Requisitos Básicos para o Circuito de Voz dos Telefones

CAPITULO TERCEIRO

TERMINAIS TELEFONICOS

Introdução

Pouco mais do que uns séculos após a sua invenção perto de um bilhão de telefones transmitem a voz a todas as partes da terra e mesmo para além da atmosfera terrestre como no caso das naves tripuladas.

Apesar de participar com apenas 5% no custo de um enlace de voz, o aparelho telefônico merece atenção especial, pois, além de ser o responsável pelas maiores variações de nível de voz no circuito (dentro de ± 12 dB em torno do nível médio de voz), ele contribui com a maior parcela de distorção de atenuação e de distorção harmônica de um enlace e, juntamente com a rede de assinantes, pode contribuir em cerca de dois terços das perdas de um enlace telefônico analógico. Além disso, o aparelho telefônico contribui ainda com cerca de 30% dos defeitos que ocorrem na rede telefônica.

O aparelho telefônico pode ser definido como sendo um equipamento eletroacústico e mecânico, que possibilita a transformação da energia acústica da voz em energia elétrica com as mesmas características originais e transforma, no lado de recepção, a energia elétrica novamente em energia acústica, com características praticamente iguais às introduzidas no emissor de origem.

Princípios Tecnológicos e Requisitos Básicos para Aparelhos Telefônicos.

Cada aparelho telefônico contém três grupos funcionais importantes que preenchem, tecnicamente, funções distintas, a saber:

- Órgão seletivo - teclador;

- Órgão de chamada - campainha;

- Circuito de voz propriamente dito, com os transdutores eletroacústicos, o microfone (ou cápsula emissora) e o receptor (ou cápsula receptora).

A energia de suprimento é fornecida pela central através de uma linha de dois fios (bateria central com 48 V). Para algumas funções adicionais com necessidade adicional de energia como p. ex. no caso de aparelhos telefônicos com indicadores visuais, nos sistemas de comando e de coleta de telefones públicos e outros, é utilizada uma alimentação adicional normalmente obtida da rede elétrica. Sempre que possível é evitada esta alimentação adicional local, pois ela aumenta os custos do equipamento e afeta a confiabilidade funcional do aparelho p. ex. no caso de falta de energia.

Requisitos Básicos para o Circuito de Voz dos Telefones

As características técnicas da transmissão de voz são estabelecidas de acordo com as características de transmissão da rede telefônica. Constitui tarefa transmitir a voz humana de forma econômica e com boa qualidade, através de qualquer distância da terra. Para isso a União Internacional de Telecomunicações (UIT) estabeleceu regras básicas, em forma de recomendações, através de Grupos de Estudo do ITU-T, aplicadas pelas Administrações Telefônicas de cada país.

Perdas de Sonoridade

As perdas de sonoridade recomendadas no Plano de Transmissão Telefônica são estabelecidas por critérios econômicos, que definem também como uma unidade o conjunto do aparelho telefônico com a sua linha de assinante (linha de 2 fios calibre 0,4 mm e comprimento de até 5 km).

O índice de Sonoridade de Emissão (ISE) resulta em função da sensibilidade do microfone do telefone em conjugação da atenuação do circuito ponte e da linha de conexão, assim como das perdas de alimentação do microfone.

O índice de Sonoridade de Recepção (ISR) resulta da sensibilidade da cápsula receptora acrescentada à atenuação do circuito ponte e à linha de conexão.

O índice de Sonoridade de Efeito Local (ISEL) é formado pela sensibilidade das cápsulas emissora e receptora e da atenuação do circuito ponte no caminho de efeito local do microfone ao receptor.

Estes três valores são medidos no conjunto telefone-linha-ponte de alimentação terminado com terminação. Eles representam os dados de transmissão mais importantes dos aparelhos telefônicos. Os índices de Sonoridade de Emissão e de Recepção entram diretamente na Sonoridade total da transmissão de voz que sai ou que chega; quanto menor o seu valor maior é o nível de voz. No entanto o índice de Sonoridade de Efeito Local deve ser o mais alto possível. Ele não somente define o nível vocal desde o microfone até o próprio ouvido; mais importante é a atenuação do ruído ambiente captado pelo microfone e que limita a distância com relação ao sinal de voz recebido no próprio receptor.

A atenuação das linhas de conexão pode variar de 0 dB à 10 dB em função do comprimento e do calibre da linha. A grande dispersão resultante para os valores dos índices de sonoridade na rede telefônica pode ser estreitada através da compensação de perdas p.ex. por meio da regulagem da emissão e da recepção em aparelhos telefônicos.

Como outros meios de compensação de perdas, as Administrações Telefônicas utilizam os seguintes:

- Compensação de atenuação individual: Neste caso são utilizadAs linhas artificiais simples,

constituídas por duas ou mais resistências e um capacitor, assim como cápsulas de diversos grupos de sensibilidade são utilizadas em função da resistência de linha (de forma manual ou automática), de forma a assegurar valores de índices de Sonoridade praticamente constantes para todos os comprimentos de linhas.

- Compensação automática de perdas: É comandada pela corrente de alimentação que ativa

elementos de atenuação no telefone (Varistores, redes com diodos e resistências ou amplificadores comandados pela corrente),que compensa sobretudo valores baixos de índices de Sonoridade com pequena influência do comprimento de linha.

- Vantagens da compensação de atenuação individual: Independência da corrente de alimentação

que circula na prática. Nas redes com instalações CPCT's com pontes de alimentação própria, não ocorrem erros de regulagem, sendo evitadas distorções não lineares causadas pelos elementos de regulagem. A inclusão de circuitos de regulagem no aparelho telefônico é economicamente vantajosa. Em linhas com perdas maiores são empregadas cápsulas de grande sensibilidade.

- Vantagens da compensação automática de atenuação: Montagem e manutenção simples, telefone

único, pequeno dispêndio de armazenagem, de montaem e de supervisão.

Outros Requisitos do Circuito de Voz

Várias administrações telefônicas possuem recomendações para a resposta de freqüência das cápsulas emissora e receptora a fim de assegurar, por intermédio de transmissão praticamente independente da freqüência, a naturalidade e a inteligibilidade da voz. O ruído intrínseco e as distorções não lineares dos circuitos de voz devem ser mantidos o mais reduzido possível. A impedância de entrada dos aparelhos telefônicos deve ficar casada com a impedância da linha de conexão para evitar reflexões e ecos perturbadores. Dadas às características opostas às da linha (de até 45° capacitivos em linhas) apresentadas pelas cápsulas de tecnologia magnética, são utilizadas, em condições crescentes, cápsulas receptoras eletrodinâmicas com impedância praticamente resistiva.

Requisitos Básicos para os Circuitos de Sinalização dos Telefones

Tons de Recepção

Por meio de uma forma de sinalização adequada na cadência, duração e freqüência, o usuário reconhece facilmente o significado de tons individuais. Os estados mais importantes de sinalização para o estabelecimento de ligações são os seguintes:

- Tom livre de 425 Hz, cadência lenta, geralmente com um impulso com 1 seg. de duração e 4 seg. de pausa: Indica que o caminho de conexão está livre, o mesmo ocorrendo com o telefone chamado. A campainha toca originada pelo sinal de toque.

- Tom de ocupado de 425 Hz, cadência rápida, com período de 0,5 seg. a 1 seg.: O caminho de ligação ou o aparelho telefônico está ocupado. Nova tentativa é possível.

- Tom de identificação: Três tons sucessivos com 950, 1.400 e 1.800 Hz: Não ocorre nenhuma conexão

com esta seqüência. Outras tentativas são inúteis.

Órgãos Seletivos

Durante muito tempo o disco numérico era o único órgão seletivo dos aparelhos telefônicos. Ao acionar o disco datilar, é tencionada uma mola para o retorno automático seguinte do disco, o que permite ajustar o número a ser emitido. Após soltar o disco, a velocidade de retorno é regulada por meio do volante para um valor preestabelecido, possibilitando a emissão de uma seqüência temporal de pulsos de tolerância estreita, que realiza interrupções iguais de corrente. 0 número destes impulsos corresponde aí ao número discado. Entre as séries sucessivas de impulsos origina-se uma pausa, cuja duração se compõe do tempo de espera até a armação do disco, o tempo de armação propriamente dito é de um período de tempo de giro livre durante o retomo do disco, o chamado pausa interdigital. Esta pausa deve ser dimensionada de tal modo, que também um manuseio muito rápido possibilita separar as séries de impulsos com segurança entre si.

Em princípio também devem ser estabelecidos os mesmos requisitos ao teclador seletivo para a sinalização por impulsos. Como porém este necessita receber energia para a sua operação, aparecem condições adicionais quanto à corrente permissível ainda absorvida após a interrupção do enlace.

Nos tecladores seletivos para a sinalização rápida por multifreqüência são recomendadas, pelo CCITT, as freqüências, as tolerâncias das freqüências, distorções permitidas e conjugação numérica dos sinais, incluindo a disposição das teclas. Outras características como p. ex. valores de níveis e duração mínima da pressão nas teclas variam de acordo com a Administração Telefônica.

Órgãos de Toque

Também aqui os requisitos básicos são determinados pelo formato histórico da campainha eletromecânica, acionada com correntes de 16 Hz à 60 Hz. Nas tensões de 10 V à 100 V a campainha deve emitir um sinal penetrante facilmente identificável e de sonoridade basicamente constante assim como deve possuir uma regulagem de sonoridade. O nível de sonoridade máximo medido a 1 metro de distância deve ser da ordem de 75 dB (A). As campainhas eletrônicas têm o inconveniente do custo. Para elas valem os mesmos requisitos. Ao lado da regulagem da sonoridade elas ainda tem a possibilidade de ajustar o espectro sonoro, o que facilita a identificação de um telefone entre vários dentro de uma mesma sala.

O Aparelho Telefônico

Telefone Convencional

Os telefones convencionais são telefones de mesa ou de parede que apresentam funções de estabelecimento e encerramento de uma chamada telefônica, o toque, a sinalização e a transmissão da voz.

Eles são ligados por um par de fios (conexão de dois fios) com a central telefônica. Através dos fios de conexão (fios a e b) os diversos grupos funcionais são supridos com energia pela bateria da central. Simultaneamente eles transmitem as freqüências de sinais sobrepostos a corrente de alimentação.

Circuito Telefônico

modular. Os módulos mostrados na figura 3.1 são construídos em forma conectável e são constatados na placa de circuito de voz.

Fio T - Fio Terra TwB / NT - Teclado

G - Conexão para Aparelhos Adicionais GU – Interruptor de Gacho NrS - Teclador

Z1 Z2 – 2º Receptor Fio W – 2º Campainha ET - Botão Terra

O aparelho telefônico contém:

- Uma campainha (W), que pode ser eletromecânica ou eletrônica;

- Um teclador, formado por um disco datilar (NrS) ou por um teclado (Twb) para sinalização decádica

(IWV) ou multifreqüêncial (MFV);

- Teclas de sinalização, formadas pelo botão Terra (ET) no caso da utilização do telefone como ramal

ou, tecla de seleção ao ramal (NT) no caso do emprego do telefone como principal ou ramal equipado com teclador multifreqüêncial;

- Transdutor eletroacústico, constituído pelo microfone (M) de carvão ou linear amplificado, cápsula

receptora (transdutor dinâmico ou magnético) e 2º receptor (conexão através de Z, - Z2).

Unidade de Comutação

A unidade de comutação do circuito telefônico é constituída pelo interruptor de gancho com os contatos GUI a GUIII, pela unidade de campainha e, caso seja necessário, pelo teclado de sinalização.

No estado de toque do telefone (monofone no gancho) os contatos do interruptor de gancho (GU) separam basicamente a unidade de sinalização e a unidade de voz da linha, e conectam o conjunto de toque aos fios a e b da linha através do capacitor C. Este último proporciona um bloqueio da campainha com relação a corrente continua. Através do contato passivo GU, do interruptor de gancho, o ponto de conexão W, ao qual pode ser ligada uma campainha externa, é ligado ao fio-a.

No estado de conversação/sinalização do telefone (fone fora do gancho) os contatos de comutação do interruptor de gancho (GU) separam a unidade de campainha do ponto de conexão W e portanto a campainha proporciona uma atenuação de inserção CC e CA.

Na comutação do estado de chamada (toque) para o estado de sinalização/conversação ou seja, ao ser levantado o fone do gancho, o contato GUIII comuta antes de GU,. Assim, ao conduzir a corrente de

suprimento através de GUII ocorre uma extinção de faíscas neste contato, proporcionada pelo circuito RFC.

Pelo fato de estar conectado no disco NrS, este circuito de extinção também atua sobre o seu contato nsi. A

vida de ambos os contatos é assim prolongada significamente, ficando fortemente reduzida à irradiação de freqüências perturbadoras.

O ponto de conexão G serve para a ligação de um gerador automático de números de sinalização. Como ele fica atrás do contato - GU no Fio-a, fica assegurado que o emissor de números de sinalização só fica ativo com o monofone retirado do gancho.

Unidade de Transmissão

Uma conversação é transmitida através do microfone e do receptor, que são acoplados com a linha telefônica através do interruptor de gancho. Em uma ligação telefônica é necessário desacoplar entre si o microfone e o receptor telefônico de cada terminal para que as correntes alternadas do microfone não cheguem com toda a intensidade no receptor do próprio telefone. O grau de desacoplamento exprime a atenuação de retorno.

Não é possível obter, com um só transformador, um casamento otimizado às características resistivas do receptor do microfone e da linha simultaneamente com uma atenuação mínima da emissão e da recepção. Entretanto existem hoje inúmeras versões de circuitos que se aproximam a estas condições. Um valor mínimo para a soma das atenuações de emissão e de recepção (6 dB) ocorre em um circuito sem perdas somente no caso em que forem iguais os dois valores de atenuação.

No caso em que as impedâncias do microfone, do receptor e da linha forem reais e constantes, o valor mínimo de 6 dB para a soma de atenuação de operação ocorre no caso de uma ponte simétrica com N = Z e para uma resistência transferida do receptor WR = 4WM. A impedância do circuito é então W = 2WM e

portanto independe da terminação de linha. Entre os circuitos de voz destacam-se dois deles. Híbrida Passiva

operação do microfone os ampéres-espira dos dois enrolamentos do transformador I e II são iguais e portanto não se estabelece nenhuma tensão no receptor R.

M - microfone

N - terminação R - cápsula receptora

Z|_ - impedância e entrada da linha Zy - impedância do microfone

Zg - impedância do circuito de visto da linha ZR- impedância do receptor

A fim de proporcionar ao usuário um efeito local suficiente, podem ser aproveitadas duas possibilidades:

a) O circuito de voz e, sobretudo a terminação são afinados ao aparelho telefônico específico. Como exemplo pode ser citado o aparelho telefônico utilizado em circuito de ramais; em 98% dos casos eles são utilizados em comprimentos de linha inferiores de 2 km. Por meio de uma terminação ajustada correspondentemente é estabelecido um casamento para uma atenuação máxima de efeito local para linhas curtas;

b) A linha de assinante é uniformizada com auxílio de linhas artificiais.

Este procedimento é utilizado por algumas Administrações Telefônicas para as linhas principais. Neste caso é, por exemplo, conectada uma linha artificial (dois resistores e um capacitor) equivalente a cerca de 1,5 km no caso em que a linha de assinante for menor do que 1,5 km. O dimensionamento da terminação possibilita um valor médio ponderado superior a 9 dB para as várias combinações.

Ao lado de um efeito local otimizado devem ser também assegurados os valores de efeito local do locutor e do ouvinte, de acordo com o Plano de Transmissão Telefônica. Neste caso representam problemas os sistemas telefônicos modernos de comutação, projetados para comprimentos longos com resistência ôhmica de 1.600 ohms ou mais, o que estabelece requisitos especiais à sensibilidade dos transdutores acústicos. Os modernos microfones lineares com amplificador podem adquirir a sensibilidade desejada, com correntes de linha baixas (em torno de 10mA). Através de um dimensionamento apropriado do interruptor de gancho é também possível enquadrar o efeito local de emissão e de recepção aos comprimentos de linha requeridos.

Além dos cuidados com o efeito local o circuito de voz também deve ser protegido contra o chamado choque acústico no receptor.

As tensões dos transientes ou impulsos que se induzem, por exemplo, por ocasião dos processos de comutação ou devido às descargas atmosféricas em cabos telefônicos, podem originar ruídos e mesmo estalos fortes no receptor telefônico, capazes de causar efeitos acústicos desagradáveis ou mesmo prejudiciais ao ouvido. Estas tensões de impulsos podem ser limitadas a um valor suportável pelo ouvido

através da ligação em paralelo com os terminais do telefone ou do receptor de diodos ligados em antiparalelo (varistores) como mostra a figura 3.3. A característica do varistor é dimensionada de tal modo, que ele não introduz atenuação significativa para os níveis normais dos sinais de voz.

Finalmente ainda deve ser considerada, no circuito de voz, uma compensação contra a atenuação das linhas telefônicas.

A fim de proporcionar níveis de recepção telefônica os mais constantes possíveis, as Administrações Telefônicas utilizam diversos métodos, a saber:

a) Seleção de cápsulas: As cápsulas emissora e receptora são agrupadas, após a sua fabricação, em classes de sensibilidade distintas, geralmente com separação de 2 dB entre as mesmas. As classes mais sensíveis são utilizadas nos terminais telefônicos conectados a linhas longas, enquanto as cásulas menos sensíveis, às vezes conjugadas a linhas artificiais, são usadas em terminais telefônicos conectados a linhas curtas. Na simulação de linhas artificiais é usada p.ex. a combinação 2 x 140 ohms / 50 microfarad equivalente a 1 km de linha com condutor de 0,4 mm de diâmetro ou um múltiplo deste valor. Devido às dificuldades de manter um controle centralizado das condições de linha de cada assinante telefônico, este sistema está sendo abandonado e substituído por um sistema automático.

R

FIGURA 3.2

b) Controle automático: Nos aparelhos telefônicos com compensação automática de sonoridade é utilizada a corrente de linha como elemento de comando. Nos telefones analógicos esta corrente varia de 20 mA CC (linhas com 5 km de fio de 0,4 mm) à 80 mA (linha de 0 km). De acordo com o sistema de alimentação, a corrente de linha é uma função da resistência de linha e com isso depende da atenuação da linha. Para o controle da sonoridade são usados componentes eletrônicos não lineares como por exemplo varistores ou redes de diodos - Zener, comandados pela corrente de linha, originando assim a compensação da atenuação da linha.

T - cápsula receptora M - microfone de carvão N - terminação

G - diodos Zener

R - resistência de entrada

A figura 3.3 mostra um circuito com compensação da atenuação. Como elementos de regulagem são utilizados diodos zener, nos quais é aproveitada a forte variação da resistência dinâmica em torno do ponto de inflexão da sua característica. Por meio de resistências de entrada ligadas em série é realizada por um lado, a adaptação e, por outro lado um enlace com a variação zener, relativamente íngreme. Os diodos ainda são ligados em anti-série a fim de proporcionar um circuito independente da polaridade.

No sentido de emissão a resistência do microfone M à corrente continua é parcialmente estabilizada pela resistência de entrada R3 e é obtido um casamento do elemento de atenuação propriamente dito

através da resistência R4 e dos diodos G1 ou G2. No sentido de recepção é ligado, em paralelo com o

enrolamento de linha da bobina híbrida, um elemento de atenuação do sentido de recepção constituído pela resistência R2 e pelos diodos zeners G3 e G4 ligados em anti-série. A queda de tensão na resistência R1,

proporcional à corrente de linha e proporcional à resistência de corrente contínua do enrolamento de linha controla o elemento de atenuação, regulando com isso o sentido de recepção;

c) Regulagem eletrônica: Este princípio é utilizado nos aparelhos telefônicos eletrônicos, onde é aplicada uma realimentação negativa aos amplificadores das cápsulas emissora e receptora, controlada pela corrente continua de alimentação procedente da linha.

Este princípio permite manter constante, dentro de uma variação pequena (± 1 dB), as sensibilidades de emissão e de recepção do aparelho telefônico, para comprimentos máximos de linha previamente estabelecidos, podendo atingir até o comprimento de linha máximo de 5 km.

Híbrida Ativa

Comparado à técnica convencional, o uso de circuitos integrados em aparelhos telefônicos oferece uma série de vantagens como sejam o menor volume e o menor peso e a melhora das propriedades tecnológicas. A figura 3.4 mostra o princípio de circuito do circuito de voz de um telefone sem transformador (bobina de indução). Ele opera segundo o mesmo princípio de uma ponte de Wheatstone, onde os braços da ponte são constituídos pela linha telefônica L, pela terminação N e pelas resistências Ri e R 2.

T - cápsula receptora Tv - amplificador de recepção

M - microfone

Mv - amplificador de emissão

R1 R2 - resistências da ponte

N - terminação

ZL - impedância de entrada da linha

O microfone M e o receptor T, juntamente com os amplificadores correspondentes Mv e Tv,

situam-se nas diagonais da ponte. O seu desacoplamento e com isso a máxima atenuação de efeito local são obtidos na condição de equilíbrio da ponte L/N = R1 R2 em toda a faixa de freqüência

considerada. Também neste caso a terminação (e com isso a atenuação de efeito local) estabelece um compromisso para a condição de operação correspondente. O circuito telefônico sem transformador e com amplificadores pode ser dimensionado de tal modo, que a impedância de entrada fica determinada pela terminação e desta forma é projetado de forma simples, de modo capacitivo. Com isso ele fica idêntico à impedância dos cabos. Independentemente do comprimento de linha é obtido então um efeito local otimizado, na condição de que a instalação de comutação não exerça influência sobre a impedância.

Além disso os amplificadores do microfone e do receptor possibilitam o emprego de transdutores leves e econômicos (piezocerâmicos ou de eletreto), sendo que o tipo piezocerâmicos é reversível isto é, pode ser usado como emissor ou receptor.

Os circuitos de voz sem transformador podem ser ainda providos de um circuito de regulagem. Neste caso o circuito de voz pode ser projetado em forma de circuito integrado encapsulado, contendo os circuitos amplificadores de emissão e recepção, fonte de alimentação CC, circuitos de regulagem das sensibilidades de emissão e de recepção etc.

Aparelho Telefônico Eletrônico

No telefone eletrônico as funções de conversação, sinalização e toque são realizadas por intermédio de circuitos eletrônicos de estado sólido. Foi justamente o desenvolvimento de componentes eletrônicos de estado sólido, e posteriormente o desenvolvimento dos circuitos integrados que possibilitaram a implantação do telefone totalmente eletrônico a partir de 1970. Além destas funções básicas, o telefone eletrônico ainda pode apresentar outras facilidades como sejam a memorização de dígitos, teclas para serviços especiais, circuitos de amplificação de recepção, de viva-voz, de toque diferenciado e outros, abrindo desta forma o caminho para o telefone digital.

A figura 3.5 mostra, em diagrama de bloco, as funções básicas do telefone eletrônico a saber:

a) Conversão eletroacústica: Neste bloco são utilizados transdutores eletroacústicos lineares, providos de amplificação e regulagem que podem ou não estar incorporados ao transdutor;

b) Conversão de 2/4 fios: Neste bloco é utilizada uma híbrida ativa (circuito eletrônico) em substituição a híbrida passiva (transformador) do telefone convencional;

c) Bloco de regulagem: Proporciona a característica de sensibilidade linear de emissão e de recepção para um comprimento de linha predeterminado. Para o telefone eletrônico preferencial foi escolhida uma regulagem até 5km, o que proporciona uma sonoridade de emissão e de recepção constantes para dois assinantes que mantém uma conversação entre si através de comprimentos de linha de até 5 km, 0,4 mm de diâmetro;

d) Bloco de sinalização entrada/saída: Abrange a sinalização decádica (disco) ou multifreqüêncial (teclador) assim como a campainha, constituída por um circuito eletrônico com radiador acústico piezocerâmicos ou alto-falante;

e) Bloco liga/desliga: Contém o interruptor de gancho.

Circuito de Voz

No desenvolvimento do circuito de voz do telefone eletrônico é dada ênfase a melhor qualidade de transmissão com relação ao telefone convencional. Isto abrange:

a) Redução substancial de harmônicos;

b) Otimização das curvas de sensibilidade/freqüência de emissão e de recepção;

c) Eliminação da atenuação natural do nível de voz em comprimentos de linha crescentes, através da regulagem de amplificação de emissão e de recepção em função da corrente de linha;

d) Melhoria da qualidade do efeito local e otimização da impedância do telefone através de um balanço cuidadoso da ponte e da impedância do circuito de emissão;

e) Utilização eficiente da corrente de linha, a fim de obter alta qualidade de transmissão mesmo em linhas longas;

f) Possibilidade de fabricação econômica, baixos custos de montagem e de manutenção; g) Reversibilidade de transdutores do microfone e do receptor.

O atual circuito de voz com híbrida passiva e cápsula emissora de carvão não atende estes requisitos. O microfone de carvão deve ser substituído por um microfone linear, ea bobina de indução por uma híbrida eletrônica. A figura 3.6 (a, b) mostra os dois casos em forma de diagrama em ponte. A figura 3.6a mostra esquematicamente a configuração do circuito de voz do telefone convencional equipado com cápsula de carvão. O circuito de voz do telefone apresenta a configuração de uma ponte de Wheatstone CA, onde dois enrolamentos da bobina de indução (Z1 e Z2) representam os dois braços de equilíbrio da

ponte, ZL representa a impedância característica da linha de assinante e Zc corresponde à impedância de

compensação da linha. Os dois enrolamentos Z1 e Z2 têm o mesmo número de espiras, porém a resistência

de Z1 é diferente daquela de Z2, participando portanto da componente resistiva de Zc. Um sinal proveniente

da linha desequilibra a ponte e faz aparecer um sinal correspondente em R, enquanto o sinal aplicado ao microfone (T) também desequilibra a ponte e transmite potencial à linha ZL. Esta configuração tem como

inconvenientes:

a. Alta distorção harmônica e distorção de não linearidade causada pelo microfone de carvão; b. Redução do nível de emissão por envelhecimento da cápsula de carvão;

c. Ruído intrínseco alto da cápsula de carvão; d. Problemas de efeito local no aparelho telefônico;

e. Efeitos de eco e eventual instabilidade em ligações longas, causado por desequilíbrio de impedância entre o circuito de voz e a linha de assinante. No circuito de voz do telefone eletromecânico a híbrida passiva é o elemento conversor de 4/2 fios, ligados entrem a linha e os transdutores acústico/elétrico/acústico.

A híbrida passiva preenche as seguintes funções de transmissão:

a. Casamento de impedância com os transdutores; b. Casamento de impedância com a linha telefônica; c. Transmissão de informação na operação duplex; d. Equilíbrio de atenuação para o controle do efeito local.

A solução convencional da híbrida passiva, também denominada bobina de indução, apresenta como vantagens a simplicidade e a robustez, pois se trata de um transformador com 3 ou 4 enrolamentos de fio de cobre. Como desvantagem pode ser apontada o fato de que a impedância de entrada do aparelho telefônico é variável com a freqüência e com a corrente CC circulante, pois envolve as impedâncias do receptor e do microfone assim como a impedância equivalente da linha e do transformador. A figura 3.7 fornece uma visão mais clara destas características.

Pode ser obtida uma melhora real na rede telefônica no caso em que for utilizada uma rede resistiva em lugar de indutiva que, além de apresentar componentes que praticamente independem da freqüência

e da corrente circulante, inclui também circuitos de

amplificação, de estabilização e de regulagem.

FIGURA 3.6

R

FIGURA 3.7

A figura 3.6b mostra, de forma simplificada, um circuito de voz com híbrida ativa.

A híbrida ativa é empregada no telefone eletrônico em substituição à híbrida passiva. Em lugar do transformador híbrido, a híbrida ativa utiliza uma ponte resistiva, elementos de amplificação, de regulagem e de proteção e é construída em forma de circuito integrado. A figura 3.8 mostra uma configuração típica, onde ZL = ZN . VH é um elemento ativo com alta impedância de saída, para a amplificação de emissão.

Enquanto na híbrida passiva a perda no circuito de 2/4 fios é de 3 dB, na híbrida ativa este valor é de 6 dB, perda esta compensada pela amplificação integrada.

A híbrida ativa tem como vantagens, comparada com a híbrida passiva:

a. Melhor perda de retorno, pois os componentes resistivos não variam com a freqüência; b. Melhor característica de efeito local, que pode ser, de certa forma, ajustável;

c. Variação da sonoridade e do efeito local sem que sejam afetados os demais parâmetros de transmissão do circuito.

A um maior dispêndio econômico da híbrida ativa se contrapõe o seu volume muito menor (chip) e as vantagens apontadas acima, além de um custo menor para os transdutores acústicos utilizados, que podem ter dimensões bem menores devido à utilização da amplificação sem contar a possibilidade de reversibilidade das cápsulas. Além disso, o circuito de híbrida ativa possibilita a incorporação de facilidades como regulagem, proteção, compressão e outras.

Todas estas características recomendam a híbrida ativa como circuito básico para o circuito de voz dos telefones. Também a construção em forma de circuito integrado possibilita uma futura incorporação de outros circuitos integrados como o circuito de sinalização e o circuito de toque.

A figura 3.9 mostra um circuito de voz eletrônico com mais detalhes. O amplificador de emissão é constituído por um microfone de entrada (1) de alto ganho e equiparador de impedância, um amplificador de

controle de ganho (2) com impedância de equiparação com a linha. Um regulador CC (4) proporciona uma tensão constante e inclui um circuito para a alimentação dos amplificadores de controle de ganho a fim de estabelecer uma saída em função da corrente de linha. Com isso é proporcionado um aumento linear de ganho no circuito de voz, para linhas com resistências entre 0 ohms e 900 ohms aproximadamente.

O amplificador de recepção abrange o amplificador de entrada (5), o estágio amplificador de controle de ganho (6) e o estágio de saída de recepção (7) equiparado à impedância do receptor.

Os resistores R1 e R2 representam os dois braços fixos da híbrida ativa e no circuito são em geral materializados segundo a técnica de filme espesso. A impedância do circuito de compensação de linha ZB é algumas vezes maior do que a impedância característica da linha telefônica com o objetivo de reduzir o efeito da corrente de linha sobre a resposta de emissão. Finalmente o capacitor C1 destina-se a corrigir a freqüência de recepção.

Comparado com o circuito convencional equipado com microfones de carvão, o circuito de voz eletrônico, associado ao emprego de cápsulas lineares de tecnologia dinâmica, capacitiva ou piezelétrica, apresenta as seguintes vantagens sobre o circuito de voz convencional:

- Melhor controle de nível de emissão; - Melhor controle de efeito local;

- Otimização da impedância do telefone no casamento com a impedância da linha local; - Distorção harmônica reduzida na emissão e recepção;

- Redução de perdas na emissão.

Estas vantagens significam uma melhoria considerável na qualidade de voz transmitida e recebida, redução nos custos de manutenção assim como economia na rede local. Outra vantagem reside no fato de que as características básicas independem da vida do telefone. Subjetivamente foi constatada uma melhoria de até 0,5 no índice de avaliação (para um total de 4 pontos), comparado com o telefone convencional, sendo que a melhoria aumenta em linhas longas.

O aparelho telefônico eletrônico preferencial utiliza, atualmente, um circuito integrado bipolar, que realiza todas as funções de interface requeridas em um telefone eletrônico no que se refere à voz e a linha. O circuito realiza a comutação eletrônica entre a discagem e a conversação e é capaz de operar com até 1,6 V CC da linha para facilitar o uso de telefones em paralelo. O sinal transmitido proporciona uma

limitação dinâmica da voz a fim de evitar a distorção em níveis altos de transmissão na emissão e no efeito local. Finalmente o circuito possui um ponto de alimentação estabilizada para circuitos periféricos.

O circuito integrado apresenta as seguintes facilidades:

a. Opera com baixas tensões de alimentação (até 1,6V);

b. Apresenta regulagem de tensão com ajuste por meio de resistência;

c. Possui entradas simétricas de alta impedância (64 kohms) para microfones dinâmicos, magnéticos ou piezelétricos;

d. Possui entrada assimétrica de alta impedância (32 kohms) para microfones de eletreto; e. Possui entrada MUTE para amortecimento de pulsos ou discagem multifreqüêncial; f. Amplificador de recepção para receptores magnéticos, dinâmicos ou piezelétricos; g. Faixa larga de amplificação nos amplificadores do microfone e do receptor;

h. Facilidades para a compensação das perdas de sonoridade de emissão e de recepção na linha, em função da corrente de linha. O controle automático de ganho é proporcionado pelos amplificadores; i. Controle de ganho adaptável a alimentação da central;

j. Possibilidade de ajuste da tensão CC da linha.

Entre as facilidades do circuito integrado se destacam:

k. Limitação dinâmica de emissão: Consiste na rápida redução de ganho do amplificador de emissão no caso em que os picos de sinal na linha ultrapassam um limite pré-ajustado. O tempo de redução do ganho é muito curto, porém o tempo de restabelecimento do ganho normal é função do tempo de descarga de um capacitor. A limitação dinâmica de níveis acústicos evita a distorção do sinal transmitido e melhora o efeito local.

l. Controle automático de ganho (CAG): Possibilita a compensação automática em função da corrente de linha, das perdas na linha, tanto para a emissão como para a recepção. O controle automático de ganho varia a amplificação dos amplificadores de emissão e de recepção em função do valor da cor-rente CC que circula pela linha. A faixa de controle é de 9 d B, correspondente a um comprimento de linha de 5 km de um cabo de fio de cobre de 0,4 mm de diâmetro e com resistência CC de 280 ohms/km e portanto com uma atenuação de 1,8 dB/km.

A figura 3.10 mostra a característica do controle automático de ganho, otimizado para uma ponte de alimentação com resistência de 600 ohms e com tensão de alimentação de 48v CC.

Observa-se na figura 3.10 que aos extremos de 0 dB e 9 dB (respectivamente 0 km e 5 km) correspondem correntes de respectivamente 80 mA CC e 23 mA CC e que a curva tracejada (CAG) é bastante próxima da curva cheia representativa da atenuação da linha em função da corrente CC circulante,

m. Supressão do efeito local:

A supressão, no receptor, do sinal transmitido, é obtida com auxílio de um circuito antiefeito local mostrado na figura 3:11. A compensação máxima é obtida quando forem atendidas as seguintes condições:

1ºÆ R9 x R2 = R1 x [R3 + (R8 / Zbal)]

2ºÆ (Zbal / Zbal + R8) = [Z Iinha /(Z linha + R1)]

Caso sejam escolhidos valores fixos para R1, R2, R3 e R9, a condição 1º é atendida se:

R8 / Zbal < R3.

A condição otimizada (2º ) para a supressão do efeito local é atendida quando:

Zbal = (R8/R1) x Z linha = K x Z linha

onde K é um fator dado por (R8/RT). O fator K (o valor de R8), deve ser escolhido para as seguintes condições:

2ºÆ Zbal/R8 < R3 3ºÆ Zbal + R8 > R9

Na prática a impedância Z linha varia consideravelmente com o comprimento de linha e com o tipo de cabo. Portanto deve ser escolhido um valor médio para Zbal. Além disso a supressão do efeito local depende da exatidão do casamento entre Zbal e a impedância da linha média.

A rede anti-efeito local mostrada na figura 3.11 atenua o sinal da linha em 32 dB. A atenuação é aproximadamente constante na faixa de voz.

Em lugar da configuração da figura 3:11 pode ser utilizada a configuração da ponte de Wheatstone como circuito alternativo de antiefeito-local. Ambos os tipos de pontes podem ser usados com um conjunto de impedâncias resistivas ou com um conjunto de impedâncias complexas.

Teclador Eletrônico

Em lugar dos discos eletromecânicos utilizados na sinalização decádica, os telefones atualmente estão equipados com tecladores totalmente eletrolisados, decádicos ou miltifrequenciais, realizados em forma de circuitos integrados.

Teclador Multifreqüêncial (MF).

As freqüências seletivas, de multifreqüência, são obtidas com um teclador constituído por um teclado e por um oscilador e são transmitidos, através de uma linha de conexão, para uma unidade receptora na central segundo uns códigos formados por duas freqüências simultâneas, combinadas duas a duas, de um grupo de 4 freqüências baixas e 4 freqüências altas. Assim uma freqüência de um grupo de freqüências inferiores (697, 770, 852 ou 941) e outras de um grupo de freqüências superiores (1209, 1336, 1477 ou 1633) são emitidas simultaneamente. A tabela 3.1 mostra a conjugação entre as teclas e as freqüências. A reserva de 6 sinais especiais, conjugados a 10 algarismos seletivos, está prevista para empregos adicionais come sejam a transmissão de dados, numeração simplificada a outros. A disposição dos valores em série geométrica, onde as freqüências vizinhas apresentam uma relação constante entre si, possibilita canais com larguras de faixa relativas constantes. Isto permite estabelecer mesmos desvios relativos de valor nominal para todos os canais e portanto tolerâncias iguais para os componentes determinantes de freqüência no emissor e no receptor.

TABELA 3.1

Freqüências (Hz) Freqüências (Hz)

Tecla

1º Grupo 2º Grupo MF Tecla 1º Grupo 2°- Grupo MF

1 697 1209 f1 + f5 9 852 1477 f3 + f7

2 697 1336 f1 + f6 0 941 1336 f4 + f6

3 697 1477 f1 + f7 * 941 1209 f4 + f5

4 770 1209 f2 + f5 # 941 1477 f4 + f7

5 770 1336 f2 + f6 A 697 1633 f1 + f8

6 770 1477 f2 + f7 B 770 1633 f2 + f8

7 852 1209 f3 + f5 C 852 1633 f3 + f8

8 852 1336 f3 + f6 D 941 1633 f4 +f8

A figura 3.12 mostra o princípio de circuito de um teclador de multifreqüência.

As partes funcionais importantes são: o teclado com os contatos, o oscilador e a ponte retificadora com componentes para proteção contra sobre tensões.

Enquanto não for comprimida nenhuma tecla, o circuito do teclador fica desconectado da linha através do contato Tr. Ao comprimir uma tecla, são comandadas, através de contatos de codificação, as

freqüências de oscilador correspondente ao algarismo teclado e, através da abertura do contato Tr, o

circuito é suprido com corrente de alimentação. O contato de trabalho Ta, comum a todas as teclas,

curtocircuita o circuito de voz enquanto a tecla for comprimida, a fim de evitar a passagem de ruídos através do microfone.

Após um período de tempo máximo de 7ms as freqüências ficam estacionárias. Nesta ocasião o nível de soma situa-se entre -4dbm ±2dBm. A fim de compensar em parte a atenuação diferenciada das duas freqüências através da linha, aquelas do grupo superior são aumentadas em 2db ± 1 dB. A fim de evitar perturbações na transição do estado de conversação para o estado de sinalização, os contatos do teclador devem observar uma seqüência pré-estabelecida. O contato de trabalho Ta fecha antes da abertura

do contato de repouso Tr. Com isso é evitada uma interrupção do enlace que poderia desligar o circuito ou

um circuito série do circuito de voz com o circuito de sinalização. E, além disso, conveniente dimensionar a resistência CC do teclador de tal modo, que ela fica comparável com aquela do circuito de voz, a fim de reduzir à um mínimo os estalidos originados na comutação.

O teclador opera com correntes de enlace em torno de 17mA à 100mA e, através da ponte de diodos e da proteção contra sobretensoes o teclador independe da polaridade e de sobretensoes de curta duração.

Tr- tecla comum de contato de

repouso;

Ta - tecla comum de contato de

operação;

GU - contato de comutação da híbrida.

Teclador Decádicos

A figura 3.13 mostra o princípio de montagem do circuito. As partes do circuito que são importantes para a função são: o teclado com os contatos de codificação, o contato de repouso Tr comum a todas as teclas um relê - NSA biestável, o emissor numérico com memória e o gerador de

cadência, um transistor - nsi e uma ponte retificadora com condensador de memória.

No caso em que não seja atuada nenhuma tecla, o contato comum Tr e um contato do relê - NSA

comutam a ligação ao circuito de voz. Com a compressão de uma tecla abre o contato de repouso Tr e uma

corrente de alimentação circula, através do circuito de voz, para o teclador decádico assim como para o condensador de armazenagem C. Após um retardo de aproximadamente 8ms o algarismo escolhido, segundo os contatos de codificação acionados, é recebido em uma memória de números chamados pertencente ao emissor numérico ZG e o relê - NSA é transferido para o estado de "sinalizar". Com isso fica assegurada a alimentação do teclador e ao mesmo tempo é desligado o circuito de voz até que todos os algarismos tenham sido lidos da memória de números e tenham sido emitidos.

A emissão ocorre após o decurso de um período de tempo de 800ms (interpausa) juntamente com o transistor - NSI comandado pelo emissor numérico ZG. A relação pulso-pausa é de 1,6:1, a cadência de saída é de l0 Hz , de modo similar aos valores do disco datilar dos telefones eletromecânicos. Após a emissão do último algarismo o relê biestável - NSA é retrocedido ao estado de conversação.

ZG - gerador numérico TG - gerador de cadência VA - varistor

Tr - Tecla de contato comum de

repouso

NSA - relê para desligar o circuito de voz

nsi - transistor comutador para geração de impulsos.

O teclador decádico independe da polaridade de alimentação devido a ponte retificadora e é protegido contra sobretensoes com auxílio de um varistor. Ele opera em uma faixa de correntes de 17mA à 100mA. A sua resistência a correntes contínuas não deve ultrapassar o valor de 300 ohms para linhas longas afim de não afetar os tempos de operação e desoperaçáo dos relês de impulsos seletivos.

Toque Eletrônico FIGURA 3.12

Nos aparelhos telefônicos a campainha eletromagnética está sendo gradativamente substituída pela campainha eletrônica. Esta se caracteriza sobretudo:

ƒ Pelas pequenas dimensões:

ƒ Pelo som penetrante, mas agradável:

ƒ Pela possibilidade de ajuste do som em freqüência e em nível;

ƒ Pela boa sensibilidade às freqüências de toque de 20Hz à 60Hz;

ƒ Pelas várias opções em forma de circuitos integrados;

ƒ Pela vida longa e pela ausência de partes móveis.

A campainha eletrônica é constituída por um transdutor eletroacústico (dinâmico, magnético, piezelétrico) e por um circuito de comando eletrônico. Ele contém um circuito oscilador cujo sinal gerado é modulado na cadência da freqüência de toque ou ainda, nos desenvolvimentos modernos, com um circuito multivibrador alimentado por corrente contínua e com circuitos de comutação integrados programados ou programáveis. A tensão de suprimento é obtida a partir da tensão alternada de toque retificada. O nível de sonoridade do toque pode ser variado em uma faixa aproximada de 55dB com auxílio de facilidades eletrônicas.

Na prática é utilizado o toque de dois tons, que apresenta duas freqüências fundamentais na razão de freqüências de p. ex.1 :1,4 e o toque de três tons, com três freqüências fundamentais com uma razão de freqüências de p.ex. 3:4:5 e onde a freqüência menor pode ser de 800Hz. A cadência destes três tons pode ser modificada pelo usuário.

Os requisitos técnicos principais da campainha eletrônica são:

a. Nível sonoro: Maior do que 95dB (A) medido em cabine de reverberação, com o ajuste de volume na posição máxima. No sinal de toque eletrônico com radiador piezocerâmicos isto corresponde a um nível de aproximadamente 75dB (A), medido a 1m de distância em campo sonoro semidifuso.

b. Freqüências de toque: 25Hz à 60Hz.

c. Espectro sonoro: Conteúdo principal de energia na faixa entre 800Hz e 4.000Hz.

d. Nível de solicitação: Com uma tensão alternada de 50V (25Hz) e com uma resistência de entrada de 7,5 Kohms deve ser proporcionado um sinal de toque contínuo. 0 mesmo deve ocorrer com uma tensão alternada de 75V (60Hz) e com uma resistência de entrada de 10Kohms.

e. Impedância da campainha: Maior do que 4kohms, com um capacitor de 1 microfarad ligado na entradas.

f. Corrente de alimentação: Não deve consumir corrente contínua quando está em repouso. g. Impedância de inserção: Menor do que 0,2 dB.

h. Não atuação: Com tensões espúrias menores do que 9V na linha. Além desses ensaios a campainha ainda é ensaiada para condições de trabalho contínuas, sobrecarga elétrica, proteção contra sobretensoes, ruído, microfonia, isolamento, resistência dielétrica e resistência à interferência de radiofreqüência.

Atualmente os circuitos de toque são apresentados em forma de circuitos integrados com chips de 8 pinos. Externamente são utilizados apenas 3 ou 4 componentes discretos, além do radiador acústico. Como transdutores eletroacústicos podem ser empregados alto-falantes de 8 ohms ou transdutores piezelétricos. Neste último caso o circuito integrado gera uma tensão de 0V à 40V de pico aplicada a um circuito aberto.

Facilidades Adicionais

Os telefones eletrônicos apresentam um microcomputador incorporado a seu circuito afim de proporcionar facilidades e serviços especiais aos usuários assim como realizar funções básicas a um custo competitivo com o telefone convencional. Atualmente existe uma demanda crescente de aparelhos telefônicos capazes de proporcionar facilidades além daquelas padronizadas com relação a qualidade de emissão e de recepção, de toque e de sinalização. São os chamados "feature phones" ou "telefones inteligentes".

Os "feature phones" apresentam facilidades que tornam mais simples ou mais confortáveis as funções convencionais de sinalização, toque e conversação. Entre elas citam-se a rediscagem do último número chamado, a discagem simplificada, onde uma série de números de chamadas importantes é substituída por um ou dois dígitos, e uma unidade de amplificação para conversas através de um equipamento de viva-voz, sem o uso das mãos. O emprego de componentes eletrônicos modernos também possibilitou a substituição do disco pelo teclador, a sinalização com o fone no gancho e a incorporação de circuitos de tarifação.

Para a emissão de unidades de tarifação ou seja, a indicação do valor em dinheiro por unidade de tempo ou por conversação, originada na central de comutação da rede telefônica pública para o usuário telefônico ou para instalações de ramais, são utilizados os seguintes procedimentos:

a) Inversão de polaridade: Neste procedimento (veja a fig. 3.14) a tensão de suprimento do aparelho telefônico, que está aplicada com uma determinada polaridade, é invertida durante um curto período de tempo, para cada impulso de tarifação transmiTido. A inversão de polaridade é então registrada pelo contador Z, que recebe corrente somente nesta polaridade. Como inconveniente é mencionada a percepção de estalos de comutação, que perturbam sobretudo no caso em que seja rápida a contagem da cadência, assim como a inversão de uma polaridade de suprimento previamente estabelecida. Este sistema já é utilizado amplamente nos telefones públicos, aonde a chegada de um impulso recolhe ao cofre uma ficha ou uma moeda de determinado valor.

R -receptor telefônico, M -microfone,

Gz -indicador tarifário,

g -contados do relê emissor dos impulsos tarifários,

N -terminação,

a/b -terminais de conexão.

b) Transmissão Simultânea com a

freqüência da rede (fig. 3.15): Para cada impulso de contagem é enviada, em um curto período de tempo, uma tensão alternada em geral de 60Hz, que é aplicada aos terminais a e b. A aplicação se dá com um dos pólos, ficando o outro pólo ligado à terra. No aparelho telefônico estes impulsos de corrente alternada são aplicados, através de um filtro entre a, b e terra, à instalação de contagem tarifária. Para que os impulsos não originem ruídos no caminho de voz, são estabelecidos requisitos rígidos à simetria dos cabos e filtros.

R - receptor telefônico, M - microfone,

Gz - indicador tarifário,

N - terminação,

g - contatos do relê emissor dos impulsos tarifários,

a/b - contatos de linha.

c) Contagem com freqüências acima da faixa de voz: Este tipo de tarifação é mostrado na figura 3.16 e tem as seguintes vantagens:

- Não requer ligação adicional ou linha de terra no telefone;

- Não apresenta perturbações no telefone pois os impulsos das freqüências utilizadas (p. ex. 16kHz ou 12kHz), uma vez filtrados no circuito de voz, deixam de ser audíveis.

R - receptor telefônico, M - microfone,

N - terminação,

Z - conexão para um 2° fone,

a/b - conexões de linha.

FIGURA 3.14

FIGURA 3.15

d) Elementos Indicadores: Na utilização de inversão de polaridade ou da transmissão simultânea são utilizados contadores eletromecânicos que apresentam um consumo de energia de 20mW à 100mW.

No caso do emprego de freqüências acima da faixa de voz são empregados contadores mais sensíveis, que operam com uma energia pequena (de 5mW à 10mW) sem necessidade de suprimento adicional. O contador também pode ser um pequeno painel com indicação eletrônica de cristal líquido. Todos os contadores apresentam um mecanismo de reposição capaz de simplificar o cálculo tarifário. 0 mecanismo de reposição pode ser equipado com uma tranca ou bloqueio eletrônico a fim de evitar manuseio indevido, como p. ex. em lugares públicos como hotéis e lojas.

Circuito de Alta-Voz

É outra facilidade incorporada nos aparelhos telefônicos. Ela se tornou possível através da utilização de componentes eletrônicos, permitindo a sua montagem dentro do aparelho telefônico, com a utilização do suprimento de corrente deste.

O telefone Alta-voz permite utilizar um aparelho telefônico na condição de monofone no gancho. No telefone viva-voz a cápsula emissora representa um microfone sensível, embutido na parte frontal do aparelho telefônico e um alto-falante montado em outra parte do mesmo. Os dois transdutores também podem ser externos, conectáveis ao telefone. A figura 3.17 mostra um diagrama de bloco da facilidade de alta-voz, com alto falante e com comando de voz. Ambos apresentam a vantagem de uma montagem à prova de oscilação ou apito, podendo ser operados com alta atenuação de linha e de operação do alto-falante.

No estado de repouso a linha telefônica a, b está ligada com o circuito de toque EW. No presente exemplo é utilizado um radiador piezocerâmicos. Caso seja atuada a chave S, então o alto-falante LSP e o teclador WO ficam preparados para operar. Na unidade de suprimento de corrente STR e de polarização VS é originada uma tensão contínua que alimenta os amplificadores. Durante o procedimento de sinalização a saída, relativamente longa, de impulsos através de R, e do circuito de toque pode ser ouvida com nível baixo. Se, após o término da teclagem, for levantado o monofone, a chave S atua desligando o alto-falante. Durante a conversação o circuito opera sem o controle de voz e, se o usuário operar novamente a chave S, a sua conversação na sala torna-se audível.

LSP - alto-falante

M - microfone

G - interruptor de gancho EV - amplificador de recepção STV - amplificador de comando PR - regulador de eco

ER - regulador de eco GU - interruptor de gancho. Rt - resistência ponte

S - chave de enlace T - telefone

EW - despertador WO - teclador

STR - suprimento de corrente VS - protetor de polarização SV - amplificador de emissão

Telefone de Uso Público (TUP)

Atualmente o telefone é o meio de comunicação mais freqüentemente utilizado, mais versátil e mais popular. O aparelho telefônico é procurado nas horas de trabalho e de lazer e ao lado dos telefones comerciais e privados estão sendo cada vez mais procurados os telefones públicos, dada a sua localização em pontos estratégicos internos e externos, geralmente no interior de cabines abertas ou fechadas e a sua disponibilidade a qualquer hora do dia.

Existem telefones operados por moedas, porém os problemas que este sistema apresenta está levando as Administrações Telefônicas a adotarem tecnologias do TUP - cartão. Por um lado o TUP deve ser economicamente viável mas por outro lado existe o aspecto social, em que o TUP deve ser instalado em locais remotos onde nem sempre são rentáveis. Por outro lado o usuário deseja um telefone moderno quer nas facilidades quer na qualidade de transmissão. Os diferentes tipos de TUP's atualmente em uso devem atender aos seguintes requisitos:

a. Compatibilidade com a rede telefônica existente e com os sinais de coleta; b. Construção robusta;

c. Operação simples; d. Alta confiabilidade;

e. Operação com moedas ou cartões disponíveis; f. Projeto agradável.

Além disso, o TUP deve comprovar se a moeda é genuína, deve calcular o custo da chamada, coletar e eventualmente devolver moedas, controlar a ligação e segurança da coleta das moedas.

Como inconvenientes os TUP's estão sujeitos a:

- Fraude, envolvendo moedas/cartões falsas e objetos similares às moedas/cartões; - Falta de cartões, em quantidade e em valor;

- Restrições das moedas/cartões, limitando os valos de moedas/cartões a serem usados; - Custos da chamada, ocorrendo freqüentemente modificações tarifárias;

- Roubo de moedas, sendo que o aumento de segurança dá origem ao uso de meios violentos de

depredação, sendo que os danos podem ser maiores do que o dinheiro roubado.

- Custo de coleta, incluindo segurança, transporte, seleção, e embalagem de moedas;

- Dificuldade de troco, caso a chamada corresponda a um valor menor daquele empregado pelo

usuário, pois um TUP não devolve a diferença entre o valor da moeda usada e o valor da chamada.

Além disso, os telefones públicos moedeiros ainda apresentam outras desvantagens como sejam:

- O projeto eletromecânico limita a velocidade de coleta e conseqüentemente a distância de

conversação;

- As facilidades mecânicas são dispendiosas tanto de fabricação como de manutenção; - O ruído de coleta não agrada o usuário;

- O projeto do TUP não é otimizado para o usuário.

Com base nestes inconvenientes as Administrações Telefônicas vem aperfeiçoando os TUP's convencionais, com as seguintes vantagens:

o Possibilidade de ligação dos TUP's às centrais locais com tecnologias de comutação convencional e eletrônica, sem necessidade de equipamento adicional;

o Utilização generalizada em cabines telefônicas assim como em hotéis, restaurantes e uso privado (semipúblico);

o Sinalização por teclador, independentemente do sistema de comutação da central;

o Discriminação dos números de chamada, com possibilidade de bloqueio;

o Conversão dos impulsos de coleta da central em pulsos de débito regressivos;

o Adaptação simples a variações de tarifa;

o Filtragem eletromagnética sem contatos;

o Indicador visual (4 dígitos) do crédito;

o Coleta indireta permitindo cobrança exata e devolução otimizada;

o Tecla adicional permitindo utilizar o crédito remanescente para chamada adicional;

o Projeto ergométrico;

o Instruções de operação em pictograma. Atualmente são considerados tipos distintos de telefones públicos:

Tipo A - Telefone de uso publico de chamada local

Tipo B - Telefone de uso publico de chamada local ou interurbana

Tipo C-Telefone de uso publico interurbano nacional (DDD) e internacional (DDI).

Telefone Público a Cartão

Os inconvenientes dos atuais TUP's de fichas/moedas, apontados acima, levaram ao desenvolvimento de tecnologias que levam em conta os seguintes requisitos:

a. Procedimento simples para o pagamento das tarifas de chamadas, com o mínimo esforço possível por parte do usuário;

b. Alta segurança contra falsificação e manipulação fraudulentas; c. Operação sem dinheiro ou fichas;

d. Contagem simples e exata.

comprado antes de ser usado, é inserido no telefone e, durante a chamada e enquanto estiver introduzido no aparelho, o seu valor é reduzido continuamente. As unidades de valor no cartão substituem as moedas e fichas. Esta solução atende os requisitos citados. Como não são usadas moedas ou fichas, o sistema torna-se simples para o usuário e são eliminados os motivos que levam a roubo. Para a operadora ainda existem outras vantagens tais como: a facilidade de chamadas estimula o usuário a telefonar com mais freqüência e o pagamento das chamadas é feito adiantado, na compra de cartões; dispensa coleta de fichas/moedas.

O sistema também permite alta resistência à fraude. A cobrança, tanto de chamadas curtas como longas, realiza-se com a redução do valor do cartão, o que evita um corte no meio de uma conversação mais longa como ocorre na falta de moedas ou fichas.

O TUP - Cartão é um telefone que opera com cartões adquiridos previamente. Ao lado dos componentes de um telefone convencional, existe um indicador digital que indica o número de unidades de valor válido existentes no cartão e possui também uma fenda para a introdução do cartão. O TUP-Cartão compreende duas partes: a leitora do cartão, com a sua eletrônica associada ao sistema telefônico, e o circuito eletrônico associado ao sistema telefônico e que é ligado à leitora do cartão, à linha telefônica e ao mecanismo de sinalização.

Para fazer uma chamada telefônica, o monofone é retirado do gancho, é inserido um cartão válido, na fenda, e o número desejado é discado. O indicador de crédito deixa o usuário informado continuamente sobre o número de unidades remanescentes e adicionalmente um sinal acústico avisa o usuário, cerca de 10 a 20 segundos antes, sobre o término do crédito e o corte da chamada. Caso o usuário tenha um outro cartão válido, ele pode continuar falando sem interrupção. Após o alarme a pressão sobre uma tecla armazena eletronicamente o crédito remanescente e o cartão sem valor é devolvido. Agora o usuário insere o novo cartão.

Também é possível concluir uma chamada e iniciar uma outra sem remover e reinserir cartão, baixando momentaneamente o interruptor de gancho.

O usuário também pode verificar o seu crédito, inserindo o seu cartão com o fone no gancho.O indicador digital mostra o saldo por alguns segundos e o cartão é devolvido ao usuário. O equipamento é controlado por um microprocessador, que também efetua outras funções como o bloqueio de determinados números preestabelecidos e discagem gratuita de certos números de emergência e controles estatísticos.

Tecnologias de TUP-Cartão

Atualmente existem várias tecnologias aplicáveis ao TUP-Cartão:

a. Magnético de alta densidade: b. Magnético de baixa densidade: c. Holográfico:

d. Barras óticas: e. Barras magnéticas: f. Indutivo LR; g. Indutivo LCI; h. Cartão inteligente.

A - Sistema Magnético

O sistema magnético é baseado na gravação de sinais em pistas magnéticas e a densidade de gravação é diretamente proporcional à freqüência máxima de gravação. A figura 3.18 mostra o princípio de funcionamento do sistema magnético. A freqüência de gravação é dada pela expressão:

F = f (V, G, g, d)

Onde:

V - é a velocidade relativa entre um ponto da pista e a cabeça gravadora; G - é a distancia do entreferro (gap) da cabeça gravadora/leitora

g - granulação do material da pista;

d - distância da pista à cabeça gravadora/leitora F - freqüência máxima de gravação.

Uma análise da função, mostra que a freqüência F é diretamente proporcional a V e inversamente proporcional a G, g e d. Com isso a gravação / leitora do sistema magnético exige alta velocidade, entreferro mínimo, baixa granulação e distância mínima entre a cabeça leitora/gravadora e a pista.

Para valores de baixa velocidade, entreferro grande etc, tem-se uma gravação magnética de baixa densidade, pois a freqüência de gravação será menor que no caso de alta densidade.

B - Sistema Holográfico

O sistema holográfico é baseado na reflexão de um raio de luz "laser" em uma superfície irregular, a qual por sua vez é associada a códigos. No cartão holográfico é gravada uma pista com altos e baixos. Esta pista irregular é depois coberta por um material plástico que nivela a pista irregular mas não lhes tira as características de relevo, pois a luz é refratada e depois é refletida na arte interna da pista.

A gravação exige equipamentos especiais e, portanto só é recomendada para gravações repetitivas como é o caso das cópias de disco à laser. A leitura do código gravado é mais simples que a gravação, porém requer um gerador de raio laser e o deslocamento do feixe ou do cartão.

A destruição dos dados gravados é feita pela destruição mecânica do relevo que caracteriza o código. O sistema é portanto descartável.

C - Barras Óticas e Barras Magnéticas

O sistema de barras óticas ou magnéticas é baseado em gravações de barras (faixas) espaçadas uma da outra de dois valores: um (1) e zero (0) da gravação binária. As barras são gravadas com tinta gráfica, constituindo as barras óticas ou tinta magnética, constituindo as barras magnéticas.

A leitura das barras óticas é feita por reflexão de um feixe de luz que consegue diferenciar um espaçamento simples de um duplo.

A leitura de barras magnéticas é feita com cabeças magnéticas, similar as magnéticas de baixa densidade. No caso as barras são de menor densidade que as magnéticas de baixa densidade.

A gravação é devidamente feita em máquinas tipográficas e não permite alterações nem o apagamento dos dados. A leitura é dinâmica, isto é, exige movimento do cartão em relação à cabeça leitora.

D - Sistema Indutivo

O sistema indutivo é baseado na indução eletromagnética. As linhas de fluxo alternadas, geradas por um indutor, atravessam uma bobina formada por uma única espira.

Essa espira é curtocircuitada por uma carga que pode ser um resistor (R) como mostra a figura 3.19, ou pode ser um circuito integrado (Cl) como mostra a figura 3.20, dando origem a duas alternativas:

- indutivo LR (indutância e resistor)

- indutivo LCI (indutância e circuito integrado).

Os dados são gravados em cada célula, significando "bit" 1 para a célula integral (resistor normal) e "bit" 0 para a célula queimada (circuito aberto). A queima de uma célula ou a gravação é feita através da aplicação de um sinal de longa duração na espira.

No caso do sistema indutivo LCI, o circuito integrado (Cl) contém internamente as informações sob a forma de memória integrada. Os indutores nesse caso desempenham as funções de alimentação do Cl (via retificação do sinal alternado indutivo), função de endereçamento de memória e entrada e saída de dados.

Os dados, no caso LR, são gravados no mesmo dispositivo de leitura. A gravação de um código, por exemplo, 101001 pode ter a seguinte associação: 1 representa um resistor normal e 0 representa um

FIGURA 3.19 FIGURA 3.20

resistor aberto. Por questões de segurança é possível gravar com sigilo, ou seja, 010110 e com isso fica impossível alterar o código, já que no processo inverso é impossível transformar um 0 em 1. No sistema indutivo sem contato entre o indutor e o cartão que contém a espira, são possíveis as operações de leitura e gravação de forma estática ou em movimento.

O sistema é descartável pois não permite alteração dos dados de 0 para 1.

Em lugar de ser indutivo, o sistema de cartão também pode ser capacitivo, operando segundo os mesmos princípios como mostra a figura 3.21.

E - Cartão Inteligente

Este sistema de telefone público utiliza um cartão inteligente para o desempenho da função de conversação. O sistema de cartão inteligente, também chamado "Memory Card" ou "Smart Card" foi implantado definitivamente em maio de 1989 por apresentar desempenho muito superior a todas as demais tecnologias já conhecidas na área de telefonia.

O Cartão Inteligente é um cartão de material plástico com dimensões de um cartão de crédito, no qual foram incorporados circuitos miniatura eletrônicos integrados, com funções lógicas e de memória. Ao contrário dos outros tipos de cartões, o Cartão Inteligente (Cl) ainda pode tomar decisões lógicas adicionais como sejam funções de cálculo e de supervisão do acesso à memória.

Desta forma a memória pode ser dividida nas seguintes regiões com condições de acesso distintas:

- Região de acesso livre aos dados, os quais podem estar protegidos por providências lógicas e/ou

físicas contra alterações, mas que podem ser acessadas (lidas) sem o controle da parte lógica.

- Região com acesso condicionado a dados que somente podem ser acessados com auxílio de um

código secreto. A exatidão do código secreto é comprovada na parte lógica,

- Região bloqueada para dados a serem mantidos secretos, os quais não podem ser lidos do cartão mas

podem ser comparados, somente na parte lógica do cartão, com os dados registrados no dispositivo de registro/leitura.

Desta forma a inscrição, a leitura e também a alteração de dados na parte de memória somente podem ser efetivadas em função de regras de acesso perfeitamente estabelecidas. As funções lógicas podem ser armazenadas em um chip de memória (lógica amarrada) ou em um microprocessador (lógica livremente programada). A figura 3.22 mostra as funções básicas do Cartão Inteligente.

Podem ser considerados dois tipos de cartões inteligentes.

a) Cartão Telefônico com Crédito

São cartões com um determinado número de unidades de crédito armazenadas e que são compradas pelo usuário. Durante o seu uso no TUP-Cartâo são consumidas estas unidades de crédito armazenadas. Geralmente 20 segundos antes do término do crédito do cartão é dado um aviso sonoro. Apertando um botão este crédito é transferido para o TP e o usuário pode substituir o cartão usado por um novo sem interromper a conversação. Este tipo de cartão

pode apresentar versões para créditos distintos p. ex. em cruzeiros.

b) Telec rtão a

São cartões personalizados cujos créditos consumidos são debitados posteriormente na conta telefônica do usuário.

Estes cartões possuem uma senha pessoal, exclusiva do usuário e modificável por ele. O cartão também tem acesso a ligações interurbanas DDD e DDI ou estas podem ficar bloqueadas através do bloqueio do zero inicial.

A figura 3.23 mostra um telefone público a cartão (TP Cartão). Ele representa a interface entre o usuário e o sistema.

Como apoio ao usuário o TUP Cartão apresenta um visor digital capaz de FIGURA 3.21

FIGURA 3.22