電話原理-資料

電話原理課程目的------針對實習用產(chǎn)品，介紹電路原理，為調試維修提供理論依據(jù)。------通過實習，復習鞏固以及檢驗大家學過的知識。了解和弄清如下內容：1、基本概念和術語:什么叫摘機、掛機；手柄摘機條件下的等效直流電阻；什么叫叉簧開關(它的作用是什么)；人的話音頻帶(300Hz~3400Hz)。2、相關信號:撥號通知音、忙音、催掛音；雙音多頻信號；振鈴信號(75V,25Hz。1S送，4S斷)。3、了解電話機的工作環(huán)境和供電方式。4、了解話機電路中電源的取電方式：串聯(lián)取電。5、實習用話機電路原理分析實習用話機單元電路包括：防雷電路；極性保護橋路；CPU電源電路；摘、掛機控制電路；微音器電路、發(fā)送電路；手柄接收電路；免提接收功放；振鈴電路。

“叉子簧開關”名稱的來歷

1876年，貝爾發(fā)明電話機，那時市場上沒有現(xiàn)存開關可用，就用三個銅片以交叉形式組裝后代替開關，如下圖，當時稱叉子簧通話電路振鈴電路TR撥號電路叉簧開關的作用：

用來直接或間接控制摘機和掛機，即控制線路中的直流電流的通和斷。叉簧的英文名稱：HOOK，簡寫為HK。叉簧狀態(tài)檢測端：HOOKSTATE,電路圖中簡寫為HKS.摘掛機控制信號輸出端：HFO

(HFO意為HANDFREEOUT)掛機狀態(tài)HANDFREE叉簧滑板來電顯示電話機喇叭和喇叭壓圈叉簧滑板手柄四芯曲線免提微音器盒底主電路板LCD模組鍵盤板機殼灰色排線整機分解叉簧壓板導電橡膠喇叭布按鍵受話器下墊受話器受話器上墊手柄蓋配重塊配重塊螺釘ST2.6*6帶墊四芯插座微音器微音器套手柄座合蓋螺釘ST2.6*8+_電路板組件的連接（板子之間方向注意不要連反）喇叭

LCD模組鍵盤板主電路板在此喇叭暫不連CPU邦定板交換機送出的信號（1）撥號通知音：450Hz連續(xù)的長音。信號幅度：300~500mVrms（2）忙音：450Hz的間斷音，0.3秒送，0.3秒斷。信號幅度300~500mVrms。（3）振鈴信號：75V，25Hz正弦交流，疊加在直流48V上。（4）主叫顯示信號：FSK或DTMF。電話機送出的信號

（1）撥號時送出的信號-----雙音多頻信號DTMF（DualToneMultiFrequency）（2）摘、掛機判據(jù)：

●電話線中直流電流達到3.5mAdc以上可判斷為摘機(正常摘機工作電流約為30mA左右)；

●線路中直流電流降到3mAdc以下判斷為掛機。雙音多頻信號(DTMF)的頻率組合

高頻群頻率(Hz)低頻群頻率(Hz)1209133614771633697123770456852789941*0#

雙音多頻信號電平：高頻群：-7±3dBm低頻群：-9±3dBm當量與電壓的關系(以-7dBm為例)：-7dBm=20lg(Ux/0.775V)Ux=346mVrms主叫號碼顯示協(xié)議中用到DTMF的A和C，A為頭標C為尾標，中間為號碼。例A63655906C。

§1電話機工作環(huán)境48V電源鈴流電路信號設備話音交換網(wǎng)絡控制電路用戶電路以恒流方式給話機供電，饋電電流約25~35mA。鈴繼電流器線路阻抗交換機用戶電路

雙音多頻信號電平：高頻群：-7±3dBm低頻群：-9±3dBm當量與電壓的關系(以-7dBm為例)：-7dBm=20lg(Ux/0.775V)Ux=346mVrms主叫號碼顯示協(xié)議中用到DTMF的A和C，A為頭標C為尾標，中間為號碼。例A63655906C。

電話線(通信電纜)的結構和電路模型：

電話線電纜是0.5mm單股銅芯聚氯乙烯絕緣雙絞線。每公里的電路模型如下圖所示。

每公里環(huán)路電阻近似200。國標規(guī)定線路長度在0~5公里范圍內。5公里環(huán)路電阻1k。0.047FG

47-F47-F

47-F

47-F§1.1用戶電路的四個基本功能摘掛機檢測,把檢測結果通知給控制電路。模/數(shù)轉換，數(shù)/模轉換恒流供電(恒流源的交流阻抗)充當電話機發(fā)送放大器的直流負載電阻。恒流源特性曲線紅線：輸出電流與環(huán)路電阻（負載電阻）的關系藍線：恒流源上的電壓降隨負載電阻的變化關系I/

URL30mA§1.2手柄摘機時的供電和等效直流電阻48Vdc穩(wěn)壓源用戶電路以恒流方式給話機供電，饋電電流約為25~35mA。(國標規(guī)定在18mA~80mA之間)。國標要求手柄摘機下話機等效直流電阻≤300

交換機30mATR線路阻抗30mA250

2Q5簡單的恒流源電路

100K

RL恒流條件：恒流源上的電壓降應大于等于2V。IL=(1.3-0.7)÷20=30mA,UL=IL×RL

20

48Vdc

1.3V1530

0.6V

IL=30mA

UL判斷舊電池是否可用

電流表300mA?1000

穩(wěn)壓源與恒流源特性比較穩(wěn)壓源：1.穩(wěn)壓源輸出端電壓恒定，輸出電流隨負載的變化而變化。2.穩(wěn)壓源的交流阻抗趨于0。恒流源：

1.恒流源輸出電流恒定，輸出端電壓隨負載的變化而變化。2.恒流源的交流阻抗趨于無窮大。采用恒流源供電的原因：1、恒流源對外呈現(xiàn)的阻抗很大；2、適應線路長短的變化?！?.2免提摘機時的供電和等效直流電阻48Vdc電源用戶電路以恒流方式給話機供電，饋電電流約為25~35mA。(國標規(guī)定在18mA~80mA之間)。國標要求手柄摘機下話機等效直流電阻≤300

交換機30mATR線路阻抗30mA250

2Q56V§1.3電話機掛機時線路電流----掛機漏電流48V電源話機掛機后需50~100uA供CPU使用。國標要求話機掛機后線路漏電流≤25uA交換機用戶電路中恒流源電路TR線路阻抗100

A§1.4數(shù)字程控交換方式下通話原理示意圖數(shù)字交換網(wǎng)絡A/D平衡網(wǎng)絡D/A2/4線轉換2/4線轉換D/AA/D平衡網(wǎng)絡2222G2G1§1.5對傳輸和交換網(wǎng)絡的說明

圖1.4交換與傳輸網(wǎng)絡示意圖中繼線用戶線中繼線市話匯接局市話匯接局DC2長途局DC1長途局DC1長途局DC2長途局端局交換機端局交換機關口局PSTN以外的其他網(wǎng)絡長途局（6）常見通知音信號波形撥號音忙音崔掛音注：1、忙音是0.3秒送、0.3秒停的斷續(xù)音；

2、崔掛音之后交換機將停止給話機供電；3、信號幅度約為300~500mVrms。-7dBm話音頻帶：300Hz到3400Hz約20秒450Hz約20秒450Hz約30秒950Hz交換機

電話機直流供電電流的路徑：交換機端48V直流穩(wěn)壓源經(jīng)恒流源電路通過電話線向電話機供電，恒流值約30mA左右。在話機內部主電流路徑如下：T端或R端流進

極性保護橋路

2Q5

3Q2

3R8

[3R16(1N4004)+LED1//LED2](此處抵達“三橫線”地，即VSS)—

4ZD1//(4Q3+4Q2)—

抵達“三撇”地

極性保護橋路

R端或T端流出。開關2交換機送到電話線上的振鈴信號t電話線上的振鈴電壓75V,25Hz1秒送，4秒斷-----48V直流106VDTMF雙音多頻信號(平均幅度大約為-8dBm)§3電話機通話電路§3.1最簡單的通話電路

此通話電路存在的問題：自己講話產(chǎn)生的話音電壓毫不衰減的送回到了受話電路，這樣在耳機里會聽到很大自己的聲音(即側音很大)，致使打電話者非常難受，會不由自主地減小說話的聲音，從而造成對方聽到聲音很小。

送話器受話器TIP線RING線TIP線RING線48V線路阻抗線路阻抗線路阻抗線路阻抗47F47F30mA30mA早期的供電電路

TIP線RING線TIP線RING線48V線路阻抗線路阻抗線路阻抗線路阻抗47F47F30mA30mA§3.2具有消側音電路的通話電路(惠斯登)

話機(2)Z4Z3Z21006800.1等效平衡網(wǎng)絡abcd話機(1)接受放大器線路阻抗線路阻抗a、b：送話器(或送話放大器)輸出端c、d：受話器(或受話放大器)輸入端TIP線RING線Z1§3.3對外線阻抗Z1的說明

Z1包括線路阻抗和對端話機阻抗之和。0.5mm雙絞銅線每公里阻抗用下圖網(wǎng)絡(a)等效，對方話機阻抗用下圖網(wǎng)絡(b)等效。(F±1%)

1006800.1(a)(b)0.047FG

47F

47F

47F

47F圖1.3阻抗Z1的組成§3.4

消側音方程式

側音：講話者自己聽到自己的聲音叫側音。

根據(jù)惠斯頓電橋平衡原理，在送話時要使受話器里聽不到自己的聲音，必須滿足下列方程：

換句話說，只要滿足上式，那么在送話時c、d兩點的電位相等，因此沒有信號進入受話放大器。要特別說明一點，由于聲音是從20Hz~20kHz,要在這么寬的頻帶內(加上線路)始終保持cd兩點電位相等是做不到的，實際上沒有必要做到所有頻率點上側音都為零，也不允許做到側音為零。

由消側音方程式我們自然就想到，在給定Z1的前提下，電路設計的任務就是合理而粗略地安排Z2、Z3和Z4，然后在調試過程中進一步確定它們。普通電話電路中最難設計和不好理解的就是通話電路，其難點就是如何消側音。其次是電源電路，由于電話線的供電電流很有限(雖然國標規(guī)定在18mA~80mA之間，但一般都在25~35mA)，且話機掛機后要求漏電流小于等于25A，而話機掛機后還要執(zhí)行一些工作任務，因此，電源電路是另一個難點。其余電路(整流橋路、撥號、振鈴和來電顯示電路)都很簡單，是簡單地疊加。下面分別加以介紹?！?實際2/4線轉換及消側音電路§4.12/4線轉換電路及消側音原理之一1006800.11006800.1IT1IT2IRTR原理：送話時IT1與IT2在變壓器中產(chǎn)生的磁場抵消，但受話時電流IR能在R器中產(chǎn)生話音電流。話機外線dbca§4.22/4線轉換電路及消側音原理之二

9k1

5k1

18

560

3C3

100

6800.1

3R8

3R11

3R10

3R9

103J

2Q5

3Q2

+

-

3C5

+

-1F外線話機abcd送話時紅信號與綠信號疊加=0§5主板上14芯排線端子的定義及MCU端子定義：端子號字符對應MCU端子字符及其定義

1R/CRDET振鈴信號檢測2C/MCIDON/MUSIC音樂保持輸出3XSET選項開關，內部上拉4SPILDET線路監(jiān)視，用于防盜打

5TONEMCU的DTMF信號輸出端6VDDMCU的電源正端7BATBDET電池電壓檢測端(未啟用)8TIP來電顯示信號輸入端9RING來電顯示信號輸入端10GNDMCU的電源地端主板上14芯排線端子的定義及MCU端子定義(續(xù))：端子號字符對應MCU端子及其定義

11MUTMUTE靜噪輸出端，低有效12HKS摘掛機檢測：H：掛機；L：摘機13HFO摘掛機控制輸出端14LED連到鍵盤指示燈正端，不與MCU連15R2排線未連接(無定義)16R3排線未連接(無定義)XIN晶體振蕩器輸入端XOUT晶體振蕩器輸出端PLCC鎖相環(huán)電容SEG液晶顯示器“段”驅動信號COM液晶顯示器“組”驅動信號鍵盤上18芯排線端子的定義及MCU端子定義：端子號字符對應MCU端子及其定義R1~R4鍵盤的行線，MCU復位后為3.3VC1~C8鍵盤的行線，MCU復位后為1.8V某鍵按下時所在行列均變?yōu)?.2V，從而被MCU識別。1GND2LED指示燈正端,不與MCU連3C24R45R36R27C58C2XSET功能選項表：接二極管R2R3C7XSET防盜ONDTMF撥號用固化號碼鍵盤上18芯排線端子的定義及MCU端子定義：端子號字符對應MCU端子及其定義9R110C311C112C413C514C615C116C817R218R4CPU邦定板邦定工藝介紹(Bonding超聲波壓焊工藝)COB(芯片在板上，即板上黑包)絕大多數(shù)IC封裝DIP(雙列直插塑封)的內部連接是用SDIP(窄型雙列直插塑封)邦定工藝實現(xiàn)的QFP(四邊引腳扁平塑封)BGA(球柵陣列)等

COB封裝密封膠鋁線PCB板環(huán)氧膠芯片

邦定是內部芯片與外部封裝引腳之間電氣連接的加工工藝名稱，它只是連接方式而不代表具體封裝。SOT23封裝封裝舉例DIP封裝SOP封裝TSOP封裝QFP封裝TO220封裝TO92封裝PLCC封裝BGA封裝PGA封裝SOT25封裝CPU與LCD的連接方式之一CPU比如89C51LCD玻璃片串行或并行數(shù)據(jù)液晶顯示器模塊(LCDM)是以串行方式還是以并行方式傳送數(shù)據(jù)取決于LCMLCD控制器LCD驅動器CPU與LCD的連接方式之二帶LCD驅動端口的CPU比如MSP430,EM78806HC2019等LCD驅動器LCD玻璃片SEGCOMn§6電話機電原理框圖(鏈接)電路圖中使用的符號說明1、TIP和RING分別是交換機用戶電路上用戶接口的正端和負端。2、V+是話機電路中整流橋路輸出的正端。3、GND是話機電路中整流橋路輸出的負端，手柄摘機狀態(tài)下GND與VSS被叉簧開關(HK2)連在一起。4、VDD：供給MCU電源的正端。5、VSS：供給MCU電源的負端，同時也是接收電路和微音器電路的地端。6、VR+：接收電路電原正端。7、VHF+：免提功放電路電原正端?！?電話機電路各功能塊原理圖§7.1整流橋路及MCU電源電路§7.1.1為什么要整流電路交換機送給話機的是直流(饋電)，為什么還要整流呢？由兩方面原因：（1）話機在接入電話線時兩根線是隨意的，但話機電路的電子器件必須要有正確極性的電源才能工作，因此需要極性保護電路(即整流橋路)。（2）交換機的饋電在摘機和掛機兩種狀態(tài)下的電壓極性通常是相反的(作為計費信號的標志)，因此話機也需要極性保護電路。§7.1.2實習話機的整流橋路及CPU電源電路TIPRING

220K

2R9

5M6

2R8

5M6

2R241M

2R7150k

2R6

150

2R10

2D6

1N60VDD

100K

2R23

2D81N4004

2Q3

2Q2

2Q1從圖中看出，這是一個串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。VDD是電源輸出端，提供4V左右的穩(wěn)壓給MCU(微控制器)。MCU在掛機下耗電約50A，來電接受時需2~3mA。摘機后耗電約3mA。2D8和2R23在摘機下給穩(wěn)壓電路提供偏流，此時由2R8來的不夠用。V+2D12D22D32D4§7.2發(fā)送電路原理要發(fā)送的信號包括：話音信號和DTMF信號。§7.2.1在分析送受話電路前先強調三點：a、在看話機電源里圖時，一定要理解二極管在導通狀態(tài)下的交流阻抗趨近于零；b、飽和導通條件下的三極管ec極之間的交流阻抗趨近于0；c、由于話機是恒流饋電，根據(jù)恒流源端電壓由負載決定的原理，去理解摘機時話機線端電壓是10V左右(話機摘機直流阻抗250~350

)，掛機后接近48V(話機掛機后直流阻抗≥480k

)。下面就a和b兩點作一簡述：a、二極管導通狀態(tài)下某點的交流阻抗根據(jù)交流阻抗的定義：

r=

⊿

≈2mA。由圖可見，在導通條件下，⊿V≈0，故動態(tài)電阻(即交流阻抗)≈0。30mA電流mA電壓(V)⊿

⊿V⊿V⊿

圖6.1.2a二極管的正向伏安特性b、三極管飽和導通狀態(tài)下ec間的交流阻抗≈0。根據(jù)交流阻抗的定義：

r=

由圖可見，在導通條件下，⊿V≈0，故動態(tài)電阻(即交流阻抗)≈0。30mA

c電流(mA)VCE電壓(V)⊿

⊿V⊿V⊿

b一定

b一定圖6.1.2b三極管的輸出特性曲線二極管在截止和導通狀態(tài)下的信號傳輸＜0.5V1、不導通時不能傳輸小信號輸入信號輸出信號=0＜0.5V2、導通時能夠傳輸小信號輸入信號輸出信號

2KVDD(5V)

2KVSS§7.2.2發(fā)送電路原理TIPRING

100k

2R12

0

2R11

2R13

2Q52Q6

4k7

2R12

HFO

3R4

100k

270k

2R153R1

3R2

3R3

3C1

10F

5k6

150k

56k10k

3R8

18470

3R5

3R7

753Q13Q23R16LED2

LED13C91000F4C11000F4Z15V6HK-2

12k

3R22

2R15

2C9

102J270kMICTONE

4C11

103JVR+VssGNDV+(VHF+)2D12D22D32D4456§7.5.1兩種電聲器件內部結構和工作原理（1）動圈式受話器ut（2）駐極體微音器VddVSSRDuo振膜磁鐵鋁外殼駐極薄膜IDVGS0.2mA金屬圈原理:eq/de紙圈場效應管加電壓時的極性確定---按箭頭相反的方向加電壓絕緣柵增強型N溝道絕緣柵增強型P溝道GVddVssGVddVssRdRd電荷泵電荷泵Vdd由Vdd供電的負載

在通話電路中受話電路好理解，送話電路相對較難理解(看不出電源在哪)。下面畫一簡圖說明送話原理。

送話放大器實際由交換機的恒流源直接供電，在恒流原供電方式下，三極管的輸出特性曲線將變的非常密集，這時MIC若有話音輸入，則將引起極射電壓(Vce)的顯著變化,這個變化的電壓在恒流原端被取出并傳輸?shù)浇勇牭膶Ψ健?/p>

47F30mAVout

3R4

10k48VVce3Q2MIC

30mA

3R448V3Q2MIC

3R8

2/4線轉換電路(600)A/D輸入話音存儲器輸出話音存儲器DxDr

10kD/A§7.3耳機接收電路原理

100k

2R12

0

2R11

2R13

2Q52Q6

4k7

2R12

HFO

3R13

2R153R1

3C5

1F3k33Q33R16LED2

LED13C91000F4C11000F4Z15V6VR+VssGNDV+

270k

100k3R13R1

5k6

5k6

5k6VR+

4R31k54C31043C6104去免提功放3C3103JHK-2R120

(VHF+)456§7.4帶自舉的推挽功放電路(免提功放)4Q1VssGND

4R5

6804C81034Q24Q3

4C10100F

4C7

102J4C6

10F100

4R4270k

4R6

0

4R7

2C9

0

4R31k54C3104來自耳機接收電路4C9103MN說明：1、M點相對GND的電位是：(Vss-VGND)/2。2、4C6上的電壓約為(Vss-VGND)/2。3、4C6和4R4是實現(xiàn)自舉的元件，作用是在M點電位升高時自動提高N點的電位(即所謂自舉)，從而給4Q3提供附加偏流，最終目的是保證M點正向振幅與負向振幅基本對稱。(VHF+)4D24D3Y§7.5微音器電路3C10

10FHK24563C11203

3C1347F4C44034C11103J3C12123J

3R20

1k53D4VssGND3k3

4R912K

3R224k7

3R21-++-M1M2去發(fā)送放大器VR+MUTE4和5接為手柄狀態(tài)；4和6接為免提狀態(tài)?！?.6摘掛機識別電路

HKSMCUHK-11232C13103Vss

3R2

0

470k

4R12C7470FVDD叉簧開關狀態(tài)：手柄摘機1和2接；掛機后1和3接。415263叉簧焊點面§7.7振鈴電路和防雷擊電路

4C103.3F

4C103.3F2L1

1R21ZD11C3

10F22k2k7

1R1

C

D

TR1

2411振鈴芯片8

52

4367

1R45M1

R1180k

R2C1223JC2682J

1C60.33F

Y8

C

D33kZNR12C110313～15Vac538Hz/653Hz

30V3.3uF/250V§7.7.1了解振鈴電路的輸入輸出信號振鈴時交換機送到話機TIP和RING端70V，25Hz鈴流，經(jīng)整流穩(wěn)壓后在C、D兩端得到27V的直流電源供振鈴芯片2411，2411實際是一個振鈴信號發(fā)生器，它產(chǎn)生兩個頻率的音信號：

fH1=1/(1.518×R2×C2)(Hz)

fH2=1.214×fH1

(Hz)

2411的第8腳輸出的信號幅度約為5Vrms。輸出阻抗約1k。另外，上面的兩個信號不是同時輸出的，而是按下面的周期(或頻率)fL交替的輸出：fL=1/(1.359×R1×C1)(Hz)。計算一下：

fH1=1/(1.518×R2×C2)=1/(1.518×0.18M

×0.0068F)