Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình phát triển của ngành công nghệ thông tin và viễn thông, mạng điện thoại và các thiết bị đầu cuối đóng vai trò huyết mạch trong việc truyền tải thông tin liên lạc phục vụ đời sống xã hội. Tại Việt Nam đầu những năm 2000, sự phát triển nhanh chóng của mạng lưới thuê bao đòi hỏi đội ngũ kỹ sư, kỹ thuật viên ngành Điện - Điện tử phải được trang bị kiến thức chuyên sâu từ lý thuyết đến thực hành phần cứng viễn thông. Dù máy điện thoại bàn là thiết bị đầu cuối phổ biến nhất, cấu tạo vi mạch, nguyên lý xử lý tín hiệu và cơ chế phối ghép đường dây thuê bao với tổng đài thường mang tính trừu tượng đối với người học.

Nhằm giải quyết yêu cầu trực quan hóa công tác giảng dạy tại các trường đại học, cao đẳng và trường dạy nghề kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình điện thoại bàn" được thực hiện bởi nhóm sinh viên Đặng Văn Bảy và Thái Hoàng Chí An dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Tấn Đời tại Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (tháng 3/2002).

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài gồm:

  1. Nghiên cứu nguyên lý viễn thông cơ bản, phương thức hoạt động của hệ thống tổng đài và các tín hiệu báo hiệu trên đường dây thuê bao.
  2. Củng cố và ứng dụng các kiến thức chuyên ngành về kỹ thuật xung - số, mạch dao động, mạch lọc, mạch khuếch đại âm tần và phối hợp trở kháng.
  3. Thiết kế, tính toán thông số kỹ thuật và thi công hoàn chỉnh mô hình máy điện thoại bàn ấn phím dạng module rời, phục vụ công tác giảng dạy, khảo sát dạng sóng và thực hành sửa chữa pan hư hỏng.

Đối tượng nghiên cứu là cấu trúc phần cứng của máy điện thoại bàn ấn phím điện tử (electronic push-button telephone). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế phần cứng mạch điện thoại tương thích với mạng viễn thông tiêu chuẩn 48VDC, sử dụng các vi mạch chuyên dụng kết hợp linh kiện bán dẫn rời.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài vận dụng hệ thống lý thuyết mạng viễn thông và kỹ thuật mạch điện tử tương tự - số, bao gồm các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật sau:

1. Khung lý thuyết và tiêu chuẩn kỹ thuật

  • Cấu trúc mạng và đường dây thuê bao: Mạng điện thoại phân cấp từ cấp 1 đến cấp 5 (tổng đài nội hạt phục vụ tối đa 10.000 đường dây thuê bao). Hai dây dẫn nối từ tổng đài đến máy thuê bao gồm dây Tip (+) và dây Ring (-), trở kháng đường dây xấp xỉ 600 $\Omega$. Điện áp nguồn tổng đài cung cấp ở trạng thái rỗi là 48VDC (có thể dao động từ 47VDC đến 105VDC). Khi nhấc máy (off-hook), dòng điện một chiều chạy trong mạch đạt khoảng 20mA DC và sụt áp trên hai đầu Tip - Ring giảm xuống còn khoảng +4VDC.
  • Tiêu chuẩn dải tần thoại: Tiếng nói con người có năng lượng tập trung chủ yếu trong dải 500 – 2000 Hz. Băng tần truyền dẫn hiệu dụng tiêu chuẩn của hệ thống điện thoại được quy định từ 300 đến 3400 Hz. Tiêu chuẩn độ rõ âm thanh đạt từ 85% trở lên cho mức độ hiểu thoại tốt (khi giảm dưới 70%, độ hiểu thoại rất kém).
  • Kỹ thuật báo hiệu đa tần số kép (DTMF - Dual Tone Multifrequency): Bàn phím ma trận gồm 4 hàng (nhóm tần số thấp) và 4 cột (nhóm tần số cao). Mỗi phím nhấn tạo ra một tổ hợp gồm hai tần số hình sin độc lập, không có quan hệ sóng hài với nhau:
Tần số cột / Tần số hàng 1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz 1633 Hz
697 Hz Phím 1 Phím 2 Phím 3 Phím A
770 Hz Phím 4 Phím 5 Phím 6 Phím B
852 Hz Phím 7 Phím 8 Phím 9 Phím C
941 Hz Phím * Phím 0 Phím # Phím D

Thời gian phát một chữ số DTMF danh định là 50ms và thời gian nghỉ giữa hai chữ số là 50ms (tổng thời gian 100ms/số, gửi 10 số chỉ mất 1 giây, nhanh hơn nhiều so với quay số xung cơ điện mất khoảng 11,3 giây).

  • Hệ thống âm hiệu báo hiệu chuẩn của tổng đài:
Loại âm hiệu Dải tần số (Hz) Dạng tín hiệu / Chu kỳ Chức năng
Tín hiệu chuông (Ring) 16 – 60 Hz (chuẩn 25 Hz) Xung 2s on / 4s off; biên độ 40 – 130 Vrms (chuẩn 90 Vrms) Báo có cuộc gọi đến
Tín hiệu mời gọi (Dial Tone) 350 + 440 Hz Tín hiệu liên tục Báo tổng đài sẵn sàng nhận số
Tín hiệu báo bận (Busy Tone) 480 + 620 Hz Xung 0,5s on / 0,5s off (chu kỳ 1s) Báo đường dây hoặc thuê bao bận
Tín hiệu hồi âm chuông 440 + 480 Hz Xung 2s on / 4s off Báo cho người gọi biết máy đối phương đang đổ chuông
Tín hiệu báo gác máy 1400 + 2060 + 2450 + 2600 Hz Xung 0,1s on / 0,1s off Cảnh báo nhấc máy quá lâu không quay số
Tín hiệu gọi sai số 200 – 400 Hz Xung chu kỳ 1s hoặc âm liên tục Thông báo số gọi không tồn tại
Tín hiệu đảo cực Điện áp một chiều Đảo cực tính nguồn Tip - Ring Kích hoạt bộ đếm tính cước cuộc gọi
  • Nguyên lý cầu sai động khử trắc âm (Anti-sidetone): Sử dụng mạch cầu cân bằng trở kháng giữa mạng cân bằng trong máy ($Z_b$) và trở kháng đường dây ($Z_d$). Khi $Z_b = Z_d$, tín hiệu từ mạch nói sẽ không phản hồi ngược vào mạch nghe của chính máy đó, triệt tiêu tiếng vọng gây khó chịu cho người nói.

2. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

Tác giả lựa chọn phương pháp thiết kế mạch phần cứng sử dụng vi mạch chuyên dụng kết hợp linh kiện rời. Mô hình được chia nhỏ thành từng board mạch chức năng độc lập, cắm trên một khung board chính (board mẹ).

Quá trình hiệu chỉnh và đo đạc thông số được thực hiện bằng các thiết bị đo kiểm:

  • Đồng hồ vạn năng (VOM).
  • Dao động ký (Oscilloscope) 25 MHz, 2 tia.
  • Máy phát tín hiệu hình chuẩn và máy phát sóng âm tần.
  • Bộ nguồn ổn áp thí nghiệm điều chỉnh từ 1,25 VDC đến 110 VDC / 2A.

Nội dung chính theo từng chương

Phần A: Dẫn nhập

Phần này trình bày lý do chọn đề tài, giới hạn phạm vi nghiên cứu của mô hình điện thoại bàn, mục đích củng cố lý thuyết kỹ thuật viễn thông - điện tử và so sánh các phương án thực thi (dùng vi xử lý, EPROM, linh kiện rời, hoặc IC chuyên dụng). Tác giả lựa chọn giải pháp sử dụng IC chuyên dụng kết hợp linh kiện rời nhằm tối ưu hóa tính trực quan, giúp sinh viên dễ tiếp cận nguyên lý mà không gặp rào cản phức tạp của vi xử lý.

Phần B - Chương I: Giới thiệu chung về mạng điện thoại

Chương này phân tích tổng quan cấu trúc mạng điện thoại 5 cấp, nhiệm vụ của tổng đài tự động trong việc xác định thuê bao, cấp phát tín hiệu, thiết lập trung kế, tính cước và giải tỏa đường truyền. Nội dung đi sâu phân loại các thông tin báo hiệu (yêu cầu/giải tỏa cuộc gọi, thông tin chọn địa chỉ, thông tin giám sát on/off-hook) và hệ thống âm hiệu chuẩn của tổng đài. Bên cạnh đó, chương khảo sát các đặc tính âm thanh như mức động, dải động, độ rõ, độ trung thực và dải tần hiệu dụng của tín hiệu thoại (300 – 3400 Hz).

Phần B - Chương II: Khái quát chung về máy điện thoại

Chương II mô tả nguyên lý biến đổi năng lượng sóng âm - dòng điện - sóng âm giữa ống nói và ống nghe. Tác giả phân loại máy điện thoại thành máy cơ điện (dùng đĩa quay số) và máy điện tử ấn phím (máy thông thường, máy có màn hình LCD, máy ghi âm tự động, máy không dây cordless, điện thoại thấy hình video phone). Đồng thời, chương giới thiệu hai phương pháp xây dựng mạch máy điện thoại (phương pháp hở mạch và phương pháp chập mạch) cùng quy chuẩn lắp ráp thiết bị bảo an đầu vào (cầu chì chống quá dòng, ống thu lôi chống sét và điện trở nhạy áp varistor).

Phần B - Chương III: Máy điện thoại ấn phím

Chương này phân tích sơ đồ khối chuẩn của máy điện thoại bàn ấn phím gồm 10 khối: mạch chống quá áp, mạch thu chuông, mạch chống đảo cực, chuyển mạch nhấc/đặt máy (hook-switch), mạch thu phát tín hiệu số, mạch diệt tiếng click/keng, mạch tự động điều chỉnh âm lượng (AGC), mạch đàm thoại (nói/nghe), cầu sai động khử trắc âm và mạch kiểm giữ cuộc gọi. Chương khảo sát chi tiết kỹ thuật gửi số bằng xung thập phân (Pulse) và xung đa tần kép (DTMF), đi kèm phân tích sơ đồ khối vi mạch phát xung số, bộ nhớ đệm quay lại số cuối (Redial) và mạch chuyển đổi D/A tạo sóng sin tổ hợp.

Phần C - Chương I, II & III: Linh kiện và các mạch liên quan trong máy điện thoại

Tác giả trình bày cấu tạo, thông số và cách đọc mã vạch của các linh kiện thụ động (điện trở than, tụ điện, diode bán dẫn). Chương phân tích cấu tạo và nguyên lý của 4 loại ống nói:

  1. Ống nói tĩnh điện (micro tụ điện).
  2. Ống nói áp điện (dùng tinh thể thạch anh, barium titanate biến đổi cơ - điện).
  3. Ống nói hạt than (thay đổi điện trở tiếp xúc của hạt than khi có áp lực âm thanh).
  4. Ống nói điện động.

Đồng thời, chương khảo sát cấu tạo của 3 loại ống nghe/loa: ống nghe điện từ nam châm vĩnh cửu, loa điện động và đĩa phát âm gốm áp điện (piezo ceramic). Dựa trên yêu cầu độ bền, trở kháng và tính tiện lợi, tác giả lựa chọn ống nói áp điện và đĩa phát âm gốm piezo cho mô hình thiết kế.

Phần C - Chương IV & V: Thiết kế cụ thể và thi công mô hình

Chương IV trình bày các bước tính toán thông số, lập sơ đồ nguyên lý, vẽ mạch in và bố trí linh kiện cho 6 khối mạch thực tế. Chương V mô tả quá trình gia công cơ khí, lắp ráp 6 board mạch lên khung board chính, thiết lập các điểm thử (test points) đo sóng và tổng hợp bảng hướng dẫn chẩn đoán, sửa chữa các lỗi phần cứng thường gặp.

Phần D: Kết luận & Hướng phát triển đề tài

Tổng kết các kết quả đạt được về tính năng vận hành tự động của mô hình điện thoại bàn, đánh giá giá trị hỗ trợ giảng dạy thực hành và vạch ra các hướng mở rộng kỹ thuật cho đề tài.

Thiết kế và triển khai mô hình kỹ thuật

Hệ thống mô hình điện thoại bàn được hiện thực hóa thông qua 6 khối mạch chức năng độc lập:

[Đường dây thuê bao Tip/Ring (48VDC)]

1. Chi tiết thiết kế các khối mạch chức năng

  • Khối 1 - Mạch bảo vệ và Chuyển mạch:
    • Bảo vệ: Sử dụng cầu chì, cuộn dây lọc cao tần $L_1, L_2$, Diac chống quá áp và cầu chỉnh lưu 4 diode 1N4004 để chống đảo cực tính từ tổng đài, cố định điện áp cấp cho toàn mạch.
    • Chuyển mạch: Cặp transistor công tắc Q1 (A94) và Q2 (A92). Tụ lọc $C_1 = 1\mu\text{F}$, điện trở $R_5 = 220\text{k}\Omega$. Dòng phân cực tính toán $I_{cQ2} = 0,8\text{mA}$, các giá trị điện trở định lượng gồm $R_2 = 2,2\text{k}\Omega$, $R_{12} = 33\text{k}\Omega$, $R_3 = 180\text{k}\Omega$, $R_4 = 470\text{k}\Omega$.
  • Khối 2 - Mạch thu chuông:
    • Sử dụng vi mạch chuyên dụng TA31002P. Tín hiệu chuông xoay chiều 90Vrms (25 Hz) từ tổng đài được nắn qua cầu diode, lọc bằng tụ $C_4 = 6\mu\text{F}$ và ghim áp bởi diode Zener ZD1 cấp vào chân 1 (+) và chân 5 (-) của IC.
    • Tần số chuông âm tần được xác định bởi mạch dao động ngoài gồm $R_3 = 15\text{k}\Omega$, $R_4 = 120\text{k}\Omega$, $R_5 = 820\text{k}\Omega$, $C_1 = 0,1\mu\text{F}$ và $C_2 = 682$. Tín hiệu ra tại chân 8 qua điện trở phối hợp trở kháng $R_1 = 220\Omega$, biến trở chỉnh âm lượng Ringer và diode bảo vệ 1N4001 lái loa áp điện Piezo.
  • Khối 3 - Mạch quay số:
    • Trái tim là vi mạch UM91210E hoạt động ở mức nguồn 5V (được ổn áp bằng diode Zener qua điện trở $R_2 = 220\text{k}\Omega$ và tụ nạp $C_2 = 47\mu\text{F}$). Dao động chủ sử dụng thạch anh tần số chuẩn 3,58 MHz kết nối tại chân 8 và chân 9.
    • Chân 7 nhận mức logic để chọn chế độ phát số: nối Mass (mức 0) cho chế độ DTMF; nối $V_{CC}$ (mức 1) cho chế độ Pulse.
    • Khi quay số Pulse, chân 14 điều khiển ngắt mở transistor Q1/Q2 của khối chuyển mạch để tạo xung dòng về tổng đài. Chân 13 xuất mức điện áp âm qua diode phân cực cho transistor ngắt mạch nghe nhằm triệt tiêu tiếng click gây ồn trên tai nghe.
  • Khối 4 - Mạch tổ hợp đàm thoại (nghe và nói):
    • Mạch phát thoại: Tín hiệu từ micro áp điện được khuếch đại qua transistor Q1 (C9014), phân cực qua $R_1 = 47\Omega$, $C_3 = 682$, đưa qua tầng đệm Q2 (8050) để nâng công suất phát lên đường dây.
    • Mạch thu thoại: Tín hiệu thoại từ tổng đài qua mạch bảo vệ, cấp vào cực B của transistor Q4 (C9014) qua mạng lọc phân cực ($R_8 = 68\text{k}\Omega$, $R_{13} = 5\text{k}\Omega$), khuếch đại xuất âm ra loa tai nghe qua transistor Q3 (C9014). Mạch kết hợp cầu sai động ($R_6 = 1000\Omega, R_7 = 680\Omega, R_{17} = 270\Omega$) nhằm cân bằng trở kháng và khử trắc âm.
  • Khối 5 - Mạch kiểm giữ cuộc gọi (HOLD):
    • Sử dụng các transistor Q1, Q2, Q3 (C9014) kết hợp cặp transistor bổ phụ Q4, Q5 (2N3906). Tần số cắt dưới của mạch chọn $f_c = 16\text{Hz}$ ($C_1 = 0,01\mu\text{F}$, $R_5 = 1\text{M}\Omega$). Mạch vi phân gồm $R_7 = 1\text{k}\Omega$, $C_5 = 10\mu\text{F}$.
    • Khi nhấn phím HOLD, LED chỉ thị sáng (dòng hạn dòng qua $R_{10} = 1,5\text{k}\Omega$), đồng thời kích dẫn Q1/Q2 đưa điện áp khóa mạch khuếch đại nghe/nói, ngắt micro và tai nghe nhưng vẫn duy trì dòng giữ tải đường dây của tổng đài. Mạch tự động giải tỏa khi người dùng nhấc tổ hợp trở lại.
  • Khối 6 - Khối bàn phím số:
    • Bàn phím ma trận 12 phím (4 hàng x 3 cột), các tiếp điểm hình răng lược bằng than dẫn điện dập trên phím cao su đàn hồi, kết nối trực tiếp vào các chân quét ma trận của IC UM91210E.

2. Quy trình thi công mô hình

  1. Bước 1: Thiết kế sơ đồ nguyên lý từng module trên máy tính, chạy layout mạch in, gia công phíp đồng, khoan lỗ, hàn lắp linh kiện và quét lớp nhựa thông pha cồn bảo vệ bề mặt chống oxy hóa.
  2. Bước 2: Bố trí 6 board khối lên khung board chính, kết nối các đường cấp nguồn và đường bus tín hiệu thông qua các đế cắm và header chuẩn.
  3. Bước 3: Lắp đặt công tắc chuyển mạch nhấc/đặt máy (hook-switch) và hệ thống chuyển mạch phụ.
  4. Bước 4: Đấu nối đường dây Tip - Ring vào nguồn tổng đài 48VDC thực tế, tiến hành đo kiểm dạng sóng tại các điểm thử và thử nghiệm cuộc gọi hai chiều.

3. Quy trình chẩn đoán và khắc phục pan sự cố thực nghiệm

Hiện tượng hư hỏng Nguyên nhân chính Biện pháp xử lý
Không đàm thoại, không phát số được, chuông chập chờn Board mạch bị ẩm ướt Dùng bóng đèn sấy đều hai mặt mạch in (khoảng cách 10–15 cm) trong 15–30 phút; kiểm tra lại trở kháng cách điện
Có chuông nhưng không nghe, không nói được Hỏng công tắc nhấc đặt (hook-switch) hoặc hỏng tiếp điểm chuyển mạch Đo thông mạch công tắc hook-switch, kiểm tra đường nguồn cấp từ khối chuyển mạch sang khối nghe/nói
Không đổ chuông hoặc chuông kêu ngắt quãng sai quy luật Đứt chân linh kiện, tụ $C_4$ rò rỉ hoặc hỏng IC TA31002P Kiểm tra các mối hàn khối chuông, đo điện áp Zener ZD1, thay thế linh kiện thụ động hoặc IC chuông nếu hỏng
Nhấn HOLD gác máy thì mất luôn cuộc gọi Mất tiếp xúc dây nối hoặc hỏng cặp transistor khóa Q4, Q5 Kiểm tra tiếp xúc header khối HOLD, kiểm tra điện áp nạp duy trì trên tụ $C_5$ và thay thế transistor hư
Một vài phím bấm lúc ăn lúc không Mòn lớp than dẫn điện hoặc oxy hóa đường mạch in hình răng lược Vệ sinh mặt tiếp xúc phím bấm, kiểm tra đường mạch in ma trận, dùng mỏ hàn tráng một lớp chì mỏng phủ kín mạch hở

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật

  • Chế tạo thành công mô hình phần cứng máy điện thoại bàn ấn phím hoàn chỉnh, đáp ứng đầy đủ các chức năng viễn thông tiêu chuẩn: tự động nhận diện cuộc gọi, đổ chuông ngắt quãng chuẩn 2s on / 4s off, đàm thoại hai chiều rõ nét, quay số linh hoạt ở cả hai chế độ Pulse và DTMF, kiểm giữ cuộc gọi HOLD có đèn LED chỉ thị.
  • Mạch bảo vệ đầu vào triệt tiêu hiệu quả xung sét, chống quá áp và tự động đảo cực tính nguồn nuôi mà không gây hư hại vi mạch bên trong.
  • Tầng khuếch đại tổ hợp phối hợp trở kháng tốt với đường dây 600 $\Omega$, triệt tiêu hoàn toàn tiếng rít tự kích, giảm thiểu tiếng click khi quay số và khử hiện tượng trắc âm nhờ mạch cầu sai động.

2. Đóng góp về mặt đào tạo và sư phạm

  • Khắc phục nhược điểm "hộp đen" của các máy điện thoại thương mại nguyên khối bằng cách module hóa thành 6 board mạch chức năng trực quan.
  • Cung cấp phương tiện trực quan cho sinh viên thực hành đo đạc các dạng sóng chuẩn (xung chuông, xung clock thạch anh 3,58 MHz, tín hiệu tổ hợp 2-tone DTMF, xung đóng cắt Pulse) bằng dao động ký.
  • Cung cấp tài liệu kỹ thuật chi tiết về quy trình tính toán phân cực transistor, thiết kế mạch in và quy trình phân tích pan hư hỏng phục vụ học phần Thực tập Viễn thông và Sửa chữa Thiết bị Điện tử.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế

  • Mạch chưa tích hợp vi điều khiển nên chưa thể lập trình xử lý các tính năng nâng cao.
  • Khối kiểm giữ cuộc gọi (HOLD) mới chỉ sử dụng đèn LED báo trạng thái, chưa tích hợp vi mạch phát nhạc chờ tự động.
  • Chưa có bộ hiển thị màn hình LCD để theo dõi số thuê bao gọi đến/gọi đi và đồng hồ đếm thời gian cuộc gọi.
  • Việc tạo mô hình còn phụ thuộc vào một số IC chuyên dụng (UM91210E, TA31002P) có thể gặp khó khăn về nguồn cung ứng linh kiện thay thế trên thị trường.

2. Hướng phát triển

  • Tích hợp vi mạch phát nhạc vào khối HOLD để phát âm nhạc chờ cho phía đối phương khi tạm dừng đàm thoại.
  • Bổ sung khối vi xử lý kết hợp màn hình tinh thể lỏng (LCD) để hiển thị số máy gọi đến (Caller ID), số máy bị gọi, thời gian đàm thoại và trạng thái hoạt động của hệ thống.
  • Thiết kế bổ sung module tính cước độc lập phục vụ cho các trạm điện thoại công cộng.
  • Mở rộng chức năng ghi âm tin nhắn tự động khi vắng nhà (Answering Machine), nhớ số rút gọn và nhận dạng quay số bằng giọng nói.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông: Sử dụng làm tài liệu học tập thực hành trong các học phần Mạch điện tử, Kỹ thuật truyền số liệu, Xử lý tín hiệu và Thiết bị đầu cuối viễn thông.
  • Giảng viên và kỹ thuật viên phòng thí nghiệm: Tham khảo phương pháp module hóa phần cứng để thiết kế các bộ thực hành thí nghiệm viễn thông tương tự.
  • Kỹ thuật viên sửa chữa thiết bị điện tử dân dụng: Tham khảo quy trình chẩn đoán sự cố, bảng tra cứu pan hư hỏng và phương pháp cân chỉnh mạch viễn thông analog - digital.

Nội dung đáng tham khảo nhất trong công trình là bảng tính toán thông số phân cực chi tiết cho các tầng transistor ở Chương IV và sơ đồ kết nối liên khối board mẹ ở Chương V.

Câu hỏi thường gặp

1. Mạng điện thoại phân cấp như thế nào và các thông số điện áp, dòng điện trên đường dây thuê bao chuẩn là bao nhiêu?
Mạng điện thoại được phân thành 5 cấp tổng đài (từ cấp 1 đến cấp 5), trong đó tổng đài cấp 5 là tổng đài nội hạt kết nối trực tiếp với thuê bao (phục vụ tối đa 10.000 đường dây). Trở kháng đường dây thuê bao khoảng 600 $\Omega$. Điện áp nguồn tổng đài cung cấp ở trạng thái rỗi là 48VDC (qua hai dây Tip và Ring). Khi thuê bao nhấc máy (off-hook), dòng điện một chiều trong mạch đạt 20mA DC và điện áp sụt trên hai đầu dây giảm xuống còn khoảng +4VDC.

2. Sự khác biệt về thời gian và cơ chế gửi số giữa phương thức DTMF và quay số xung thập phân (Pulse) là gì?
Quay số xung thập phân (Pulse) hoạt động bằng cách đóng ngắt dòng điện một chiều trên đường dây theo chuỗi xung với các tỷ lệ đóng/mở chuẩn (60/40 hoặc 66,7/33,3). Trong khi đó, DTMF gửi số bằng cách phát đồng thời tổ hợp hai tần số hình sin (một tần số nhóm thấp và một tần số nhóm cao). Với DTMF, thời gian nhận một chữ số là 50ms và thời gian nghỉ là 50ms (tổng cộng 100ms/số), gửi chuỗi 10 chữ số chỉ mất đúng 1 giây; trong khi quay số đĩa xung mất tới 11,3 giây.

3. Hiện tượng trắc âm (side-tone) là gì và được triệt tiêu bằng cách nào trong mạch điện thoại?
Hiện tượng trắc âm là hiện tượng người nói nghe thấy chính tiếng nói của mình vọng lại trong ống nghe với cường độ lớn, gây khó chịu trong quá trình đàm thoại. Mạch điện thoại khắc phục hiện tượng này bằng nguyên lý cầu sai động: đặt mạch nói và mạch nghe nằm trên hai nhánh đối diện của cầu điện trở, kết hợp mạng cân bằng trở kháng $Z_b$ với trở kháng đường dây $Z_d$. Khi điều chỉnh $Z_b = Z_d$, cầu đạt trạng thái cân bằng, điện áp từ mạch nói bị triệt tiêu tại ngõ vào của mạch nghe, loại bỏ tiếng dội âm.

4. Những vi mạch chuyên dụng nào được sử dụng trong khối thu chuông và khối quay số của mô hình?
Khối thu chuông sử dụng vi mạch TA31002P kết hợp mạch cộng hưởng RC bên ngoài và loa gốm áp điện Piezo để tạo âm báo chuông ngắt quãng. Khối quay số sử dụng vi mạch công suất thấp CMOS UM91210E kết hợp thạch anh định tần 3,58 MHz, hỗ trợ cả hai chế độ quay số Tone (DTMF) và Pulse thông qua chân điều khiển mức logic số 7.

5. Khối HOLD trong mô hình hoạt động theo nguyên tắc nào và có điểm gì khác so với máy thương mại?
Khối HOLD trong mô hình sử dụng mạch khóa transistor (C9014 và cặp transistor bổ phụ 2N3906) kết hợp mạch vi phân ($R_7 = 1\text{k}\Omega, C_5 = 10\mu\text{F}$) để ngắt tạm thời tín hiệu micro và tai nghe ra khỏi đường dây nhưng vẫn duy trì dòng tải tương đương trạng thái nhấc máy đối với tổng đài. Điểm khác biệt là mô hình sử dụng đèn LED để báo hiệu trạng thái kiểm giữ thay vì tích hợp IC phát nhạc chờ như trên các dòng máy thương mại phức tạp.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình điện thoại bàn" của nhóm sinh viên Đặng Văn Bảy và Thái Hoàng Chí An là công trình kỹ thuật phần cứng hoàn chỉnh, kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết viễn thông tiêu chuẩn và kỹ thuật thiết kế mạch điện tử thực nghiệm. Việc phân chia hệ thống thành 6 khối chức năng module hóa cắm trên board mẹ đã giải quyết bài toán trực quan hóa cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị đầu cuối viễn thông. Công trình cung cấp giải pháp kỹ thuật hữu ích phục vụ đào tạo thực hành, đo kiểm dạng sóng và rèn luyện kỹ năng phân tích, xử lý sự cố mạch điện tử cho sinh viên ngành Điện - Điện tử.