DE2512563C3 - Sprechschaltung für einen Fernsprechapparat - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sprechschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Sprechschaltungen ist man bekanntlich bestrebt, ohne induktive Übertrager auszukommen, da Schaltungsanordnungen, die lediglich aktive Schaltungselemente und wenige Kapazitäten enthalten, nicht nur den Vorteil eines gedrängten Aufbaus und geringen Gewichts haben, sondern wegen des Fortfalls der Induktivitäten auch eine bessere Anpassung des Fernsprechapparates an die kapazitiven Eigenschaften der Anschlußleitungen ermöglichen. Außerdem können in einem solchen Fall Sprech- und Hörverstärker in eine.· elektronischen Schaltungseinheit vereinigt werden, was eine Anpassung der Sprechschaltung an die Empfindlichkeits- und Impedanzeigensehaften 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 interes-

*> sant, 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 Anwendung als Hörkapseln wegen des hochohmigen Klemmenwiderstandes von der Lösung zahlreicher Probleme abhängt Das schwierigste Problem besteht darin, daß relativ hohe Steuerwechselspannungen für die Hörkapsel benötigt werden, während im Fernsprechapparat lediglich eine Gleichspannung mit einem für die erforderlichen Steuerwechselspannungen zu niedrigen Spannungswert zur Verfüning steht Dieses Problem wird noch erschwert durch das derzeitige Bestreben nach einer Verkleinerung des Durchmessers der Kapseln 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 Anwendung 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. 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

'5 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 induktiven Übertragern getroffen, da es in diesem Fall genügt, wenn die

Ί5 leitungsseitige Übertragerwicklung in zwei Halbwicklungen aufgeteilt wird, weiche jeweils in Reihe mit den Leitungsadern a, £> geschaltet sind.

Für eine gute Ubertragungsqualität (Sendebezugsdämpfung) und für eine möglichst große zulässige Leitungslänge ist an den Klemmen des Fernsprechapparats ein hoher, möglichst 100°/oiger Modulationsgrad für die Speisespannung erforderlich. Wegen der Spannungsabfälle an internen Stromkreisen, z. B. wegen des Fließens des Mikrophonstromes im 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.

Aus der DE-OS 2148 929 ist eine monolithisch integrierbare, d. h. keine induktiven Bauelemente

f>5 enthaltende Sprechschaltung bekannt, deren Hör- und Sprechverstärker (Mikrophonverstärker) in die beiden Diagonalen einer den sonst üblichen Gabelübertrager ersetzenden Widerstandsbrücke geschaltet sind. Beide

Verstärker die als Differenzverstärker ausgebildet sind, erhalten ihre Speisegleichspannung direkt von der Leitung und als Vorspannungen von einem sogenannten Stromkonstanter aus voneinander unabhängigen Konstantströmen erzeugte Referenzspannungen, die ebenfalls voneinander unabhängig sind und eine völlige Entkopplung der beiden Verstärker gewährleisten sollen. Zum Brückenabgleich ist ferner eine Nachbildungsimpedanz in einer der Brückenzweige vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erläuterten Schwierigkeiten zu Oberwinden und eine insbesondere integrierfähige Schaltungsanordnung anzugeben, die die Anwendung kleiner und zweckmäßiger Kapseln, wie z. B. piezokeramischer Wandler insbesondere als Hörkapsel erlaubt und einen möglichst hohen Modulationsgrad ermöglicht

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 der Adern (a, b) der Teilnehmerleitung ausgeprägte symmetrische Eigenschaften haben müssen und daß das mittlere Potential sämtlicher dem Einfluß von elektrischen Feldern ausgesetzten 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 erfindungsgemäß jo erzeugte Bezugspotential entspricht diesem virtuellen Erdpotential.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild der Sprechschaltung und

Fig.2 eine vereinfachte Schaltungsanordnung im einzelnen.

Der Hörverstärker AR gemäß Fig. 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 Momentanmittelwert der Potentiale an den Klemmen der Hörkapsel R (F i g. 2), die in F i g. 1 nicht dargestellt ist, über einen inneren, durch ein Bezugspotential rgesteuer'en Regelkreis an den Momentanmittelwert der Potentiale auf den Leitungsadern a, ft gebunden ist. Dieser Mittelwert kann als virtuelles Erdpotential bezeichnet werden.

Das Bezugspotential r wird durch die ebenfalls symmetrische Spannungssteuerschaltung RT erzeugt, welche an die Leitungsadern a, b angeschlossen ist und über die Leitungen c, c/auch des Sprechverstärkers AM speist, dessen in F i g. 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 &o 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 Vcrbindungsleitung, wodurch Leitungsstörungen auf ein Minimum herabgesetzt verden. Die Wechselspannung an der Hörkapsel hat außerdem einen Mittelwert der Größe Null, so daß ein elektroakustischer Wandler beliebiger Art ohne notwendige Zwischenschaltung eines Entkopplungskondensators einsetzbar ist Wen;: 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, weiche von der symmetrisch aufgebauten Schaltung ÄTerzeugt wird, die ihrerseits 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 und die Einhaltung einer ausreichend niedrigen mittleren Ruhespannung an den Klemmen des Fernsprechappara^-s erzielbar sind.

Die symmetrische Endstufe mit hoehciimigem Ausgang des Sprechverstärkers AM ist über die Leitung e, / mit der Gabelschaltung FT verbunden; der für die Vorspannung der Endstufe des Sprechverstärkers erfordei iiche Gleichstrom, welcher die Gabelschaltung FT durchfließt und an dieser einen Spannungsabfall hervorruft, ist daher von Null bis zum Doppelten seines Ruhewertes modulierbar und kann somit (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 Stm en des Sprechverstärkers erforderlich ist Außer dem Sprechverstärker AM sind mit der Gabelschaltung FTüber die Leitungen i, /bzw. über die Leitungen g, h der Hörverstärker AR bzw. die Abgleichimpedanz (Leitungsnachbildung) Zverbunden.

Ebenso wie alle übrigen Schaltungsteile der hier beschriebenen Sprechschaltung hat auch die Gabelschaltung FT ausgeprägte Symmetrieeigenschcften, 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, w« lche allen Erfordernissen genügt, ist auch in der DE-OS 25 12 562 beschrieben.

In F i g. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Sprechschaltung in vereinfachter Darstellung gezeigt Die Einzelheiten d-;r Schaltverbindungen sind der Zeichnung zu entnehmen. Die Schaltungsblöcke nach F i g. 1 sind jeweils mit einer strichpunktierten Umrahnrjng Jet vorgehoben.

Die an die Leitungsadern a, b angeschlossene »lnd dazu symmetrisch ausgebildete Spannungssteuerschaltung RT erzeugt über die Leitungen c, d die Speisegleichspannung (Betriebsspannung) für den Sprechverstärker A M sowie das Bezugspo'.ential r, das dem Momentanmittelwert der Potentiale auf den Leitungsadern a, b entspricht.

Der Hörverstärker AR ist als Differenzverstärker und zu den Leitungsadern a, b symmetrisch ausgebildet. Er ist über die Leitungen i, /mit der Gabelschaltung FT verbunden und enthg¹.· eine oder mehrere Differenzstufen, die schematisch durch die Verstärkerstufe AR\ angedeutet sind, sowie die ebenfalls als Differenzstufe ausgebildete Endstufe AR2, deren Last die Hörkapsel R

ist und deren zu den Leitungsadern a, b symmetrische Ausgänge über zwei gleiche Widerstände R\ mit der durch die Transistoren Ti, Ti gebildete Schaltung verbunden sind. Der Transistor Ti wird von dem vom Spannungsregler RT erzeugten Bezugspotential r gesteuert; seinerseits steuert der Transistor Ti den Transistor Tj und dieser wiederum die Verstärkerstufe AR,.

Der Sprechverstärker AM enthält eine oder mehrere Verstärkerstufen AM\, die schematisch durch den Transistor Tj angedeutet sind und ihre Speisegleichspannungen von der Schaltung RTüber die Leitungen c. d erhalten. Ferner enthält der Sprechverstärker AM eine symmetrische, hochohmige Ausgangsstufe AM2 mit den Transistoren Ta, Ti, welche mit der Gabelschaltung /•Tuber die Leitungen e, /"verbunden ist.

Beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Sprechkapsel (Mikrophon) M mit ihrer einen Klemme über die Leitung (/unmittelbar an die Betriebsspannung gelegt, die praktisch mit dem virtuellen Erdpotential übereinstimmt, auf welches über die Transistoren Ti, Tj auch die Hörkapsel R bezogen ist (Bezugspotential r), wodurch die Gefahr vermieden wird, daß in der Sprechschaltung eine Schwingung aufgrund der Potentiale entsteht, die von den zur Steuerung eines Wandlers kleiner Abmessungen erforderlichen hohen Spannungen in die Mikrophonschaltung eingekoppelt werden. Die Eingangsstufen des Sprechverstärkers können jedoch im Rahmen der Erfindung auch 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 Bezugspotential bzw. dem virtuellen Erdpotential übereinstimmen.

Die nichtinduktive Gabelschaltung FT ist an den Punkten A bzw. B mit den Leitungsadern a, b, an den Punkten G bzw. H über die Leitungen g, h mit der Abgleichimpedanz Z an den Punkten E bzw. Füber die Leitungen e, /"mit dem Sprechverstärker AMund an den Punkten / bzw. L über die Leitungen ;', / mit dem Hörverstärker AR verbunden. Bei der bevorzugten ohmschen Gabelschaltung gemäß Fig. 2 sind jeweils mit R₂ höherohmige und mit /?j niederohmige Widerstände bezeichnet. F.s kann aber im Rahmen der Erfindung auch eine Gabelschaltung beliebig anderer Art zur Anwendung kommen, sofern diese die erforderlichen Symmetrieeigenschaften hai.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Sprechschaltung für einen Fernsprechapparat mit einem mit der Sprechkapsel gekoppelten Sprechverstärker, einem von den Adern der Teilnehmerleitung gespeisten, an die Hörkapsel angeschlossenen Hörverstärker, einer die beiden Verstärker mit den Leitungsadern koppelnden nichtinduktiven Gabelschaltung und einer mit den beiden Verstärkern verbundenen, an die Leitungsadern angeschlossenen Spannungssteuerschaltung, die ein Bezugspotential liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssteuerschaltung (RT) für den an seinem hochohmigen Eingang symmetrisch mit der Leitung verbundenen Hörverstärker (AR)Un Bezugspotential (tyerzeugt, welches dem Momentanmittelwert der Potentiale auf den Leitungsadern (a, b) entspricht, daß die Spannungssteuerschaltung (RT) die Speisegleichspannung für den Sprechverstärker (AM) liefert, dessen hochohmiger Ausgang symmetrisch mit der Leitung verbunden ist, und daß an die Gabelschaltung (FT) eine als Leitungsnachbildung dienende Abgleichimpedanz ^angeschlossen ist

2. Sprechschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Differenzverstärker ausgebildete Hörverstärker (AR) einen inneren Regelkreis enthält, welcher den Momentanmittelwert der Potentiale an den Klemmen der Hörkapsel (^entsprechend dem Bezugspotential ^einstellt.

3. Sprechschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Sprechverstärkers (AM)auf Az-, Bezugspotential (r) bezogen ist und daß die Endstufe (T4, Ts) des Sprechverstärkers (AM) mit eine 1 von Null bis zum Doppelten des eigenen Ruhewertes modulierbaren Strom vorgespannt ist.

4. Sprechschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprechkapsel (M) und die Hörkapsel (R) aus zwei untereinander gleichen piezoelektrischen Wandlern mit kleinen Abmessungen bestehen.