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domingo, 31 de agosto de 2014

Funcionamiento de un teléfono de discado por pulsos

Fig.1 – Teléfono Ericsson - 4DLG-Standard
Descripción del circuito
La horquilla, como se la llama en Argentina, también llamada gancho, en Brasil y otros países, es lo que en inglés se conoce como  hook. Sobre ella va “colgado” el tubo del teléfono, como se lo llama en Argentina (también llamado microteléfono), handset en inglés y fone en Brasil.
La horquilla acciona tres contactos, que pasan de una posición a otra, según el tubo esté colgado, o descolgado (fone no gancho o fora do gancho, en Brasil) y on – hook,  u off – hook, en inglés.
La posición de los contactos de la horquilla fue dibujada con el tubo colgado en la Fig.2. Cuando el tubo está colgado, la central telefónica envía 48V de corriente contínua entre los dos hilos de la línea; cuando el tubo se descuelga esa tensión pasa a ser de 8V, a causa de la caída de tensión que se produce en la resistencia serie de la fuente de 48V de la central telefónica, al circular corriente contínua por la línea. La corriente contínua circula dentro del teléfono por el siguiente camino: hilo superior de la línea – contacto de la derecha de la horquilla – contacto D del disco – primario del transformador de audio – micrófono-contacto izquierdo de la horquilla – hilo inferior de la línea.
En el disco, el contacto C permanece abierto cuando del disco no está siendo usado y se cierra cuando el disco se encuentra en movimiento. El contacto D, está siempre cerrado y se abre y se cierra cuando el disco vuelve impulsado por un resorte, después de discar cada número,  una cantidad de veces igual a la del número discado. Es el que produce los pulsos de discado.
Dentro del tubo se encuentran alojados el micrófono y el auricular (microphone y earphone en inglés). En el esquema de la Fig.2 se ha incluído un micrófono de carbón y un auricular electromagnético con imán permanente.
La campanilla incluída en el esquema es electromagnética.
Hemos simbolizado con la letra V a los varistores que cumplen la función de limitar el nivel de audio de salida del micrófono y de entrada del auricular.
La línea telefónica tiene una impedancia característica Z0=600Ω.
Fig.2 – Circuito del teléfono Ericsson 4DLG-Standard. Fuente: relevamiento del equipo real. Contactos en posición con tubo colgado.
Funcionamiento del circuito
1) Recibiendo una llamada
La Central telefónica envía por la línea telefónica una tensión alterna sinusoidal de llamada, de alrededor de 100V, superpuesta a los 48 V de corriente contínua. Se produce entonces una corriente alterna sinusoidal que ingresará a través  del capacitor no electrolítico de 1μFx250V y alimentará el bobinado de la campanilla, haciéndo que esta suene.
Cuando levantamos el tubo, los contactos de la horquilla cambian de posición y se abre el circuito de campanilla, al abrirse el contacto del medio, por lo que esta deja de sonar. Dicho contacto del medio, junto con el de la derecha, hacen que el capacitor de 1μFx250V y la resistencia de 680Ω queden en paralelo con el contacto D del disco, cumpliendo la función de mejorar la forma de los pulsos. La Central telefónica se entera que la llamada fue atendida, porque detecta que fue levantado el tubo, a causa de que apareció una corriente contínua en la línea y deja de enviar los 100V de alterna y envía solo 8V de c.c. y el audio del abonado remoto. El  hilo inferior de la línea telefónica queda conectado al punto P, a través del contacto de la izquierda de la horquilla y el hilo superior queda conectado al extremo superior del primario del transformador de audio a través del contacto derecho de la horquilla y del contacto D del disco.
El circuito de audio del teléfono queda así conectado en paralelo con la línea telefónica y puede iniciar una conversación con el abonado remoto que lo llamó.
2) Funcionamiento del circuito de audio
El circuito de audio está compuesto por el transformador, el micrófono, el auricular, los varistores y la red de balance, compuesta por la resistencia de 750 Ω y por el capacitor de 0,068 Ω.
La función de la red de balance es hacer que la impedancia vista entre el punto medio del bobinado del primario del transformador y el punto P, sea igual hacia arriba que hacia abajo. De este modo, la corriente I generada por el micrófono, ya sea cuando el abonado local habla, o cuando ingresa ruido ambiente al micrófono, se dividirá en dos corrientes I1 e I2, que serán de igual valor y sentido contrario, ingresando la primera al punto del bobinado y saliendo la otra del punto, por lo que inducirán flujos magnéticos y tensiones opuestas en el bobinado secundario, evitándose así que el abonado ecuche su propia voz y los ruidos del ambiente en el auricular. Esto es muy importante y puede observarse que cuando el ambiente es muy ruidoso y la función mencionada no es suficiente, no se logra entender el audio del auricular, pero si uno ayuda, tapando el micrófono con la mano, el ruido baja más aún y entonces se logra entender al interlocutor remoto.
La función inversa a la descripta también se produce: el audio del interlocutor remoto que llega al auricular es inhibido de reingresar al micrófono, produciendo una realimentación indeseada. El mecanismo se produce como consecuencia de que el audio del auricular, existente en el secundario del transformador, produce en el primario dos corrientes de igual sentido que I1 e I2, que por ser opuestas darán una resultante I que será nula.
El tubo del teléfono contiene de manera separada el micrófono y el auricular y de ese modo son necesarios cuatro hilos para conectarlo al resto del circuito de audio descripto, que se encuentran en el cuerpo principal del teléfono.
Una configuración que realiza las funciones mencionadas, como las que hacen el transformador y la red de balance, permitiendo adaptar  una línea de audio full dupex a 2 hilos, como es la línea telefónica, con un circuito de audio a 4 hilos, como es el tubo del teléfono, se conoce como “hibrida”.
La línea telefónica a dos hilos se dice que es full duplex a causa de que permite circular el audio en ambos sentidos simultaneamente. Si el audio pudiera circular en un sentido y luego en el otro, sería una línea half duplex. Sería el caso de un transceptor de radio, donde apretando el botón del PTT se establece la transmisión en un sentido y soltándolo se permite la recepción, acordando las diferentes funciones mediante la palabra “cambio”, pronunciada por el interlocutor que deja de hablar y pasa a escuchar.
3) Realizando una llamada
Para realizar una llamada, decolgamos el tubo y nos colocamos el auricular en la oreja, escuchando un tono que nos enviará la central, llamado tono de invitación a discar, o tono de discado, o simplemente tono, que la central supo que debía enviarlo cuando detectó que habíamos descolgado el tubo. La tensión de continua entre los dos hilos de la línea será de 8V y la señal del tono estará superpuesta con dicha tensión.

Procedemos a discar, haciendo girar el disco hasta la posición de cada número y soltándolo. Cuando hacemos esta operación de discado, el contacto D queda en paralelo con la línea telefónica, cortocircuitándola, abriéndose dicho cortocircuito solo al volver el disco desde las distintas posiciones a que lo hicimos girar al discar cada número, tantas veces como lo indica el número que va siendo discado. De este modo, si representamos en función del tiempo la corriente en la línea telefónica tendremos una gráfica como la mostrada en la Fig.3 cuando se disca el número 4. 

Fig.3 – Pulsos de discado del número 4
Obsérvese que tenemos 4 pulsos de corriente cero, o de no corriente, que son los famosos pulsos del discado, en este caso del número 4.
Estos pulsos son decodificados en la central, la que establece la comunicación entre los dos abonados, destinando un circuito exclusivo para ambos. A diferencia de lo que ocurre en la conmutación de paquetes, donde el circuito es compartido por todos los abonados, en este caso hay una conmutación de circuitos.
Observaciones
Si bien el circuito descripto podría parecer anticuado, el principio de funcionamiento del teléfono fijo se mantiene inalterado y prueba de ello es que si conectamos un aparato como este a una línea telefónica hoy, nos permitirá comunicarnos con otro abonado de la misma manera que lo habríamos hecho hace 30, 40 o 50 años. Entender el funcionamiento de este aparato, nos posibilitará una introducción cómoda hacia las versiones más modernas.


11 comentarios:

  1. Hola, me gustaría saber si todas estas tensiones y señales que se emplean están recogidas en algún estándar como la ITU-T o similar. He visto que mucha gente habla de esos 48V pero nadie hace referencia a ningún estándar donde pueda consultar los márgenes de error o características similares...

    ¡Muchas gracias por el artículo!

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    1. Las tensiones de las líneas telefónicas pueden variar de un país a otro. Los 48V de cc se usan en Europa y las Américas. Podría haber diferencias entre + a masa, o negativo a masa. Donde hay mayores diferencias es en las tensiones de alterna de campanilla y en las impedancias de líneas. Desconozco si la ITU tiene alguna norma que trate el tema. Habría que intentar buscar en la maraña burocrática de la ITU, lo cual no es fácil. Las PABX grandes, preven las diferencias de un país a otro y traen largas tablas para setearlas según el país de que se trate.

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    2. ¡Muchas gracias por la respuesta!

      Los tonos de llamada sí los encontré en la ITU-T Q.35, pero los valores DC (esos 48V) no los he visto por escrito jamás.

      Gracias por tu tiempo :)

      PD: Yo estoy buscando en la ITU-T porque es el estándar que se suele seguir en España, pero está claro que en otros paises los valores pueden ser totálmente distintos.

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    3. Te sugiero que consultes las normas ETSI. Pero lo más fácil sería que consultes el manual de una PABX del nivel de la Hicom 300 de Siemens, donde podrás encontrar las normas que sigue cada país de manera resumida y el nombre de la norma, para encontrarla con mayor facilidad. La itu es internaconal y ahí debería estar todo, lo que pasa es que el tema es muy antiguo y por eso es más difícil encontrarlo. Además las compañías de telefonía de cada país tienen sus normas, que normalmente coinciden con la itu.

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    4. Creo que es la ETSI EG 201 188 la norma que estaba buscando.

      Muchas gracias :)

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  2. Este comentario ha sido eliminado por el autor.

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  3. Las Centrales Ericsson Originalmente NO tenian bateria para alimentar las lineas telefonicas, se llamaban de bateria local o sea que el telefono tenia un par de pilas 3V para alimentar el microfono y las comunicaciones se realizaban mediante un operador que tenia un generador de magneto para "llamar a los abonados", luego con el advenimiento de las centrales denominadas automaticas con selectores de 500 lineas AGF funcionaban con un baterias, sostenidas a flote con generadores movidos por motores electricos, de 11 vasos + conectado a Tierra (24,2 V en flote) mas vaso 12 adicional para mantener los 24 V cuando se cortase suministro de energia electrica .-
    Luego mas adelante llegaron las centrales a coordenadas ARF de selectores 200 lineas, mas complejas, alimentadas por baterias de 23 vasos (50.2 en flote) tabien con + a Tierra, con sistemas de alimentacion y carga estaticos.-
    En ambas la tension de "llamada" que "movia" la campanilla era de 90 V 25 Hz

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    1. Las centrales antiguas, como lo dice Rudy, cuando los teléfonos estaban alimentados por contínua, se denominaban de batería local. Cuando,como es ahora, la alimentación de contínua se hace en la central y no en los teléfonos, se llaman de batería central.

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  4. holaa, si quiero utilizar el micrófono para enchufarlo en un amplificador puedo usar el micrófono solo? o necesito el transformador los varistores y la red de balance?

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    1. Puedes usar el micrófono solo, pero tendrás que polarizarlo con continua (dc) y acoplarlo mediante un capacitor.

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  5. Buenas, muy interesante toda la información, gracias por compartirla. Estoy haciendo un test de líneas ya que se escuchan muy bajo cuando realizo una llamada telefónica, no todas tienen el mismo volumen de audio por lo cual realice las mediciones. Yo sospecho que la perdida se debe a la distancia que se encuentra la central telefónica (10 km aprox).

    Aquí detallo los resultados de mi medición:

    Bornera in on-hook (V) Bornera off-hook (V)
    62,34 7,48
    52,37 7,697
    62,22 7,486
    65,38 7,516
    65,01 7,214

    Viendo estos valores, según su conocimiento, cuál es la línea que se debería escuchar peor y cuál es la que se debería escuchar mejor?

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