مخابراتی

تلفن یک دستگاه مخابراتی است که به دو یا چند کاربر اجازه می‌دهد در زمانی که فاصله زیادی از هم دارند و به طور مستقیم شنیده نمی‌شوند، مکالمه را انجام دهند و مردم را قادر می سازد با دیگران در سراسر جهان ارتباط برقرار کنند. یک تلفن صدا را تبدیل می کند، به طور معمول و کارآمدترین صدای انسان، به سیگنال های الکترونیکی تبدیل می شود که از طریق کابل ها و سایر کانال های ارتباطی به تلفن دیگری که صدا را به کاربر گیرنده بازتولید می کند، منتقل می شود. کار با jتلفن بسیار ساده است، و به کاربران خود یک نوع ارتباط فوری و شخصی ارائه می دهد که از طریق هیچ وسیله دیگری قابل دستیابی نیست. در نتیجه، این دستگاه به پرمصرف ترین دستگاه مخابراتی در جهان تبدیل شده است، به طوری که میلیارد ها تلفن در سراسر جهان در حال استفاده است.

انواع تلفن

چهار دسته تلفن وجود دارد: تلفن کلاسیک با سیم (با استفاده از صفحه چرخشی یا دارای دکمه)، تلفن بی سیم یا بی سیم، تلفن همراه استاندارد و تلفن هوشمند. امروزه، نسخه ثابت تلفن به طور گسترده ای با تلفن های همراه و تلفن های هوشمند جایگزین شده است، زیرا آنها راحت تر هستند و قیمت خدمات نیز به شدت کاهش یافته است. تلفن های خانگی استاندارد با استفاده از کانکتور RJ-11 به یک پریز دیواری متصل می شوند. هنگام اتصال تلفن به مودم، تلفن به کانکتورخط خروجی متصل می شود. از آنجا، خط ثابت به کانکتور line in مودم متصل خواهد شد.

تاریخچه تلفن

در سال 1876، الکساندر گراهام بل اولین کسی بود که حق ثبت اختراع ایالات متحده را برای دستگاهی دریافت کرد که به وضوح قابل درک صدای انسان را در دستگاه دوم تولید می کرد. این ابزار توسط بسیاری دیگر توسعه یافت و به سرعت در تجارت، دولت و خانواده ها ضروری شد. اولین تلفن ها مستقیماً از دفتر یا محل سکونت یک مشتری به محل مشتری دیگر به یکدیگر متصل می شدند. این سیستم‌ها که فراتر از تعداد کمی از مشتریان غیرعملی بودند، به سرعت با تابلوهای مرکزی که به صورت دستی کار می‌کردند جایگزین شدند. این تبادل ها به زودی به یکدیگر متصل شدند و در نهایت یک شبکه تلفن عمومی سوئیچینگ خودکار در سراسر جهان را تشکیل دادند. سیستم‌های رادیویی مختلفی برای انتقال بین ایستگاه‌های سیار در کشتی‌ها و خودروها در اواسط قرن بیستم توسعه یافتند. تلفن های همراه دستی از سال 1973 برای خدمات شخصی معرفی شدند. در دهه های بعد، سیستم سلولی آنالوگ آنها به شبکه های دیجیتال با قابلیت بیشتر و هزینه کمتر تبدیل شد.

تلفن های بی سیم

تلفن‌های بی‌سیم دستگاه‌هایی هستند که جای یک ابزار تلفن را در خانه یا محل کار می‌گیرند و امکان تحرک بسیار محدود تا 100 متر 330 فوت را می‌دهند. از آنجایی که آنها با یک واحد پایه که مستقیماً به یک جک تلفن موجود وصل شده است ارتباط برقرار می کنند، اساساً به عنوان یک افزونه بی سیم برای سیم کشی خانه یا دفتر موجود عمل می کنند. اولین تلفن‌های بی‌سیم از روش‌های مدولاسیون آنالوگ استفاده می‌کردند و روی یک جفت فرکانس، 1.7 مگاهرتز و 49 مگاهرتز کار می‌کردند. از دهه 1980، تلفن‌های بی‌سیم روی یک جفت فرکانس در باندهای 46 و 49 مگاهرتز کار می‌کردند و در اواخر دهه 1990 تلفن‌هایی که در باند 928-902 مگاهرتز کار می‌کردند ظاهر شدند. این تلفن ها از مدولاسیون آنالوگ، مدولاسیون دیجیتال یا مدولاسیون طیف گسترده استفاده می کردند. برخی از تلفن های بی سیم دیجیتال اکنون در منطقه گیگاهرتز کار می کنند - به عنوان مثال، 5.8 گیگاهرتز. به طور کلی، هر نسل متوالی از تلفن های بی سیم کیفیت و برد بیشتری را به مصرف کننده ارائه می دهد.

اجزای سازنده تلفن

تلفن از اجزای کاربردی زیر تشکیل شده است: منبع تغذیه، قلاب سوئیچ، شماره گیر، زنگ، فرستنده، گیرنده و مدار ضد زنگ.

منبع انرژی (Power source)

در اولین تلفن های آزمایشی، جریان الکتریکی که مدار تلفن را تغذیه می کرد، در فرستنده، با استفاده از آهنربای الکتریکی که توسط صدای گوینده فعال می شد، تولید می شد. چنین سیستمی نمی تواند ولتاژ کافی برای تولید گفتار قابل شنیدن در گیرنده های دور تولید کند، بنابراین هر فرستنده از زمان طراحی ثبت اختراع بل بر روی جریان مستقیمی کار می کند که توسط یک منبع تغذیه مستقل تامین می شود. اولین منبع باتری هایی بودند که در خود ابزارهای تلفن قرار داشتند، اما از دهه 1890 جریان در دفتر سوئیچینگ محلی تولید می شد. جریان از طریق یک مدار دو سیمه به نام حلقه محلی تامین می شود. ولتاژ استاندارد 48 ولت است. تلفن‌های بی‌سیم نیز دارای منابع انرژی جداگانه هستند، زیرا فرستنده‌های رادیویی کم وات آن‌ها توسط یک باتری کوچک (مثلاً 3.6 ولت) واقع در گوشی قابل حمل تغذیه می‌شوند. هنگامی که از تلفن استفاده نمی شود، باتری از طریق تماس با واحد پایه شارژ می شود. واحد پایه توسط یک اتصال ترانسفورماتور به یک پریز برق استاندارد تغذیه می شود.

قلاب سوئیچ (Switch hook)

قلاب سوئیچ دستگاه تلفن را به جریان مستقیم تامین شده از طریق حلقه محلی متصل می کند. در تلفن های اولیه، گیرنده به یک قلاب آویزان می شد که با باز و بسته کردن یک کنتاکت فلزی، سوئیچ را کار می کرد. این سیستم هنوز رایج است، اگرچه قلاب با یک پایه برای نگه داشتن گوشی ترکیبی جایگزین شده است که گیرنده و فرستنده را در بر می گیرد. در برخی از ابزارهای الکترونیکی مدرن، عملکرد مکانیکی کنتاکت های فلزی با یک سیستم ترانزیستور جایگزین شده است. هنگامی که تلفن در قلاب است، تماس با حلقه محلی قطع می شود. هنگامی که خاموش است (یعنی وقتی گوشی از پایه بلند می شود)، تماس برقرار می شود و جریان از حلقه عبور می کند.

شماره گیر (Dialer)

شماره گیر برای وارد کردن شماره که کاربر می خواهد تماس بگیرد استفاده می شود. سیگنال‌های تولید شده توسط شماره‌گیر، سوئیچ‌هایی را در دفتر محلی فعال می‌کنند، که یک مسیر انتقال به طرف تماس برقرار می‌کند. شماره گیرها از نوع چرخشی و دکمه ای هستند. شماره‌گیر چرخشی سنتی، که در دهه 1890 اختراع شد، در برابر کشش فنر چرخانده می‌شود و سپس آزاد می‌شود، سپس با سرعتی که توسط یک گاورنر مکانیکی کنترل می‌شود، به موقعیت خود باز می‌گردد. چرخش برگشتی باعث باز و بسته شدن یک کلید می شود و باعث ایجاد وقفه یا پالس در جریان جریان مستقیم به دفتر سوئیچینگ می شود. در شماره گیری دکمه ای، که در دهه 1960 معرفی شد، فشار دادن هر دکمه یک سیگنال دو آهنگ تولید می کند که مخصوص شماره وارد شده است. هر صدای دوگانه از یک فرکانس پایین (697، 770، 852، یا 941 هرتز) و یک فرکانس بالا (1209، 1336 یا 1477 هرتز) تشکیل شده است که در دفتر سوئیچینگ حس و رمزگشایی می شوند. برخلاف پالس‌های چرخشی فرکانس پایین، زنگ‌های دوگانه می‌توانند از طریق سیستم تلفن عبور کنند، به طوری که می‌توان از تلفن‌های دکمه‌ای برای فعال کردن عملکردهای خودکار در انتهای دیگر خط استفاده کرد. در هر دو سیستم چرخشی و دکمه ای، یک خازن و مقاومت از عبور سیگنال های شماره گیری به مدار زنگ جلوگیری می کند.

زنگ (Ringer)

زنگ به کاربر از تماس دریافتی با انتشار یک صدای شنیداری یا زنگ هشدار می دهد. رینگرها بر دو نوع مکانیکی یا الکترونیکی هستند. هر دو نوع توسط یک جریان متناوب 20 هرتز و 75 ولتی که توسط دفتر سوئیچینگ تولید می شود فعال می شوند. زنگ معمولاً در پالس‌های دو ثانیه‌ای فعال می‌شود که هر پالس با مکث چهار ثانیه‌ای از هم جدا می‌شود. زنگ مکانیکی سنتی با تلفن های اولیه بل معرفی شد. این شامل دو زنگ با فاصله نزدیک، یک قلاب فلزی و یک آهنربا است. عبور جریان متناوب از سیم پیچی باعث ایجاد تناوب در جاذبه مغناطیسی اعمال شده بر روی کلاپر می شود، به طوری که به سرعت و با صدای بلند در برابر زنگ ها می لرزد. صدا را می توان با یک سوئیچ که یک دمپر مکانیکی در برابر زنگ ها قرار می دهد، قطع شود. در رینگرهای الکترونیکی مدرن که در دهه 1980 معرفی شدند، جریان رینگر از طریق یک نوسانگر عبور می کند، که جریان را با فرکانس دقیق مورد نیاز برای فعال کردن مبدل پیزوالکتریک تنظیم می کند - دستگاهی ساخته شده از یک ماده کریستالی که در پاسخ به جریان الکتریکی ارتعاش می کند. مبدل ممکن است به یک بلندگوی کوچک متصل شود که می توان آن را برای میزان صدا تنظیم کرد.

فرستنده (Transmitter)

فرستنده در اصل یک میکروفون کوچک است که در قسمت دهانی گوشی تلفن قرار دارد. ارتعاشات صدای گوینده را به تغییراتی در جریان مستقیمی که از منبع برق از طریق مجموعه می گذرد، تبدیل می کند. در فرستنده‌های کربن سنتی که در دهه 1880 توسعه یافتند، یک لایه نازک از دانه‌های کربن یک الکترود ثابت را از یک الکترود فعال شده با دیافراگم جدا می‌کند. جریان الکتریکی در برابر مقاومت خاصی از کربن عبور می کند. دیافراگم که در پاسخ به صدای گوینده ارتعاش می‌کند، الکترود متحرک را مجبور می‌کند تا فشاری نوسانی روی لایه کربن اعمال کند. نوسانات در لایه کربن نوساناتی در مقاومت الکتریکی آن ایجاد می کند که به نوبه خود نوساناتی در جریان الکتریکی ایجاد می کند. در فرستنده های الکتریکی مدرن که در دهه 1970 توسعه یافتند، لایه کربن با یک ورقه پلاستیکی نازک جایگزین می شود که از یک طرف آن یک پوشش فلزی رسانا داده شده است. پلاستیک آن پوشش را از یک الکترود فلزی دیگر جدا می کند و یک میدان الکتریکی بین آنها حفظ می کند. ارتعاشات ناشی از گفتار نوساناتی در میدان الکتریکی ایجاد می کند که به نوبه خود تغییرات کوچکی در ولتاژ ایجاد می کند. ولتاژها برای انتقال از طریق خط تلفن تقویت می شوند.

گیرنده (Receiver)

با استفاده از اصول الکترومغناطیسی که در زمان بل شناخته شده بود، جریان الکتریکی نوسانی را به امواج صوتی تبدیل می کند که گفتار انسان را بازتولید می کند. اساساً از دو بخش تشکیل شده است: یک آهنربای دائمی که دارای قطعات قطبی است که با سیم‌پیچ‌هایی از سیم عایق‌بندی پیچیده شده است و یک دیافراگم که توسط مواد مغناطیسی هدایت می‌شود که در نزدیکی قطعات قطب پشتیبانی می‌شود. جریان‌های گفتاری که از سیم‌پیچ‌ها عبور می‌کنند، جاذبه آهنربای دائمی دیافراگم را تغییر می‌دهند و باعث ارتعاش آن و تولید امواج صوتی می‌شوند. در طول سال ها طراحی سیستم الکترومغناطیسی به طور مداوم بهبود یافته است. در رایج‌ترین نوع گیرنده، که در سیستم بل در سال 1951 معرفی شد، دیافراگم، متشکل از یک مخروط مرکزی متصل به آرمیچر حلقه‌ای شکل، به عنوان یک پیستون رانده می‌شود تا پاسخ کارآمدی را در محدوده فرکانسی وسیع به دست آورد. گیرنده‌های تلفن طوری طراحی شده‌اند که پاسخ دقیقی به صداهایی با فرکانس‌های 350 تا 3500 هرتز داشته باشند - محدوده دینامیکی که از توانایی‌های گوش انسان باریک‌تر است اما برای بازتولید گفتار عادی کافی است.

مدار ضد سایدتون (Anti-sidetone circuit)

مدار ضد سایدتون مجموعه‌ای از ترانسفورماتورها، مقاومت‌ها و خازن‌ها است که تعدادی عملکرد را انجام می‌دهند. عملکرد اصلی کاهش صدای جانبی است، که صدای منحرف کننده صدای خود گوینده است که از طریق گیرنده از فرستنده می آید. مدار ضد سایدتون این کاهش را با قرار دادن یک ترانسفورماتور بین مدار فرستنده و مدار گیرنده و با تقسیم سیگنال های فرستنده در دو مسیر انجام می دهد. هنگامی که سیگنال های تقسیم شده با قطبیت های مخالف در ترانسفورماتور به هم می رسند، تقریباً به طور کامل یکدیگر را در عبور از مدار گیرنده خنثی می کنند. از سوی دیگر، سیگنال گفتاری که از انتهای خط می آید، در طول یک مسیر منفرد و تقسیم نشده به ترانسفورماتور می رسد و بدون مانع از ترانسفورماتور عبور می کند. مدار ضد سایدتون همچنین امپدانس الکتریکی پایین مدارهای دستگاه تلفن را با امپدانس الکتریکی بالاتر خط تلفن مطابقت می دهد. تطبیق امپدانس جریان کارآمدتری را از طریق سیستم امکان پذیر می کند.