СОВРЕМЕННЫЕ ВЫЗЫВНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ТЕЛЕФОННЫХ АППАРАТОВ
А. ГРИШИН, г. Москва
Вызывные устройства для телефонных аппаратов, выполненные на основе современных микросхем, при небольших габаритах обеспечивают громкое и мелодичное звучание. В статье приведены результаты экспериментов с этими микросхемами и рекомендации по их применению.
Предлагаемые вызывные устройства (ВУ) можно применить для замены электромеханических звонков в традиционных телефонных аппаратах (ТА), в электронных ТА первых выпусков, в которых простейшее ВУ, собранное на одном транзисторе и пьезоизлучателе, не обеспечивало необходимого запаса по громкости вызывного сигнала. На основе рассматриваемых микросхем могут быть собраны и другие устройства звуковой сигнализации, например, квартирные звонки.
В статье автор использовал полученные им экспериментальные результаты, что и обусловило некоторые расхождения с приводимыми в справочниках сведениями.
Большинство микросхем ВУ выпускаются в пластмассовом DIP корпусе с восемью выводами и имеют сходные принципы построения. Микросхемы ВУ разделяются на две группы: со встроенной цепью питания и требующие внешних (навесных) элементов цепи питания. К первой группе относятся PSB6520, PSB6521 фирмы SIEMENS, ее отечественные аналоги КР1064ПП1 АО "Светлана" и КР1085ПП1 концерна "Родон", L3240 фирмы THOMSON и ее отечественный аналог КР1091ГП1 НПО "Электроника". Согласно справочным материалам эти микросхемы имеют непринципиальные различия, рассматривать которые нецелесообразно.
На рис. 1 показано ВУ с использованием микросхемы из этой группы. В состав микросхемы входят мостовой выпрямитель, стабилитрон с номинальным напряжением стабилизации 28 В, нагрузочный резистор, триггер Шмитта, управляющий переключателем нагрузки выпрямителя, тональный и вспомогательный тактовый генераторы. Вызывное напряжение через цепь C1R1 поступает на вход микросхемы (выводы 1 и 8). Конденсатор С1 пропускает только переменное напряжение вызывного сигнала, в отсутствии которого ВУ не влияет на работу телефонной линии и ТА.
Puc.1
Выпрямленное диодным мостом вызывное напряжение сглаживается конденсатором С2, ограничивается стабилитроном и поступает на триггер Шмитта и переключатель. При появлении вызывного сигнала напряжение начинает расти и при достижении некоторого порога происходит переключение питания с нагрузочного резистора на генераторы. Отключаются генераторы при уменьшении напряжения до порога выключения. Номинальное значение порога включения - 12,6 В, выключения - 8,4 В. Наличие гистерезиса по питанию обеспечивает помехозащищенность ВУ.
Тональный генератор вырабатывает импульсный сигнал, частота которого периодически меняется от одной частоты к другой и обратно. Номинальное соотношение этих частот - 1,38 (для PSB6520 - 1,25). Переключение осуществляется импульсами тактового генератора. Частота тонального генератора зависит от сопротивления резистора, подключенного к выводу 4 микросхемы, а частота переключения - от емкости конденсатора, подключенного к выводу 3. Подбирая эти элементы, можно в широких пределах изменять характеристики звукового сигнала (переменный резистор R3 предназначен для оперативной регулировки).
Тональный генератор имеет два выхода - основной (вывод 5 микросхемы) и дополнительный (вывод 6), который в справочниках указывается как противофазный. При подключении нагрузки к выводам 5 и 6 амплитуда выходных импульсов увеличивается примерно в 2 раза (мостовая схема), соответственно возрастает и громкость звукового сигнала.
Громкость звука одинакова практически для всех типов пьезопреобразователей и мало отличается от громкости простейших ВУ, выполненных на одном транзисторе. Удовлетворительную громкость обеспечивают только мощные излучатели типа СП-1 (сирена пьезокерамическая). Несколько худшие результаты показывает излучатель РПИ-001 московского завода "Пьезо".
Более полно возможности ВУ реализуются при работе на динамическую головку. Для подключения низкоомной головки требуется согласующий трансформатор. Приобрести специальный телефонный трансформатор довольно сложно, но, как показал опыт, вполне успешно можно применить согласующие трансформаторы от карманных и переносных радиоприемников и абонентских громкоговорителей - большинство из них работают даже лучше специальных трансформаторов.
Дать рекомендации по всем существующим типам трансформаторов, конечно, невозможно, поэтому следует экспериментально подобрать наиболее подходящий из имеющихся личных запасов. Динамическую головку можно применить практически любую малогабаритную с сопротивлением катушки постоянному току не менее 6 Ом; желательно применить современную мощностью 0,5 Вт. Громкость регулируют переменным резистором R4. Показанное на рис. 1 включение обеспечивает достаточную громкость звукового сигнала, при необходимости ее можно увеличить, подключившись к выводам 5 и 6.
Проверка 14 экземпляров микросхемы КР1064ПП 1 показала, что ее выход 6 не является противофазным, а непонятным образом дублирует выход 5. Кроме того, половина проверенных микросхем оказалась явным браком - отсутствие сигнала на выводе 6, плохой дребезжащий звук и т. п. У проверенных микросхем L3240B выход 6 действительно является противофазным - при подключении нагрузки к выводам 5 и 6 примерно в два раза увеличивается амплитуда выходных импульсов и возрастает громкость. Звук чистый, каких-либо замечаний по работе микросхем не было. Проверку других микросхем этой группы автор не проводил.
Микросхемы LS1240, LS1240A, LS1241 фирмы THOMSON отличаются от рассмотренных только отсутствием инверсного выхода - вывод 6 "пустой". В микросхеме КА2418В фирмы SAMSUNG вывод 6 является входом управления гистерезисом. При подключении резистора сопротивлением около 1 кОм к выводу 6 и выводу 7 (+Uпит) напряжение включения приближается к напряжению выключения. Измерения показали следующие значения: Uвкл составляет 9,4 В, Uвыкл - 8,6 В, причем диапазон от 9 В до Uвкл является зоной неустойчивой генерации.
Питание микросхем можно осуществлять и непосредственно постоянным напряжением, подав его на выводы 7 и 2. Если напряжение питания превышает напряжение стабилизации внутреннего стабилитрона, в цепь питания необходимо включить добавочный резистор.
Микросхемы второй группы требуют внешних (навесных) элементов цепи питания. Отсутствие внутренних элементов цепи питания снижает рассеиваемую мощность, поэтому при прочих равных условиях надежность и долговечность таких микросхем выше. Это особенно важно при "нетелефонном" применении, где возможен длительный непрерывный режим работы.
На рис. 2 показана схема вызывного устройства на микросхеме из второй группы. Эти микросхемы, в свою очередь, делятся на две подгруппы по назначению вывода 2. У микросхем FT2410, КА2410, КР1436АП1, ML8204, CS8204, DBL5001, ТА31001, ТА3100Р, К1А6401Р, Т5876Н этот вывод служит для управления гистерезисом. А у микросхем FT2411, КА2411, КР1436АП2, ML8205, ВА8205, CS8205, DBL5002, ТА31002Р, С1С9106А, WTC9106 к выводу 2 подключают внешний нагрузочный резистор, аналогичный внутреннему нагрузочному резистору микросхем первой группы (см. рис. 1). Этот резистор является нагрузкой цепи питания, и его не следует пугать с нагрузкой на выходе микросхемы. Следует подчеркнуть, что различие заключается лишь в замене внутреннего резистора внешним.
Puc.2
Диаграмма работы микросхемы при отсутствии этого резистора и без нагрузки показана на рис. 3. Входное переменное напряжение ВУ регулировалось с помощью ЛАТРа, напряжение питания микросхемы измерялось на выводах 1 и 5. При увеличении переменного напряжения возрастает и напряжение питания микросхемы. Когда оно достигает 18В, включается генератор. При этом появляется и заметный ток потребления, на диаграмме это отмечено точкой А. За счет падения напряжения на внутреннем сопротивлении цепи питания напряжение падает и при уменьшении его ниже порога выключения генератор отключается.
Затем напряжение питания снова начинает возрастать, и при достижении порога включения снова подключается генератор, после чего все повторяется. Эта область является зоной неустойчивой работы, напряжение и потребляемый микросхемой ток нестабильны (на диаграмме эта область показана штриховой линией).
Puc.3
При дальнейшем увеличении переменного напряжения на входе устройства, когда напряжение питания превысит порог выключения (точка В на диаграмме), начнется стабильная работа микросхемы. Если еще увеличивать напряжение, возрастает потребляемый микросхемой ток из-за открытого стабилитрона (точка С). При подключенной к ВУ нагрузке за счет потребления тока выходным усилителем возрастает и ток, потребляемый микросхемой (точка С').
Работа микросхемы с нагрузочным резистором R2 (его левый по схеме вывод подключают к общему проводу) вполне очевидна. Область неустойчивой генерации не сможет появиться, если этот резистор будет нагружать цепь питания больше, чем генератор, т. е. ток резистора должен быть больше тока нагруженного генератора. Экспериментальным путем было установлено, что при сопротивлении резистора R2, меньшем или равном 6,2 кОм, обеспечивается устойчивая работа. "Снизу" сопротивление ограничено условием включения генератора - при чрезмерно большой нагрузке напряжение может не достигнуть порога включения.
При питании микросхемы непосредственно от источника постоянного напряжения (в "нетелефонных" применениях) нагрузочный резистор не требуется, поскольку область неустойчивой работы генератора в принципе появиться не может.
Вот некоторые основные параметры, общие для всех микросхем второй группы: напряжение питания - не более 29 В, ток потребления (без нагрузки)- 1,4...4,2 мА (типовое значение - 2,5 мА), напряжение включения- 17...21 В (типовое - 18В), напряжение выключения - 9,7... 12В (типовое-11 В).
Цепь R4C4 определяет "верхнюю" частоту звукового генератора, которую можно вычислить по формуле: Рз=1000/(1,5Р4С4). Здесь сопротивление - в килоомах, емкость - в микрофарадах, частота - в герцах. Отношение частот генератора составляет 1,25. Цепь R3C3 задает частоту тактового генератора: Рт=1000/(1,2РЗСЗ). При указанных на схеме номиналах элементов Рз=650 Гц, F,=13 Гц.
Вернемся к тем микросхемам из второй группы, у которых вывод 2 используется для управления гистерезисом. Если этот вывод ни с чем не соединен, напряжение включения соответствует приведенным выше значениям. Его можно уменьшить до напряжения, близкого к напряжению выключения (т. е. уменьшить гистерезис), если установить резистор R2. При этом левый по схеме его вывод нужно подключить к выводу 1 DA1 (см. рис. 2). При напряжении питания 27 В типовое сопротивление резистора R2 составляет 220 кОм. Следует отметить, что в этом случае возникает зона неустойчивой генерации, ширина которой зависит от нагрузки.
Стабилитрон VD2 можно заменить Ha1N4750A. Возможно применение отечественного стабилитрона КС527А, но ввиду большого разброса напряжения стабилизации придется подобрать экземпляр с напряжением 27...28 В.
Puc.4
Оба устройства смонтированы на печатных платах из односторонне фольгированного стеклотекстолита. На рис. 4 показан чертеж печатной платы ВУ по схеме на рис. 1, а на рис. 5 - по схеме на рис. 2. Конденсатор С1 - пленочный К73-17 или аналогичный импортный. Резистор R1 - МЛТ-0,25. Конденсатор С2 - оксидный К50-35, К50-16 или аналогичный импортный. Остальные элементы - безвыводные, для поверхностного монтажа типоразмера 0805 или 1206.
Puc.5
В спаренных телефонных линиях напряжение вызывного сигнала не превышает 60 В, поэтому громкость телефонного звонка может оказаться недостаточной. Повысить ее можно, применив конденсатор С1 емкостью 2 мкф и резистор R1 сопротивлением 510 Ом (это относится к обоим вариантам ВУ рис. 1 и рис. 2). Конденсатор С1 в этом случае может быть с максимальным рабочим напряжением 100В. Конструктивно удобнее установить параллельно два конденсатора по 1 мкф каждый.
Дополнительное "громкое" ВУ можно смонтировать в корпусе обычного абонентского громкоговорителя. Повышенная громкость звукового сигнала в этом случае обусловлена хорошо знакомым радиолюбителям эффектом - при одинаковой мощности усилителя большая динамическая головка звучит громче маленькой.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кизлюк А. И. Справочник по устройству и ремонту телефонных аппаратов зарубежного и отечественного производства. - М.:Библион,1997.
2. Микросхемы для телефонии. Справочник. Вып. 1. - М.: Додэка, 1994.
Радио 1-2001, с.34-35.