401 / LR2

Лабораторна робота №2

ТЕЛЕФОННИЙ ФІЛЬТР «ГРАНІТ-8»

Мета роботи: Теоретично і практично вивчити електричні властивості телефонного фільтра «Граніт-8».

Завдання: Виконати експериментальне вимірювання параметрів телефонного фільтра «Граніт-8» і оцінити придушення небезпечного інформаційного сигналу.

Теоретичні відомості

Телефонний фільтр «Граніт-8» призначений для захисту телефонних ліній від акустоелектричних перетворень і від високочастотного нав'язування.

Як відомо, телефонний апарат може працювати як мікрофон, за рахунок акустоелектричних перетворень в елементах, які застосовуються при його виготовленні: динамік, мікрофон, електромеханічний дзвінок. При цьому корпус телефону грає роль резонатора, який підсилює сигнал. Токи, які будуть протікати в акустоелектричних перетворювачах, при впливі на них звукової хвилі, будуть пропорційні закону зміни цієї звукової хвилі.

Один з методів зняття інформації з телефонних апаратів - високочастотне нав'язування. Цей метод можна реалізувати наступним чином. У телефонну лінію підключається високочастотний генератор. Якщо трубка телефонного апарату, який обладнаний електромеханічним дзвінком, покладена, то мікрофон з динаміком виявляться відключеними. Тому сигнал з високочастотного генератора надійде в ланцюг електромеханічного дзвінка телефонного апарата. Звукова хвиля, посилена корпусом телефонного апарату, буде впливати на якір електромеханічного дзвінка. В результаті якір буде коливатися в магнітному полі котушки, наводячи в ній ЕРС індукції, яка буде пропорційна закону зміни звукової хвилі впливає на якір дзвінка. Так як в котушці, при нашій умові, присутній гармонійний сигнал з високочастотного генератора, цей гармонійний сигнал буде змінено наведеною ЕРС індукції, тобто відбудеться модуляція. Знімаючи значення модульованого сигналу (наприклад через телефонну лінію), ми можемо прослуховувати приміщення за допомогою телефонного апарату.

При організації захисту телефонних ліній необхідно враховувати наступні фактори:

- Телефонні апарати можуть використовуватися для підслуховування переговорів, які ведуться в приміщенні, де вони встановлені;

- Прослуховування телефонних розмов можливо через безпосереднє підключення до телефонного аппарату, шляхом прийому та обробки випромінювання електромагнітних хвиль, які випромінюються радіотелефоном, мобільним телефоном у простір, а так само сигналів, що передаються засобами телефонної або енергетичної лінії;

- Використання мікрофонного ефекту і ефекту високочастотного нав'язування для зняття інформаційного сигналу з телефонного апарату, коли слухавку покладено.

Крім того, телефонні лінії, прокладені в приміщенні, можуть використовуватися в якості:

- Ліній для передачі отриманої інформації;

- Джерела живлення для пристроїв зняття інформації;

- Засоби дистанційного керування пристроями зняття інформації.

Внаслідок цього, методи та пристрої захисту телефонних апаратів та телефонних ліній повинні бути спрямовані на виключення:

- Використання телефонних апаратів і ліній для прослуховування переговорів, які ведуться в приміщенні;

- Безпосереднього прослуховування телефонних апаратів;

- Несанкціонованого використання телефонної лінії.

Для захисту телефонного апарата від витоку мовної інформації використовуються пасивні та активні методи і пристрої. До пасивних методів відносяться:

- Амплітудне обмеження небезпечних сигналів;

- Фільтрація небезпечних сигналів;

- Відключення джерел небезпечних сигналів.

Тепер розглянемо, яким чином захищає телефонний фільтр «Граніт-8» телефонний апарат. Можливість обмеження небезпечних сигналів грунтується на нелінійних властивостях напівпровідникових елементів, головним чином діодів. У схемі обмежувача малих амплітуд використовуються два зустрічно ввімкнених діода, що мають вольтамперную характеристику (залежність значення протікання по діоду електричного струму від прикладеної до нього напруги), показану на рис.1.

Рис. 1. Вольтамперна характеристика діодів

Такі діоди мають великий опір (сотні кОм) для струмів малої амплітуди і одиниці Ом і менше - для струмів великої амплітуди (корисних сигналів), що виключає проходження небезпечних сигналів малої амплітуди в телефонну лінію і практично не впливають на проходження через діоди корисних сигналів. Діодні обмежувачі включаються послідовно в лінію дзвінка (рис.2) або безпосередньо в кожну з телефонних ліній.

Рис. 2. Схема пристрою захисту телефонних апаратів типу "Граніт", що поєднує фільтр і обмежувач

При такій вольтамперній характеристиці сигнали обмежуються і сильно ослабляються. Як будь-який електронний пристрій, телефонний та факсимільні апарати, концентратор і лінії що з'єднують його створюють у відкритому просторі досить високі рівні випромінювання в діапазоні частот аж до 150 МГц.

Завдяки малим розмірам джерела випромінювання і, відтак, не набагато довше його внутрішніх монтажних проводів, рівень випромінювання самого апарату швидко зменшується відповідно з віддаленням від нього.

Крім того, несиметричний внутрішній опір телефонного апарату, як джерела випромінювання, щодо землі завжди значно більше аналогічного опору телефонної лінії. Внаслідок цієї напруги випромінювання в дротяних лініях, вимірювані між ними і землею, зазвичай бувають менше, ніж аналогічні напруги, вимірювані між лінійними проводами і корпусом телефонного апарату.

Для того щоб повністю подавити всі види випромінювань, що створюються телефонними апаратами, необхідно відфільтрувати випромінювання в лінійних проводах, що відходять від апаратів, і в проводах мікротелефону, а також забезпечити достатній захист внутрішньої схеми телефонного апарату. Це можливо тільки при значній схемній переробці телефонних апаратів та зміні їх електричних параметрів. Зі сказаного випливає, що для того, щоб захистити телефонний апарат, необхідно захистити ланцюг мікрофона, ланцюг дзвінка, двопровідну лінію телефонного зв'язку.

Фільтрація небезпечних сигналів використовується головним чином для захисту телефонних апаратів від «високочастотного нав'язування».

Найпростішим фільтром є конденсатор, встановлюваний в ланцюг дзвінка телефонних апаратів з електромеханічним дзвінком і в мікрофонний ланцюг всіх апаратів. Ємність конденсатора вибирається такої величини, щоб зашунтувати зондувальні сигнали високочастотного «нав'язування» і не робити істотного впливу на корисні сигнали. Зазвичай для установки в ланцюг дзвінка використовуються конденсатори, ємністю 1 мкФ, а для установки в мікрофонний ланцюг - 0,01 мкФ. Більш складний фільтруючий пристрій є багатоланковим фільтром низької частоти на LC-елементах.

Для захисту телефонних апаратів, як правило, використовуються пристрої, що поєднують фільтр і обмежувач. До них відносяться пристрої типу «Екран», «Граніт-8», «Грань-300» та ін. Ці пристрої забезпечують придушення інформаційного низькочастотного сигналу більш ніж на 80 дБ і вносять загасання для високочастотних сигналів в смузі частот від 30 кГц до 30МГц більше 70 дБ.

Фільтр «Граніт-8» розрахований на роботу в автоматичному режимі, цілодобово, під безперервним навантаженням в лініях з опором 600 Ом 10%.

Конструктивно фільтр виконаний в корпусі з оцинкованої сталі, в якому на спеціальній втулці закріплені друкована плата виробу і кришка корпусу. Всі елементи схеми захищені електростатичним екраном.

Підключення виробу до джерела сигналу і навантаження здійснюється за допомогою клем, розташованих на друкованій платі. Крайні клеми є сигнальними, центральні - призначені для підключення заземлення та екрануючих проводів.

Фільтр «Граніт-8» є чотириполюсник, що стоїть з двох П-образних індуктивно-ємнісних ланок і діодного моста. Діодний міст є входом виробу і призначений для зменшення коефіцієнта передачі фільтра при малих рівнях сигналу. Сигнали, які можуть виникати на виході ТЗПІ при акустичних перетвореннях, придушуються.

Фільтр схеми є вихідною ланкою чотириполюсника і являє собою фільтр нижніх частот з частотою зрізу не більше 23 кГц. Призначення фільтру - пропускати сигнали в мовному діапазоні частот при нормальному режимі роботи телефонної лінії і затримувати високочастотні сигнали, що подаються в лінію при високочастотному нав'язуванні.

Технічні характеристики моделі:

- Що вноситься фільтром загасання в смузі частот мовних сигналів 0,3-4 кГц при рівні вхідного сигналу 0,1 В;

- Що вноситься фільтром загасання на частоті 10 кГц при рівні вхідного сигналу 0,1 В не менше 60 дБ;

- Що вноситься фільтром загасання в смузі частот 0,15-10 кГц при рівні вхідного сигналу 5 В не більше 3 дБ;

- Що вноситься фільтром загасання на частоті 50 кГц при рівні вхідного сигналу 5 В не менше 6 дБ;

- Що вноситься фільтром загасання на частоті 100 кГц при рівні вхідного сигналу 5 У не менш 10 дБ;

- Максимальна напруга між вхідними контактами в «режимі холостого ходу» не більше 105 В;

- Максимальний струм навантаження 0,1 А;

- Габаритні розміри виробу 57-40-16 мм;

- Маса фільтра 0,3 кг;

- Час безвідмовної напрацювання не менше 5000 год