DE2844632C2 - Elektronischer Zweipol - Google Patents

Description

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• Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Drosselspulen oder Zweipole mit dort angeführten Eigenschaften werden vorwiegend bei der Gleichstrom-Fernspeisung eines Verbrauchers verwendet, ohne daß bei letzterem die Wechselstrombedingungen verändert werden. So geschieht beispielsweise in der Wählvermittlungstechnik das Ein- und Auskoppeln von Schaltkennzeichen auf bzw. von der Übertragungsleitung mit Hilfe solcher Zweipole. In der DE-OS 26 50 835, Fig. 5 ist ein elektronischer Zweipol angegeben, der oben genannte Eigenschaften besitzt und mit dem Schaltkennzeichen übertragen werden. Zur Realisierung dieses Zweipols ist jedoch ein nicht unbeträchtlicher Aufwand an Bauelementen notwendig.

Aus der DE-OS 27 46 583 ist eine Schaltungsanordnung für einen strombegrenzenden Zweipol bekannt, welcher zur Wechselstrom-Entkopplung einer Gleichspannungsquelle von der Fernsprechleitung verwendet wird. Der Zweipol stellt einen Gyrator und zusätzlich ab einem vorgebbaren Grenzwert des Speisegleichstroms einen Strombegrenzer dar. Zur Strombegrenzung wird ein FET verwendet, dessen Arbeitspunkte unterhalb (ohmscher Widerstand) bzw. oberhalb der Kniespannung (Konstant-Stromquelle) liegen. Das Impedanzverhalten des von einem Kondensator und einem Transistor gebildeten Gyrators wird durch diese Speisegleichstrombegrenzung nicht beeinflußt

Diese Schaltungsanordnung weist den Nachteil auf, daß die Arbeitspunkte des Gyrators auf einer Widerstandsgeraden mit verhältnismäßig geringer Steigung liegen. Durch die Strombegrenzung mittels FET sollen Signalverzerrungen vermieden werden. Um eine maximale Aussteuerung des Gyrators zu erhalten, sollte der Arbeitspunkt in der Mitte der Widerstandsgeraden liegen. Bei großen Kollektorstromamplituden tritt nach oben eine Begrenzung durch die Kniespannung und nach unten durch die Reststromkennlinie ein. Der Arbeilspunkt wandert in Abhängigkeit von dem durch die Schaltungsanordnung fließenden Speisegleichstrom und in Abhängigkeit von der Temperaturerhöhung z. B. zu hohen Kollektorströmen und damit zur Begrenzung hin. Werden über den Zweipol in die Fernmeldeleitung Schaltkennzeichen ein- und ausgekoppelt, so ist zur Vermeidung von Signalverzerrungen eine niedrige Zeitkonstante der Schaltungsanordnung anzustreben. Der Gyratorkondensator durch dessen Einfluß diese Zeitkonstante bestimmt wird ist zur Erzielung des Gyratorverhalteni relativ groß zu wählen.

Weiterhin ist aus der DD-PS 1 32 095 ein Zweipol mit hohem dynamischen Widerstand bekannt. Der Zweipol weist drei zueinander parallelgeschaltete Serienschaltungen auf, wobei die Verbindungspunkte die Klemmen des Zweipols bilden.

Diese Schaltungsanordnung weist den Nachteil auf, daß das Gleichstromvcrhalten durch den in der Fernmeldeleitung fließenden Wechselstrom beeinflußt „wird. Die Arbeitspunkte der Schaltungsanordnung 'Hegen auf einer Widerstandsgeraden mit geringer ;| Steigung und sind somit von dem durch den Zweipol '^; fließenden Speisegleichstrom abhängig. Durch an den ■ Eingängen von zwei hintereinander geschalteten Transistoren liegenden Kondensatoren neigt die Schaltungsanordnung (180° Phasendrehung durch Transistor) zu Schwingungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus der DE-OS 27 46 583 bekannte Schaltungsanordnung derart weiterzubilden, daß eine weitgehende Unabhängigkeit von dem durch den Zweipol fließenden Speisegleichstrom erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Arbeitspunkte der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegen auf einer Widerstandsgeraden, weiche annähernd parallel zur Ordinate (Gleichstromverhalten) im Ausgangskennlinienfeld (Io Uce) liegen. Durch geeignete Dimensionierung kann erreicht werden, daß diese Arbeitsgerade in der Mitte des Arbeitsbereichs (auf einem linearen, annähernd waagrechten Teil einer Kennlinie (Wechselstromverhalten)) läuft, so daß die Schaltungsanordnung auch für Großsignale eine gute Linearität und eine geringe Verzerrung aufweist. Weiterhin schwingt die Schaltungsanordnung für die angelegten Schaltkennzeichen schnell ein (kleinere Zeitkonstante der nachgebildeten Induktivität) und weist einen hohen Wechselstromwiderstand auf.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Stromlaufplan des Ausführungsbeispiels und

F i g. 2 das zugehörige Strom-Spannungs-Diagramm.

In Fig. ί wird durch einen Kondensator Cund einen ersten Widerstand R1 eine erste Reihenschaltung gebildet. Dieser ist eine aus einem Widerstand R 2 und der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors Tl gebildete zweite Reihenschaltung parallelgeschaltet. Der Emitter dieses Transistors TX ist dabei mit dem ersten Widerstand R i und der zweite Widerstand R 2 ist mit dem Kondensator C verbunden, wobei diese beiden Verbindungspunkte Klemmen 1 und 2 des Zweipols bilden. Der Transistor Tl ist beim Ausführungsbeispiel als npn-Transistor ausgeführt. Im Betriebsfall muß daher an der Klemme 1 eine positive

Spannung gegenüber der Klemme 2 des Zweipols anliegen. Am Verbindungspunkt von Widerstand R 1 und Kondensator C. dem Abgriff des ersten Spannungsteilers, ist die Basis eines /.weiten Transistors 72 von gegenüber dem ersten Transistor komplementärem Leitfähigkeitstyp angeschlossen. Der Vt-ibindui gspunkt des Widerstandes /?2 mit dem Kollektor des Transistors Ti bildet den Abgriff des zweiten Spannungsteilers, an dem der Emitter des Transistors /'2 angeschlossen ist. Der Kollektor dieses Transistors 72 ist mit der Basis des Transistors 71 verbunden. Basis und Emitter des Transistors T2 sind mit dem Widerstand /?3 miteinander verbunden. Durch diesen Widerstand wird der Arbeitspunkt des Transistors 72 beeinflußt. Der zweite Transistor T2 bildet zusammen mit dem ersten Transistor Ti eine Komplementär-Darlington-Schaltung mit einer gegenüber einem Transistor höheren Stromverstärkung. In Fig. 2, Kurve α ist der durch den Zweipol fließende Gleichstrom J in Abhängigkeit von der an den Klemmen 1 und 2 des Zweipols anliegenden Gleichspannung U dargestellt. Der Gleichspannungswert LJr, bei welchem etwa der Gleichstrom /zu fließen beginnt, nängt davon ab, ob die am Widerstand R 3 abfallende Gleichspannung die Schwellspannung von etwa 0,6 V der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 72 erreicht hat. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Spannung £/retwa4 V.

Es wird jetzt angenommen, daß die Anordnung auf einen Arbeitspunkt A eingestellt und der an den Klemmen 1 und 2 des Zweipols anliegenden Gleichspannung i/eine Wechselspannung U~ überlagert ist. In diesem Fall wird über die erste Reihenschaltung ein Teil dieser Wechselspannung U~ auf die Basis des Transistors T2 zurückgekoppelt. Diese Gegenkopplung bewirkt entsprechend der Anordnung der beiden Transistoren Ti und T2 einen bestimmten, zwischen den Klemmen 1 und 2 des Zweipols fließenden Wechselstrom /_, welcher wiederum maßgebend ist für den Wechselstromwiderstand Z~ des Zweipols.

Ist die Frequenz der Wechselspannung U~ genügend groß, so bildet der Kondensator C bei entsprechender Bemessung für diese Wechselspannung U. einen Kurzschluß, so daß die F.ntsiehung eines solchen Wechselstroms über die beiden Transistoren 72 und 71 verhütet wird. In diesem Fall ist der Wechselstromwiderstand Z- des Zweipols gleich dem Wert des Widerstandes R i.

Ist dieser Kurzschluß nicht gegeben, so bildet sich in der Kollektorleitung des Transistors 72 ein bestimmter Wechselstrom aus. Wäre der Kollektor dieses Transistors 72 mit der Klemme 2 des Zweipols verbunden und würde der Transistor Ti fehlen, so ergäbe sich ein Kollektorwechselstrom ausschließlich aus den Verstärkungseigenschaften des Transistors 72. Letzterer arbeitet dann in Emitterschaltung, wobei der Widerstand R 2 für die Steilheil der Verstärkerstufe maßgebend ist.

Damit ein solcher Zweipol das gewünschte Impedanzver'nalten aufweist, müßte der Kondensator Csehr hoch bemessen werden. In diesem Fall wäre das Einschwingverhalten der Anordnung sehr ungünstig. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird jedoch erreicht, daß der Transistor 71 dem Transistor 72 entgegenwirkt. Dies zeigt sich darin, daß der Transistor 71 für den Transistor 72 eine zusätzliche Gegenkopplung bewirkt. Erhöht sich beispielsweise durch die Wechselspannung U. das Potential am Kollektor des Transistors 72 bezogen auf die Klemme 2, so erniedrigt sich das Potential am Kollektor des Transistors 71 und damit auch am Emitter des Transistors 72, Diese Verkleinerung wirkt wiederum verkleinernd auf das Potential am Kollektor des Transistors 72 und damit erhöhend auf den zwischen den Klemmen 1 und 2 auftretenden Wechselstromwiderstand Z-. Letzerer ist in F i g. 2 durch Kurve b dargestellt.

Das Ausführungsbeispi Ί wurde wie folgt bemessen: Äl=62ka /?2 = 200Ω, C= \μΡ. Durch diese Bemessung ergab sich, daß bei einem Gleichstrom / von 30 mA der Wechselstromwiderstand Z- des Zweipols etwa 20 kQ. betrug, das ist immerhin noch '/3 des Wertes bei hohen Frequenzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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Patentanspruch:

Zweipol, dessen Impedanz einen niedngen Gleichstrom- und einen hohen Wechselstromwiderstand aufweist, mit einer aus einem Kondensator (C) und einem ersten Widersland (R I) bestehenden ersten Reihenschaltung und einer aus einem zweiten Widerstand (R'l) und der Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors (Tl) bestehenden zweiten Reihen.-'-haltung. wobei der Kondensator (C) mit dem zweiten Widerstandd (R2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (R I) mit dem Emitter des ersten Transistors (Tl) verbunden ist und die beiden Verbindungspunkte (Cmit /?2 und R1 mit Tl) die Klemmen des Zweipols bilden, daß zur Erhöhung der Stromverstärkung eine aus einem ersten Transistor (Tl) und einem zweiten Transistor (T2) bestehende KomplementärDarlington-Schaltung vorgesehen ist, wobei am Mittelabgriff der ersten Reihenschaltung die Basis des zweiten Transistors (T2) angeschlossen ist, daß der Emitter des zweiten Transistors (T2) mit dem Mittelabgriff der zweiten Reihenschaltung verbunden ist und daß zur Einstellung des Arbeitspunkts des zweiten Transistors (T2) ein dritter Widerstand (R3) dessen Basis-Emitter-Strecke parallelgeschaltet ist.