Terminales telefónicos

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1. TERMINALES TELEFÓNICOS
1.1 GENERALIDADES

El denominado terminal telefónico es el transductor que permite establecer la comunicación entre los dos puntos encaminados por la central del servicio telefónico.

En la red de telefonía básica, el terminal es fundamentalmente un modulador de la corriente de la línea telefónica al ritmo de la presión acústica que ejerce el hablante y un auricular, con o sin amplificador, para oír.

En efecto, la línea telefónica tiene una tensión continua de 48 V, con una corriente prácticamente nula cuando el auricular del teléfono terminal está colgado. Sin embargo, al descolgar, se establece una corriente de algunos miliamperios y la tensión cae a solo algunos voltios. En tal situación, los circuitos del terminal modulan la corriente de la línea con los impulsos proporcionados por el micrófono, llevando la corriente a nivel de 30 o 40 mA. Su banda de frecuencia está recortada a aproximadamente 3 KHz, lo que es suficiente para las comunicaciones verbales.

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Considerando el terminal telefónico en su expresión más elemental, este se puede representar conforme a la figura 1.

El par de hilos R(Ring) y T(Tip) que constituye la línea telefónica analógica se conectan al terminal telefónico, en el que se pueden considerar como básicos tres elementos funcionales, que son:

Circuitos de fonía
Circuitos eléctricos/ electrónicos encargados de acoplar la línea telefónica a los transductores de entrada (micrófono) y salida (auricular o altavoz).


S1

Conmutador sobre el que se apoya el conjunto auricular - micrófono

Este se encuentra abierto cuando el teléfono está colgado y se cierra al descolgar para poner en comunicación con la línea los circuitos de fonía, permitiendo la comunicación.

Entre extremos del par de hilos R y T está el circuito detector de llamada (no considerado aquí), el cual se desconecta al descolgar.


S2

Conmutador encargado de efectuar la marcación. En este ejemplo simple, la marcación se produce
por el sistema denominado pulsos.

En efecto, el sistema convencional de marcación es por pulsos de corriente, que origina S2 al cerrarse o abrirse al ritmo de las teclas presionadas del terminal. Así, al marcar el 1 se produce un ciclo de apertura y cierre, y por tanto de corriente- no corriente en la línea, y al marcar, por ejemplo el cero, se producen 10 pulsos, los cuales son transmitidos por la línea como señalización para que la central los identifique y encamine.
Esquema general de un teléfono de marcación por disco (detalle del conmutador de línea)

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BOBINA HÍBRIDA.- Sirve para transformar los cuatro hilos de comunicación necesarios (dos para transmisión y dos para recepción) en sólo dos hilos del bucle de abonado.


1.2 DESCRIPCION DE UN TERMINAL ANALÓGICO

Un terminal analógico está configurado por los circuitos que muestra la figura 2, cuya descripción por bloques funcionales es la siguiente:
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Circuito de entrada

La línea telefónica se conecta comúnmente a un puente de diodos para asegurar la polaridad, evitando con ello que los posibles errores en el conexionado de la roseta que dañen los circuitos.

También está asociado al circuito de entrada un limitador de tensión formado por un diodo zener, evitando con ello que, las posibles sobretensiones de la línea afecte a los restantes circuitos del terminal telefónico.-La figura 3 muestra el circuito en detalle.
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Detector de llamada

Circuito que está conectado a la línea a través del conmutador S1 enla condición de teléfono colgado. Su finalidad es detectar el tono de llamada y activar su zumbador correspondiente.

Cuando se levanta el auricular, S1 conmuta a los circuitos de voz y el detector (de la señal de timbre) queda desconectado, interrumpiendo su señal acústica.

El detector está formado por un filtro de 25 Hz y por un amplificador excitador del zumbador piezocerámico o altavoz. El tono que envía la central es una onda senoidal de dicha frecuencia y 70 Vef de nivel, impulsos que están secuenciados 1' 5 segundos activo, 3 segundos inactivo.

Circuito de voz

Tal como se ha indicado en la introducción, el circuito de voz está formado por un modulador de corriente al que está conectado el micrófono y por un convertidor corriente-tensión para excitar elauricular.

La figura 4 muestra un detalle del circuito.
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Conforme a la citada figura, se puede observar que el micrófono está conectado a un amplificador y la salida de este a un generador de corriente acoplado a la línea, obteniendo así la condición indicada.
Cuando el terminal telefónico es el que recibe, la corriente de la línea se acopla un convertidor I-V y, desde éste, al auricular o altavoz. En el circuito se puede observar la presencia de dos señales complementarias, que son las siguientes:

PULSOS/TONO Circuito al que se aplica la señal de marcación generada en otro circuito. Se aplica al circuito de voz para modular la corriente de la línea con su información, ya que en éste está el modulador.

MUTE Señal para provocar el enmudecimiento del circuito amplificador del auricular y del micrófono mientras que dura la marcación.


Generador de marcación

La marcación supone introducir en la línea telefónica información del número al que se llama. Tal información se puede efectuar mediante pulsos (pulsos de corriente), lo que es denominado modo decádico y mediante la generación de tonos (de frecuencia), modo denominado DTMF, siglas que corresponden a Dual Tone Multifrecuency.

Ambos modos tienen en común la incorporación de un codificador asociado a un teclado matricial; el primero genera la indicada secuencia de pulsos a introducir en la línea telefónica y el segundo genera dos tonos de frecuencia por cada tecla pulsada.

En el modo decádico, los pulsos tienen una frecuencia de 10 Hz, T=1/10=100ms señal asimétrica con un tiempo de apertura de 67 ms y de cierre de 33 ms, con un intervalo entre dígitos de 250 a 800 ms.

En el modo DTMF, cada dígito está representado por dos tonos, tal como se ha indicado, correspondiendo uno al grupo bajo que representa las líneas del teclado y el otro al grupo alto asociado a las columnas. Existe una diferencia de nivel entre ambos tonos de 2 dB.

Cada tono tiene una duración de 50 ms, con separación entre ellos de 45 ms. La figura 5 muestra un detalle del teclado y el valor de los tonos


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generados ante la pulsación de cada tecla y la figura 6 el diagrama de bloques, cuya descripción es la siguiente:
El teclado matricial está conectado a un codificador lógico que recibe una señal de reloj desde el generador correspondiente, a partir del cual el codificador explora secuencialmente las filas y las columnas del teclado para detectar que tecla ha sido pulsada al unirse la fila y la columna correspondiente a dicha tecla.


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A partir de ese momento, el codificador informa al control por su línea SENSOR de que ha sido pulsada una tecla y como consecuencia de esto el control genera la señal de mute pura silenciar el circuito de voz. Por otro lado y a través de un convertidor de digital a analógico (D/A), se obtienen las ondas senoidales a transmitir por la línea telefónica. Las frecuencias de dichas señales tienen el valor indicado en la correspondiente fila y columna según la figura n°5.

1.3 DESCRIPCION DE LOS CIRCUITOS DEL TERMINAL TELEFONICO PHONIC-100

El terminal telefónico PHONIC-100 está basado en un teléfono comercial que ha sido didactificado con el fin de facilitar el reconocimiento, comprensión y la medida de los principales circuitos que intervienen en su funcionamiento telefónico analógico. Dichos circuitos son los siguientes:

Circuito de entrada
Circuito de timbre
Circuito de voz
Circuito de marcado

Tales circuitos están, en su gran mayoría, en el circuito integrado A52533, siendo algunas de sus funciones configurables mediante puentes externos para adaptarlo a los requerimientos de la línea telefónica del país en el que se comercializa.

El patillaje (fig.7), diagrama de bloques (fig.8) y su funcionamiento son los que se describen a continuación:

PATILLAJE DE LA CPU
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DIAGRAMA DE BLOQUES DE IC1


ImagenImagenEn su forma más esquemática, el entrenador PHONIC-100 está compuesto por los elementos que figuran en su diagrama de bloques (fig.9), los cuales se describen en mayor profundidad en posteriores apartados.

Según el citado diagrama de bloques la entrada de línea telefónica corresponde a la R (Ring) y T (Tip), siendo S1-1 y S1-2 el interruptor de colgado que hay bajo el auricular, el cual está representado en dicho diagrama en la posición de colgado.

DB1 es el puente rectificador encargado de asegurar la polaridad para el resto de los circuitos, independientemente de la que tenga R y T. Respecto de etapas con transistores, su funcionamiento es el siguiente:

Q1, 2 Transistores encargados de la función colgado/descolgado (conectan el circuito de fonía) así como de parte de la marcación por pulsos cuando está este modo seleccionado.

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Q3 Transistor encargado de la modulación de la corriente de la línea para la transmisión de la voz y marcado, tanto por pulsos (decálico) como por tonos (DTMF).
Q4Transmisor amplificador de los tonos a aplicar al zumbador del timbre.
Por su parte, IC1 tiene los siguientes bloques funcionales:

- Generador de tonos para el timbre:
Genera tres frecuencias que son F1= 800; F2= 1.067; F3= 1.333 Hz Tal secuencia conforma la melodía del timbre, la cual está formada por cuatro repeticiones de la secuencia F1, F2 y F3.

- Amplificador de recepción, transmisión y marcado. Forma el circuito de voz, conforme a la (fig.4).

- Codificador de pulsos/tonos y control:
Conjunto formado por el codificador de marcación, lectura del teclado y sistema de control.

Después de la presentación del diagrama de bloques simplificado, se describe a continuación cada uno de sus circuitos, representando en los siguientes diagramas de bloques los componentes principales. Los detalles de los componentes complementarios se deben consultar en el esquema general.

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CIRCUITO DE ENTRADA (alimentación)

La descripción de los bloques funcionales es la siguiente:

El terminal está alimentado por la línea telefónica. Al tratarse de una tensión continua se hace necesario asegurara la polaridad para el correcto -funcionamiento de los componentes electrónicos, para lo que se recurre al puente rectificador DB1.

Según la fig.10, cuando se descuelga la alimentación sigue el siguiente recorrido:

Línea telefónicaà DB1à Ql àR9 àPin27 ICl
El citado terminal 27(LI) de IC1 corresponde a su alimentación cuando está el auricular descolgado, puesto que S1 conmuta, cerrando el circuito DB1 - Q1.

En tales condiciones, el terminal 4 se queda sin tensión, siendo el pin 27 el que alimenta los circuitos de voz (ver diagrama de bloques del integrado fig. n°8).

En posición de colgado, S1-1 conmuta, cerrando D81-R14, con lo que el camino seguido por la corriente es el siguiente:

Línea telefónica àRl àR3 àDB1 à R14 àPin 4 IC1.

CIRCUITO DEL TIMBRE
D2 y C34 seencargan de mantener constante la tensión VDD que alimenta la memoria RAM del circuito marcador (función de rellamada), También alimenta los circuitos correspondientes al timbre (generador de tonos y discriminador de la frecuencia del timbre).

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Como se ha indicado anteriormente, la corriente de llamada (timbre) está formada por una tensión alterna de 70V eficaces con una frecuencia de 25 Hz. Dicha tensión es filtrada por la red formada por C1-R2 (ver fig.12). El diodo zener D4 es el encargado de fijar la sensibilidad (umbral) del timbre, y entrega los impulsos necesarios a la patilla 21 de IC1 (FCI). En el interior de IC1, el circuito comparador dela frecuencia del timbre detecta estos impulsos y activa el generador de tonos (melodía) del timbre, con salida por el terminal 8.

Esta melodía inciden en la base del transistor amplificador del timbre Q4, el cual, a través del selector de volumen del timbre S3, alimenta al zumbador del timbre, produciéndose de esta forma la necesaria señalización acústica que nos informa de que se esta recibiendo una llamada.

CIRCUITO DE VOZ
El circuito de voz está directamente relacionado con el circuito de marcación como muestra la figura n°12.


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Como se puede observar, el audio del micrófono modula la corriente de la línea de igual forma que lo hace la marcación por tonos. Por fines didácticos y funcionales ambos se describirán por separado, aunque parte de los circuitos asociados son comunes.


Conforme al esquema general, en la condición de auricular descolgado, S1-1 cierra el circuito que polariza Q1, en tales condiciones, IC1 queda alimentado a través de su terminal 27 (LI) (ver fig.8) y el sonido recibido queda aplicado a la entrada de recepción, terminal 28 (RI).

El audio a transmitir es captado por el micrófono y entregado en modo diferencial a las entradas Ml y M2 del preamplificador. Esta señal, una vezamplificada, es desacoplada en continua y entregada finalmente por el terminal 25 (C5) de IC1(Salida audio).

El transistor Q3 del amplificador de transmisión, presenta un comportamiento equivalente a una resistencia variable conectada entre la entrada de línea (LI) y masa. (V55). El resultado es que la corriente que fluye por la línea telefónica es modulada por las variaciones de conducción de Q3, siendo proporcionales a las variaciones de la presión acústica incidente en el micrófono.
CIRCUITO DE MARCACION

Como se ha descrito en capítulos anteriores, existen dos modos demarcación, que son:

- Por pulsos (decálico)
-
Por tonos (DTMF)
Tales modos son descritos en los siguientes apartados:
MARCACION POR PULSOS
La marcación por pulsos es la más antigua y lenta de los dos sistemas y, como consecuencia de ello, es la que, por compatibilidad, reconocen todas las centrales de la red de telefonía básica.

Esta marcación por pulsos está basada en grandes variaciones de corriente, de lo cual se encarga Q3 (ver fig.13), el cual, en este tipo de marcación, actúa como un interruptor que cortocircuita la línea ante cada pulso. Dichos pulsos tienén una duración de 100 mseg (10 Hz), permaneciendo Q3 en saturación (cortocircuitando la línea) 33 mseg y en corte 67 mseg. Cada dígito está representado por tantos cortocircuitos como tiene el número al que representa, de tal forma que al nº1 le corresponde un corto circuito y al nº 0 diez.

Para que la central telefónica reconozca el comienzo y final de cada dígito se introduce un intervalo entre dígitos de 250 a 800 mseg.

Veremos a continuación cómo se genera la señal que actúa sobre la base de Q3, para lo cual se hace referencia el diagrama de bloques de IC1 (fig.8).

El circuito marcador tiene conectado el teclado matricia1, el cual está formado por filas (R1, R2, R3, R4) y columnas (C1, C2, C3, C4) de tal forma que al pulsar una tecla se unen la fila y columna correspondientes, lo que desencadena las acciones siguientes por parte del circuito marcador:

- Informa al control lógico de que se ha pulsado una tecla para que este ejecute la acción correspondiente (subir o bajar el volumen, rellamada, etc).

- Guardar en la memoria RAM el dígito correspondiente a la tecla pulsada. Esta memoria RAM es la encargada de almacenar el último número marcado para su posterior utilización en la función rellamada.

-Activa el MUTE para silenciar el micrófono y para que el auricular reproduzca el tono de confirmación de haber pulsado la tecla.
-Actúa sobre el generador DTMF, que es un convertidor de digital a analógico (D/A). Dependiendo de cómo esté seleccionado el terminal MODE, el circuito marcador dará distinto tipo de información al citado convertidor de digital a analógico, el cual genera con esta información los pulsos de tensión (marcación decádica) o tonos senoidales (DTMF). En este caso (marcación decádica), el convertidor genera pulsos de tensión, con salida por el terminalC5 de ICl, los cuales, tras atravesar el bloque adaptación de línea, inciden en la base del transistor de transmisión Q3.

MARCACION POR TONOS

La marcación por tonos es la más reciente y rápida, pero no todas las centrales de la red telefónica reconocen este modo.

Por ejemplo, si tras marcar el número del abonado se sigue recibiendo el tono de invitación a marcar, es seguro que el teléfono está conectado a una central antigua que no reconoce este tipo de marcación, siendo la única posibilidad la marcación decádica (pulsos). Siempre que sea posible, es más ventajosa la marcación por tonos debido a su rapidez.

En este apartado referente a la marcación por tonos únicamente se indican las diferencias con respecto a la marcación por pulsos por ser el resto del funcionamiento idéntico.


Según se puede apreciar en la figura n°13, el transistor de transmisión Q3 está conectado a través de R9 en paralelo con la línea telefónica.

En la marcación por tonos, el comportamiento de Q3 es también el de un modulador de corriente, el cual actúa sobre la corriente de la línea telefónica, modulándola con las frecuencias; correspondientes a la tecla pulsada. Cada tecla está representada por dos frecuencias, una frecuencia del grupo bajo y otra del grupo alto. Sus valores están estandarizados y corresponden con los indicados a continuación.
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El funcionamiento del circuito integrado TC1 solo difiere del descrito en la marcación por pulsos en lo siguiente:

- El circuito generador DTMF recibe por un lado la información procedente del circuito marcador de las frecuencias que debe generar y por otro la tensión de control que ajusta el nivel de modulación que han de tener dichas frecuencias. Tal tensión de control es aplicada al terminal 2 (MFL).


Señalización de abonado
La señalización de abonado es la señalización que se produce entre el usuario de la red telefónica y las centrales más próximas. En la red telefónica básica, se puede realizar mediante tonos (tanto dentro de la banda de voz como fuera) o mediante cambios de la tensión o la corriente de la línea.
Los distintos tipos de señales que se ven involucradas en un proceso de comunicación son las siguientes:

Señales de supervisión o estado: se utilizan para realizar una petición de servicio (p.ej.: realizar una llamada), y para mantener y cerrar la conexión establecida.
Las situaciones en las que se utilizan señales de esta clase son:

El abonado descuelga: en ese caso, se cierra un conmutador, de forma que comienza a circular corriente por el bucle de abonado. La central detecta el aumento de corriente y se prepara para recibir la información de la dirección destino.

El abonado cuelga: el conmutador anterior se abre, dejando de circular la corriente anterior por el bucle. La central detecta la disminución de corriente y cierra la comunicación.

Señal de llamada maliciosa: se utiliza una señal especial para alertar a la central telefónica de que se ha recibido una llamada cuya procedencia se desea conocer.

Señales de dirección: se utilizan para enviar la información acerca del abonado destino de la llamada (su número de teléfono, etc.).
Las dos formas de envío de estas señales son:

Envío de información decádica: los dígitos que conforman el número de destino se transmiten por pulsos. Estos pulsos no son más que conmutaciones rápidas del interruptor anterior. El 0 se representa con 10 pulsos.

Envío de información multifrecuencia: cada dígito se compone como la suma de dos tonos de distintas frecuencias.

Señales de gestión o tarificación: se utilizan para mandar información al terminal acerca del coste de la llamada que se está cursando en el momento. Esta información no se emplea en todos los terminales.
En España, se puede enviar de dos formas:

Pulsos de 50Hz en modo común, para el caso de terminales públicos en establecimientos (p.ej.: bares). El modo común significa que los pulsos se aplican a ambos hilos del bucle de abonado de forma simultánea.

Pulsos de 12kHz en modo diferencial, para las cabinas telefónicas.

Señales de información: indican cómo se encuentra el proceso de la llamada de cara al usuario.
Los distintos tonos de llamada que puede escuchar el usuario son los siguientes:

Tono de invitación a marcar: indica al abonado que puede comenzar a marcar el número de teléfono del destino. Se utilizan 400Hz permanentes.

Tono de ocupado: señal de 400Hz, estando 200ms activa y 200ms inactiva.

Tono de llamada: señal de 400Hz, estando 1.5s activa y 3s inactiva.

Tono de congestión: señal de 400Hz, presentando la siguiente estructura de tiempos activa e inactiva:
200ns on, 200ns off, 200ns on, 200ns off, 200ns on, 600ns off; 200ns on, 200ns…

Señal de llamada: indica al terminal que se está produciendo una llamada dirigida al mismo, para que éste active su avisador acústico. Se envía una señal de 75V a 25Hz, estando 1.5s activa y 3s inactiva.

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