-2- = I0 1--sin at I

- ARsin2 cot R J

I0(1 + msinct + m2 sin2 cot + m3 sin3 cot +...),

RH + RM

(1.5)

где AR - амплитуда переменной составляющей сопротивления микрофона; R=RH+RM; I0=U/R; m= AR/R. Колебания тока с частотой со определяются выражением I0msina>t. Кроме основных колебаний, как следует из анализа последующих слагаемых уравнения (1.5), возбуждаются еще колебания тока с частотами 2к>, 3к>, ... и монотонно убывающими амплитудами 0,5m2/0, 0,25m3/0,..обусловливающими гармонические искажения угольного микрофона. Однако при небольшой интенсивности воздействующих на микрофон звуковых колебаний коэффициент модуляции т обычно не превышает 0,2 (т > 0,2) и паразитные колебания не воспринимаются на слух, так как амплитуды колебаний с частотами 2к>, 3к>, ... располагаются значительно ниже порога слышимости. Поэтому для не очень громкой передачи мгновенное значение тока можно определить из уравнения

i = I0 +I0m sin at

или

i

U + J0 AR sin at

R

(1.6)

В последнем выражении числитель имеет размерность напряжений: первое слагаемое - напряжение батареи, а второе слагаемое представляет собой ЭДС микрофона ем которую генерирует микрофон при его возбуждении. Эта ЭДС пропорциональна току питания j0 и амплитуде переменной составляющей сопротивления AR микрофона. Величина AR зависит от величины сопротивления микрофона RM- у высокоомных микрофонов она больше, у низкоомных - меньше.

Мощность, отдаваемую микрофоном как генератором согласованной нагрузке (RH=RM), определим по формуле

F2 4R

(0 AR)2 4Rm

M

4 • 2Rm 4R

M

f

j 2 R

0M

AR

2

2R

M J

W0 m1

где Еэфф=Ем/ V2, Wo= IqRm

мощность, потребляемая микрофоном от батареи. Учитывая, что величина W0 определяется нормированным значением тока питания микрофона 10 и что превышение ее ведет к значительному увеличению собственных шумов микрофона, а повышение коэффициента модуляции свыше 0,2 не желательно, так как это ведет к значительным гармоническим искажениям, электрическая мощность ЖЭ, отдаваемая угольным микрофоном в согласованную нагрузку, ограничена и составляет примерно 1 мВт. Поскольку средняя мощность звуковых колебаний, воздействующих на мембрану микрофона при разговоре, составляет W3b~1 мкВт, то нетрудно убедиться, что угольный микрофон является усилителем мощности и его электроакустический коэффициент составляет nWVWB =1000.

Частотная характеристика чувствительности микрофона имеет неравномерный характер. Повышение чувствительности в области верхних частот разговорного спектра обусловлено резонансными явлениями, возникающими при совпадении частоты звуковых колебаний с частотой собственных колебаний мембраны микрофона. Неравномерный характер частотной характеристики обусловливает амплитудно-частотные искажения, которые воспринимаются на слух как искажения тембра голоса. Для борьбы с этими искажениями используют резонансные свойства акустических объемов. Изменяя размеры и формы воздушных объемов, заключенных между корпусом микрофона и его частями, а также вводя новые резонансные объемы с помощью акустических перегородок, повышают чувствительность микрофона в области частот разговорного спектра. На рис. 1.4 приведены частотные характеристики чувствительности современных угольных микрофонных капсюлей МК-10 и МК-16.

Для повышения качества телефонной передачи иногда применяют микрофоны других типов (обычно электромагнитные, реже магнитоэлектрические). Однако средняя чувствительность лучших таких преобразователей не превышает 0,001 В/Па, и при их использовании требуется последующее усиление.

Электромагнитный телефон. Различают электромагнитные телефоны с простой и дифференциальной магнитными системами (рис. 1.5а и б). Мембрана телефона с простой магнитной системой

(см. рис. 1.5а) изготовляется из магнитомягкого материала. Под воздействием постоянного магнита, создающего магнитный поток Ф=, мембрана находится в притянутом состоянии и имеет первоначальный прогиб 5. Когда в обмотку телефона поступает переменный ток, образуется переменный магнитный поток Ф~ . Магнитные потоки Ф=

,,,,„. .и Ф„ замыкаются через по-

магнитнои снсте-

ЛЮСНЫе надставки, мембран-мембрана; 5 - якооь-

рь* ну, воздушный зазор между мембраной и полюсными надставками и постоянный магнит. Мембрана, находящаяся под воздействием суммарного магнитного потока, величина которого изменяется, совершает колебательные движения. Если, например, по обмотке телефона пропустить переменный синусоидальный ток с частотой со, то на мембрану будет действовать сила F, обусловленная суммой магнитных потоков Ф=+Ф~, а именно

F = к(Ф= + Ф~ )2 = к(Ф= + Ф sin at)2 = кФ=[ + 2ФФ=к sin at + +-Ф2 к (1 - cos2at),

2

где к - коэффициент пропорциональности. Из этого выражения следует, что колебания мембраны телефона определяются воздействием двух сил. Первая сила F1 = 2ФФпка вызывает полезные колебания с частотой со. Вторая сила F2=1/2Ф2к(1-cos 2cot) также изменяется во времени, но вызывает колебания с удвоенной частотой 2с , т. е. вносит частотные искажения. Из сравнения амплитуд этих сил 2ФФ=к и 0,5 Ф2к следует, что если выполнить соотношение Ф=>>Ф (в реальных телефонах Ф=/Ф>1000), второй силой по сравнению с первой можно пренебречь и считать, что мембрана будет колебаться с частотой тока, проходящего по обмотке телефона.

В телефоне с дифференциальной магнитной системой (см. рис. 1.5б) магнитный поток Ф~, возникающий при прохождении через катушку переменного тока, взаимодействует с потоком, создаваемым постоянными магнитами: Ф= =Ф= + Ф"=. В один полупериод происходит сложение постоянного и переменного потоков и якорь с мембраной звукоизлучателем 4 перемещаются вверх, во второй полупериод усиливается поток через нижний полюсный наконечник и якорь с мембраной смещаются вниз. На якорь телефона действуют две силы: F=к(Ф=+Ф sincot)2 и F" = к(Ф=-Фsinш t)2. Колебания якоря и мембраны определяются взаимодействием этих сил: F=F- F/=4ФФ=ksincQt. Таким образом, выражение для силы, колеблющей мембрану, не содержит слагаемого с двойной частотой; поэтому телефоны с дифференциальной магнитной системой не вносят гармонических искажений при передаче, а также имеют более высокую чувствительность.

Частотная характеристика телефона из-за резонансных свойств его мембраны имеет неравномерный характер. С целью уменьшения этой неравномерности в конструкцию телефонов вводят дополнительные резонансные объемы, образуемые с помощью акустических перегородок. Располагая частоты этих резонансов в спектре наименьшей чувствительности и вводя элементы акустического трения в области частот, соответствующих резонансу его мембраны, обеспечивают выравнивание частотной характеристики телефона. Частотные характеристики чувствительности современных электромагнитных капсюльных телефонов приведены на рис. 1.6. Основные параметры находящихся в эксплуатации электромагнитных телефонов и угольных микрофонов приведены в табл. 1.1.

0.J 0,5 0.8!

Рис. 1.6. Частотные характеристик» капсюльных электромагнитных телефонов ТК-67 (с простои магнитной системой) и ДЭМК-7Т (с диф-ференинальной магнит-нон системой)

Таблица 1.1. Параметры телефонов и угольных микрофонов.

1.5. Телефонные аппараты

Общие сведения. В настоящее время в эксплуатации находится большое количество телефонных аппаратов разных типов. Все ТА можно классифицировать по ряду основных отличительных признаков. В зависимости от способа питания микрофонных цепей ТА различают аппараты системы МБ (питание микрофона обеспечивается от батареи, расположенной непосредственно в каждом ТА) и аппараты системы ЦБ (центральной батареи питания, расположенной на телефонной станции). По типу телефонной станции, в которую включаются ТА, последние подразделяются на аппараты РТС (обслуживаемые ручными телефонными станциями) и аппараты АТС. По способу использования мощности разговорных токов различают аппараты с местным эффектом и противоместные. В зависимости от конструкции аппараты делятся на настольные, настенные и переносные. По условиям применения имеется разделение на аппараты общего назначения и специальные: ТАУ (ТА с усилителем), ТАГ (громкоговорящие ТА), корабельные, шахтные и др.

В схему ТА общего назначения ЦБ АТС (рис. 1.7) входят: разговорные приборы РГП, приемник вызова ПВ, устройства коммутации РП и ввода адресной информации НН. Приборы РПГ состоят из преобразователей, подключенных к схеме, состоящей из трансформатора, конденсаторов, резисторов и диодов. В качестве преобразователей в современных ТА используются, главным образом, угольные микрофоны и электромагнитные телефоны капсюльного типа, которые для удобства пользования объединяются конструктивно в одно целое - микротелефонную трубку. Микротелефонная трубка гибким 3- 4-жильным шнуром соединяется со схемой РГП, размещаемой в корпусе ТА. Схема ПВ состоит из поляризованного звонка переменного тока Зв, преобразующего электрический ток частотой 25 Гц в акустический сигнал вызова, и последовательно соединенного с ним конденсатора Сзв, который преграждает путь постоянному току ЦБ АТС. Устройство коммутации РП представляет собой рычажный переключатель, переключающий группу контактов при поднятии микротелефонной трубки (замыкается контакт 5-6 и к линейным зажимам Л1-Л2 подключается РГП) или при возвращении ее в исходное положение на рычаг ТА (замыкается контакт 6-7 и к Л1-Л2 подключается ПВ). Устройство ввода адресной информации НН предназначено для формирования сигналов, соответствующих номеру вызываемой абонентской линии. В качестве НН обычно используют дисковый номеронабиратель. При наборе номера (заводе диска) контакт 1-2 замыкается и шунтирует РГП. При возвратном движении диска контакт 1-2 остается замкнутым, а контакт 3-4, называемый импульсным, периодически размыкается так, чтобы число размыканий цепи (число поступающих на АТС импульсов) соответствовало набираемой цифре номера. Таким образом информация о цифре номера передается на АТС в виде серии импульсов постоянного тока. Между соседними сериями должен быть достаточно большой промежуток времени (межсерийное время), который позволяет приборам АТС отделять одну набираемую цифру номера от другой.

Для правильной работы АТС дисковый номеронабиратель ННД должен обеспечивать стабильность посылки импульсов с частотой f=1/T=10+-1 имп/с и постоянное соотношение между временем размыкания tp и временем замыкания t3 импульсного контакта (T=tp+t3=100 мс). Отношение этих величин k = tj/t3 называется импульсным коэффициентом. Для дисковых номеронабирателей импульсный коэффициент принят равным k=1,6 (t„~61,5 мс и t3~38,5 мс) с допустимыми отклонениями в пределах от 1,4 до 1,7. Минимальное межсерийное время ННД составляет 500 мс. На рис. 1.8 показана ондуло-грамма работы импульсных контактов ННД при наборе двузначного номера 31.