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| Circuitos telefónicos del simulador (haz clic en la imagen para ampliarla) |
Este circuito lo diseñé allá por 1998 para satisfacer una demanda de un colega radioaficionado que por las antiguas redes de radiopaquete digital envió una petición de algo similar para poder probar módems sin tener que realizar llamadas reales, que siempre cuestan dinero. Por entonces Internet comenzaba a popularizarse en España, aún no existía el ADSL ni el acceso por fibra óptica, y el acceso a Internet era por llamada telefónica a unos determinados números telefónicos que actuaban de puerta de acceso al proveedor de Internet. La conexión requería del empleo de un módem telefónico. La idea de este circuito era la de conectar dos ordenadores con módem, uno a cada lado del circuito (línea A y línea B), para hacer pruebas entre ellos (coste de las llamadas de pruebas: cero). Pero el circuito también me ha servido para probar todo tipo de aparatos telefónicos con problemas.
Este circuito, pues, permite la simulación de una línea telefónica convencional (analógica), para poder probar aparatos telefónicos (teléfonos, módems...) sin necesidad de realizar llamadas desde una línea telefónica convencional (que implican un coste de la llamadas), y en condiciones bastante parecidas a las obtenibles con una línea convencional.
El circuito está basado en los existentes en las centrales telefónicas públicas analógicas aún existentes en esos años en España, donde:
Se emplean alimentaciones de 50 V para las líneas públicas (en centralitas privadas también se emplean alimentaciones de 24 V).
La corriente de llamada es corriente alterna de 75 V y 25 Hz de frecuencia, superpuesta a la alimentación de 50 V de continua. En este simulador, la corriente de llamada es de 50 Hz de frecuencia en lugar de los 25 Hz empleados en las redes telefónicas públicas, pero esto permite obtener fácilmente la corriente de llamada a partir de la red eléctrica pública (básicamente usando un transformador). Normalmente la mayoría de los circuitos de timbre telefónicos funcionan sin problemas con esta frecuencia de la corriente de llamada de 50 Hz, y sólo podrían dar problemas los timbres electromecánicos de campana de aparatos muy antiguos, y pueden sonar algo distinto los timbres electrónicos de algunos aparatos telefónicos modernos.
El circuito dispone de dos líneas simuladas, la línea A y la línea B . A pesar de existir estas dos líneas, siempre ha de ser la línea A la que inicie la llamada y la B la que la reciba. Al revés, no funciona.
Para no complicar enormemente el circuito se ha prescindido de la función de marcación de número telefónico, y el simulador simula una llamada de tipo "línea directa", donde el descolgado de la línea A ya desencadena automáticamente el establecimiento de una llamada completa, sin necesidad de marcación.
Todo el circuito está constituido por varias partes:
Los circuitos telefónicos propiamente dichos, constituidos por un conjunto de 5 relés.
La fuente de alimentación, que suministra la alimentación continua de 50 V para alimentación general, y de corriente de llamada.
Algunos circuitos electrónicos, para la generación de tonos de marcar y de llamada, y un generador de cadencia de la llamada.
En los esquemas, los juegos de contactos de los relés que aparecen se representan en situación de reposo (es decir, para los relés no actuados), independientemente del estado real de cada relé en el circuito. Los distintos juegos de contactos de los relés se muestran dispersos por todo el esquema, y se identifican con el nombre del relé al que pertenecen y su número de juego de contactos del relé. Este modo de representar circuitos con relés suele simplificar bastante los esquemas (esto era típico en los planos de circuitos telefónicos). Representar los juegos de contactos de cada relé junto a la bobina puede servir para circuitos con uno o dos relés (es lo habitual en esquemas de circuitos electrónicos que incorporan algún relé), pero puede complicar mucho el trazado del esquema del circuito cuando el número de relés empleados aumenta.
Cuando se analice el funcionamiento de este simulador, se ha de tener en mente cuál es el estado de cada relé en cada momento (relé en reposo o relé actuado), ya que, como se ha indicado, en los circuitos los relés se representan siempre en su estado de reposo.
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| Circuitos telefónicos del simulador (haz clic en la imagen para ampliarla) |
Recordar primero que un aparato telefónico, un módem, o cualquier otro dispositivo telefónico, cuando está "colgado" (en reposo) presenta una resistencia muy alta en corriente continua (circuito abierto), mientras que cuando es "descolgado", pasa a presentar una resistencia óhmica baja y pasa a alimentarse de la propia tensión presente en la línea telefónica. Dicho esto, vamos a describir el proceso de una llamada con este simulador, que se desencadena desde el lado A (llamante) hacia el lado B (llamado):
Las líneas presentan en reposo una tensión de 50 V (un hilo conectado a +50 V y el otro a masa). Al descolgar el aparato conectado en (el lado) A, pone baja resistencia entre hilos de la línea A y con ello circulará corriente continua por línea, pasando por la bobina del relé A , los juegos 1 y 2 de contactos del relé SA (sa1 y sa2, en reposo), una red RC (que emula eléctricamente una línea de unos cuantos cientos de metros de longitud), y el aparato telefónico en posición de descolgado. Esta corriente excitará el relé A, que actúa, y además alimenta el aparato conectado en el lado A.
Si en el terminal S.M. hay conectado un generador de tono de 400 Hz, este tono es enviado a la línea A (pasando por los juegos de contactos b4, c4, a2, y los condensadores de 47 nF y 1 µF), haciendo las funciones de Señal de Marcar (S.M.).
Al actuar A, mediante su contacto a1 desbloquea un circuito temporizador transistorizado, que controla el relé B. El juego de contactos a1, al actuar, quita el cortocircuito que pone al condesador de 2200 µF del circuito temporizador, y éste empieza a cargarse a través de la resistencia de 33K y los diodos zéner DZ., temporizando el funcionamiento de este circuito.
Este tiempo simula el tiempo de establecimiento de la llamada, y depende del valor del condensador de temporización. Este circuito temporizador controla la bobina del relé B, que inicialmente está en reposo.
Opcionalmente, el mismo contacto a1 al actuar desbloquea un generador de llamada, cuyo terminal de control se conecta al terminal G.LL. de este simulador. El generador de llamada aquí empleado se activa al recibir masa o negativo de alimentación por este terminal.
Al finalizar la temporización (cuando el condensador de 2200 µF se ha cargado a la suficiente tensión para polarizar el transistor asociado a estado de conducción), el circuito temporizador actúa el relé B, el cual provoca el envío de llamada a la línea B. La actuación del relé B provoca las siguientes tres acciones:
Invierte la polaridad de la alimentación hacia la línea B (a través de los contactos b1 y b2). Esto no es estrictamente necesario para el funcionamiento del simulador, pero esta inversión de polaridad de la línea llamada es habitual en las líneas telefónicas reales cuando reciben una llamada (esto es útil para contestadores automáticos, módems y otros dispositivos telefónicos de descolgado automático de llamadas entrantes).
Pone al relé P (a través de b2 actuado) en serie con la línea llamada (línea B).
Conecta la corriente de llamada (presente en el terminal C.LL.) a la línea B (a través del los contactos c1 y b1) y la señal de llamada (presente en el terminal S.LL.) a la línea que llama (línea A, a través de los contactos b4, c4, a2) en lugar de la señal de marcar (S.M.).
El relé P es insensible a la corriente alterna de llamada, por lo que de momento no actúa (dos condensadores cableados en serie y en oposición conectados en paralelo con la bobina del relé P derivan la corriente alterna, evitando que el relé P actúe con la corriente de llamada. Este montaje de los dos condensadores electrolíticos de alta capacidad conectados en serie-oposición permite obtener un condensador equivalente de capacidad mitad, pero aún alta, pero que no está polarizado eléctricamente).
La corriente de llamada consta de una corriente alterna de 50 V - 50 Hz (en la realidad, 75 V - 25 Hz) superpuesta a una tensión continua de 50 V. Al estar colgado (en reposo) el aparato conectado a la línea B, no habrá circulación de corriente continua por la línea, pero la corriente alterna sí circula, cerrando su circuito por el timbre o circuito detector de llamada del aparato. El timbre del aparato sonará.
En este punto, tenemos excitados los relés A y B.
Al descolgar el aparato del lado B, éste cierra en baja resistencia el circuito de la línea B y lo que provocará que circule por la línea la corriente continua que envía el generador de llamada junto con la corriente alterna de llamada. Esta corriente circula por la bobina del relé P, provocando su actuación. Entonces, al actuar P:
Actúa el relé C (a través del contacto p1), que asegura su retención por su contacto c3. Al actuar C, se retira el relé P (mediante el contacto c2), pero P no repone inmediatamente a causa de los condensadores en paralelo con su bobina, que se descargan a través de ésta. La reposición lenta del relé P da tiempo a que el relé C actúe (por p1) y se retenga (por c3).
Al actuar el relé C, corta el envío de la corriente de llamada C.LL. (al abrir el contacto c1) y de la señal de llamada S.LL. hacia el lado A (al abrir el contacto c4). El aparato llamante A deja de oír la señal de llamada y el aparato llamado B deja de recibir la corriente de llamada o de timbre.
Conecta (mediante c1) la alimentación de 50 Voltios sobre el lado B, a través de la bobina del relé SA.
Pone en posición de conversación la línea A con la B. Las alimentaciones de ambas líneas están separadas por un condensador de 1 µF, que deja pasar las señales de voz. La inductancia de las bobinas de los relés A y SA son lo suficientemente elevadas como para impedir que las señales de conversación de ambas líneas se deriven a la alimentación.
Al circular corriente por la bobina de SA, este relé actúa. Por sus contactos sa1 y sa2 invierte la alimentación hacia la línea que llama (línea A), sirviendo de supervisión a ésta de que el aparato B ha descolgado. Un diodo en paralelo con la bobina de A hace que este relé sea de reposición algo lenta, por lo que no desactuará en el momento en que los contactos sa1 y sa2 conmutan (rompiendo durante un instante la continuidad de la línea A).
Como en el caso de la línea llamada, esta inversión de polaridad en la línea llamante no es estrictamente necesaria para el funcionamiento del simulador, pero en las líneas telefónicas reales se produce, pudiéndose utilizar como supervisión de que la línea llamada ha descolgado y contestado la llamada.
Además, al actuar el relé SA, desactiva (mediante sa3) el generador de llamada cuyo control esté conectado al terminal G.LL. del simulador.
En estas condiciones, el establecimiento de la llamada ha concluido, y ambos aparatos (Líneas A y B) están al habla. En estas condiciones, en el circuito permanecerán excitados (actuados) los relés A, B, C y SA.
Si el lado B hace colgados y descolgados de su aparato, sólo dará lugar a que el relé SA actúe y desactúe, dando lugar a inversiones de alimentación de la línea A, sin mayores consecuencias.
Si cuelga la línea A, el relé A repone al dejar de circular corriente por la línea, bloqueará el circuito temporizador y de control del relé B (mediante a1), que repondrá, y al reponer éste, repondrá el relé C, abrirá la línea B (que quedará como en la situación inicial) y esto dará lugar a que el relé SA también reponga: El circuito queda en la condición inicial, con todos los relés en reposo.
Con un primer transformador, TR1, de 220 V / 24 + 24 V (secundario con toma media) o de 220 V / 48 V , de la potencia adecuada (200- 300 mA en secundario es suficiente) se obtienen mediante rectificación (con un puente rectificador) y estabilización los 50 V que usa como alimentación general el circuito (alimentación típica de las instalaciones telefónicas públicas). El circuito de estabilización es un clásico circuito de estabilización controlado por zener y transistor para obtener una tensión fija y estable de salida.
Para generar la corriente de llamada (C.LL.) se usará un segundo transformador de red, TR2, que pueda proporcionar en su secundario entre 60 y 80 V de tensión alterna (no se requiere que sea de potencia). Conectar uno de los extremos del secundario a la alimentación de 50 V (no a masa) a través de una resistencia de unos 330 ohm / 2W (dar un buen filtrado a la alimentación de 50 V para que derive bien esta tensión alterna a masa). El otro extremo del secundario se conectará a la toma de corriente de llamada C.LL. del circuito simulador a través del contacto LL2 (ver más adelante el uso del relé LL en el circuito generador de cadencia de llamada). Con esto se consigue simular la corriente de llamada, que, como se ha comentado anteriormente, consta de una corriente alterna de 50-70 V superpuesta a una tension continua de 50 V.
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| Generadores de alimentación, corriente de llamada y tono de 425 Hz (Haz clic en la imagen para ampliarla). |
Este generador es opcional, pero puede instalarse sin más problemas, y consiste en un único transistor que genera una señal de unos 400 Hz de frecuencia bastante pura. Se usa para generar las señales de marcar (S.M. , tono continuo de 400 Hz) y señal de llamada (S.LL. , tono de 400 Hz interrumpido periódicamente).
Una resistencia ajustable de 2 K permite ajustar la frecuencia del tono, que deberá ser ajustada a 400 o 425 Hz, que son las frecuencias normalizadas para este tipo de tonos en la telefonía pública.
El tono aplicado de una manera continua se puede usar como "Señal de marcar", S.M, mientras que aplicado intermitentemente al ritmo adecuado se puede usar como "Señal de llamada", S.LL. La intermitencia de la señal de llamada viene dada por el funcionamiento del relé LL del circuito generador de cadencia de llamada (ver más adelante).
En este montaje se ha dispuesto que el oscilador de tono arranque cuando el relé A del simulador telefónico actúe (lo que ocurre cuando descuelga el aparato de la línea A), junto con el generador de cadencia de llamada, al ser conectada entonces la masa general a ambos circuitos a través del terminal G.LL. y del contacto a1 actuado en el circuito simulador. Esta masa procedente del terminal G.LL. controlada por el relé A se representa en los correspondientes esquemas con rectángulos negros, para diferenciarla de la masa fija conectada a los 0 V de alimentación (representada como rectángulos franjeados, como suele ser habitual).
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| Generador de cadencia de llamada, y asignación de terminales de relés (Haz clic en la imagen para ampliarla). |
Se usa un circuito multivibrador de dos transistores para generar una cadencia similar a la de la llamada, cadencia cíclica que es repetida por un relé no descrito en el circuito simulador, el relé LL (ya que forma parte de este circuito generador de cadencia).
Este circuito mantiene el siguiente ciclo de funcionamiento:
LL actuado / LL en reposo = 1.5 seg / 3 seg
que es el ciclo de la llamada en las líneas telefónicas públicas españolas (ciclos de 4,5 segundos, de los cuales 3 segundos son de llamada de timbre y 1,5 segundos son de pausa o silencio).
Este relé LL dispone de dos juegos de contactos:
Por un juego de contactos (LL1) se enviará el tono de 400 Hz hacia la línea A, interrumpida al ritmo de la cadencia de llamada (Señal de llamada, S.LL. , ver en el circuito generador de tono). Por el otro juego de contactos (LL2) se enviará hacia la línea B (a través del terminal C.LL. del simulador) la corriente de llamada cuando LL está actuado, o alimentación de 50 V cuando LL está en reposo (ver en el circuito de alimentación y corriente de llamada).
Las temporizaciones del generador de cadencia dependen de los valores de los condensadores C1, C2 y C3, así como del valor de las resistencias ajustables P1 y P2. C1 y P2 determinan el periodo en que el relé LL permanecerá actuado, enviando llamada, mientras que C3 y P1 determinan el periodo en que el relé LL permanece en reposo (y por tanto, determina los periodos de silencio en el envío de la llamada).
Se recomienda el uso de relés industriales para circuito impreso con configuración internacional para sus juegos de contactos, como los mostrados en las siguientes imágenes, suministrados por fabricantes como son las firmas españolas Mallol Asetyc (de Alcobendas, Madrid) y Ralux (de Barcelona), o los relés Finder del fabricante alemán Kühn Controls AG. También la barcelonesa firma Ariston, comercializadora de componetes electrónicos, dispone en su extenso catálogo de un buen número de relés industriales.
Yo he empleado relés RALUX modelos NC para 24 Voltios, en concreto los de la serie RALUX NC04 para 24 V (24 V , bobina de 900 ohm , 22 mA , 4 juegos de contactos), al menos para los relés A, SA y P. Pueden emplearse otros similares tales como los ASETYC de la serie WR (de resistencia de bobina similares) para 24 V. Se recomiendan los relés de estas series por tener las resistencias de las bobinas y la sensibilidad adecuadas para este tipo de montaje.
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| Ejemplo de relés industriales para realizar el circuito |
Los relés B y C pueden ser otros parecidos, que dispongan de un juego de 4 contactos. Al ser alimentados a 50 V (de la alimentación general) siendo relés de 24 V, se deberá de poner en serie con sus bobinas una resistencia limitadora de tensión, R*, de resistencia similar a la de la bobina del relé. Si se encuentran, pueden emplearse en lugar de estos relés otros relés de 48 V equivalentes, no requiriendo éstos entonces la resistencia limitadora R*, o bien relés de tensión de trabajo inferior a 24 V, pero ello obligará a poner la resistencia de limitación R* del valor y potencia adecuada que absorba la tensión en exceso respecto a la que están diseñados para funcionar).
Los relés usados han de tener (al menos) cuatro juegos de contactos de conmutación (salvo el relé P, que solo requiere un único contacto).
Para el generador de cadencia de llamada se ha empleado un relé Asetyc o Ralux de 24 V y 2500 ohm de resistencia de bobina, y dos juegos de contactos (de modelo similar a los demás).
Se recomienda dotar a cada relé de un zócalo o peana para circuito impreso en el cual debe ser enchufado el relé. Ello evita tener que realizar soldaduras directamente en los terminales de los relés, y permite la fácil sustitución de éstos en caso de fallos de relé.
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| Relé industrial Ralux modelo N con 4 juegos de contactos | Típico zócalo o peana estándard para relés industriales |
En cada línea se han añadido una serie de resistencias y de condensadores que hacen que el comportamiento en frecuencia de la línea simulada se aproxime al de las líneas reales y simule además una cierta longitud de línea (equivalente a unos cientos de metros). Si esto no es muy importante, pueden suprimirse todos (resistencias y condensadores) y poner en su lugar una única resistencia de 270 - 330 ohmios y 2 watios de potencia, en serie con uno de los dos hilos en cada línea (esta resistencia simulará longitud de línea).
Sobre los dispositivos semiconductores empleados, se recomienda usar los transistores indicados, o equivalentes, ya que los especificados en los esquemas son aptos para trabajar a las tensiones de continua que hay presentes en este montaje (lo mismo puede decirse de algunos de los condensadores electrolíticos del esquema).
Para la obtención de la corriente de llamada, un transformador que proporcione del orden de 60 a 80 V de corriente alterna puede ser un tanto difícil de encontrar o puede ser caro, y puede usarse en su lugar con buen resultado otro transformador de 220 V /48 V ó 220 V/ 24 + 24 V de poca potencia (un transformador miniatura de 3 VA es suficiente). Aunque el valor de la tensión de llamada que con ello se genera es más reducida que la empleada en las redes telefónicas fijas públicas, sigue siendo buena para todo tipo de pruebas.
Por lo demás, se recomienda equipar el circuito simulador con dos conectores estándard RJ11 para terminar las líneas A y B (conectores telefónicos estándard), utilizar resistencias de 0,5 W de disipación (salvo que se indique otra disipación), condensadores no electrolíticos de 100 V (salvo que se indique otra tensión de seguridad), respetar la polaridad de condensadores electolíticos y diodos, etc...
Como dije al principio, cuando diseñé este circuito lo hice con intenciones de satisfacer una demanda de un colega radioaficionado que buscaba algo similar para probar módems sin tener que realizar llamadas reales, que siempre cuestan dinero. La idea es conectar dos ordenadores con módem, uno a cada lado del circuito (lado A llamante y lado B llamado), para hacer pruebas entre ellos (coste de las llamadas de pruebas: nulo). Pero el circuito también me ha servido para hacer pruebas básicas de todo tipo de aparatos telefónicos con algún problema.
Tal como está diseñado lo he considerado suficiente, pero pienso que podrían implementarse algunas modificaciones que mejorarían las prestaciones del circuito. Para quien las quiera estudiar, podrían ser las siguientes (seguirlas con los esquemas a mano):
1- Cualquier lado puede lanzar una llamada, tanto el lado A como el B.
En el circuito es el lado A el que desencadena una llamada automáticamente al descolgar. Había pensado poner una llave conmutadora para cambiar el lado A por el B y viceversa, y así probar uno u otro aparato conectado sin tener que desenchufarlos y volver a enchufarlos de nuevo en los conectores de línea correspondientes. Se podría hacer de modo automático de manera que el aparato conectado en el lado B pasara a conectarse al lado A (y el A al lado B) al descolgar el aparato B, sustituyendo la resistencia de 1K /2 W conectada entre el contacto b2 y + 50 Volts por un relé de reposición lenta (con un condensador en paralelo), de manera que al descolgar el aparato B en primer lugar, excite este relé por circulación de corriente en la línea B, y este relé excite (a través de un circuito electrónico de control) un segundo relé que permute el lado B por el lado A. Este segundo relé deberá de quedarse retenido por la actuación del relé A (que se actuaría inmediatamente al conectarse el aparato B en el lado A), y no liberará hasta que A reponga (hasta que finalice la llamada). El primer relé es de reposición lenta para evitar que, una vez actúe, no reponga mientras se conmuta el lado B por el A y hasta que el relé A actúe.
Con esta modificación este simulador podría utilizarse como intercomunicador de uso doméstico o entre departamentos de alguna empresa empleando dos aparatos telefónicos, ya que desde cualquiera de ellos se puede realizar una llamada al otro aparato telefónico.
2- Simular marcación.
Podría conectarse un detector de marcación DTMF en el lado A de manera que el tono de marcar no se corte hasta que se detecte la marcación de una cifra, y no se lance la llamada hasta que se haya marcado una secuencia de cifras concretas.
La entrada al detector DTMF podría conectarse a través de condensador y un limitador de picos entre la bobina del relé A y el contacto sa1. Esta entrada ha de presentar un buen rechazo al tono de marcar (400 Hz, señal S.M.), ya que ésta puede saturar la entrada del detector). Hay varios integrados detectores de tonos DTMF que presentan una patilla que cambia de estado cuando detectan un tono DTMF correcto. Esta salida puede emplearse para cortar el tono de marcar al detectar la primera cifra marcada (bloqueando el envío de la señal S.M. del circuito). Puede asociarse al detector de DTMF un detector de secuencias, como alguno basado en el integrado LS7220, de manera que detecte una secuencia de 4 cifras marcadas programada, y modificar el circuito del relé B de manera que su funcionamiento no se active (para desencadenar la llamada sobre el lado B) hasta que reciba del secuenciador (LS7220) la indicación conforme ha detectado la secuencia de cifras correcta (Todo esto simularía una llamada realizada a un número de 4 cifras dado).
En fin, estas cosas se me ocurren como mejoras del circuito, ahí las dejo por si alguien quiere experimentar con ello.
Fernando Fernández de Villegas (EB3EMD) - Barcelona
Original: Año 1998 . Revisado: 04-05-2020