Текст книги "Телеграф и телефон"
Автор книги: Борис Беликов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 4 страниц)
Стартстопный аппарат СТ-35
Аппарат СТ-35 создан советскими инженерами в 1935 году. Он является наиболее распространенным, массовым аппаратом на наших телеграфных линиях (рис. 10).
Рис. 10. Ленточный стартстопный телеграфный аппарат СТ-35.
Аппарат СТ-35 невелик по размерам. Его клавиатура напоминает обычную пишущую машинку. На нем может работать любой грамотный человек с навыками машинистки. Этот аппарат всегда готов к действию и не требует сложных регулировок.
Работа аппарата СТ-35 основана на так называемом стартстопном принципе, о котором мы еще расскажем.
Никакой специальной азбуки для работы на аппарате СТ-35 изучать не приходится, потому что на каждой клавише клавиатуры, как видно на рис. 10, написана буква или знак. При нажатии на клавишу в линию связи будет автоматически послана комбинация импульсов тока (как и при работе на клавиатуре аппарата Бодо). В приемном аппарате эти импульсы тока автоматически превращаются в букву, цифру или другой знак телеграммы.
Впрочем, хотя никакой особой азбуки изучать телеграфисту не нужно, код все же существует. Как и у аппарата Бодо, этот код – пятизначный. Импульсы тока, посылаемые передатчиком аппарата СТ-35, всегда имеют одну полярность. Комбинации получаются от замыканий и разрывов цепи тока. Каждой букве, цифре или знаку препинания соответствует различная комбинация из пяти одинаковых по продолжительности включений (токовая посылка) и выключений цепи (бестоковая посылка). Каждой комбинации предшествует еще одна бестоковая посылка (стартовая), а завершает комбинацию токовая (стоповая) посылка. Таким образом, на каждый знак приходится семь посылок.
Эти посылки осуществляются при помощи механической части аппарата, устройство которой довольно сложно и состоит из многих деталей. Электрическая же часть аппарата очень проста. Электричество приводит в действие только электродвигатель и электромагниты, а все остальное осуществляется механическим путем.
Клавиша, соответствующая определенному знаку, при нажатии на нее давит на наклонные (пилообразные) вырезы пяти так называемых комбинаторных стальных линеек, которые могут свободно перемещаться влево и вправо. В результате перемещения комбинаторных линеек цепь то включается (токовые посылки), то выключается (бестоковые посылки). В зависимости от того, какая клавиша нажата, создается та или иная, комбинация токовых и бестоковых посылок, соответствующая коду аппарата СТ-35.
Печатающий механизм аппарата СТ-35 позволяет при печатании телеграмм пользоваться не только буквами русского алфавита (и цифрами), но и буквами латинского алфавита. Для этого надо лишь перевести каретку в соответствующее положение. Поэтому в клавиатуре имеются три специальные клавиши с надписями «цифр», «рус», «лат». При нажатии на одну из этих клавиш приходит в действие переводной механизм, который передвигает каретку с печатающим валиком так, что они устанавливаются в положение, необходимое для отпечатывания на ленте цифр или букв соответствующего алфавита. Так, например, при нажатий на клавишу с надписью «цифр» бумажная лента устанавливается под среднюю часть колодочки типового рычага, где нанесена цифра.
Кроме того, в клавиатуре есть еще одна специальная клавиша с надписью «зв». При нажатии на нее составляется комбинация из пяти бестоковых посылок. Она набирается тогда, когда нужно звонком вызвать к аппарату телеграфиста, если он отошел или не отвечает на вызов.
Приемный аппарат принимает телеграмму без искажений только тогда, когда вращение его движущихся частей строго согласовано с вращением движущихся частей передающего аппарата. Если же в скорости этих движений есть разница или если определенные детали аппаратов пускаются в ход с одинаковых положений, а останавливаются не в одном и том же положении, то телеграмма не будет принята правильно.
Как же согласуется работа двух аппаратов СТ-35?
Механизмы передатчика и приемника пускаются в ход одновременно при передаче каждого знака телеграммы, после чего останавливаются. При передаче следующего знака они опять пускаются в ход. Пуск в ход – это «старт», остановка – «стоп». Отсюда и пошло название стартстопного принципа.
Скорость приемного аппарата, как правило, больше скорости передающего аппарата. Начав движение одновременно с одного положения, детали приемного аппарата обгоняют детали передающего и, совершив один оборот, останавливаются несколько раньше. Детали же приемного аппарата заканчивают оборот чуть позже, но останавливаются в том же положении.
Если расхождение скоростей передатчика и приемника не превышает 5 %, то переданный знак телеграммы отпечатывается правильно. Однако расхождение в скоростях на 5 % —это величина довольно большая, и такое расхождение в хорошо отрегулированных механизмах случается очень редко. Обычно регуляторы поддерживают скорость вращения с точностью до 1 %. Но и такая неточность нарастала бы при непрерывном вращении и давала бы большие ошибки. Этого не происходит, поскольку движение вращающихся частей в аппарате СТ-35 после каждого оборота прекращается и затем начинается снова.
Скорость передачи по аппарату СТ-35 составляет 1100 слов в час, т. е. больше скорости передачи на клавиатуре многократного телеграфного аппарата. Дальность непосредственного телеграфирования (т. е. без трансляционных устройств) 200–300 километров.
Небольшие размеры стартстопных аппаратов и простота обслуживания дают возможность устанавливать их не только в телеграфах, но и непосредственно в предприятиях и учреждениях, которые включены в сеть абонентского телеграфа. Абонентами такой сети являются министерства, советы народного хозяйства, заводы, фабрики и другие организации. Абонентская установка состоит из стартстопного аппарата (с клавиатурой типа пишущей машинки) и вызывного прибора, которые соединены со станцией абонентского телеграфа. Абонентам телеграфной сети не надо сдавать своих телеграмм в кассу телеграфа. В любое время суток в течение нескольких минут такой абонент может получить прямую телеграфную связь с другим абонентом, находящимся в любом городе и включенным в абонентскую телеграфную сеть.
Кроме аппаратов, в которых принимаемая телеграмма отпечатывается на бумажной ленте, промышленность выпускает стартстопные рулонные телеграфные аппараты, в которых телеграмма отпечатывается на листе бумаги, свернутой в рулон. Там не требуется наклеивать узкую телеграфную ленту на бланк. Наличие рулона бумаги позволяет принимать телеграммы любой величины на одном бланке. Большим удобством является также возможность получения копии с принимаемой телеграммы при помощи копировальной бумаги.
Рулонный телеграфный аппарат по внешнему виду похож на обычную пишущую машинку (рис. 11).
Рис. 11. Рулонный стартстопный телеграфный аппарат.
При передаче телеграммы, когда заканчивается печатание одной строки, телеграфист нажатием специальной клавиши переводит каретки обоих аппаратов (и своего и приемного на другой станции) в начало другой строки. Прием же телеграмм на рулонном аппарате производится автоматически. Постоянного дежурства телеграфиста при этом не требуется.
Интересно наблюдать за работой приемного рулонного аппарата. В комнате, где установлен такой аппарат, никого нет. И тем не менее «пишущая машинка» аппарата работает, каретка ее передвигается, на бумаге отпечатывается принимаемая по аппарату телеграмма.
Быстродействующие (автоматизированные) телеграфные аппараты
Человек не способен к таким быстрым действиям, которые легко выполняются автоматическими устройствами. Телеграфист, работая вручную ключом, передает по аппарату М-44, как было сказано, не более 500 слов в час; при работе на стартстопном аппарате эта скорость повышается до 1100 слов в час. Однако телеграфная аппаратура и линии связи допускают значительно большую скорость передачи телеграмм. Как же осуществить передачу телеграмм с большой скоростью? Дело ясное – нужно телеграфиста передающей станции «заменить» автоматическим быстродействующим устройством. Такие устройства созданы.
Текст телеграммы предварительно «записывается» на ленте из плотной бумаги с помощью особого прибора – перфоратора. Перфоратор в определенном порядке пробивает на ленте маленькие круглые отверстия. Каждой букве, цифре, знаку соответствует определенная комбинация отверстий. Наиболее простой тип такой перфорированной ленты с тремя рядами круглых отверстий показан на рис. 12.
Рис. 12. Перфорированная лента.
Отверстия среднего ряда – «ведущие»; они предназначены для протягивания ленты. Отверстия же двух крайних рядов служат для передачи знаков телеграфной азбуки Морзе. Каждый знак отмечается двумя отверстиями. Если отверстия находятся одно под другим, это означает точку телеграфной азбуки, если наискось – тире. С помощью двух рядов таких отверстий можно составить любую телеграмму.
Перфоратор, пробивающий отверстия, похож на пишущую машинку. Каждой букве и цифре на его клавиатуре соответствует своя клавиша. Если нажать одну из клавиш, то на ленте сразу пробиваются все отверстия, нужные для передачи соответствующего знака. Перфорированная лента с большой скоростью пропускается через автоматический передатчик-трансмиттер, который приводится в движение небольшим электродвигателем. Трансмиттер передает заготовленную на перфорированной ленте телеграмму.
Каким же образом трансмиттер создает сигналы? В отверстия, выбитые на ленте, попадают особые контактные иголки, действующие на контактные пружины. Вот над иголкой появилось отверстие движущейся ленты. Иголка входит в это отверстие и замыкает контактную систему. В линию посылается положительный импульс тока. Когда же над иголкой проходит сплошная, не пробитая перфоратором, часть ленты, иголка отходит вниз и в линию направляется нерабочая (минусовая) посылка тока.
Таким образом, комбинации отверстий на перфорированной ленте превращаются в комбинации импульсов электрического тока, которые посылаются в линию связи и следуют друг за другом с большой скоростью.
Трансмиттер может передавать более 2000 слов в минуту. Никакой телеграфист не может работать с такой скоростью. Однако телеграфные аппараты (СТ-35, Бодо) так устроены, что они вполне обеспечивают обмен телеграммами со скоростью 1600 слов в час. Снабжая эти аппараты дополнительными приборами автоматизации (перфораторами, трансмиттерами), получают автоматизированные быстродействующие телеграфные аппараты, которые работают вдвое быстрее обычных телеграфных аппаратов.
Кроме увеличения скорости передачи телеграмм, автоматизация телеграфных аппаратов позволяет значительно повысить производительность труда телеграфистов. Дело в том, что при передаче телеграмм на большие расстояния телеграмму приходится сначала принимать на промежуточной станции, затем передавать дальше на ту конечную станцию, куда адресована телеграмма. При обычном способе работы каждую телеграмму надо принять на ленту, затем наклеить эту ленту на бланк и потом при помощи ручной клавиатуры передать дальше. Поэтому на больших телеграфных узлах применяется автоматизированный переприем телеграмм, при котором телеграфисты освобождаются от указанных трудоемких работ, вследствие чего производительность их труда резко повышается.
Наиболее распространенным из быстродействующих аппаратов является автоматизированный стартстопный ленточный телеграфный аппарат с условным названием «аппарат СТА». На этом аппарате передачу телеграмм можно производить двумя способами: ручным с клавиатуры и автоматизированным с трансмиттера, причем передача телеграммы в обоих случаях сопровождается отпечатыванием для контроля передаваемых телеграмм на ленте передающего аппарата.
II. ТЕЛЕФОН
Что такое звук?
Слово «телефон» происходит от двух греческих слов: «теле», что значит далеко, и «фоне» – звук.
В наши дни телефон известен всем. Но все ли знают, как устроен и работает телефонный аппарат?
Человеческий голос слышен на очень небольшом расстоянии. Как добиться того, чтобы наша речь была слышна далеко? Чтобы осуществить эту заманчивую идею, пробовали применять различные рупоры, полые трубы и т. д. Но все было тщетно.
Только во второй половине XIX века при помощи электричества научились передавать разговорную речь на далекое расстояние. Прежде чем рассказать об устройстве телефонных аппаратов, вспомним, что такое звук и как он распространяется.
Звуки окружают нас всюду. И всегда источником звуков служит колеблющееся тело. Например, мы ударяем по струне гитары – тотчас раздается звук. Приложив палец к струне, можно ощутить, что она движется – колеблется. Струна гитары звучит сначала громко, а затем все тише и тише, пока совсем не затихнет. Как только струна остановится, исчезнет звук.
Но почему колебания тела порождают звук?
Всякое звучащее тело не только само колеблется, но и передает колебания прилегающим к нему частицам окружающей среды, воздуха. Колебания воздуха достигают барабанной перепонки нашего уха и заставляют ее также колебаться. Колебания барабанной перепонки передаются во внутреннее ухо и вызывают в слуховом нерве раздражение, которое мы воспринимаем как звук.
Не всякие колебания воздуха слышны. Наше ухо улавливает только такие звуки, которые имеют частоту колебаний не менее 16 и не более 20 000 в секунду.
Для передачи звука на расстояние нужно очень небольшое количество энергии. Эта энергия и приводит в быстрое колебательное движение частицы воздуха на всем протяжении, где слышен звук.
Распространяясь с одинаковой силой во все стороны, звук затухает гораздо быстрее, чем увеличивается расстояние от его источника. С увеличением расстояния в два раза сила звука уменьшается в четыре раза; при увеличении расстояния в пять раз звук ослабевает уже в 25 раз. Иными словами, громкость звука уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от источника звука.
Непосредственная передача звука по воздуху возможна на очень небольших расстояниях. Громкая человеческая речь слышна на расстоянии, равном приблизительно 100 метрам, и даже крик можно услышать на открытом воздухе на расстоянии не более 200 метров. При переговорах на сравнительно большом расстоянии, например между встречными пароходами, иногда применяют рупоры, так как при помощи рупора звуковые волны посылаются направленным пучком.
В некоторых случаях разговорную речь по длинным звукопроводам можно слышать на расстоянии до одного километра. Такой телефон из труб можно и сейчас встретить на некоторых старых пароходах. Им пользуются для передачи распоряжений в машинное отделение. Слова команды, передаваемые с капитанского мостика, отчетливо слышны в машинном отделении. Но представим себе, что ученым удалось найти способы посылать неослабевающие звуковые волны на расстояние в десятки и сотни километров. Можно ли, используя этот способ, разговаривать, например, из Москвы с Ленинградом?
Нет. Это было бы очень неудобно. Звуковая волна распространяется в воздухе очень медленно, всего со скоростью около 330 метров в секунду. Слово, произнесенное в Москве, будет услышано в Ленинграде только через 35 минут. В течение шестичасового разговора едва удалось бы обменяться десятью фразами. Ответа на вопрос пришлось бы ждать больше часа.
Таким образом, не только быстрое затухание звука, но и малая скорость его распространения не позволяют нам передавать нашу речь по воздуху на большое расстояние.
Передача звуков на большие расстояния стала возможна лишь после того, как был открыт способ превращения электрической энергии в звуковую и наоборот.
Магнит и его свойства
Уже в глубокой древности были известны необыкновенные свойства магнита. Но долгое время человек знал только естественные магниты – куски железной руды (магнитного железняка). Затем обнаружили, что если таким магнитом натереть какой-либо стальной предмет, например нож, то ор также начинает притягивать к себе железные тела, т. е. сам становится магнитом. Такие искусственные магниты теперь можно увидеть в самых разнообразных приборах.
В прошлом веке было сделано новое, очень важной открытие: оказалось, что магнитные свойства железа тесно связаны с его электрическими свойствами. Это можно доказать на таком простом опыте. Если постоянный электрический ток пропустить по проволоке, то она начинает притягивать к себе железные опилки, становится магнитом. Прекращается ток – и проволока теряет свои магнитные свойства.
После этого открытия был создан электромагнит. Его легко сделать. Возьмите немного изолированного провода, намотайте его на катушку. Внутри катушки поместите какой-нибудь стержень из мягкого железа. Если теперь от какого-либо источника тока, например от электрической батареи карманного фонаря, пропустить по обмотке ток, то железный стержень намагнитится и будет, как показано на рис. 13, притягивать железные предметы – ключ, гвоздь.
Рис. 13. Намагничивание железного стержня при включении тока в обмотку катушки.
Стоит выключить ток – и железный стержень тут же потеряет свои магнитные свойства: притянутые им предметы падают вниз.
Было установлено, что в зависимости от содержания в стали того или иного количества углерода она хорошо или плохо сохраняет свои магнитные свойства. Чем больше в стали углерода, тем лучше сохраняются магнитные свойства. Гвозди и многие другие предметы делаются из мягкой стали, в которой имеется только ничтожное количество углерода. Такая сталь не сохраняет магнитных свойств; в быту она часто называется железом. Специальные сорта стали, с примесью кобальта, хрома, никеля, позволяют изготовлять магниты очень большой силы.
Свойство стали намагничиваться широко используется в генераторах – машинах, вырабатывающих ток, в электродвигателях, в аппаратах телеграфной и телефонной связи и в электроизмерительных приборах.
А не существует ли обратной связи между электричеством и магнетизмом? Не вызовет ли магнит, помещенный внутри проволочной катушки, электрический ток в ее обмотке? Оказывается, электрический ток в обмотке катушки действительно появляется, но лишь тогда, когда магнит движется, например если магнит вставляется или вынимается из катушки.
Электрический ток появляется в обмотке катушки и в том случае, когда магнит неподвижен, а к нему приближают или удаляют от него какой-либо стальной предмет, изменяя тем самым силу магнитного поля. Это наглядно можно показать, если проделать такой несложный опыт (рис. 14).
Рис. 14. Возникновение электрического тока в обмотке катушки при приближении (или удалении) стального диска к магниту.
На стальной сердечник, представляющий собой постоянный магнит, наденем катушку с обмоткой из тонкого изолированного провода. Быстро приближая к сердечнику (или удаляя от него) какой-либо стальной предмет, например стальной диск, увидим, что стрелка гальванометра на мгновение отклонится, т. е. в обмотке катушки появится электрический ток.
Эти свойства магнита и были использованы при устройстве электромагнитного телефона.
Первый электромагнитный телефон
Магнит с надетой на него катушкой, на которой нанесена обмотка из изолированного провода, поместили в полую деревянную трубку. Один конец трубки закрыли тонкой стальной пластинкой – мембраной, которая оказалась около одного из полюсов магнита. Получился электромагнитный телефон, или, как называют упрощенно, телефонная трубка. При помощи двух таких трубок оказалось возможным устроить одностороннюю телефонную связь, как это показано на рис. 15.
Рис. 15. Односторонняя передача разговорной речи при помощи двух телефонных трубок.
Один из собеседников (слева на рисунке) говорит в тот конец трубки, который закрыт мембраной. Звуковые волны приводят мембрану в быстрое колебательное движение. Мембрана то удаляется, то приближается к магниту. От этого в обмотке катушки возникает электрический ток, который передается по проводам линии связи. Второй собеседник, который слушает передачу, держит свою телефонную трубку около уха. Электрический ток, проходя по обмотке этой трубки, то усиливает, то ослабляет притяжение мембраны к магниту. В результате мембрана во второй трубке начинает колебаться в такт с первой мембраной, повторяя все ее движения.
Эти колебания мембраны создают звуковые волны, и второй собеседник услышит сказанное первым собеседником на другом конце линии связи.
Создание микрофона
Первый электромагнитный телефон был несовершенен. Этот аппарат позволял вести разговор только на расстоянии до двух километров. Чем больше было расстояние между говорящими, тем громче приходилось кричать в трубку. Причина заключалась в том, что мембрана электромагнитного телефона лишь незначительную часть звуковой энергии превращала в электрическую.
Как же улучшить действие телефона? Ученые отказались от способа передачи речи при помощи только телефонных трубок. Был изобретен новый способ превращения звуковых колебаний в электрические.
При опытах по измерению электрической проводимости различных тел было обнаружено одно интересное явление. Оказалось, что если поперек двух палочек из прессованного угля положить третью палочку, то получится очень чувствительное устройство, которое может преобразовывать в электрический ток самые ничтожные воздушные колебания.
Соединим угольные палочки проводами с полюсами электрической батареи, как это показано на рис. 16.
Рис. 16. Применение микрофона для передачи разговорной речи.
В один из проводов, идущих от батареи, включим телефонную трубку. Ничего особенного при этом не произойдет, только в момент включения в трубке раздастся легкий щелчок. Но вот мы начинаем говорить, и тотчас же на другом конце провода раздаются звуки нашего голоса.
Что же происходит с угольными палочками при разговоре? Оказывается, в местах их соприкосновения электрическая проводимость резко меняется. Дело в том, что величина электрической проводимости между угольными палочками зависит от того, насколько плотно они прижимаются друг к другу. Чем сильнее прижата верхняя палочка к двум нижним, тем лучше контакт между ними. От этого уменьшается сопротивление электрическому току, проходящему через места соприкосновения палочек.
Как только сопротивление уменьшается, ток в телефонной трубке сразу же возрастает и ее мембрана сильнее притягивается к магниту.
Звуковые волны заставляют угольные палочки то прижиматься друг к другу, то отходить назад. В такт с колебаниями воздуха происходит и изменение тока в линии. Когда разговор прекращается, сопротивление контактов между угольными палочками становится постоянным.
Такой прибор чувствителен к очень слабым звукам. Он позволяет передавать их на гораздо большее расстояние, чем электромагнитная телефонная трубка. На довольно большом расстоянии слышен не только обычный разговор, но и шепот. Этот прибор получил название угольного микрофона. В современных микрофонах палочки заменены угольным порошком, к которому прикасается тонкая угольная или стальная мембрана. В порошке гораздо больше точек соприкосновения, чем у трех угольных палочек. От этого микрофон приобретает большую чувствительность.
В современном телефонном аппарате передающий прибор, микрофон, и принимающий, телефон, соединены в один общий прибор, называемый в технике микротелефоном. В быту микротелефон называют разговорной трубкой или телефонной трубкой. Внешний вид ее хорошо знаком каждому. Трубка из полированной пластмассы сделана так, чтобы ее было удобно держать рукой. На одном из концов трубки укреплен телефон, на другом – микрофон.
Телефон и микрофон защищены крышками с отверстиями. Под крышкой телефона (рис. 17) находится круглая стальная пластинка – мембрана, а под ней – две катушки электромагнита, к которым притягивается мембрана при прохождении по этим катушкам электрического тока. Под катушками помещены кольцеобразные постоянные магниты.
Рис. 17. Части телефона: 1 – корпус (внутри корпуса видны катушки, надетые на полюсные наконечники), 2 – кольцеобразные магниты, 3 – полюсные наконечники, 4 – катушки, 5 – мембрана, 6 – прокладка, 7 – крышка.
Микрофон в телефонных аппаратах последних выпусков делается неразборным, в виде закрытого капсюля, разрез которого показан на рис. 18. Под двойной крышкой микрофона находятся: фигурная мембрана из тонкой латуни, подвижный электрод, угольный порошок и неподвижный электрод. Электроды включаются в электрическую цепь.
Рис. 18. Микрофон.
На каком же расстоянии позволяет вести разговор современный телефонный аппарат?
В настоящее время существуют линии телефонной связи на тысячи километров. При этом величина электрического тока, который идет от одного телефонного аппарата к другому, постепенно уменьшается. Уменьшение тока тем больше, чем длиннее провод и чем он хуже изолирован. Потери тока в линии приводят к тому, что на расстоянии нескольких десятков километров разговор по телефону еле слышен. Поэтому на дальних линиях связи устанавливают усилители. Они похожи на ламповые радиоприемники.
Слабые токи, которые возникают в антенне при работе радиостанции, в радиоприемнике усиливаются радиолампами. В радиоприемник поступает ток в миллион раз больший, чем тот, который был принят антенной. Усиливаются также и телефонные токи. Разница с телефонной передачей заключается в том, что в радиоприемнике усиление одностороннее: от антенны к радиоприемнику, а в телефонной линии – двустороннее, так как передача разговора идет в обоих направлениях. Современная техника телефонной связи позволяет осуществить телефонный разговор между Москвой и самыми удаленными окраинами нашей Родины.
