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Schaltungsanordnung für einen Fernsprechapparat Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung für einen Fernsprechapparat mit einem drei Wicklungen aufweisenden
Sprechübertrager, dessen erste Wicklung in Reihe mit einem Mikrofon an die Teilnehmerleitung
anschaltbar ist, dessen zweite Wicklung in Rehe mit einer Nachbildung dem Mikrofon
parallel liegt und dessen dritte Wicklung an---einen Höher angeschlossen ist.
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In einer wirklich guten Fernsprechanlage sollten verschiedene, manchmal
einander widersprechende Forderungen erfüllt werden, und zwar: a) die Lautstärke
zwischen zwei Sprechpartnern muß im wesentlichen konstant gehalten werden und etwa
genauso groß sein wie die, die zwischen zwei normalsprechenden, sich gegenüberstehenden
Menschen vorhanden ist. Diese Forderung sollte für alle Fernsprechapparate der Fernsprechanlage
unabhängig von der Länge der jeweiligen Teilnehmeranschlußleitung gelten. Es muß
dieselbe Lautstärke erreicht werden für zwei Fernsprechapparate, die sich in demselben.
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Gebäude befinden, wie für Fernsprechapparate, die sich in größerer
Entfernung befinden und die über lange Teilnehmerans-chlußleitungen miteinander
verbunden sind.
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b) der vom Hörer erzeugte und das Ohr des hörenden Gesprächspartners
erreichende Ton muß eine getreuliche Widergabe des vor dem Mikrofon durch das Sprechorgan
abgegebenen Tones sein. Das bedeutet praktisch, daß bei der elektrischen Umformung
die charakteriSischen Merkmale des Tones erhalten bleiben misen.
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c) es muß eine möglichst gute Impedanzanpassung zwischen den zweidrähtigen
Übertragungsleitungen und den mit diesen verbundenen Fernsprechapparaten gewährleistet
sein, so daß die Reflektionsverluste gering sind.
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d) aus subjektiven Gründen muß jeder Gesprächspartnersich in seinem
eigenen Hörer mit geringer Lautstärke hören können. Dies wird als Rückhören bezeichnet,
und die RUckhörspannung sollte möglichst konstant und möglichst unabhängig von allen
Betriebsbedingungen sein, wie beispielsweise die Länge der Teilnehmeranschlußleitung,
Diese Forderung ist nicht leicht zu erfüllen, denn wenn über eine lange Leitung
gesprochen wird, dann sollte der das Mikrofon durchfließende elektrische Strom zur
Erzielung einer größeren Reichweite größer sein, wobei die RUckhörspannung ansteigen
und gegebenenfalls einen störenden Wert erreichen würde.
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Die Erfüllung der Forderunzen a) und d) erfordern praktisch diese
eine Konstantregelung. Die Bedingungen erfüllenden Fernsprechapparate werden oft
als Fernsprechapparate mit Leitungsausgleich bezeichnet im Gegensatz zu den noch
sehr häufig benutzten, ohne Ausgleich arbeitenden Fernsprechapparaten.
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Es ist bekannt, daß beim Gespräch zweier über eine kurze Obertragungsstrecke
miteinander verbundener Teilnehmer die Lautstärke oft so groß ist, daß der Handapparat
weiter vom Ohr weggehalten werden muß, damit die Schmerzgrenze nicht überschritten
wird. Eine erste Lösung des Ausgleichsproblems
bestand nur darin,
Dämpfungsglieder-entsprechend der Länge der Teilnehmeranschlußleitungen manuell
einzufügen. Es sind auch schon Schallwandler benutzt worden, deren Emp-findlichkeit
enstellbar ist und die dann den Fernsprechapparaten derart zugeteilt wurden, daß
die Empfindlichkeit der Teilnehmeranschlußleitung angepaßt war.
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Diese Lösung gehört zudem sogenannten manuellen-Ausgleich, der gewiss
nur in einigen Fällen und auf Kosten einer Eröfßeren Komplikation sie einer größeren
Ausdehnung verschiedene Fernsprechapparattypen die Forderung d) erfüllen kann.
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In Bezug auf die Forderungen b) undc) haben diese Ausgleichelösungen-im
allgemeinen unzulässige-Mängel hinsichtlich der richtigen Impedanzanpassung, wenn
die Normvorschriften für Übertragungsleitungen zugrunde- gelegt werden.
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Es sind ferner Fernsprechapparate mit automatischem Ausgleich bekannt,
wobei sich der Ausgleich sowohl auf die Lautstärke als auch auf die Rückhörlautstärke
bezieht und wobei zur Regelung pannungsabhäne Widerstände, beispielsweise Termistoren
und Varistoren, eingesetzt sind.
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Aber im-.allgemeinen haben diese Fernsprechapparate zwei Nachteile.
Erstens nämlich ist eine sehr sorgfälltige Auswahl der spannungsabhängigen Widerstände
erforderlich, die praktisch sehr schwierig zu erreichen ist, weil eine große statistische
Streuung in Bezug auf die Widerstands- und Widerstandsänderungs- Kennlinien unter
den einzelnen Widerstandsproben desselben Typs vorhanden ist. Zweitens neigen diese
spannungsabhängigen Widerstände entsprechend ihrem Arbeitspunkt und ihrer Eigenart
zu großen Widerstandsänderungen. Der Widerstandswert der spannungsabhängigen
Widerstände
ist auch nicht immer der richtigste für die Anschaltstelle in der Schaltung. Letzteres
bringt Begrenzungen ihrer Benutzung mit sich, d.h. beispielsweise, daß in Reihe
geschaltete Widerstände mit der dadurch verbundenen Begrenzung ihrer Wirkung benutzt
werden müssen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die vorgenannten Forderungen a) bis
d) erfüllt werden. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß beide Enden
der zweiten Wicklung über gleichstrom-leitende Glieder mit der Teilnehmerleitung
gekoppelt sind, daß zwischen einem Abgriff der zweiten Wicklung und dem tibertragerfernen
Anschluß des Mikrofons eine leichstromgesteuerte, veränderbare Impedanz angeordnet
ist und daß Regelglieder aus veränderbaren Widerständen zur automatischen Regelung
der abgehenden und ankommenden Sprechwechselspannung vorgesehen sind.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung für die Regelung der abgehenden Sprechwechselspannung
ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten und zweiten Wicklung zwei in
Reihe liegende Widerstände eingefügt sind, daß an den gemeinsamen Verbindungspunkt
dieser Widerstände das Mikrofon angesthlossen ist, das der Reihenschaltung dieser
Widerstände eine Reihenschaltung aus zwei veränderbaren Widerständen parallel liegt
und daß zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden veränderbaren Widerstände
und dem tibertragerfernen Mikrofonanschluß ein Kondensator angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Regelglied
zur Regelung der ankommenden Sprechwechselspannung dadurch gekennzeichnet, daß es
einen zwischen dem dbertragerfernen
Mikrofonanschluß und der zugeordneten
Leitungsader liegenden Widerstand aufweist, daß mit diesem Mikrofónanschluß auch
der eine Höreranschluß verbunden ist> daß dieses Regelglied ferner eine diesen
Widerstand parallel liegende Reihenschaltung aus einem weiteren Widerstand und zwei
gleichstromgesteuerten, veränderbaren Impedanzen aufweist, wobei der gemeinsame
Verbindungspunkt dieser Impedanzen mit dem anderen Höreranschluß verbunden ist.
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Diè Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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In der Figur ist die Schaltungsanordnung für einen Fernsprechapparat
mit automatisehem Leitungsausgleich dargestellt.
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Der an eine Teilnehmeranschlußleitung a, b angeschlossene Fernsprechapparattweist
zwischen den Sprechadern a,-b eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 10 und
einem bekannten Wecker 12 auf. Im Zuge der Ader a ist ein bekannter Nummernschalter
14 und ein bekannter Gabelumschalter 16 eingefügt, die nicht Gegenstand der Erfindung
sind und daher nicht beschrieben werden. Der Kondensator 10 dient in Verbindung
mit einem anoden Gabelumschalter 16 angeschlossenen Widerstand 18 zur Funkenlöschung.
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Im Zuge der Ader a liegen eine erste Wicklung 20 eines Sprechübertragers,
zwei niederohmige Widerstände 22, 23 und eine zweite Wicklung 24 des Sprechübertragers,
wobei diese Wicklung 24 einen Mittelabgrif£ 24 aufweist, so daß zwei Wicklungsteile
26, 28 vorhanden sind. Diese Aufteilung ist für die Erfindung wichtig. Im Zuge der
Ader a lieg ferner ein Kondensator 30, der im Sprachfrequenzband eine verhältnismässig
kleine Impedanz auPweists und eine dritte Wicklung 32 des Sprechübertragers n welche
mit einem Hörer 33 verbunden ist.
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Der gemeinsame Verbindungspunkt des Kondensators 30 mit der dritten
Wicklung-32 ist über eine Parallelschaltung aus einem Kondensator 34 und einem Widerstand
36 mit einem Punkt 42 verbunden. Dieser Punkt 42 ist über einen Widerstand 38 an
die Ader b angeschlossen.
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Der gemeinsame Verbindungspunkt der zweiten Wicklung 26, 28 und dem
Kondensator 30 ist über einen Widerstand 40 mit dem Punkt 42 verbunden. Der Widerstand
40 dient zur Verbesserung der Impedanzanpassung. Der gemeinsame Verbindungspunkt
der Widerstände 22, 23 ist über ein Mikrofon 44 mit dem Punkt 42 verbunden. Ferner
ist zwischen dem Abgriff 24 und dem Punkt 42 ein Varistor 48 angeordnet.
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Ein zur Regelung der abgehenden Sprechwechselspannung dienendes Regelglied
weist sein Widerständen 22, 23 eine der Reihenschaltung dieser Widerstände parallel
liegende Reihenschaltung aus einem Widerstand 56 und zwei Varistoren 52, 54 auflwobei
der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden Varistoren über einen Kondensator 50
mit dem Punkt 42 verbunden ist.
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Im üblicher Weise liegt dem Hörer 33 ein Knallschutz-Varistor 58 parallel.
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Der gemeinsame Verbindungspunkt der Wicklung 32 und des Hörers 33
ist über einen weiteren Varistor 60 und über einen Widerstand 62 mit der Ader b
verbunden.
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Wenn die angeschlossene Teilnehmerleitung kurz ist, dann ist der Widerstand
dieser Leitung klein, der Gleichstrom groß und ebenfalls der Gleichspannungsabfall
an den Widerständen 22, 23 groß. Durch einen solchen hohen Strom werden die Varistoren
52, 54 auf einen Arbeitspunkt mit kleinem Wechselstromwiderstand eingestellt, Dieser
Arbeitspunkt befindet
sich auf einem sehr steilen Teil der annähernd
exponentiellen Kennlinie. Dadurch kann ein großer Wechselstromanteil über den Kondensator
50 abfließen, der eine verhältnismäsig große Kapazität, beispielsweise 10/uF , aufweist.
Auf diese Weise liegen die Varistoren 52, 54 praktisch im Nebenschluß'zum' niederohmigen
Mikrofon 44, so daß bei kurzen Teilnehmerleitungen eine wirksame Dämpfung der abgehenden
Sprechwechselspannung eintritt. Wenn andererseits eine lange Teilnehmerleitung vorhanden
ist und wenn daher der Strom über die Widerstände 22, 23 gering ist, weisende Varistoren
52, 54 einen hohen Wechselstromwiderstand auf, so daß nur ein unwesentlicher Anteil
der Sprechwechselspannung über den Kondensator 50 abgeleitet wird.
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Bei einer praktischen Ausführung gemäß der Erfindung hatten die Varistoren
52, 54 undder Kondensator 5oane geringe räumliche Größe, wobei ein Tantalkpndensator
benutzt wurde und die Varistorens 52, 54 in einer sehr kleinen Kapsel untergebracht
waren. Ein Tantalkondensator ist im allgemeinen gegen sehr hohe Spannung sehr empfindlich
,doch in dieser Schaltungsanordnung ist der Varistor 48 vorhanden, dessen Widerstand
sich beim Ansteigen der angelegten Gleichspannung verringert, so daß der Tantalkondensator
50 durch von der Teilnehmernehmerleitung a, b kommende Überspannungen nicht zerstört
wird In ähnlicher Weise ist ein Regelglied zur Regelung der ankommenden Sprechwechselspannung
vorgesehen. Wenn der'Glhstrom in der Teilnehmerleitung groß ist, fließt dieser Strom
über den Widerstand 38, wo er einen hohen Spannungsabfall erzeugt. Diese abfallende
Spannung wird an, den Varistor 60 angelegt der ebenfalls eine exponentielle Kennlinie
hat und dessen Wechselstromwiderstand in diesem Fall klein ist.
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Dem Hörer 3.3 liegt damit ein niederohmiger Widerstand parallel; dieser
parallel liegende Widerstand wird hochohmiger, wenn der Teilnehmerleitungsstrom
vermindert wird. Abhängig vom
Teilnehmerleitungswiderstand bleibt
somit auch die Sprachwechselspannung am Hörer 33 konstant.
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Die Varistoren 58, 60 können gemeinsam in einer einzelnen Plastikkapsel
untergebracht sein.
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Es sei darauf hingewiesen, daß ein zweites wichtiges Merkmal der Erfindung
in der Anordnung dieser Regelglieder besteht. Diese Regelglieder sind nämlich völlig
unabhängig voneinander. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Regelung allein
mit den Wechselstromkennlinien erreicht wird, und daß der Gleichstrom nur als Mittel
zur Einstellung des Regelungsgrades dient. Dadurch, daß die Regelglieder im Nebenschluß
betrieben werden, ist eine bessere Anpassung der Teilnehmerleitung /Tnöglich, wobei
der Innenwiderstand des Fbrnsprechapparates automatisch verringert wird, wenn die
Teilnehmerleitungen kürzer werden. Deshalb wird immer eine Impedanzanpassung erreicht,
und die Reflektionsverluste werden merklich verringert Die Rückhördämpfung wird
mittels eines Netzwerkes aus Widerständen, Kondensatoren und des Varistors 48 erreicht,
die aus Siliziumcarbit bestehen kann. Die an diesem Teil des Netzwerkes auftretende
Spannung muß vekbriell zu der Spannung addiert werden, die in der dritten Wicklung
32 induziert wird, so daß die Sprechwechselspannung am Hörer im Sendezustand des
Fernsprechapparats sehr kein ist. Eine aufgrund der Längenänderung der Teilnehmerleitung
vorzunehmende automatische Regelung der Rückhörspannung wird durch die mollch.
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nicht~lineare Kennlinie des Varistors 48 enn nämlich die Gleichstromvorspannung
dieses Xistors größer wird, wird der Wechselstromwiderstand dieses Varistors verringert,
so daß die Rückhörspannung innerhalb geeigneter Grenzen bleibt, ungeachtet dessen,
daß die abgehende Sprechwechselspannung
größer wird, wenn die Teilnehmerleitung
länger ist.
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Für die Erfindung ist wichtig, daß die zweite Wicklung 24 in zwei
Wicklungsteile aufgeteilt ist, wobei der Varistor 48 an den Abgriff dieser Wicklung
angeschlossen ist, so daß eine bessere Anpassung und eine bessere Ausnutzung der
Spannungs-Strom-Kennlinie dieses Väristors erreicht werden.
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Es sei noch daran erinnert, däß der Varistor 48 auch zum Schutz des
eine hohe Kapazität aufweisenden Kondensators 50 dient, dem keine zu hohe Arbeitsspannung
zugeführt werden darf, wenn er räumlich klein und billig sein soll.