电话终端的分类与工作原理

3．2．2　电话终端

1．电话机的分类

电话机是交换系统的终端设备，电话机类型很多，如磁石电话机、共电式电话机、拨号盘式电话机、按键式或电路机等。

（1）磁石电话机

磁石电话机是一种比较古老的人工式电话机，属于第一代电话机。磁石电话机由三部分组成：通话部分、信号发送部分、信号接收部分。通话部分由送话器、受话器、电感线圈（或变压器）及电池等构成；信号发送功能由手摇发电机完成，信号接收由一种叫“交流铃”的电路来实现。各种功能的转换是由电话机中叉簧和手摇发电机上自动簧片组的动作来完成的。磁石电话机使用了100多年。它的使用方式十分灵活，任意两个磁石电话机之间只要拉上一对线即可互相呼叫并通话。目前在矿山、铁路等野外环境中仍有使用。随着电话自动化的发展，它已进入逐渐被淘汰的阶段。

（2）共电式电话机

共电式电话机是人工式电话机，仍属电话机的第一代产品。它与磁石电话机的区别，就是没有机内电池和手摇发电机。通话用电源由交换机集中统一供给，共电式电话机也由此而得名。

共电式电话机在一些经济不太发达的城镇和工矿企业仍有使用，它也正在随着电话自动化的发展而逐步被淘汰。

（3）拨号盘式电话机

①拨号盘式电话机的组成及工作原理

图3．3（a）是拨号盘式电话机的示意图。拨号盘式电话机是自动电话机，属电话机的第二代。

图3．3　拨号盘式电话机

拨号盘式电话机由三部分组成：通话部分包括送话器、受话器、电感线圈（或变压器）；信号接收部分是交流铃；信号发送部分由一个机械式旋转拨号盘来完成，它以一定的速度发出长短一致的不同数量的电流脉冲，以控制交换机动作。打电话者用拨号盘来“告诉”交换机所呼叫的电话机号码，其控制系统如图3．4所示。拨号盘上有一对与电话机供电回路串接的脉冲接点（D），当顺时针拨动拨号盘时，三叶脉冲轮不动作，当拨号盘自动回转时，三叶脉冲轮一起逆时针旋转，以相同的间隔时间接触脉冲弹簧片，相当于开关的闭合或断开，使脉冲接点D出现断—通—断……的连续动作，使电流呈现断—通—断……的状态，电流的这种变化方式称为电流脉冲。每通断一次形成一个脉冲，每拨一次号盘就形成一个脉冲串，每个脉冲串内的脉冲个数就是对应的拨号数字，脉冲串的个数代表所拨电话号码的位数，如图3．3（b）所示。如第一次拨的号码是“2”，脉冲串内就有2个脉冲；第二次拨的号码是“4”，脉冲串内就有4个脉冲；第三次拨的号码是“1”，脉冲串内就有1个脉冲，依此类推。如果某地区电话号码是6位，就用6串脉冲串来表示一个用户的电话号码，如果某地区电话号码是8位，就用8串脉冲串来表示一个用户的电话号码。

图3．4　拨号盘控制系统示意图

交换机上有专门接收这些脉冲串的设备，当它接收到这些脉冲串后，就可判断出主叫用户呼叫的被叫号码，自动进行接续动作，接通相应的被叫电话机。为了使交换机能正确地接收这些信号，不至于发生判断错误，对电话机发出的电流脉冲速度，通、断时间，脉冲串间隔时间均有一定的要求。

②拨号盘的脉冲参数

与脉冲拨号方式相关的参数有3个：脉冲速度、脉冲断/续比和脉冲位间隔。

·脉冲速度

脉冲速度即每秒钟送出脉冲的个数（脉冲频率），我国标准规定脉冲速度为每秒钟8～20个脉冲。

·脉冲断/续比

脉冲断/续比表示在一个脉冲周期中，断开电流的时间与接通电流的时间之比，我国标准规定脉冲断/续比为1．6∶1～2∶1。

如果取拨号脉冲的速率为10个/秒，每一个脉冲的周期T＝1　000/10＝100 ms。按照断/续比1．6∶1，可以计算出脉冲接点断的标准时间为脉冲接点续的时间为

·脉冲位间隔(www.xing528.com)

脉冲位间隔即相邻两脉冲串的时间间隔。用户每拨一个数字，拨号盘就发出一串脉冲，脉冲个数与拨号数字相同。在拨两个数字之间，也即在发两个脉冲串之间应有一个时间间隔，以使交换机能正确地区分逆行接续动作，一般这个时间要求不少于500 ms。在拨号盘电话机中这个时间由打电话者拨号动作的快慢决定。按照以上的要求可以画出拨号脉冲的时序波形，如图3．5所示。

图3．5　脉冲断续时间

（4）按键式电话机

按键式电话机是从20世纪80年代开始逐渐普及的，是现代电子技术发展的成果之一。目前国内生产的电话机绝大多数都是按键式电话机。按键式电话机种类很多，但其组成都是包括发号、振铃、通话三部分。按键式电话机和拨号盘式电话机的主要区别是发号部分由按键号盘、发号集成电路和外围电子元器件组成。按键式电话机功能很多，比如：号码重发、暂停（拨号过程中插入等待时间）、号码存储和缩位拨号、脉冲/音频兼容拨号、脉冲拨号/双音多频拨号方式转换、发送闭音（只接听，不发送）、锁号、三方通话、免提、录音、自动报号、来电显示、留言、语言信箱、免打扰及闹钟等功能。下面简单介绍一下目前用得最广泛的按键号盘的组成及工作原理。

①按键号盘的组成

在电话单机中，有两种拨号方式：直流脉冲（DP）和双音多频（Dual Tone Multi－Fre－quency，DTMF）。DP信号方式是利用二线直流环路上的直流通断次数来代表一位拨号数字。脉冲拨号速度慢，脉冲信号在线路传输中容易产生波形畸变，可能产生错号，脉冲信号的幅度较容易产生线间干扰，目前DP拨号方式已基本被DTMF取代了。DTMF信号使用在按键式电话机上，其功能有两种：一是用于双音多频信号的拨号，去控制交换机接通被叫的用户电话机；二是利用双音多频信号控制电话机的各种动作，如播放留言、来电显示、语言信箱等。DTMF的拨号键盘是4×4的矩阵，有16个按键，其中包括10个数字键0～9，6个功能键＊、＃、A、B、C、D，如图3．6（a）所示。按键＊、＃键做特殊功能用（如IP拨号结束、通话静音、功能切换等），A、B、C、D留作备用功能，例如号码重拨、话机设置等。按照组合的原理，必须有8种不同的单音频信号，用8中取2的编码方法，才能代表16个按键。

图3．6　双音多频电话机的键盘

②DTMF按键号盘的工作原理

根据CCITT的建议，国际上采用697 Hz、770 Hz、852 Hz、941 Hz和1　209 Hz、1　336 Hz、1　477 Hz及1　633 Hz　8种频率分成高频和低频两个群，即行为高频群，列为低频群。DTMF信号方式是从高频群和低频群中任意各抽出一种正弦频率信号进行组合，代表电话机键盘上的一位拨号数字，两个单音频的频率不同，所代表的数字和功能也不同，每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，共有16种不同的组合，代表16种不同数字或功能，见表3．2或图3．6（a）。例如“1”是697 Hz和1　209 Hz的组合，“2”是697 Hz和1　336 Hz的组合，交换机可以解码这些频率组合并确定所对应的按键号码。

表3．2　DTMF频率编码对应表

由于采用的频率有8种，故又称之为多频。又因为由8种频率中任意抽出2种组合成一个号码或功能，故又称为双音频，还可以称其为8中取2的编码方法。

DTMF拨号速率快，抗干扰能力强。其拨号方式除了用于电话呼叫以外，还广泛使用在交互式控制中，如电话银行、ATM终端、语言邮件、家电远程遥控等。

目前电话终端的种类很多，除了普通按键电话机以外，还有主叫号码显示电话机、录音电话机、免提电话机、短信电话机、无绳电话机，投币电话机、磁卡电话机、可视电话等，随着技术的发展和新业务的不断出现，电话机的品种会不断更新，功能会越来越丰富。到目前为止，大约有400多个品种和款式的电话机产品在市场上销售。

2．电话机的组成及工作原理

电话通信的任务是传递话音，话音的频率范围是50～15　000 Hz。在电话通信中，如果将这一频带范围的声音完整地传递出去，势必降低电话线路的利用率，电话机的设计也更复杂。实际通信中并不要求电话设备重现面对面讲话时的那种声音，只要通话双方能明白对方所表达的语意就可以了。CCITT建议电话的话音频带为300～3　400 Hz。我国各种电话机都采用了300～3 400 Hz的工作频带。目前，世界上已出现了最高频率达到7　000 Hz的宽带电话，听起来更感到真实、自然。下面介绍电话机的一般组成及原理。

（1）电话机的一般组成及各部分的功能

电话机的原理结构如图3．7所示。连接电话机与交换机之间的二线线路称为用户线。大多数电话机的用户线为φ0．5 mm或φ0．4 mm的双绞线。图中有三个开关H、M、D。H是振铃和通话的切换开关；M是静噪开关；D是拨号脉冲接点开关，即D的通断产生脉冲串（对应电话号码）。电容C在电路空闲时，隔断用户二线环路上的直流电流，有电话来时，通过25 Hz的交流振铃信号使电话发出铃声。电话机的手柄由送话器（麦克风）和受话器（耳机）组成，送话器把声音信号变成电信号，受话器把电信号变成声音信号。二/四线变换器完成二/四线变换和消除侧音的任务。由于用户线是用一对导线的二线环路来实现语音信号的双向传输，而送话器和受话器若再同用一对导线会有很大的侧音效应。所谓侧音就是本方发出的声音通过送话器转换成电信号后不仅可以通过二线线路送往对方，而且还要送到本方受话器中产生很大的声音，人们把这种声音称为侧音（打电话时自己能从耳机中听到自己的声音）。这种侧音会使人耳疲劳从而影响收听对方话音的效果，所以在二线环路上增加了一个二/四线转换器，来完成二/四线变换，使送话器和受话器各用一对导线，这样来话和去话的路线就分开了，因此消除了侧音效应。

图3．7　电话机的原理结构图

电话机主要完成声音信号与电信号的相互转换、摘挂机状态指示、拨码、来话振铃提示和二/四线变换等功能。

（2）工作过程

交换机接口电路通过检测环路上是否有电流流过来确定用户状态。振铃和通话切换开关H常用叉簧开关，电话机空闲状态时，叉簧开关H保持与接点2相连，由于用户二线直流环路中串接了隔直流电容C，因此环路对直流呈高阻，相当于断开状态。有电话来时，25 Hz的交流振铃信号通过隔直电容，加到电话铃上，使之发出通知来话的振铃声音。当用户摘下电话机手柄（用户摘机），叉簧H将由2点倒向1点，电话铃断电，铃声停止，二线直流环路上有了电流（这种直流电流声音用户会听到）。当用户拨动话机号盘时，静噪开关M点接通，以防止高压脉冲噪声回送到耳机。号盘回旋过程中，D点交替通断，从而向交换机发出相应的直流脉冲（DP）串号码。

当采用双音多频（DTMF）方式拨号时，则专用的DTMF产生电路采用类似的方式接入二线环路。