拨回旧时光

有很多曾经出现在我们的生活中，

改变着我们的生活，又消失不见事物。比如那些曾被我们视为至宝的电话。一台转盘老座机，一段慢慢旧时光。电影里，上个世纪，豪华公馆，慵懒的美丽女主人，靠在沙发上，漫不经心的接着电话。那个华丽精致的转盘式电话。

^{一台转盘老座机，一段慢慢旧时光}

现在还记得小时候第一次使用转盘式电话打电话时的激动心情。那个时代我们普遍害羞胆小，即使通过听筒仿佛也是对着一个陌生人在讲话，心里忐忑不安。

转盘电话机我用过，但没有拥有过。当自己家里安装第一台电话机的时候，已经普及双音频拨码电话了，转盘电话悄悄离我们远去了。

这个周末，我的办公室有人送来了一台转盘电话机，其主人主要是和我探讨他们在对其进行改造中电话机振铃驱动的问题。

^{办公桌上的一台转盘电话}

打开这台转盘电话机，我是人生第一次看到电话机内部的结构和部件。其中包括有接线排、电感、电容、电阻以及电磁铁等。

看惯了现在的电子电路，对于当年的转盘电话机终端中的电子线路还是表示惊讶。其中居然没有任何有源电子器件，像三极管、二极管、运算放大器等，更不用说单片机了。

尽管如此，机械电话机仍然可以自动完成拨号、振铃检测、摘机通话等功能。

^{转盘电话机内的电子线路}

转盘电话机中拨号脉冲是由机械旋转齿盘拨动金属簧片的通断完成的。不同的数字转盘旋转的圈数不同，对应不同的脉冲。

完成旋转恒速控制是由一个套在金属桶里的惯性摩擦轮完成。摩擦轮是由一对半圆质量块组成，它们固定在金属簧片上。当拨码转盘带动惯性轮旋转时，由于离心力，两块半圆质量块就会张开，摩擦外面的金属桶产生阻力，进而降低转速。

这与当年瓦特发明的蒸汽机中控制转速的旋转惯性轮的原理类似，属于比例负反馈控制。

^{拨码机械结构与恒速控制}

我之所以今天有机会拆开看到转盘机械电话机终端，是为了帮助其主人完成电话铃的驱动问题。

传统电话机中的采用两线通话方式。在挂机状态，电话线具有直流电压50V左右。当有电话打入时，就会在原来的直流信号时叠加有正弦交流信号，频率在25Hz左右，交流有效值在60V到110V之间。通话后，电话线上的电压降低到9V左右。

电话机中的电铃是由电磁铁转动的金属棒敲击两个不同频率的铃铛发声的。电磁铁的阻抗很大，大约是直流阻抗3.5k欧姆，电感为7.75亨。

^{电话机内电磁铃铛的阻抗和感抗}

当年的铃铛阻抗大，是为了适合振铃高电压信号的要求，之所以采用高电压振铃信号，也是为了避免远距离电话线的阻抗对振铃信号的衰减。

如果使用工作电压为12V的电子线路，如何能够驱动这高阻抗的振铃呢？

如果不采取升压方法，直接使用12V的交流信号是无法驱动机械转盘电话机中的电磁铃铛的。

^实验电路

一种最简单的方法，就是通过一个小型的交流变压器进行阻抗变换。如果变压器的分压比为N，那么阻抗变换的比值就是N的平方。

下面是一个220V转9V的交流变压器。将电话机电磁铃铛接在变压器的220V原边，将12V的方波信号通过副边（9V）输入，这样便可以有效的驱动电话振铃了。

^{通过变压器进行阻抗变换}

这种方法虽然简便，但是有一个缺点，那就是普通的变压器是按照50Hz进行设计的。而电话机振铃信号的频谱只有25Hz，频率低了，就会使得变压器绕组电感感抗降低，从而使得磁芯电流增加。

下图是测量变压器原边和副边的波形信号。可以看出，信号后面出现了高频波动信号。这是由驱动功率芯片A4950限流功能引起的高频斩波信号。表明由于25Hz频率低了，造成变压器电抗降低进而引起过流。

^{变压器原边和副边的电压波形}

解救这个问题，需要将变压器进行降额使用，即增加变压器的功率，提高变压器原边和副边的匝数，避免由于频率低而产生过流。

增加变压器的功率，使得变压器的体积和重量都增加，并且电路效率也不高。

可以采用高频升压电路，将直流12V提升到50V，然后在通过桥式电路输出交流波形驱动电话振铃。

^{采用斩波升压提高输出电压幅值}

在高频斩波电路中，由于工作频率高，所以在相同的输出功率下，对于电路中的电感的体积就可以大大减小。对于峰值为50V的方波信号，对应的交流信号的峰值为64V左右，可以满足电话振铃驱动的需要。在转盘电话机里蕴含着很多过去的旧时光，00后的年轻人也许从未使用过它，就像磁带录音机、BP机一样，它们曾经给我们带来很多欢乐与回忆。