Jak działa telefon i jak jest zbudowany

Telefon znacznie się rozwinął od czasu jego wynalezienia. Dziś nie jest to już nawet urządzenie, które po prostu przekazuje głos jednej osoby do drugiej na duże odległości. W dzisiejszym świecie jest to zaawansowany kawałek technologii ze sztuczną inteligencją, zdolny nie tylko do wykonywania połączeń i wysyłania wiadomości, ale także do odtwarzania wideo i audio, dostępu do Internetu, przetwarzania Duże ilości informacji, Wykonywanie wielu operacji i zadań w tym samym czasie. Co wiemy o tym, jak działa telefon i jak jest zbudowany?? W tym artykule postaramy się dotrzeć do sedna tego tematu.

Pochodzenie i ewolucja telefonu

Samuel Morse, który wynalazł telegraf i kod Morse`a, jest powszechnie uważany za twórcę pierwszego aparatu do przekazywania informacji na duże odległości.

Nazwanie go kompletnym telefonem jest trudne, ponieważ informacje przekazywane są poprzez zwarcie styków i specjalnie zaprojektowany do tego kod "alfabet morse`a", jak to się często nazywa w skrócie.

Niektórzy historycy przypisują wynalezienie pierwszego telefonu Antonio Meucciemu, który nazwał go teletyrofonem. Zaprojektował projekty, ale z niewiadomych przyczyn nie zarejestrował swojego dzieła. Dlatego patent należy do Alexandra Bella. Było to urządzenie bez dzwonka i nie przypominało wizualnie współczesnych telefonów.

Aparat telefoniczny był nieporęczny i niewygodny w negocjacjach, ważył około ośmiu kilogramów. Nie przeszkodziło to jednak w tym, by stał się bardziej znany i szerzej rozpowszechniony na świecie. Do początku XX wieku na świecie istniało ponad dziesięć tysięcy giełd. Za każdym razem był on modyfikowany i ulepszany, co zaowocowało pojawieniem się w jego konstrukcji osobnego mikrofonu i głośnika.

Globalna budowa centrali telefonicznej doprowadziła do modernizacji aparatu. Miały słuchawkę i tarczę do wybierania numeru rozmówcy. Tarcza miała cyfry i litery z wyjątkiem litery "З", bo przypomina trójkę. Taka numeracja pozostała na telefonach stacjonarnych do dziś. To wcale nie służyło do wysyłania wiadomości, łatwiej zapamiętać numer. Pierwsze telefony w Rosji Radzieckiej należały do dwóch firm: "Ericsson" и "Siemens". Były to telefony bez ładowarki ładowarka, działające na zasadzie nadawania i odbierania prostych impulsów elektrycznych.

Telefony bezprzewodowe pojawiły się w naszym kraju w latach 70. Przesyłały one sygnał radiowy do bazy, która z kolei kontaktowała się z innym abonentem poprzez przełączniki na linii. Ich nazwa handlowa "Ałtaj", były one prototypem telefonu komórkowego. Ważył siedem kilogramów. Nie nadawał się do przewożenia, dlatego montowano go w samochodach służb ratowniczych. Przestał istnieć dopiero w 2011 roku.

W Rosji pierwszy telefon komórkowy powstała w 1991 roku i była oparta na standardzie NMT. Pierwszymi dostawcami telefonów komórkowych byli "Nokia" и "Motorola". Były one wyceniane z kosmosu i tylko bardzo bogaci mogli sobie na nie pozwolić. GSM został wprowadzony w 1993 roku i zakorzenił się w wielu krajach, pokonując swoich konkurentów. Pozwala na dużą funkcjonalność, w tym możliwość wysyłania krótkich wiadomości. Pierwotnie miały być wysyłane jako alerty serwisowe, ale użytkownikom tak spodobała się ta opcja, że stała się osobną usługą operatorów komórkowych.

W miarę jak wchodziliśmy w erę urządzeń przenośnych, telefony komórkowe stawały się coraz bardziej złożone, mniejsze, lżejsze i bardziej wydajne. Z trzykilogramowych gigantów wyrosły na zminiaturyzowane urządzenia komunikacyjne, które z łatwością zmieściłyby się nawet w dziecięcej dłoni. Z czasem prawdziwa klawiatura została zastąpiona wirtualną na ekranie dotykowym. Na panelu pojawiły się aparaty fotograficzne, skanery linii papilarnych i wiele innych gadżetów.

Analogowe aparaty telefoniczne zbudowane są w następujący sposób

Budowa aparatu telefonicznego z tarczą i przyciskiem jest podobna w swoich częściach składowych, ale różni się sposób działania. Jednostki składają się z następujących modułów:

• Słuchawka z mikrofonem i głośnikiem.
• Telefon.
• Jednostka wywołująca.
• Jednostka wybierająca.
• Transformator.
• Przełącznik dźwigniowy.
• Kondensator rozdzielający.
• Moduł częstotliwości radiowej (stacje przenośne).

Przełącznik dźwigniowy odpowiada za podłączenie urządzenia do linii telefonicznej. W telefonie bezprzewodowym połączenie jest warunkowane włączeniem zasilania słuchawki urządzenia.

Mikrofon przetwarza fale dźwiękowe na sygnały elektryczne. Dzielą się na elektrodynamiczne, kondensatorowe, węglowe, elektromagnetyczne i piezoelektryczne. Są one również skategoryzowane jako aktywne lub pasywne. Aktywne tworzą z dźwięku impuls elektromagnetyczny, natomiast pasywne zmieniają parametry innych jednostek, głównie pojemność i rezystancję. Ten ostatni wymaga dodatkowego zasilacza.

Telefon przetwarza impulsy elektryczne na dźwięk. Prąd elektryczny płynący w cewkach wytwarza zmienne pole magnetyczne, które powoduje drgania membrany przetwornika. Urządzenia elektrodynamiczne i elektromagnetyczne wykorzystują różnicowy układ magnetyczny, natomiast piezoelektryczne deformują elementy membrany.

Dzwonek może być indukcyjny lub elektroniczny. Wymagane do powiadomienia rozmówcy o połączeniu przychodzącym. Pierwszy z nich wykorzystuje prąd płynący w cewkach do wprawiania w drgania zaczepu i uderzania w kielich dzwonka. Jednostka elektroniczna przetwarza informacje o przychodzącym sygnale i przekazuje je do wspólnego głośnika w postaci impulsów o zadanej częstotliwości, zwanych dzwonkiem.

Moduł częstotliwości radiowej jest obecny tylko w urządzeniach telefonów bezprzewodowych. Służy do wymiany informacji między telefonem a odbiornikiem za pomocą sygnałów radiowych.

Transformator łączy ze sobą poszczególne jednostki mówiące. Eliminuje również lokalny efekt echa w słuchawce i odpowiada za dopasowanie impedancji linii.

Kondensator izolacyjny jest niezbędny do podłączenia telefonu do linii w tryb odbioru Połączenia przychodzące i oczekujące na połączenia wychodzące. Utrzymuje wysoką odporność na wysokie napięcie wejściowe i niską odporność na niskie napięcie.

Dialer jest dialerem impulsowym (dialer dyskowy) lub dialerem elektronicznym (dialer przyciskowy). W pierwszej wersji koło mechaniczne, obracając się, zamyka styki i wysyła sygnały do centrali. Ich numer odpowiada konkretnemu numerowi abonenta. Elektroniczne działają poprzez układy scalone, które za pomocą przekaźników półprzewodnikowych generują sztucznie impulsy i przesyłają je do odbiornika stacji. Nowoczesne systemy PBX nadal używają tej metody wybierania, ale częściej stosują wybieranie tonowe. Nowoczesne urządzenia obsługują również telefonię IP. Zasada wybierania tonowego polega na generowaniu krótkich impulsów o zadanych częstotliwościach, z których każda wartość odpowiada konkretnej liczbie. Połączenie telefoniczne IP polega na wykorzystaniu serwera dostawcy na dedykowanym kanale internetowym, z którego realizowane jest połączenie. Urządzenia mobilne wysyłają sygnały radiowe o zadanej częstotliwości do systemu komunikacyjnego wież komórkowych.

Zasada działania słuchawki w sieci przewodowej

Aby zrozumieć wewnętrzne działanie telefonu komórkowego telefon komórkowy Aby zrozumieć pełną strukturę telefonu komórkowego, trzeba wiedzieć, jak działa analogowy system PBX. Chociaż telefony komórkowe są złożoną strukturą cyfrową z układami scalonymi, działają na podstawowej zasadzie konwencjonalnych telefonów stacjonarnych.

Każdy usługodawca nadaje swoim klientom unikalne numery identyfikacyjne, za pomocą których rozróżnia ich od siebie. W tym przypadku nazywany jest numerem rozmówcy lub punktu przyłączeniowego, do którego podłączony jest przewód. W momencie wysłania sygnału przez centralę, telefon znajduje się w stanie rozłączenia, tzn. słuchawka jest na automacie, a przełącznik dźwigniowy w pozycji otwartej. Gdy z linii przychodzi połączenie, przez uzwojenie pierwotne przepływa prąd, powodując drgania krzywki i uderzenia w kubki. W układach elektronicznych jest inaczej, sygnał podawany jest do zewnętrznego głośnika i na wyjściu słyszymy melodię lub śpiew ptaków, np. Po podniesieniu słuchawki przez osobę dzwoniącą następuje zamknięcie obwodu wybierania i dialera, a obwód odbiorczy zostaje rozłączony przez przekaźnik.

Połączenie z drugim użytkownikiem odbywa się w odwrotnej kolejności. Osoba podnosi słuchawkę, która zamyka jeden obwód i rozłącza drugi. Wywołanie następuje w dialerze przez wysłanie impulsów lub sygnałów do urządzeń łączeniowych stacji. To z kolei rozpoznaje cyfry, łącząc je w jedną liczbę, przekierowuje do właściwego punktu.

Transmisja głosu w systemach analogowych jest spowodowana drganiami membrany mikrofonu. W węgielku tworzy uszczelnienie, które powoduje zaburzenia w polu magnetycznym cewki. Generuje impuls, który jest wysyłany do innego odbiornika.

Schematyczna budowa telefonu komórkowego

Telefon komórkowy powinien być umieszczony w osobnej kategorii, ponieważ jest podobny w budowie do systemu DECT, ale z szeregiem różnic. Przesyła również sygnał radiowy do odbiornika, ale wstępnie go szyfruje. Wykorzystuje własne częstotliwości i kanały pracować z. Ale nie do końca słuszne jest myślenie o mobilnym gadżecie jako o telefonie. Od dawna jest to urządzenie wielofunkcyjne.

Jeśli chodzi o wyniki zewnętrzne, to należy zwrócić uwagę na następujące kwestie:

• Współczynnik kształtu. Może to być walizka składana lub wysuwana.
• Kamera.
• Mikrofon.
• Mówca.
• Ekran.
• Klawiatura.
• Gniazdo USB.
• Akumulator.
• Ładowarki do telefonów komórkowych.
• Karta SIM.

Wiele gadżetów jest uzupełnionych o różne akcesoria, które poszerzają zakres ich zastosowań. Schemat obwodu wewnętrznego jest przedstawiony na poniższym rysunku.

Mimo to urządzenie pracuje wyłącznie z analogowymi sygnałami radiowymi, a wszystkie procesy są w pełni zdigitalizowane. Jego mikroukład zawiera jednostki analogowe i cyfrowe.

Moduł analogowy

Zawiera on środki do odbioru i nadawania sygnałów. Zazwyczaj umieszczony oddzielnie od jednostki cyfrowej. Podobny w działaniu do radiotelefonu, ale działający w standardzie GSM. Odbiornik i nadajnik nie pracują synchronicznie, wysyłając sygnał z opóźnieniem 1/8. Oszczędza to energię baterii i umożliwia integrację wzmacniacza z mikserem. Ponieważ urządzenie to nigdy nie pracuje nadając i odbierając jednocześnie, jest to rodzaj przełącznika, który przełącza antenę z jednego trybu na drugi.

W odbiorniku, po przejściu przez filtr kanałowy, sygnał jest wzmacniany przez LNA i wysyłany do mieszacza. Jest on następnie demodulowany i wysyłany do konwertera analogowo-cyfrowego, który zamienia go na sygnał cyfrowy potrzebny do uruchomienia procesora.

W transmisji generator logiczny moduluje dane cyfrowe na sygnał. Następnie jest on podawany przez mikser do syntezatora częstotliwości, po czym przechodzi na filtr kanałowy i wzmocniony. Tylko sygnał o odpowiedniej mocy jest doprowadzany do anteny, skąd ucieka w przestrzeń kosmiczną.

Moduł cyfrowy

Głównym elementem i mózgiem całego systemu jest procesor, który przetwarza wszystkie napływające informacje. Stosowany jest chipset, podobny do układu komputerowego, ale nie może z nim konkurować pod względem wydajności i mocy. Oprócz procesora jednostka ta zawiera:

• Konwerter analogowo-cyfrowy, który przekształca analogowe sygnały mikrofonowe na postać danych cyfrowych.
• Koder i dekoder mowy i kanału.
• Konwerter sygnału cyfrowego na analogowy.
• Dekoder i koder.
• Detektor aktywności mowy. Zapewnia, że węzły działają tylko wtedy, gdy jest obecny głos abonenta.
• Wyposażenie terminalu. Tworzy interfejs komunikacyjny z urządzeniami zewnętrznymi, takimi jak komputer czy ładowarka do telefonu.
• Moduły sieci bezprzewodowej.
• Klawiatura.
• Wyświetl.
• Mówca.
• Mikrofon.
• Moduł kamery.
• Wyjmowana pamięć.
• Karta SIM.

Niektóre firmy używają dwóch mikrofonów. Jeden jest wymagany dla tłumi hałas zewnętrzny. Czasami stosuje się również dwa głośniki: jeden - do telefonu Jeden do rozmów, drugi do odtwarzania muzyki.

Zasada działania urządzeń mobilnych w sieci komórkowej

Telefony komórkowe działają w sieci GSM na czterech częstotliwościach:

• 850 MHz.
• 900 MHz.
• 1800 MHz.
• 1900 MHz.

W standardowym systemie występują trzy główne elementy:

1. Podsystem stacji bazowej (BSS).
2. Podsystem przełączania (NSS).
3. Centrum Obsługi i Zarządzania (OMC).

Telefon komunikuje się ze stacjami bazowymi (wieżami). Po włączeniu zaczyna skanować w poszukiwaniu sieci swojego standardu, które rozpoznaje z nadawanego identyfikatora. Jeśli są one dostępne, telefon wybiera stację, której siła sygnału jest większa. Następnie jest uwierzytelniany. Identyfikatorami są unikalne numery IMSI i Ki karty SIM. Następnie centrum uwierzytelniania (AuC) wysyła do urządzenia losową liczbę, która jest kluczem do specjalnego algorytmu obliczeniowego. Jednocześnie system wykonuje te obliczenia we własnym zakresie. Jeśli wyniki z bazy i urządzenia są zgodne, to telefon jest zalogowany do sieci.

Wyjątkowa identyfikator dla Urządzenie to jego IMEI, który jest przechowywany w pamięci nieulotnej. Numer ten jest ustalany przez producenta i jest jego paszportem. Pierwsze osiem cyfr IMEI to opis urządzenia, pozostałe osiem cyfr to numer seryjny z numerem kontrolnym.

Po pomyślnym zarejestrowaniu, słuchawka jest gotowa do wymiany sygnałów ze stacjami bazowymi. Jak wspomniano wcześniej, konstrukcja telefonów komórkowych jest podobna do telefonów DECT, ale z pewnymi różnicami. Sygnał telefonu komórkowego jest szyfrowany i dzielony na 20-milimetrowe kawałki przed wejściem na antenę. Kodowanie oparte jest na algorytmie EFR, z wykorzystaniem klucza publicznego. A antena jest aktywowana przez detektor aktywności mowy (VAD), czyli gdy osoba zaczyna mówić. Przerwana mowa jest przetwarzana przez kodek z wykorzystaniem algorytmu DTX. Po stronie odbiorczej sygnał jest przetwarzany w podobny sposób, ale w odwrotnej kolejności.

Ładowarki

Ładowarki do telefonów komórkowych są ważnym elementem, ponieważ utrzymują działanie telefonu. Ich bezpośrednią funkcją jest redukcja napięcia i prądu sieciowego do wymaganych wartości i dostarczenie go do akumulatora. Generalnie napięcie wyjściowe wynosi 5 V, amperaż zależy od modelu i pojemności akumulatora. Jego siła wpływa również na czas ładowania baterii.

Pomoce do ładowania dzielą się na:

• Na transformatorze.
• Impuls.

Te pierwsze nie obawiają się wahań napięcia i zawsze mają dużą rezerwę prądową. Ich schemat jest bardzo prosty. Napięcie sieciowe jest podawane do cewki step-down, która redukuje je do odpowiednich wartości. Prąd z drugiego uzwojenia płynie do mostka diodowego, gdzie znajduje się kondensator. Działa jako tłumik przepięć i pochłania nadwyżkę napięcia. Następnie rezystor obniża prąd i przekazuje go do baterii.

Ładowarki impulsowe są bardziej skomplikowane i są wykonywane przy użyciu diod i tranzystorów.

Obsługa bezprzewodowych systemów transmisji

Obecnie jest trzy sposoby transfer danych:

1. Podczerwień.
2. Bluetooth.
3. Wi-Fi.

Pierwszy okazał się nieskuteczny, więc nie jest stosowany. Dwa ostatnie są zaimplementowane na prawie wszystkich maszynach. Bluetooth ma krótki zasięg i jest wykorzystywany przede wszystkim w celu zapewnienia interfejsu komunikacji ręcznej dla telefonu.

Wi-Fi jest uważany za bardziej zaawansowany format i jest używany do uzyskania dostępu do Internetu. Należy pamiętać, że istnieje specjalne oprogramowanie, które pozwala na wykonywanie połączeń przez Internet, bez użycia telefonów komórkowych. Technologia ta może być również wykorzystywana do tworzenia sieci lokalnej, do której może podłączyć się wiele urządzeń i wymieniać między sobą dane.

Dalsze akcesoria

Firmy produkcyjne starają się jak najlepiej przyciągnąć klientów do swoich produktów, dlatego stale poszerzają swoją ofertę. Należą do nich:

• Sprawy.
• Ochraniacze na okna.
• Urządzenia przenośne do telefonu, np. zestaw słuchawkowy.
• Wymienne urządzenia pamięci masowej.
• Narzędzia multimedialne.
• Urządzenia inteligentne.
• Urządzenia USB do telefonu, takie jak kable, adaptery lub ładowarki.

Takie programy użytkowe znacznie zwiększają możliwości gadżetów i ułatwiają życie ich właścicielom.

Charakterystyka porównawcza nowoczesnych modeli telefonów

Aby zrozumieć, czym są nowoczesne telefony, należy zobaczyć ich parametry wizualnie. Ale rozpatrywanie jednej marki jest niesprawiedliwe. Recenzja jednej próbki nie da pełnego obrazu, dlatego do porównania i analizy wzięto trzy flagowe smartfony marki Samsung (design tej marki nie odbiega zbytnio od innych), Apple i Xiaomi. Według punktu cenowego, są one wyłożone w następującej kolejności:

1. Apple.
2. Samsung.
3. Xiaomi.

Sądząc po cenie, urządzenie telefonów "iPhone" zastosowano zaawansowaną technologię, która posiada najwyższe parametry. Jednak firma "Samsung" istnieje na rynku od 1938 roku i zgromadziła duże doświadczenie. Generalnie celem porównania nie jest wyłonienie zwycięzcy i odpowiedź na pytanie, który jest lepszy - telefony urządzenia na "Android" lub platformy iOS. Celem jest pokazanie, jak daleko zaszła technologia.

Jak widać z tabeli, specyfikacja techniczna i wygląd telefonów "Samsung", "Xiaomi" i Apple są całkiem podobne. To przemawia tylko do zdrowy konkurencja i chęć uczynienia swojego produktu lepiej dla użytkownicy. Wszyscy producenci stosują najnowsze technologie, które nie stoją w miejscu i szybko się rozwijają.

Wniosek

Niewiele czasu minęło od wprowadzenia pierwszego telefonu. W tym czasie przeszły one ewolucję od zwykłego zestawu części do inteligentnych urządzeń. Łączą one w sobie wiele funkcji, które wcześniej były zarezerwowane dla innych urządzeń. I ten rozwój będzie postępował.