| Гибридный ответвитель |
Гибридную схему часто называют индуктором, это название более соответствовало первым телефонам, но сохранилось в употреблении до сих пор.
Вспомним, что в телефонных аппаратах для подключения телефона (приемника) и микрофона (передатчика) используются четыре соединительных провода (красный, зеленый, желтый и черный), но между телефоном абонента и телефонной станцией проложены только два провода. Функцией гибридного ответвите ля является получение четырех выходов при использовании двухпроводной телефонной линии.
Во многих системах связи, включая современные телефонные сети, используется дуплексная связь. Это означает, что в одно и то же время по одному и тому же проводу сигналы могут посылаться в обоих направлениях. Двухпроводные кабели, применяющиеся для подключения телефонного аппарата абонента к телефонной станции, намного дешевле, чем четырехпроводные, и наличие в телефоне гибридного ответвите ля позволяет использовать эти более дешевые соединительные кабели.
По своей сути гибридный ответвитель является трансформатором с несколькими обмотками (рис. 3.13). В большинстве телефонных аппаратов, не используется одиночный трансформатор, поскольку он получается довольно дорогим. Поэтому гибридные ответвители, как правило, состоят из двух связанных трансформаторов, помещенных в один корпус.
Две половины гибридной .схемы представляют собой стандартные трансформаторы. Простейший трансформатор состоит из двух отдельных обмоток, размещенных на общем сердечнике. Витки обмоток располагаются очень близко друг к другу и зачастую выполняются скрученными проводами, но они всегда электрически изолированы друг от друга. Обмотки трансформатора называются первичной и вторичной, причем первичная обмотка является входной, а вторичная —выходной.
Когда на первичную обмотку подается переменное напряжение, в сердечнике возникает изменяющееся магнитный поток, который пронизывает также и витки вторичной обмотки. При этом во вторичной обмотке индуцируется напряжение, пропорциональное напряжению в первичной обмотке, хотя в трансформаторе и не существует электрической связи между ними.
Отношение входного и выходного напряжений определяется отношением числа витков в первичной и вторичной обмотках. Например, представим себе трансформатор с 200 витками в первичной обмотке и 200 витками во вторичной. Пусть на первичную обмотку подается переменное напряжение 100 В. Предполагая, что в трансформаторе нет потерь (реально они всегда существуют), получим, что все 100 В входного напряжения будут равномерно распределены между 200 витками первичной обмотки:
Входное напряжение/Число витков первичной обмотки=Напряжение на виток
100/200=0,5 В на виток.
Каждый виток первичной обмотки будет создавать магнитный поток, пропорциональный напряжению 0,5 В (точнее —току обмотки, который, в свою очередь, пропорционален напряжению на ней, но зависит еще и от частоты входного напряжения, числа витков обмотки, магнитных свойств сердечника и т.д. —прим. ред.). Такое же напряжение будет индуцироваться в каждом витке вторичной обмотки (напомним, что мы предполагаем отсутствие потерь в системе). Тогда для выходного напряжения получим:
Напряжение на виток х Число витков вторичной обмотки = Выходное напряжение
0,5 В х 200=100 В.
В этом случае выходное и входное напряжения равны, поскольку первичная и вторичная обмотки имеют одинаковое число витков. Такой трансформатор называется разделительным (изолирующим, развязывающим) или трансформатором 1:1. Он используется для электрической развязки двух схем.
Большинство трансформаторов имеют различное число витков в первичной и вторичной обмотках. Например, пусть первичная обмотка трансформатора содержит 200 витков, а вторичная — 50. Предположим снова, что входное переменное напряжение —100 В.
Вторичная обмотка имеет меньшее число витков, поэтому в ней будет индуцироваться меньшее напряжение
Вторичная обмотка имеет меньшее число витков, поэтому в ней будет индуцироваться меньшее напряжение :
Напряжение на виток х Число витков вторичной обмотки = Выходное напряжение
0,5 В х 50=25 В.
Такой трансформатор называется понижающим. Входное напряжение (100 В) понижается до меньшего выходного напряжения (25 В).
Третий возможный тип трансформатора — повышающий трансформатор, у которого во вторичной обмотке содержится большее число витков, чем в первичной. Предположим, что первичная обмотка содержит 200 витков, и вторичная — 300. Пусть, как и в предыдущих примерах, входное переменное напряжение равно 100 В.
Но пока не было сказано о главном. В любом случае мощности в первичной и вторичной обмотках равны. При увеличении выходного напряжения уменьшается выходной ток, и наоборот. Во всех случаях мощность (произведение напряжения на ток) одинакова. Сравнение трех типов трансформаторов дается в таблице 3.1.
Для простоты мы пренебрегли потерями в трансформаторе. В любом реальном трансформаторе некоторое количество мощности расходуется на нагрев трансформатора, при этом выходная мощность уменьшается. Чтобы получить нужное выходное напряжение, к вторичной обмотке придется добавить несколько дополнительных витков. Например, для понижающего трансформатора со 100 до 25 В с 200 витками в первичной обмотке может потребоваться 54 или 56 витков во вторичной обмотке, а не 50, как в идеальном случае.
Трансформатор может включаться и наоборот, если поменять местами первичную и вторичную обмотки. Единственное различие между понижающим и повышающим трансформаторами состоит в том, какая обмотка (с большим или меньшим количеством витков) используется в качестве первичной.
Гибридный ответвитель состоит из нескольких обычных трансформаторов, включенных специфическим образом. Одна из его основных функций — согласование импедансов с целью уменьшения потерь и отражений сигналов в телефонной сети. Рассмотрим гибридный ответвитель, показанный на рис. 3.13, более детально.
Обратите внимание, что существуют четыре пары обмоток, обоз-начанные как V, X, Y и Z. (Буква U пропущена, чтобы избежать возможной путаницы с напряжением.) Для удобства обмотки, которые действуют в этой схеме как первичные, помечены индексом "1", а вторичные — индексом "2". Точки служат для обозначения полярности обмоток. Если изменить полярность включения какой-либо из обмоток, схема будет работать совсем не так, как предполагалось. Входной сигнал из телефонной линии поступает на обмотку Z1 и через обмотку Z2 передается в приемник (телефонный капсюль). Сигнал от передатчика (микрофона) подается на обмотку Vi и через обмотку V2 поступает в линию. Сигнал передатчика проходит также через обмотку Xi и через обмотку Хг передается в цепь согласования импедансов. Сигнал передатчика, прошедший через согласующую цепь, попадает на обмотку Yi и наводится в обмотке Y2, включенной в цепь приемника. Это возвращает некоторую часть сигнала с микрофона (голоса абонента) обратно в динамик телефонной трубки.
Если бы этой обратной связи не было, вы бы ощущали при разговоре по телефону некоторый дискомфорт. Исследования показали, что большинство людей без такого эха говорят слишком громко. Уровень эха, устанавливаемый согласующей цепью, должен быть подобран довольно тщательно. Если он окажется слишком громким, говорящий будет стремиться говорить тише. Значение этой обратной связи достаточно велико и во многом определяет нашу манеру и стиль общения по телефону. Такой эхо-сигнал специалисты называют местным эффектом.
Похожий гибридный ответвитель используется и на противоположном конце линии — на телефонной станции. Единственное отличие состоит в том, что согласующая цепь этого ответвителя подбирается так, чтобы местный эффект отсутствовал. Сигнал передатчика не возвращается обратно в цепь приемника. Явление местного эффекта присуще только телефонным аппаратам. Гибридный ответвитель на телефонной станции имеет большие физические размеры, поскольку предназначен для работы с большими токами.
|
|
Как работают современные телефоны
