电话机工作原理 专业课程设计报.docx

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电话机工作原理专业课程设计报

题目电话机工作原理

学院信息工程学院

专业班级通信1204班

学生姓名

指导教师

提交日期

目录

1.题目要求1

2.题目背景1

2.1.国外研究背景1

2.1.1.国外电话简史2

2.2.国内研究背景 2

2.2.1.中国电话发展简史3

3.题目阐述3

3.1.电话的工作原理3

3.2.固话系统工作原理4

3.3.移动电话工作原理5

3.4.电话的分类6

3.4.1.按时间分类6

3.4.2.按功能分类7

4.总结8

5.主要参考文献8

题目要求

解释说明电话的工作原理。

题目背景

国外研究背景　

欧洲对于远距离传送声音的研究始于17世纪。

英国著名的物理学家和化学家罗伯特·胡克首先提出了远距离传送话音的建议。

而在1796年，休斯提出了用话筒接力传送语音信息的办法，并且把这种通信方式称为—Telephone，一直延用至今。

莫尔斯从在电线中流动的电流在电线突然截止时会迸出火花这一事实得到启发：

如果将电流截止片刻发出火花作为一种信号，电流接通而没有火花作为另一种信号，电流接通时间加长又作为一种信号，这三种信号组合起来，就可以代表全部的字母和数字，文字就可以通过电流在电线中传到远处了。

1844年5月24日莫尔斯亲手发出世界上第一份电报。

[1]

贝尔，1847年生于英国，1873年，成为美国波士顿大学教授的贝尔，开始研究在同一线路上传送许多电报的装置──多工电报，贝尔开始了电话的研究。

1875年6月2日，贝尔发明电话。

图1.贝尔发明的电话

1876年3月7日，贝尔成为电话发明的专利人。

1877年，在波士顿和纽约架设的第一条电话线路开通了，两地相距300公里。

也就在这一年，有人第一次用电话给《波士顿环球报》发送了新闻消息，从此开始了公众使用电话的时代。

一年之内，贝尔共安装了230部电话，建立了贝尔电话公司，这是美国电报电话公司（AT&T）前身。

[2]

然而贝尔发明的原始电话机很快得到了改进。

大发明家爱迪生和休斯改进了导电粒子的成份，他们采用的是从烟煤中提取的碳精粉。

碳精粉很适合用来做导电粒子。

因此，用电话交谈时语音也就清晰了许多。

语音变成电信号后，就由电信号来传播，但电信号经过长距离传送会不断地损失能量。

要设法减少电路中信号的衰减。

亥维赛建议的实践者美国科学家普平在电话电路上每隔大约一公里串接一个加感线圈，这样经过无数次“加感”，电信号的衰减明显减少，电缆也可以做得细一点。

1906因为三极管发明因此在线路中安放电话增音机也就更好解决线路中信号衰减问题。

　后来，美国科学家安德斯设计了一种新的电话机，共电式电话机。

1935年，自动电话被用于与偏远地区的电信交换机的联络，它的设计受到30年代美国电话业的影响，是现在的电话的原型。

国外电话简史

1877.3.7亚历山大·格雷厄姆·贝尔申请电话专利。

  1877.4.4第一部私人电话开通。

  1877.5.17历史上首家电话系统开通。

  1878.9.11埃玛被聘为第一位女接线员。

  1879电话号码在整个美国普及。

  1884.5.1首次在摩天大楼上安装电话。

  1889.8.11首次发明投币电话，此后不久，出现了电话亭。

  1891.3.10开始直拨电话。

1989传真机和移动电话风靡市场。

[3]

国内研究背景 

贝尔发明的世界上第一部电话机，电话的英文名称叫Telephone，当时上海人翻译为“德律风”，故洋泾浜英语把电话读作“德律风”。

两年后，电话很快传到了上海。

不过那时是把它作为一种“赚钱的工具”。

据资料，当时有两个外国人带了几部电话机到上海“淘金”，每天在小东门外的十六铺闹市区，架起了两部可以对讲的电话机，在人群熙熙攘攘的街头招徕顾客。

谁有兴趣，只要花36枚铜板，两个人即可在两头拿起电话机的话筒互相交谈。

上海《申报》曾连续向广大读者报道，介绍电话知识。

于1878年8月22日还专门刊文，介绍“德律风”的奇妙，曰：

“德律风者，系西人新创之器，用时将铁线一接，在其讲话器一端说话远近皆可传声，其极远者可至数千里之外……”同年10月1日再次刊文，日：

“西人制造传语之器，现在又得一新法，从线端耳边听所传之语，其声音较前更大……如遇客商欲与银行等传言，只要先向线端报知公司，将线与线头接牢，然后各在线端问答，听得明白，如同面晤。

”

图2.旧式电话

1881年（清光绪七年）夏，丹麦商人在上海开设大北电报公司。

他向公共租界工部局和法租界公董局提山申请，要求经营两租界内的电话通讯业务；同年11月，经同意，签约、创办电话交换局。

1882年2月21日大北电报公司在外滩7号开出了第一个电话交换局。

上海成为世界上最早拥有电话的城市之一。

大北公司创办的电话交换局成立后，在局内安装了一部电话人工交换机，在两租界竖电杆、架电话线、征求电话用户，第一批用户达30户，开始用电话接洽业务，使上海的通讯上了一个新台阶。

直至公元1907年（清光绪三十三年）10月，因循守旧的清地方政府，始在华界大东门外新码头里街设立上海市内电话局，沿街也竖杆架线，征求用户，首批多达97家。

但是租界内的电话局长期控制在外商之手，故华界南市与租界不能直接互通电话，要靠人工转接，长达70年之久。

直到新中国成立后的1955年，全市调整布局，更新设备，统一全市网络，所有电话才得以互通直拨。

进入上世纪末，上海市电话改为8位数号码后，电话已基木普及到城乡每户家雇。

中国电话发展简史

1879年，天津与大沽北塘炮台之间架设了电报线。

　　1882年2月21日，丹高大北电报公司在上海外滩设立了电话交换所。

　　1920年7月，中华邮政开办邮传电报业务。

　　1950年12月，中国东北长途明线国际干线工程建成，北京到莫斯科有线载波电路开放。

　　1958年8月，首部国产12载波电话设备在上海邮电器材厂研制成功。

　　1960年1月，中国首套1,000门纵横制自动电话交换机在上海吴淞电话局开通使用。

　　1966年，英籍华人高锟提出以玻璃纤维进行远距激光通信的设想。

　　1974年，中日海底电缆开始建设，这是中国参与建设的首条国际海底电缆。

　　1975年，中国自行研制设计的纵横制自动电话交换设备通过国家鉴定，开始批量生产。

　　1976年3月，中国自己研制的首条大容量传输系统—1800路中同轴电缆载波系统在北京、上海、杭州建成投产，全长1700公里。

　　1982年，中国第一批投币式公用电话在北京市东、西长安街等繁华街道出现，共22个投币式公用电话亭。

　　1982年12月，从日本引进的首个万门程控市话交换系统在福州市电信局投产使用，建成中国首个引进的程控电话局。

[4]

题目阐述

电话的工作原理

贝尔发明的电话机的原理如下：

贝尔电话分为两部分送话器和受话器。

送话器上面盖有一片薄薄的有弹性的金属膜片，膜片下面是装有导电粒子的金属盒，金属盒并不直接与导电粒子接触，而是通过中间的导电粒子才能接通。

导电粒子有一个特性：

当他们之间的接触比较疏松时，导电能力就减弱，对电流的阻力增大。

我们对着送话器说话时，声波产生的压力使金属膜片产生振动，膜片下面的导电粒子也就随着膜片的振动时紧时松，它所呈现的电阻也就时小时大。

如果在送话器两端加上恒定电压，根据欧姆定律I=V/R，I是电路中电流，R电阻，V是电压，那么流过导线的电流就会随着导电粒子电阻的变化而变化，也就是随着膜片的振动而变化。

从根本上说，就是随着我们人说话声音的强弱声调的高低而变化。

这种电流的变化就可以通过导线传递到较远的地方。

受话器内部也有一个金属膜片，安置在一块马蹄形电磁铁上。

当送话器产生的振动电流沿导线传递过来后，就要流过电磁铁上的感应线圈，变化的电流就会使电磁铁产生变化的磁场。

由于受到电磁铁变化的吸力，金属膜片会产生和电流振荡频率相同的振动，并激起周围空气振动，因而还原出说话人的声音。

如今的电话通信也几乎是这个原理。

由送话器、受话器和发送、接收信号的部件等组成电话机。

发话时，由送话器把话音转变成电信号，沿线路发送到对方；受话时，由受话器把接收的电信号还原成话音。

两个用户要进行通信，最简单的形式就是将两部电话机用一对线路连接起来:

　　1、当发话者拿起电话机对着送话器讲话时，声带的振动激励空气振动，形成声波。

　　2、声波作用于送话器上，使之产生电流，称为话音电流。

　　3、话音电流沿着线路传送到对方电话机的受话器内，

　　4、而受话器作用与送话器刚好相反--把电流转化为声波，通过空气传至人的耳朵中。

这样，就完成了最简单的通话过程。

固话系统工作原理

固定电话系统通常称为公用电话交换网（PSTN）。

在交换机与用户之间通常以铜线连接。

近年来，光纤部分地替代了铜线。

通话所使用的频率范围为0-3.5千赫兹。

更高的频率在接入交换局时被滤掉。

模拟话音信号进一步被采样量化成为数字信号，以便在数字交换传输网络中传递。

端局是指用户拥有直接连线连接的交换机。

用户线是指用户与端局之间的线路。

中继线是指连接不同交换机的电路。

中继线群是指一组介于同样两个交换机之间的中继线。

自动电话系统通常使用数字组合来代表和寻址不同的用户，这也就是电话号码。

电话号码系统通常会区分本地电话、长途电话和国际电话。

拨打本地电话通常可以直接拨本地号码。

长途电话则需拨国际冠码（国际电信联盟（ITU）推荐使用“0”），加国内长途区号和本地号码。

国际电话则需拨国际长途字冠（ITU推荐使用“00”）、国际长途区号、国内长途区号和本地号码。

美国和加拿大使用“1”作为国内长途字冠，“011”为国际长途字冠。

国际长途区号请参见国际长途电话区号表。

大型企业或机构通常会使用专用电话交换机（PBX）。

专用交换机使用系统内部的号码，通常也同时占用公用电话号码的某一区段。

一些大型公司的内部电话网连接不同的城市甚至不同的国家。

多数PSTN网络在用户和端局之间使用模拟信号传输。

综合业务数字网（ISDN）则是使用数字信号来连接用户和端局的系统。

在电话交换机之间，目前通常使用7号信令系统传输信令。

[5]

移动电话工作原理

图3.GSM数字蜂窝移动电话机原理

数字手机从印刷电路板的结构一般分为：

逻辑系统、射频系统、电源系统，3个部分。

在手机中，这3个部分相互配合，在逻辑控制系统统一指挥下，完成手机的各项功能。

射频系统由射频接收和射频发射两部分组成。

射频接收电路完成接收信号的滤波、信号放大、解调等功能；射频发射电路主要完成语音基带信号的调制、变频、功率放大等功能。

手机要得到GSM系统的服务,首先必须有信号强度指示,能够进入GSM网络。

手机电路中不管是射频接收系统还是射频发射系统出现故障,都能导致手机不能进入GSM网络。

图4.超外差一次变频接收机框图

图5.发射机结构框图

逻辑电路分为手机系统逻辑电路控制及存储器电路与语音处理电路两大部分，它完成手机各电路的控制及数字与语音信号的处理。

逻辑电路部分通常是由中央处理器（CPU）或被称为ASIC（专用应用集成电路）的器件，为中心的电路构成。

在该电路中,还包含各种存储器电路：

SRAM、EEPROM及FLASH电路,这些存储器在手机电路中起着不同的作用。

[6]

简单而言之，手机话音通信包含以下几个步骤：

1.人的声音通过麦克风转化成模拟的话音信号；

2.模拟的话音信号转换成数字信号；

3.数字信号转换成射频信号；

4.射频信号通过电磁波进行传输；

5.在接收端将射频信号转换成数字信号；

6.数字信号被还原成模拟的话音信号；

7.模拟的话音信号通过扬声器转化成人能听到的声音。

电话的分类

按时间分类

按发明时间先后，电话可大致分为三类，早期的电话机属于磁石式电话机，主要由送话器、受话器、手摇发电机、电铃、干电池等几部分构成。

通信的电能是由自备的干电池提供，而振铃电能则由手摇发电机提供。

它对线路和交换设备的要求低，通话距离较远，机动灵活，使用方便,可不经过交换机直接通话。

因为这种手摇发电机上有两块永久磁铁，所以把它称作磁石式电话机。

后来，美国科学家安德斯设计了一种新的电话机，这种电话机所用电源由电话局统一供给，称这种电话机为共电式电话机。

共电式电话机，由交换设备集中供给通话和振铃信号电源，用户间通话由人工转接。

共电式电话机和磁石式电话机相比，结构简单，成本也相对降低。

人们兴起使用自动式电话机，是在共电式电话机上，加装拨号盘或按键盘等部件组成的。

它通过拨号或按键发送选号信息，控制交换机进行自动接续。

使用简便，不需要人工转接，但自动交换设备较复杂。

[7]

按功能分类

当今常用的电话种类有：

按键式电话机

　　按键式电话机是指用键盘发号器代替机械拨号盘的电话机。

按键式电话机有三个基本组成部分，即通话部分、振铃部分与发号部分，它们都由高性能的电子器件和部件构成。

其性能参数由电子器件保证。

　　①发号部分由按键号盘、发号集成电路和其他电子元器件组成，而且按键方式比拨号盘方式操作简单。

　　②通话部分由高性能的电/声、声/电转换器件作为受话器、送话器并配上集成放大器组成。

　　③振铃部分由音调振铃集成电路、压电陶瓷振铃器或扬声器组成。

振铃可方便加人振铃音量调节和音调调节。

（2）无绳电话

　　无绳电话机是一种新型电话机，由主机或座机和副机（手机）组成，是在普通电话机的基础上发展起来的。

无绳电话的特点:

　　1.无绳话机手机内装有送、受话器和按健盘，使用者通过这些功能部件可以像使用普通电话机一样呼叫市话网内的任一用户。

大部分无绳电话机采用了密码呼叫方式，即手机和座机相互接收到约定的密码后才能相互启动，从而大大减少了相距较近的无绳电话机之间发生错呼的机会。

2.在技术方面，无绳电话机除要应用普通电话机的通信技术外，还要用到无线电技术。

　　（3）可视电话

　　可视电话是一种能实现“面对面”谈话的电话设备。

可视电话机采用计算机技术、数字压缩、解压缩技术以及数字通讯技术，是高科技产品。

可视电话机由四部分组成:

电话机、显示器、摄像机和控制装里。

摄像机用来摄取打电话者的图像，图像信号通过电话线路送出，供对方在显示器上观看。

控制装里通常由微型计算机系统组成，包括操作说明提示和操作可视电话工作的按钮。

目前使用普通电话线路的可视电话机只能显示静止图像。

　　（4）录音电话

　　录音电话主要包括以下两种:

　　①录音电话机。

即电话机与磁带录音机的组合，这类录音电话机结构简单，使用时由人工操作录下双方讲话内容。

②自动应答录音电话机。

网络IP电话

IP电话基本原理是：

通过语音压缩算法对语音信号进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按TCP/IP标准进行打包，经过网络把数据包发送到接收地；接收端把这些语音数据包串起来，经过解码解压缩处理后恢复成原来的语音信号，从而达到由互联网传送语音的目的。

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总结

本次作业注重对课外知识的手机，大量关于电话资料的整理是一个挑战，尽管做得不够充分，但还勉强能入眼。

通过本次整理也明白了电话的基本工作结构。

本次课后作业比较繁琐，最开始没有明白老师要求。

第二次完成时只能尽力完成老师要求，达到作业的效果。

所谓事在人为，如果还是不合格，还是可以再做一次的。

主要参考文献

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