DE2718009A1

DE2718009A1 - Schaltungsanordnung fuer einen fernsprechapparat

Info

Publication number: DE2718009A1
Application number: DE19772718009
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1976-04-26
Filing date: 1977-04-22
Publication date: 1977-11-10
Also published as: AU507967B2; AU2453677A; GB1531692A; FR2350014A1; ZA771950B; BE841105A

Description

Beschreibung Schaltungsanordnung für einen Fernsprechapparat

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen F'.-i; ,.prechopi -."»rat zum Anschluß an eine .'·_'.vv eidrahtleitung unterschiedlicher Länge mit einer Sendeschaltung aus einem Mikrofon und einen über die Zweidrahtleitung gespeisten und mit dem Mikrofon gekoppelten Verstärker und mit einem Ausgleichsglied zur automatischen Kompensation wenigstens eines Teils der auf Längenänderungen der Zweidrahtleitung beruhenden Dämpfungsänderungen, wobei das Ausgleichsglied einen Teil eines Spannungsteilers bildet, der an den Ausgangsanschluß und den gemeinsamen Anschluß der Sendeschaltung und der mit seinem Abgriff an den Eingangsanschluß des Verstärkers angeschlossen ist, derart, daß ein Gegenkopplungszweig vom Ausgangsanschluß zum Eingangsanschluß führt, wobei sich der Gleichstrom im Ausgleichsglied im gleichen Sinne wie der Gleichstrom in der Zweidrahtleitung und der ynamische Widerstand des Ausgleichsgliedes im entgegengesetzten Sinne zum Gleichstrom in der Zweidrahtleitung ändern.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch die deutsche Offenlegungsschrift 22 59 993 bekannt. In dieser Schaltungsanordnung ist ein elektrodynamisches Mikrofon über einen Vorverstärker mit dem Eingangsanschluß und dem gemeinsamen Anschluß des genannten Verstärkers verbunden, wobei die Kollektor-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors des Vorverstärkers einen Teil des genannten Spannungsteilers bildet.

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Eine derartige Schaltungsanordnung schließt die Benutzung eines billigen Kohlemikrofones aus, da dies einen größeren Strom als ein elektrodynamisches Mikrofon benötigt; dieser höhere Strom kann nicht über den Spannungsteiler, der das Ausgleichsglied einschließt, fließen.

Die Aufgabe der. Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der ein Kohlemikrofon verwendet werden kann.

Dies wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Die Anordnung eines Fernsprechmikrofons in Reihe mit einem Verstärker, beispielsweise mit der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors ist an sich durch die US-Patentschrift 2 818 Ί70 bekannt, doch wird dort keine vom Kollektor zur Basis führende Rückkopplungsschaltung gezeigt, die ein einseines, nicht_lineares Ausgleichsglied umfaßt.

Ein weiterer Nachteil, der durch die deutsche Offenlegungsschrift 22 59 993 bekannten Schaltungsanordnung liegt darin, daß der uegeiikopplung3Zweig,der den Kollektor mit der Basis des Ausgangstransistors des gegenannten Verstärkers verbindet, aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Ausgleichsgliedes besteht, welches zwei in Reihe geschaltete Dioden umf ßtj der dynamische Widerstand dieser beiden Dioden ändert sich im entgegengesetzten Sinne mit dem über diese beiden Dioden fließenden Gleichstrom. Dieser Gleichstrom ist vom Leitungsstrom abgeleitet, der die Sendeschaltung speist und sich im gleichen Sinn mit dem Leitungsstrom ändert. Da sich dieser Leitungsgleichstrom im entgegengesetzten Sinn mit der Leitungslänge ändert, ändert sich die Gegenkopplungswirkung des Gegenkopplungs-

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zweiges im entgegengesetzten Sinn und die Spannungsverstärkung des Ausgangstransistors im gleichen Sinn mit der Leitungslänge, so daß ein Ausgleich erzielt wird. Da die Kollektor-Emitter-Impedanz eines Transistors mit einem Gegenkopplungszweig vom Kollektor zur Basis im wesentlichen gleich der Summe aus dem Emitterwiderstand und dem Quotienten aus der Gegcnkopplungsimpedanz und der Stromverstärkung ist, kann die genannte Kollektor-EmiLter-Impedan" beträchtlich abnehmen, besonders in dem Fall, in dem ein Ausgangstransistor mit einer großen Stromverstärkung verwendet wird.

Eine solche niedrige Impedanz für den Mikrofonzweig kann dann unbrauchbar sein, wenn man sie mit den Impedanzen der anderen Zweige, wie z.B. der Leitung eines Fernsprechübertragungsnetzwerkes, beispielsweise einer Brückenschaltung, vergleicht. Eine derartig niedrige Impedanz kann nicht die Abgleichbedingungen erfüllen, die generell für eine geeignete Energieübertragung und für eine Unterdrückung des Rückhörens auf einen ausreichend niedrigen Pegel erforderlich sind.

Um wenigstens teilweise den Effekt der Gegenkopplung zu kompensieren und somit die Impedanz zwischen dem Ausgangsanschluß und dem Eingangsanschluß des Verstärkers zu erhöhen, werden die Merkmale des Anspruchs 2 vorgeschlagen.

Eine Transistorschaltung mit einem Gegenkopplungszweig aus einer zwischen dem Kollektor und der Basis eines Transistors eingefügten Reihenschaltung aus zwei Widerständen, deren gemeinsamer Verbindungspunkt kapazitiv mit dem Emitter gekoppelt ist, ist an sich durch die US-Patentschrift 2 750 456 bekannt, doch wird in dieser Transistorschaltung kein Ausgleichsglied verwendet, das

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einen Teil eines Fernsprechapparates bildet.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Pernsprechapparats bildet die Sendeschaltung einen Teil einer Brückenschaltung, die als Ausgleichsnetzwerk für das Rückhören dient. Eine Empfangsschaltung ist im stromlosen Diagonalsweig der Brückenschaltung angeordnet. Die über die Zweidrahtleitung gespeiste Sendeschaltung weist einen Verstärker in Form eines Darlijigton-Transistorpaares auf, wobei in der Emitterzuleitung dos Aut;gangstransic;tors ein Kohlemikrofon eingefügt ist.

Ein mit einer Diode und einem parallelen Widerstand gebildetes Ausgleichsglied bildet einen Teil eines Gegenkopplungszweiges, der auch in Reihe einen anderen Widerstand aufweist und der die beiden miteinander verbundenen Kollektoren der beiden Transistoren mit der Basis des Eingangstransistors koppelt. Der Emitter des Ausgangstransistors dieser Darlington-Schaltung ist über einen Kondensator an den gemeinsamen Verbindungspunkt des Ausgleichsgliedes und des anderen Widerstandes angeschlossen, so daß die Wechselstromgegenkopplungswirkung kompensiert wird. Der über das Ausgleichsglied fließende Gleichstrom ändert sich in demselben Sinne wie der über die Zweidrahtleitung fließende Gleichstrom, wobei sich der Wechselstromwiderstand des Ausgleichsgliedes im entgegengesetzten Sinn ändert. Wechselstrommäßig ist das Ausgleichsglied parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Darlington-Transistorpaares liegend anzusehen, so daß die Spannungsverstärkung des Verstärkers sich im selben Sinne wie die Länge der Zweidrahtleitung ändert.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeipieles näher erläutert. Es zeigen:

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Fig.l eine Schaltungsanordnung für einen die Erfindung betreffenden Teil eines Fernsprechapparats mit einer Sendeschaltung gemäß der Erfindung und

Fig.2 eine aus Impedanzen in Form einer Brückenschaltung gebildete Äquivalenzschaltung der Schaltungsanordnung nach Fig.l.

Die Schaltungsanordnung des Fernsprechapparats in Fig.l besteht aus einer Empfangsschaltung Re, die eine Eingangsimpedanz Zh hat, einer Sendeschaltung Tr, die eine Impedanz Zl an den Ausgangsanschlüssen A, C hat, einer Nachbildung aus einem Widerstand R3 und einem Kondensator C3 mit einer Parallelimpedanz Z3, ferner aus Widerständen R5 und R2 mit jeweils einem Widerstandswert von Z5 und Z2 und einer Verpolschutzanordnung aus vier Dioden D2, D3» D^4 und D5. Eine Zweidrahtleitung mit einer Leitungsimpedanz Z6 ist an die Eingangsanschlüsse Ll, L2 des Fernsprechapparats angeschlossen.

Die Empfangsschaltung Re weist einen Hörverstärker Am, einen elektrodynamischen Empfänger R (Hörkapsel), eine Zener-Diode Z und einen Kondensator C4 auf. Der benutzte Hörverstärker Am entspricht demjenigen, der im Aufsatz "Transistor-NF-Verstärker mit hohem Eingangswiderstand" von Horst Mielke und Rudolf Sydow beschrieben und durch die Firma Intermetall in ihrer Broschüre "Technische Information Halbleiterbauelemente" veröffentlicht worden ist. Dieser Verstärker weist eine Gegenkopplung auf, die vom Kollektor des Ausgangstransistors zum Emitter des Eingangstransistors führt; ferner ist er mit einer zweiten Gegenkopplung versehen, die vom Emitter des Ausgangstransistors zur Basis des Eingangstransistors läuft. Diese Gegenkopplungen sorgen für eine sehr stabile Arbeitsweise dieses Verstärkers,

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dessen Speisegleichspannung durch eine Zener-Diode Z stabilisiert ist. Diese Zener-Diode ist wechselstrommäßig durch einen Kondensator C¹J kurzgeschlossen. Die Speisegleichspannung wird von der Gleichspannung der Zweidrahtleitung abgeleitet und über den Eingangsanschluß Ll, die Diode D5 und die Widerstände R2, R5 einerseits und über den Eingangsanschluß L2, die Diode Ό2 und die Nachbildung C3/R3 andererseits zugeführt.

Die Sendeschaltung Tr liegt zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt C der Widerstände R2, R5 und dem gemeinsamen Verbindungspunkt A der Anoden der Diode D2, D¹I und der Nachbildung C3/R3· Die Sendeschaltung Tr weist ein Darlington-Transistorpaar Tl, T2 auf, wobei der Emitter des Ausgangstransistors Tl über eine Reihenschaltung aus einem Mikrofon M und einem Widerstand R12 mit dem Verbindungspunkt C verbunden ist, der der gemeinsame Ausgangsanschluß der Sendeschaltung ist.

Einerseits ist die Basis des Transistors T2, die der Eingangsanschluß des Darlington-Transistorpaares ist, über einen Gegenkopplungszweig an die miteinander verbundenen

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Kollektoren Tl und T2 angeschlossen. Dieser Rückkopplungszweig besteht aus einem Widerstand R15 und einem Ausgleichsglied, das durch eine Parallelschaltung aus einem Widerstand Rl¹I und einer Diode Dl gebildet ist. Die Basis des Transistors T2 ist andererseits auch über einen Basisvorwiderstand R13 und einer ihm parallelliegenden Reihenschaltung aus einem Widerstand RIl und einem Kondensator CIl mit dem Verbindungspunkt C verbunden. Die Reihenschaltung Rll/Cll ermöglicht die Verstärkungseinstellung des Darlington-Verstärkers von Hand. Zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Diode Dl, des Widerstandes Rl¹I und

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des Widerstandes R15 und dem gemeinsamen Verbindungspunkt des Widerstandes R12 und des Mikrofons M liegt ein Kondensator C12. Durch diesen Kondensator wird das Ausgleichsglied Dl/Rl¹» wechselstrommäßig parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Darlington-Transistorpaares gelegt. Die Spannungsverstärkung des Darlington-Transistorpaares ändert sich abhängig von der Änderung des Leitungsstromes und der Leitungslänge, wie es später noch erläutert wild; die Wirkung dex· Gegenkopplung wird dadurch aber auch teilweise oder ganz kompensiert.

Die Sendeschaltung erhält ihren Speisestrom von der Zweidrahtleitung über die Eingangsanschlüsse Ll, L2, die Dioden D5, D2 und den Widerstand R2. Die Dioden D2 und D5 bilden einen Teil einer Verpolschutzanordnung in Form einer Brückenschaltung, die zusätzlich mit den Dioden D3 und D¹I versehen ist. Diese Brücke verbindet die Zweidrahtleitung mit der übrigen Schaltung des Fernsprechapparats und sorgt dafür, daß die Polarität der Speisespannung für die einzelnen Schaltungen des Fernsprechapparates unabhängig von der Polarität der Zweidrahtleitung ist.

Die in Fig.2 gezeigte Brückenschaltung stellt die Äquivalenzschaltung aus Impedanzen gemäß der Schaltungsanordnung nach Fig.l dar. Die Impedanz Z3 der Nachbildung C3/R3 soll die Leitungsimpedanz Z6 nachbilden, so daß ein Brückengleichgewicht entsteht. Auf diese Weise wird der Brückendiagonalzweig BD, der die Empfangsimpedanz Z¹I aufweist, unabhängig vom Strom der Sendeschaltung stromlos gemacht.

Die Wirkungsweise der Sendeschaltung ist folgende: die Transistoren Tl und T2 des Darlington-Transistorpaares sind beide leitend, weil der Basisstrom des Transistors Tl der Emitterstrom des Transistors T2 ist. Der Basis-

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strom des Transistors T2 wird von der Zweidrahtleitung geliefert und fließt vom Verbindungspunkt C zum Verbindungspunkt A in folgendem Stromzweig: Mikrofon M, Widerstand R12, Emitter-Basis-Strecke der Transistoren Tl, T2, Parallelschaltung des Widerstandes Rl^ und der Diode Dl und Widersband R15· Uer über den Widerstand R2 fließende Leitungsstrom teilt sich in drei Teile auf. Ein erster Teil fließt über den Widerstand R5 und versorgt die Empfangsschaltung He mit Strom. Ein zweiter Teil stellt den Emitterstrom des Darlington-Trarisistorpaares dar und kann durch das Mikrofon M moduliert werden. Der dritte Teil schließlich fließt über den Spannungsteiler R13, Rl¹*, Dl, R15· Dieser dritte Stromteil ist sehr viel kleiner als der oben erwähnte Basisstrom des Transistors T2, weil der Widerstandswert des Widerstandes R13 sehr viel größer als der Widerstandwert der Widerstände Rl^ und R15 ist. Dieser dritte Stromteil hat deshalb keine Wirkung auf den dynamischen Widerstand der Diode Dl, so daß er vernachlässigt werden kann. Der oben erwähnte Basisstrom hat jedoch einen sehr viel größeren Wert und die Änderung dieses Stromes ändert den dynamischen Widerstand der Diode Dl und demzufolge auch die Wechselstromimpedanz des Ausgleichsgliedes. Wie allgemein bekannt ist, ist dieser dynamische Widerstand umgekehrt proportional zum Diodengleichstrom, so daß die Parallelimpedanz des Ausgleichsgliedes sich im entgegengesetzten Sinne mit dem erwähnten Basisstrom ändert, der auch über das Ausgleichsglied fließt. Dieser Basisstrom und demzufolge auch der Emitterstrom des Darlington-Transistorpaares ändern sich im gleichen Sinne wie der Gleichstrom der Zweidrahtleitung, der sich seinerseits im entgegengesetzten Sinne mit der Leitungslänge ändert. Da nun die Empfindlichkeit des Kohlemikrofons mit dem das Kohlemikrofon durchfließenden Gleichstrom ansteigt>kann mit dem

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Ausgleichsglied eine Kompenaationswirkung erzielt werden, wie im nachfolgenden noch näher erläutert wird.

Wechselstrommäßig arbeitet das Darlington-Transistorpaar als ein Verstärker in Emitter-Schaltung, wobei das Mikrofon M als Wechselstromquelle am Eingang wirkt und über den Widerstand R13 und die Reihenschaltung RIl, CIl an die Basis des Transistors T2 angeschlossen ist, wodurch die Verstärkung eingestellt werden kann. Der Kondensator C12 mit einem Wert von etwa 10 uF bildet praktisch einen Kurzschluß für den betrachteten Frequenzbereich, so daß die Parallelschaltung aus der Diode Dl und dem Widerstand RlM parallel zum Eingang des Darlington-Transistorpaares liegt. Der Impedanzwert der genannten Parallelschaltung hat einen Einfluß auf die Spannungsverstärkung des Darlington-Transistorpaares. Wie bereits erwähnt wurde, ändert sich die Impedanz der Parallelschaltung im entgegengesetzten Sinne zum Gleichstromwert des Leitungsstromes. Daher fließt im Fall einer kürzeren Leitungslänge mehr Wechselstrom vom Mikrofon M in diese Parallelschaltung und weniger Strom in den Basiskreis des Darlington-Transistorpaares als im Fall einer längeren Leitungslänge. Diese Änderung des Basisstromes abhängig von der Leitungslänge ergibt eine Änderung des Kollektorstroms und demzufolge auch eine Änderung der Spannungsverstärkung des Darlington-Verstärkers. Auf diese Weise wird eine Kompensationswirkung erzielt, weil die SpannungsVerstärkung des Darlington-Verstärkers sich im entgegengesetzten Sinn zum Leitungsstrom ändert, der proportional zur Empfindlichkeit des Mikrofons M in dem betrachteten Breich ist.

Es ist auch ersichtlich, daß die Wirkung des Ausgleichsgliedes erhöht oder vermindert und an die Schaltungserfordernisse angepaßt werden kann, wenn der Widerstandswert des parallelliegenden Widerstandes RlM geändert wird.

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Es sei darauf hingewiesen, daß ohne den Kondensator C12 ebenfalls eine Kompensationswirkung erzielt wird, und zwar mittels der Gegenkopplung, die aus dem Widerstand R15 und dem Ausgleichsglied gebildet ist. Aber in diesem Fall würde die Impedanz Zl der Sendeschaltung durch die Wirkung dieser Gegenkopplung abnehmen, so daß keine Anpassung zwischen der Leitungsimpedanz und der Eingangsimpedanz des Fernsprechapparates erreicht werden könnte. Bei Verwendung eines Kondensators mit sehr großer Kapazität wird die Gegenkopplungswirkung vermindert und die Impedanz wächst wiederum an.

Der niederohmige Widerstand R12, der beispielsweise etwa 8»Ωι betragen kann, liegt in der Emitterzuleitung des Transistors T2 und vermindert die Auswirkung der Emitterwiderstandütoleranzen des Transistors T2, die abhängig von den Leitungsstromanderungen sind. Diese Emitterwiderstandstoleranzen führen zu Spannungsverstärkerungsänderungen des Darlington-Verstärkers. Wie bekannt ist, ist in erster Annäherung die Spannungsverstärkung eines Transistors umgekehrt proportional zu seiner Eingangsimpedanz, wobei diese Eingangsimpedanz gleich der Summe aus dem Basiswiderstand und dem Produkt aus dem Emitterwiderstand und der Stromverstärkung ist. Da der Emitterwiderstand umgekehrt proportional zum Emittergleichstrom ist, ist die Spannungsverstärkung in erster Annäherung proportional zum Emittergleichstrom und daher zum Gleichstrom der Zweidrahtleitung. Durch Zufügen eines externen Emitterwiderstandes kann die Änderung des Gesamtemitterwiderstandswerts im Hinblick auf diesen Gesamtwiderstandswert klein gehalten werden.

Es sei darauf hingewiesen, ^nß anstelle eines Darlington-Transistorpaares nur ein Transistor verwendet werden kann,

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wenn dieser Transistor eine entsprechend hohe Verstärkung hat. Bei einem Darlington-Transistorpaar aber können die zwei Transistoren kleinere Stromverstärkungen aufweisen, so daß auch die Stromverstärkungstoleranzen geringer sind.

Ferner sei darauf hingewiesen, daß bei Änderung des Widerstandswerts des Potentiometers RIl die Spannungsverstärkung des Dai'lington-Verstäi'kers ^on Hand eingestellt, werden kann.

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Leerseite

Claims

Patentanwalt
Dipl.-Fhyt;. Leo Thul

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IHTERTiATIONAL STANDARD ELECTHlC CORPORATION, UEW YORK

Patentansprüche

ochaltungsanordnung für einen Fernsprechapparat zum Anschluß an eine Zweidrahtleitung unterschiedlicher Länge mit einer Sendeschaltung aus einem Mikrofon und einem über die Zweidrahtleitung gespeisten und mit dem Mikrofon gekoppelten Verstärker und mit einem Ausgleichsglied zur automatischer. Kompensation wenigstens eines Teils der auf Längenänderungen der Zweidrahtleitung beruhenden Dämpfungsänderungen, wobei das Ausgleichsglied einen Teil eines Spannungsteilers bildet, der an den Ausgangsanschluß und den gemeinsamen Anschluß der Sendeschaltung und der mit seinem Abgriff an den Eingangsanschluß des Verstärkers angeschlossen ist, derart, daß ein Gegenkopplungszweig vom Ausgangsanschluß zum Eingangsanschluß führt, wobei sich der Gleichstrom im Ausgleichsglied im gleichen Sinn wie der Gleichstrom in der Zweidrahtleitung und der dynamische Widerstand des Ausgleichsgliedes im entgegengesetzten Sinn zum Gleichstrom in der Zweidrahtleitung ändern, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrofon (1) und der Mikrofonverstärker (Tl) in Reihe zwischen dem Ausgangsanschluß (A) und dem gemeinsamen Anschluß (C) der Sendeschaltung geschaltet sind und daß diese Reihenschaltung parallel zum Spannungsteiler (R13> Dl, RlM, R15) liegt.

I₉. n. ₁₉₇₇ 709845/(1898

Krü/Mr

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2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (R13, Dl, Rl¹I, R15) einen zweiten, zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers liegenden Abgriff aufweist, der mittels eines Kondensators (12) mit dem gemeinsamen Anschluß (C) des Verstärkers gekoppelt int.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß d'.r Geg-Mikopp] ungszweig eine Reihenschaltung aus einem Widerstand (R15) und dem Ausgleichsglied (Dl) aufweist.
Ί. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abgriff und der erste Abgriff des Spannungsteilers über das Ausgleichsglied (Dl) miteinander verbunden sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsglied durch eine Parallelschaltung aus einer Diode (Dl) und einem Widerstand (Rl¹I) gebildet ist.

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