Физика в моей профессии: связист

Рабочее место инженера электросвязи – зал телефонной станции. Здесь круглогодично поддерживается кондиционерами почти постоянная температура. Воздух, поступающий в здание АТС, очищается от пыли. Такие условия в зале  станции необходимы для безотказной работы сложной электронной техники.

Для поддержания оборудования АТС в работоспособном состоянии необходимо заменять неисправные блоки. Искусство инженера – на основе различного ода сигналов найти и заменить неисправный блок.

Инженер электросвязи должен вносить изменения в программы работы АТС: телефонная сеть развивается, абоненты переезжают на другие квартиры и т.д. Эта операция производится набором цифр и букв по определенным правилам на клавиатуре специальной пишущей машинки. Потом инженер электросвязи должен проверить, правильно ли работает АТС после изменения программ.

Инженер электросвязи должен решать довольно сложные умственные задачи. Вот одна из таких задач. Один из абонентов пожаловался: по его телефону несколько раз спрашивали совершенно другого человека. Как быть инженеру электросвязи? Ведь на огромной сети с множеством АТС где-то произошло повреждение. Вначале инженер должен проверить работоспособность своей станции. Со всего города на АТС приходят вызовы, и надо определить, правильно ли находят они путь к вызываемым абонентам. Современная техника позволяет имитировать вызовы ко всем абонентам данной АТС. Конечно, абонентов не беспокоят, аппаратура только реагирует, что вызов поступает на данную абонентскую линию, но звонок в телефонном аппарате не звучит. Но нет, повреждение не обнаружено. Тогда инженер электросвязи вводит в управляющее устройство программу: записывать в запоминающем устройстве, с каких направлений приходят вызовы к этому абоненту. АТС «засекла» вызов, который поступил из другого города через АТС. Здесь, к счастью, записываются номера абонентов, поэтому легко определить номер вызывающего абонента. Теперь уже в другом городе подключается инженер на другой АТС. После целого ряда проверок выясняется, что на АТС поступают искаженные импульсы набора номера: абонент набирает один номер, а фиксируется другой. Причина оказалась в том, что была повреждена оболочка кабеля, изоляция промокла от грунтовых вод, и при передаче импульсов набора номера происходили искажения. Вот почему абонент из другого города и попал к заявителю.

Инженер электросвязи (многоканальной)

Инженеры многоканальной электросвязи заняты эксплуатационно-техническим обслуживанием линейно- кабельных связи, систем передачи многоканальной электросвязи, а также проектированием и строительством линейно- кабельных сооружений, разработкой систем передачи, специальных измерительных приборов и индикаторов.

Линейно-кабельные сооружения связи включают кабельные и воздушные линии связи, кабельную канализацию, коллекторы, закладные устройства в зданиях и инженерных сооружениях (мостах, дамбах), служащие для прокладки кабелей.

Кабельные линии состоят из изготовленных  на заводах кабелей определенной длины, муфт, служащих для соединения кабелей между собой и оконечных кабельных устройств, в которые включаются концы кабелей. Кабели связи имеют различную конструкцию и могут содержать от одной до нескольких тысяч пар жил, по которым передается информация. Жилы кабеля могут быть выполнены из металла или стекловолокна. По кабелям, содержащим металлические жилы, передаются электрические сигналы. Поэтому такие кабели называются электрическими. По кабелям, содержащим стекловолоконные (диэлектрические) жилы, передается видимый спектр электромагнитных колебаний, то есть то, что мы называем «свет». Поэтому такие кабели называют оптическими. Жилы кабеля заключены в изоляцию и образуют сердечник, покрытый герметичной оболочкой. Оболочки кабелей могут быть пластмассовыми, металлическими (свинцовыми, стальными, алюминиевыми) или металлопластмассовыми. На  междугородных  линиях связи широкое применение находят коаксиальные кабели.

Системы передачи многоканальной связи  представляют собой сложное электротехническое оборудование.  Они обеспечивают образование требуемого числа каналов связи по ограниченным физическим цепям кабельных или воздушных линий связи.

Инженеры многоканальной электросвязи, занятые эксплуатацией, обеспечивают нормальное функционирование линейно-кабельных сооружений и систем передачи тем самым добиваются постоянного действия средств связи с заданными техническими характеристиками.

Инженеры многоканальной электросвязи занимаются также проектированием и строительством линейно-кабельных сооружений.

Для измерения электрических характеристик линий связи, поиска мест повреждений и трасс, а также для настройки систем передачи применяются многочисленные измерительные приборы и индикаторы.  

Основы телефонии.

Двойное преобразование звука.

Говорящий по телефону посредством своего голоса (колебания частичек воздуха) приводит в колебание мембрану телефона; в результате этих колебаний соответственно их ритму и силе меняется сила тока в электрической цепи, соединяющей два телефонных аппарата. Это первое преобразование: звуковые волны преобразуются в электрические (изменения силы тока можно рассматривать как волны).

Звуковые волны в виде электрических волн попадают на принимающую станцию. Наш слух не воспринимает колебательное движение электронов. Поэтому необходимо вторичное преобразование: электрические колебания нужно снова превратить в колебания воздуха. Крохотный электромагнит в трубке телефона  заставляет колебаться тонкую металлическую пластинку в ритме колебаний поступающего тока.

Телефон.

Телефон служит для преобразования электрических колебаний в колебания звуковые. Устройство простейшего телефона и принцип его работы схематически показаны на рисунке.

На полюсах постоянного магнита 1 укреплены сердечники электромагнита 2 с обмотками, соединенными последовательно. На некотором (очень малом ) расстоянии от этих сердечников расположена круглая стальная мембрана 3, закрепленная по краям.

Когда ток І в обмотке электромагнита отсутствует (положение І), мембрана находится под действием только магнитного потока Ф0 постоянного магнита и несколько прогнута в его сторону. При прохождении переменного (разговорного) тока через обмотки электромагнита этим током создается переменный магнитный поток Ф~. В момент, когда направление этого потока совпадает с направлением потока постоянного магнита, происходит усиление общего магнитного поля (Ф0+Ф~), вследствие чего сила F, действующая на мембрану, возрастает и она притягивается ближе к сердечникам электромагнита ( положение ІІ).

Когда же направление магнитного потока, создаваемого переменным током, противоположно направлению магнитного потока постоянного магнита (Ф0 - Ф~), происходит ослабление общего магнитного поля, сила притяжения F, действующая на мембрану, уменьшается и она отклоняется от сердечника дальше, чем при отсутствии тока, - за положение покоя (положение ІІІ).Далее процесс повторяется. Таким образом, мембрана телефона совершает колебательные движения в соответствии с частотой и величиной тока, происходящего через обмотки электромагнита, т.е. происходит преобразование электрических колебаний в колебания звуковые.

Микрофон.

Микрофон служит для преобразования звуковых колебаний в колебания электрические.

Микрофон  представляет собой наполненную угольным порошком коробку, одной из стенок которой служит упругая  пластина – мембрана. Угольный порошок отличается плохой электропроводностью, т.е., другими словами, большим сопротивлением. Но если угольный порошок сжать, сблизить его частички, электропроводность его повышается.

Микрофон нужно присоединить к электрической цепи так, чтобы ток проходил  через  угольный порошок (т.е., через микрофон). Телефонный аппарат работает примерно так: электрический ток выходит через один из полюсов батареи, проходит по угольному микрофону, по проводу доходит до приемника, попадает в обмотку электромагнита трубки для приема и по другой ветви провода возвращается ко второму полюсу батареи.

Мембрана угольного микрофона воспринимает колебания звуковых волн и сжимает угольный порошок то сильнее, то слабее – в полном соответствии с ритмом этих колебаний. Вследствие этого сопротивление микрофона постоянно меняется и соответственно меняется сила проходящего по цепи тока. Т.о. превратили колебания звуковых волн в колебания силы тока.

Для осуществления телефонной связи в цепь микрофона необходимо включить источник постоянного тока. Для питания микрофонов могут быть использованы сухие элементы, аккумуляторы и другие источники постоянного тока. Существуют две системы питания микрофонов: МБ (местная батарея) и ЦБ (центральная батарея).

Основные сведения по электротехнике и электронике

Сведения из электротехники

Электрическое сопротивление и проводимость.

Способность материалов препятствовать прохождению электрического тока называется электрическим сопротивлением. Измеряется в Омах (Ом) и мегаомах( Мом).

1000 Ом = 1 кОм, 1000 кОм = 1 Мом = 1000000 Ом.

Величину, обратную сопротивлению, называют проводимостью и измеряют в сименсах( См).

Резисторы

Для создания необходимого сопротивления в цепях используют резисторы.

Каждый резистор характеризуется номинальным сопротивлением, допуском отклонения от номинального сопротивления и номинальной мощностью рассеяния.

Номинальной мощностью рассеяния резистора является наибольшая мощность, которая может длительное время рассеиваться на нем без вреда для исправной работы резистора при нормальной температуре (20 ºC).

Конденсаторы

В аппаратуре связи применяются конденсаторы – устройства, которые при сравнительно малых размерах обладают большой электрической ёмкостью.

Ёмкость конденсаторов измеряется в фарадах ( Ф), микрофарадах (мкФ) и пикофарадах (пкФ):

1Ф = 1000000 мкФ, 1мкФ = 1000000 пФ.

Конденсаторы можно соединять последовательно, параллельно и смешанно.

Каждый конденсатор характеризуется: ёмкостью, на конденсаторе указывается его номинальная ёмкость; номинальным рабочим напряжением, наибольшее напряжение возникает между обкладками конденсатора, при котором он надежно и длительно работает, сохраняя свои параметры; испытательным напряжением, которое выдерживает конденсатор без пробоя диэлектрика в течение короткого промежутка времени; пробивным напряжением, при котором происходит пробой диэлектрика конденсатора; сопротивлением изоляции, которое при постоянном напряжении( U = 100 В) характеризует качество диэлектрика, величину утечки тока и надежность работы конденсатора; температурным коэффициентом ёмкости, показывающим изменение номинальной ёмкости конденсатора при изменении температуры на 1 ºC.

Электрическая цепь постоянного тока

Электрический ток, протекающий в электрической цепи, представляет собой направленный поток электронов, возникающий под действием электрического поля.

Силу тока измеряют в амперах (А).

Электродвижущая сила (э.д.с.) источника электрической энергии, включенного в цепь, определяется работой, совершаемой им при перемещении электрических зарядов по всей цепи.

Напряжение – часть электродвижущей силы, определяемая работой источника электрической энергии, которая совершается им при перемещении электрических зарядов на участке цепи.

Мощность тока определяется работой, производимой (или потребляемой) в одну секунду, и измеряется в ваттах (Вт).

Электрическое и магнитное поля

Электрические заряды обладают электрическим полем. Возникновение магнитного поля связано с прохождением электрического тока по проводнику.

Электрические величины: Сила взаимодействия зарядов, сила взаимодействия проводников с током, относительная проницаемость, постоянная проницаемость для воздуха и вакуума, напряженность поля, потенциал, энергия.

Магнитные величины: напряженность магнитного поля, магнитная индукция, магнитный поток, сила, действующая на один из двух параллельных проводников, по которым протекает ток.

Электромагнитная индукция

При изменении магнитного потока вокруг катушки в ней возникает электродвижущая сила индукции.

Если витки катушки пересекаются собственным магнитным потоком, то в ней индуктируется электродвижущая сила самоиндукции. Электродвижущая сила взаимоиндукции возникает в одной электрической цепи при изменении силы тока в другой, индуктивно связанной с ней цепи.

Однофазный и трехфазный переменный ток

Переменным электрическим током называется такой ток, который с течением времени периодически изменяется по величине и направлению.

Основными величинами, которыми характеризуется переменный ток являются: период, частота, максимальное (амплитудное) значение, действующее (эффективное) значение, мгновенное значение и угловая частота.

Трехфазной системой переменного тока называется такая электрическая цепь, в которой действуют три электродвижущие силы одинаковой частоты и амплитуды, взаимно смещенные по фазе на 120º.

Трансформаторы

Трансформатор – электромагнитный аппарат с двумя (или более) обмотками, предназначенный в большинстве случаев для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Сведения из электроники

Электронные лампы

Электронные лампы и полупроводниковые приборы являются основными элементами радиоэлектронной аппаратуры и аппаратуры электросвязи.

Полупроводниковые диоды

Основными элементами полупроводникового диода являются две полупроводниковые области с различной проводимостью (p и n). Между ними образуется электронно-дырочный p – n – переход.

Наибольшее распространение получили селеновые, германиевые и кремниевые диоды. Они обладают односторонней проводимостью и характеризуются различными параметрами: наибольшее обратное напряжение (Uобр), наименьшее обратное пробивное напряжение (Uпр), наибольшая величина обратного тока (Iобр), наибольший выпрямленный ток ( I в).