DE2512563A1

DE2512563A1 - Schaltungsanordnung fuer einen fernsprechapparat ohne uebertrager

Info

Publication number: DE2512563A1
Application number: DE19752512563
Authority: DE
Inventors: Roberto Dipl Ing Pipitone
Original assignee: Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1974-03-21
Filing date: 1975-03-21
Publication date: 1975-10-02
Also published as: DE2512563B2; FR2265232B1; CH576217A5; US3987254A; GB1500442A; CA1030283A; DE2512563C3; FR2265232A1; IT1024530B

Description

9517-74/H/Elf _ PitentanwM·

_DB 320 Df.-Tng. Ern?t Snrimorfeld

ital.Anm. Nr. 67891 A/74 ^{Cr r} - ■· " ^J

vom 21.3.1974 Dip.-i. ' -, /.-

Dipl.-ing. \-,o'.i.·..-.; . - >.οΪ3Γ
β München G6, Poaii&ch 360668

Societä Italiana Telecomunicazioni Siemens s.p.a.,
Mailand /Italien

Schaltungsanordnung für einen Fernsprechapparat ohne übertrager

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen Fernsprechapparat ohne übertrager, mit einem mit der Sprechkapsel gekoppelten Sprechverstärker, einem von den Adern der Teilnehmerleitung gespeisten, an die Hörkapsel angeschlossenen Hörverstärker und einer ebenfalls mit den Adern der Teilnehmerleitung verbundenen Gabelschaltung. Die Schaltungsanordnung wird
nachfolgend als Sprechschaltung bezeichnet.

Bei Sprechschaltungen ist man bekanntlich bestrebt, ohne übertrager auszukommen, da Schaltungsanordnungen, die lediglich aktive Schaltungselemente und wenige Kapazitäten enthalten, nicht nur den Vorteil eines gedrängten Aufbaus und geringen Gewichtes haben, sondern wegen des Fortfalls von Übertragern mit ihrem
induktiven Verhalten auch eine bessere Anpassung des Fernsprechapparates an die kapazitiven Eigenschaften der Anschlußleitungen ermöglichen. Außerdem können in einem solchen Fall Sprech- und
Hörverstärker in ein und derselben elektronischen Schaltungseinheit vereinigt werden, was eine Anpassung der Sprechschaltung

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an die Empfindlichkeit- und Impedanzeigenschaften neuartiger, beispielsweise piezoelektrischer Wandler möglich macht. Daher kann das übliche Kohlemikrophon durch einen Wandler besserer Qualität ersetzt werden, und der Sprechverstärker kann die gewünschte Verstärkungs- und Begrenzungscharakteristik erhalten, was bei Verwendung eines Kohlemikrophons praktisch unmöglich ist. Ferner können zwei identische Kapseln als Sprech- und Hörkapsel dienen.

Von den derzeit erhältlichen elektro-akustischen Wandlern für Fernsprechzwecke sind Wandler mit einer piezokeramischen Membran besonders interessant, da sie leicht sind, einen einfachen Aufbau haben und sehr widerstandsfähig gegenüber mechanischen und elektrischen Stoßbeanspruchungen sind. Als Sprechkapsel sind piezokeramische Wandler bereits üblich, während ihre Verwendung als Hörkapsel wegen des hochohmigen Klemmenwiderstandes von der Lösung zahlreicher Probleme abhängig ist. Das schwierigste Problem besteht darin, daß relativ hohe Steuerwechselspannungen für die Hörkapsel benötigt werden, während im Fernsprechapparat lediglich eine Gleichspannung mit einem zu niedrigen Spannungswert zur Verfügung steht. Dieses Problem wird noch erschwert durch das derzeitige Bestreben nach einer Verkleinerung des Durchmessers der Kapsel unter Beibehaltung von gleichartigen Sprech- und Hörkapseln zur Verminderung der Sprechmuschelgröße aus Schönheitsgründen. Eine Verkleinerung des Wandlerdurchmessers hat nämlich eine entsprechende Herabsetzung seiner Empfindlichkeit zur Folge.

Ein weiteres Problem bei der Verwendung einer piezokeramischen Hörkapsel ergibt sich daraus, daß die Leitungen für die Hörkapsel und für die Sprechkapsel in einer üblichen Verbindungsschnur des Handapparates eng miteinander verkoppelt verlaufen und für die Sprechkapsel normalerweise kein abgeschirmtes Kabel benutzt wird.

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Infolge der hohen Spannung , die zum Steuern der Hörkapsel erforderlich ist, und aufgrund einer kapazitiven Kopplung zwischen den Adern der Verbindungsschnur können daher Schwingungen in der Sprechschaltung hervorgerufen werden.

Die auf einer Fernsprechleitung auftretende Spannung besteht bekanntlich aus einem Gleichstromanteil, auf den ein symmetrisches Wechselstromsignal aufmoduliert ist. Um die über die Leitung in den Fernsprechapparat übertragenen Störungen auf ein Minimum herabzusetzen, pflegt man die Sprechschaltung symmetrisch auszubilden. Diese Maßnahme wurde aber bisher nur bei Sprechschaltungen mit Übertragern getroffen, da es in diesem Fall genügt, wenn die leitungsseitige Übertragerwicklung in zwei Halbwicklungen aufgeteilt wird, welche jeweils in Reihe mit den Leitungsadern a,b geschaltet sind.

Für eine gute Übertragungsqualität (Sendebezugsdämpfung) und für eine möglichst große zulässige Leitungslänge ist an den Klemmen des Fernsprechapparats ein hoher, möglichst 100-%iger Modulationsgrad für die Speisespannung erforderlich. Wegen der Spannungeabfälle an internen Stromkreisen, z.B. wegen des Flieseens des Mikrophonstromes in einem Zweig einer Leitungsabgleichimpedanz (Leitungsnachbildung) war ein solcher optimaler Modulationsgrad in bekannten Fernsprechapparaten nicht erreichbar. Bei Vorhandensein eines Sprechverstärkers war ein Modulationswert von 100% schon deshalb nicht möglich, weil die modulierte Spannung eine Komponente zur Vorspannung der vor der Endstufe angeordneten Verstärkerstufen enthält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erläuterten Schwierigkeiten bekannter Sprechschaltungen zu überwinden und •ine insbesondere integrierfähige Schaltungsanordnung anzugeben, die die Verwendung kleiner und zweckmässiger Kapseln wie z.B. piezokeramischer Wandler insbesondere als Hörkapsel erlaubt und einen möglichst hohen Modulationsgrad ermöglicht.

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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Schaltungsanordnung.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß alle die Sprechschaltung bildenden Funktionseinheiten bezüglich den Adern (a,b) der Teilnehmerleitung ausgeprägt symmetrische Eigenschaften haben müssen und das mittlere Potential sämtlicher dem Einfluß von elektrischen Feldern ausgesetzter Schaltungsteile , wie Kapseln und Verbindungsleitungen auf ein "virtuelles Erdpotential" zu beziehen ist, welches durch den momentanen Mittelwert der Potentiale auf den Leitungsadern (a,b) gegeben ist. Das erfiiidungsgemäß von einer Regelschaltung erzeugte Bezugspotential entspricht diesem virtuellen Erdpotential.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäß ausgeführten Sprechschaltung und

Figur 2 eine vereinfachte Schaltungsanordnung im einzelnen.

Der Hörverstärker AR gemäß Figur 1 wird unmittelbar von den Leitungsadern A,B der Teilnehmerleitung über eine wechselstrommäßig hochohmige Verbindung gespeist. Er weist einen derartigen differentiellen Ausgang auf, daß der Mittelwert der momentanen Potentiale an den Klemmen der Hörkapsel R (Figur 2), die in Figur 1 nicht dargestellt ist, über einen inneren , durch ein Bezugssignal r gesteuerten Regelkreis an den Mittelwert der momentanen Potentiale auf den Leitungaadern a,b gebunden ist, Dieser Mittelwert kann als virtuelles Erdpotential bezeichnet werden.

Das Bezugssignal r wird durch den ebenfalls symmetrischen Spannungsregler RT erzeugt, welcher an die Leitungsadern a,b an-

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geschlossen ist und über die Leitungen c,d auch den Sprechverstärker AM speist, dessen in Fig. 1 nicht näher dargestellte Sprechkapsel M (Fig.2) daher auf das genannte virtuelle Erdpotential bezogen ist.

Die dargestellte Schaltungsanordnung ermöglicht sowohl eine vollkommene Symmetrie der Steuerspannung für die Hörkapsel in Bezug auf die Leitungsadern der Mikrophonanschlußleitung, wodurch das Entstehen von Schwingungen durch kapazitives Nebensprechen zwischen den Leitungsadern ausgeschlossen wird, als auch eine Symmetrie der momentanen Spannung auf den Leitungsadern a,b der Teilnehmerleitung in bezug auf die mittlere Spannung an der Kapsel und an der Verbindungsleitung, wodurch Leitungsstörungen auf ein Minimum herabgesetzt werden. Die Wechselspannung an der Hörkapsel hat außerdem einen Mittelwert der Größe Null, so daß ein elektroakustischer Wandler beliebiger Art ohne notwendige Zwischenschaltung eines Entkopplungskondensators verwendbar ist. Wenn man von geringen Verlusten absieht, die auf die durchgesteuerten Transistoren und auf die Vorspannungswiderstände zurückzuführen sind, so kann die Spitze/Spitze-Spannung ferner den doppelten Spannungswert der Klemmenspannung des Fernsprechapparates erreichen. Sie ist daher ausreichend zur Steuerung der Hörkapsel und insbesondere eines piezokeramischen Wandlers kleiner Abmessungen.

Der Sprechverstärker AM wird über die Leitungen c,d mit einer relativ niedrigen Spannung gespeist, welche von dem symmetrisch aufgebauten Spannungsregler RT erzeugt wird, der seinerseits unmittelbar an die Leitungsadern a,b angeschlossen ist. Dies ermöglicht eine Verbesserung des Wirkungsgrades in Senderichtung, wobei gute Werte der sogenannten Sendebezugsdämpfung bei der maximal zulässigen Leitungslänge erzielbar sind, und die Einhaltung einer ausreichend niedrigen mittleren Ruhespannung an den Klemmen des Fernsprechapparates.

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Die symmetrische Endstufe mit hochohmigem Ausgang des Sprechverstärkers AM ist über die Leitungen e,f mit der Gabelschaltung FT verbunden. Der für die Vorspannung der Endstufe des Sprechverstärkers erforderliche Gleichstrom , welcher die Gabelschaltung FT durchfließt und an dieser einen Spannungsabfall hervorruft, ist von 0 bis zum Doppelten seines Ruhewertes modulierbar und kann daher (soweit dies mit dem Sollwert der Sendebezugsdämpfung des Fernsprechapparates verträglich ist) auf einen minimalen Stromwert herabgesetzt werden, da hier im Gegensatz zu bekannten verstärkenden Sprechschaltungen kein Strom für die Vorspannung vorgeschalteter" Stufen des Sprechverstärkers erforderlich ist. Außer dem Sprechverstärker AM sind in der Gabelschaltung FT über die Leitungen i,l bzw. über die Leitungen g,h der Hörverstärker AR bzw. die Abgleichimpedanz (Leitungsnachbildung) Z verbunden .

Ebenso wie alle übrigen Schaltungsteile der hier beschriebenen Sprechschaltung hat auch die Gabelschaltung FT ausgeprägte Symmetrieeigenschaften, welche bisher nur bei Gabelschaltungen möglich waren, die Induktionsspulen oder sonstige induktive Schaltungselemente enthalten und sich daher für die Praxis nur schlecht eignen. Eine rein ohmsche Gabelschaltung der hier beschriebenen Art, welche allen Erfordernissen genügt, ist auch an anderer Stelle vorgeschlagen worden (italienische Patentanmeldung 67 890 A/74).

In Figur 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Sprechschaltung in vereinfachter Darstellung gezeigt. Die Einzelheiten der Schaltverbindungen sind der Zeichnung zu entnehmen. Die Schaltungsblöcke nach Figur 1 sind jeweils mit einer strichpunktierten Umrahmung hervorgehoben.

Der an die Leitungsadern a,b angeschlossene und dazu symmetrisch ausgebildete Spannungsregler RT erzeugt über die Leitungen c,d

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die Betriebsspannungen für den Sprechverstärker AM sowie das Bezugssignal r, das dem Mittelwert der momentanen Spannungen an den Leitungsädern a,b entspricht.

Der Hörverstärker AR ist als Differenzverstärker und zu den Leitungsadern a,b symmetrisch ausgebildet. Er ist über die Leitungen i,l mit der Gabelschaltung FT verbunden und enthält eine oder mehrere Differenzstufen, die schematisch durch die Verstärkerstufe A, angedeutet sind,sowie die ebenfalls als Differenzstufe ausgebildete Endstufe A₂, deren Last die Hörkapsel R ist, und deren zu den Leitungsaderη a,b symmetrische Ausgänge über zwei gleiche Widerstände R₁ mit der durch die Transistoren ^Tl'^2 9^ebüäete Schaltung verbunden sind. Der Transistor T₁ wird von dem von Spannungsregler RT erzeugten Bezugssignal r gesteuert. Seinerseits steuert der Transistor T₁ den Transistor T₂ und dieser wiederum die Verstärkerstufe A..

Der Sprechverstärker AM enthält eine oder mehrere Verstärkerstufen, die schematisch durch den Transistor T₃ angedeutet sind und ihre Betriebsspannungen vom Spannungsregler RT über die Leitungen c,d erhalten. Ferner enthält der Sprechverstärker AM eine symmetrische, hochohmige Ausgangsstufe mit den Transistoren Tj,T_ , welche mit der Gabelschaltung FT über die Leitungen e,f verbunden ist.

Beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Sprechkapsel (Mikrophon) M mit einer Klemme über die Leitung d unmittelbar an die Betriebsspannung gelegt, die praktisch mit dem virtuellen Erdpotential übereinstimmt, auf welches über die Transistoren T₁, T₂ auch die Hörkapsel R bezogen ist (Bezugssignal r), wodurch die Gefahr vermieden wird, daß in der Sprechschaltung eine Schwingung aufgrund der Potentiale entsteht, die von den zur Steuerung eines Wandlers !deiner Abmessungen erforderlichen hohen Spannungen in die Mikrophonschaltung eingekoppelt werden. Auch

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die Eingangsstufen des Sprechverstärkers können im Rahmen der Erfindung symmetrisch aufgebaut sein. Auch in diesem Fall ist die Sprechschaltung unempfindlich gegen eingekoppelte Störungen, weil die Betriebsspannungen auf den Leitungen c,d hinsichtlich der Wechselströme praktisch mit dem Bezugssignal r des virtuellen Erdpotentials übereinstimmen.

Die Gabelschaltung FT ist mit den Leitungsadern a,b , über die Leitungen g,h mit der Abgleichimpedanz Z , über die Leitungen e,f mit dem Sprechverstärker und über die Leitungen c,d mit dem Hörverstärker verbunden. Bei der bevorzugten ohmschen Gabelschaltung gemäß Figur 2 (vgl. italienische Patentanmeldung 67 890 A/74) sind jeweils mit R₂ niederohmige und mit R₃ hochohmige Widerstände bezeichnet. Es kann aber auch im Rahmen der Erfindung eine Gabelschaltung beliebig anderer Art zur Verwendung kommen, sofern diese die erforderlichen Symmetrie-Eigenschaften hat.

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Claims

Patentansprüche

Schaltungsanordnung für einen Fernsprechapparat ohne übertrager, mit einem mit der Sprechkapsel gekoppelten Sprechverstärker, einem von den Adern der Teilnehmerleitung gespeisten, an die Hörkapsel angeschlossenen Hörverstärker und einer ebenfalls mit den Adern der Teilnehmerleitung verbundenen Gabelschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprechverstärker (AM) seine Betriebsgleichspannungen von einem an die Leitungsadern (a,b) angeschlossenen Spannungsregler (RT) erhält, der ein dem Momentanmittelwert der Potentiale auf den Leitungsadern (a,b) entsprechendes Bezugspotential (r) für den Hörverstärker (AR) erzeugt, der an einem hochohmigen symmetrischen Eingang an die Gabelschaltung (FT) angeschlossen ist, welche mit einer als Leitungsnachbildung dienenden Abgleichimpedanz (Z) und mit einem hochohmigen symmetrischen Ausgang (Leitungen e,f) des Sprechverstärkers (AM) verbunden ist.
2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hörverstärker (AR) ein Differentialverstärker ist und einen inneren Regelkreis enthält, welcher den momentanen Potentialmittelwert an den Klemmen der Hörkapsel (R) auf das Bezugspotential (r) bezieht.
3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Eingang des SprechVerstärkers (AM) auf das Bezugspotential (r) bezogen ist, und daß die Endstufe (T.,T₅) des Sprechverstärkers (AM) mit einem von Null bis zum Doppelten des eigenen Ruhewertes modulierbaren Strom vorgespannt ist.
4.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,2 oder 3, d a d u r ch gekennzeichnet , daß die Sprechkapsel (M) und die Hörkapsel (R) aus zwei untereinander gleichen piezoelektrischen Wandlern mit kleinen Abmessungen bestehen.

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