DE2327061C3

DE2327061C3 - Gabelschaltung

Info

Publication number: DE2327061C3
Application number: DE2327061A
Authority: DE
Inventors: Johannes Otto Eindhoven Voorman
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-06-15
Filing date: 1973-05-26
Publication date: 1982-01-07
Also published as: AU5675773A; FR2189952A1; SE387024B; CA975480A; NL7208148A; DE2327061A1; FR2189952B1; US3849609A; JPS5412182B2; JPS4952550A; DE2327061B2; IT986451B; GB1423456A

Description

Die Erfindung bc/ieht sich auf eine Gabelschaltung zur Kopplung einer /.weirichtiings-ÜbcrtragiingsleiliiMg mit einer Ijiirichtiings-Senilelcitimn und einer Hinrichtungs-I Jiipfangslcituni;. welche Schaltung einen ersten Stromverstärker, dessen Eingang an die Empfangsleitung und dessen Ausgang an die Zweirichtungs-Übertragungsleitung angeschlossen sind, einen zweiten Stromverstärker, dessen Eingang an die Zweirichtungs-Übertragungsleitung und dessen Ausgang an die Sendeleitung angeschlossen sind, und einen dritten Stromverstärker enthält, dessen Eingang an die Empfangsleitung und dessen Ausgang an die Sendelritung angeschlossen sind.

Eine derartige Gabelschaltung ist aus der US-PS 25 11 948 bekannt. In dieser bekannten Gabelschaltung ist jeder der drei Verstärker ein spannungsgesteuerter Stromverstärker. Die spannungsgesteuerten Stromverstärker werden durch Röhren gebildet, wobei das Gitter jeder der Röhren den Eingang des betreffenden Verstärkers und die Anode jeder der Röhren den Ausgang des betreffenden Verstärkers bildet. Der Eingang des ersten Verstärkers ist über einen veränderlichen Widerstand mit der Empfangsleitung verbunden. Dieser veränderliche Widerstand dient zur Einstellung des Gabelgleichgewichts.

Eine einfache Berechnung zeigt, daß die Gabelgleichgewichtseinstellung dieser bekannten Gabelschaltung von der Steilheit der verwendeten Röhren abhängig ist. Diese Steilheit, und somit auch die Gabeigleichgewichtseuistellung, sind stark temperatur- und stromabhängig. Dies bedeutet, daß die Gabelgleichgewichtseinstellung stets nachgeregelt v/erden muß.

Weiter ist aus der DE-OS 20 61954 eine Gabelschaltung bekannt, in der der erste, der zweite und der dritte Verstärker spannungsgesteuerte Stromverstärker sind und in der Transistoren und Widerstände verwendet werden. In dieser bekannten Gabelschaltung wird der Einfluß der Transistorbasisspannungen, weiche stark temperatur- und stromabhängig sind, durch Verwendung von Widerständen und Stromquellen herabgesetzt. Diese Methode zur Erniedrigung des Einflusses der Basisspannungen hat den Nachteil, daß sich diese Gabelschaltung kaum zur Integration eignet infolge des hohen notwendigen Aufwandes.

Außerdem ist aus der DE-AS 11 29 544 eine Gabelschaltung bekannt, bei der unter anderem auch Stromverstärker verwendet werden. Auch in dieser Schaltung wird der Einfluß der Transistorbasisspannungen durch Verwendung von Widerständen herabgesetzt, so daß auch diese Stromverstärker stark temperatur- und stromabhängig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gabelschaltung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der Stromverstärker verwendet werden, die temperatur- und stromunabhängig sind, und die sich außerdem besonders gut zur Integration eignen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder der Stromverstärker zwei parallele Zweige aufweist, wobei der eine Zweig mindestens einen ersten Transistor und der andere Zweig mindestens einen zweiten Transistor enthält und die Basis-F.mittenStrecken der beiden Transistoren zueinander parallel geschaltet sind, daß die Basis des ersten Transistors jeweils den E-ingang der genannten Stromverstärker bildet und der Kollektor des /weiten Transistors jeweils den Ausgang der genannten Stromverstärker bildet, und daß das Produkt der Stromverstiirkiingsfaktorcn des ersten und lies /weilen Stromverstärkers gleich dem zweifachen des Stromverstärkiingsfaktors des dritten Stromverstärkers ist.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig.] eine Gabelschaltung nach der Erfindung,

F i g. 2 einen anwendbaren Stromverstärker anderer Art,

F i g. 3 eine Kombination des ersten und des zweiten Verstärkers und

F i g. 4 eine andere Kombination des ersten und des zweiten Verstärkers.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bezeichnet T die Zweirichtungs-Übertragungsleitung, in der Signale in beiden Richtungen übertragen werden.

Die Übertragungsleitung T ist z. B. eine Teilnehmerleitung eines Fernsprechteilnehmers. Die Leitung O ist die Einrichtungsübertragungsleitung, über die der Gabelschaltung Signale zugeführt werden, während Z eine Einrichtungsübertragungsleitung bezeichnet, über die Signale von der Gabelschaltung ausgesandt werden. Diese Leitungen bilden die Empfangsleitung O bzw. die Sendeleitung Z einer sögenannten Vierdrahtverbindungsleitung.

Die Empfangsleitung O ist an den Eingai.g 33 eines Stromverstärkers C und an den Eingang 23 des Stromverstärkers B angeschlossen. Die beiden genannten Eingänge 23 und 33 sind auch mit der Gleichstromquelle 22 verbunden. Die Sendeleitung Z ist an den Ausgang 14 des Stromverstärkers A und an den Ausgang 24 des Stioinverstärkersß angeschlossen. Die beiden genannten Ausgänge 14 und 24 sind auch mit der Gleichstromquelle 15 verbunden. Die Zweirichtungs-Übertragungsleitung T ist einerseits über die Impedanz Z₀ an den Ausgang 13 des Stromverstärkers."! und andererseits an den Ausgang 34 des Stromverstärkers C angeschlossen. Der Ausgang 14 des Stromverstärkers A ist mit der Gleichstromquelle 15 und der Ausgang 34 des Stromverstärkers C ist mit der Gleichstromquelle 32 verbunden. Jeder der drei stromgesteuerten Stromverstärker weist zwei parallele Zweige auf, wobei der eine Zweig einen als Diode geschalteten ersten Transistor (11, 21 bzw. 31) und der andere Zweig einen zweiten Transistor (10, 20 bzw. 30) enthält. Die Basis-EmiUer-Sirecken der genannten ersten und zweiten Transistoren sind parallel geschaltet. Die Basis-Elektroden der ersten Transistoren bilden zugleich die Eingänge der Verstärker, während die Kollektoren der zweiten Transistoren die Ausgänge der Stromverstärker bilden. Die Stromverstärkung der drei Stromverstärker A, B und C ist auf 2 eingestellt, was dadurch erzielt werden kann, daß der Quotient der Emitteroberflächen des zweiten Transistors und des ersten Transistors gleich 2 gemacht wird, wie z. B. in I. E. E. E. — International Solid Slate Circuits Conference, Februar 1969, S. 16 und 17, beschrieben ist. Die Wirkungsweise der Gabelschaltung nach F i g. 1 ist folgende.

Es wird angenommen, daß in der Empfangsleitung O ein Strom von 2 E Amperes fließt, was in F i g. 1 symbolisch mit dem Pfeilepaar α angegeben ist. Dieser Strom wird gleichmäßig über die als Dioden geschalteten Transistoren 21 und 31 verteilt, vorausgesetzt, daß die Hniittcrobcrflächen der beiden Transistoren einander gleich sind. Durch die beiden Dioden 21 und 31 wird ein Strom gleich E Amperes fließen. Da die Stromverstärkung der beiden Stromverstärker H und 1" gleich 2 ist, wird ;iu den Ausgängen 24 Ivw. 34 ein Strom von 2 E Amperes fließen, was in F i g. I symbolisch mit den Pfeilcpaarcn d und /1 angegeben ist. /_n biveichnct die Abschliißimpedanz derZweirichtungs-ÜbertragungsIeitungr. Wenn diese Abschlußimpedanz gleich der Kabeiimpedanz der Übertragungsleitung ist, werden zu dem Punkt 18 zwei gleich große Ströme fließen, was mit den Pfeilen c und t angegeben ist. Der mit dem Pfeil i angegebene Strom wird durch die Diode 11 fließen. Da die Stromverstärkung des Stromverstärkers A gleich 2 ist, wird durch den Transistor 10 zu dem Ausgang 14 des Sromverstärkers A ein Strom von 2 E Amperes fließen (s. Pfeilepaar g). Dieser Strom ist gleich groß wie der mit Ii angegebene Strom, aber zu diesem Strom gegenphasig. Dies bedeutet, daß infolge des in der Empfangsleitung vorhandenen mit dem Pfeilepaar a angegebenen Stromes kein Strom zu der Sendeleitung Z fließen wird. Es wird angenommen, daß in der Zweirichtungs-Ubertragungsleitung T ein Sendestrom von E Amperes fließt, was hi F i g. 1 mit einer gestrichelten Linie η angegeben ist. Dieser Strom wird nur durch die Diode 11 und die Impedanz Z₀ fließen, weil die Wechselstromimper¹ -.\z zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Tiunnstors 30 viele Male größer als die durch die Diode 11 und die Impedanz Z₀ gebildete Impedanz ist. Da die Stromverstärkung des Stromverstärkers A gleich 2 ist, wird durch den Transistor 10 zu dem Ausgang des Stromverstärkers^ ein Strom von IE Amperes fließen. Dieser Strom wird zu der Sendeleitung Z fließen, was in Fig. 1 mit dem Pfeilepaar / angegeben ist. Durch den Transistor 20 wird kein Gendestrom fließen, weil die Wechselstromimpedanz zwischen dem Kollektor und dem Emitter dieses Transistors viele Male größer als die Impedanz der Sendeleitung Z ist.

Wie oben auseinandergesetzt wurde, wird infolge des die Empfangsleitung durchfließenden Stromes kein Strom zu der Sendeleitung Z fließen, was mittels der Impedanz Z₀ erzielt wird. Mit Hilfe der Impedanz Z₀ wird also einerseits das Gabelgleichgewicht eingestellt und andererseits die Kabelar.passung gesichert. Eine gesonderte Gleichgewichtseinstellung ist also nicht mehr erforderlich. Außerdem ist die Gabe.achaltung nach Fig. 1 durch das Fehlen von Widerständen und Kondensatoren besonders geeignet für Integration. Die Stromquellen 12, 15, 22 und 32 dienen zur Gleichstromeinstellung der Stromverstärker A, B und C. Wenn der Gleichstrom in der Stromquelle 12 z.B. gleich /Amperes ist und die Stromverstärkungsfaktoren der Stromverstärker A, B und C gleich 2 sind, werden die Ströme in den Stromquellen 15, 22 und 32 gleich 4 /, 2 / bzw. 2 / Amperes sein.

In dem Ausfübrungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Stromverstärkung der drei Stromverstärker gleich 2 gewählt. Die Stromverstärkung kann jedoch auch verschieden gewählt werden. Eine einfache Berechnung zeigt, daß für eine richtige Gabelgleichgewichtseinstellung nur dafür gesorgt werden muß. oaß das Produkt der Stromverstärkungsfaktoren des ersten und des zweiten Stromverstärkers gleich dem Zweifachen des Stromverstr.rkungsfaktors des dritten Stromverstärkers ist. Dies oedeutet also, daß der Quotient der Emitterobtrflächen des zweiten und des ersten Tran sistors des ersten Verstärkers multipliziert mit dem Quotienten der Emittcrobcrflächcn des zweiten und des ersten Transistors des zweiten Verstärkers etwa gleich dem Zweifachen des Quotienten der Emittcroberflächen des zweiten und des ersten Transistors des dritten Verstärkers ist.

Aus Obenstehendem geht hervor, daß die Stromverstärkung der Verstärker durch Quotienten von

Emiltcrobcrllüehen der verwendeten Transistoren und also durch die Geometrie bestimmt wird. Diese Quotienten sind strom· und tcmperuturunahhängig. und infolgedessen wird die Gabelgleiehgewichtseinstcllune der Gabelschaltung nach der lirfindung auch strom- und tcmpcraturumibhängig sein.

F^:.s ist einleuchtend, daß auch andere Stromverstärker als die Stromverstärker nach F i g. 1 Anwendung findrn können. So kann /. 13. auch ein Stromverstärker von dem in F i g. 2 dargestellten Typ verwendet werden. Der erste Zweig dieses Stromverstärkers enthält außerdem einen dritten und einen vierten Transistor, wobei die Kollcktor-Basis-Strccke des dritten Transistors 16 gegensinnig parallel zu der Kollcktor-Basis-Streckc des ersten Transistors 11 angebracht ist. Parallel zu der Emitter-Basis-Strcckc des dritten Transistors 16 ist die Kollcktor-Eniitter-Strecke des vierten Transistors 17 angebracht. Die Basis des dritten Transistors 16 ist mit dem Eingang 13 des Stromverstärkers A und die Basis des Transistors 17 ist mit ao einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Der Emitter des Transistors 16 ist über die Kollektor-F.mittcr-Strcckc des Transistors 12 mit einem Punkt konstanten Potential verbunden. Der Kollektor des Transistors 1(1 ist über die Kollcktor-Emitter-Strcckc a< des Transistors 26 mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Die Diode 19 ist zu den Emittcr-Basis-Strccken der Transistoren 25 und 26 parallel angeordnet. Die Basis-Elektroden der Transistoren 25 und 26 sind außerdem über einen gemeinsamen Widerstand /' mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Der Widerstand P dient zur Einstellung der Gleichströme durch die Transistoren 25 und 26. Die Transistoren 25. 16. 17 und 11 bilden zusammen einen künstlichen Transistor, wie er in der älteren NL-PS 71 02 199 beschrieben ist. Die Basis des Transistors 16 bildet den Emitter des künstlichen Transistors, während die Basis des Transistors 17 zugleich die Basis des künstlichen Transistors und der Emittcr des Transistors 11 den Kollektor des genannten künstlichen Transistors bildet. Zwischen dem Kollektor und der Basis des künstlichen Transistors ist eine konstante Spannung vorhanden, so daß der künstliche Transistor als Diode geschaltet ist. Statt der Transistoren 10. 25 und 26 können auch Transistoren der in der genannten älteren Anmeldung beschriebenen Art verwendet werden. Die Stromverstärker können differential ausgebildet werden.

Die Verstärker Il und C können einfach /u einem einzigen Verstärker mit zwei Ausgängen kombiniert werden, wie er /. B. in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. In Fig. 3 wird der Verstärker ( durch die Transistoren 20. 21. 30 und 31 gebildet, wobei der Eingan u 23 dieses Verstärkers an die F!mpfaiigsleitung O und der Ausgang 34 dieses Verstärkers an die Zwei richtungs-Übertragungslcitung 7 (18) angeschlossen ist. Der Verstärker U wird durch die 'Transistoren 20 und 21 gebildet und sein Eingang ist an die Empfangslcitung O und sein Ausgang 24 ist an die ScndcleitungZ(14) angeschlossen. Wenn das Verhältnis der Transistoren 30 und 31 gleich S₁ und das Verhältnis der Emitterobcrflhchcn der Transistoren 10 und 11 (s. F i g. I) gleich .V., und das Verhältnis der Emitteroberflächen der Transistoren 20 und 21 gleich S, ist, muß für eine richtige Gabelgleichgcwich'.seinstcilung die nachstehende Beziehung erlüllt werden:

—V--

(1)

Dabei ist S₁-(S₃+ 1) der Stromverstärkungsfaktor des ersten Verstärkers C. S_x der Stromverstärkungsfp.ktor des dritten Verstärkers B und S., der Stromvcstärkungsfaktor des zweiten Verstärkers A.

Eine andere mögliche Kombination der Verstärker B und C ist in Fig. 4 dargestellt. In dieser Figur wird der erste Verstärker C durch die Transistoren 20. 21 und 31 gebildet und ist sein Eingang 23 an die Empfangsleitung O und sein Ausgang 34 an die Zwcirichtungs-Ubertragungsleitung T (18) angeschlossen. Der dritte Verstärker 0 wird durch die Transistoren 20, 21 und 30 gebildet, und sein Eingang 23 ist an die Empfangsleitung O und sein Ausgang 24 an die Sendeleitung Z (14) angeschlossen. Wenn das Verhältnis der Emitteroberflächen der Transistoren 30 und 31 gleich S₃ und das Verhältnis der Emitteroberflächen der Transistoren 10 und Il (s. Fig. 1) gleich S₂ ist. muß für eine richtige Gabclgleichgewichtseinstellung die nachstehende Beziehung erfüllt werden:

2S₃ = S₂... (2)

Das Verhältnis der Emitteroberflächen der Transistoren 20 und 21 kann beliebig gewählt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gabelschaltung zur Kopplung einer Zweirichtungs-Übertragungsleitung mit einer Einrichtungs-Sendeleitung, welche Schaltung einen ersten Stromverstärker, dessen Eingang an die Empfangsleitung und dessen Ausgang an die Zweirichtungs-Übertragungsleitung angeschlossen sind, einen zweiten Stromverstärker, dessen Eingang an die Zweirichtungs-Übertragungsleitung und dessen Ausgang an die Sendeleitung angeschlossen sind, und einen dritten Stromverstärker enthält, dessen Eingang an die Empfangsleitung und dessen Ausgang an die Sendeleitung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Stromverstärker (A, B, C) zwei parallele Zweige aufweist, wobei der eine Zweig mindestens einen ersten Transistor (11, 21, 31) und der andere Zweig mindestens einen zweiten Transistor (10,20,30) enthält und die Basis- ao Emitter-Strecken der beiden Transistoren zueinander parallel geschaltet sind, daß die Basis des ersten Transistors (11, 21, 31) jeweils den Eingang der genannten Stromverstärker bildet und der Kollektor des zweiten Transistors (10,20,30) jeweils den Ausgang der genannten Stromverstärker bildet, und daß das Produkt der Stromverstärkungsfaktoren des ersten (C) und des zweiten Stromverstärkers (A) gleich dem zweifachen des Stromverstärkungsfaktors des dritten Stromverstärkers (B) ist.

2. Gabelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quc'ient der Emitteroberflächen des zweiten (30) und des ersten Transistors (31) des ersten Verstärkers (C multipliziert mit den Quotienten der Emitteroberflächen des zweiten (10) und des ersten Transistors (11) des zweiten Stromverstärkers (A) etwa gleich das Zweifache der Quotienten der Emitteroberflächen des zweiten (20) und des ersten Transistors (21) des dritten Stromverstärkers (B) ist (F i g. 1).

3. Gabelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des ersten Transistors (18) über die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines dritten Transistors (16) und der Kollektor-Emitter-Strecke eines vierten Transistors (17) mit dem Kollektor des ersten Transistors (18) verbunden ist, wobei die Basis des dritten Transistors (16) mit dem Eingang des betreffenden Stromverstärkers verbunden ist, daß die Basis des vierten Transistors (17) mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist, daß der Knotenpunkt des Emitters des dritten Transistors (16) und des vierten Transistors (17) über die Kollektor-Emitter-Strecke eines fünften Transistors (12) mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist und daß parallel zu der Emitter-Basis-Strecke des fünften Transistors (12) die Emitter-Basis-Strecke eines sechsten Transistors (15) angeordnet ist, welcher Kollektor mit dem Ausgang des Stromverstärkers verbunden ist.

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