איך זה עובד: טלפון חוגה
1.4 קילו של רעש וצלצולים: כך היה נראה מכשיר יצירת הקשר שלנו עם העולם החיצון בשנות השמונים. עידו גנדל פירק אותו לגורמים והתקשר לבזק כדי להתלונן שלא שומעים
אם אתם הטיפוסים שמקפידים על המילה האחרונה בגאדג'טים, או שיש לכם קומבינה, זה המכשיר שנמצא אצלכם בבית: הדגם החדש של חברת טלרד, בעיצוב הידרודינמי וצבע קרם מהמם, 1.4 קילו בלבד, ובאמצע החוגה הכיתוב "משרד התקשורת" עם איור של הצבי המשכנע (את בזק, אפרופו, יקימו רק בעוד שש שנים). לפתוח את המכשיר כדי לגלות איך הוא עובד זה, כמובן, פשע שאין לו מחילה, אבל עכשיו אנחנו חוזרים ל-2012. הגיעה שעת הנקמה.
עוד ב-ynet מדע:
- איך זה עובד: משתמשים במולטימטר
מבחינה פונקציונלית, אפשר לחלק את טלפון החוגה לשלושה חלקים עיקריים: השפופרת, הפעמון והחוגה עצמה. השפופרת משעממת יחסית מבחינה טכנית – רק מיקרופון ורמקול ענקיים ומגושמים בתוך תושבת פלסטיק – ולכן נעסוק כאן במנגנונים האחרים.
הפעמון
אפילו כיום, למכשירי הטלפון הנייחים הפשוטים אין מקור כוח משל עצמם: האלקטרוניקה כולה ניזונה מזרם חלש שמגיע מהמרכזייה. האתגר שעמד בפני מתכנני הטלפון היה להפוך את פרצי הזרם המוגבלים, שנשלחים בעת "צלצול", לרעש אמיתי וחזק שיגיע מהסלון (או חדר ההורים) לכל קצות הבית. וכך הם עשו זאת:
סוד הפעמון הוא מתקן בצורת T, עם רגל ארוכה בעלת כדור מתכת בקצה, ושני מגנטים קטנים בקצות הזרועות. המתקן כולו מתנדנד על ציר, שנמצא בקצה העליון של רגל ה-T. מה שגורם לנדנוד בפועל הוא זוג אלקטרומגנטים שמנמנים, אחד מתחת לכל זרוע של ה-T, שמחוברים הפוך: הפלוס של האחד הוא המינוס של השני ולהיפך. זרם חילופין מהמרכזייה גורם להם למשוך ולדחות לפי התור את זרועות ה-T, כמו ילדים היפראקטיביים על נדנדה זוגית, וכך כדור המתכת פוגע בכיפות הברזל שממוקמות משני צדיו ויוצר שאון מבהיל.
למכשיר הספציפי שבתמונה יש גם בורר מצבי צלצול (הלשונית הלבנה הקטנה מלפנים למטה). בורר זה מזיז בליטת פלסטיק קטנה, שמגבילה את טווח התנועה של רגל ה-T. במצב צלצול חזק, התנועה לא מוגבלת כלל ושתי הכיפות משתתפות במהומה. במצב צלצול חלש, בליטת הפלסטיק עוצרת את רגל ה-T מצד שמאל ומאפשרת לה להקיש רק על הכיפה הימנית. יש גם מצב של השתקה מוחלטת, בו הבליטה מצמידה את הכדור בכוח לכיפה הימנית ומונעת כל אפשרות תנועה.
החוגה
באותה תקופה פרהיסטורית, החיוג נעשה בשיטת המתקפים ("פולסים"): קבוצות של תקתוקים חשמליים, שמספרם בכל קבוצה תואם את הספרות של המספר המחויג. לדוגמה, כדי לחייג 123, עלינו ליצור תבנית תקתוקים נוסח 0101101110. אי אפשר לצפות מהמשתמשים לעשות זאת בעצמם (אם כי ההאקרים החובבים של אותה תקופה, או ליתר דיוק הפריקרים, עשו בדיוק את זה). המנגנון חייב להיות פשוט וקומפקטי יחסית, והמועמד הטבעי הוא גלגל שיניים שכל שן שלו תיצור תקתוק. כך זה בוצע בפועל:
קפיץ בלב המנגנון דואג להחזיר את החוגה למצב ההתחלתי, וזיז פנימי מבטיח שהחוגה לא תתקדם מעבר לספרה האחרונה (מעצור האצבע המתכתי החיצוני נועד ל"חוויית המשתמש", ואולי גם כדי להבטיח שהמחייג לא יפעיל בטעות יותר מדי כוח וישבור את המנגנון). הדבר הראשון שאני מצביע עליו בסרטון הוא מתג פשוט, שמופעל על ידי בליטה שניצבת מגלגל השיניים: הוא סוגר את המעגל החשמלי ברגע שמתחילים לסובב את החוגה, ופותח אותו מחדש כשהיא מסיימת את הסיבוב החוזר. במילים אחרות, המתג הזה משמש מעין מסגרת חשמלית לכל ספרה נפרדת.
הדבר השני שאני מראה בסרטון הוא לשונית פלסטיק, שמממשת את התקתוקים עצמם. כשמסובבים את החוגה בכיוון השעון הלשונית הזו מוסטת למעלה ואינה מפריעה; כשהחוגה חוזרת בכוח הקפיץ, הלשונית חוזרת למטה וכל שן בגלגל השיניים שחולפת על פניה גורמת לה ללחוץ על פס מתכת ולנתק זמנית את הזרם. הספרה 1 בחוגה גורמת לניתוק יחיד, 2 גורמת לשניים וכך הלאה, למעט 0 שמיוצגת באמצעות עשרה. מנגנון במרכזייה היה מנווט את השיחה ליעדה על סמך מספר התקתוקים, בשיטה שהיתה גם היא אלקטרו-מכנית – ראו, למשל, כאן או בסרטון המפורט הזה.
המרכזיות האלקטרו-מכניות הציבו מגבלה משמעותית: פענוח התקתוקים וניתוב השיחות לפיהם היה איטי, עד כדי כך שאם קצב התקתוק היה מהיר מדי, או שההפסקה בין הספרות היתה קצרה מדי, המרכזיות היו עלולות לפספס חלק מהמידע. היה צורך, כבר בצד הלקוח, ליצור עיכוב מלאכותי מינימלי שיבטיח פעולה תקינה של המערכת. איך זה נעשה?
שיטה פשוטה ואמינה מאד למיתון של תנועה, ועל כך יעיד כל בלם של גלגל, היא יצירה של חיכוך. עם זאת, חיכוך קבוע לא יעזור לנו כאן: צריך משהו שיגביר אוטומטית את החיכוך ככל שהמהירות עולה ולהיפך. קומו לרגע מהכיסא, שמטו את הידיים לצדי הגוף והתחילו להסתחרר כמו סביבון. הידיים עולות למעלה כאילו מעצמן, נכון? עכשיו, נניח שאתם מחזיקים משקולות בידיים, ועומדים במרכז גליל גדול. אם תסתחררו מספיק מהר המשקולות ייגעו בגליל ויתחככו בו, וכאשר תגבירו את המהירות גם החיכוך יגבר ויפעל יותר ויותר נגדכם. אפשר לחזור לשבת.
אותו הדבר בדיוק קורה במנגנון החוגה: תמסורת פנימית מסובבת במהירות ציר מתכת עם שתי "ידיים" שסביבן גליל. כל עוד מהירות הסיבוב של החוגה היא בטווח המותר, ה"ידיים" האלה מסתובבות בחופשיות. כשהמהירות גבוהה מדי, הידיים מתרחקות מהציר וקצותיהן מתחככים בגליל (צהוב בתמונה), מה שגורם להאטה של כל העסק.
המרכזיות האלקטרוניות של ימינו מציעות תמיכה-לאחור בחיוג מתקפים, והשמועות מספרות על אנשים שעדיין משתמשים במכשירים כאלה. אם הבנתם איך עובדים עם מולטימטר (ושלא מודדים זרם בסוללה ישירות על ההדקים שלה!), אתם יכולים לקחת בקר אלקטרוני ניתן לתכנות ורכיבים נוספים, ולבנות מפענח חוגות משלכם כפי שעשיתי בסרטון הבא.
