Сопротивление телефонного шлейфа и компенсация искажений

Величина сопротивления электрических цепей стандартного телефонного аппарата, используемого на территории США, как правило, составляет 400 Ом. Это значение измеряется между точками X и Y на принципиальной схеме (Рис. 2.7б) при отсоединенной цепи шлейфа линии связи. Данное сопротивление формируется двумя основными компонентами: переменным сопротивлением микрофона RTR и внутренним сопротивлением аппарата RINT, которое суммирует все остальные сопротивления схемы, за исключением самого микрофона.

На полное сопротивление цепи значительное влияние оказывает сопротивление проводов витой пары, обозначаемое на схемах как RL. Чем длиннее линия связи, тем выше становится это сопротивление, что приводит к закономерному уменьшению силы тока в цепи. Поскольку динамический диапазон изменения сопротивления микрофона RTR является постоянной величиной, то при большой длине линии относительные изменения тока, вызванные модуляцией голосом, уменьшаются. Это явление ухудшает качество передаваемого речевого сигнала.

Резистор RL в эквивалентной схеме представляет собой суммарное сопротивление обоих проводов линии связи, которое напрямую зависит от расстояния до районной АТС (автоматической телефонной станции). Для упрощения модельных расчетов сопротивление согласующего резистора RB, установленного на самой станции, часто принимается равным нулю. Это позволяет сосредоточиться на анализе параметров абонентской линии.

Величина тока IL, протекающего по шлейфу, рассчитывается по классическому закону Ома. Стандартное напряжение, подаваемое телефонными станциями в США, составляет -48 В постоянного тока. Таким образом, ток в цепи определяется выражением: IL = 48 В / (RTR + RINT + RL). Из этой формулы наглядно видно, что общее сопротивление шлейфа является знаменателем, поэтому его увеличение ведет к пропорциональному уменьшению тока.

С увеличением расстояния между телефонным аппаратом и районной АТС общее сопротивление шлейфа (RTR + RINT + RL) растет. Это приводит не только к уменьшению абсолютного значения тока IL, но и к другой важной проблеме. Относительный вклад изменения сопротивления микрофона RTR в общее сопротивление цепи становится меньше. Следовательно, для одного и того же уровня громкости речи относительные изменения тока в линии ослабевают.

Данное явление приводит к значительному снижению уровня речевого сигнала, поступающего на телефон удаленного абонента, и не может рассматриваться как положительное. Для борьбы с этим негативным эффектом были разработаны и внедрены специальные методы автоматической компенсации сопротивления, которые учитывают изменения длины линий связи и стабилизируют уровень сигнала.

Целью автоматической компенсации является обеспечение поступления речевого сигнала на телефонную станцию с примерно одинаковым уровнем громкости, независимо от длины и сопротивления абонентской линии. Для достижения этого все современные телефонные аппараты оснащаются специальными схемами. На схеме (Рис. 2.7б) эту функцию выполняет варистор, сопротивление которого нелинейно зависит от приложенного напряжения.

Принцип компенсации заключается в следующем: при короткой линии и большом токе шлейфа сопротивление варистора уменьшается. Он начинает шунтировать микрофон, пропуская через себя избыточную часть тока. В результате величина тока, модулируемая микрофоном, остается практически такой же, как и при большой длине шлейфа. Таким образом, варистор автоматически стабилизирует уровень передаваемого речевого сигнала.

Помимо проблем с затуханием, важной задачей является минимизация искажений. Основное назначение микрофона — производить выходной электрический сигнал, форма которого является точной копией формы входного акустического сигнала. Такой сигнал называется аналоговым. Все отклонения и отличия между этими двумя формами сигнала определяются как искажения.

Некоторые виды искажений малозаметны для человеческого уха, в то время как другие, например, частотные искажения, могут существенно ухудшать разборчивость речи. Наиболее характерным искажением в традиционной телефонии является сужение полосы пропускания голосового канала по сравнению с исходным частотным диапазоном человеческого голоса. Это приводит к потере части высоких и низких частот, что придает речи специфический «телефонный» тембр.

Угольный микрофон, несмотря на свою простоту и историческую значимость, имеет присущие ему ограничения как по частотному, так и по динамическому диапазону. Эти ограничения являются самостоятельным источником нелинейных искажений. Большая часть этих искажений успешно устраняется в современных электронных телефонных аппаратах, где используются активные усилители сигнала и микрофоны с принципиально иным, более линейным принципом действия.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Бигелоу С.Д., Карр Д.Д., Виндер С..

Источник: Энциклопедия телефонной электроники.

Данные публикации будут полезны студентам и специалистам в области телекоммуникаций и сетевых технологий, инженерам, изучающим принципы передачи данных, а также всем, кто интересуется историей и эволюцией модемной связи и базовыми сетевыми протоколами.