CH652545A5 - Schaltungsanordnung zur spannungsregelung in einem elektronischen fernsprechapparat. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung in-einem elektronischen Fernsprechapparat zur Spannungsregelung an diesem Apparat in Abhängigkeit vom Leitungsstrom zwecks einwandfreiem Parallelbetrieb des erwähnten elektronischen Fernsprechapparates mit einem ein Kohlemikrofon aufweisenden Fernsprechapparat.

In Fernsprechanlagen bildet das Kohlemikrofon einen internationalen Standardtyp, an dem andere Mikrofone gemessen werden. Mit der Einführung der sogenannten elektronischen Fernsprechapparate, bei denen die Schallwandler in Verbindung mit elektronischen Schaltungen verwendet werden, tauchen Probleme beim Parallelbetrieb eines mit einem Kohlemikrofon arbeitenden Fernsprechapparats und eines mit Schallwandler und zugehöriger elektronischer Schaltung arbeitenden Fernsprechapparats auf. Wenn diese beiden Fernsprechapparate beim Parallelbetrieb leistungsfähig sein sollen, müssen die Anschlusseigenschaften selbstverständlich miteinander verträglich sein. Das Kohlemikrofon aber hat einen schalldruckabhängigen, nicht vorhersagbaren Widerstand, dessen Wert sich nicht nur mit dem Sprachsignal, sondern auch mit dem Mittelwert der Schalldruckwelle, der momentanen Lage des Handapparats und der Tageszeit ändert.

Erschwerend kommt noch hinzu, dass der Wert des Kohlemikrofonwiderstands so klein ist, dass beim Anschluss an eine lange Teilnehmeranschlussleitung durch den dann geringen Leitungsstrom nur eine sehr kleine Spannung am Fernsprechapparat abfällt, die in der Grössenordnung von nur 1,5 bis 2,5 V liegt. Ferner ist im Gegensatz zum Fernsprechapparat mit Kohlemikrofon der Anschluss des elektronischen Fernsprechapparats an die Teilnehmeranschlussleitung polaritätsabhängig. Eine unter diesen Bedingungen arbeitende elektronische Schaltungsanordnung, die einen Brückenverstärker verwendet, ist bereits in der DT-OS 28 56 072 vorgeschlagen worden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung in einem elektronischen Fernsprechapparat zu schaffen, bei der eine Stromversorgung der an den geregelten Ausgang angeschlossenen Schaltungen auch bei kleinen Eingangsspannungen noch möglich sein soll ; insbesondere soll die Stromversorgung eines mit einem Kohlemikrofon arbeitenden Fernsprechapparats und eines mit elektronischen Schaltungen arbeitenden Fernsprechapparats beim Parallelbetrieb dieser Fernsprechapparate an einer langen Teilnehmeranschlussleitung gesichert sein.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführunsgsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1, 2 und 3 erläuternde graphische Darstellungen,

Fig. 4 eine vereinfachte Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung,

Fig. 5 und 6 weitere erläuternde graphische Darstellungen,

Fig. 7 eine ausführlichere Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung und

Fig. 8 eine Schaltungsanordnung eines elektronischen Fernsprechapparats, in dem die Regelschaltung gemäss der Erfindung und der Brückenverstärker gemäss der DT-OS 28 56 072 verwendet werden.

Um die elektronischen Schaltungen eines Fernsprechapparats mit einem ein Kohlemikrofon aufweisenden Fernsprechapparat kompatibel zu machen, ist die Schaltungsanordnung gemäss der DT-OS 28 56 072 verwendet worden, die dem elektronischen Fernsprechapparat eine statische Kennlinie gab, nach der die Spannung am Fernsprechapparat sich proportional zum Leitungsstrom ändert. Ein Fernsprechapparat mit solch ungewöhnlicher Charakteristik ist jedoch sowohl der durch das Kohlemikrofon bewirkten niedrigen Spannung an den Anschlussklemmen als auch grossen, auf grund der Schalldruckwellen beim Sprechen auftretenden Mittelwertschwankungen dieser Spannung unterworfen.

Eine derartige dynamische Spannungsverschiebung ist in Fig. 1 dargestellt, die im oberen Teil in Kohlemikrofon mit zufälligen Schallwellen zeigt. Die Kurve im unteren Teil zeigt die bei den laut gesprochenen, englischen Worten «ONE» und «TWO» und beim Schütteln S am Kohlemikrofon auftretende, schwankende Spannung.

In Fig. 2 ist die Spannungs-Strom-Kennlinie für einen eine integrierte Schaltung aufweisenden und im elektronischen Fernsprechapparat benutzten Chip gezeigt. Zu beachten ist insbesondere der Abschaltbereich AB der Kennlinien. In diesem Bereich verursacht eine kleine Spannungsänderung am Fernsprechapparat eine grosse Spannungsänderung an der elektronischen Schaltung; dies stört sowohl die elektroni-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

.55

60

65

sehe Schaltung als auch das dieser Schaltung parallelliegende Kohlemikrofon.

Es werden zwei Kurven N1 und N2 gezeigt, von denen die erstere für 3 V und die andere für 2 V gilt. Diese Werte beziehen sich auf die Spannung an den Anschlüssen des Fernsprechapparats und auf dessen Ruhezustand.

Im Fall der Kennlinie N1 ist ein möglichst guter Signalhub, der mit dem Spannungsabfall am Fernsprechapparat anwächst, und auch eine möglichst kleine Verlustleistung bei hohen Leitungsströmen, die ebenfalls mit dem Spannungsabfall am Fernsprechapparat zunehmen, anzustreben. Diese zwei Bedingungen lassen sich auch durchsetzen, aber sobald ein Kohlemikrofon zum elektronischen Fernsprechapparat parallel liegt, wird der Arbeitspunkt des elektronischen Fernsprechapparats in den Abschaltbereich AB getrieben.

Die Kennlinie N2 gilt für den bei langen Leitungen auftretenden Signalhub mit dem verbesserten Parallelbetrieb, aber sogar dabei kann das Schütteln des Handapparats den Arbeitspunkt des Fernsprechapparats in den Abschaltbereich AB bringen, wie durch den Pfeil S angedeutet ist.

Der Betrieb bei Verwendung eines niederohmigen Kohlemikrofons kann ebenfalls schwierig sein.

Das dem Spannungsregler gemäss der Erfindung zugrunde liegende Prinzip besteht in der Aufteilung der Arbeitskennlinie in zwei Arbeitsbereiche KB und IB, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Der Parallelbetriebsbereich ist mit PB und der Normalbetriebsbereich mit NB bezeichnet. Im ersten Bereich KB rechts der senkrechten, gestrichelten Linie wird die Spannung im wesentlichen konstant gehalten, d.h. dass eine Änderung des den Fernsprechapparat durchfliessenden Stroms eine sehr geringe Änderung der am Fernsprechapparat abfallenden Spannung zur Folge hat. Dieser erste Bereich KB wird beispielsweise hinsichtlich der Verlustleistung bei kurzen Teilnehmeranschlussleitungen und des guten Signalhubs gewählt und kann als Konstantspannungsbereich bezeichnet werden. Der andere Bereich IB liegt zwischen diesem Konstantspannungbereich KB und dem Abschaltbereich AB und kann als Strombereich bezeichnet werden, in dem die Spannung an den Leitungsanschlüssen bis zum Wert 1,5 V schwanken kann, ohne dass das Arbeitsvermögen der elektronischen Schaltungen wesentlich beeinträchtigt wird.

Wenn ein Fernsprechapparat einen Parallelregler mit einer Kennlinie nach Fig. 3 aufweist, wird diesem Parallelregler der Leitungsstrom zugeführt, und über den Ausgang des Parallelreglers werden die Arbeitsbedingungen des für das Mikrofon des Fernsprechapparats vorgesehenen Hauptverstärkers bestimmt, wobei dieses Mikrofon kein Kohlemikrofon, sondern beispielsweise ein dynamisches Mikrofon oder ein Elektretmikrofon sein soll. Eine solche Anordnung kann jedoch auch in Verbindung mit einem Kohlemikrofon verwendet werden. Wie der Parallelregler im Fernspreehap-parat benutzt wird, geht später noch aus der Beschreibung der Fig. 8 deutlich hervor.

Mit einem solchen Parallelregler wird beim Parallelbetrieb eines ein Kohlemikrofon aufweisenden Fernsprechapparats und eines elektronischen Fernsprechapparats die elektronischen Schaltungen des elektronischen Fernsprechapparats nicht mehr durch während des Sprechens auftretende grosse Schwankungen der Leitungsspannung in den Abschaltbereich gesteuert.

Um die Spannungs-Strom-Kennlinie nach Fig. 3 zu realisieren, weist der Parallelregler zwei Stufen auf. Die erste Stufe ist eine einfache Parallelreglerstufe zur Konstanthaltung der Spannung und nützt die bei bipolaren integrierten Schaltungen vorhandene Bandabstandsspannung UBA als Referenzspannung aus. Eine derartige einfache Parallerregel-stufe ist in Fig. 4 gezeigt, die einen Verstärker AV mit hoher Verstärkung (Steilheit etwa 50 A/V) und hohem Ausgangswi652 545

derstand (von etv.a 20 kOhm) aufweist.

Der Verstärker AV vergleicht die an seinem invertierenden Eingang anliegende Spannung, die von den Speisespannungsklemmen eines Wähltongenerators stammt, mit der an seinem nicht invertierenden Eingang anliegenden Bandab-standsreferenzspannung von 3,4 V einer Spannungsquelle BG. Der Ausgang des Verstärkers AV ist an die Leitungsader LI angeschlossen, so dass der Verstärker einen Einfluss auf den Leitungsstrom IL und die Leitungsspannung Ul ausübt, wie in Fig. 4 angedeutet ist.

Der Verstärker"AV besitzt eine grosse Steilheit gm ( = 50 A/V). Das bedeutet, dass unter der Annahme, dass der über den Widerstand Ri fliessende Strom Ic = 0 ist, die Spannungsdifferenz AU ( = Ii_/gm) sich dem Wert Null (5 mV) nähert, so dass der Leitungsstrom in diesem Fall den Wert 0 haben würde. In der Praxis ist Ic aber nicht Null, und die Leitungsspannung ist durch folgende Beziehung gegeben:

UL=Ur+IcR,,

worin UR die Referenzspannung der Spannungsquelle BG und R| der Rückkopplungswiderstand des Verstärkers AV ist. Diese Beziehung erklärt den kleinen, schwach ansteigenden Kennlinienteil der UL — IL-Kurve.

Eine der vom Parallelregler zu erfüllende Forderung ist die, dass er einen Strom von bis zu 1 mA an den Wähltongenerator liefern muss. Bei Verwendung einer Anordnung nach Fig. 4 ist die Spannung UT am Kondensator C5 gleich der Referenzspannung UR plus der kleinen Differenzspannung AU, obwohl ein Strom über den Anschluss B fliesst. Daher lässt die Parallelreglerstufe nach Fig. 4 einfach die Leitungsspannung um eine Teilspannung ITR| ansteigen, wenn zu dem als integrierte Schaltung aufgebauten Wähltongenerator ein Strom IT fliesst.

Eine weitere von der Parallelreglerstufe zu erfüllende Forderung besteht darin, dass sie Signale zur Leitung übertragen können muss und dass der Ausgangswiderstand im Übertragungsfrequenzbereich (300 bis 3400 Hz) 600 Ohm sein muss. Um Signale zur Leitung L zu übertragen, wird ein Differenzsignal AU in die Rückkopplungsschleife eingekoppelt, das dann verstärkt und unmittelbar auf die Leitung gegeben wird.

Um den steilen Kennlinienteil unter 20 mA (Fig. 3) zu schaffen, wird eine zweite Stufe zugefügt. Die Grundidee besteht darin, die Referenzspannung UR abhängig vom Leitungsstrom zu ändern, d.h. dass unterhalb eines bestimmten Leitungsstromes (18 mA) die Referenzspannung mit dem Lei-tüngsstrom abnimmt. Die zwei Kurven in den Fig. 5 und 6 zeigen die geforderten Kennlinien, nach denen es möglich ist, dass die volle Referenzspannung UR im Normalfall verfügbar ist, in dem kein Parai lei betrieb von Fernsprechapparaten und ein Leitungsstrom von mindestens etwa 20 mA vorliegen.

Die zweite Stufe und die Parallelreglerstufe sind, einschliesslich kleiner erläuternder, eingefügter Bilder in Fig. 7 gezeigt.

Dort ist die Spannung am Widerstand Rv das Produkt aus dem Leitungsstrom und dem Wert des Widerstands R[. Wenn nun die Spannung auf den Wert UR|, der Referenzspannung für einen zweiten Verstärker AI, absinkt, beginnt der vorher gesättigte Verstärker AI den kleinen Abfall der Spannung UR| zu verstärken und lässt damit die Referenzspannung UR für die Parallelreglerstufe sinken.

Wenn daher der Leitungsstrom IL sinkt, dann sinkt die Spannung am Widerstand R| ebenfalls, wodurch die Spannung Ux am Eingang des Verstärkers AI geändert wird. Die mittels des Verstärkers AI verstärkte Spannung Uxwird zur Änderung der Leitungsspannung UL benutzt, die mit dem Leitungsstrom abnimmt.

Der Schwellwert für den Kennlinienknick wird durch die

3

5

.10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

652 545

Referenzspannung UR| und den Wert des Rückkopplungswiderstands R| bestimmt. Das RC-Glied Rv/C8 ist nur zur Signalübertragung zur Leitung nötig.

In Fig. 8 ist gezeigt, wie der Parallelregler gemäss der Erfindung in eine Schaltungsanordnung für einen Fernsprechapparat eingefügt werden kann, wobei diese Schaltungsanordnung der der Fig. 4 in der DT-OS 28 56 072 ähnelt. Ein Block PB enthält den Brückenverstärker, der Gegenstand der oben genannten Anmeldung ist und der die positive Speisespannung von einem Anschluss 14 für die am Widerstand R, angeschlossene Schaltung erzeugt (Fig. 7). Die Sprechspannungen, die über die Leitung L am Fernsprechapparat ankommen, werden dem Hörer H über den Anschluss 14, einen Kondensator C6, einen Anschluss 9, einen Widerstand ZI einer Rückhördämpfungsschaltung RS, einen Anschluss 10, einen Empfangsverstärker EV und eine Empfangsausgangsschaltung AS zugeführt. Die Empfangsausgangsschaltung sorgt auch für eine zusätzliche Verstärkung, so wie sie benötigt wird.

Aufgrund der Charakteristik des Brückenverstärkers im Block PB wird eine Gleichspannung vom Block PB zur Verfügung gestellt, die um einen sehr kleinen Spannungsabfall von der Leitungsspannung abweicht, wie in der betreffenden Anmeldung erläutert ist. Dies ist besonders wichtig, wenn der Fernsprechapparat an einer langen Teilnehmeranschlussleitung angeschlossen ist oder wenn ein elektronischer und ein «Niederspannungs-» (z.B. ein ein Kohlemikrofon aufweisender) Fernsprechapparat parallel betrieben werden.

Die positive Versorgungsspannung vom Anschluss 3 wird auch einem Referenzverstärker AV zugeführt, der diese Versorgungsspannung mit einer intern erzeugten Referenzspannung UR vergleicht. Ein aus der Differenz zwischen den an den zwei Eingängen des Referenzverstärkers AV anstehenden Signalen resultierendes Fehlersignal wird durch diesen Vergleich am Ausgang des Referenzverstärkers AV und das verstärkte Differenzsignal dazu verwendet, die Verstärkung für die abgehenden Sprachsignale über die Verbindung vom Referenzverstärker AV zum Hauptverstärker HV und zum Leitungstreiber LT einzustellen ; zu diesem Zweck greift der Referenzverstärker AV in die vom Mikrofon M zu einem Hauptverstärker HV führende Verbindung am Eingang dieses Hauptverstärkers ein. AV, HV und LT in Fig. 8 bilden das Äquivalent des Verstärkers AV gemäss den Fig. 4 und 7. Die die Referenzspannung UR erzeugende Schaltung wird durch eine in Fig. 8 als AI bezeichnete, mit dem Verstärker AI gemäss Fig. 7 vergleichbare Stufe gesteuert.

Vergleicht man die Fig. 7 und 8, dann ist in Fig. 8 ein Pfad erkennbar vom positiven Speiseanschluss zur obern Eingangsleitung des-Referenzverstärkers AV. Seine zweite Eingangleitung empfängt die Resonanzspannung vom Ausgang der Verstärkerstufe À1.

Ein Ausgang der Reglerschaltung (Verstärker AV in Fig. 7) ist ausgehend vom Hauptausgang des Leitungstreibers LT

über den Widerstand Rv mit dem obern Eingang des Verstärkers AI verbunden. Eine weitere Verbindung des Leitungstreibers LT mit dem Eingang des positiven Brückenverstärkers PB weist einen Rückkopplungspfad zur obern Verbindungsleitung des Referenzverstärkers AV auf, enthaltend einen Pfad über den erwähnten Eingang zu PB, den Verstärker PB, den Anschluss 14, den Widerstand R1 und den Anschluss 3 der positiven Speisung. Der Leitungstreiberausgang ist auch über den Anschluss 16 und Widerstand R6 mit Erde bei Anschluss 2 verbunden. Der obere Eingang des Verstärker AI (Fig. 8) ist auch an Anschluss 7 angeschlossen, der seinerseits über Kondensator 8 mit Erde verbunden ist. Das Referenzeingangssignal des Verstärkers AI in Fig. 8 wird eigentlich innerhalb des erwähnten Verstärkers erzeugt und bei Anschluss 2 an Erde gekoppelt. Die Spannung zwischen den Anschlüssen 7 und 2 (Fig. 8) entspricht dem Mittelwert des Stroms im Widerstand R6 und wird folglich wirksam, wenn die erwähnte Regelschaltung die am Anschluss 3 anstehende Steuerspannung herabzusetzen beginnt.

Die vom Mikrofon M stammende Sprachspannung läuft über einen Eingangsverstärker EV, den Hauptverstärker HV und eine Leitungstreiber LT zum Anschluss 16 und weiter über die Rückhördämpfungsschaltung RS (ZI, Z2), den Kondensator C6, den Anschluss 14 und den Block PB zur Leitung L. Der Anschluss 9 der Rückhördämpfungsschaltung RS ist über eine Schaltung SC mit dem Eingangsverstärker EV so verbunden, dass dieser abhängig von der Amplitude am Anschluss 9 gesteuert wird, d.h. dass eine Regelspannung zur automatischen Sprachpegelregelung abgegeben wird.

Wenn Tonfrequenzsignale von einer Wähltastatur mit dem Wähltongenerator gesendet werden sollen, werden diese über einen Eingangsanschluss 13 und einen Tonverstärker TV zum Hauptverstärker HV übertragen. Der Tonfrequenzverstärker TV wird über einen Anschluss 6 bei Vorhandensein von Sprachspannungen gesperrt, wobei die Mittel zur Steuerung des Tonfrequenzverstärkers TV über den Anschluss 6 nicht gezeigt sind. Die Steuerung der Operation verschiedener Schaltungteile erfolgt auch in Übereinstimmung mit den Leitungszuständen mittels eines weiteren Verstärkers RV.

Schliesslich übt ein Block EB die gleiche Funktion wie der Block 7 in Fig. 4 der genannten Anmeldung aus; ebenso entspricht ein Block NB dem Block 6 in Fig. 4 der genannten Anmeldung.

Soll eine verhältnismässig kleine Schaltung, wie z.B. jene in der Fig. 7 dargestellte, einen Teil einer komplexen integrierten Schaltung, z.B. gemäss Fig 8, bilden, ist eine starre Anordnung, bei welcher Anschluss an Anschluss passen würde, nicht durchführbar. Ausserdem kann die Funktion des einzelnen Verstärkers AV aus Fig. 7 durch eine Anzahl von Verstärkern in der integrieren Schaltung gemäss Fig. 8 ausgeführt werden, wobei die Verstärkerkombination AV,'HV und LT auf dieselbe Weise wirkt wie Verstärker AV in der Schaltung gemäss Fig.7.

4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

G

4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

652 545

1. Schaltungsanordnung in einem elektronischen Fernsprechapparat zur Spannungsregelung an diesem Apparat in Abhängigkeit vom Leitungsstrom zwecks einwandfreiem Parallelbetrieb des erwähnten elektronischen Fernsprechapparates mit einem ein Kohlemikrofon aufweisenden Fernsprechapparat, gekennzeichnet durch a) einen ersten Verstärker (AV), an dessen einen Eingang eine Spannungsquelle (B) und an dessen anderen Eingang eine erste Referenzspannungsquelle (BG) angeschlossen ist, derart, dass am Ausgang des Verstärkers eine von der Differenz der Spannung der Spannungsquelle (B) und der Spannung der Referenzspannungsquelle (BG) abhängige Spannung auftritt, wobei der Verstärkerausgang den geregelten Ausgang der Schaltungsanordnung bildet,

b) eine Rückkopplungsverbindung (Rl) vom Verstärkerausgang zum ersten Verstärkereingang,

c) einen weiteren Ausgang des ersten Verstärkers, der eine der Ausgangsspannung des ersten Verstärkers proportionale Spannung an einen ersten Eingang eines zweiten Verstärkers (AI) abgibt, dessen zweitem Eingang eine aus einer zweiten Referenzspannungsquelle stammende Referenzspannung (UR|) zugeführt wird,

d) eine Verbindung vom Ausgang des zweiten Verstärkers (AI) zu einem Steuereingang der ersten Referenzspannungsquelle (BG), über den diese Referenzspannungsquelle abhängig vom Wert der Ausgangsspannung des zweiten Verstärkers einstellbar ist, und e) eine derartige Bemessung der Schaltungsanördnung, dass in dem Masse, in dem der Strom in der Schaltungsanordnung in Abhängigkeit von deren geregelten Ausgangsspannung schwankt, die Ausgangsspannung des ersten Verstärkers sehr geringen Änderungen oberhalb eines bestimmten Schwellwertes des Stromes, aber verhältnismässig grossen Änderungen unterhalb dieses Schwellwertes unterworfen ist, wobei die Spannung mit dem Strom unterhalb des Schwellwerts abnimmt (Fig. 3).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbindung zwischen dem Ausgang des ersten Verstärkers (AV) und dem ersten Eingang des zweiten Verstärkers (AI) ein Widerstand (Rv) eingefügt ist, und dass zwischen diesem ersten Eingang und einem Bezugs-anschluss ein Kondensator (C8) liegt, wobei Widerstand und Kondensator so gewählt sind, dass über den ersten Verstärker laufende Hörfrequenzsignale unterdrückt werden.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Fernsprechapparat mit einer Schaltungsordnung nach Anspruch 1 oder 2 zur Regelung der Speisespannung.