Сотовый телефон, чрезвычайно удобная вещь, стал постоянным спутником жизни многих их владельцев. Однако для большинства пользователей он остается маленьким “черным ящиком”. Кое-что о работе сотового телефона можно узнать, воспользовавшись советами, приведенными в этой статье. 
Рис. 1
Энергопотребление этого почти недоступного нам "черного ящика", его особенности в различных режимах работы — то немногое, о чем радиолюбитель может судить сам.
Нужно лишь включить свой телефон так, как показано на рис. 1.
В качестве примера приведены осциллограммы для мобильного телефона LX677 (Ericsson) в двух режимах: в ожидании звонка (рис. 2, а) и в процессе передачи в эфир извлекаемого из памяти телефонного номера абонента (рис. 2, б).
Какие-либо эксперименты со своим телефоном следует начинать с такого исследования режимов его работы.
Питание сотового телефона от стационарного аккумулятора.
Одна из постоянных забот владельца мобильного телефона — аккумулятор. Его энергозапаса без подзарядки хватает обычно лишь на два-три дня работы. 
Но миниатюрность аккумулятора — первопричина малой его энергоемкости - совсем не обязательна, если сотовый телефон используется в качестве стационарного, например, для связи дачи с городом.
Рис. 2а.
Однако, как это видно из приведенных осциллограмм, телефон предъявляет довольно жесткие требования к внутреннему сопротивлению источника питания.
Даже в режиме дежурного приема отдельные броски потребляемого тока, превышающие среднее его значение в 30...40 раз, могут повести к совершенно недопустимому снижению напряжения питания.
В "дачном" варианте питания мобильного телефона с напряжением аккумуляторной батареи 4,8В (того же LX677) его штатную батарею можно заменить стационарной, составленной, например, из четырех банок НКН-45 (никель-кадмиевый аккумулятор емкостью 45 А-ч). Разовой зарядки аккумулятора столь большой емкости хватит, скорее всего, на весь дачный сезон. 
Существенно и то, что такой аккумулятор будет не только много дешевле штатного, но из-за меньшего числа перезарядок дольше прослужит.
Хотя внутреннее сопротивление большого аккумулятора само по себе очень невелико, к нему добавляется сопротивление линии связи с телефоном.
Рис. 2б.
Как показал опыт работы с LX677, активное сопротивление этой линии не должно превышать 1 Ом, а внесенная индуктивность — 30 мкГн .
Лучше использовать в этом качестве коаксиальный кабель. Годится, например, РК50-2-16 длиной З…3,5 м. Другой вариант — скрученная пара проводов МГШВ-0,5 примерно такой же длины.
Питание "дачного" сотового телефона от сетевого блока.
Принципиальная схема одного из возможных вариантов цепи питания сотового телефона от сети приведена на рис. 3. 
На выходе диодного моста (на конденсаторе С1), подключенного к обмотке понижающего трансформатора с напряжением 6,3В, формируется постоянное напряжение, которое с учетом всех потерь (отсечки, активные потери, пульсации) обычно бывает не ниже +6,5В.
Рис.3.
Этого достаточно для питания стабилизатора, напряжение на выходе которого не превышает +5В (обычно в сотовых телефонах напряжение питания составляет 3; 3,6; 4,2; 4,8; 5В при пиковом токе не более 1...1.5 А).
Для обеспечения высокой надежности стабилизатора транзистор VT1 установлен с большими запасами , как по току коллектора, так и по напряжению коллектор-эмиттер. Достаточно низкое выходное сопротивление стабилизатора (Rвых £
0,25 Ом) обеспечивается высоким коэффициентом передачи тока базы транзистора VT2 и "низкоомным" режимом работы стабилитрона VD2.
Хотя напряжение на выходе выпрямителя, питающего стабилизатор, невелико и даже прямое его попадание на сотовый телефон (например, в случае пробоя транзистора VT1) для многих из них не представляет большой опасности, в блок можно ввести защитный транзистор VT3 (показан штриховыми линиями), работающий в режиме мощного стабилитрона. 
Выставленный в режим подпороговой отсечки (UCT-UVD3< 0,5...0,6В, где UVD3 — напряжение на стабилитроне VD3, а 0,5...0,6 В — напряжение отсечки транзистора VT3) он открывается при UCT > UVD3 + 0,6 В и удерживает UCT на этом уровне.
Таблица1.
Если в этом режиме окажется , превышен ток плавкого предохранителя FU1, он будет сожжен без каких-либо последствий для сотового телефона.
В выборе стабилитрона VD3 может быть полезна табл. 1.
Сетевой блок связывают с мобильным аппаратом двухпроводной линией малого импеданса.
Если мобильный аппарат не слишком мал (его миниатюрность на даче и не нужна), то стабилизатор можно установить на место снятого аккумулятора. Но трансформатор, диодный мост и конденсатор фильтра С1 остаются, конечно, в стороне.
Трансформатор — накальный ТН. Суммарный ток его обмоток на 6,3В (в трансформаторах этого типа обмотки можно включать параллельно) должен быть не меньше 1,5 А [1]. Вполне годятся, например, ТН36 или ТН46.
Падение напряжения на диодах моста 1 Д..1,2В может быть уменьшено переходом на мост, составленный из германиевых диодов, например, Д302 или ДЗОЗ, до 0,5...0,6 В.
Указанная здесь емкость конденсатора С1 минимальна. С таким конденсатором амплитуда пульсаций частотой 100 Гц на выходе выпрямителя при токе Iн = 1 А - будет менее, чем 0,01 - Iн(А)/С1(Ф) = 0,7В, что в балансе общих потерь напряжения не так мало.
Блок питания со стабилизатором такой конфигурации сначала включают в сеть, а затем к нему подключают нагрузку (под нагрузкой он может не включиться). Но поскольку при случайном отключении сети (на дачах это, к сожалению, не редкость), повторного включения потребует и сам телефон, это не так важно.
Контроль тока потребления сотового аппарата — средство, способное прояснить действительные его функции.
Приобретая сотовый телефон, мы остается в полном неведении относительно того, что он делает на самом деле. Все ли ограничивается тем, о чем рассказывает нам реклама? Нет ли в сотовой телефонии каких-то особенностей, о которых она умалчивает?.. 
Мобильный телефон, вступая по требованию своего владельца в связь с нужным ему абонентом, общается с ближайшим пунктом сотовой связи и выполняет по его требованию ряд обеспечивающих эту связь протокольных операций.
Рис. 4.
Но только ли это? Не живет ли купленный нами аппарат своей собственной жизнью? Для того чтобы это выяснить, изготовим устройство, принципиальная схема которого приведена на рис. 4.
Все его элементы можно разместить на печатной плате 50x25 мм. Резисторы: R1 — С5-17В, R4 и R5 — СПЗ-38б, остальные — МЛТ-0,125. Конденсаторы С1 и С2 — КМ-6 или К10-176.
На этой же плате устанавливают и миниатюрный пьезоизлучатель со встроенным генератором типа НСМ1206Х (12x10 мм). Правильно изготовленное устройство наладки не требует, но его настройка может быть выполнена в двух вариантах.
Для обнаружения включения сотового телефона без ведома владельца устройство должно отреагировать на увеличение Iвыкл — тока в цепи питания выключенного мобильника (который, заметим, не равен нулю; в LX677, например, Iвыкл = 0,2 мА) — до тока дежурного режима.
Выбором конденсатора С1 установим постоянную времени входной цепи операционного усилителя (ОУ) близкой к t = Rдиаг С1 =20 мс, где Rдиаг 80х10000 — сопротивление моста, образованного резисторами R1—R7, со стороны его диагонали, подключенной ко входам 2 и 3 DA1.
"Смазав" таким образом в интервале 1,3 с импульс длительностью 1 мс и амплитудой 0,35 А (см. рис. 2, а), оценим падение напряжения на резисторе R1 от тока I 01 — импульса силой 0,1 А и длительностью 100 мс (>3t): Ur01 = R1x I 01 = 0,1x 0,1 = 10 мВ.
Выставим подстроечными резисторами R4 (грубо) и R5 (точно) режим: U2 DA1 > (U3 DAI + UGB1 /Кус), где U2 DA1 и U3 DA1 — напряжения на инверсном и прямом входах DA1; UGB1 = +3...5В — напряжение питания телефона; Кус = 5 х 100000 — коэффициент усиления операционного усилителя DA1. Поскольку диапазон напряжений, соответствующих линейному режиму работы ОУ, очень мал (UGB1/Kyc £
0,1 мВ), установим U2 DA1 = U3 DA1 +2,5 мВ.
В этом режиме на выходе ОУ (выв. 6 DA1) формируется выходное напряжение, близкое к нулю. Это значит, что транзистор VT1 будет закрыт (и без резистора R10), а нагрузка ВА1 отключена.
Очевидно, что при выключенном телефоне падение напряжения на резисторе R1 будет много меньше выставленного смещения и акустический сигнал не прозвучит.
Но появление в режиме дежурного приема в цепи питания импульсов 101 амплитудой 0,1 А приведет к периодическому переключению ОУ с формированием "пачки" тональных сигналов в каждом интервале 1,3 с.
Для обнаружения выхода сотового телефона в режим передачи выставим U3 DA1 так, чтобы устройство "молчало" и в режиме дежурного приема. Установим, например, U2 DA1 = U3 DA1 + 7 мВ. Легко видеть (см. рис. 2, б), что в режиме передачи усредненный ток I пер ср = 025А и падение напряжения на резисторе R1 составит Ur1 пер = I пер cpR1= 0.25х0,1= 25 мВ.
Соответственно, U2 DA1 увеличится на 12,5 мВ (0,5 UR1 ПЕР), а этого достаточно для переключения ОУ в другое его крайнее состояние U3 DA1 = U2 DA1 + 5,5 MB, которому на выходе К1407УД2 соответствует напряжение U6 max = UGB1 - 0,7В.
Таким образом, даже при UGB1 = +3В возникающий в базе транзистора VT1 ток, равный (U6 max - 0,6 В) / R9 = (3 - 0,6) /100000 = 0,24 мА, будет достаточен для введения его в режим насыщения (h213 VT1 = 400...1000; ток, потребляемый НСМ1206Х, не превышает 19 мА при UGB1 = +5В и 9 мА при UGB1 = +3В), которому соответствует падение напряжения на переходе эмиттер-коллектор VT1, не превышающее 0,2...0,3 В.
В схему прибора могут быть внесены изменения. Другим может быть операционный усилитель (еще лучше — компаратор), к которому предъявляется, посуществу, лишь одно требование: он должен нормально функционировать при питании от однополярного источника напряжением UGB1. Если окажется, что в выбранном ОУ минимальное напряжение на выходе больше, чем 0,5 В, то в базовую цепь транзистора VT1 потребуется ввести резистор R10.
Несколько видоизменив схему включения резистора R1, устройство можно питать от постороннего источника с более высоким напряжением. Это позволит использовать практически любой ОУ.
Другой может быть и схема формирования звукового сигнала. Акустическим излучателем может быть обычная динамическая головка.
Можно изменить постоянную времени входной цепи ОУ. Так, при t = 1 с (емкость керамического конденсатора С1 увеличивают до 4,7 мкФ) максимальный ток дежурного режима уменьшится до 10... 12 мА и отличить его от тока передачи (0,25 А) будет уж совсем просто. Правда, такое медленно реагирующее устройство может не заметить выхода телефона в эфир на короткое (1...1.5 с) время.
Но почему все это должно нас волновать?
Самостоятельное включение мобильника означает, что он вступил в активное общение с ближайшими пунктами сотовой связи и, как минимум, обозначил свое местоположение. А если аппарат тайно, сам по себе переходит в режим передачи, то это может означать и многое другое. Например, трансляцию нетелефонных разговоров своего владельца...
Технически и организационно все это вполне возможно. Конечно, можно принять заверения фирм (если они их делают), что от многих подобных возможностей они отказываются по морально-этическим соображениям и действующими протоколами такого рода функции мобильника не поддержаны. Можно поверить, но можно и проверить...
Велика ли мощность передатчика мобильного телефона?
Она, конечно, напрямую связана с его энергопотреблением в режиме передачи. Мощность передатчика в современных мобильных телефонах не остается постоянной. Представленная в 7, 11 или 14 позициях (их число зависит от модели телефона) она обычно колеблется от 0,02 до 2
Вт [2]. Но есть и 8-ваттные аппараты, например, СОМ 607/608 (ВОСН), НР-2711 и НР-2731 (DAN-CALL), SGH-100 (Samsung). Однако из всего спектра возможных мощностей мобильного телефона протокол обязан ограничиться наименьшей, лишь достаточной для надежной связи. Так в этой технике минимизируют вред, наносимый человеку СВЧ излучением. Велик ли этот вред— покажет время. Но пока оно будет "показывать", поставщики сотовой аппаратуры с нашей медициной уже о чем-то договорились...
Какие именно уровни СВЧ излучений (в цифрах, разумеется) сегодня считаются у нас (и не у нас) допустимыми? Соответствуют ли им продаваемые у нас сотовые телефоны? Не торгуют ли у нас телефонами, которые уже нельзя продать в странах, принявших более жесткие нормативы по СВЧ облучению? Какие из продающихся у нас телефонов безопаснее? Что опаснее: сотовый телефон или СВЧ печь?
Всего этого реклама сотовых телефонов не касается, акцентируя внимание покупателя на "крутизне" продаваемой модели и изящности ее форм. В просвещении будущего пользователя не особенно заинтересован и Минздрав (вспомним недавние его тайные "нормы" на ионизирующую радиацию, в 30...100 раз превышавшие сегодняшние), вернее рассчитывать на собственные исследования в этой области и обмен опытом. Это, как минимум, контроль.
Но минимизируется ли мощность СВЧ излучения мобильника хотя бы по признаку достаточности? Не выводит ли ее протокол связи на более удобный для себя уровень? (В зависимости от качества коммуникации число ошибочных битов меняется от 0,2 до 25,6 %; см. RQ в сервисном меню.) Ведь интересы фирмы и пользователя совпадают здесь лишь частично. К тому же, повреждениям мозга и слишком быстро разряжающемуся аккумулятору можно найти и другие объяснения...
Ток, потребляемый мобильником в режиме передачи, можно вычислить, приняв КПД передатчика в пределах 0,3...0,5. Контролируя этот ток и экранируя аппарат (можно, например, поместить его в металлическую кастрюлю, частично прикрытую крышкой), нетрудно установить, на самом ли деле протокол связи держит излучаемую мобильником мощность на минимуме.
Юрий Виноградов
Литература:
1.Н.Н. Акимов и др. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. Справочник.— Мн.. "Беларусь", 1994, с. 336—343.
2. М. В. Адаменко. Секреты сотовых телефонов.— М.: ДМК Пресс, 2002; СОЛОН-Пресс, 2002.
|
