Tổng Quan Về Máy Điện Thoại Bàn

Chương 1: Máy điện thoại bàn

Chương 1
MÁY ĐIỆN THOẠI BÀN
1.1. Nguyên lý thông tin điện thoại

Nguyên lý thông tin điện thoại là quá trình truyền tiếng nói đi xa nhờ dòng điện,
nguyên lý này có thể được mô tả một cách đơn giản như sau:
- Ở đầu phát máy điện thoại (trong trường hợp này là ống nói) có chức năng biến
đổi năng lượng âm thanh thành tín hiệu điện sau đó tín hiệu này được truyền đi
trên đường dây đến đầu thu của đối phương.
- Tại đầu thu diễn ra một quá trình ngược lại tức quá trình biến đổi tín hiệu điện
thành âm thanh ban đầu (chức năng này được đảm nhiệm bởi ống nghe trong máy
điện thoại) mà người nghe có thể nghe được.
Toàn bộ quá trình này có thể được thể hiện bằng sơ đồ khối đơn giản như sau:
Đường dây thuê bao
Máy điện
thoại

Đường dây thuê bao

Tổng đài điện thoại

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thông tin điện thoại.

1

Máy điện
thoại

Chương 1: Máy điện thoại bàn

- Tổng đài có nhiệm vụ kết nối các cuộc gọi đến đúng địa chỉ theo yêu cầu của
người sử dụng điện thoại.
- Máy điện thoại có nhiệm vụ chính là biến đổi âm thanh thành tín hiệu điện ở đầu
phát và biến đổi tín hiệu điện thành âm thanh tương ứng ở đầu thu. Ngoài ra nó
còn phải thực hiện một số nhiệm vụ cơ bản như:
ƒ

Trao đổi những thông tin báo hiệu với tổng đài. Quá trình báo hiệu này được
gọi là báo hiệu trên đường dây thuê bao.

ƒ

Gửi các thông tin địa chỉ (số thuê bao bị gọi).

ƒ

Đổ chuông khi có cuộc gọi đến.

ƒ

Ngoài ra các máy điện thoại hiện nay còn được chế tạo với rất nhiều tính
năng và dịch vụ khác nữa như hiện số thuê bao gọi đến, báo thức ...

1.1.1. Đặc tính của tiếng nói con người
Tùy vào khả năng phát âm của mỗi người, nói chung tiếng nói con người có dải tần
số khoảng từ 80Hz đến 10.000 Hz. Tuy nhiên năng lượng của tiếng nói con người tập
trung vào khoảng tần số từ 500 đến 5000 Hz. Ngoài dải tần số này năng lượng của
tiếng nói tập trung không đáng kể nhưng lại chứa những thông tin về âm sắc của

tiếng nói. Như vậy dải tần được truyền càng rộng thì độ trung thực của âm thanh
càng cao và tất nhiên chất lượng càng cao thì giá thành hệ thống cũng sẽ cao hơn.
Trong thực tế người ta phải cân nhắc giữa chất lượng và tính kinh tế của hệ thống. Vì
vậy đối với hệ thống thông tin điện thoại trước kia, do những hạn chế về kỹ thuật
người ta chọn dải tần từ 300Hz đến 2.700Hz. Hiện nay người ta chọn dải tần của âm
thoại từ 300Hz đến 3.400Hz, trong trường hợp này dải tần của âm thoại có độ rộng là
3.100Hz. Trong các hệ thống thiết bị viễn thông người ta thường lấy chẵn là từ 0 đến
4.000Hz và băng tần này được gọi là băng tần cơ bản của tín hiệu thoại.
1.1.2. Đặc tính nghe của tai người
Tai người có khả năng nghe được những âm thanh từ 20Hz đến 20.000Hz. Tuy nhiên
độ nhạy của tai người tỷ lệ thuận với logarit của năng lượng âm thanh. Như vậy tai
người hoàn toàn nghe rõ dải tần của tiếng nói.
1.1.3. Yêu cầu của thông tin điện thoại
Trong thông tin điện thoại người ta thường đưa ra 3 chỉ tiêu phản ánh chất lượng hệ
thống thông tin điện thoại đó là:
- Độ nghe rõ.
- Độ nghe hiểu.
2


Chương 1: Máy điện thoại bàn

- Độ trung thực của tín hiệu thoại.
Trong thông tin điện thoại chỉ tiêu quan trọng nhất là độ nghe hiểu. Độ nghe hiểu
được tính theo đơn vị là phần trăm và độ nghe hiểu của hệ thống phải đảm bảo
100%. Tuy nhiên độ nghe hiểu phụ thuộc rất nhiều vào độ nghe rõ và quan hệ về mặt
ngôn ngữ giữa người nói và người nghe qua hệ thống điện thoại. Theo thống kê
người ta thấy rằng:
- Khi người nói và người nghe điện thoại cùng sống trong một vùng (tương đương
với lưu thoại nội hạt) để đảm bảo độ nghe hiểu là 100% thì độ nghe rõ chỉ cần đạt

từ 60% đến 70%.
- Khi người nói và người nghe điện thoại sống trong hai vùng khác nhau (tương
đương với lưu thoại đường dài trong nước) để đảm bảo độ nghe hiểu là 100% thì
độ nghe rõ cần đạt từ 70% đến 80%.
- Khi người nói và người nghe điện thoại cùng sống ở hai quốc gia khác nhau
(tương đương với lưu thoại quốc tế) để đảm bảo độ nghe hiểu là 100% thì độ
nghe rõ cần phải đạt từ 80% đến 90% và hơn nữa nếu có thể.
Còn chỉ tiêu về độ trung thực đòi hỏi hệ thống thông tin điện thoại phải có khả năng
truyền được tín hiệu thoại với băng tần rộng, điều này sẽ làm tăng giá thành của hệ
thống. Hơn nữa với thông tin điện thoại thì chỉ tiêu về độ trung thực không phải là
chỉ tiêu quan trọng lắm. Chính vì vậy mà dải tần được chọn như trên (từ 300Hz đến
3.400Hz) là chấp nhận được đối với thông tin điện thoại.
1.2. Tính năng của các phím ấn và các thuật ngữ trong điện thoại

- HANDSET (tổ hợp): Tay thoại.
- Công tắc gạt RINGER: Dùng để chọn âm lượng chuông.
ƒ

OFF: Cắt chuông.

ƒ

LOW: Tiếng chuông nhỏ.

ƒ

MID: Tiếng chuông vừa.

ƒ

HI: Tiếng chuông to nhất.

- Công tắc gạt P/T: Dùng định phương thức gửi số về tổng đài.
ƒ

Vị trí P: Quay số dạng xung (Pulse)

ƒ

Vị trí T: Quay số dạng Tone (DTMF)

- HS= HOOK SWITCH (khóa tổ hợp): Công tắc này được điều khiển bởi việc nhấc
đặt tổ hợp để nối hay cắt cuộc đàm thoại.
- Các phím đánh số từ 0-9: Dùng để quay số thuê bao và dùng gọi mã số cho các
dịch vụ.
3


Chương 1: Máy điện thoại bàn

- Phím * và # : Dùng để khai thác các dịch vụ của tổng đài. Một số máy còn thiết kế
sử dụng phím * để thay đổi chế độ quay số từ Pulse sang Tone tạm thời trong một
lần gọi.
- REDIAL: Dùng để quay lại số thuê bao vừa gọi trước đó. Có loại máy lưu được số
trong lần gọi trước đó từ 2→3 giờ, có loại nhớ không thời hạn nếu không tháo
đường dây line ra khỏi máy điện thoại.
- HOLD: Dùng giữ đường dây thuê bao khi Handset đã gác.
- FLASH : Dùng để thay thế thao tác nhấc đặt Handset một cách nhanh chóng.
- PAUSE: Phím này hầu như không có tác dụng đối với thuê bao nằm trong mạng
tổng đài Bưu điện. Nó chỉ có tác dụng đối với thuê bao thuộc tổng đài nội bộ dùng

để chiếm trung kế khi gọi.
- TONE = P/T: Dùng để chuyển đổi nhanh phương thức quay số. Khi công tắc gạt
bên hông máy (hoặc dưới máy) để ở Pulse mà khi nhấc Hanset lên ta lại muốn
quay số theo dạng Tone thì nhấn phím P/T trước khi quay số.
- MEMORY = STORE: Dùng để lưu trữ những số thuê bao hay gọi nhất vào trong
bộ nhớ. Việc lưu trữ này tùy thuộc từng loại máy (có tài liệu hướng dẫn của hãng
sản xuất). Khi muốn gọi số thuê bao bằng phím nhớ ta nhấc Handset, nghe âm
hiệu mời quay số rồi ấn phím đại diện cho số thuê bao đã ghi thì toàn bộ số thuê
bao máy sẽ tự động gởi đi. Việc xóa số nhớ cũng tùy từng loại máy, thông thường
dùng 2 cách sau: Xóa bằng phím CLEAR và xóa bằng cách nhớ đè.
- SPK= SP.PHONE= SP.SPEAKER: Phím này thay cho việc nhấc Handset, ta có
thể không cần nhấc Handset mà ấn phím này để đàm thoại bằng micro và loa gắn
trong máy (không đàm thoại bằng Handset). Kết thúc đàm thoại ta ấn phím này
một lần nữa giống như đặt Handset xuống cắt máy khỏi đường dây.
- MUTE: Khi ấn phím này máy sẽ cắt tiếng nói, chỉ nghe thôi. Để khôi phục lại nói,
ấn phím MUTE một lần nữa. Phím này được dùng khi ta không muốn cho người
đầu dây bên kia nghe cuộc trao đổi với người bên cạnh.
- TIME: Dùng để chỉnh giờ cho máy, phím này chỉ có ở máy có màn hình hiển thị.
- PROGRAMME: Chỉ có trong các máy có màn hình hiển thị dùng để lập trình cho
máy như lưu trữ số thuê bao, chỉnh giờ, …
- VOLUME: Dùng để chỉnh âm lượng loa.

4


Chương 1: Máy điện thoại bàn

1.3. Cấu tạo của các bộ phận cơ bản trong máy điện thoại bàn
1.3.1. Ống nói (Micro)
Trong máy điện thoại ấn phím thường sử dụng 2 loại micro: micro điện động và

micro tĩnh điện.
1. Micro điện động
Màng rung

Vỏ bảo vệ

Dây cuốn

...
...

Màng đỡ
đàn hồi

N

S

N

Nam châm
vĩnh cữu

Dây ra

Hình 1.2: Micro điện động.
Micro điện động có cấu tạo như hình 1.2, gồm một cuộn dây đặt trong một khe từ
của nam châm vĩnh cửu hình trụ và có hai đầu ra. Cuộn dây được gắn với màng rung
qua màng đỡ đàn hồi, ngoài cùng là lớp bảo vệ.
Khi nói vào micro thì màng rung bị tác động của âm thanh kéo theo cuộn dây rung

động trong khe từ của nam châm vĩnh cửu, do đó trên cuộn dây xuất hiện một sức
điện động cảm ứng theo qui luật biến đổi của âm thanh, micro đã biến đổi năng
lượng âm thanh thành năng lượng điện.
Micro điện động có trở kháng rất nhỏ nên để phối hợp với mạch vào bộ khuếch đại
phải dùng biến áp như hình 1.3. Biến áp này đặt trong cùng một vỏ bảo vệ với micro
nên ta không thể nhìn thấy.

Bộ
khuếch
đại phát

Hình 1.3: Micro điện động có biến áp phối hợp

5


Chương 1: Máy điện thoại bàn

Cách đo kiểm tra: Dùng đồng hồ VOM để thang đo Ω×1 đo điện trở giữa hai đầu
micro (có giá trị khoảng 100 Ω), rồi dùng một đầu que đo chập nhả, nếu micro phát
ra tiếng kêu rẹt rẹt theo sự chập nhả của que đo thì có nghĩa là micro tốt.
2. Micro tĩnh điện

Hình 1.4: Cấu tạo micro tĩnh điện.
Micro tĩnh điện có hai miếng kim loại mỏng đặt song song, một miếng mỏng hơn
được thiết kế làm màng rung (miếng mỏng hơn dùng làm điện cực trước, miếng kim
loại làm điện cực sau dày hơn và đặt cố định).
Giữa hai tấm kim loại có một lớp điện môi đặt biệt để tăng trị số điện dung. Khi đặt
lên hai bản cực một điện áp DC là V thì tụ tích điện tích Q là: Q=V.C
Giá trị điện dung: C = ε.s/d Trong đó ε là hằng số điện môi, S là diện tích của một

bản tụ điện, d là khoảng cách giữa hai bản tụ
Khi nói vào micro, áp lực âm thanh làm cho màng trước rung và làm thay đổi điện
dung (khi màng rung thì d thay đổi), dẫn đến điện áp trên bản cực thay đổi theo quy
luật âm thanh.
So với micro điện động thì micro tĩnh điện có điện áp biến thiên rất nhỏ và trở kháng
rất lớn, nên bộ khuếch đại phải có hệ số khuếch đại lớn.
Micro tĩnh điện khi làm việc cần phải có nguồn DC cấp cho nó như hình 1.5
Diode trong hình 1.5 để bảo vệ quá áp một chiều cho micro không bị đánh thủng khi
nguồn DC cấp cho micro t ăng cao.

6


Chương 1: Máy điện thoại bàn

Hình 1.5: Phân cực micro tĩnh điện.
Cách đo kiểm tra: khi đo điện trở của micro, ta thấy một chiều có điện trở nhỏ (do đo
điện trở thuận của diode), chiều ngược lại có điện trở rất lớn thì micro tĩnh điện còn
tốt.
1.3.2. Ống nghe (tai nghe)
Ống nghe có chức năng là biến năng lượng dòng điện xoay chiều thành năng lượng
âm thanh.
Ống nghe dùng trong Handset (tổ hợp cầm tay) của máy điện thoại thường là tai
nghe điện từ.
Tai nghe điện-từ: Khi đưa dòng điện xoay chiều vào cuộn dây của tai nghe thì từ
trường tổng (gồm từ trường của nam châm vĩnh cửu và từ trường xoay chiều do dòng
xoay chiều chạy trong cuộn dây tạo ra) qua màng sắt rung thay đổi theo dòng xoay
chiều. Do đó, lực tác động vào màng sắt rung biến thiên theo dòng xoay chiều, màng
sắt rung theo, nén dãn không khí trước màng rung và phát ra âm thanh.

Hình 1.6: Cấu tạo tai nghe điện từ.
7


Chương 1: Máy điện thoại bàn

Đo kiểm tra: Đo điện trở tai nghe điện từ có giá trị khoảng 150→200 Ω và chập nhả
một que đo ở một đầu cuộn dây, nếu nghe âm thanh kêu rẹt rẹt thì tai nghe điện từ
còn tốt.
1.3.3. Loa (speaker)
1. Loa điện động

Hình 1.7: Cấu tạo loa điện động.
Loa điện động có cấu tạo giống hệt micro điện động nhưng kích thước lớn hơn
nhiều.
Khi cho dòng xoay chiều chạy trong cuộn dây loa làm cho từ trường trong khe từ
(nơi đặt cuộn dây loa) biến thiên theo dòng xoay chiều, do đó tác động lên dòng điện
trong cuộn dây biến thiên theo, cuộn dây bị rung trong khe từ kéo theo màng giấy
rung làm nén dãn không khí trước màng rung và phát ra âm thanh.
Loa điện động dùng trong máy có chức năng Speakerphone và có thể kết hợp làm loa
phát chuông.
Cách đo kiểm tra loa điện động: đo điện trở của loa có giá trị vài Ω và chập nhả một
đầu que đo, loa phát ra tiếng kêu lộp bộp thì loa còn tốt.
2. Loa thạch anh áp điện
Một miếng thạch anh hai mặt được gắn điện cực để hàn dây, một mặt được gắn vào
màng rung bằng giấy. Khi đưa điện áp xoay chiều vào thạch anh, nó sẽ rung kéo theo
màng rung nén dãn không khí mặt trước phát ra âm thanh.

8

Chương 1: Máy điện thoại bàn

Hình 1.8: Cấu tạo loa thạch anh áp điện.
Loa thạch anh được dùng để phát chuông trong máy điện thoại.
Cách đo kiểm tra: Đo điện trở của loa thấy có giá trị gần bằng ∞. Để thang đo Ω×1
và chạm hai que đo vào loa thì loa phát ra tiếng kêu “tạch” nhỏ, đổi chiều que đo lại
thì loa cũng phát ra tiếng kêu “tạch” nhỏ thì loa còn tốt.
1.3.4. Bàn phím
Có hai loại bàn phím: loại 4x4 (4 hàng, 4 cột) và 4x3 (4hàng, 3 cột). ở Việt Nam phổ
biến loại bàn phím 4×3 vì loại này rẻ tiền hơn.
Một phím có hai tiếp điểm, một tiếp điểm có mức áp cao (khoảng 3.4V đến 5V) và
một có mức áp thấp (0V). Hai tiếp điểm này sẽ được nối với bộ phận chức năng giải
mã bàn phím của IC quay số trong máy điện thoại.
1

2

3

A

1

2

3

5

6

B

4

5

6

7

8

9

C

7

8

9

*

0

#

D

*

0

#

4

BÀN PHÍM 4×4

BÀN PHÍM 4×3

Hình 1.9: Bố trí bàn phím.

9


Chương 1: Máy điện thoại bàn

Hình 1.10: Cấu tạo phím ấn.
1.4. Các phương thức gửi số điện thoại đến tổng đài
Máy điện thoại ấn phím có hai phương thức gửi số đến tổng đài:
- Chế độ phát xung thập phân (Pulse).
- Chế độ quay số đa tần DTMF(Dual Tone Multiple Frequency) hay còn gọi là
Tone.
1.4.1. Chế độ quay số xung (Pulse)
Là chế độ quay số bằng xung thập phân. Số lần ngắt xung cho biết con số mấy đã
được quay.

số 1: 1 xung (1lần ngắt)

số 2: 2 xung

số 3: 3 xung

số 4: 4 xung

số 5: 5 xung

số 6: 6 xung

số 7: 7 xung

số 8: 8 xung

số 9: 9 xung

số 0: 10 xung
OFF-HOOK
(Connect)

“3”

tI

“2”

tI

ILOOP

ON-HOOK(idle)

tB
tM
T

Hình 1.11: Giản đồ xung quay số chế độ Pulse.

10


Chương 1: Máy điện thoại bàn

Chu kì xung T= tB + tM
tB là thời gian ngắt, thông thường là 60ms
tM là thời gian mở, thông thường là 40ms
tI (Interdigit Interval) là thời gian chờ quay số kế tiếp, thường tối đa là 700ms (tùy
theo hệ thống cụ thể, khoảng 600→ 800 ms).
1.4.2. Chế độ quay số đa tần DTMF (Tone)
Khi ấn một số nào đó thì máy phát đi một tổ hợp tần số gồm một tần số cao và một
tần số thấp nằm trong dải tần thoại (0,3÷3,4 kHz). Tổ hợp 2 tần số đó là các tín hiệu
hình sin. Ở tổng đài có bộ thu tổ hợp tần số này, sau đó giải mã để biết con số mà
thuê bao đã phát đi.
Bảng qui ước tần số cho từng phím:
Tần số thấp (Hz)

Phím thông thường

Phím mở rộng

697

1

2

3

A

770

4

5

6

B

852

7

8

9

C

941

*

0

#

D

Tần số cao (Hz)

1209

1336

1477

1633

Thời gian để nhận biết một số được ấn là 50ms và thời gian chờ ấn số tiếp theo là
50ms. Như vậy, tổng thời gian để gởi một con số bất kì là 100ms.
Ví dụ: Tính thời gian trung bình để quay số 5555555555 cho chế độ Pulse và Tone.
- Tính thời gian quay số ở chế độ Pulse:
tP1 = 5(xung/số)×100ms×10(con số) = 5s
tP2 = tI×(số con số-1) = 700ms×9 = 6.3s
tP = tP1+ tP2 = 11.3s
- Tính thời gian quay số ở chế độ tone:

tT = (số con số)×100ms = 10×100ms = 1s
Như vậy, thời gian quay số thuê bao trên ở chế độ Tone nhanh hơn nhiều lần ở
chế độ Pulse.

11


Chương 1: Máy điện thoại bàn

1.5. Các tín hiệu cơ bản trên đường dây
- Âm hiệu mời quay số (dial tone): Tần số f= 425 ± 25 Hz, nhịp liên tục.
- Âm hiệu báo bận(busy tone): Tần số f= 425 ± 25 Hz, nhịp 0.5s có và 0.5s không.
- Tín hiệu chuông (ring tone): Tần số f= 20→25 Hz, nhịp 2s có và 4s không, điện
áp hiệu dụng từ 75→110V.
- Tín hiệu hồi âm chuông (ring back tone): Tần số f= 425±25Hz, nhịp 2s có và 4s
không.
Ngoài ra, còn có tín hiệu quay số Pulse hoặc DTMF (Tone) đã trình bày ở trên.
1.6. Phân tích các mạch điện thoại cơ bản
1.6.1. Sơ đồ khối của máy điện thoại ấn phím

Hình 1.12: Sơ đồ khối tổng quát.
Từ đường dây qua mạch bảo vệ quá áp, đến cầu nắn chống đảo cực, mạch quay số và
mạch đàm thoại. Chuyển mạch điện tử S mắc nối tiếp với mạch quay số và mạch
đàm thoại. Chuyển mạch S được điều khiển bởi mạch quay số, chuyển mạch này vừa
làm nhiệm vụ phát xung số, vừa cấp nguồn cho mạch quay số và mạch đàm thoại.
- Mạch chuông đấu thường trực trên đường dây để chờ thu tín hiệu gọi đến. Mạch
chuông ở những máy ấn phím đời đầu thường dùng Transistor, còn những máy
điện thoại đời mới chủ yếu sử dụng IC.
- Mạch quay số được thiết kế bằng mạch tích hợp.
- Mạch đàm thoại có thể là IC hay Transistor hoặc dùng cả hai IC và Transistor.

12


Chương 1: Máy điện thoại bàn

- Chuyển mạch điện tử S thường là các Transistor
1.6.2. Mạch đấu vòng cấp nguồn DC
Hiện nay tổng đài điện thoại cấp nguồn DC thống nhất là 48 ± 2V

Hình 1.13: Sơ đồ đấu vòng cấp nguồn DC.
Mạch đấu vòng cấp nguồn DC có thể chia làm 3 phần:
- Phần tổng đài: Gồm có nguồn 1 chiều En = 48 ± 2V nối tiếp với các cuộn chặn
L1, L2 và mạch dò trạng thái nhấc máy và ổn dòng.
- Phần đường dây: Tổng trở một chiều mạch vòng đường dây tương đương với một
điện trở RL. Hai dây song song có tổng điện dung phân bố là CL. Đường dây càng
dài thì RL và CL càng lớn. Điện trở đường dây RL ≤1500Ω thì máy điện thoại hoạt
động tốt.
Đường dây càng dài, RL càng lớn thì dòng cấp cho máy càng nhỏ. Nếu đường dây
quá dài làm cho dòng cấp cho máy quá nhỏ, tổng đài sẽ không phân biệt được là
dòng thuê bao nhấc máy hay dòng rò đường dây. Mặt khác đường dây quá dài sẽ
làm suy hao tín hiệu trên đường dây đến tổng đài nên không đủ biên độ để điều
khiển phần chọn số khi quay số dạng Tone
- Phần máy điện thoại:
ƒ

Khi gác máy thì tổng trở mạch vòng là ∞

ƒ

Khi nhấc máy thì tổng trở máy điện thoại là Rtđ

Máy điện thoại hoạt động với dòng DC từ Imin=20mA đến Imax=100mA. Nếu dòng
cấp cho máy nhỏ hơn Imin thì tổng đài sẽ không phân biệt được giữa trạng thái
nhấc máy và đường dây bị rò (tổng đài không nhận biết chính xác thuê bao quay
số). Nếu dòng cấp cho máy lớn hơn Imax thì máy sẽ không an toàn.
13


Chương 1: Máy điện thoại bàn

Điện áp DC trên đường dây (Tip-Ring) khi nhấc máy thường có giá trị:
ƒ

Đối với các điện thoại đơn giản: 7.5V→8V

ƒ

Đối với các điện thoại có nhiều chức năng: 11V→12V

Khi chưa nhấc máy, điện áp DC trên đường dây chính là giá trị nguồn DC do tổng
đài cung cấp (48V).
1.6.3. Mạch bảo vệ quá áp
Do các phần tử trong máy điện thoai ấn phím là IC, transisitor không chịu được điện
áp cao. Trong khi đó đường dây điện thoại có thể ảnh hưởng điện thế cao như sét
đánh, chạm đường dây điện lực ...Vì vậy cần phải có mạch bảo vệ quá áp.

Hình 1.14: Mạch bảo vệ quá áp và chống đảo cực
1.6.4. Mạch chống đảo cực
Do mạch quay số và đàm thoại có các IC, transisitor nên nguồn cấp điện cho chúng
phải đúng cực tính, nếu nguồn cấp không đúng cực tính thì các linh kiện này sẽ bị

hư. Nguyên nhân chính do nhiều lúc ta không biết cực tính nguồn của đường dây
thuê bao khi đấu nối vào máy điện thoại nên dễ dẫn đến phá hỏng các linh kiện bên
trong máy. Vì vậy, để khắc phục vấn đề này nên trong máy điện thoại được thiết kế
có cầu diode chống đảo cực. Khi đó, điện thoại được nối với đuờng dây thuê bao mà
không cần quan tâm đến cực tính.
1.6.5. Mạch thu chuông
Khi tổng đài kết nối được với thuê bao bị gọi trong trường hợp máy rỗi, nó sẽ gửi
đến đường dây thuê bao bị gọi tín hiệu báo cho biết có cuộc gọi đến đang chờ đàm
thoại. Tín hiệu này chính là dòng điện chuông xoay chiều có tần số từ 20 đến 25 Hz
và điện áp từ 75 đến 110 V, dòng điện có cường độ khoảng 200mA và thông thường
có nhịp 2s có 4s không.
Trong các máy điện thoại cổ điển dùng bộ chuông cơ điện, dòng chuông từ tổng đài
đưa đến được sử dụng trực tiếp làm cho chuông kêu. Còn trong các máy điện thoại
điện tử mạch chuông không sử dụng trực tiếp dòng chuông mà dòng điện chuông
xoay chiều được nắn, lọc và cấp cho một mạch điện, mạch điện này có nhiệm vụ tạo
14


Chương 1: Máy điện thoại bàn

ra âm hiệu chuông theo yêu cầu. Vì vậy trong máy điện thoại điện tử âm hiệu chuông
rất phong phú, chúng có thể là đơn âm, đa âm và cũng có thể là một bản nhạc nào đó
do nhà sản xuất cài đặt sẵn.
Cần chú ý mạch chuông luôn luôn được mắc song song với đường dây hai dây để sẵn
sàng nhận dòng chuông khi tổng đài gửi đến và bị cách ly với nguồn DC do tổng đài
cấp cho máy điện thoại bởi tụ điện C. Tụ điện có nhiệm vụ ngăn không cho dòng một
chiều từ tổng đài đi qua và cho qua dòng chuông xoay chiều được gửi từ tổng đài đến
mạch thu chuông.
Việc ngưng cấp dòng chuông ngay khi thuê bao nhấc máy là do kết quả của quá trình
điều khiển ở phía tổng đài, các tiếp điểm tổ hợp không tham gia vào chức năng này.

Trong một vài trường hợp khi thuê bao nhấc máy, tiếp điểm tổ hợp làm cách ly mạch
chuông ra khỏi đường dây là để phục vụ cho nhiệm vụ khác.
Như đã trình bày ở trên, những máy điện thoại cổ điển sử dụng bộ chuông cơ điện,
trong khi những máy điện thoại điện tử sử dụng bộ chuông điện tử. Hai hệ thống
chuông này có những đặc điểm khác nhau, để có thể hiểu rõ nguồn gốc và nguyên lý
hoạt động của mạch chuông, cần xem xét các nội dung sau đây:
1. Nguồn chuông
Trong hầu hết các tổng đài, dòng chuông được tạo ra bởi các mạch phát dòng chuông
trong tổng đài. Các mạch tạo dòng chuông này có thể được bố trí tập trung hoặc phân
tán. Do trường hợp có thể nhiều máy điện thoại rung chuông cùng lúc, nên thường có
nhiều bộ phát dòng chuông trong một tổng đài nhằm để chia tải. Các bộ phát dòng
chuông này có thời điểm phát chuông xen kẽ nhau. Điều này giúp cho bất kỳ cuộc
gọi sẽ được rung chuông tức thời hơn là phải đợi hết chu kỳ im lặng của bộ phát
chuông.
2. Định thời tín hiệu rung chuông.
Tín hiệu rung chuông đưa lên đường dây theo nhịp khác nhau tùy vào hệ thống tổng
đài và mỗi quốc gia. Có hai loại nhịp đơn giản như trình bày trong các hình vẽ 1.14:

2s

4s

Ở Mỹ, Châu âu và Việt nam

15

2s


Chương 1: Máy điện thoại bàn

0,4s

0,2s

0,4s

0,4s
0,4s

0,4ss
2s

0,2s

0,4s

0,4s
0,4s

2s

Ở Anh
Hình 1.15: Các loại nhịp rung chuông.
3. Bộ chuông cơ điện
CHUÔNG

BÚA CHUÔNG

CÁC CUỘN DÂY

PHẦN ỨNG

Hình 1.16: Bộ chuông cơ điện của Walson.
Như đã biết khi máy điện thoại bị gọi đang rung chuông thì một số thiết bị quan
trọng trong tổng đài bị chiếm dùng để phục vụ. Do tính kinh tế đòi hỏi thuê bao bị
gọi phải trả lời càng nhanh càng tốt. Muốn như vậy, tín hiệu rung chuông cũng như
bộ phát chuông phải tạo ra tiếng chuông đủ lớn. Từ đây bộ chuông cơ điện đã được
Thomas A.Watson (trợ lý của nhà vật lý Bell) phát minh ra vào năm 1878.
Nguyên lý hoạt động của bộ chuông này như sau: Phần ứng có thể xoay quanh một
trục ở giữa, và 2 cuộn dây được quấn trên lõi sắt từ tạo ra nam châm điện, luân phiên
hút và đẩy ngược nhau ở hai đầu phần ứng đáp ứng theo sự đổi chiều của dòng điện
chạy qua 2 cuộn dây. Phần ứng sẽ điều khiển một búa đập vào hai quả chuông tạo ra
tiếng chuông.
Tiếng chuông của bộ chuông cơ điện có âm thanh đơn điệu, thường là không điều
chỉnh được.

16


Chương 1: Máy điện thoại bàn

4. Chuông điện tử
Ngoài chức năng chủ yếu là thông báo có cuộc gọi đến như chuông cơ điện trong các
máy điện thoại cổ điển, chuông điện tử còn có các chức năng tiện lợi khác. Chuông
điện tử có thể tạo ra những âm thanh khác nhau. Điều đó giúp cho việc nhận biết dễ
dàng tiếng chuông của máy nào, khi trong cùng một chỗ có nhiều máy điện thoại
rung chuông đồng thời. Chuông điện tử cũng có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn
so với chuông cơ điện. Xu hướng ngày nay người sử dụng thường mắc song song 2
hoặc 3 máy trong một nhà nên chuông kêu lớn cũng thật sự không cần thiết. Mạch
chuông điện tử có thể tích hợp chung trên cùng một board mạch với các mạch chức

năng khác. Chuông điện tử có hai loại đơn âm và đa âm.
5. Mạch chuông đơn âm.
Dùng loa điện từ

Dùng loa áp điện

R3

Hình 1.17: Các mạch chuông đơn âm
Chuông đơn âm có một mạch dao động cộng hưởng có tần số cố định. Mạch làm
việc hay nghỉ là do sự luân phiên của các bán kỳ điện áp rung chuông của tổng đài
cung cấp. Trong hình vẽ 1.17 là hai mạch chuông đơn âm, một dùng loa điện từ và
mạch còn lại dùng loa áp điện.
Nguyên lý hoạt động
- Mạch ổn áp: Mạch ổn áp trong cả hai mạch điện có nguyên lý hoạt động giống
nhau. Khi bán kỳ âm của điện áp chuông đến, D1 nắn và năng lượng bị tiêu tán
bởi R1. Lúc này Q không được cấp nguồn nên mạch không làm việc nên không có
17


Chương 1: Máy điện thoại bàn

tín hiệu rung chuông ở ngõ ra loa. Khi bán kỳ dương đến, D2 nắn, điện áp nắn
vượt qua ngưỡng của D3, Q được cấp nguồn, mạch dao động trong thời gian bán
kỳ dương. Do đó thời gian dao động được xác định bởi biên độ và tần số của tín
hiệu chuông từ tổng đài gửi đến.
- Mạch chống tiếng leng keng: Mạch chống tiếng leng keng gồm D3 và C2. Mạch
này nhằm ngăn chặn sự hoạt động của mạch chuông khi quay số bằng xung. Điện
áp Zener của D3 sẽ xác lập điện áp ngưỡng để chặn các điện áp xung quay số có
thể làm hoạt động mạch chuông. Tụ điện C2 là bộ lọc để lọc bất kỳ điện áp đột

biến nào vượt qua điện áp ngưỡng.
- Mạch phát chuông và ngõ ra:
Loa điện từ hoạt động nhờ vào sự di chuyển của cuộn dây hoặc phần ứng. Loa
điện từ thường được dùng làm ống nghe trong máy điện thoại. Mạch hồi tiếp cho
dao động nhờ vào biến áp T mắc vào cực C và đưa hồi tiếp về cực B của transistor
Q.
Loa áp điện là một đĩa mỏng làm bằng đồng. Khi mạch dao động, đĩa sẽ uốn cong
theo chiều như mô tả trong hình vẽ để tạo ra âm thanh.

a) Cấu trúc

b) Rung để tạo ra âm thanh
Hình 1.18: Loa áp điện

Hạn chế của chuông đơn âm là mạch chuông đơn âm có thiết kế đơn giản, dùng ít
linh kiện, nhưng tín hiệu chuông xuất ra có dải tần thấp khoảng từ 2 đến 3kHz nên
tồn tại 2 hạn chế như sau:
- Ở dải tần này làm cho những người lớn tuổi nghe kém nhạy.
- Khả năng xác định nguồn âm trong dải tần này kém.
Vấn đề trở nên phức tạp, khi trong cùng một vị trí mà lắp đặt nhiều máy, sẽ khó khăn
cho việc xác định tiếng chuông của máy nào nếu có nhiều máy cùng rung chuông.
Hai hạn chế trên đây có thể khắc phục khi sử dụng loại chuông đa âm.

18


Chương 1: Máy điện thoại bàn

6. Chuông đa âm.
Tín hiệu ngõ ra của chuông đa âm được tạo ra là do sự chuyển đổi qua lại giữa 2 hay

nhiều hơn các tần số. Tần số của các tín hiệu, và tốc độ chuyển đổi, có thể được xác
định bằng các linh kiện trong mạch điện. Lưu ý rằng, trong khi điện áp rung chuông
của tổng đài xác định tốc độ chuyển đổi của tín hiệu chuông đơn âm, thì đối với
mạch chuông đa âm, nó chỉ là nguồn cung cấp cho mạch chuông đa âm làm việc.
(hình 1.19)

Hình 1.19. Sơ đồ khối chuông đa âm.
- Mạch chỉnh lưu và bảo vệ quá áp

Hình 1.20: Mạch chỉnh lưu và bảo vệ quá áp
- Mạch ổn áp: Điện áp xoay chiều tại ngõ vào L1, L2 có thể vượt qua mức cho phép
của mạch chuông phụ thuộc vào khoảng cách từ máy điện thoại đến tổng đài. Cần
phải có mạch ổn định điện áp để điện áp cung cấp cho mạch tạo chuông độc lập
với chiều dài mạch vòng.
- Mạch chống tiếng leng keng: Mạch chống tiếng leng keng phải phân biệt giữa
điện áp của xung quay số đi vào mạch chuông và điện áp rung chuông xoay chiều
của tổng đài gửi đến.
- Phát chuông: Có 2 phương pháp áp dụng cho các mạch phát chuông đa âm.
ƒ

Phương pháp 1: Dùng 2 bộ dao động riêng biệt

19


Chương 1: Máy điện thoại bàn

ĐIỀU KHIỂN
TẦN SỐ

DAO ĐỘNG
TẦN SỐ THẤP

RL

DAO ĐỘNG
TẦN SỐ CAO

CL

CÁC THÀNH PHẦN LINH
KIỆN XÁC ĐỊNH TẦN SỐ

RH

CH

Hình 1.20: Phát chuông đa âm dùng 2 bộ dao động riêng biệt.
Mạch dao động tần số thấp, dao động ở tần số từ 10 đến 20Hz. Mạch dao động
tần số cao, dao động ở tần số từ 440 đến 480 Hz. Các thành phần linh kiện bên
ngoài có thể chọn để xác định tần số dao động. Bộ điều khiển tần số chuyển đổi
ngõ ra giữa hai tần số trong lúc rung chuông.
ƒ

Phương pháp 2: Dùng bộ chia tần số.
THẠCH ANH

DAO ĐỘNG
CHỦ

NGÕ RA CHUÔNG

BỘ CHIA
Z

BỘ CHIA X
HOẶC Y

f/X HOẶC f/Y

FREQ ADJ

Hình 1.21: Sơ đồ khối chuông đa âm dùng bộ chia tần.
Bộ dao động chủ tạo ra tín hiệu có tần số f Hz. Tín hiệu này được chia cho X
hoặc Y để tạo ra tín hiệu có tần số f/X Hz hoặc f/Y Hz. Tín hiệu ngõ ra bộ chia
X hoặc Y được chia cho Z. Tín hiệu ngõ ra bộ chia Z gọi là SR (Shift Rate).
Tần số của SR chính là tốc độ chuyển đổi giữa bộ chia X hoặc Y và được xác
định theo công thức sau đây:
SR =

f
(Hz)
Z(X + Y)

(1)

Như vậy ngõ ra bộ chia X hoặc Y có tín hiệu luân phiên chuyển đổi giữa hai tần
số f/X Hz hoặc f/Y Hz. Tốc độ chuyển đổi xác định theo công thức (1) thường
trong khoảng từ 5 đến 20Hz. Bộ dao động chủ có biến trở bên ngoài để có thể
điều chỉnh tần số dao động.

20


Chương 1: Máy điện thoại bàn

- Ngõ ra: Điều khiển ngõ ra (khuếch đại công suất ngõ ra) phải phối hợp trở kháng
với loa lắp đặt bên ngoài để đạt công suất tối đa. Có hai cách khuếch đại công suất
ngõ ra: ngõ ra đơn và ngõ ra đôi.
RL
RL

a) Ngõ ra đơn

b) Ngõ ra đôi

Hình 1.22: Khuếch đại công suất ngõ ra.
1.6.6. Mạch thoại
Mạch thoại bao gồm các bộ phận chính là ống nói, ống nghe và mạch khuếch đại cho
nói và nghe.
Trừ máy điện thoại chuyên dùng, các máy điện thoại trình bày trong phần trên đều
được kết nối đến tổng đài bằng đường dây 2 dây gọi là mạch vòng thuê bao. Cặp dây
này có một dây là T (Tip) và dây còn lại là R (Ring).
Kết nối giữa ống nói và ống nghe
Đường dây

ống nghe

ống nghe

ống nói
Máy A

ống nói

VL
-

+

Máy B

Hình 1.23: Ống nói và ống nghe mắc nối tiếp.
Ống nói và ống nghe được lắp đặt tại mỗi máy điện thoại. Sự kết nối cần thiết phải
có các thành phần thiết bị mô tả trong hình vẽ. Cách kết nối đơn giản nhất là sắp xếp
các thành phần nối tiếp với nhau. Tuy nhiên cách này có một vài hạn chế như sau:
- Nguồn cung cấp cho ống nói phải thường trực.
- Ống nghe cũng phải nhận dòng phân cực một chiều.
- Một phần tín hiệu rất lớn do thuê bao tạo ra lại đi vào chính ống nghe của nó.
Hai hạn chế đầu có thể giải quyết theo hai cách mắc sau đây:

21


Chương 1: Máy điện thoại bàn

Đường dây
S

S

Tr
M

Tr

im
T

B

M

im

it

B

T

Hình 1.24: Mạch kết nối ống nói và ống nghe dùng nguồn riêng
B Nguồn cung cấp

Tr Biến thế

M Ống nói

im Dòng điện ống nói

S Công tắc

it Dòng điện thu

T Ống nghe

Đường dây

Đường dây
Tr
T

Tr

it

it

im
M

T

M

Hình 1.25. Mạch kết nối ống nói và ống nghe dùng nguồn chung
B Nguồn cung cấp

Tr Biến thế

M Ống nói

im Dòng điện ống nói

T Ống nghe

it Dòng điện thu

1.6.7. Mạch quay số
Đối với các máy điện thoại điện tử, bộ phận quay số được thực hiện bằng mạch điện
tử tích hợp và một bàn phím ấn. Người quay số có thể ấn các phím số trước khi các
xung của những số đó gửi đi. Do đó thời gian quay số bằng nút ấn kết thúc trước thời
gian gửi xung. Vì vậy mạch quay số phải có bộ nhớ để lưu trữ các số quay. Mặc dù
các con số đã quay xong nhưng các xung của những số đó cứ lần lượt gửi lên đường
dây theo thứ tự số nào quay trước thì gửi trước với tốc độ 10pps hoặc 20pps tùy vào
hệ thống tổng đài kết nối. Bộ nhớ có thể chứa từ 17 đến 20 chữ số trong khoảng thời
gian vài giờ hay cho đến khi có số khác được đưa vào.

22


Chương 1: Máy điện thoại bàn

Ứng dụng của bộ nhớ số còn để làm chức năng quay lại số sau cùng (Redial) bằng
cách ấn một nút duy nhất. Chức năng này cho phép người sử dụng có thể quay lại số
thuê bao quay lần sau cùng một cách nhanh chóng hơn.
Sử dụng công nghệ bán dẫn CMOS cho các mạch quay số bằng xung rất thích hợp
với nguồn điện của đường dây điện thoại cung cấp. Vì bán dẫn CMOS sử dụng
nguồn cung cấp bé.
- Vấn đề cấp nguồn cho mạch quay số

Hình 1.26: Cách cấp nguồn cho mạch quay số điện tử
Có hai cách dùng nguồn điện đường dây để cấp nguồn cho mạch quay số điện tử.
Mạch quay số được cấp nguồn thông qua một cầu diode riêng biệt hay có chung một
cầu diode với mạch thoại như biểu diễn bằng đường nét đứt trong hình vẽ 1.26. Các
cầu chỉnh lưu diode chỉ nhằm bảo vệ sự đảo cực của điện áp đường dây.
- Các đột biến điện áp
Các đột biến về điện áp (các xung điện áp) có thể sinh ra do sự đóng mở của tiếp
điểm tổ hợp khi đóng mở. Ngoài ra khi quay số bằng xung cũng tạo ra các xung điện
áp này.
Xung điện áp này có biên độ rất lớn đối với các mạch tích hợp và các transistor công
suất nhỏ. Chúng sẽ bị hỏng. Vì vậy trong mạch điện máy điện thoại điện tử phải sử
dụng các transistor điện áp cao cho mạch giao tiếp với đường dây và phải có các
mạch điện triệt các đột biến điện áp nói trên. Các mạch điện bảo vệ quá áp, khóa
mạch thoại và chống tiếng leng keng sẽ đáp ứng cho chức năng này.
- Phương thức quay số xung
23


Chương 1: Máy điện thoại bàn

Hình 1.27: Sơ đồ khối tổng quát IC quay số.
Mạch giải mã bàn phím quét các ngõ vào từ bàn phím 3 cột, 4 hàng (hoặc 4 cột) để
xác định. Mạch này cũng bao gồm mạch chức năng kiểm tra thời gian để loại trừ
trường hợp các tiếp điểm bị tác động khi ấn (đóng mở nhiều lần cho một lần ấn).
Khi một nút số được ấn, chữ số được mã thành dạng nhị phân và chứa trong bộ nhớ.
Tùy vào loại IC mà bộ nhớ có thể chứa từ 17 đến 20 chữ số. Thanh ghi viết địa chỉ
có nhiệm vụ chỉ ra vị trí trong bộ nhớ để chứa các chữ số. Trong trường hợp phải
quay lại, thanh ghi đọc địa chỉ có nhiệm vụ chỉ ra địa chỉ trong bộ nhớ chứa các số
cần đọc ra ngoài.

Một mạch dao động dùng thạch anh cung cấp các xung tại một tần số ổn định. Các
xung giúp cho việc định thời trong mạch tích hợp thông qua các bộ đếm và các thanh
ghi trong mạch điều khiển và định thời.
Mạch xuất nhờ vào sự điều khiển của mạch điều khiển và định thời, xuất ra các xung
quay số và diệt tiếng click.
Một vài ngõ vào cần thiết cho việc chọn tỉ lệ đóng mở xung có thể chọn 60%/40%
hoặc 66,7%/33,3% điều chỉnh thời gian tạm dừng giữa hai chữ số (IDP-Inter Digit
Pause) và cảm nhận trạng thái nhấc máy, gác máy.
- Phương thức quay số lưỡng âm đa tần (DTMF)
Một số máy điện thoại sử dụng phương pháp quay số lưỡng âm đa tần (DTMF-Dual
Tone Multi frequency). Phương pháp này chỉ áp dụng được khi ở tổng đài có trang bị
bộ xử lý các âm hiệu DTMF. Ngày nay hầu như tất cả các tổng đài đều sử dụng
phương pháp này.
- Bàn phím ấn
Bàn phím ấn được tổ chức gồm 3 cột và 4 hàng tổ hợp nên 12 trạng thái khác nhau
tương ứng dùng cho 12 nút ấn (10 nút số từ 1, 2, … 0 và nút *, nút #). Mỗi trạng thái
24


Chương 1: Máy điện thoại bàn

tổ hợp gồm tần số của cột và tần số của hàng. Các giá trị tần số theo tiêu chuẩn qui
định được trình bày qua hình vẽ sau đây:
Nhóm tần số cao (Hz)
1209

1336 1477

1633

Phần mở rộng

697

1

2

3

R1

Nhóm tần 770
số thấp (Hz)

4

5

6

R2

852

7

8

9

R3

941

*

0

#

R4
R = Row (hàng)

C1

C2

C3

C4

C = Column (cột)

Hình 1.28: Tổ chức bàn phím ấn
Khi một nút số được ấn kích hoạt mạch điện tử tạo ra hai tần số thuộc cột và hàng
tương ứng số ấn, ví dụ khi ấn số 5 phát ra tần số 1336Hz và 770Hz. Các tần số này
có sai số tùy thuộc vào mỗi nước, ở vùng Bắc Mỹ qui định đối với các số phát đi là
±1,5% và đối với các số thu là ±2%.
- Dò tìm tín hiệu DTMF

Các tín hiệu DTMF sử dụng phải được chọn lựa một cách cẩn thận, sao cho mạch
nhận số trong tổng đài không bị lẫn lộn giữa các tín hiệu DTMF với các tín hiệu khác
xuất hiện trên đường dây. Bộ nhận số này có các bộ lọc tần số chỉ cho các tín hiệu
DTMF đi qua. Nó cũng có mạch định thời để đo thời gian tồn tại bé nhất của một tín
hiệu, nhằm khẳng định tín hiệu đó là tín hiệu DTMF (thông thường thời gian tồn tại
tín hiệu là 50ms).
Sau khi đường kết nối giữa hai thuê bao được thiết lập, các tín hiệu DTMF có thể
truyền đi chung với tín hiệu thoại. Điều này cho phép sử dụng các tín hiệu DTMF để
đưa vào các lệnh từ một đầu cuối ở xa, hay tiếp nhận tin tức từ cơ sở dữ liệu ở xa áp
dụng trong thông tin truyền dẫn số.
- Dạng tín hiệu DTMF.
Dạng tín hiệu DTMF được thể hiện trên hình vẽ

25