Тема: УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКОВЫХ ЧАСТОТ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА ПО ИЗУЧЕНИЮ ПОДСЛУШИВАНИЯ ТЕЛЕФОННЫХ РАЗГО­ВОРОВ

Телефонная связь является частным случаем электросвязи. «Из раз­личных видов связи электросвязь занимает доминирующее положение. Она позволяет доставлять информацию любого рода в любой форме (речь, музы­ка, подвижное или неподвижное изображение, письменный или печатный документ, сигналы управления и т.п»[1]
«Любая сеть связи строится с использованием следующих принципов. Связь между абонентскими устройствами осуществляется с помощью узлов коммутации. В них информация концентрируется, а затем направляется по определенным путям.»[1]
«Действующие средства связи в нашей стране объединены в Единую автоматизированную сеть связи (ЕАСС). ЕАСС включает первичную и вто­ричную сети. Первичная сеть представляет собой совокупность всех типовых каналов связи и групповых трактов без подразделения по назначению и ви­дам, охватывает всю территорию страны и по территориальному признаку подразделяется на магистральные, внутризоновые и местные первичные сети. Вторичная сеть состоит из каналов определенного назначения (телефонных, телеграфных, вещания телевидения, передачи газет и др.).»[2]
Ток питания каждого микрофона проходит через соответствующие дроссели - катушки индуктивности. Так как дроссель имеет малое сопротив­ление на постоянном токе и большое — на переменном, при отсутствии ре­чевого сигнала в цепи (трубка снята, импульсный ключ разомкнут) будет протекать только постоянный ток по контуру: плюс GB, L2, первичная об­мотка Tl, BM1, РК1, L1, минус GB. Аналогичный контур образуется в цепи микрофона ВМ2.»[3]
Рисунок 1 - Телефонная передача с центральной батареей питания
«При появлении звуков образуется переменный (разговорный) ток, который будет протекать по другому контуру: ВМ1, РК1, С1, РК2, ВМ2, пер­вичная обмотка Т2, С2, первичная обмотка Т1, ВМ1. Этот ток, проходя по первичным обмоткам Т1 и Т2, наводит во вторичных обмотках этих транс­форматоров переменную ЭДС, которая, в свою очередь, индуцирует пере­менный ток, приводящий в колебательное движение мембраны телефонов BF1 и BF2. Аналогичный контур возникает при поступлении речевого сигна­ла на ВМ2. В результате в телефонах будет слышно то, что сказали в микро­фонах соответствующие абоненты. При этом переменный (разговорный) ток не замыкается через центральную батарею, так как индуктивность и сопро­тивление дросселей для этого тока велики. На АТС в качестве дросселей ча­сто используются двухобмоточные реле, служащие одновременно для полу­чения сигнала о вызове станции абонентом и сигнала окончания разговора (отбоя).»[3]
Напряжение батареи GB в отечественных телефонных сетях составля­ет 60 В (за рубежом 48 В). При снятой телефонной трубке к линии АТС в ка­честве нагрузки подключается микротелефонная пара трубки, в результате чего напряжение на линейных зажимах ТА падает до 5-15 В (за рубежом до 5-7 В) в зависимости от класса ТА. Это происходит вследствие образования делителя напряжения, который состоит из сопротивления ТА — ЯТА и сопро­тивлений АТС — КАТС и линии (Rln1 и RlN2). Ratc включает сопротивления обмоток реле RliRL2 (рисунок 2). Сопротивление линии в большинстве слу­чаев невелико, но иногда, при длинной линии, может достигать 1000 Ом и более.»[3]
Рисунок 2 - Распределение нагрузок в телефонной линии
Сопротивления (Rln1 и RlN2) должны быть одинаковыми. Это необхо­димо для того, чтобы «нейтрализовать действие тока линии на соседние про­вода, в которых могут наводиться помехи в виде постороннего разговора. Разговорный ток в прямом проводе создает падение напряжения с одним знаком, а в обратном проводе - с противоположным, и, следовательно, дей­ствия этих напряжений на соседние цепи нейтрализуются. Сопротивление центральной батареи GB можно не учитывать, так как его величина незначи­тельна по сравнению с Rta и Rato. В зависимости от типа станции Ratc со­ставляет: для АТС-54 до 1500 Ом, для АТСК до 1200 Ом, для АТСКЭ до 700 Ом. Электрическое сопротивление ТА постоянному току при рабочем токе 35 мА в зависимости от класса ТА должно быть в пределах 160-600 Ом.»[1]
На временной диаграмме работы дискового НН (рисунок 3) наглядно виден принцип формирования импульсной последовательности, управляю­щей работой АТС при наборе, например, номера 31. Значение импульсного коэффициента (отношение 1Р/13) обычно равно 1,5; частота импульсов внутри кодовой посылки f - 10 Гц; значение межцифровой паузы не нормируется и меняется в зависимости от скорости вращения диска и значения цифры но- мера.»[3]
Рисунок 3 - Временные диаграммы напряжений на линейных зажимах ТА с дисковым НН при наборе номера 31
«Набор номера происходит аналогично дисковому НН»[1], с той лишь разницей, что «частота импульсов кодовой посылки и межцифровые паузы нормированы и близки к оптимальным. При этом возможен режим с "ожида­нием отработки предыдущей цифры", то есть следующая цифра набирается на клавиатуре после того, как в линию уйдет кодовая посылка, соответству­ющая предыдущей цифре. Но чаще используется режим "без ожидания обра­ботки предыдущей цифры", то есть когда цифры вводятся с клавиатуры быстрее, чем формируется и отрабатывается кодовая посылка (рисунок 4). На время набора РК будет непрерывно находиться в разомкнутом состоянии. В этом режиме значение межцифровой паузы будет определяться не моментом следующего нажатия клавиши; а режимом работы номеронабирателя.»[1]
Рисунок 4 - Диаграмма напряжений на зажимах ТА с электронным НН при наборе номера 123
«Следует отметить, что на этом рисунке показан "дребезг" — пере­ходной процесс, обусловленный коммутационными эффектами при нажатии клавиши, причем форма "дребезга" показана условно. "Дребезг", возникаю­щий в других местах диаграммы, не имеет существенного значения и не по­казан. Значение импульсного коэффициента для АТС-54 составляет от 1,6 до 1,66, а для АТСКЭ и АТСК — от 1,3 до 1,9. Межцифровая (межсерийная) па­уза может программироваться и находиться в пределах от 0,650 с до 10 с.
Желание увеличить скорость набора номера привело к разработке но­вого способа набора. Вместо длинной серии импульсов тока нужные цифры представляются уникальными комбинациями звуковых тонов. Этот метод получил название двухтонального многочастотного набора (dual­tonemultifrequencydialing или DTMF) или просто частотного (тонального) набора. Телефонные аппараты, использующие этот способ, применяются в основном при работе с квазиэлектронными и электронными АТС. Однако в ряде стран традиционные АТС дорабатываются для работы с ТА, применя­ющими частотный способ набора номера.» [2]
«Передача каждой цифры при частотном наборе номера осуществля­ется за время >40 мс двухчастотным кодом 2 из 8 (стандарт DTMF). При этом пауза не менее 25 мс, а стабильность частот не хуже ±1,5%. Этот код обеспе­чивает 16 комбинаций сигнальных частот, 10 из которых используются для набора цифр номера. Остальные кнопки (#, * и др.) используются при наборе кодов дополнительных видов обслуживания.»[4]
«Направляющие системы (НС) представляют собой устройства, пред­назначенные для передачи электромагнитной энергии в заданном направле­нии. Направляющими свойствами обладают границы раздела сред с различ­ными электрическими характеристиками (например, металл-диэлектрик, ди­электрик с е - диэлектрик с е), поэтому роль направляющей системы мо­гут выполнять металлически изолированные проводники - воздушная линия связи, симметричный и коаксиальный кабель или тонкая двухслойная нить круглого сечения - оптическое волокно.» [4]
«Направляющие системы передачи электромагнитной энергии клас­сифицируют по ряду признаков: назначению, области применения, спектру передаваемых частот, условиям прокладки и эксплуатации. В соответствии с построением ЕАСС в зависимости от области применения НС подразделяют на магистральные, зоновые и местные (городские и сельские). По спектру передаваемых частот НС делят на низкочастотные (до 10 кГц) и высокоча­стотные (выше 10 кГц), в зависимости с условий прокладки и эксплуатации - на воздушные, подземные и подводные. Воздушные линии связи состоят из совокупности симметричных металлически проводов, подвешенных на опо­рах с помощью изоляторов и специальной арматуры. Они позволяют органи­зовать связь на значительные расстояния в диапазоне рабочих частот до 150 кГц. Однако из-за подверженности этих линий различны: видам помех пред­почтение отдается кабельным линиям связи.»[2]
«Кабелем связи называют изделие, содержащее одну или несколько цепей, заключенных в металлическую или неметаллическую оболочку, по­верх которой зависимости от условий прокладки накладывают соответству­ющий защитный покров.
Кабели с металлической оболочкой (оплеткой) называют экраниро­ванными. Экран предотвращает потери энергии передаваемых по кабелю сигналов, возникающие из-за излучения в свободное пространство. Экрани­рованные кабели дороги и материалоемки, но зато обеспечивают практиче­ское отсутствие помех (как от внешних источников, так и взаимных).
Важным параметром линий связи является волновое сопротивление
Zп = √L/С *Z, где L и С — погонная индуктивность и ёмкость линии (на еди­ницу длины). Оно зависит от конструктивного выполнения и геометрических размеров линии Другим важным параметром является ослабление сигнала на единицу длины (в Дб на м или км).
Основой электрических кабелей являются металлические проводники (жилы), изготавливаемые преимущественно из меди. Поэтому часто электри­ческие кабели именуют медно-жильными или просто медными. Кроме меди могут использоваться и другие материалы, например алюминий. Жилы опти­ческих кабелей (оптические волокна) изготавливаются из кварцевого стекла. По этим волокнам передаются электромагнитные сигналы оптического диапазона.»[2]
«"Витая пара" медных проводов (жил), часто используемая для под­ключения абонентов и АТС, является, по сути, симметричным кабелем и имеет в своей основе пару абсолютно одинаковых проводов, скрученных между собой (рисунок 5, а). В зависимости от шага скрутки эти кабели под­разделяются на разные категории. При малом шаге скрутки кабель приобре­тает удивительные свойства - резко повышается помехозащищенность и он способен обслуживать высокоскоростные соединения (до 100 Мбит/с).
Для получения звездной скрутки четыре различные по цвету изоляции жилы скручивают вместе - (рисунок 5, б).
Рисунок 5 - Витая пара (а) и звездная скрутка (б)
Коаксиальные кабели в отличие от "витой пары" — несимметричные (рисунок 6). Один проводник (центральная жила) размещается внутри друго­го (оплетка или трубка). Главным достоинством коаксиальных кабелей явля­ется их высокая помехозащищенность, которая тем больше, чем выше часто­та передаваемых сигналов. Это объясняется тем, что центральная жила тако­го кабеля находится в, окружении диэлектрика, а оплетка служит для нее экраном. Поэтому коаксиальный кабель способен передавать в десятки раз больше телефонных разговоров, чем симметричный. Для этого сопротивле­ние генератора сигнала и сопротивление нагрузки должны быть равны вол­новому сопротивлению кабеля. Данное условие называют»[2] согласованием. Волновые сопротивления кабелей; находятся в пределах от 50 до 300 Ом.
Рисунок 6 - Конструкция коаксиального телефонного кабеля: а — внутренний проводник; б — баллонно - полиэтиленовая изоляция; в — внешний проводник; г — экран, д.— полиэтиленовая изоляция
«Наш телефонный аппарат (модем или факс-аппарат) подсоединен к коммутационному оборудованию районной АТС с помощью одной витой па­ры проводов многопарного кабеля — соединение называется абонентской линией. Остальные пары кабеля отданы другим абонентам вашего или сосед­него дома. Когда вы набираете номер и, как говорят связисты, устанавливае­те с кем-нибудь соединение, сигнал от коммутационного оборудования ва­шей станции к АТС собеседника проходит по другой витой паре проводов, называемой соединительной линией.
Число соединительных линий между двумя АТС значительно меньше числа абонентов каждой из них — ведь не все абоненты одной АТС (а их обычно несколько тысяч) хотят одновременно связаться со всеми абонентами другой. Соединительные линии между АТС — это групповые элементы сети, и само оборудование АТС в большей степени также является групповым, по­скольку используется абонентами сети совместно. Если групповое оборудо­вание занято, вы получите отказ в текущем вызове в виде сигнала "занято". На АТС есть индивидуальное оборудование, которое непосредственно связа­но с каждой абонентской линией и, в частности, реагирует на поднятие або­нентом трубки.
Число пар соединительного кабеля между двумя АТС зависит от ве­личины предполагаемого трафика, то есть от вероятного числа совпадающих соединений средней продолжительности за определенный интервал времени. Обычно число, таких пар равно трем, шести и более десяткам. Подобный многопарный кабель прокладывается лишь между АТС, расположенными на расстоянии нескольких километров одна от другой. Если же расстояние меж­ду ними больше, тогда используют аппаратуру многоканального уплотнения, с помощью которой организуют несколько десятков телефонных соедини­тельных каналов по каждой паре соединительного кабеля. В разных странах число таких каналов неодинаково, например, в США их 24, а в Европе и Рос­сии - 30.»[2]
«Под классическими телефонами будем подразумевать электромеха­нические приборы, в которых, однако, могут использоваться полупроводни­ковые элементы вплоть до транзисторов. Устройства, которые содержат хотя бы одну интегральную схему, будем называть электронными телефонами.
Телефонный аппарат представляет собой как начальную, так и конеч­ную точку автоматизированной телефонной сети. При этом каждый ТА дол­жен выполнять по крайней мере семь обязательных функций:
• посылать запрос своей телефонной станции;
• информировать о статусе связи (с помощью специальной комбина­ции токов);
• сообщать телефонной станции вызываемый номер;
• информировать о поступлении вызова;
• передавать вашу речь в сеть и принимать из сети речь вашего собе­седника;
• освобождать занимаемые ресурсы сети после завершения разговора;
• обеспечивать все названное при огромном разнообразии уровней мощности сигналов и физических длин телефонных линий.
В классическом ТА можно выделить пять основных функциональных блоков (рисунок 7): звонок, рычажный переключатель, номеронабиратель, разговорная схема, микротелефонная трубка, содержащая передатчик (мик­рофон) и приемник (телефон) [7]. Каждый из этих блоков в том или ином ви­де присутствует в любых ТА, в том числе и в электронных, бесшнуровых и сотовых, но их схемотехника намного сложнее и для построения этих узлов используется другая элементная база.»[2]
Рисунок 7 - Функциональная схема классического ТА
«На фоне быстрого развития электронной техники и микроэлектрони­ки значительным изменениям подверглись и классические телефонные аппа­раты. И хотя принцип действия в целом остался неизменным, технический прогресс дал начало развитию нового поколения ТА, называемых электронными телефонами.
По сравнению с классическими, электронные телефоны обладают ря­дом дополнительных функциональных возможностей, которые было невоз­можно реализовать в классических ТА. Например: разнообразные варианты звучания сигнала вызова и возможность регулирования в широких пределах его громкости, выбор импульсного или частотного режима набора номера, запоминание нескольких часто набираемых телефонных номеров, повторный набор последнего набранного номера.
Широкое использование в электронных телефонах интегральных мик­росхем обусловлено тем, что они меньше по размерам, дешевле и техноло­гичнее, чем их электромеханические аналоги, а их надежность и долговеч­ность их намного выше. На сегодня ИС являются неотъемлемыми компонен­тами практически любого телефона, они улучшают его традиционные свой­ства и придают ему новые качества.
Рисунок 8 - Функциональная схема электронного ТА
При разработке электронных телефонов отказались от использования старомодного диска и перешли к кнопочной наборной клавиатуре, которая позволяет использовать как импульсный, так и тональный (многочастотный) набор номера. Функциональная схема электронного телефона»[5] приведена на рисунке 8.
Клавиатура является источником сигнала для ИСНН. Она построена по координатной схеме (рисунок 9), где X — координата столбца, Y — коор­дината строки. При нажатии клавиши, соответствующие столбцы и строки замыкаются между собой или на общий провод. Наиболее часто используют­ся клавиатуры со следующей организацией: 3x4, 2x7.» [4]
Рисунок 9 - Кнопочная клавиатура типа 3x4
Купить

В результате выполнения выпускной квалификационной работы была проведена значительная работа по исследованию рассматриваемого вопроса о методах подслушивания телефонных переговоров. Широкое использование в электронных телефонах интегральных микросхем обусловлено тем, что они меньше по размерам, дешевле и технологичнее, чем их электромеханические аналоги, а их надежность и долговечность их намного выше. Поэтому на се­годня ИС являются неотъемлемыми компонентами практически любого те­лефона, они улучшают его традиционные свойства и придают ему новые ка­чества.
Были проанализированы аналоги разрабатываемого устройства и их характеристики, успешно разработана структурная, а затем и принципиаль­ная схема усилителя звуковых частот, необходимая для полноценной работы стенда. Были рассчитаны значения элементов усилителя.
Значительную часть выпускной квалификационной работы занимает разработка и расчёт усилителя сигналов звуковых частот, который необхо­дим для прослушивания разговора при малом уровне снимаемого сигнала. Сначала разработана его структурная схема, чтобы понять, из каких основ­ных структурных элементов он будет состоять, описывается принцип работы и характеристики. Затем разработана и рассчитана принципиальная схема, после сборки которой усилитель можно использовать для усиления сигналов звуковой частоты.
Разработанное устройство работает с применением малых токов и напряжений, не выделяет вредных веществ, поэтому оно безопасно для чело­века и окружающей среды.
Разработанное устройство предполагается использовать в составе ла­бораторного стенда.
Купить