AFTT Gen

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AFTT Genève

• Introduction à la téléphonie analogique
• Cours AFTT donné le 18 novembre 2006

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Introduction à la téléphonie analogique.
Objectif Donner, en une après-midi de cours, des
notions techniques sur la téléphonie analogique
afin de permettre aux participants de comprendre
et d'interpréter les observations, les
comportements et les mesures d'une ligne de
téléphone lors de son montage (ou lors dun
dépannage). Pré requis Notions scolaires
d'électricité.
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Programme du cours

• Notions d'électricité
• tension, courant, résistance, courant continu et
  alternatif, sinusoïde.
• loi d'Ohm
• condensateur, self-induction, translateur.
• L'appareil téléphonique analogique
• écouteur, microphone, organe de sélection,
  sonnerie.
• batterie locale vs. batterie centrale.
• fourchette, antilocal, adaptation de niveau.
• téléphone civil, de campagne, Stanophone.
• La ligne d'abonné
• circuits au central civil d'abonné et de cordon.
• composantes électriques continues et
  alternatives, ligne occupée ou libre.
• polarité, symétrie, résistance, impédance, terre,
  courant de boucle, terminaison, impédance
  caractéristique.
• phénomènes d'atténuation, d'écho, de ronflette,
  de crachotements.
• pourquoi torsader?

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Programme du cours (suite)

• Interprétations et déductions des observations
• conditions pour établir ou terminer une liaison
• outils disponibles app. téléphone civil,
  Stanophone ou téléphone de campagne, multimètre
• autres outils non disponibles pour nous
  (impédance mètre, diagnostiqueur)
• Expériences pratiques
• Mesure d'une ligne libre, occupée, en
  court-circuit.
• Effets de pannes
• rupture d'une âme
• résistance parasite série, parallèle
• Fusibles de protection.

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Notions d'électricité

• Une tension (U) se mesure entre deux points d'un
  circuit, en parallèle. Elle s'exprime en VOLTs
  V. Un bon voltmètre a une grande résistance
  propre de manière à influencer le moins possible
  le circuit mesuré.

• Un courant (I) se mesure en interrompant un
  circuit et en incérant un appareil en série de
  manière à rétablir le circuit au travers de
  l'ampèremètre. Il s'exprime en AMPÈREs A. Un
  bon ampèremètre présente une résistance propres
  très faible de manière à influence le moins
  possible le circuit mesuré.

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Notions d'électricité (suite)

• La résistance (R) est la grandeur qui exprime la
  faculté d'un corps de s'opposer au passage de
  l'électricité. Elle s'exprime en Ohms O. Elle
  se mesure au moyen d'un Ohmmètre, en parallèle,
  aux bornes de lobjet à mesurer.
• Attention bien s'assurer qu'aucune tension n'est
  présente, cela pourrait endommager l'ohmmètre et
  de toute façon fausser la mesure.
• Un ohmmètre est un ensemble consistant en un
  afficheur (numérique, galvanomètre), d'une source
  de courant (pile) et d'un élément d'étalonnage.
  La mesure consiste à appliquer une tension connue
  aux bornes de lobjet à mesurer et à mesurer le
  courant qui le traverse. La résistance est
  inversement proportionnelle à ce courant. Avant
  de se servir d'un ohmmètre analogique (ancien),
  il faut ajuster le zéro (affichage 0 Ohms) en
  courtcircuitant les câbles.

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Notions d'électricité (suite)

• Un courant (ou une tension) continu ne varie pas
  dans le temps. Il (elle) se mesure sur la
  position "continu" (ou "DC") d'un appareil.
• Un courant (ou une tension) alternatif varie en
  permanence ("AC"). Cette variation peut être
  régulière ou aléatoire. Lorsqu'elle est
  régulière, elle est caractérisée par sa fréquence
  (Hertz ou cycles par seconde) et son niveau
  (courant ou tension alternatif). La tension peut
  s'exprimer soit en Volts, soit en dB. Elle se
  réfère toujours à d'autres paramètres
  complémentaires (impédance).
• Une fréquence est mesurée avec un fréquencemètre
  et s'exprime en Hertz ou cycles par seconde. En
  téléphonie analogique les fréquences ne dépassent
  pas 3600 Hz.
• Exemples
• - le réseau d'alimentation est alternatif. En
  Europe sa fréquence est
• - l'alimentation du réseau TPG est en continu, sa
  tension est

50Hz
600V
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Notions d'électricité (suite)

• L'impédance (Z) est la caractéristique de
  s'opposer au passage d'un courant alternatif.
  Elle s'exprime en Ohms O et est mesurée au
  moyen d'un impédancemètre. La notion d'impédance
  ne s'applique qu'à une forme de signal
  "sinusoïdal".
• Une tension sinusoïdale pure ne comporte qu'une
  composante fondamentale à l'exclusion
  d'harmoniques. Le son d'une flûte est proche
  d'une sinusoïde. La voix n'est jamais
  sinusoïdale. Une note de musique est caractérisée
  par sa fondamentale et l'ensemble de ses
  harmoniques.

ysin(x)
ysin(x)0.5sin(3x0,7)
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Notions d'électricité (suite)

• La fréquence (Hz) sexprime par le nombre
  doscillations par seconde. Sa grandeur est
  exprimée en Hertz (anciennement en cycles par
  seconde).
• La longueur donde (?) est la valeur inverse de
  la fréquence, compte tenu de la constante
  représentée par la vitesse de propagation
  (célérité) dans un milieu donné.
• La célérité (C) est la vitesse de propagation
  dune onde ou du courant électrique dans un
  conducteur. Dans le vide la célérité dune onde
  (electromagnétique) est de lordre de 300000
  Km/s, dans lair, la célérité dune onde
  preumatique (son) est de lordre de 300 m/s.
• Exemple dans lair ou dans le vide une onde de
  1000 KHz a une longueur donde de 300 m

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Notions d'électricité (suite)

• Quels sont les rapports entre tension (U),
  courant (I) et résistance (R)?
• Exemple pour une tension (U) donnée, plus Rtot
  est grand, plus I est petit.

U R ? I
R1 de 0O à 10O
I U/R
R2 10O
U 3V
I
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Notions d'électricité (suite)

• Instruments de mesure
• Le multimètre
• Peut mesurer les volts (DC et AC), les ampères
  (DC) parfois AC, les Ohms et parfois d'autres
  grandeurs encore.
• Il affiche soit avec une aiguille (cadre mobile,
  analogique), soit avec des chiffres (numérique ou
  digital).
• Chaque système a son avantage.
• Avantages/inconvénients
• L'ordre de grandeur (range) est manuel ou
  automatique. En manuel, toujours commencer par
  lordre de grandeur max et descendre.
• La mesure de grandeurs alternatives n'est pas
  simple. Il se réfère à la quantité (V ou A)
  équivalente en continu (val. efficace). Attention
  lorsquil sagit de DC et AC superposés.
• Tous les multimètres numériques et les
  analogiques à amplificateur ont une résistance
  interne élevée. Ne pas oublier de déclencher ces
  multimètres après utilisation.
• L'oscilloscope, le fréquencemètre,
  l'impédancemètre

Multimètre analogique digital
range (ordre de grandeur) toujours manuel parfois automatique
polarité DC permuter les sondes affichage / -
Surcharge en AC possible, l'aiguille indique "0" souvent protégé
Lecture en cas de valeur instable indication facile de l'ordre de grandeur Impossible
Piles internes (excepté ohmmètre) certains en ont, pas tous en a toujours besoin
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Notions d'électricité (suite)

• Divers composants
• La résistance (R) s'oppose au courant de la même
  manière en continu et en alternatif. Ses valeurs
  usuelles sont comprises entre quelques mili-ohms
  jusqu'à 1000 kilo-ohms. La grandeur de la
  résistance est lO.
• Paramètre puissance dissipée.
• Le condensateur (C) se charge d'électricité à
  l'apparition d'une tension. Un courant
  décroissant s'établit jusqu'à devenir 0 à
  l'équilibre. Un condensateur ne laisse pas passer
  le courant continu. La grandeur du condensateur
  est le Farad.
• L'inductance (L) (self ou bobine) s'oppose au
  passage du courant lorsque celui-ci varie. Elle
  génère un champ magnétique qui est fonction du
  courant (phénomène réversible). La grandeur de
  linductance est le Henry.
• Le translateur (ou transformateur) est composé de
  2 (ou ) enroulements autour d'un même noyau. Une
  tension alternative appliquée à l'un des
  enroulements (primaire) créé un champ magnétique,
  lequel génère (induit) une tension dans l'autre
  (secondaire). Le rapport des tensions entre
  enroulements est proportionnel au nombre
  respectif des enroulements (spires). Le
  translateur transmet donc un signal alternatif
  (dans les deux sens) entre enroulements mais
  isole du point de vue courant continu.

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Notions d'électricité (suite)

• Une ligne de transmission constitue un phénomème
  électrique complexe.
• Elle est soumise à la combinaison de
• la résistance en série
• la capacité en parallèle entre conducteurs et
  avec la terre (condensateur)
• linductance en série
• Ces trois phénomènes sont répartis sur toute la
  longueur de la ligne. Ils influencent les
  caractéristiques de transmission des signaux
  alternatifs, en fonction de leur fréquence. Ceci
  représente toujours un effet problématique
  lorsque lon veut acheminer un signal dans une
  ligne.
• Dans une ligne de téléphone aérienne, les
  conditions atmosphériques (humidité) accentuent
  les effets.
• Cest lune des raisons majeures qui font quune
  ligne de téléphone ne dépasse jamais 25 Km.
• LADSL est précisément fondé sur un principe de
  correction dynamique permanent des imperfections
  dune ligne.

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Notions de physique

• Un son est une vibration de lair ambiant
  (pneumatique).
• La transmission dun son se fait par le
  déplacement de molécules dair et par la
  propagation du mouvement (pas des molécules
  dair).
• Une liaison téléphonique repose sur le fait que,
  à lune des extrémités, lon transforme le plus
  fidèlement le son émis par la bouche en signal
  électrique (variable) et, à lautre extrémité,
  lon transforme ce signal électrique en
  vibrations acoustiques.
• Le son dune voix contient plusieurs fréquences
  (spectre). La bande passante en téléphonie est
  comprise entre 300 Hz et 3400 Hz
• Le signal électrique, qui est le miroir de ce
  son, est déformé dans une ligne longue car
  certaines fréquence subissent des déformations
  (distorsions) différentes les unes par rapport
  aux autres.
• La téléphonie numérique (RNIS) compense
  partiellement ce phénomène.
• Une ligne est définie par son impédance
  caractéristique. Pour que le passage du signal se
  fasse dans les meilleures conditions, la ligne
  doit être  terminée  à chaque extrémité par son
  impédance caractéristique (en téléphonie 600O)

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L'appareil téléphonique analogique

• Le microphone transforme des vibrations
  acoustiques en courant électrique. Il est composé
  d'une membrane et d'une bobine (dynamique) ou
  d'un condensateur (electret).
• Autrefois il était constitué d'une membrane
  couplée à un récipient isolant contenant des
  particules de charbon entre 2 électrodes. En
  étant soumises aux vibrations, les particules
  changeaient de résistance et créaient un courant
  variable au gré du son.
• Le signal qui sort d'un microphone dynamique ou
  electret contient très peu d'énergie, il doit
  être amplifié. Sa qualité sonore est infiniment
  meilleure que celle dun microphone au charbon.
• Dans tous les cas pratiques, le microphone
  nécessite une source de courant électrique (cc).

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L'appareil tél. analogique (suite)

• L'écouteur est l'élément inverse du microphone
  dynamique. Une bobine (électro-aimant) est reliée
  à une membrane sensible au champ magnétique,
  transformant une variation de courant en
  variation de pression de lair. En téléphonie
  analogique, l'écouteur se contente de l'énergie
  transmise par la ligne, il n'a pas besoin d'un
  amplificateur.
• Exemple d'un téléphone simplifié

a b
Microphone au charbon ou dynamique avec
amplificateur
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L'appareil tél. analogique (suite)

• L'organe de sélection sert à composer le numéro
  de l'interlocuteur sur un central automatique.
• L'ancien système (impulsions) consistait à ouvrir
  la boucle de courant 10 fois par seconde pendant
  un vingtième de seconde, un nombre de fois
  correspondant au chiffre sélectionné, suivi d'une
  pause plus longue.
• Le système actuel consiste à envoyer au central
  une combinaison simultanée de 2 fréquences,
  appelées  fréquences vocales  ou DTMF. Quatre
  paires de fréquences normalisées sont définies,
  permettant de composer un maximum de16 codes de
  chiffres.

F5 F6 F7 F8
Exemples "1" F1 F5 "0" F4 F6 Dual Tone
Multiplex Frequencies
F1 F2 F3 F4
1
2
3
A
4
5
6
B
7
8
9
C

0

D
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L'appareil tél. analogique (suite)

• La sonnerie était constituée autrefois d'un
  électro-aimant, alimenté par la ligne en courant
  alternatif à basse fréquence (25Hz, 70V). La
  bobine est toujours connectée à la ligne au
  travers d'un condensateur, afin d'éviter qu'un
  courant continu soit établi même lorsque le
  téléphone est raccroché.
• Actuellement, l'électronique a remplacé la
  sonnerie électromécanique, permettant de varier
  le son ou la mélodie.

Condensateur
a b
téléphone
Bobine
Sonnerie
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L'appareil tél. analogique (suite)

• Batterie locale, batterie centrale.
• Un téléphone a toujours besoin d'une source
  d'énergie. Son micro n'est pas capable d'envoyer
  suffisamment de puissance sur la ligne.
• Autrefois (fin 19ème siècle) il y avait une pile
  chimique à proximité des premiers téléphones.
  Puis, sur les réseaux connectés à un central, on
  a combiné, sur la ligne, l'alimentation continue
  à distance avec le transport de la parole, de la
  sonnerie et dautres signaux.
• Pour les réseaux ne disposant pas de central, par
  exemple les lignes militaires de campagne, les
  appareils nécessitent une batterie locale. Ils
  ont également un dispositif d'appel différent
  (bouton, manivelle).

Sonnerie
Batterie locale
Batterie centrale
Sélection
a b
20
L'appareil tél. analogique (suite)

• La fourchette est le contact qui permet d'établir
  ou d'interrompre une boucle de courant continu
  (central) ou d'établir le circuit de parole. La
  sonnerie n'est jamais connectée en série avec le
  contact de fourchette.
• L'antilocal est un circuit en pont permettant
  d'atténuer l'effet du microphone dans son propre
  écouteur.
• L'adaptation de niveau automatique sert à
  compenser l'atténuation de la parole qui diffère
  en fonction de la distance au central (résistance
  de la ligne). Les téléphones modernes disposent
  de circuits électroniques pour réaliser
  l'antilocal et l'adaptation de niveau.
• La distance max. d'un abonné à son central est de
  l'ordre de 20km. Le comportement d'une longue
  ligne est complexe et provoque des distorsions,
  des échos et des transmissions différentes selon
  les fréquences vocales (effet d'arrosoir).

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L'appareil tél. analogique (fin)

• Schéma bloc
• Téléphone civil Téléphone de campagne Stanophone

Fourchette
Fourchette
Poussoir rouge
Sonnerie
sélection
antilocal
Sonnerie
appel
antilocal ?
appel
Poussoir noir
a b
a b
a b
4,5V
1,5V
Remarque La sonorité de l'appel est différent
suivant la longueur de la ligne
Remarque L'effort en tournant la manivelle est
différent suivant la longueur de la ligne
Remarque (ne s'applique pas au Stanophone) un
appareil téléphonique présente toujours un
résistance infinie (gt1MO) lorsqu'il est raccroché
et une résistance entre 100O et 400O lorsqu'il
est décroché. Le Stanophone présente toujours
quelques dizaines d'ohms seulement.
L'organe d'appel L'organe d'appel
Téléphone de campagne Stanophone
petit alternateur couplé à une manivelle. vibreur à bobine, actionné par le poussoir rouge
génère appel 70V, fréq. env. 10 à 30 Hz génère appel quelques volts, fréq. 400 à 600 Hz
reçoit appel par une sonnette reçoit appel par l'écouteur
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La ligne d'abonné

• Un central se compose de circuits d'abonnés
  (interface vers les abonnés), de circuits de
  cordon, de circuits inter centraux, d'une
  batterie et d'un générateur de tension de
  sonnerie.
• Le circuit d'abonné alimente la ligne en courant
  continu, détecte le courant de ligne avec un
  relais en série et envoie la tension de sonnerie.
  Au repos, l'appareil présente une résistance
  infinie, le courant 0mA. La batterie fait 48V,
  le pôle positif est mis à terre.
• En cas d'appel, une tension de sonnerie est
  superposée aux 48V de la ligne, ainsi le courant
  de boucle peut s'établir à n'importe quel moment
  dès que l'abonné décroche.

ça sonne
on répond
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La ligne d'abonné (suite)

• Au repos aucun courant ne circule dans la ligne.
  Lorsque l'on décroche on présente une résistance
  de l'ordre de 200O, ce qui provoque un courant
  (de l'ordre de 20 à 40mA), indiquant au central
  que l'on veut prendre la ligne. Cette information
  bascule la ligne sur le circuit de cordon qui
• alimente (48V) par un circuit de qualité
  (filtré).
• envoie la tonalité continue (prêt pour la
  sélection).
• attend et traite l'information de sélection
  (impulsions ou fréquences vocales).
• déclenche une minuterie détectant l'absence
  d'activité.
• reçoit une information d'ouverture de la boucle
  de courant (l'abonné a raccroché).
• En plus, le circuit de cordon gère
  l'établissement de la communication, la
  signalisation acoustique et la facturation
  jusqu'à la fin de la conversation.

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La ligne d'abonné (suite)

• A son autre extrémité le circuit de cordon est
  connecté aux bus (liaisons) qui établissent la
  connexion vers d'autres abonnés du même central
  et celles vers les autres centraux ou nœuds de
  réseaux.
• Pour un central de quartier ordinaire, desservant
  10'000 abonnés, on compte seulement 400 circuits
  de cordon. Si plus de 400 abonnés veulent établir
  une liaison, ils ne pourront pas le faire. C'est
  ce que l'on appelle la surcharge ou "faire sauter
  le central".
• Sur certains anciens centraux d'entreprise, on
  pouvait envoyer une commande de mise en attente
  en actionnant le "bouton de terre". Ceci
  provoquait momentanément une asymétrie sur la
  ligne, qui était détectée au central. Comme
  aucune conversation n'avait lieu à ce moment, il
  n'y avait pas impact sur la qualité sonore.
  Actuellement on utilise un code DTMF.

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La ligne d'abonné (suite)

• Qu'est-ce qui est transporté sur la ligne
  d'abonné?
• Une composante continue servant à détecter le
  courant de boucle et à alimenter l'appareil
  téléphonique à distance.
• Une composante alternative à 25Hz, 70 V pour
  signaliser un appel entrant.
• Acheminer en bidirectionnel, en alternatif
• les conversations (voix, modem etc.) faible
  niveau gt 100mV
• les commandes de sélections (impulsion ou FV.)
• les impulsions de tarification (12KHz)
• pour l'ADSL, les composantes dans les bandes
  supérieures aux fréquences vocales (au delà de
  3'400Hz).

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La ligne d'abonné (suite)

• Caractéristiques d'une ligne d'abonné
• Longueur max (du central à l'abonné) 20 km
• Tension à vide (sans courant parallèle) 48 V
• Courant de court-circuit (fonction de
  Rligne) 60 mA
• Impédance (à 800Hz) 600 O
• Résistance interne au central 1'000 O
• Résistance de la ligne par km quelques
  dizaines dO/km
• Par rapport à la terre
• En continu un fil () à 0V (10V), l'autre à
  48V (10V), la polarité est indéfinie
  (permutation autorisée partout).
• En alternatif strictement symétrique pour
  garantir aucun bruit induit. Les deux fils
  doivent toujours être de même longueur et
  parcourir le même cheminement. Si torsadés,
  léquilibre est meilleur. En cas de déséquilibre,
  il y a risque de bruit ou de perturbation
  (ronflette ou tout autre).
• Remarque la terre est un mauvais conducteur (peu
  fiable) mais son utilisation sert à définir une
  référence de tension (éviter les surtensions).

27
Interprétations et déductions des observations

• Rappel des phénomènes observables en bout de
  ligne
• Une ligne libre présente une tension continue
  comprise entre 40V et 56V.
• Par rapport à la terre, l'un des conducteurs est
  presque à 0V, l'autre légèrement inférieure à
  48V.
• Une ligne normalement occupée présente une
  tension continue comprise entre 5V et 25V aux
  bornes du téléphone, un peu plus au départ du
  central.
• Une ligne en court-circuit franc présente une
  tension nulle entre conducteurs, par rapport à la
  terre autour de 24V. Plus on s'éloigne du cc en
  amont, plus la tension augmente légèrement, en
  aval les valeurs mesurées sont constantes
• Pour décrocher il faut établir un courant de
  boucle min. de env. 20mA, pour la maintenir il
  suffit de env. 15mA, pour la libérer il faut un
  courant inférieur à 10 mA.
• Dès que la ligne est occupée, sans sélection le
  son musical permanent est remplacé par un son
  alterné après une vingtaine de secondes puis
  disparaît (circuit de cordon libéré). Les valeurs
  continues (crachotement) sont toutefois
  maintenues.

28
Interprétations et déductions des observations

• États possibles d'une ligne
• libre ou normalement en communication.
• coupure d'un fil ou des deux fils.
• court-circuit (R0O) entre les deux fils ou d'un
  fil par rapport à la terre.
• faible résistance parallèle entre les deux fils
  ou d'un fil par rapport à la terre, la liaison ne
  peut pas être établie ou ne peut pas être coupée
  (défaut d'isolation).
• forte résistance en série de l'un ou des deux
  fils.

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Interprétations et déductions des observations
48V
48V
48V
48V
0V
20V
Les défauts peuvent naturellement être une
combinaison plusieurs effets ci-dessus.
30
Interprétations et déductions des observations
Observation cause possible confirmer ou infirmer recherche
En fin de ligne Ligne morte, pas de communication, pas de crachotements Coupure d'un fil ou des deux fils Mesurer la tension par rapport à la terre peut laisser conclure si les deux fils sont interrompus Tester le départ. Procéder de même en amont jusqu'à la localisation.
En fin de ligne Ligne morte, pas de communication, pas de crachotements Court-circuit entre les deux fils ou d'un fil par rapport à la terre Mesurer la tension par rapport à la terre peut confirmer le court-circuit Tester le départ. Procéder de même en amont jusqu'à la localisation.
Crachotements mais établissement de la communication impossible Faible résistance parallèle entre les deux fils ou d'un fil par rapport à la terre Mesurer la tension entre fils en fin de ligne. Remonter jusqu'à ce que la tension augmente.
Son musical de mauvaise qualité, ronflette Liaison résistive d'un conducteur vers la terre Mesurer la tension de chaque conducteur vers la terre, comparer avec des mesures plus en amont, éventuellement interrompre la ligne pour observer les effets. Tester en amont en coupant la ligne en aval.
Son musical mais pas possible de raccrocher Résistance parallèle, prise ligne mais pas libération Mesurer tension sans téléphone branché Remonter la ligne
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Protection

• Le parafoudre
• Sert à protéger l'appareil téléphonique
  (utilisateur) contre la foudre
• consiste en 2 fusibles à très haute tension et un
  cheminement de déviation des arcs (éclateurs) à
  la terre.
• S'il y a foudre sur la ligne, les éclateurs la
  dévient à terre et le(s) fusible(s)
  interrompt(ent) la liaison. Labonné est protégé.

Côté central
Côté abonné
Ligne aérienne
Téléphone
Mise à terre avec forte section
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Des questions?

• Merci de votre attention.
• Un grand merci à Bernard G. pour avoir mis à
  disposition sa maison, sa ligne de téléphone et
  tout le matériel (piquet de terre improvisé).