Fig. 3-30. Principio de acoplamiento dúplex-alternativo. (Clic en la imagen para ampliarla).
SOBRE ESTE ARTÍCULO
Este artículo está recuperado de un libro (actualmente descatalogado) que habla de montajes prácticos con teléfonos e interfonos, y describe la construcción y ajuste de un sistema de interfaz de la línea telefónica a un equipo transmisor-receptor de radio (o cualquier otro equipo de comunicación equivalente), que permita mantener una comunicación alternativa entre dos usuarios, uno conectado en el otro extremo de la línea telefónica, y el otro a través de su equipo de radio.
Este tipo de dispositivo se suele denominar con el nombre de "Phone Patch". Es un tipo de circuito de interfaz que tiene que lidiar con un importante problema: La línea telefónica es de comportamiento "dúplex" (el usuario telefónico puede hablar y escuchar al mismo tiempo), mientras que los equipos transceptores de radio son de comprtamiento "half-duplex", esto es, el usuario sólo puede hablar o sólo puede escuchar, no puede hacer ambas cosas a la vez (un transceptor de radio ordinario o está transmitiendo, o está recibiendo, ello bajo control del operador). El interface "Phone Patch" deberá controlar de forma automática los turnos de transmisión y recepción sobre el canal de radio empleado, según quien esté hablando en cada momento.
No obstante, actualmente hay transceptores bibanda (que emplean dos bandas de radio distintas), lo que permite en muchos de ellos transmitir en una banda y recibir en la otra al mismo tiempo. En estos casos el diseño del interface "Phone Patch" se puede simplificar bastante.
Este interface es de utilidad, por ejemplo, en puestos de policía local, de ambulancias, de médicos rurales, de vigilantes privados, etc... cuando han de dejar desatendido el puesto (donde está la línea telefónica) para realizar un desplazamiento, llevando un equipo de radio (walki-talkie o equipo de automóvil). Si bien, actualmente con la telefonía móvil, el uso de este tipo de circuito para estas situaciones se ha hecho casi innecesario.
Este dispositivo puede presentar algunos inconvenientes de uso, por lo que este artículo es más bien didáctico, no obstante puede servir como base para proyectos similares.
La complejidad del diseño y el funcionamiento de un interface telefónico de este tipo se muestra a continuación. A continuación se describe el artículo original con algunas correcciones a errores detectados en el artículo, y se han añadido con texto de color diferente (este color concretamente) comentarios adicionales míos al artículo original.
Son muchos los sistemas de transmisión explotados en modo alternativo habla/escucha (en términología más moderna, sistemas half-duplex). El ejemplo más corriente es el de los radioteléfonos que utilizan la misma frecuencia para el enlace "ascendente" y el "descendente". Se ha comprobado muchas veces que es ventajoso acoplar estos sistemas a una red telefónica permanente o conmutada, privada o pública, que naturalmente funciona en dúplex.
La ventaja de la interface cuya construcción vamos a describir, radica en permitir este acoplamiento duplex a semiduplex sin intervención alguna en los aparatos extremos del enlace, sobre todo sin tener que añadir sistemas de emisión de tonalidades codificadas para controlar el interface. Todo el tratamiento de la información se efectúa al nivel de la "estación relé" con el interface donde se encuentran los dos modos de transmisión (duplex y semiduplex).
Es muy sencillo obtener una simulación de dúplex bastante buena en un radioteléfono explotado en modo alternativo, dotándolo de un sistema denominado "VOX", que activa la banda de emisión desde la recepción de un sonido. La idea básica en el estudio de nuestra interface ha sido, por tanto, la adaptación de un circuito de este tipo a la línea telefónica (de comportamiento bidireccional duplex) acoplada a la entrada y a la salida del aparato de funcionamiento en modo alternativo (como puede ser un equipo emisor-receptor de radio).
El problema que se plantea inmediatamente es poder distinguir si la señal que transporta la línea procede de un extremo o de otro. Si se conecta un osciloscopio sobre esta línea, no podremos deducir nada si no es quizás una ligera disparidad en los niveles cuando se trata de una línea muy larga sin repetidor.
La solución está en el empleo de un separador que cumple las funciones definidas en la figura 3-30.
Este separador puede considerarse como una "caja negra" provista de una entrada-salida de línea, de una entrada de inyección y una salida de separación previa de señal.
Si la línea transporta una señal con destino al separador, la salida de éste debe restituir dicha señal.
Si a la inversa, la entrada del separador recibe una señal que debe ser inyectada en la línea, esta inyección debe hacerse sin que a la salida del separador no haya otra cosa más que una débil señal residual de diafonía de la señal enviada a línea.
En estas condicioens, un montaje VOX conectado a la salida del separador solo actuará con las señales procedentes del aparato distante conectado a la línea, permaneciendo insensible a las señales de salida del radioteléfono.
Esto permite una conexión sencilla de las tres conexiones del "radioteléfono" (en sentido amplio): entrada micro, salida altavoz (HP), y control del modo alternativo (control emisión-recepción del radioteléfono).
En cada aparato telefónico existe un circuito denominado "circuito antilocal" que cumple la función que acabamos de definir. Su función es impedir el retorno en el auricular del combinado de los sonidos captados por el micro. Este sonido retorno es en efecto muy desagradable durante el empleo del aparato e introduce los riesgos del efecto Larsen.
Este circuito está contruido en los teléfonos clásicos con un montaje en puente de dos arrollamientos del transformador de línea (o bobina) y del micro de carbón. Funciona por sustracción de la señal de micro a la señal de línea, actuando el resultado sobre el áuricular. La figura 3-31 muestra que hemos utilizado un principio parecido, incluso haciendo intervenir un amplificador diferencial en el puesto del transformador. En los teléfonos electrónicos más modernos, el transformador de línea ha sido sustituido por un circuito electrónico que funciona según este principio.
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| Fig. 3-31. Principio de funcionamiento del separador electrónico. (Clic en la imagen para ampliarla). A representa la señal de entrada al separador procedente del emisor-receptor de radio (de su altavoz). B representa la señal presente en la línea telefónica que llega del otro extremo de la línea (del teléfono del corresponsal distante). |
La figura 3-32 representa el esquema completo del aparato. La hipótesis de partida es la de un aparato de funcionamiento en modo alternativo con una toma de altavoz (HP), una toma "micro 500 ohm" (Micro) y una toma de "modo alternativo" que pone en marcha la emisión cuando un contacto toca masa (mando de emisión-recepción del equipo de radio, normalmente denominado PTT, abreviatura inglesa de "Push To Talk" , pulse para hablar). En cualquier caso, siempre será posible reducir cualquier caso que pueda presentarse al de la figura modificando adecuadamente algunas conexiones.
En la línea, el empalme se hace por medio de un transformador telefónico (600 ohm - 600 ohm) que permite una conexión flotante de la línea en relación a la masa. A este nivel son posibles algunas variantes según que la línea forme parte de una red (privada o pública) o esté permanentemente implantada.
El esquema propuesto corresponde a la versión más completa, estudiada para ocupar el lugar de un aparato telefónico en una de las líneas de una centralita telefónica privada, para llamadas radio desde cualquier aparato de la red.
No hay que decir que los puntos a seguir son exactamente los mismos en lo que se refiere a la red pública de Telefonía y Telegrafía. En este caso, el instalador debe comprobar que su conexión haya sido hecha de acuerdo con las normas en vigor en ese momento y de todas formas, debe hacer una solicitud de homologación para el conjunto de la instalación (interface, radioteléfono, eventualmente para el contestador, etc.). Cada paso particular que implique una modificación, aunque sea mínima, de la instalación, exige una homologación nueva. (NOTA: esto era según el marco legal en Francia para instalaciones telefónicas cuando se publicó este artículo).
Dicho esto, vamos a fijarnos en la presencia de una resistencia en serie con el primario del transformador. Debe elegirse de tal modo que la corriente de bucle, en el caso de una red telefónica conmutada, se fije en el valor correcto. Se podrá reemplazar por un componente de autorregulación (una bombilla de incandescencia adecuada, un dispositivo de resistencia variable con la tensión, etc...).
Una red serie RC (100 ohm + 0,47 µF 250 V) permite el paso de la tensión alterna del timbre en la modalidad de espera. Un contacto (PL) que forme parte del circuito lógico de la toma de línea puede cortocircuitar esta red RC cuando se contesta una llamada.
En el secundario, un condensador no polarizado (NP) de 2,2 µF que no desempeña ninguna función de enlace sirve para compensar el desfase debido a la componente inductiva del transformador. Este valor corresponde al tipo de transformador empleado en nuestra maqueta y deberá optimizarse en función del tipo que se emplee. En particular es necesario que la impedancia del separador vista desde la línea tenga un valor próximo al intervalo de 600 ohm a 400 Hz (en telefonía, la impedancia de la línea varía con la frecuencia, y se suele tomar como valor normalizado de impedancia de la línea 600 ohmios a la frecuencia de 800 Hz, por lo que es mejor tomar este valor). Además, veremos más adelante que una mala compensación de la inductancia del transformador puede anular la eficacia del separador.
Dos diodos Zener de 12 V/1 W limitan a un valor soportable para los circuitos electrónicos cualquier sobretensión que aparezca en el secundario, sobre todo durante el funcionamiento del timbre (la corriente de llamada de timbre se envía desde la central telefónica típicamente con una tensión alterna de 75 voltios).
Dos amplificadores operacionales 741 constituyen el separador según el principio de la figura 3-31. Sin embargo, la sustracción se hace al nivel de la única entrada inversora del segundo amplificador (A2), pues el primero (A1) está montado como inversor. El ajuste de la ganancia de este primer 741 sirve para "hacer el cero", es decir, para oponer lo más exactamente posible +A a —A en la entrada inversora del segundo amplificador, para anularla lo más posible a la salida de éste. Aquí es donde se manifiesta la importancia de la compensación de la inductancia del transformador. En efecto, si esta inductancia introduce un desfase entre +A y —A, se hace imposible la anulación de la residual, pudiendo incluso bloquear el circuito VOX. En la práctica, la anulación completa es difícil de conseguir y la experiencia nos dice que es suficiente una diferencia de nivel de 15 dB (para una tensión igual en la señal de línea) entre los dos sentidos de transmisión.
El circuito VOX es accionado por la señal de salida del separador. Alrededor de un transistor (T1) y de un tercer 741 (A3), un amplificador limitador de picos se construye al nivel del cual se realiza el ajuste del umbral de conmutación. Después de la rectificación a la salida del tercer amplificador, la señal se filtra y satura el transistor (T2) de control automático del relé TX (emisión) de cinco contactos, que a efectos prácticos está formado realmente por dos relés separados funcionando en paralelo. Un condensador de 2200 µF en paralelo con la(s) bobina(s) del relé(s) TX asegura una temporización que evita oscilaciones del relé al ritmo de la palabra.
El último subconjunto del aparato es el que alberga la lógica de toma de línea. Este circuito hay que preverlo sólo en el caso de una red conmutada. Su misión es accionar el descolgamiento y colgamiento simulados del aparato telefónico al que sustituye. Funciona como sigue:
Durante una llamada, la tensión del timbre supera el condensador de línea de 0,47 µF y pone en marcha el circuito VOX actuando el telé TX, lo que pone al equipo de radio en transmisión. La banda de emisión lanza una llamada al aparato de radio distante. Al cerrarse el relé TX, se aplica, por medio de los 100 µF y el diodo, un corto impulso (por la descarga del condensador) al relé PL que se auto-alimenta y "ocupa la línea" (descolgamiento ; Nota: El descolgamiento de la línea es inmediato, lo que puede ser un inconveniente si momentáneamente no hay nadie atendiendo el equipo de radio distante). Desde ese momento la conversación puede establecerse. El relé TX accionado por el circuito en modo alternativo (VOX) va, por lo tanto, a cambiar su estado según la alternancia de la conversación. Cada intervalo de silencio superior a un segundo (temporización del VOX) en las charlas del corresponsal telefónico (escucha o incluso la respiración) pone a cero el temporizador realizado con un transistor uniunión (T3) a través de un contacto del relé TX. La línea queda de este modo ocupada durante toda la conversación, incluso en el caso de silencio prolongado (caso de "no se retire").
Por el contrario, cuando el corresponsal telefónico cuelga, aparece en la línea un tono de ocupación cuya amplitud y cadencia implican que el el relé TX se mantenga actuado permanentemente. A través de uno de sus contactos, desbloquea el temporizador (T3) y si el ciclo del temporizador (40 segundos) se desarrolla integralmente, genera al final un impulso breve que hace que se despegue (desactúe) el relé PL, con lo que se libera la línea. Una temporización suplementaria (56 k / 100 µF ,del circuito de actuación del relé PL, establecida por la carga del condensador) de 5 segundos evita que los parásitos eventuales que aparecen al colgar puedan provocar de nuevo una ocupación indebida de la línea. El interfase, pues, queda en situación de reposo y preparado para recibir una nueva llamada.
La seguridad de este circuito es muy elevada, pues garantiza, en caso de interrupción accidental del enlace, una liberación relativamente rápida de la línea sin ninguna otra intervención de los corresponsales que un colgamiento normal (gracias al circuito temporizador).
El circuito impreso de la figura 3-33 puede aceptar la totalidad del montaje que figura el plano de implantación de la figura 3-34. Las operaciones que lleva consigo no presentan ninguna dificultad especial cuando se realizan con el cuidado necesario.
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| Fig. 3-33. Circuito impreso del interface telefónico. La versión para imprimir a tamaño real está disponible aquí en formato Tiff y en formato Pdf. (Tamaño real de la placa del circuito mostrado: 196×102 mm.) |
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| Fig. 3-34. Disposición de los componentes en el circuito impreso, en la cara de los componentes. (Clic en la imagen para ampliarla). |
En el caso más sencillo basta enchufar la línea y el "radio teléfono" (entrada, salida, puesta en modo alternativo, masa) así como la alimentación, a 15 V, generalmente tomada previamente al nivel del "radioteléfono". En la maqueta, esta función la cumple una regleta de 5 pasadores de tornillo .
Más adelante examinaremos las posibilidades complementarias de este apàrato; pero vamos ahora a detallar los reglajes (ajustes) a efectuar.
Cortocircuitar la red 100 ohm / 0,47 µF (en serie con la línea) y ajustar el valor de la resistencia de ajuste de corriente para alcanzar la corriente de bucle necesaria (no necesario e imposible de realizar en el caso de emplear un dispositivo de autorregulación).
Poner el ajustable de 1 K ("P1, nivel de inyección en línea") a cero, después conectar el radioteléfono, con su control de volumen en posición media.
Conectar un osciloscopio en el punto de test (— de 1 µF, en la salida del segundo amplificador) y actuar sobre el ajustable de 1 k (P1) hasta alcanzar una señal detectable sin que lleguen a actuar los relés TX. (Es preciso disponer en la frecuencia recibida por el radioteléfono de una emisión o de parásitos fuertes).
Actuar sobre el justable 47 k "cero" (P2, asociado al primer amplificador) para hacer mínima la señal en el osciloscopio. Si el cero no se puede regular convenientemente, actuar sobre el condensador de 2,2 µF NP asociado al secundario del transformador de línea, modificando su valor) y volver a empezar (hay que alcanzar —15 dB como mínimo en el punto de test para las señales del radioteléfono respecto a las señales de línea).
Conectar la línea sobre la que se hará aparecer una ocupación (marcando el número propio, por ejemplo, con un teléfono conectado momentáneamente a la línea).
Actuar la toma de línea (uniendo un instante a la masa el negativo de 2200 µF para que actúen los relés TX y por tanto el relé de toma de línea PL, y retirar a continuación el teléfono) y regular el ajustable 47 K "umbral" (P3), para obtener un contacto sin golpeos de los dos relés TX con los tonos de ocupación de la línea.
Hacer lo mismo en una comunicación telefónica real y comprobar que en el modo alternativo responde satisfactoriamente. En caso de vibración de los relés TX en las palabras de una misma frase, retocar el reglaje "umbral" (P3).
Hacer funcionar un emisor en las inmediaciones del radioteléfono y regular el nivel de inyección (P1, 1 k), para que los relés TX no actúen. Hecho este ajuste, si es insuficiente el nivel inyectado en línea, es mejor corregir el desfase debido al condensador asociado al transformador de línea (2,2 µF NP) y volver a empezar por los pasos 2, 3 y 4.
Atención: una vez hecho este reglaje, hay que bloquear o señalar la posición del mando del volumen del receptor cuya acción es la misma que la de P1.<(p>
Nota: Todos los ajustes se volverán a realizar si se cambia de línea.
En este caso se trata del simple desvío sobre línea especializada de las señales recibidas o emitidas sin necesidad de llamada por timbre y número.
En este caso, basta conectar la línea al transformador y suprimir la lógica de la toma de línea (circuitería asociada al relé PL: T3, T4, T5, PL, y suprimir la red 100 ohm / 0,47 µF de la línea, dando continuidad a ésta).
Se puede transferir por radio una comunicación establecida con anterioridad con un aparato telefónico conectado a la misma línea. Basta para ello suprimir la red 100 ohm/0,47 µF. La entrada/salida "Línea" de este equipo se conectará en paralelo al aparato telefónico. Con el radioteléfono en servicio, basta accionar el pulsador "transfert" (contacto contestador , que provoca la actuación inmediata de los relés TX) un instante y anunciar el transfert antes de colgar el teléfono. La línea se tomará inmediatamente desde el aparato (interfase) al anunciar el transfert, y se liberará automáticamente al final de la conversación.
Se puede hacer preceder el cambio de la comunicación telefónica a la vía radio por la difusión del mensaje de un contestador simple.
Hay que suprimir también la red 100 ohm/0,47 µF, conectar el aparato (interfase) en paralelo sobre el contestador y conectar en lugar de la red 100 ohm/0,47 µF un contacto de trabajo libre del relé "toma de línea" del contestador automático, o el contacto de un relé auxiliar conectado en paralelo sobre éste. El mensaje del contestador se difunde entonces sobre la línea y sobre la vía radio dando lugar a la llamada. La comunicación se transfiere a la vía radio cuando el contestador se cuelga.
Como se ha expuesto, este aparato, relativamente sencillo, permite transferir automáticamete o manualmente cualquier conversación telefónica establecida sobre una línea permanente o conmutada, sobre una línea explotada en modalidad alternativa.
En estas páginas se ha empleado el término "radioteléfono" para caracterizar esta vía de transmisión, pues nos parece el más expresivo. Es evidente que puede referirse a cualquier medio de transmisión: red de llamada individual de bucle de inducción, instalación de interfonía o de sonorización bilateral etc. Además es muy fácil modificar el aparato para resolver los problemas más diversos de acoplamiento a una línea telefónica.
COMENTARIOS A ESTE ARTÍCULO
Al analizar este circuito de interfase mientras escribía este artículo, he detectado algunos errores en el trazado del circuito impreso, que han sido corregidos conforme al esquema del circuito. Persiste algún error el el valor de algún componente (condensador de salida de T1 a A3 de valor 1 µF en la figura 3,32, y de 1,6 µF en la figura 3.34, no queda claro cuál sería el valor más correcto). Por lo demás, técnicamente el circuito aquí descrito es correcto y debería funcionar sin problemas una vez realizado y ajustado.
Del transformador de línea no se dan datos, pero debe tratarse de cualquier transformador de baja frecuencia para líneas telefónicas, de relación de impedancias (primario/secundario) 1:1 e impedancia nominal de 600 ohmios. Al menos, ésta es la impedancia que debería mostrar el arrollamiento conectado a línea (pueden probarse otras impedancias más bajas para el otro arrollamiento, aunque en principio se aconseja que sea también de 600 ohmios). Puede obtenerse un transformador de este tipo de algún módem telefónico en desuso, o se puede probar ensayar bobinas telefónicas recuperadas de viejos teléfonos de concepción clásica.
Lo que no acabo de entender es en el diseño del circuito impreso el uso de huellas impresas para los circuitos integrados amplificadores (IC1-3) de tipo "Dual in Line" de 14 patillas (DIL-14), cuando los amplificadores operacionales 741 son de 8 patillas DIL-8. No obstante, examinado el circuito impreso, se pueden insertar en éste los chips 741 siempre que la patilla 1 de cada chip coincida con la 3 de la huella DIL-14 en el circuito impreso (las patillas 1 a 8 de cada 741 se corresponderán con las posiciones 3 a 6 y 9 a 12 del DIL-14).
A este respecto se recomienda no soldar directamente los tres circuitos amplificadores al circuito impreso, sino utilizar zócalos enchufables para circuitos integrados, lo que permitirá posteriormente la fácil sustitución de cualquiera de los chips amplificadores en caso de dañarse. Emplear zócalos DIL-8, soldándolos al circuito impreso teniendo en cuenta el comentario del párrafo anterior.
Finalmente comentar que con el circuito impreso propuesto, los condensadores electrolíticos son de tipo axial (de montaje horizontal) y los potenciómetros de ajuste también son de montaje horizontal. En cuanto a los relés, se emplean tres relés de tipo industrial con bobinas para 12 V, y juegos de contactos de reposo-trabajo (RT). Se emplearón dos relés con dos juegos RT y uno con 4 juegos RT. Recuérdese que en el circuito, el relé TX en realidad son dos relés funcionando en paralelo (2RT + 4RT), el tercer relé es el relé PL (2RT).
Documento original publicado en el libro (descatalogado) "Interfonos y Teléfonos" (Editorial Paraninfo, Madrid, 1983),
traducido del libro original francés Interphone Telephone. Montages péripheriques
(de Patrick Gueulle, Editions Tecnniques et Scientifiques Françaises).
Artículo recuperado, corregido y reeditado por Fernando Fernández de Villegas.
Barcelona (España), 25-07-2017