Автоматические телефонные станции
Автоматические телефонные станции
Чем отличается автоматическая телефонная станция (сокращенно АТС) от ручной телефонной станции? На АТС. телефонистку заменяют электромеханические приборы — реле и искатели. Вся работа по соединению абонентов осуществляется искателями, движением которых управляют реле.
Каждое реле состоит из катушки, якоря и контактных пружин. Обмотка катушки реле сделана из большого числа витков тонкого изолированного медного провода. Катушка надета на стальной стержень, называемый сердечником. Якорь — небольшая стальная пластинка.
Когда тока в обмотке катушки нет, якорь не притягивается сердечником. Но при включении тока сердечник намагничивается и притягивает к себе якорь, который при этом замыкает контактные пружины — упругие металлические пластинки, на концах которых приклепаны контакты, сделанные обычно из серебра. При замыкании и размыкании контактов включаются или выключаются электрические цепи. Таким образом, реле с контактами играет роль выключателя. Разница между комнатным электрическим выключателем и реле состоит в том, что выключатель надо приводить в действие рукой, а реле автоматически замыкает или размыкает электрическую цепь при пропускании тока через его обмотку.
Телефонные реле устанавливаются не только на автоматических, но и на ручных телефонных станциях. На ручных станциях они включают или выключают сигнальные лампочки в коммутаторе.
Как же абонент даст знать на автоматическую станцию о том, что ему требуется соединение с другим абонентом? Так как искатель не может реагировать на голос абонента, как это делает телефонистка, то каждому телефонному аппарату (системы ЦБ), включенному в АТС, придается дополнительное устройство в виде номеронабирателя.
Внешний вид номеронабирателя знаком многим из вас. Это — диск с десятью круглыми отверстиями, в которые вставляется палец при наборе нужного номера телефона. Против каждого отверстия выгравирована буква. Буквы идут по алфавиту, начиная с буквы «А» и кончая буквой «Л». Пропущена лишь буква «3». Это сделали для того, чтобы не вызвать ошибки при наборе номера, так как буква «3» очень похожа на цифру «три».
Через отверстия диска отчетливо видны цифры, нанесенные на неподвижной части номеронабирателя. Последняя, десятая, цифра — это «0» (ноль). Около этой цифры расположен небольшой металлический упор, в который упирается палец при наборе номера телефона.
Но зачем нужны, кроме цифр, еще и буквы? Дело в том, что в зависимости от емкости городской телефонной сети номер телефона может содержать от трех до шести цифр. Номер телефона из шести цифр запомнить довольно трудно. В этом случае вместо первой цифры номера применяется буква. Каждая буква обозначает район города или районную автоматическую телефонную станцию.
Итак, вы набираете нужный вам номер. Но вращение диска номеронабирателя на приборы АТС никакого действия еще не оказывает. Вы только заводите спиральную пружину, помещенную внутри номеронабирателя. Но вот палец коснулся упора, и вы отпускаете диск. Под действием пружины диск возвращается назад. Обратное движение диска происходит строго равномерно, с заранее отрегулированной скоростью.
При обратном ходе диска номеронабирателя посредством особых контактов в линию автоматически посылается прерывистый ток, состоящий из отдельных посылок — импульсов. Каждый импульс — это одно включение и следующий за ним обрыв тока.
Цифрам на доске соответствует определенное число импульсов. При наборе, например, цифры «1» посылается один импульс, при наборе цифры «2» — два импульса и так далее. Ноль (0) соответствует посылке десяти импульсов тока в линию.
При наборе шестизначного номера с телефонного аппарата посылается на станцию шесть серий импульсов.
Импульсы электрического тока, создаваемые в абонентской линии при наборе номера, воспринимаются на станции импульсным реле, которое управляет движением искателей.
Вторым основным прибором на АТС является искатель. Это — более сложный по сравнению с реле прибор. Для пояснения принципа его устройства заметим пока, что в корпусе искателя имеется набор металлических контактных пластин, изолированных друг от друга и от самого корпуса. Такие пластины располагаются по дуге окружности. К этим пластинам припаиваются концы проводников, идущих к тем абонентским линиям, среди которых искатель должен отыскивать нужную линию вызываемого абонента. Затем в искателе имеется щетка, сделанная из тонкого листового пружинящего металла (например, латуни). Щетка укреплена на оси искателя, причем изолирована от этой оси. При вращении оси искателя конец щетки скользит по указанным неподвижным контактам. Наконец, в искателе имеется движущий механизм, состоящий из электромагнита с якорем, и собачка храпового колеса, насаженного на ось искателя.
Чтобы понять сущность работы искателей от импульсов тока, рассмотрим упрощенную схему автоматической телефонной станции, в которую включено только четыре абонентских аппарата (на рис. 20 показано всего два из них).
Рис. 20 Упрощенная схема автоматической телефонной станции на четыре номера.
На такой станции линия каждого аппарата должна быть соединена с отдельным искателем. Эту линию связи для простоты возьмем однопроводную, вторым проводом будет земля. В каждом искателе, как мы говорили раньше, имеются: контактное поле из четырех контактов; затем щетка Щ, укрепленная на храповом колесе ХК, причем щетка вращается вместе с колесом на одной оси, и, наконец, соединенный с электрической батареей Б электромагнит ЭМ, являющийся движущим механизмом.
Контакты всех искателей соединяются между собой многократно (запараллеливаются) для того, чтобы при помощи любого искателя можно было получить соединение с каждым из четырех абонентов. Аппарат каждого абонента снабжается дополнительно ключом К; при нажатии на этот ключ линия абонента выключается.
Мы уже знаем, что когда микротелефон аппарата системы ЦБ находится в положении покоя, то линия абонента разомкнута конденсатором. При снятии же микротелефона линия абонента замыкается через контакт рычага и спокойный контакт ключа К и ток от станционной батареи Б будет проходить через обмотку электромагнита ЭМ. Тогда якорь Я этого электромагнита притягивается, растягивает пружину П якоря и переводит имеющуюся на его конце собачку к следующему зубцу колеса ХК, но пока не приводит этого колеса в движение.
Теперь допустим, что вы — абонент аппарата № 1 — желаете получить соединение с аппаратом № 4. Вы нажимаете ключ К, цепь тока обрывается, электромагнит размагничивается, и пружина возвращает якорь в положение покоя. При этом собачка повернет храповое колесо на один зубец. Вместе с этим колесом повернется и щетка, которая остановится на первом контакте. Снова надо три раза подряд нажать ключ, в результате чего щетка перейдет на четвертый контакт и аппарат № 1 будет соединен с аппаратом № 4. Теперь остается послать абоненту № 4 вызов при помощи электрического звонка, и вы можете с ним разговаривать. Окончив разговор, надо установить щетку искателя в первоначальное положение (слева от первого контакта) и этим подготовить искатель к новому вызову. Таким образом, при каждой посылке в линию импульса тока искатель поворачивается на один зубец, или, как говорят, делает один шаг; отсюда и название шагового искателя.
Конечно, автоматическая телефонная станция на несколько сотен или тысяч номеров устроена значительно сложнее, чем рассмотренная нами миниатюрная станция на четыре номера, но принцип работы искателей у нее тот же.
На АТС шаговой системы применяется так называемый подъемно-вращательный искатель емкостью на сто телефонных линий. На оси такого искателя укреплены три контактные щетки. Они могут не только вращаться на оси искателя, но и подниматься и опускаться по ней. Подъем и поворот щеток искателя производится двумя электромагнитами. Один служит для подъема щеток, другой — для их вращения. В искателе имеется три группы контактов по десяти рядов в каждой. Три группы контактов нужны для трех проводов: каждый абонентский аппарат, как мы знаем, соединяется со станцией двумя проводами, а при помощи третьего провода определяется (делается проба), свободна ли в данный момент линия вызываемого абонента или занята. Каждый ряд в свою очередь состоит из десяти контактов, расположенных по окружности. Таким образом, один такой искатель обслуживает целых сто трехпроводных телефонных линий.
При поступлении импульсов тока в обмотку подъемного электромагнита он шаг за шагом поднимает щетки искателя вверх. Но вот найден нужный ряд, щетки останавливаются, и тогда начинает работать второй электромагнит — вращающий. Он передвигает контактные щетки шаг за шагом вправо. Шаг, другой, третий… — и, наконец, щетки касаются контакта, к которому присоединена нужная телефонная линия. Электромагнит выключается, и щетки тотчас останавливаются.
От каждого аппарата на телефонную станцию протянуто, как было сказано, два воздушных провода или две тонкие изолированные друг от друга жилы кабеля. Пока с рычага аппарата не снята трубка, в линии связи тока нет.
Что же происходит на шаговой АТС, когда вы снимете трубку с рычага аппарата?
Когда трубка снимается с рычага, в корпусе телефонного аппарата плотно прижимаются друг к другу две маленькие металлические пластинки с контактами, замыкающими электрическую цепь. Через аппарат начинает проходить ток с телефонной станции. Сигнал вызова с аппарата абонента, снявшего трубку, поступает в телефонное реле, которым заканчивается линия каждого телефонного аппарата. Оно называется линейным. Это реле пускает в ход так называемый предыскатель, имеющий в своем контактном поле только 10 контактов. Конец щетки предыскателя быстро пробегает по контактам, к которым присоединены линии искателей. На автоматической телефонной станции смонтированы тысячи искателей, осуществляющих соединение аппаратов друг с другом. В тот момент, когда вы сняли с рычага аппарата трубку, некоторые из этих искателей оказываются уже занятыми. Другие же искатели свободны. Нужно быстро разыскать один из свободных искателей и с ним соединиться.
Передвижение щеток предыскателя происходит очень быстро. «Шаг» с одного контакта на соседний длится примерно две сотые секунды. За это время предыскатель успевает «почувствовать», свободен или занят искатель, соединенный с данным контактом. Если он занят, то щетки предыскателя тотчас же переходят на следующий контакт, а если свободен, то останавливаются на нем.
Почти не бывает таких случаев, когда одновременно заняты все искатели станции. Практически самое большое количество разговоров, происходящих одновременно, около десяти на каждые сто абонентов.
Когда щетки предыскателя находят первый незанятый искатель, тотчас же срабатывает еще одно телефонное реле, называемое разделительным. Разделительное реле немедленно останавливает предыскатель, и его щетки останавливаются на контакте, соединенном со свободным искателем. При этом сразу же срабатывает и ряд других телефонных реле.
Одно из этих реле посылает в трубку вызывающего абонента сигнал о готовности обслужить вызов. В трубке раздается непрерывный гудок. Теперь вы можете набирать номер.
Скажем, вы набираете номер телефона В1-38-77[2]. При наборе буквы «В» в линию посылается серия, состоящая из трех импульсов, так как буква «В» соответствует цифре «3». Дальше снова заводится и отпускается диск, в линию посылается вторая серия, состоящая в данном случае из одного импульса. Затем идут серии по три импульса, по восьми и, наконец, две серии по семи импульсов.
При наборе первой серии импульсов вступает в действие подъемный электромагнит искателя, поднимающий щетки вверх до третьего ряда контактов. После этого он автоматически отключается.
Затем автоматически включается вращающий электромагнит искателя, поворачивающий поднятые щетки вправо до тех пор, пока они не остановятся на одном из свободных контактов. К этим контактам присоединены другие искатели, находящиеся на АТС района В.
Вторая серия, состоящая в нашем случае из одного импульса, заставляет работать один из свободных искателей, и в результате телефон оказывается соединенным с районной АТС В-1.
Следующие две серии импульсов от номеронабирателя заставляют работать подъемно-вращательные искатели, установленные на АТС В-1. Эти искатели находят группу абонентов, к которой относится нужный номер телефона. В данном случае сначала отыскивается третья тысяча, а затем восьмая сотня. И, наконец, последний искатель — линейный — соединяет ваш телефонный аппарат с тем аппаратом, который вам нужен.
Искатели, отыскивающие требуемую районную АТС, соответствующую тысячную группу абонентов, соответствующую сотню абонентов, а также линейные искатели, отыскивающие нужную телефонную линию вызываемого абонента, устроены совершенно одинаково. И работают они все удивительно быстро. Щетки искателя менее чем за полсекунды обходят все десять контактов.
Что же происходит дальше? Линия вызываемого абонента может оказаться свободной или занятой. Пробу линии на занятость производит специальное реле. Оно так и называется: пробное реле.
Если вызываемый абонент уже с кем-то разговаривает, то после набора номера пробное реле включает прибор, который посылает в линию частые прерывистые гудки, означающие, что линия вызываемого абонента занята. Услышав их, надо положить трубку на рычаг аппарата, а не ждать, когда линия освободится. Если даже она освободится, все равно соединения не получится.
Если же линия вызываемого абонента свободна, пробное реле немедленно включает сигнал вызова. Одновременно этот же сигнал посылается и вызывающему абоненту. Он слышит в своей трубке продолжительные редкие гудки, означающие, что вызываемый телефон свободен.
Вызываемый абонент, услышав звонок, снимает со своего аппарата трубку и приступает к разговору. И сразу же, как только этот абонент снимет трубку, срабатывает так называемое ответное реле. Гудки прекращаются, а линии аппаратов обоих абонентов будут соединены друг с другом, и они могут разговаривать.
Наконец, абоненты закончили свой разговор и повесили трубки. Реле тотчас же выключаются, а щетки искателей, которые участвовали в соединении абонентов, автоматически возвращаются в первоначальное, исходное положение.
Кроме шаговой АТС, существуют АТС и других систем. У нас работает много так называемых АТС с машинным приводом. Машинная АТС имеет ряд значительных особенностей по сравнению с шаговой АТС. Например, на машинной АТС применяется искатель емкостью в 500 линий. Щетка такого искателя в отличие от шагового искателя может двигаться только в горизонтальной плоскости по двум направлениям: по окружности искателя (круговое движение) и по радиальному направлению. Номер телефона, набранный абонентом по десятичной системе, очень сложный и «умный» прибор — регистр пересчитывает по той системе, по которой ведется счет контактов. Для приведения в действие искателей применяются специальные электродвигатели (машинный привод).
У нас имеются учреждения и предприятия, назначение которых — обслуживание населения в особо срочном порядке. Чтобы позвонить туда, нужно быстро и безошибочно набрать двузначный номер. Набор шестизначного номера длился бы, конечно, дольше, чем двузначного. Кроме того, в спешке, волнуясь, легко перепутать номер телефона, состоящий из шести знаков.
Предположим, что у вас в кухне испортился кран газовой плиты. Помещение быстро наполняется газом, опасным для здоровья и жизни. Открыв в кухне настежь окна, вы подходите к телефонному аппарату и набираете двузначный номер телефона «04». Через короткое время к вам на помощь приедут работники аварийной службы и устранят повреждение.
По телефону с двузначным номером «05» вы можете вызвать бюро обслуживания, по телефону «09» — справочное бюро, по «01» — пожарную охрану, по «03» — скорую медицинскую помощь.
Исправность аппаратуры и телефонных линий для этих вызовов находится под особо тщательным контролем. Соединения с учреждениями срочного обслуживания производятся в несколько раз быстрее, чем с обычными абонентами. На станциях ручного обслуживания телефонистка соединяет с каждым из этих учреждений, не спрашивая их номера.
А как работают телефоны-автоматы общего пользования? Прежде чем пользоваться телефоном-автоматом, в его копилку надо опустить пятнадцатикопеечную монету, а затем снять трубку с рычага. От тяжести монеты замыкаются электрические контакты внутри автомата, и аппарат включается в линию. В этот момент в трубке слышится продолжительный гудок; это — сигнал о том, что вы можете набирать номер. Если разговор не состоится, аппарат возвратит монету обратно.
В больших городах по телефону вы можете проверить время. Сняв трубку с рычага телефонного аппарата, вы набираете номер говорящих часов. В трубке слышится отчетливо произнесенная фраза, например: «десять часов двадцать семь минут». Если через две минуты снова набрать номер говорящих часов, то со станции ответят: «десять часов двадцать девять минут». Сколько бы раз вы ни вызывали говорящие часы, они неизменно дадут вам точный ответ. Кто же отвечает вам по телефону?
На автоматической телефонной станции установлен аппарат, главной частью которого служит небольшой металлический барабан; на его поверхности укреплена кинопленка. На пленке записан звук человеческого голоса. На одной части барабана помещена кинопленка с записью часов: один час, два часа, и так до двадцати трех часов включительно. На другой части барабана — кинопленка с записью минут: одна минута, две минуты, и так до пятидесяти девяти минут. Эти записи читают два одинаково устроенных прибора, которые называются оптическими звукоснимателями. Один прибор читает часы, другой — минуты.
Запись звука на кинопленку делается с помощью электрической лампы, световые лучи которой отражаются от полуцилиндрического зеркальца, образуя пишущий световой штрих («зайчик»). Этот световой «зайчик», попадая на движущуюся кинопленку, оставляет на ней след — «дорожку». Зеркальце, создающее «зайчик», связано с мембраной микрофона. Когда перед микрофоном говорят, то колебания микрофона передаются зеркальцу, в результате этого яркость «зайчика» изменяется. Поэтому изменяется и ширина «дорожки», которую делает «зайчик» на кинопленке. Таким образом, на кинопленке получается запись звуков, произнесенных перед микрофоном.
Записанные на кинопленку звуки (слова) читают с помощью оптического звукоснимателя. Для этого направляют световой «зайчик» на «дорожку» заготовленной кинопленки. В зависимости от ширины дорожки от нее отражается больше или меньше света. Отражаемый от кинопленки свет «зайчика» попадает в установленный поблизости от барабана прибор, называемый фотоэлементом.
Фотоэлемент превращает световые лучи в электрические токи различной величины. Величина токов в фотоэлементе меняется в зависимости от количества света, отражаемого от кинопленки и попадающего в фотоэлемент. Вот эти-то токи, пройдя через усилитель и линию связи, попадают в нашу телефонную трубку, где они превращаются в звуки.
На исходе каждой минуты звукосниматель передвигается вдоль барабана на следующую звуковую дорожку. После того как он пройдет пятьдесят девять дорожек, снова возвращается на дорожку с записью «0» минут. И в это же время звукосниматель, читающий часы, перемещается на соседнюю звуковую дорожку. Все движения звукоснимателей и барабана производятся автоматически, в строгой зависимости от точных, выверенных часов.
Телефонные реле, искатели и другие приборы, применяемые на телефонных станциях, широко используются также на заводах, электростанциях и других предприятиях для автоматизации отдельных этапов производственных процессов.