD4, модулирующего ключа VT2, синхроцепи VD5, VD6, VT1, ключа включения модуляции DA1, нагрузочных резисторов R2, R3;

• схема приема и обработки сигналов АТС. содержащая счетчик DD2, цепь формирования импульсов счета С1, R4, VD9, DD1.1. R6. С2, VD10, VD11. С5. VD12. С4, R7. R8, цепь блокировки счета VD23, DD1.2, Сб. R14, DD1.3. R13, VT3, R15, ключи коммутации телефонов DA2, DA3,

• телефонные аппараты ТА1, ТА2.

Схема работает следующим образом. Счетчик DD2 в исходном состоянии обнулен. поэтому ключи DA2, DA3 открыты высокими уровнями, поступающими через R9 и R12. Оба телефона подключены к линии. Первая посылка вызова с АТС не приводит к срабатыванию вызывных устройств телефонов, так как ключ DA1 разомкнут и дополнительная модуляция вызывного сигнала на нагрузке (R2, R3) отсутствует.

Через цепь С1, R4, DD1.1 осуществляется счет посылок вызова с АТС. Переключение счетчика DD2 происходит по заднему фронту сформированных импульсов и приводит к последовательному включению и отключению ключей DA2 и DA3. В результате, телефоны ТА1 и ТА2 звонят поочередно по 4 звонка каждый до тех пор, пока трубка какого-либо из них не будет снята. Ключ включения модуляции DA1 открывается через цепь VD13, VD14.R16.

При снятии трубки на одном из телефонов (ТА1 или ТА2) на резисторе R15 выделяется напряжение около 1 В, которое открывает транзистор VT3 и приводит к срабатыванию цепи блокировки счета DD1.3, DD1.2. Нулевой уровень на выходе DD1.2 запрещает

счет DD2 через диод VD23. Это необходимо для того. чтобы импульсы набора номера не воспринимались счетчиком DD2. В дальнейшем связь происходит обычным образом, так как диодный мост VD 1.. .VD4 без дополнительной модуляции не влияет на набор номера и передачу информации. Таким образом, описанная схема реализует следующие режимы работы:

• при исходящей связи — эквивалентно двум

параллельно подключенным телефонным аппаратам;

• при входящей связи — поочередный дозвон до каждого из абонентов.

ОБЗОР ПРЕДЛОЖЕНИЙ В ОБЛАСТИ СЕРВИСНЫХ ТЕЛЕФОННЫХ ПРИСТАВОК

Глава 1. Телефония

1.1 ОБЗОР ПРЕДЛОЖЕНИЙ В ОБЛАСТИ СЕРВИСНЫХ ТЕЛЕФОННЫХ ПРИСТАВОК

Телефонная связь, как средство общения и передачи инфор мации, незаменима в быту и на производстве. Ее характеристики определяются множеством факторов, таких как: количество теле фонных линий, вид оборудования АТС, типы применяемых теле фонных аппаратов и т.п. Для достижения высокого качества и удобства этой связи абоненту необходим определенный набор сервисных возможностей. Современные телефонные аппараты позво ляют обеспечить такие функции, как: повтор набора номера, автодозвон, память номеров, удержание линии, переадресация вызовов и пр.

При необходимости расширения возможностей телефона могут применяться самые разнообразные дополнительные устройства — телефонные приставки. Такие устройства вводят специальные сервисные возможности и, иногда, предназначены для стыковки нестандартного оборудования с АТС. В настоящее время на рынке представлено множество предложений от небольших организаций, фирм и даже отдельных разработчиков. Ниже приводится краткий обзор некоторых устройств, пользующихся повышенным спросом.

АОНы

Автоматические определители номера. Эти устройства достаточно широко распространены и известны потребителям. Они позволяют определить номер звонящего вам абонента и, помимо этого, как правило, обладают массой дополнительных функций (записная книжка, автодозвон и т.п.). Выполняются они и в виде многофункциональных телефонных аппаратов, и в виде специальных сервисных приставок, и в виде специальных модулей, модернизирующих некоторые виды стандартных телефонных аппаратов, и даже в виде программного обеспечения для применения на определенных видах модемов для ПК.

Микро-АТС

Предназначены для эксплуатации нескольких телефонных аппаратов на одной или нескольких телефонных линиях. Такие системы могут иметь самые разнообразные функции (переадресовка вызова, внутренняя связь, приоритет телефонов и т.п.) и являются чем-то средним между примитивными развствитслями номера и крупноформатными офисными Мини-АТС.

Раэветвители телефонного номера

Позволяют ( аналогично блокираторам) отключать параллельный телефонный аппарат при разговоре по другому аппарату и. что является основной функцией, позволяют избирательно дозваниваться на любой из подключенных к одной! линии телефонных аппаратов. Существует несколько типовых решений проблемы избирательного дозвона: двукратный набор номера (набор номера - 1-4 гудка - повесить трубку - повторный набор номера), набор дополнительной цифры (набор номера - разветвитель поднимает трубку - набор дополнительной цифры). Метод с дополнительной цифрой применим не на всех видах АТС. Следует понимать, что данное устройство работает без взаимодействия с аппаратурой АТС и его нельзя путать с обычным спариванием номера, когда абоненты также имеют только одну линию, но у них разные номера.

Блокираторы параллельных телефонных аппаратов

Служит для раздельного использования двух телефонных аппаратов на одной телефонной линии. При снятии трубки на одном телефонном аппарате другой телефонный аппарат отключается (блокируется). Блокиратор исключает прослушивание с параллельного телефона и подзвякивание при наборе номера на нем.

Устройства защиты линии от "пиратов"

Применяются в профилактических целях и при наличии подозрения об использовании телефонных линий посторонними лицами. Основные методы защиты линий следующие: кодовый доступ к линии (набор кода перед набором номера), блокировка выхода на межгород (блокировка номеров "8...", "07", ограничение количества цифр в номере), защита от параллельного включения в линию "левых" телефонных аппаратов, выборочная блокировка отдельных конкретных номеров (применяется только в сложных компьютеризованных устройствах).

Блокираторы выхода на межгород

Выполняют функцию запрета междугородных звонков с телефона. Используются разные методы: блокировка количества цифр номера, блокировка номеров "8...", "07". Являются оперативным решением проблемы на месте. Вторым вариантом может быть отключение от междугородной связи по заявлению на АТС.



Индикаторы занятости линии

Простейшие устройства, позволяющие видеть, используется ли в данный момент линия параллельным абонентом, или нет. Удобны при установке параллельных телефонов вне зоны слышимости друг друга и интенсивном их использовании.

Анти-АОНы

По сути — вредоносные устройства, вмешивающиеся в протокол работы АТС. Они посылают помехи в линию в момент срабатывания аппаратуры АОН, что не позволяет принимающей вызов стороне автоматически определить ваш номер. Более цивилизованным способом является отключение автоматики по заявлению на АТС (после этого ваш номер не будет определяться частными АОНа-ми). Следует знать, что Анти-АОН не является защитой от определения вашего номера компетентными службами.

Адаптеры спаренных линий

На спаренных линиях связь осуществляется по одной паре проводов для двух абонентов с различными номерами (за счет изменения полярности линии). Пользоваться телефоном эти абоненты могут только поочерёдно. Одна из проблем таких линий заключается в пониженном напряжении вызывного сигнала (чтобы вызов не просачивался ко второму абоненту). Адаптер позволяет повысить напряжение вызова, что обеспечивает надежное срабатывание всех типов телефонных аппаратов на всех типах спаренных линий (без адаптера некоторые ТА могут не звонить).

Адаптеры АВУ-ВЧ

Аппаратура высокочастотного уплотнения предназначена для подключения нескольких абонентов по одной проводной линии. Как правило, из блока АВУ-ВЧ к абоненту выводится трехпроводная линия (третий провод для звонка). Адаптер АВУ-ВЧ предназначен для преобразования такой линии в обычную с возможностью подключения любых телефонных аппаратов.

Адаптеры АТС "Квант"

Электронная АТС "Квант" характеризуется низким напряжением в линии (5-15 В), что не обеспечивает надежной работы многих электронных телефонных аппаратов. Адаптер предназначен для устранения этого недостатка и обеспечения подключения к такой АТС любых телефонных аппаратов.

Автоматические предохранители

Защищают линию от проникновения в нес высокого напряжения или помех (например, вследствие некорректно сделанной проводки в помещении абонента или ее замыкания).



Схемы удержания линии

Обеспечивают удержание линии при переходе от одного телефонного аппарата к другому (на первом трубка положена).

Схемы переадресации вызова

Устанавливаются там, где имеется не менее двух телефонных линий и обеспечивают перевод всех входящих на одну из линий звонков по другому номеру (посредством соединения с этим номером через вторую линию). Некоторые современные электронные АТС могут обеспечить такой сервис даже при наличии только одной линии.

Устройства дистанционного управления

Телефонная линия может быть использована для дистанционного управления (включения/выключения) самыми разнообразными устройствами. В этом случае, как правило, после набора номера и соединения используется набор в так называемом частотном режиме (тоновый набор) или специальное устройство — биппер. Набираемые цифровые комбинации являются командами и управляют устройствами.

Устройства охраны помещений

Специальные приставки соединяемые с системой охраны помещений и телефонной линией. При срабатывании охранных датчиков такая приставка дозванивается по заранее заданному номеру (номерам) и выдает заранее заданное (записанное) сообщение.

Это далеко не полный перечень встречающихся сервисных телефонных приставок. Заметим, что большинство присутствующих на рынке устройств работает только с импульсным набором номера. Применение КМОП микросхем с низким энергопотреблением позволяет запитывать устройства непосредственно от телефонной линии. Практическая реализация логических схем обработки телефонных сигналов (переадресация, коммутация и т.п.) возможна как на базе жесткой логики, так и на основе ИС программируемой логики, микроконтроллеров, микрокомпьютеров.

Переговорное устройство с автоматическим вызовом на базе двух стандартных ТА.

Переговорное устройство на рис. 1.4-13 обеспечивает телефонную связь между двумя абонентами с помощью обычных телефонных аппаратов. Подача вызовов в переговорном устройстве

автоматизирована. Когда один из абонентов, например ТА1 (ТА2), поднимает трубку, на реле P1 (P2) подается напряжение. Реле срабатывает, и через контакты Kl.1 (K2.1), Kl.3 (K2.2) и нормально замкнутые контакты К2.3 (К1.2) реле P2 (Р1) напряжение ~80В поступает на звонок аппарата ТА2 (ТА1). Абонент ТА2 (ТА1) поднимает трубку. Срабатывает реле P2 (Р1) контакты К2.3 (К 1.2) размыкаются, подача вызова прекращается. Контакты K2.1 (Kl.1) замыкаются, образуется разговорная цепь.

Источник питания микрофонов аппаратов не оказывает шунтирующего воздействия из-за высокого индуктивного сопротивления обмоток реле Р1 и P2 разговорным токам.

Параметры трансформатора Тр1: сердечник Ш 16х45. Обмотка I — 1320 витков провода ПЭВ-2 0,23: обмотка II — 500 витков провода ПЭВ-2 0,12: обмотка III — 110 витков провода ПЭВ-2 0.35. Реле Р1, P2 типа РЭС22, паспорт РФ4.500.131.

Приставка "Директор-секретарь"

Принципиальная схема приставки приведена на рис. 1.4-3. В состав схемы входят:

• узел подъема трубки первого телефона (ТА1) — VD1 VD2, VT1, VT2,.C1, Rl. R2, R3, R4, реле Р1;

• узел подъема трубки второго телефона (ТА2) — VD12 VD13, VT5, VT6, VT7, С6, С7, R13, R14, R15, R16, R17,R18,.R19, реле Р2;

• Формирователь входных импульсов — DD 1.1, DD 1.2;

• счетчик числа импульсов — DD2, VD10, VD11, VD9 С5, R9, R10;

• блок питания — DA1, DA2, VD14, С8, R20.,ТР1. Принцип работы схемы заключается в следующем. В исходном состоянии реле Р1 и Р2 находятся в сработанном состоянии таким образом, что контактами реле К 1.1 к телефонной линии подключен ТА1, а контактами К2.1 к телефонной линии подключен узел формирования на элементах DD 1.1 и DD1.2. При этом включение реле Р1 обеспечивается подачей логической единицы с выхода 3 микросхемы DD2 через VD10, эмиттерный повторитель VT3, R11. Включение реле Р2 обеспечивается инвертированием на транзисторе VT6 логического "0" с выхода 4 DD2.

В этом состоянии каждый из двух телефонов ТА1 и ТА2 может быть скоммутирован на линию простым поднятием трубки. Так для телефона ТА2 это выглядит следующим образом: подъем трубки (ток по цепи +25 B,VD13, R13,VD12, ТА2, корпус) вызывает падение напряжения на стабилитроне VD13 и, соответственно, появление +25 В на коллекторе VT5. Это вызывает срабатывание ключа VT6 и с небольшой задержкой отпускание реле Р2, при этом контакты К2.1 подключают ТА2 к телефонной линии.

При приеме вызова два первых звонка поступают на телефон ТА1 и на счетчик DD2 через формирователь. После окончания второго звонка напряжение логической " 1 " появляется на выходе 4 DD2, подключая к линии ТА2 и отключая ТА1. Далее в течении 25-30 с вызовы будут поступать только на ТА2. Счетчик DD2 за счет цепочки R10, С5 обнуляется, после чего цикл приема двух первых посылок вызова на ТА1 повторяется. Если трубку сняли на первом аппарате, он может кнопкой КН1 подать вызов на ТА2 и при поднятии трубки на втором аппарате (зажигании светодиода HL1) отключиться от линии.

Приведенная выше схема приставки "директор-секретарь" достаточно проста, но с успехом может применяться в небольших учреждениях, офисах. Заметим, что при отключении сети 220 В на линию коммутируется лишь второй аппарат (ТА2).

Приставка для автоматической записи телефонных разговоров

Устройство автоматически включает магнитофон для записи разговора и выключает его. когда будет положена трубка. При эксплуатации приставки магнитофон должен быть постоянно включен на запись. Включение и выключение происходит путем коммутации цепи питания магнитофона. Схема устройства показана на рис. 1.4-12.

Напряжение линии приложено к делителю R1,R2. Когда в линии 60 В (трубка положена), на выходе DD1.1 нулевой уровень и. соответственно, на выходе DD1.3 также низкий уровень, транзистор VT1 закрыт, реле Р1 обесточено, питание магнитофона выключено. При снятии трубки DD1.1 переключается, и через некоторое время задержки, определяемое R3 С 1, реле Р 1 срабаты-

вает, замыкая цепь питания магнитофона. После окончания разговора с такой же задержкой реле Р1 отключается. Постоянная времени цепи R3, С1 значительно больше периода следования серии наборных импульсов, а также импульсов вызова АТС, поэтому реле Р1 не срабатывает в режимах вызова и набора номера. Однако, если снять трубку и некоторое время не набирать номер, С1 заряжается и магнитофон включается. На ленту будут записаны "щелчки" набора. Желательно последовательно с СЗ, С4 включить сопротивления с номиналами от 100 до 300 кОм, а уровень записи магнитофона соответственно отрегулировать.

Наладка устройства сводится к подбору делителя Rl, R2. Желательно увеличить номиналы Rl и R2, сохраняя пропорцию. Микросхема КР561ЛА7 заменима на КР561ЛЕ5, а также аналогичные серий 176, 564, 1561.

Приставка-селектор вызовов по количеству звонков

При эксплуатации телефонного аппарата иногда возникает необходимость селекции количества сигналов вызова (звонков), приходящих на телефон. Схема, приведенная на рис. 1.4-8, позволяет достаточно просто реализовать селекцию входящих посылок вызова с АТС (телефон звонит после N-й посылки).

В состав схемы входят:

• входной узел приема и обработки посылок вызова — DD1.1, R1...R3 С1, С2, С4, VD1, VD2...VD5;

• счетчик количества звонков — DD2;

• ключ подключения телефона к линии — DA1, VD13...VD16;

• узел подъема трубки — VT1, VT2, R8, R14, VD6, С5, DD1.2,DD1.3;

• элементы питания: 60 В —VD17, VD18, R13, С8;

8 В — VD19, VD20, R15, С9;

• переключатель селектора звонков — SA 1. Подробное описание работы устройства приведено в [б]. Меняя положение SA 1, можно регулировать число пропущенных звонков. При подключении SA1 к выводу 3 DD2 телефон соединен с линией постоянно. Если трубка положена больше чем на 1 с, схема возвращается в исходное состояние

Данное устройство можно применять в качестве "ночного" телефона, когда первые 5. .6 звонков игнорируются, а дозвониться сможет лишь тот абонент, который знает, что трубку снимут после 6-го звонка. Другой возможный случай применения приставки-селектора — установление приоритета поступления вызова в работе

двух параллельных аппаратов, находящихся в разных помещениях. В этом случае один из аппаратов подключается через приставку-селектор. При поступлении сигнала вызова звонит только один аппарат. Если же трубка не была снята в течении определенного количества звонков, начинает звонить и второй аппарат. Получается своеобразная приставка "директор-секретарь".

Применять такую приставку можно на любых типах АТС с номинальным напряжением в линии 48-60 В и неизменяемой полярностью при установлении соединения.

Приставка удержания линии

В некоторых случаях возникает необходимость положить трубку на одном из двух параллельных телефонных аппаратов и перейти к другому, чтобы продолжить разговор. Если не использовать специальные устройства, разговор будет прерван и абоненту придется вновь перезвонить. Существует простая схема удержания линии, которая представлена на рис. 1.4-11. Приставка может быть вмонтирована в телефонный аппарат, ее принцип действия заключается в следующем.

Когда трубку ТА1 кладут на аппарат, кнопку КН1 держат нажатой. Тиристор VS 1 при этом открывается, вызывая свечение светодиода HL1. При снятой трубке телефонного аппарата линия обычно удерживается при напряжении 10-20 В, в свою очередь. открытый тиристор VS1, с учетом HL1 и сопротивления R1 номиналом в 2-3 кОм. удерживает линию при напряжении свыше 30 В. При этом рассоединения абонентов не происходит. После этого, когда трубка будет снята на телефоне ТА2, напряжение в линии

опять упадет до 10-20 В, что вьзовет уменьшение тока через тиристор VS1. Если этот ток окажется меньше тока удержания тиристора, он закроется, переводя схему в исходное состояние. Телефон ТА2 при этом функционирует обычным образом. Сопротивления Rl, R2 возможно придется подбирать при использовании прибора на различных типах АТС, но если физика процесса ясна — это не представляется особо сложным. Таким устройством можно оснастить каждый телефонный аппарат.

Разветвитель линии с неполярным включением

Двукратный набор номера как принцип избирательного доз вона до выбранного телефонного аппарата подразумевает подсчет количества посылок вызова с АТС. И тем не менее от счетчика можно отказаться. На рис. 1.3-2 приведена принципиальная схема разветвителя номера абонента 1х2, работающего по принципу анализа длительности паузы между посылками вызова АТС.

Стандартная длительность паузы составляет 3-4 секунды. Если после первой посылки выюва (25 Гц, 120 В) пауза затягивается более чем на 6-7 секунд, то автоматически после повторного набора вызов поступает на дополнительный телефонный аппарат Если пауза имеет стандартную длительность, то после второй посылки вызова схема подключает к линии первый (основной) телефонный аппарат.

В состав схемы входят

• узел униполярного подключения — VD1-VD6, VT1, R1, R2, VT2, VT3, с формирователем вызова — VT4, R5, R6.

• схема блокировки ТА1 — DA1, VT5, DD2.1, DD2.2, R7, R9,R8,R10,C3,

• схема блокировки ТА2 — DA2, VT6, DD2.4, DD2.3, R15,R14,Rf3,R12,C4.

• цепь приема и обработки посылки вызова — С1, R3, R4, С5, R16, VD13, Dl.1, VD14, R17, DD1.2, С6;

• таймер 8-10 секунд для включения основного аппарата ТА1 —VD15, R18, С7, DD1.3.

• таймер контроля длительности паузы 6-7 секунд для включения дополнительного аппарата — VD19, R19, C8,DD1.4;

цепь питания — R11, VD7, VD8, С2

При включении в телефонную линию (48-60 В) емкость С2 заряжается до напряжения 7-8 В. Ключи DA1, DA2 открыты через R7, R 15. Оба телефона подключены к линии параллельно.

Исходящая связь

При подъеме трубки на одном из аппаратов второй отключается (в соответствии со стандартной процедурой работы блокиратора). Отключение происходит при закорачивании управляющих входов DA1, DA2 через диоды VD11, VD10 на корпус элементами DD2.2 и DD2.3. Резисторы R9 и R14 — датчики поднятия трубки на соответствующем телефонном аппарате.

Входящая связь

При приеме первой посылки вызова оба телефона не звонят, так как транзистор VT4 закрыт и, соответственно, формирователь вызова отключен. Телефоны ТА1 и ТА2, подключенные через мост VD1-VD4, звонить не будут. Одновременно, первая посылка вызова с АТС обрабатывается DD1.1 и DD1.2, и на выходе 3 DD1.2 появляется логическая единица, которая запускает оба таймера (RC-цепочки R18, С7 и R19, С8). Через 8-10 секунд единицей с выхода 11 DD1.3 включается ТА1 (если ранее не сработает элемент DD1.4). Емкость С8 разряжается через VD17 после окончания стандартной паузы 3-4 секунды с приходом второго импульса посылки вызова. Если вторая посылка вызова не пришла в течение 6-7 секунд (т.е. звонящий абонент повесил трубку и начал повторный набор номера), то элемент DD1.4 сработает раньше, чем DD1.3. и включит второй телефон ТА2 (единицей на выходе 10 DD1.4). Одновре-

менно с включением одного из телефонов, через VD9 или VD12 включается VT4 (формирователь вызова), и один из телефонов начинает звонить.

Устойчивая работа разветвителя обеспечивается на стандартных АТС с напряжением на линии 48-60 В. При выполнении двукратного набора номера нет необходимости выдерживать паузу. Протокол дозвона до второго абонента следующий: набор номера - одна посылка вызова - сброс - повторный набор номера. Дозвон до основного абонента производится обычным образом.

Разветвитель номера с питанием от телефонной линии

На рис. 1.3-1 представлена принципиальная схема разветвителя номера 1х2 с питанием от телефонной линии. В состав схемы входят:

• входной узел обработки посылки вызова — Rl, Cl, R2, VDl,VD2,R3,C2,DD1.3.

• счетный узел DD2;

• ключ коммутации телефонов на линию — DA1, мост VD20-VD23, VTl

• ключ блокировки ТА2 — DA2, VT3;

• к люч блокировки ТА1 — DA3, VT2;

• релевремени 50 с — R5, СЗ;

• реле времени 10 с —R8, С5, DD1.4;

• цепи питания -60 В: VD25, R23, С15. 8 В: VD26, R24, C16,VD27

Принцип работы

При включении в телефонную линию согласно обозначенной полярности, С15 заряжается до +60 В, С16 заряжается до +8 В (питание микросхем). В режиме ожидания оба телефона отключены от линии вследствие того. что ключ DA1 заперт по цепочке:

+8 В с выхода DD 1.1. база VT 1, нулевой потенциал на коллекторе VT1 поддерживает нуль на управляющем входе DA1 (это не следует проверять осциллографом!).

При поступлении вызова на входной узел DD1.3 ИС счетчика DD2 подготавливается к счету вследствие обнуления СЗ через цепочку R4, VD3, и далее, по заднему фронту сформированных импульсов, поступающих на вход 14 DD2, производится подсчет (осциллограф рекомендуется подключать либо на выход DD1.3, либо на выходы DD2, для исключения шунтировання мегаомных цепей)

Порядок дозвона до первого абонента (ТА1)

После окончания второй посылки вызова высокий уровень появляется на выходе 4 DD2, счет останавливается, включается ТА1 (по цепочке: R9, VD8. база VT3, нуль на входе DD1.2, нуль на базе

VT1, открывание DA1, мост VD20-VD23 подключает ТА1 к плюсу телефонной линии). Телефон ТА2 при этом блокируется за счет отключения DA2. Третья посылка вызова (100-200 В, 25 Гц) поступает только на ТА1.

Порядок дозвона до второго абонента (ТА2)

Если между первой и второй посылками вызова пауза больше чем 9-10 секунд (то есть входящий абонент использует логический номер: набор номера, одна посылка вызова, сброс линии, пауза 10 секунд, повторный набор номера), то реле времени R8, С5 переключает элемент DD1.4. При этом включается ТА2 (по цепочке: R10, R15, база VT2, нуль на входе DD1.2, нуль на базе VT1, открывание DA1 и моста VD20-VD23). Первый телефон ТА1 блокируется вследствие закрытия ключа DA3 (через "0" на коллекторе VT2), вызов поступает на ТА2.

Исходящая связь (на примере ТА1)

В исходном состоянии на верхних по схеме выводах ТА1, ТА2 поддерживается +60 В с С15 через VD24. При снятии трубки на ТА1 на резисторе R16 кратковременно выделяется около 2 В, что приводит к блокировке DA2 (через коллектор VT3), а также к открытию ключа коммутации VT1, DA1. Телефон ТА1 подключается к линии, и на резисторе R 16 поддерживается до 2 В, обеспечивая коммутацию первого аппарата на линию. При наборе номера емкость С10, а также цепочка R14, С8, VD 14 не позволяют разблокировать коммутацию.

Схема автодозвона к охранной системе (автооповещение по телефону)

Если в пределах помещения имеется хотя бы одна телефонная линия, то данное помещение может быть поставлено на охрану. Расценки на эти услуги достаточно высоки. Используя приставки автоматического определения номера, также можно реализовать режим охраны (правда не все версии АОНов это позволяют). Ниже приведена схема устройства, позволяющего организовать охрану помещения еще более простым и дешевым способом, а именно:

совмещением функции кнопочного телефона и узла контроля охранного датчика. Принципиальная схема приведена на рис. 1.4-9.

В состав схемы входят:

• узел датчика на элементах DD1, Rl, R2, С1;

• узел счета и выбора выходных сигналов (сигнал включения ключа поднятия трубки, сигнал имитации нажатия клавиши "повтор", сигнал звукового оповещения), собранный на элементах DD3, DD4, DD5. DD2, ключах поднятия трубки VT3, VT2, ключе нажатия клавиши "повтор" VT1;

• стандарная схема телефона-трубки на ИС

номеронабирателя с выходом импульсного ключа с открытым стоком (типа 1008ВЖ10 и т.п.). Подробное описание схемы и функционирования устройства приведено в [6]. Практически, для активизации приставки необходимо сделать следующее:

• проложить охранный шлейф от приставки до датчика (микропереключатель или геркон в двери, окнах и т.п.):

• при невключенном переключателе SA1 функции телефона неизменены:

• при необходимости поставить помещение под охрану — набрать номер и дозвониться до выбранного абонента (все это без включения SA1):

• нажать режим "охрана" переключателем SA 1 и втечение 30 секунд выйти из квартиры (замкнуть датчик охраны). Информация о набранном номере удерживается в памяти ВЖ10 до тех пор, пока на входе устройства — 60 В от реальной телефонной линии. В случае кратковременного разрыва охранного шлейфа (размыкания датчика) приставка автоматически "снимает трубку" и шесть раз с темпом одна минута дозванивается до заранее записанного в память номера и подает характерный сигнал тревоги. Схема по своим характеристикам соответствует ГОСТ [2].

Схемы электрического питания

При разработке сервисных телефонных приставок возникает проблема питания устройств Некоторые схемы, предназначенные для обеспечения питания непосредственно от телефонной линии, приведены ниже

Схема питания с использованием стабилизатора КЖ101 представлена на рис. 1.2-1. Схема позволяет получить стабильное выходное напряжение, задаваемое стабилитроном VD2 с максимальным током стабилизации не более 300 мкА. Несложный подсчет позволяет определить, что активная составляющая эквивалентного сопротивления КЖ101 (подключенного параллельно телефонной линии) лежит в пределах 200-600 кОм. В то же время. минимально допустимое сопротивление по ГОСТ [2] составляет 300 кОм. Необходимо помнить, что. в основном, при работе схемы телефонный аппарат и цепи питания приставки включены параллельно, поэтому их сопротивления суммируются Если телефонный аппарат вносит около 400-800 кОм, то для получения суммарного сопротивления большего 300 кОм необходимо, чтобы блок питания имел эквивалентное сопротивление большее 900 кОм На практике, на большинстве отечественных АТС устойчиво рабо-

тают схемы с параллельным сопротивлением вплоть до 100 кОм. но эта предельная величина не рекомендуется для разработчиков. особенно, если схема подлежит сертификации и регистрации.

На рис. 1.2-2 приведена схема питания, обеспечивающая плавающее напряжение питания при фиксированном максимальном токе потребления от телефонной линии. Данная схема с успехом может применяться в простых устройствах, где не предъявляются высокие требования к стабильности напряжения и, в то же время, когда необходимо запитать устройство через увеличенное сопротивление.

На рис. 1.2-3 приведена схема электропитания с фиксированным напряжением и фиксированным максимальным током потребления от линии Принцип работы заключается в следующем.

В режиме ожидания емкость С1 заряжается до напряжения телефонной линии (48-60 В) через токоограничивающий резистор R1. В зависимости от области применения схемы, емкость конденсатора С1 может колебаться в пределах 220,0-1000,0 мкФ, что оказывает влияние на время первоначальной зарядки, а также длительность цикла поддержания постоянного напряжения на выходе схемы питания В начале цикла активной работы телефонной приставки (повышение тока потребления) емкость С1 плавно разряжается до напряжения стабилизации VD2 (Uвых), обеспечивая во время разряда постоянное напряжение на выходе.
В зависимости оттока потребления приставки, длительность цикла стабилизации может составлять десятки секунд, чего во многих случаях достаточно для выполнения алгоритма работы, заданного разработчиком.

Схема электропитания от телефонной линии с подпиткой во время рабочего цикла приставки приведена на рис. 1.2-4. Принцип работы схемы заключается в следующем.

В исходном состоянии высокий уровень с выхода DD1.1 открывает транзистор VT1, тем самьм закрывая ключ DA1. В это время электронная часть приставки запитывается от простейшего стабилизатора VD5, R4, VD6, С2. Ток ограничивается сопротивлением R4. выбираемым достаточно большим, чтобы нс оказывать влияния на телефонную линию по ГОСТ [2]. Если в каком-либо режиме приставке требуется больший ток от стабилизатора (до 10-20 мА), транзистор VT1 открывается, соответственно, через Rl, VD2, R2, Cl, VD3, открывается ключ DA1, подключая параллельно R4 дополнительное сопротивление подпитки R3. выбираемое в пределах 1,2-10 кОм, что позволяет стабилизировать выходное напряжение +Еп на заданном уровне при максимальном токе Схема позволяет организовать электропитание приставок с суммарным потреблением до 20 мА. Следует только помнить, что во время набора номера с телефона, подключенного к приставке, подпитка должна быть отключена.

Для питания различных цепей телефонных приставок требуется напряжение от 3 и выше вольт, в зависимости от типа применяемых вентилей (процессоров). Специальные микросхемы импульсных преобразователей напряжения фирмы MAXIM МАХ866. МАХ864 можно с успехом использовать для получения стабильного выходного напряжения до 5 В при входном напряжении около 1 В. На рис. 1.2-5 приведена схема включения МАХ866 с минимальным количеством навесных элементов. Преобразователь



напряжения DA1 начинает работать при появлении на входе LX напряжения свыше 0, 8 В, что происходит вследствие падения напряжения на кремниевых диодах VD 1, VD2 при снятии трубки телефонного аппарата ТА. Допустимый ток потребления от линии не превышает 35 мА [2].С учетом потребления телефонного аппарата (обычно 10-25 мА) и собственного потребления DA1 (до 50-100 мкА), ток в нагрузке может достигать 10-15 мА. чего достаточно для решения многих практических задач.

С помощью микросхемы МАХ864 можно получить двухполярное питание +-3 В для питания прецизионных операционных усилителей в схемах сравнения. Использование подобных однокристальных преобразователей напряжения обычно оправдано в достаточно сложных схемах обработки (например, с применением PIC-контроллеров фирмы MICROCHIP).

Схемы коммутации телефонных аппаратов

Ключи коммутации телефонных аппаратов (ТА) с линией являются, пожалуй, одним из наиболее сложных элементов сопряжения в микро-АТС.

Различают два вида коммутации:

1) По минусу питания схемы

2) По плюсу питания схемы.

Комбинацией этих двух методов можно реализовать любой способ электронного подключения (коммутирования) ТА к линии. Рассмотрим их в отдельности.

На рис. 1.2-11 приведена простая схема ключа с использованием микросхемы 1014КТ1А по минусу питания. Схема обеспечивает надежную работу при максимальном токе коммутации до 110 мА и импульсном напряжении до 200 В Управляющее напряжение не должно превышать 3.5-5 В.

Достоинства схемы:

• высокое качество коммутации (сопротивление в открытом состоянии не превышает 10 Ом):

• простота схемного решения;

• совместимость с КМОП-логикой,

• сверхнизкое потребление по управляющему входу (устойчиво переключается через сопротивление до 10 МОм) Недостатки схемы

• Невозможность простым схемным решением реализовать контроль за состоянием телефона (снята трубка или положена), что ограничивает применение этого способа коммутаций.

На рис 1.2-12 представлена схема коммутации по плюсу литания. Достоинством такой схемы является возможность увязки в схеме с общим корпусом различных узлов телефонной приставки:

узла подъема трубки (контроля телефона), узлов коммутации, схемы обработки и пр., достаточно простым способом. Коммутационные свойства этой схемы так же высоки, так как в основе лежит токовый ключ 1014КТ1А Принцип работы заключается в следующем.

При подаче на базу VT1 логической единицы напряжение на управляющий вход DA1 не подается. Емкость С1 разряжена, ключ DA1 закрыт, мост VD6-VD9 также закрыт и телефонный аппарат изолирован от линии по плюсу. При подаче на базу VT1 логического нудя напряжение телефонной линии, за счет падения на VD4, VD5 и, частично — диодах моста VD6-VD9. через резисторы Rl, R2 поступает на управляющий вход 1 DA1. Цепочка VD2, С1 обеспечивает стабильность включения ключа при импульсных помехах на линии (например, при наличии импульсов набора номера).
Телефон включается по плюсу в линию.

Еще один способ коммутации ТА по плюсу питания схемы с использованием оптопары АОТ101А приведен на рис. 1.2-13. Ди-одно-транзисторный оптрон позволяет осуществить гальваническую развязку цепи управления и ключа коммутации, в качестве которого выступает транзистор КТ972А. Транзистор открывается напряжением с линии через Rl, обеспечивая коммутацию ТА на линию. Следует отметить, что сопротивление в открытом состоянии у транзистора КТ972А несколько выше чем у микросхемы 1014КТ1А, кроме этого, при наличии импульсов в телефонной линии открытое состояние транзистора поддерживается лишь за счет переходных процессов в полупроводнике. Это может несколько ухудшить соответствие схемы коммутации нормам ГОСТ [2]. Для коммутации телефона либо разговорного ключа ТА могут также использоваться схемы импульсных ключей на составных транзисторах, приведенные на рис 1 2-14. 1.2-15. 1.2-16.

Эти схемы применяются в телефонных аппаратах импортного и отечественного производства для формирования импульсов набора номера, но с таким же успехом их можно применять в любых телефонных приставках в качесгве ключей коммутации по плюсу схемы.

Телефония

Глава 1. Телефония

1.2 Схемотехника телефонных устройств.

1.2.1 Схемы электрического питания.

1.2.2 Детекторы звонка.

1.2.3 Схемы коммутации телефонных аппаратов.

1.2.4 Датчики подъема трубки.

1.2.5 Униполярное подключение сервисных приставок.

Униполярное подключение сервисных приставок

В оборудовании большинства современных АТС для питания линий абонентов используется постоянное напряжение 48-60 В. Это напряжение служит для формирования импульсов набора номера, а также питания цепей памяти телефонного аппарата при положенной трубке и микрофонных цепей в процессе разговора.

Обычно телефонные аппараты допускают любую полярность подключения к телефонной линии, так как на их входе используется диодный мост. С помощью рычажного переключателя к линии подключается либо схема звонка, либо номеронабиратель, балансные схемы и усилители. На практике, к сожалению, не все ТА работают одинаково хорошо при различной полярности подключения. Некоторые из них не позволяют, например, набрать номер, если не "угадана" полярность подключения телефона к линии.

Радиолюбители и конструкторы сервисных телефонных приставок (концентраторов, микро-АТС, сигнализаторов и пр.) обыч-но, для упрощения электронной схемы, используют полярное подключение к линии. Это наблюдается примерно в 80% интересных и оригинальных схем по телефонии, опубликованных в популярной литературе. В принципе, это оправдано, если разрабатываемая приставка подключается к декадно-шаговьм, квазиэлектронным и некоторым типам электронных АТС, в которых один раз заданная полярность выходного напряжения не изменяется во всех режимах работы (исключая режим вызова 100-150 мВ, 25 Гц). На таких станциях возможна лишь механическая перепо-люсовка при проведении ремонтных работ на линии.

Однако в последнее время стали встречаться АТС (в основном импортные), которые производят смену полярности питания абонента при переключении режимов соединения. Например, если при наборе номер с ТА, подключенного к такой АТС, наблюдаются импульсы набора положительной полярности амплитудой 48-60 В, то в режиме разговора, полярность может измениться на противо-ложную (-10...-20 В). Это же касается и таксофонов, в которых отсчет времени разговора (кассирование) осуществляется кратковременным изменением полярности линии. Если для обычного телефона это не страшно, то у приставок с заданной полярностью подключения это может вызвать сбои в работе или отказ.
Логичным было бы на вход каждой приставки поставить диодный мост, но в этом случае при отсутствии отдельной схемы звонка, мы лишаемся возможности получить нормальную посылку вызова с

АТС, так как происходит выпрямление переменной составляющей напряжения вызова. Телефон, подключенный через мост, не будет звонить!

Решением проблемы является использование дополнительной модуляции синхронно с посылками вызова АТС. На рис. 1.2-23 приведена структурная схема, реализующая этот метод формирования вызова.

При приеме вызова с АТС приставка синхронно осуществляет дополнительную модуляцию сигнала с линии либо на своем входе, либо выходе (показано пунктиром). В качестве ключа лучше всего использовать транзисторы КТ503Е либо 1014КТ1А,В. В качестве диодов VD1...VD4 лучше использовать КД102А,Б. От номинала сопротивления R1 зависит глубина дополнительной модуляции. При номинале R1 в пределах 2,7-3,3 кОм осуществляется глубокая модуляция, а в пределах 6,8-10 кОм — частичная модуляция.

Следует отметить, что применение еще одного моста (один диодный мост находится в телефонном аппарате) несколько ухудшает параметры ТА, так как каждый диод вносит дополнительное последовательное сопротивление порядка 10-18 Ом. Наилучшим схемным решением является использование в качестве управляющего для ключа DA1 напряжения, непосредственно снятого с линии.

На рис. 1.2-24 приведена принципиальная схема узла дополнительной модуляции. Работа схемы при входящей связи аналогична описанной выше. Транзистор VT1 выполняет функцию



синхронизации дополнительной модуляции при поступлении вызова с АТС При исходящей связи (наборе номера с ТА) цепочка модуляции остается выключенной (транзистор VT2 закрыт)

Узел может использоваться в качестве входного в различных телефонных устройствах.

Устройство автоматического сброса линии при вызове

В некоторых случаях может возникать задача отключения вызывных устройств телефонных аппаратов и даже полного блокирования любой входящей связи. Не вдаваясь в подробное изложение причин, которые могут побудить вас к подобным действиям, рассмотрим такую проблему с чисто технической точки зрения. Итак, необходимо обеспечить следующее:

• при входящей связи, телефонный аппарат не должен воспроизводить сигнал вызова с АТС;

• при исходящей связи не должно быть никаких

ограничений.

Существует три принципиально различных пути решения этой задачи:

• отключение вызывного устройства ТА;

• подключение телефонного аппарата к линии через дополнительный диодный мост;

• установка приставки автоматического сброса линии при вызове с АТС.

Для того, чтобы отключить вызывное устройство (ВУ). необходимо вскрыть корпус ТА. Для отключения ВУ достаточно перерезать один провод (дорожку). При поиске схемы вызывного устройства в различных типах современных телефонных аппаратов необходимо ориентироваться на высоковольтный разделительный конденсатор С (обычно 1,0 мкФ х 160В), присутствующий практически во всех типах ТА. В случае отключения вызывного устройства, входящий абонент слышит сигнал контроля посылки вызова (обычные длинные гудки), но вы вызова не слышите и трубку не снимаете. Исходящая связь, в этом случае остается без изменений.

Стоит также отметить, что часто совсем не обязательно разбирать телефон. Многие современные аппараты позволяют отключать звонок (или регулировать его громкость вплоть до нуля)

снаружи специальными выключателями и регуляторами (подобные регуляторы есть даже в обычных дисковых ТА). Поэтому, прежде всего, внимательно осмотрите со всех сторон ваш телефонный аппарат на предмет наличия на нем указанных выключателей или регуляторов (обозначаются обычно надписями типа "ringer on/off","звонок", различными значками и т.п.).

При подключении ТА к линии через дополнительный диодный мост происходит выпрямление переменного напряжения вызова 25 Гц, в результате чего полученное постоянное напряжение (с определенной амплитудой пульсации) уже не приводит к срабатыванию стандартного вызывного устройства (электромеханического звонка либо электронной схемы вызова с пьезоэлементом).
Исходящая связь по-прежнему остается без изменений.

И, наконец, наиболее сложным вариантом отключения вызова является установка в разрыв телефонной линии специального устройства автоматического сброса при вызове с АТС.

Это устройство обладает следующими возможностями:

• неполярное подключение;

• электропитание от линии;

• автоматический сброс (под автоматическим сбросом подразумевается кратковременное (на 500-600 мс) подключение параллельно линии нагрузочного сопротивления, т.е. трубка поднимается и тут же кладется).

• беспрепятственная исходящая связь.

В случае установки подобного устройства входящий абонент непосредственно вслед за набором номера получает сигнал отбой станции (телефонный номер занят). Соответственно, посылки вызова не проходят на подключенный к устройству сброса телефонный аппарат.

Принципиальная схема устройства сброса приведена на рис. 1.4-10. В состав схемы входят:

• диодный мост неполярного подключения — VD1-VD4;

• датчик вызова—VD5,R1,VD6,VD7, DD1. 1;

• цепь включения нагрузочного сопротивления — VD8, R3, С2, R4, DA1;

• нагрузочное сопротивление — R5;

• цепь автоматического отключения с задержкой около 600 мс — R2, Cl, DD1.2, VD9;

• схема электропитания — VD10, R6, СЗ, VD12;

• узел подъема трубки—R7, VT1,R8, DD1.3;

• схема отключения DA1 при исходящей связи — R9, С4, DD1.4,VD11;

• телефонный аппарат — ТА.

Принцип действия схемы заключается в следующем. В исходном состоянии на выходе 3 DD1.1 уровень логического нуля. поэтому ключ DA1 разомкнут и линия свободна.

Входящая связь

При поступлении вызова 25 Гц, 100 В с АТС DD1.1 работает в режиме повторителя, преобразуя импульсы вызова в прямоугольное напряжение частотой 25 Гц и амплитудой 8 В. Практически мгновенно происходит заряд С2 через VD8, а значит, ключ DA1 подключает R5 параллельно линии. АТС отрабатывает ответ абонента. С задержкой около 600 мс срабатывает схема автоматического отключения на DD1.2, размыкая DA1 с помощью диода VD9. Линия освобождается и входящий абонент слышит отбой станции (телефон как бы занят).Телефон ТА при входящей связи не звонит.

Исходящая связь

При подъеме трубки на телефоне ТА срабатывает узел подъема трубки на R7, VT1 последовательно переключаются элементы DD1.3 и DD1.4 (с задержкой в 1,5-2 с, что определяется R9, С4) и нулевой уровень на выходе 11 DD1.4 через VD11 отключает DA1 на все время исходящей связи. Таким образом, во время исходящей связи с ТА ключ DA1 принудительно заперт, что обеспечивает отсутствие какого-либо влияния схемы сброса линии на связь. Цепочка R9, С4 поддерживает это состояние на время набора номера с ТА. Электропитание устройства осуществляется с помощью простейшего стабилизатора R6, VD12, СЗ. Ток потребления от линии нс превышает 100мкА при напряжении питания 7,7-8 В

Устройство подключения дополнительного абонента с полным приоритетом основного.

На рис. 1.4-4 приведена принципиальная схема подобного устройства. В состав схемы входят:

• датчик тока — VD1, VD2:

• ключ включения/выключения дополнительного телефона ТА2 — DA1;

• цепи блокировки— VT1,DD1.1II, DD 1.2;

• мост запрета вызова — VD5-VD8;

• цепь питания — VD3, R4, С2, VD4. Под приоритетом подключения в данной схеме понимается выполнение двух основных функций:

• непрохождснис вызова с АТС на дополнительный телефонный аппарат ТА2;

• отключение дополнительного телефона ТА2 при поднятии трубки на основном аппарате.

Принцип действия устройства заключается в следующем. В исходном состоянии, когда трубки обоих телефонов лежат на аппаратах. на входах DD1.1 через R1 поддерживается уровень логической единицы, и. соответственно, ключ DA1 открыт положительным напряжением с выхода 4 DD1.2. Оба телефона подключены к линии. Разница лишь в том, что дополнительный телефон ТА2 подключен через мост VD5-VD8. что исключает возможность прохождения вызова с АТС на этот телефон в любом случае. При снятии трубки на основном телефоне ТА1 срабатывает датчик VD1. VD2 и через схему блокировки VT1, DD1.1, DD1.2 с задержкой в 2 секунды, определяемой R2, С1, выключает ключ DA1. Цепочка R2, С1 предотвращает самоотключение ТА2, если набор номера производится с этого дополнительного аппарата. Цепи блокировки обеспечивают отключение ТА2, даже если трубка на ТА1 была снята в тот момент, когда по дополнительному телефону велся разговор. Основной аппарат ТА1 в этом случае перехватывает линию.

Малошумящий предварительный усилитель с низким входным сопротивлением

Усилитель на рис. 2.2-1 имеет входное сопротивление 5 Ом, полученное благодаря применению ПОС и ООС в определенных соотношениях. Часть эммитерного сигнала транзистора VT2, поступающего на базу VT1, создает ООС, а коллекторный сигнал VT3 — ПОС. Благодаря низкому входному сопротивлению значительно улучшены шумовые характеристики усилителя. Спектральная плотность собственных шумов при разомкнутом входе составляет 2*10(-4) мкВ/Гц. Коэффициент усиления равен 40. Полоса пропускания определяется емкостью С1.

Малошумящий предварительный усилитель с высоким входным сопротивлением

На входе усилителя на рис. 2.2-2 применен полевой транзистор в схеме с ОИ. Второй каскад выполнен на биполярном транзисторе по схеме с ОЭ. В усилителе две петли ООС. С коллектора транзистора VT2 через цепочку R6, СЗ сигнал обратной связи подается в исток полевого транзистора, а с истока через конденсатор С2 и резистор R3 на затвор VT1. Наличие второй ООС позволяет увеличить входное сопротивление усилителя до десятков мегаом и снизить входную емкость.

Коэффициент усиления может быть установлен от 1 до 100, при этом изменяется также полоса пропускания. Для коэффициента усилиния равного 4 полоса пропускания лежит в пределах 100Гц-40 МГц. Входное сопротивление 30 МОм, максимальное выходное напряжение 1,5 В.

Микрофонный усилитель

На рис. 2.2-3 приведена схема микрофонного усилителя, встраиваемого в держатель микрофона и питаемого через двужильный кабель. Схема работает с динамическими микрофонами и характеризуется хорошей помехозащищенностью. Выходной сигнал снимается с резистора R4. Смещение в базу транзистора VT1 и температурная стабилизация усилителя обеспечиваются делителем R2 и R3. Резистор R1 является нагрузкой первого каскада и осуществляет ООС во втором каскаде. Обратная связь снижает нелинейные искажения и обеспечивает выходное сопротивление 600 Ом. Полоса пропускания 16-12500 Гц. Коэффициент усиления 200.

Микрофонным усилитель с коррекцией

Схема на рис. 2.2-4 построена на основе микросхемы КР1401УД2, которая содержит в своем составе четыре идентичных ОУ. Первая часть схемы (элементы DA1.1. DA 1.2) выполняет

функцию микрофонного усилителя с последующей коррекцией АЧХ, динамическим изменением коэффициента усиления в зависимости от уровня сигнала и ограничением амплитуды выходного сигнала (что необходимо, например, для ограничения глубины модуляции в радиостанциях). Вторая часть схемы (DA1.3, DA1.4)

осуществляет подавление шумов в НЧ сигнале, что необходимо для предотвращения воспроизведения постоянного звукового фона в радиостанциях, переговорных устройствах и т.п.

Уровень срабатывания системы шумоподавления регулируется резистором R13, громкость выходного сигнала НЧ — резистором R 17. Подстроечники R3, R5 устанавливают в положение наилучшей слышимости полезного сигнала при наибольшем ослаблении шумов при отключенном ШП. Конденсатор С16 подбирают для обеспечения требуемой полосы пропускания микрофонного усилителя. Номинал резистора R24 зависит от конструкции звукоприемника и типа применяемого микрофона. Также можно сказать и про резистор R22, который регулирует коэффициент усиления каскада на ОУ DA1.2.

Рекомендуется применять данную схему в симплексных системах, так как в дуплексных будет трудно избежать перекрестных искажений и взаимовлияния между трактами.

Последовательный смеситель сигналов

Смеситель на рис. 2.2-6 построен на двух полевых транзисторах. Первый транзистор является динамической нагрузкой второго. Гетеродинный сигнал, который подается на затвор VT2, модулируется преобразуемым сигналом, подводимым к затвору VT1. При небольших значениях входного сигнала выходной сигнал линейно зависит от входного. При входном сигнале более 1,2В появляются нелинейные искажения. Смеситель работает в звуковом диапазоне частот. На частотах свыше 500 кГц начинают сказываться межэлектродные емкости ПТ, которые уменьшают коэффициент передачи смесителя.

Преобразователь "напряжение-ток"

В схеме преобразователя на рис. 2.4-6 коллекторный ток транзистора VT4 определяется выражением: Ikvt4=Uвх/R1. Этот ток вызывает падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT1. Так как VT1 и VT2 — одного типа, то напряжение на VT2 будет аналогичным, и, соответственно, протекающий через VT2, VT3 ток будет совпадать с током в VT4. Максимальный выходной ток определяется допустимой мощностью рассеивания транзистора VT3. Для токов выше 5 мА нелинейность преобразования составляет не более 1%. В качестве DA1 можно использовать любой ОУ серий К544. К574, включенный по типовой схеме.

2.4.3 Преобразователь "ток-напряжение"

Преобразователь на рис. 2.4-7 построен по принципу усиления напряжения, которое возникает при протекании тока через резистор R6. Схема обеспечивает Uвых = К*Iвх- Коэффициент преобразования схемы К = R6*(R3/R4). Для настройки ОУ при Iвх=0 служит резистор R2. Часть входного тока ответвляется в цепь R1, R2, R3. Резистор R6 — проволочный (нихром).

2.4.4 Пороговый ограничитель тока

Работа ограничителя выходного тока на рис. 2.4-8 основана на шунтировании базовой цепи ключевого транзистора. При входном напряжении, не превышающем пороговое напряжение стабилитрона VD1, транзистор VT1 закрыт, к базе VT2 прилагается полное входное напряжение и выходной ток определяется резисто

ром R3. Как только входное напряжение превысит пороговое напряжение стабилитрона VD1, открывается транзистор VT1, уменьшается напряжение на базе VT2 и уменьшается выходной ток. Крутизну вольт-амперной характеристики ограничителя можно регулировать резисторами R2, R4 (с увеличением R2 крутизна увеличивается, с увеличением R4 крутизна уменьшается).

Широкополосные высокочастотные усилители

В большинстве случаев радиолюбительского конструирования при проектировании высокочастотных устройств следует отдавать предпочтение монолитным интегральным схемам. Однако когда необходимо обеспечить высокую чувствительность и широкий динамический диапазон, могут оказаться полезны приведенные ниже схемы усилителей с реактивной ООС.

Усилитель на рис. 2.1-1 предназначен для применения во входных каскадах УВЧ и УПЧ. Он имеет широкий динамический диапазон и линейную АЧХ в широком диапазоне частот. При некотором изменении индуктивностей и емкостей усилитель применим в диапазоне от 1 до 300 МГц.

Схема на рис. 2.1-2 идентична схеме рис. 2.1-1 за исключением того, что в данном случае усилитель может непосредственно подключаться к симметричной нагрузке. Если требуется отличный от указанного на схеме выходной импеданс, то изменяют количество витков в обмотках (1-2) и (1'-2') высокочастотного трансформатора Тр1 (зависимость здесь квадратичная, например, при количестве витков в этих обмотках 5(1-2)+5(1'-2') получим выходной импеданс 50 Ом. а при 20(1-2)+20(1'-2') — 800 Ом).

Усилитель на рис. 2.1-3 предназначен для применения в каскадах, которые требуют высокого входного импеданса. Он также обеспечивает широкий динамический диапазон и линейную АЧХ. Входное сопротивление усилителя более 1 кОм. При необходимости уменьшить это значение, дроссель L1 заменяют резистором соответствующего номинала или изменяют его индуктивность так, чтобы реактивное сопротивление на рабочей частоте равнялось требуемому входному сопротивлению.

Во всех описываемых усилителях применяются широкополосные трансформаторы идентичной конструкции. Обратите внимание на то. что используемый ферритовый сердечник должен быть рассчитан на применение в рабочем диапазоне частот усилителя.

Количество витков в трансформаторах определяется как типом (размером и магнитной проницаемостью) сердечника, так и диапазоном частот, в котором предполагается применение усилителя.

Указанные соотношения справедливы и для трансформаторов, применяемых в приведенных ниже схемах смесителей. Расположение и плотность намотки подбирают для достижения наилучших параметров цепей.

На рис. 2.1-4, для примера, приведена схема универсального генератора с применением усилителя по схеме 2.1-3 Такой генератор может применяться в радиостанциях, в качестве гетеродина в приемных устройствах или для измерительных целей.

Смесители

Смесители на рис. 2.1-5 и рис. 2.1-6 работают на частотах 1-300 МГц (формулы расчета индуктивностей см. выше). Обе схемы вносят затухание 5...6,5 дБ, обеспечивают широкую полосу пропускания и применимы в самых разнообразных конструкциях.

Умножители напряжения

При разработке высоковольтных схем большое значение на простоту и качество работы устройства оказывает выбранная схема преобразования. Ниже приведено несколько схем умножителей напряжения для применения в самых разнообразных устройствах.

На рис. 2.4-1 представлены схемы удвоителей напряжения. Емкости во всех удвоителях выбирают одинаковыми. Рабочее напряжение конденсаторов должно с запасом перекрывать показанное на схемах. Соответствующим образом необходимо выбирать и диоды. Чем больше ток необходимый в нагрузке, тем большую емкость должны иметь конденсаторы. Естественно, что при повышении напряжения с помощью диодно-емкостных умножителей ток нагрузки пропорционально снижается.

Аналогичным образом, производится умножение в три и более раза.

Приводимые здесь схемы умножителей могут использоваться в преобразователях напряжение-напряжение. Для примера, приведена схема применения диодного умножителя на 2 (рис. 2.4-5).

Преобразователь (рис. 2.4-5) состоит из генератора, собранного на транзисторах VT1,VT2 и диодно-конденсаторного умножителя. Частота генератора определяется С 1 и резисторами Rl, R2. Выходной сигнал генератора проходит умножающую цепочку и заряжает конденсатор С5. Умножитель рассчитан на выходной ток до 10 мА. Для увеличения тока нагрузки необходимо поставить эмитгерный повторитель после генератора и увеличить емкости конденсаторов С2-С4.

Устройство гальванической развязки — аналог переходного трансформатора для слаботочных сигналов

На рис. 2.4-9 приведена схема устройства, которое может заменить переходной трансформатор. Его можно использовать в слаботочных системах управления, импульсных источниках питания в цепи обратной связи и т.п. Коэффициент трансформации схемы зависит от типа применяемой оптопары и ОУ.

Устройство подавления импульсных помех

На рис. 2.2-5 приведена принципиальная схема симметричного ограничителя, осуществляющего ограничение кратковременных импульсных помех. Полоса пропускания до 100 кГц. При частоте полезного сигнала 3 кГц, уровень импульсной помехи, превышающем уровень сигнала в 300-500 раз и длительности помехи 20-30 мкс, схема снижает уровень помехи на 30-40 дБ.

Бестрансформаторный удвоитель напряжения для малогабаритных устройств

На рис. 3.6-1 приведена схема преобразователя напряжения 9 В -> 18В для устройств, потребляющих не более 100 мА при напряжении питания 18В. Преобразователь приведен в составе практической схемы сирены для систем охраны и сигнализации.

Генератор управления выполнен по типовой схеме. На выходе D 1.2 формируются прямоугольные импульсы с частотой 1 Гц. Импульсы поступают на управляемый генератор Dl.3, D1.4 и цепочку из R3, R2, С2, которая влияет на глубину модуляции. R4, R5, СЗ, С4 подбираются в соответствии с резонансной частотой пьезо керамического излучателя В 1 в пределах 1,5-3 кГц. Для повышения амплитуды на пьезокристалле в схему введен умножитель. Сигнал с выхода DD1.4 поступает на комплементарную пару VT5, VT6 и далее на умножитель VD3, VD4, С5, Сб. Напряжение на С6 при токе нагрузки 50 мА и основном питании 9 В составляет порядка 16 В. Мощность умножителя можно несколько увеличить, применив емкости большего номинала. Схему можно питать напряжением 6-15 В (15 В — максимум для ИС серии 561), в случае 15 В питания, напряжение на выходе умножителя будет составлять нс менее 25 В при нагрузке 80 мА.

В данной конструкции амплитуда на кристалле пьезоэлемен та будет учетверенной, учитывая то, что он включен в противофа-зе, относительно плеч транзисторов VT1, VT3. В качестве излучателя используется специально для этих целей разработанная керамическая пластина с двухсторонним покрытием, так называемый триморф с диаметром кристалла 32 мм.

ИМПУЛЬСНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

В отличие от традиционных линейных ИП, предполагающих гашение излишнего нестабилизированного напряжения на проходном линейном элементе, импульсные ИП используют иные методы и физические явления для генерации стабилизированного напряжения, а именно: эффект накопления энергии в катушках индуктивности, а также возможность высокочастотной трансформации и преобразования накопленной энергии в постоянное напряжение. Существует три типовых схемы построения импульсных ИП (см. рис. 3.4-1): повышающая (выходное напряжение выше входного), понижающая (выходное напряжение ниже входного) и инвертирующая (выходное напряжение имеет противоположную по отношению к входному полярность). Как видно из рисунка, отличаются они лишь способом подключения индуктивности, в остальном, принцип работы остается неизменным, а именно.

Ключевой элемент (обычно применяют биполярные или МДП транзисторы), работающий с частотой порядка 20-100 кГц, периодически на короткое время (не более 50% времени) прикла

дывает к катушке индуктивности полное входное нестабилизированное напряжение. Импульсный ток. протекающий при этом через катушку, обеспечивает накопление запаса энергии в её магнитном поле 1/2LI^2 на каждом импульсе. Запасенная таким образом энергия из катушки передастся в нагрузку (либо напрямую, с использованием выпрямляющего диода, либо через вторичную обмотку с последующим выпрямлением), конденсатор выходного сглаживающего фильтра обеспечивает постоянство выходного напряжения и тока. Стабилизация выходного напряжения обеспечивается автоматической регулировкой ширины или частоты следования импульсов на ключевом элементе (для слежения за выходным напряжением предназначена цепь обратной связи).

Такая, хотя и достаточно сложная, схема позволяет существенно повысить КПД всего устройства. Дело в том, что, в данном случае, кроме самой нагрузки в схеме отсутствуют силовые элементы, рассеивающие значительную мощность. Ключевые транзисторы работают в режиме насыщенного ключа (т.е. падение напряжения на них мало) и рассеивают мощность только в достаточно короткие временные интервалы (время подачи импульса).
Помимо этого, за счет повышения частоты преобразования можно существенно увеличить мощность и улучшить массогабаритные характеристики.

Важным технологическим преимуществом импульсных ИП является возможность построения на их основе малогабаритных сетевых ИП с гальванической развязкой от сети для питания самой разнообразной аппаратуры. Такие ИП строятся без применения громоздкого низкочастотного силового трансформатора по схеме высокочастотного преобразователя. Это, собственно, типовая схема импульсного ИП с понижением напряжения, где в качестве входного напряжения используется выпрямленное сетевое напряжение, а в качестве накопительного элемента — высокочастотный трансформатор (малогабаритный и с высоким КПД), со вторичной обмотки которого и снимается выходное стабилизированное напряжение (этот трансформатор обеспечивает также гальваническую развязку с сетью).

К недостаткам импульсных ИП можно отнести: наличие высокого уровня импульсных шумов на выходе, высокую, сложность и низкую надежность (особенно при кустарном изготовлении), необходимость применения дорогостоящих высоковольтных высокочастотных компонентов, которые в случае малейшей неисправности легко выходят из строя "всем скопом" (при этом. как правило, можно наблюдать впечатляющие пиротехнические эффекты). Любителям покопаться во внутренностях устройств с отверткой и паяльником при конструировании сетевых импульсных ИП придется быть крайне осторожными, так как многие элементы таких схем находятся под высоким напряжением.

Импульсным стабилизатор с ключевым МДП-транзистором со считыванием тока.

Миниатюризации и повышению КПД при разработке и конструировании импульсных источников питания способствует применение нового класса полупроводниковых инверторов — МДП-транзисторов, а также: мощных диодов с быстрым обратным восстановлением, диодов Шоттки, сверхбыстродействующих диодов, полевых транзисторов с изолированным затвором, интегральных схем управления ключевыми элементами. Все эти элементы доступны на отечественном рынке и могут использоваться в конструировании высокоэффективных источников питания, преобразователей, систем зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), систем запуска ламп дневного света (ЛДС). Большой интерес у разработчиков также может вызвать класс силовых приборов под названием HEXSense — МДП-транзисторы со считыванием тока. Они являются идеальными переключающими элементами для импульсных источников питания с готовым управлением. Возможность считывать ток ключевого транзистора может быть использована в импульсных ИП для обратной связи по току, требуемой для контроллера широтно-импульсной модуляции. Этим достигается упрощение конструкции источника питания — исключение из него токовых резисторов и трансформаторов.

На рис. 3.4-7 приведена схема импульсного источника питания мощностью 230 Вт. Его основные рабочие характеристики следующие:

• Входное напряжение:-110 В 60Гц:

• Выходное напряжение: 48 В постоянное:

• Ток нагрузки: 4.8 А:

• Частота переключения: 110 кГц:

• КПДпри полной нагрузке: 78%;

• КПД при нагрузке 1/3: 83%.

Схема построена на базе широтно-импульсного модулятора (ШИМ) с высокочастотным преобразователем на выходе. Принцип работы состоит в следующем.

Сигнал управления ключевым транзистором поступает с выхода 6 ШИМ контроллера DA1, коэффициент заполнения ограничивается 50% резистором R4, R4 и СЗ являются времязадающи ми элементами генератора. Питание DA1 обеспечивается цепочкой VD5, С5, С6, R6. Резистор R6 предназначен для подачи питающего напряжения во время запуска генератора, в последующем задей ствуется обратная связь по напряжению через LI, VD5.
Эта обратная связь получается от дополнительной обмотки выходного дросселя, которая работает в режиме обратного хода. Помимо питания генератора, напряжение обратной связи через цепочку VD4, Cl, Rl, R2 подается на вход обратной связи по напряжению DA1 (выв.2). Через R3 и С2 обеспечивается компенсация, которая гарантирует стабильность петли обратной связи.

В качестве ключевого элемента VT2 используется МДП-транзистор со считыванием тока IRC830 фирмы International Rectifier. Сигнал считывания тока подается от VT2 на вывод 3 DA1. Уровень напряжения на выводе считывания тока задается резистором R7 и пропорционален току стока, С9 подавляет выбросы на переднем фронте импульса тока стока, которые могут вызвать преждевременное срабатывание контроллера. VT1 и R5 используются для задания необходимого закона управления. Обратите внимание, что ток считывания возвращается в кристалл на вывод истока. Это делается для того. чтобы избежать ошибки считывания тока, которая может возникнуть из-за падения напряжения на паразитном сопротивлении вывода истока.

На базе данной схемы возможно построение импульсных стабилизаторов и с другими выходными параметрами.

Источник питания с гальванической развязкой от сети на оптронах

Микромощные ИП с гальванической развязкой от сети ~220 В можно выполнить с применением оптронов, включив их последовательно для увеличения выходного напряжения (рис. 3.2-1.). Перенос энергии осуществляется посредством однонаправленного светового потока внутри оптрона (оптрон содержит светоизлучающий и поглощающий элементы), таким образом, гальванической связи с сетью не возникает.

На одной оптопаре выделяется 0,5-0,7 В для АОД101. АОД302 и 4 В—для АОТ102, АОТ110 (притоке 0,2 мА). Для обеспечения требуемых значений напряжения и тока оптопары включаются последовательно или параллельно. В качестве буферного накапливающего элемента можно использовать ионистор, аккумулятор или емкость на 100-1000 мкФ. Светодиоды запитываются через емкость не более 0.2 мкФ во избежание разрушения. Необходимо помнить, что эффективность оптронов падает со временем (приблизительно на 25% за 15000 часов работы).

Источники питания на основе высокочастотного импульсного преобразователя

Достаточно часто при конструировании устройств возникают жесткие требования к размерам источника питания. В этом случае единственным выходом является применение ИП на основе высоковольтных высокочастотных импульсных преобразователей. которые подключаются к сети ~220 В без применения габаритного низкочастотного понижающего трансформатора и могут обеспечить большую мощность при малых размерах и теплоотдаче.

Структурная схема типового импульсного преобразователя с питанием от промышленной сети представлена на рис 34-4.

Входной фильтр предназначен для предотвращения проникновения импульсных помех в сеть. Силовые ключи обеспечивают подачу импульсов высокого напряжения на первичную обмотку высокочастотного трансформатора (могут применяться одно- и

двухтактные схемы). Частота и длительность импульсов задаются управляемым генератором (обычно применяется управление шириной импульсов, реже — частотой). В отличие от трансформаторов синусоидального сигнала низкой частоты, в импульсных ИП применяются широкополосные устройства, обеспечивающие эффективную передачу мощности на сигналах с быстрыми фронтами. Это накладывает существенные требования на тип применяемого магнитопровода и конструкцию трансформатора. С другой стороны, с увеличением частоты требуемые размеры трансформатора (с сохранением передаваемой мощности) уменьшаются (современные материалы позволяют строить мощные трансформаторы с приемлемым КПД на частоты до 100-400 кГц). Особенностью выходного выпрямителя является применение в нем не обычных силовых диодов, а быстродействующих диодов Шоттки, что обусловлено высокой частотой выпрямляемого напряжения. Выходной фильтр сглаживает пульсации выходного напряжения. Напряжение обратной связи сравнивается с опорным напряжением и затем управляет генератором. Обратите внимание на наличие гальванической развязки в цепи обратной связи, что необходимо, если мы хотим обеспечить развязку выходного напряжения с сетью.

При изготовлении таких ИП возникают серьезные требования к применяемым компонентам (что повышает их стоимость по сравнению с традиционными).
Во-первых, это касается рабочего напряжения диодов выпрямителя, конденсаторов фильтра и ключевых транзисторов, которое не должно быть менее 350 В во избежание пробоев. Во-вторых, должны применяться высокочастотные ключевые транзисторы (рабочая частота 20-100 кГц) и специальные керамические конденсаторы (обычные оксидные электролиты на высоких частотах будут перегреваться ввиду их высокой индук-

тивности). И. в-третьих, частота насыщения высокочастотного трансформатора, определяемая типом применяемого магнитопро вода (как правило, используются тороидальные сердечники) должна быть значительно выше рабочей частоты преобразователя.

На рис. 3.4-5 приведена принципиальная схема классического ИП на основе высокочастотного преобразователя. Фильтр, состоящий из емкостей С1, С2, СЗ и дросселей L1, L2, служит для зашиты питающей сети от высокочастотных помех со стороны преобразователя. Генератор построен по автоколебательной схеме и совмещен с ключевым каскадом. Ключевые транзисторы VT1 и VT2 работают в противофазе, открываясь и закрываясь по очереди. Запуск генератора и надежную работу обеспечивает транзистор VT3, работающий в режиме лавинного пробоя. При нарастании напряжения на С6 через R3 транзистор открывается и конденсатор разряжается на базу VT2, запуская работу генератора. Напряжение обратной связи снимается с дополнительной (III) обмотки силового трансформатора Tpl.

Транзисторы VT1. VT2 устанавливают на пластинчатые радиаторы не менее 100 см^2. Диоды VD2-VD5 с барьером Шоттки ставятся на небольшой радиатор 5 см^2. Данные дросселей и трансформаторов:L1-1. L2 наматывают на кольцах из феррита 2000НМ К12х8х3 в два провода проводом ПЭЛШО 0,25: 20 витков. ТР1 — на двух кольцах, сложенных вместе, феррит 2000НН КЗ 1х18.5х7;

обмотка 1 — 82 витка проводом ПЭВ-2 0,5: обмотка II — 25+25 витков проводом ПЭВ-2 1,0: обмотка III — 2 витка проводом ПЭВ-2 0.3. ТР2 наматывают на кольце из феррита 2000НН К10х6х5. все обмотки выполнены проводом ПЭВ-2 0.3: обмотка 1 — 10 витков:

обмотки II и III — по 6 витков, обе обмотки (II и III) намотаны так, что занимают на кольце по 50% площади не касаясь и не перекрывая друг друга, обмотка I намотана равномерно по всему кольцу и изолирована слоем лакоткани.


Катушки фильтра выпрямителя L3, L4 наматывают на феррите 2000НМ К 12х8х3 проводом ПЭВ-2 1,0 , количество витков — 30. В качестве ключевых транзисторов VT1, VT2 могут применяться КТ809А. КТ812, КТ841.

Номиналы элементов и намоточные данные трансформаторов приведены для выходного напряжения 35 В. В случае, когда требуются иные рабочие значения параметров, следует соответству ющим образом изменить количество витков в обмотке 2 Тр1.

Описанная схема имеет существенные недостатки, обусловленные стремлением предельно уменьшить количество применяемых компонентов Это и низкий "уровень стабилизации выходного напряжения, и нестабильная ненадежная работа, и низкий выходной ток. Однако она вполне пригодна для питания простейших конструкций разной мощности (при применении соответствующих компонентов), таких как: калькуляторы. АОНы. осветительные приборы и т.п.



Еще одна схема ИП на основе высокочастотного импульсного преобразователя приведена на рис. 3.4-6. Основным отличием этой схемы от стандартной структуры, представленной на рис. 3 .4-4 является отсутствие цепи обратной связи. В связи с этим, стабильность напряжения на выходных обмотках ВЧ трансформатора Тр2 достаточно низкая и требуется применение вторичных стабилизаторов (в схеме используются универсальные интегральные стабилизаторы на ИС серии КР142).

Источники питания с разделительными конденсаторами

В микромощных источниках питания с гальванической связью с промышленной сетью обычно применяются т.н. разделительные конденсаторы, которые представляют собой не что иное, как шунтирующие сопротивления, включаемые последовательно в цепь питания. Известно, что конденсатор, установленный в цепи переменного тока, обладает сопротивлением, которое зависит от частоты и называется реактивным. Емкость разделительного конденсатора (при условии применения в промышленной- сети ~220 В, 50 Гц) можно рассчитать по следующей формуле:

Для примера: зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторов 12В емкостью 1 А/ч может быть запитано от сети через разделительный конденсатор. Для никель-кадмиевых аккумуляторов зарядный ток составляет 10% от номинала, т.е. 100 мА в нашем случае. Далее, учитывая падение напряжения на стабилизаторе порядка 3-5 В, получаем, что на входе зарядного устройства необходимо обеспечить напряжение ~18 В при рабочем токе 100 мА. Подставляя эти данные, получаем:

по первой формуле:

Таким образом, выбираем С = 1,5 мкФ с удвоенным рабочим напряжением 500 В (могут применяться конденсаторы типов:

МБМ, МГБП, МБТ).

Полная схема зарядного устройства с разделительным конденсатором приведена на рис. 3.2-2. Устройство пригодно для зарядки аккумуляторов током не более 100 мА при напряжении заряда не более 15В. Подстроечным резистором R2 устанавливают необходимое значение напряжения заряда. R1 выполняет роль ограничителя тока в начале заряда, а выделяемое на нем напряжение подается на светодиод. По интенсивности свечения светодиода можно судить — насколько разряжена АКБ.

При эксплуатации этого источника питания (и любых других ИП без гальванической развязки с сетью) необходимо помнить о мерах безопасности. Устройство и заряжаемая батарея все время находятся под потенциалом промышленной сети. В некоторых случаях такие ограничения делают невозможной нормальную эксплу-атацию устройств, поэтому приходится обеспечивать гальваническую развязку ИП от сети.

Маломощный источник питания с разделительным конденсатором , но с гальванической развязкой от промышленной сети можно изготовить на основе переходного трансформатора или реле

магнитного пускателя, причем их рабочее напряжение может быть и ниже 220 В. На рис. 3.2-3 показана принципиальная схема такого источника питания.

Емкость разделительного конденсатора рассчитывается с учетом параметров трансформатора (т.е., зная коэффициент трансформации. сначала рассчитывают напряжение, которое необходимо обеспечить на входе трансформатора, а затем, убедившись в допустимости такого напряжения для применяемого трансформатора, рассчитывают параметры конденсатора).

Мощность, отдаваемая таким источником питания, вполне может питать квартирный звонок, приемник, аудиоплеер.

Эффективный импульсный стабилизатор низкого уровня сложности

На элементной базе, аналогичной применявшейся в описанном выше (рис. 3.3-3) линейном стабилизаторе, можно построить импульсный стабилизатор напряжения. При таких же характеристиках он будет обладать значительно меньшими габаритами и лучшим тепловым режимом. Принципиальная схема такого стабилизатора приведена на рис. 3.4-2. Стабилизатор собран по типовой схеме с понижением напряжения (рис. 3.4-1а).

При первом включении, когда конденсатор С4 разряжен и к выходу подключена достаточно мощная нагрузка, ток протекает через ИС линейного стабилизатора DA1. Вызванное этим током падение напряжения на R1 отпирает ключевой транзистор VT1, который тут-же входит в режим насыщения, так как индуктивное сопротивление L1 велико и через транзистор протекает достаточно большой ток. Падение напряжения на R5 открывает основной ключевой элемент — транзистор VT2. Ток. нарастающий в L1, заряжает С4, при этом через обратную связь на R8 происходит запи-

рание стабилизатора и ключевого транзистора. Энергия , запасенная в катушке, питает нагрузку. Когда напряжение на С4 падает ниже напряжения стабилизации, открывается DA1 и ключевой транзистор. Цикл повторяется с частотой 20-30 кГц.

Цепь R3. R4, С2 задаст уровень выходного напряжения. Его можно плавно регулировать в небольших пределах, от Ucт DA1 до Uвх. Однако если Uвых поднять близко к Uвх, появляется некото рая нестабильность при максимальной нагрузке и повышенный уровень пульсации. Для подавления высокочастотных пульсации на выходе стабилизатора включен фильтр L2, С5.

Схема достаточно проста и максимально эффективна для данного уровня сложности. Все силовые элементы VT1, VT2, VD1, DA1 снабжаются небольшими радиаторами. Входное напряжение нс должно превышать 30 В. что является максимальным для стабилизаторов КР142ЕН8. Выпрямительные диоды применять на ток не менее 3 А.

ЛИНЕЙНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

В настоящее время традиционные линейные источники питания все больше вытесняются импульсными. Однако, несмотря на это, они продолжают оставаться весьма удобным и практичным решением в большинстве случаев радиолюбительского конструирования (иногда и в промышленных устройствах). Причин тому несколько: во-первых, линейные источники питания конструктивно достаточно просты и легко настраиваются, во-вторых, они не требуют применения дорогостоящих высоковольтных компонентов и, наконец, они значительно надежнее импульсных ИП.

Типичный линейный ИП содержит в своем составе: сетевой понижающий трансформатор, диодный мост с фильтром и стабилизатор, который преобразует нестабилизированное напряжение, получаемое со вторичной обмотки трансформатора через диодный мост и фильтр, в выходное стабилизированное напряжение, причем, это выходное напряжение всегда ниже нестабилизированного входного напряжения стабилизатора. Основным недостатком такой схемы является низкий КПД и необходимость резервирования мощности практически во всех элементах устройства (т.е. требуется установка компонентов допускающих большие нагрузки, чем предполагаемые для ИП в целом, например, для ИП мощностью 10 Вт требуется трансформатор мощностью не менее 15 Вт и т.п.). Причиной этого является принцип по которому функционируют стабилизаторы линейных ИП. Он заключается в рассеивании на регулирующем элементе некоторой мощности Ppac = Iнагр * (Uвх - Uвых) .Из формулы следует, что чем больше разница между входным и выходным напряжением стабилизатора, тем большую мощность необходимо рассеивать на регулирующем элементе. С другой стороны, чем более нестабильно входное напряжение стабилизатора, и чем больше оно зависит от изменения тока нагрузки, тем более высоким оно должно быть по отношению к выходному напряжению. Таким образом видно, что стабилизаторы линейных ИП функционируют в достаточно узких рамках допустимых входных напряжений, причем эти рамки еще сужаются при предъявлении жестких требований к КПД устройства.
Зато достигаемые в линейных ИП степень стабилизации и подавление импульсных помех намного превосходят другие схемы. Рассмотрим несколько подробнее применяемые в линейных ИП стабилизаторы.

Простейшие (т.н. параметрические) стабилизаторы основаны на использовании особенностей вольт-амперных характеристик некоторых полупроводниковых приборов — в основном, стабилитронов. Их отличает высокое выходное сопротивление. невысокий уровень стабилизации и низкий КПД. Такие стабилизаторы применяются только при малых нагрузках, обычно — как элементы схем (например, в качестве источников опорного напряжения). Примеры параметрических стабилизаторов и формулы для расчета приведены на рис. 3.3-1.

Последовательные проходные линейные стабилизаторы отличаются следующими характеристиками: напряжение на нагрузке не зависит от входного напряжения и тока нагрузки, допускаются высокие значения тока нагрузки, обеспечивается высокий коэффициент стабилизации и малое выходное сопротивление. Структурная схема типового линейного стабилизатора представлена на рис. 3.3-2. Основной принцип на котором основана его работа — сравнение выходного напряжения с некоторым стабилизированным

опорным напряжением и управление на основе результатов этого сравнения главным силовым элементом стабилизатора (на структурной схеме—т.н. проходной транзистор VT1, работающий в линейном режиме, но это может быть и группа компонентов), на котором и рассеивается избыточная мощность (см. приведенную выше формулу).



В большинстве случаев радиолюбительского конструирования в качестве источников питания устройств могут применяться линейные ИП на основе микросхем линейных стабилизаторов серии К(КР)142. Они обладают очень хорошими параметрами, имеют встроенные цепи защиты от перегрузок, цепи термоком-пенсации и т.п., легко доступны и просты в применении (большинство стабилизаторов этой серии полностью реализованы внутри ИС, которые(имеют всего три вывода). Однако при конструировании линейных ИП большой мощности (25-100 Вт) требуется более тонкий подход, а именно: применение специальных трансформаторов с броневыми сердечниками (имеющих больший КДП), прямое использование только интегральных стабилизаторов невозможно ввиду недостаточности их мощности, т.е.нужны дополнительные силовые компоненты и, как следствие, дополнительные цепочки защиты от перегрузки, перегрева и перенапряжения. Такие ИП выделяют много тепла, предполагают установку многих компонентов на больших радиаторах и, соответственно, достаточно габаритны; для достижения высокого коэффициента стабилизации выходного напряжения требуются специальные схемные решения.

Магнитный и электронный балласты

Для управления газоразрядными лампами традиционно использовался т.н. магнитный балласт (см. схему на рис. 3.5-1), однако ввиду его неэффективности и ненадежности, в последнее время

все большее распространение получают схемы электронного управления — электронный балласт, который позволяет значительно повысить КПД и срок службы осветительных систем, сделать свет более ровным и естественным для глаз.

Базовая схема электронного балласта с последовательным резонансом приведена на рис. 3.5-2. Применяя электронные бал-ласты, можно управлять лампами любой мощности, в схему можно встраивать любые дополнительные устройства (например, фотореле, включающее освещение в сумерках и выключающее на рассвете).

Микромощный стабилизатор с малым потреблением

В некоторых радиолюбительских конструкциях требуются микромощные стабилизаторы, потребляющие в режиме стабилизации микроамперы. На рис. 3.2-4 приведена принципиальная схема такого стабилизатора с внутренним током потребления 10 мкА и током стабилизации 100 мА.

Для указанных на схеме элементов напряжение стабилизации составляет Uвых=3.4 В, для его изменения вместо светодиода HL1 можно включить последовательно диоды КД522 (на каждом падение напряжения составляет 0.7 В: на транзисторах

VT1, VT2 — 0,3 В). Входное напряжение данного стабилизатора (Uвх) не более 30 В. Должны применяться транзисторы с максимальным коэффициентом усиления.

Мощным преобразователь для питания бытовых электроприборов

На рис. 3.6-2 приведена принципиальная схема мощного преобразователя для питания бытовых электроприборов (телевизор, дрель, электронасос и т.д.) от автомобильного аккумулятора. Преобразователь обеспечивает выходное напряжение 220 В, 50 Гц на нагрузке мощностью до 100 Вт. При максимальной нагрузке потребляемый от аккумулятора ток не превышает 10 А.

Количество деталей в устройстве сведено к минимуму. На микросхеме DD1.1 собран задающий генератор с частотой 100 Гц. Точную настройку частоты (что важно для нормальной работы аппаратуры) осуществляют резисторами R1 и R2. Деление частоты на 2 и управление транзисторами обеспечиваются второй половиной микросхемы — D1.2. Транзисторы VT1, VT2 включены для обеспечения нормального режима работы выходов DD1.2 при максимальном токе нагрузки. Выходные транзисторы VT3, VT4 устанавливаются на радиаторы, площадь которых не менее 350 см^2.

Для сглаживания прямоугольных фронтов предназначен конденсатор СЗ, который вместе с выходной обмоткой и нагрузкой образует резонансную систему. Его емкость сильно зависит от характера нагрузки. Трансформатор ТР1 выполнен на магнитопро воде марки ШЛМ или ПЛМ габаритной мощности 100 Вт. Обмотки I и II содержат по 17 витков провода ПЭВ-2 2,0мм, обмотка III содержит 750 витков провода ПЭВ-2 0,7мм.

Данную схему очень легко переработать под высокочастотный преобразователь напряжения (частота преобразования ~25 кГц). Для этого достаточно поднять частоту задающего генератора на D1.1 до -50 кГц, изменив емкости С1 и С2 на 180 пФ, и заменить ТР1 на высокочастотный трансформатор. Мощность преобразователя зависит от нагрузки выходных транзисторов, максимальный ток, который они могут дать нс должен превышать 8А в плече. Для увеличения тока уменьшается количество витков трансформатора в 1 и II обмотках до 8-10. На выходе преобразователя устанавливается диодный мост и ВЧ-фильтр, применяемые в них компоненты должны обеспечивать нормальную работу на частоте 25 кГц.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ И КРИТЕРИИ ВЫБОРА ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ДЛЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Первая проблема, с которой при конструировании любых устройств сталкиваются и начинающие и опытные радиолюбители — это проблема электропитания. В настоящей главе будут рассмотрены разнообразные сетевые источники питания (микромощные, средней мощности, мощные).

При выборе и разработке источника питания (далее ИП) необходимо учитывать ряд факторов, определяемых условиями эксплуатации, свойствами нагрузки, требованиями к безопасности и т.д.

В первую очередь, конечно, следует обратить внимание на соответствие электрических параметров ИП требованиям питаемого устройства, а именно:

• напряжение питания;

• потребляемый ток;

• требуемый уровень стабилизации напряжения питания;

• допустимый уровень пульсации напряжения питания. Немаловажны и характеристики ИП. влияющие на его эксплуатационные качества:

• наличие систем защиты;

• массогабаритные размеры.

Являясь неотъемлемой частью радиоэлектронной аппаратуры, средства вторичного электропитания должны жестко соответствовать определенным требованиям, которые определяются как требованиями к самой аппаратуре в целом, так и условиями предъявляемыми к источникам питания и их работе в составе данной аппаратуры. Любой из параметров ИП, выходящий за границы допустимых требований, вносит диссонанс в работу устройства. Поэтому, прежде чем начинать сборку ИП к предполагаемой конструкции, внимательно проанализируйте все имеющиеся варианты и выберите такой ИП, который будет максимально соответствовать всем требованиям и вашим возможностям.

Существует четыре основных типа сетевых источников питания:

• бестрансформаторные, с гасящим резистором или конденсатором.

• линейные, выполненные по классической схеме:

понижающий трансформатор - выпрямитель - фильтр

- стабилизатор.

• вторичные импульсные: понижающий трансформатор -фильтр - высокочастотный преобразователь 20-400 кГц.

• импульсный высоковольтный высокочастотный: фильтр

- выпрямитель ~220 В - импульсный высокочастотный

преобразователь 20-400кГц. Линейные источники питания отличаются предельной простотой и надежностью, отсутствием высокочастотных помех.
Высокая степень доступности комплектующих и простота изготовления делает их наиболее привлекательными для повторения начинающими радиоконструкторами. Кроме того, в некоторых случаях немаловажен и чисто экономический расчет — применение линейных ИП однозначно оправдано в устройствах, потребляющих до 500 мА, которые требуют достаточно малогабаритных ИП. К таким устройствам можно отнести:

• зарядные устройства для аккумуляторов;

• блоки питания радиоприемников, АОНов, систем сигнализации и т.д.

Необходимо отметить, что некоторые конструкции, не требующие гальванической развязки с промышленной сетью, можно питать через гасящий конденсатор или резистор, при этом потребляемый ток может достигать сотен мА.

Эффективность и рациональность применения линейных ИП значительно снижается при токах потребления более 1 А. Причинами этого являются следующие явления:

• колебания сетевого напряжения сказываются на коэффициенте стабилизации;

• на входе стабилизатора приходится устанавливать напряжение, которое будет заведомо выше минимально допустимого при любых колебаниях напряжения в сети, а это значит, что когда эти колебания высоки. необходимо устанавливать завышенное напряжение, что в свою очередь влияет на проходной транзистор (неоправданно большое падение напряжения на переходе, и как следствие — высокое тепловыделение);

• большой потребляемый ток требует применения габаритных радиаторов на выпрямляющих диодах и регулирующем транзисторе, ухудшает тепловой режим и габаритные размеры устройства в целом.

Достаточно просты в изготовлении и эксплуатации вторичные импульсные преобразователи напряжения, их отличает простота изготовления и дешевизна комплектующих. Экономически и технологически оправдано конструировать ИП по схеме вторичного импульсного преобразователя для устройств с током потребления 1-5 А, для бесперебойных ИП к системам видеонаблюдения и охраны, для усилителей низкой частоты, радиостанций, зарядных устройств.

Лучшая отличительная черта вторичных преобразователей перед линейными — массогабаритные характеристики выпрямителя, фильтра, преобразователя, стабилизатора.


Однако их отличает большой уровень помех, поэтому при конструировании необходимо уделить внимание экранированию и подавлению высокочастотных составляющих в шине питания.

В последнее время получили достаточно широкое распространение импульсные ИП, построенные на основе высокочастотного преобразователя с бестрансформаторным входом. Эти устройства, питаясь от промышленной сети ~110В/220В, не содержат в своем составе громоздких низкочастотных силовых трансформаторов, а преобразование напряжения осуществляется высокочастотным преобразователем на частотах 20-400 кГц. Такие источники питания обладают на порядок лучшими массогаба-ритными показателями по сравнению с линейными, а их КПД может достигать 90% и более. ИП с импульсным высокочастотным преобразователем существенно улучшают многие характеристики устройств, питаемых от этих источников, и могут применяться практически в любых радиолюбительских конструкциях. Однако их отличает достаточно высокий уровень сложности, высокий уровень помех в шине питания, низкая надежность, высокая себестоимость, недоступность некоторых компонентов. Таким образом, необходимо иметь очень веские основания для применения импульсных ИП на основе высокочастотного преобразователя в любительской аппаратуре (в промышленных устройствах это в большинстве случаев оправдано). Такими основаниями могут служить: вероятность колебаний входного напряжения в пределах ~100-300 В. возможность создавать ИП с мощностью от десятков ватт до сотен киловатт на любые выходные напряжения, появление доступных высокотехнологичных решений на основе ИМС и других современных компонентов.

ПОВЫШАЮЩИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Обычно, если в конструкции имеется сетевое питание, для получения всех питающих напряжении используют трансформаторы. Повышающие преобразователи и умножители напряжения применяются, когда необходимо получить напряжения большие, чем напряжения питания в носимых устройствах, питаемых от батарей или аккумуляторов. Преобразователи малой мощности (до 100-200 мВт) можно собрать на дискретных элементах без применения трансформаторов, в преобразователях большой мощности трансформатор необходим. Для получения удвоенного или утроенного напряжения можно пользоваться т.н. умножителями напряжения (см. главу 2).

Схема управления для лампы дневного света мощностью до Вт

Для управления лампой дневного света (ЛДС) мощностью до 40 Вт предназначена схема, приведенная на рис. 3.5-3.

Напряжение питания ~220 В подается на входы L1 и L2. Выпрямленное диодами VD1 -VD4 постоянное напряжение составляет порядка 320 В. Конденсаторы С1 и С2 работают как емкостный входной фильтр. Возможно использование и сети ~110В, в этом случае питание подается на входы L1 (L2) и N. а диоды VD1. VD3 (VD2, VD4) с конденсаторами С1 и С2 работают как однопо лупериодный удвоитель напряжения.

DA1 (IR2151) — это схема управления МДП-транзистора ми с внутренним генератором, который работает прямо от шины питания через R1. Внутренний стабилизатор фиксирует напряжение питания на уровне 15 В. Предусмотрена блокировка затворов при падении напряжения питания ниже 9 В.

При номинальном постоянном напряжении шины питания 230 В выходной прямоугольный импульс имеет эффективное напряжение 160 В, а частота устанавливается подбором R2 и С4 для приближения к резонансной частоте лампы. Лампа работает в своей последовательной резонансной схеме, состоящей из последовательно включенной катушки индуктивности L1 и шунтирующего конденсатора С6, который стоит параллельно термистору с положительным температурным коэффициентом.

Термистор (для этих целей может также использоваться неоновая лампочка) имеет малое сопротивление в холодном состоянии и очень высокое в горячем, когда нагревается благодаря протекающему через него току. Назначение термистора — обеспечить плавное нарастание напряжения на электродах лампы при включении. В случаях, когда лампа горит постоянно или очень редко

включается/выключается, термистор можно убрать. В этом случае лампа включается мгновенно, что может привести к ее быстрому износу.

Современные газоразрядные приборы

Примерно 25% электроэнергии, вырабатываемой в мире, расходуется системами искусственного освещения, чтo делает эту область чрезвычайно привлекательной для приложения сил в области повышения эффективности использования и сокращения потребления электроэнергии.

В настоящее время наиболее распространенными экономичными источниками света являются газоразрядные лампы, которые все чаще применяются вместо обычных ламп накаливания. Принцип действия таких ламп заключается в люминесцентном свечении заключенного внутри лампы газа при протекании через него тока (осуществлении высоковольтного пробоя), что обеспечивается подачей высокого напряжения на электроды лампы. Газоразрядные лампы можно разделить на два вида, первый — это лампы высокой интенсивности свечения, среди которых наиболее распространены: ртутные лампы, натриевые лампы высокого давления и металлогалогенные лампы, второй вид — это люминесцентные лампы низкого давления.

Лампы низкого давления используются для освещения в большинстве случаев повседневной жизни — в административных зданиях, офисах, жилых домах: их отличает насыщенный белый свет. близкий к дневному (отсюда название — "лампы дневного света"). Лампы высокого давления используются для внешнего освещения — в уличных фонарях, прожекторах и т.п.

Если обычная лампа накаливания, когда она включена, представляет собой постоянную резистивную нагрузку, то все газоразрядные лампы имеют отрицательные импедансные характеристики. которые требуют стабилизации тока. Кроме того, необходимо учитывать такие моменты как: резонансный режим работы, защита при выходе лампы из строя; высоковольтное зажигание, специальное управление силовой шиной. Основной режим, соблюдение которого необходимо люминисцентной лампе на протяжении всего срока эксплуатации — это токовый режим (в идеале, необходима стабилизация мощности на протяжении всего периода эксплуата-

ции лампы). Как правило, лампы питаются от переменного напряжения для уравнивания износа электродов (в случае питания постоянным напряжением, срок службы короче на 50%).

Стабилизатор с током нагрузки до

На рис. 3.3-3 приведена базовая схема для построения мощных стабилизаторов, обеспечивающих ток нагрузки до 5 А. чего вполне достаточно для запитывания большинства радиолюбительских конструкции. Схема выполнена с применением микросхемы стабилизатора серии КР142 и внешнего проходного транзистора.

При малом токе потребления транзистор VT1 закрыт и работает только микросхема стабилизатора, но при увеличении потребляемого тока, напряжение, выделяемое на R2 и VD5, открывает транзистор VT1, и основная часть тока нагрузки начинает течь через его переход. Резистор R1 служит датчиком тока по перегрузке. Чем больше сопротивление R1, тем по меньшему току срабатывает защита (транзистор VT1 закрывается). Фильтрующий дроссель L 1 служит для подавления пульсации переменного тока при максимальной нагрузке.

По приведенной схеме можно собирать стабилизаторы на напряжение 5-15 В. Силовые диоды VD1-VD4 должны быть рассчитаны на ток не менее 10 А. Резистором R4 осуществляется точная подстройка выходного напряжения (базовое значение задается типом применяемой микросхемы стабилизатора серии КР142). Силовые элементы устанавливаются на радиаторы площадью не менее 200 см^2.

Для примера, приведем расчет стабилизатора напряжения со следующими характеристиками:

Uвых - 12 В;Iнаг - 3 A; Uвх - 20 В.

Выбираем стабилизатор напряжения 12 В в серии КР142 — КР142ЕН8Б. Выбираем проходной транзистор, способный рассеять максимальную мощность нагрузки Ррас = Uвх* Iнагр = 20 • 3 = 60 Вт (мощность транзистора желательно выбирать в 1.5-2 раза большей) — подходит распространенный КТ818А (Ррас = 100 Вт, Iк макс = 15 А). В качестве VD1-VD5 могут использоваться любые подходящие по току силовые диоды, например,КД202Д.

Сверхминиатюрная схема управления для лампы дневного света мощностью до Вт

Следующая принципиальная схема, приведенная на рис. 3.5-4, позволяет управлять лампой дневного света (ЛДС), имея при этом сверхминиатюрные размеры, так как в ней не применяются силовые инверторы (ИС IR51H420 объединяет в одном корпусе ИС IR2151 и МДП-ключи). Максимальная мощность лампы в этом случае не должна превышать 26 Вт, чего вполне достаточно для освещения одного рабочего места.

Устройство бесперебойного питания на основе импульсного стабилизатора

На рис. 3.4-3 предлагается к рассмотрению устройство для бесперебойного питания систем охраны и видеонаблюдения на основе импульсного стабилизатора, совмещенного с зарядным устройством. В стабилизатор введены системы защиты от перегрузки, перегрева, бросков напряжения на выходе, короткого замыкания.

Стабилизатор имеет следующие параметры:

• Входное напряжение, Uвx — 20-30 В:

• Выходное стабилизированное напряжение, Uвыx-12B:

• Номинальный ток нагрузки, Iнагр ном —5А;

• Ток срабатывания системы защиты от перегрузки, Iзащ — 7А;.

• Напряжение срабатывания системы защиты от перенапряжения, Uвых защ — 13 В;

• Максимальный ток зарядки АКБ, Iзар акб макс — 0,7 А;

• Уровень пульсации. Uпульс — 100 мВ,

• Температура срабатывания системы защиты от перегрева, Тзащ — 120 С;

• Скорость переключения на питание от АКБ, tперекл — 10мс (реле РЭС-б РФО.452.112).

Принцип работы импульсного стабилизатора в описываемом устройстве такой же, как и у стабилизатора, представленного выше.

Устройство дополнено зарядным устройством, выполненным на элементах DA2,R7, R8, R9, R10, VD2, С7. ИС стабилизатора напряжения DA2 с делителем тока на R7. R8 ограничивает максимальный начальный ток заряда, делитель R9, R10 задает выходное напряжение заряда, диод VD2 защищает АКБ от саморазряда при отсутствии напряжения питания.

Защита от перегрева использует в качестве датчика температуры терморезистор R16. При срабатывании защиты включается звуковой сигнализатор, собранный на ИС DD 1 и, одновременно, нагрузка отключается от стабилизатора, переходя на питание от АКБ. Терморезистор монтируют на радиаторе транзистора VT1. Точная подстройка уровня срабатывания температурной защиты осуществляется сопротивлением R18.

Датчик напряжения собран на делителе R13,R15. сопротивлением R15 устанавливают точный уровень срабатывания защиты от перенапряжения (13 В). При превышении напряжения на выходе стабилизатора (в случае выхода последнего из строя) реле S1 отключает нагрузку от стабилизатора и подключает ее к АКБ. В случае отключения питающего напряжения, реле S1 переходит в состояние "по умолчанию"- т.е. подключает нагрузку на АКБ.

Приведенная здесь схема не имеет электронной защиты от короткого замыкания для АКБ. эту роль выполняет плавкий предохранитель в цепи питания нагрузки, рассчитанный на максимальный потребляемый ток.

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ КОНТРОЛЛЕРОВ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИИ

КА3842В (KA3842BD) (Аналоги: UС3842,1033ЕУ10) КА3843В (KA3843BD) (UC3843) КА3844В (KA3844BD) (UC3844) КА3845В (KA3845BD) (UC3845)

ИМС серии KA384xB(BD) производства Samsung — это специализированные контроллеры широтно-импульсной модуляции с постоянной рабочей частотой. Они предназначены для применения в импульсных преобразователях напряжения и источниках питания с минимальным числом внешних компонентов. Микросхемы включают: генератор с внешней времязадающей RC-цепью, схему термокомпенсации, компаратор сигнала считывания тока. усилитель сигнала ошибки (цепь обратной связи по напряжению), мощный выходной каскад с возможностью непосредственного подключения к силовым МДП-ключам, систему защиты от понижения напряжения и превышения токового режима. Отличия KA3842B(BD) и KA3844B(BD) от KA3843B(BD) и KA3845B(BD) — в пороге срабатывания системы блокировки при понижении на

пряжения. Кроме этого, KA3842B(BD) и KA3843B(BD) могут функционировать с коэффициентом заполнения до 100%, а KA3844B(BD) и KA3845B(BD) — до 50%. Микросхемы с индексом В размещены в 8-ми выводном корпусе DIP, а микросхемы с индексом BD — в 14-ти выводном SOP, у них также имеются отдельные выводы для подачи питания на выходной каскад.

Цепь VT1, R4 введена для коррекции сигнала считывания тока и предотвращает "звон" в силовой схеме, вызываемый флуктуациями напряжения стока в ключевом МДП-транзисторе (причина — наличие паразитной емкости сток-исток).

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ ЛИНЕЙНЫХ СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

142ЕН5(А-Г), 142ЕН8(А-В), 142ЕН9(А-В) К142ЕН8(А-Е), К142ЕН9(А-Е) КР142ЕН5(А-Г, КР142ЕН8(А-Е)

Микросхемы 142ЕН5А—142ЕН5Г, КР142ЕН5А— КР142ЕН5Г, 142ЕН8А—142ЕН8В, К142ЕН8А—К142ЕН8Е, КР142ЕН8А—КР142ЕН8Е представляют собой интегральные стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением, выполнен

ные по планарной диффузионной технологии с изоляцией диэлектриком, а микросхемы 142ЕН9А— 142ЕН9В, К142ЕН9А— К142ЕН9Е — с изоляцией р-n переходом. Все микросхемы предназначены для применения в стабилизированных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры постоянного напряжения.

Конструктивно микросхемы 142ЕН5А—142ЕН5Г, 142ЕН8А—142ЕН8В, 142EН9А—142EН9В. К142ЕН8А—К142ЕН8Е, К142ЕН9А—К142ЕН9Е оформлены в прямоугольном металлокерамическом корпусе 4116.4-2 с четырьмя пластинчатыми выводами (рис. 4.1-1а). Для отвода тепла и крепления микросхемы предусмотрен фланец с двумя крепежными отверстиями.Микросхемы КР142ЕН5А—КР142ЕН5Г, КР142ЕН8А—КР142ЕН8Е выпускают в прямоугольном полимерном корпусе

КТ-28-2 с тремя пластинчатыми выводами (рис. 4.1-16). Для отвода тепла и крепления микросхем используется фланец с одним крепежным отверстием. Микросхемы крепят к печатной плате пайкой или через переходные элементы. Теплоотвод устанавливают на плату и привинчивают к нему микросхему.

Приборы расчитаны на длительную эксплуатацию в жестких условиях: при температуре окружающей среды от -60 до +125 °С, пониженном до 5 мм рт.ст. атмосферном давлении, воздействии инея и соляного тумана, механических перегрузок. Минимальная наработка на отказ — 50 000 часов, сохраняемость — 25 лет.

---

---