DE1512829A1 - Fernsprech-Teilnehmerschaltung - Google Patents

Description

F e rn spre ch- Teilnehmer scha ltum g

Die Erfindung betrifft ein Fernsprecher-Sprechnetzwerk unter Verwendung von ohmschen Gabelschaltungen zur Rückhördämpfung.

Zweidraht-Fernsprecherschaltungen enthalten üblicherweise eine Gabelschaltung, in der das Mikrophon,! Sprechkapsel) und das Telefon (Hörkapsel) zueinander konjugiert angeordnet sind. Im Ergebnis treten in der Spre chkapsel oder in der Hörkapsel erzeugte Signale in der jeweils anderen Kapsel stark aber nicht vollständig gedämpft auf. Genauer gesagt teilt sich die in der Sprechkapsel erzeugte Signalenergie zwischen zwei benachbarten Induktionsspulen in Abhängigkeit von der Impedanzanpassung zwischen dem Netzwerk und der Teilnehmerleitung auf. Ein Anteil der Energie fließt zur Teilnehmerleitung und der andere Teil wird in der Nachbildung vernichtet. Aufgrund der relativen Polung der miteinander gekoppelten Spulen löscht sich deren Induktionswirkung aus,

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so daß nur eine sehr kleine Rückhörenergie auf die dritte Spule der Gabelschaltung gekoppelt wird. Die richtige Größe des Rückhörens, die zu einem natürlichen Klang bei der Sprachübertragung führt, wird durch die Impedanzanpassung zwischen dem Netzwerk und der Teilnehmerleitung eingestellt.

Wegen der unerwünscht großen und teueren Induktionsspulen von Fernsprecher-Gabelschaltungen sind Sprechschaltungen ohne solche Spulen entwickelt worden. Dort wird die Funktion der Gabelschaltung von einem Widerstandsnetzwerk übernommen. Solche Schaltungen sind beispielsweise in der USA-Patentschrift 2 8j|8 612 beschrieben. Die Ausschaltung von Induktionsspulen in der Sprechschaltungen von Fernsprechern hat aufgrund neuerer Fortschritte bei integrierten und Dünnfilm-Schaltungen zunehmende Bedeutung erlangt. Durch solche Schaltungen lassen sich die Herstellungskosten und die Größe insbesondere dann wesentlich herabsetzen, wenn Induktionsspulen nicht oder nur in kleinerem Umfang erforderlich sind.

Trotz dieser Vorteile hat jedoch eine Anzahl bisher ungelöster Probleme einer umfangreichen kommerziellen Anwendung von ohmschen Gabelschaltungen für Sprechnetzwerke im Wege gestanden. Beispielsweise läßt sich ein im wesentlichen ohm¹ scher

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Scheinwiderstand des Fernsprechers, der zur Vereinfachung der gewünschten Anpassung zwischen dem Fernsprecher und der Teilnehmerleitung erforderlich ist, wegen des induktiven Blindwiderstandes der üblichen Hörkapseln nur schwer erreichen. Ein weiteres Problem betrifft das Erfordernis, den Gleichstrom-Eingangswiderstand des Fernsprechers im wesentlichen unabhängig vom Widerstand des Kohlemikrophons zu machen, das zu spriunghaften Widerstandsänderungen neigt. Diese Probleme treten verschärft in solchen Fernsprechern auf, in denen Verstärker, beispielsweise ein Transistor oder mehrere Transistorstufen, in Verbindung mit dem Mikrofon verwendet werden.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Lösung für die erläuterten Probleme zu schaffen. Sie geht dazu aus von einem Fernsprecher-Sprechnetzwerk mit einem Mikrofon, einer ersten Transistor-Verstärkerstufe zur Verstärkung der von dem Mikrofon erzeugten Sprachsignale, einem Hörer und einer an die erse Transistor-Verstärkerstufe angekoppelten ohm'sehen Gabelschaltung zur Rückhördämpfung. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine zweite, zwische die ohm'sche Gabelschaltung und den Hörer geschaltete Transistor-Verstärkerstufe, die den induktiven Blindwiderstand des Hörers von der ohm¹ sehen Gabelschaltung isoliert und den Schein-

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widerstand des Fernsprechers im wesentlichen zu einem reinen Wirkwiderstand macht.

Dadurch ergibt sich als ein Vorteil, daß der Gleichstrom-Eingangswiderstand des Fernsprechers im wesentlichen unabhängig vom Widerstand des Mikrofons ist. Ein weiterer

Vorteil ist, daß erfindungsgemäß ein verhältnismäßig hoher I

Wechselstrom-Scheinwiderstand in einem Fernsprecher verwirklicht werden kann, obwohl die in einer üblichen Gabelschaltung verwendeten Induktiohs spulen durch eine ohm'sche Gabelschaltung ersetzt worden ist. Darüber hinaus ist es von Vorteil, daß erfindungsgemäß der Scheinwiderstand des Hörers von dem ohm¹ sehen Netzwerk isoliert ist, so daß der Scheinwiderstand des Fernsprechers im wesentlichen ein reiner Wirkwoderstand wird und unabhängig vom Scheinwiderstand des Hörers ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 2 das Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

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In der Schaltung nach Fig. 1 wird ein Kohlegrieß-Mikrofon Tl benutzt, das in Reihe mit den Widerständen Rl und R2 über den Adern Ll und L2 der Teilnehmerleitung liegt. Der Speisestrom für das Mikrofon Tl wird mit Hilfe der Widerstände Rl und R2 gewonnen. Der Wert dieser Widerstände ist so gewählt, daß der Mikrofonstrom auf einen Maximalwert begrenzt ist, der in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Teilnehmerschleife zwischen etwa 1 und 2 mA schwankt. Das Ausgangssignal des Mikrofons Tl liegt über einen Koppelkondensator C2 an der Basis eines Transistors Ql, der in Emitterschaltung betrieben wird. Der Gleichstrom-Arbeitspunkt des Transistors Ql ist durch die Widerstände R4 und R5, die in Reihe zwischen der Basis des Transistors Ql und der Ader Ll liegen, und den Widerstand R6 bestimmt, der zwischen den Emitter des Transistors Ql und die Ader L2 geschaltet ist. Der Basiskreis des Transistors Ql ist von den Anschlüssen der Teilnehmerleitung durch die Kombination der Widerstände R4 und R5 mit dem Kondensator C3 entkoppelt. Diese Entkopplung verhindert eine Rückkopplung vom Kollektorkreis des Transistors Ql auf dessen Basis, Eine solche Rückkopplung würde zu einer Erniedrigung der Kollektorkreis-Impedanz und der Verstärkung führen. Der zwischen den Verbindungspunkt der Widerstände Rl und R2 und die Ader L2

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■geschaltete Kondensator Cl verhindert eine Rückkopplung zur Basis des Transistors Ql über das Mikrofon und den Koppelkondensator C2.

Ein Gleichstrom-Ausgleich für den Mikrofonteil der Schaltung wird durch die Reihenschaltung der Diode Dl mit dem Widerstand R3 erreicht, die zwischen dem negativen Anschluß des Koppelkondensators C2 und der Ader L2 liegt. Aufgrund der Varistor-Funktion der Diode Dl nimmt deren Durchlaßwiderstand ab, wenn die angelegte Spannung zunimmt. Wenn demgemäß die Teilnehmerschleife, an der die Schaltung liegt, kürzer gemacht wird, nimmt der fließende Gleichstrom zu, und es liegt ein kleinerer Widerstand parallel zum Mikrofon Tl.

Im Hörerzweig der Schaltung wird ein in Kollektorschaltung betriebener Transistorverstärker Q2 benutzt. Der Hörer Ul liegt in Reihe mit einem Koppelkondensator C5 zwischen dem Emitter des Transistors Q2 und der Ader Ll. Eine Wechselstrom-Entkopplung des Kollektorkreises des Transistors Q2 wirdmit Hilfe der Parallelschaltung des Widerstandes RIl und des Kondensator C6 erreicht, die den Kollektor des Transistors Q2 mit der Ader Ll verbinden.

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Eine solche Entkopplung verhindert plötzliche Änderungen des über den Hörer fließenden Gleichstroms, so daß einSchutz gegen die Möglichkeit von Knackgeräuschen beim Wählen erreicht wird. Erfindungsgemäß besteht die Funktion des Transistors Q2 darin, den Scheinwiderstand des Hörers Ql vom übrigen Teil der Brückenschaltung zu isolieren und einen hohen Scheinwiderstand an ihrem Eingang bereitzustellen. Eine Entkopplungs-Induktionsspule L stellt einen hohen Wechselstrom-Scheinwiderstand bei Sprachfrequenzen und einen genügend kleinen Gleichstromwiderstand dar, so daß ein linearer Betrieb des Verstärkers sichergestellt ist.

Ein Varistor D2 sorgt für einen Ausgleich der Hörerschaltung. Wenn der Schleifenstrom bei abnehmender Schleifenlänge zunimmt, wird die Spannung über der Schaltung größer. Bei zunehmendem Strom durch den Varistor nimmt dessen Widerstand ab. Der in die Basis des Transistors Q2 fließende Signalstrom wird daher durch einen Nebenschluß abgeleitet, der bei steigendem Schleifenstrom abnimmt. Weiterhin führt die abnehmende Impedanz des Varistors dazu, daß bei größerwerdendem Schleifenstrom der vom Hörer-Verstärker entnommene Anteil des Gesamtstromes wächst. Der Kondensator C4 im Basiskreis des Transistors Q2 führt zu einer Beeinflussung

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des Frequenzganges der Hörerschaltung, die das Auftreten von Spitzen bei tiefen Frequenzen begrenzt.

Im ganzen gesehen, stellt die Schaltung eine Wheatstone'sche Brücke dar, bei der der Hörer- und Mikrofon-Zweig konjugiert sind. Die übrigen vier Zweige sind die drei Gabelschaltungs-Widerstände R8, R7 und R9 sowie die Schleife (nicht gezeigt), mit der der Fernsprecher verbunden ist. Im Idealfall sollten der Mikrofon- und Hörerzweig eine so hohe Impedanz besitzen, daß sie keinen Einfluß auf die Impedanz haben, die die gesamte Schaltung der Teilnehmerschleife bietet. Wenn die aktiven Zweige jedoch eine Impedanz in der gleichen Größenordnung wie die anderen Zweige der Brücke besitzen, so wird die Impedanz der gesamten Schaltung eine Funktion der Impedanz der aktiven Zweige, Erfindungsgemäß Ost die konjungiertheit zwischen dem Mikrofon- und Hörerzweig unabhängig von der Impedanz dieser Zweige und hängt nur vom Ausgleich zwischen den Widerständen R7, R9 und R8 der Zweigpaare und der Impedanz ab, die an den Eingangs anschluss en der Schaltung erscheint. Diese besteht aus der Parallelschaltung der Schleifenimpedanz mit Impedanzen, die im Fernsprecher neben der Brücke über den Anschlußklemmen der Teilnehmerleitung liegen,

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Eine optimale Rückhördämpfung (ftfsf läßt sich erfindungsgemäß durch Auswahl der Werte für die Widerstände R7, R8 und R9 aufgrznd bestimmter Anforderungen beim Entwurf der Schaltung erreichen. Zu diesen Anforderungen zählt eine vorgewählte Dämpfung der Signalenergie zwischen den Eingangsklemmen und dem Hörer, die Erzielung einer maximalen Rückhördämpfung für eine vorgegebene Schleifenimpedanz, beispielsweise 900 Ohm, und die Festlegung der Eingangsimpedanz der Schaltung von der angeschalteten Schleife aus gesehen auf einen vorbestimmten Wert, der beispielsweise im sprachfrequenten Band bei einem Wirkwiderstand von etwa 900 Ohm liegen kann. Aus diesen Anforderungen läßt sich leicht eine Gruppe von Gleichungen ableiten, deren Lösung die Bestimmung der speziellen Werte für die Widerstände R7, R8 und R9 ermöglicht.

Die Schaltung nach Fig. 2, die ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, ist im wesentlichen identisch mit der Schaltung nach Fig. 1 mit Ausnahme bestimmter Merkmale im Mikrofonzweig. Bauteile in Fig. 2, die ähnliche oder identische Funktionen wie die entsprechenden Bauteile in Fig. erfüllen, tragen die gleichen Bezugszeichen, Das Mikrofon Tl in Fig. 2 liegt im Emitterkreis des Transistors Ql. Die Basis

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dieses Transistors liegt über einen verhältnismäßig großen Kondensator Cl wechselstrommäßig an Erde. Der Transistor wird also in der Basisschaltung betrieben.

In der Schaltung nach Fig. 2 ist der Entkopplungskondensator Cl zur Herabsetzung der Rückkopplung zwischen dem Kollektorkreis und dem Basiskreis vorgesehen. Eine solche Entkopplung neigt jedoch dazu, am unteren Ende des Sprachfrequenten Bandes weniger wirksam zu sein, so daß die Eingangs impedanz der Fernsprecherschaltung bei niedrigen Frequenzen kleiner wird. Unter bestimmten Bedingungen für die Teilnehmerschleife ist der einzige verhältnismäßig große Kondensator Cl der Schaltung nach Fig. 2 wirksamer bei der Herabsetzung der Rückkopplung vom Kollektor bei niedrigen Frequenzen als die Entkopplungsschaltung in Fig. 1. Außerdem benötigt die Schaltung nach Fig. 2 weniger Bauteile. Der Speisestrom für das Kohlemikrofon Tl ist der Emitterstrom des Transistors Ql. Durch diese Anordnung wird der Gleichstromwiderstand der Fernsprecherschaltung etwas mehr abhängig vom Mikrofonwiderstand als im Falle der Schaltung nach Fig. 1. Die Wechselstromimpedanz des Mikrofonzweiges ist jedoch so groß, daß der Widerstand des Kohlemikrofons nur einen vernachlässigbar kleinen Einfluß auf die Impedanz der Schaltung hat. Umfang-

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reiche Experimente mit den Schaltungen nach Fig. 1 und 2 haben gezeigt, daß sie* im wesentlichen alle erwünschten Eigenschaften bezüglich der Güte der Sprachübertragung von heute üblichen Fernsprechern unter Verwendung von Gabelschaltungen mit Induktionsspulen besitzen. Zusätzlich läßt sich mit erfindungsgemäßen Schaltungen ein Verlauf der Eingangs impedanz erreichen, der einen festen Wirkwider stand im Sprachfrequenzband darstellt. Bei einem Ausführungsbeispiel wurden die Bauteile so gewählt, daß dieser Wert bei 900 Ohm liegt. Es wurde außerdem festgestellt, daß die Rückdämpfung erfindungsgemäßer Schaltungen etwa 15 dB größer ist als die herkömmlicher Fernsprecher bei 1000 Hz an einer verhältnismäßig kurzen Teilnehmerschleife, die mit 900 Ohm abgeschlossen ist. Bei beiden Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der Gleichstrom-Eingangswiderstand im wesentlichen unabhängig vom Widerstand des Kohlemikrofons und kann für alle Schleifenströme auf beispielsweise etwa 200 Ohm festgelegt werden.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1,1 Fernsprecher-Sprechnetzwerk mit einem Mikrofon, einer ersten Transistor-Verstärkerstufe zur Verstärkung der von dem Mikrofon erzeugten Sprachsignale, einem Hörer und einer an die erste Transistor-Verstärkerstufe angekoppelten ohm'sehen Gabelschaltung zur Rückhördämpfung, gekennzeichnet durch eine zweite, zwischen die ohm'sche Gabelschaltung (R7, R8, R9) und den Hörer (Ul) geschaltete Transistor-Verstärkerstufe, die den induktiven Blindwiderstand des Hörers von der ohm'sehen Gabelschaltung isoliert und den Scheinwiderstand des Fernsprechers im wesentlichen zu einem reinen Wirkwiderstand macht.
2. 2. Netzwerk nach Anspruch 1, das an eine erste und

   eine zweite Ader einer Teilnehmerleitung angeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verstärkerstufe in Kollektorschaltung über den beiden Adern liegt, daß ein Widerstand (RIO) zwischen der ersten Ader (Ll) und dem Emitter des Transistors (Q2) der Stufe geschaltet ist, daß eine Induktivität (L) zwischen dem Kollektor des Transistors und der zweiten Ader (L2) liegt, daß ein erster Kondensator (C5) in Reihe mit dem Hörer (Ul) zwischen den Emitter des

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   Transistors und die erste Ader geschaltet ist, und daß ein zweiter Kondensator (C4) die ohm'sche Gabelschaltung mit der Basis des Transistors koppelt.
3. 3. Netzwerk nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Hör er-Ausgleichs schaltung (D2), die zwischen die Basis und den Kollektor des Transistors (Q2) der zweiten Verstärkerstufe geschaltet ist.
4. 4. Netzwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Transistor-Verstärkerstufe (Fig. 2) in Basisschaltung über den beiden Adern (Ll, L2) liegt, daß ein Widerstand (R4) und ein Kondensator (Cl) in Reihe zwischen die beiden Adern geschaltet ist, daß der Verbindungspunkt der beiden letztgenannten Elemente direkt mit der Basis des Transistors (Ql) verbunden ist, und daß eine Gleichstrom-Ausgleichsschaltung (Dl und R3) zwischen den Emitter des Transistors und die zweite Ader sowie parallel zu dem Mikrofon geschaltet ist.

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