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Anordnung für-eine elektronische Sprech-
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schaltung in Fernsprechapparaten Die Erfindung betrifft eine Anordnung
für eine elektronische Sprechschaltung in Fernsprechapparaten gemäß dem Oberbegriff
des ersten Patentanspruches.
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Zur Anpassung von Fernsprechapparaten an die kapazitiven Eigenschaften
der Anschlußleitungen sowie zur Gewichtsverminderung und weitgehenden Integrierung
der Bauelemente ist eine möglichst geringe Zahl von induktiven Bauelementen anzustreben.
Aus diesen Gründen ist der bekannte Gabelübertrager in Bernsprechapparaten, dem
die Aufgabe der Zweidraht-Vierdraht-Umwandlung obliegt, durch eine entsprechende
elektronische Schaltungsanordnung zu ersetzen.
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Schaltungsanordnungen zur Lösung dieser Probleme sind bekannt (z.
B. DE-OS 23 00 540, 25 12 563, 28 00 875). Zeine dieser Anordnungen berücksichtigt
indessen einen der Leitungsseite identischen komplexen Abschluß einer Bernsprechnebenstellenanlage
einerseits sowie den komplexen Abschluß der Teilnehmerseite andererseits. Für diesen
komplexen Leitungsabschluß ergibt sich auf grund von Messungen der Rückhörbezugsdämpfung,
die abhängig vom komplexen Widerstand der Leitungen ist, eine Leitungsnachbildung,
die dem Mittel der Messungen entspricht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Sprechschaltung
zu schaffen, die diesen identischen komplexen Abschluß der Leitungsseite und der
Teilnehmerseite bei vorgegebenem komplexen Leitungsabschluß gewährleistet.
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Diese Aufgabe ist durch die schaltungsmäßige Anordnung gelöst, wie
sie in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche dargelegt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung, die aus zwei
Figuren besteht, näher erläutert. Darin zeigen die Fig. 1 das Blockschaltbild und
die Fig. 2 die Schaltungsanordnung nach der Erfindung.
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Die Sprechschaltung (Fig. 1) besteht aus zwei Verstärkerstufen VM,
VF. Die erste Verstärkerstufe VM dient der Spannungsverstärkung des Mikrofonpegels
und der Leitungsnachbildung.
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Sie ist aus wirtschaftlichen und konstruktiven Gründen asymmetrisch
aufgebaut. Die zweite Verstärkerstufe VF enthält den Fernhörerverstärker und eine
Anordnung zur Stabi]isierung der Versorgungsspannung.
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Durch Verwendung nur einer geringen Zahl~von Kondensatoren bieten
sich die Verstärkerstufen VM, VF für die Integration an oder sind als Rybridbausteine
kostengänstig herstellbar. Ferner ist, in den Fig. 1 und 2 nicht gezeigt, in bekannter
Weise ein Brückengleichrichter mit Uberspannungsschutz zur Erzielung der erforderlichen
ttberspannungsfestigkeit und der Polungsunabhängigkeit vorgesehen.
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Im Sendebetrieb liegt am nichtinvertierenden Eingang des Mikrofonverstärkers
OP1 die Mikrofonspannung UM und eine Bezugsspannung UO, wobei als Mikrofonspannung
UM die Spannung am Widerstand R3 und als Bezugsspannung UO diejenige am Widerstand
R2 anzusehen ist.
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Die gleiche Eingangsspannung UM + UO liegt dann am invertierenden
Eingang des Nikrofonverstärkers OP7, wenn die Ausgangsspannung des aus den Widerständen
R4, R5, R6, R7, R8 und dem Kondensator C1 bestehenden Spannungsteilers gleich der
Mikrofonspannung UM ist.
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Für die Ausgangsspannung UQ des Mikrofonverstärkers OP1 gilt dann
Die im Sendebetrieb an die Leitung SA, SB abgegebene Spannung UL
ist die Ausgangsspannung eines komplexen Spannungsteilers, der sich aus dem komplexen
Leitungswiderstand und dem Nachbildungsnetzwerk R9, R10, C2 zusammensetzt. Der Widerstand
des Nachbildungsnetzwerkes R9, R10, C2 steht im bestimmten Verhältnis zu dem des
mittleren komplexen Leitungswiderstandes.
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Im vorliegenden Beispiel ist ein Faktor von 0,3 gewählt, um mit der
vorhandenen Speisespannung der Leitungen SA, SB eine genügend hohe Ausgangsspannung
UL zu erreichen.
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Für die an die Leitung abgegebene Spannung UL gilt sodann: UL 3 UQ
Bei entsprechender Dimensionierung der Bauelemente ergibt sich eine Spannungsverstärkung
von etwa 50 dB für den Sendebetrieb des Nikrofonverstärkers.
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Der Kondensator C1 verringert die Gleichspannungsverstärkung und verbessert
dadurch das Driftverhalten des Sendeverstärkers.
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Die am Kondensator C1 liegende Gleichspannung ist die Offsetspannung
des Nikrofonverstärkers OP1. Sie ist so gering, daß ein gepolter Kondensator unabhängig
von der Polarität der Spannung verwendbar ist.
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Zur Nodulationsbegrenzung und zur Verhinderung des tlbersteuerns des
Mikrofonverstärkers sind zwei antiparallel geschaltete Dioden G2, G3 vorgesehen,
wodurch Störgeräusche im Fernhörer vermieden werden.
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Bei Empfangsbetrieb soll die Mikrofonverstärkerstufe die Deilnehmerleitung
mit dem komplexen Leitungswiderstand abschließen.
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Da für das Nachbildungsnetzwerk R9, R10, C2 ein Widerstandswert festgelegt
ist, der in einem Teilungsverhältnis zum komplexen Leitungswiderstand steht, muß
die Spannung über der Nachbildung einen Wert aufweisen, der im gleichen Teilungsverhältnis
zur Leitungsspannung UL steht. Im genannten Beispiel ist die Spannung UN an der
Nachbildung somit:
Da in Empfangsrichtung die Mikrofonspannung UM
= 0 ist, wird die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Mikrofonverstärkers
OP1 nur durch die Bezugsspannung UO bestimmt. Die Differenz zwischen beiden Eingängen
des Nikrofonverstärkers OPX ist nur dann Null, wenn die Ausgangsspannung UQ des
Nikrofonverstärkers OPM gleich der Spannung am invertierenden Eingang ist. Dies
bedeutet, daß UQ = UO sein muß. Daraus ergibt sich die Spannung über der Nachbildung
zu UN = UL - UQ = UL - UO.
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Die Bezugsspannung UO ist durch die Leitungsspannung UL und die Widerstände
R1 und B2 bestimmt. Sie beträgt
Die Spannung an der Nachbildung ist somit
Mit der Beziehung UN = 0,3 UL läßt sich das Widerstandsverhältnis von R1:R2 für
das genannte Beispiel bestimmen, so daß die letztere Gleichung erfüllt ist und die
Teilnehmerleitung mit dem komplexen Leitungswiderstand abgeschlossen ist.
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Da für die Dimensionierung kein Unterschied zwischen Gleich-und Wechselspannung
gemacht wurde, gelten für den Arbeitspunkt des Ausgangs des Mikrofonverstärkers
OP1 die gleichen Bedingungen wie für die Ausgangsspannung im Empfangsbetrieb: UQ
= UL - UN = UL - 0,3 UL = 0,7 UL.
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Der Fernhörerverstärker wird über eine Widerstandsbrücke R11, R12,
R13, R14 angesteuert. Im Sendebetrieb soll die Spannung UF am Fernhörer Null sein.
Die Spannung UP am nichtinvertierenden Eingang des Fernhörerverstärkers OP2 ist:
bei einem Verhältnis von Rll:R12 = 27:39 ergibt sich die Spannung am nichtinvertierenden
Eingang zu UP = 0,59 UL.
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Die Spannung UR am invertierenden Eingang des Fernhörerverstärkers
OP2 ist unter der Annahme UF = 0:
und mit der eingangs festgelegten Größe UQ = 1,3 UL und einem Widerstandsverhältnis
von R13:R14=1,2:1 zu
Da die Spannungen am invertierenden und nichtinvertierenden Eingang des Fernhörerverstärkers
OP2 gleich sind, ist die Annahme UF = 0 erfüllt.
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Im Empfangsbetrieb wird angestrebt, daß die Fernhörerspannung die
Hälfte der Leitungsspannung beträgt: UIF = 0,5 UL.
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Ferner ist UQ = 0,7 UL und damit wird die Spannung UR am invertierenden
Eingang
Da sich am nichtinvertierenden Eingang des Fernhörerverstärkers OP2 im Empfangsbetrieb
das gleiche Xeilerverhältnis zur Leitungsspannung wie beim Sendebetrieb einstellt,
ist auch hier die Spannung UR am invertierenden Eingang gleich der Spannung UP am
nichtinvertierenden Eingang für den Fall, daß UF = 0,5 UL ist.
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Der Fernhörerverstärker OP2 verfügt in seinem Ausgang nur über einen
integrierten Transistor, der den Ausgang mit der negativen Versorgungsspannung verbindet.
Um den Fernhörer ansteuern zu können, ist ein weiterer Transistor 2 erforderlich,
der den Ausgang mit der positiven Versorgungsspannung verbindet. Dieser
Transistor
T2 ist als regelbare Konstantstromquelle geschaltet, so daß der Strom durch den
Fernhörer nicht zusätzlich die Leitung moduliert.
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Ein Kondensator C3 bewirkt die Abtrennung der Gleichspannung vom Fernhörer
und dient über den Widerstand R15 und den Eondensator C4 als Meßpunkt für die Versorgungsspannung.
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Der Transistor T1 hat die Aufgabe, die Versorgungsspannung der Sprechschaltung
konstant zu halten. Das geschieht mit Hilfe der Z-Diode G1 und der Basis-Emitterspannung
des Transistors T1.
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Uberschreitet die Spannung am Kondensator C3 einen bestimmten Wert
(z. B. 3 Volt), so wird der Transistor TI durchgesteuert.
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In der Folge fällt über den Widerstand R17 eine Spannung ab, die durch
den Transistor T2 einen Stromfluß verursacht. Der Strom fließt über den Ausgangstransistor
des Fernhörerverstärkers OP2 zum Bezugspotential an der Sprechleitung SB. Die Spannung
am Ausgang des Fernhörerverstärkers OP2 wird durch die Widerstandsbrücke R11...R14
auf den 0,5-fachen Wert der Leitungsspannung UL festgelegt. Das gilt sowohl für
Wechsel- als auch für Gleichspannung. Damit liegt der Arbeitspunkt des Ausgangs
des Fernhörerverstärkers OP2 auf 0,5 UL.
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Der Widerstand R16 dient zur Unterdrückung von Schwingungsneigungen
der Spannungsstabilisierungsschaltung im Einschaltemoment.
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Die Richtleiter G4 und G5 wirken als Gehörschutz. Sie begrenzen positive
Spannungsspitzen am Bernhörer. Die negativen Spannungsspitzen werden durch den Ausgangstransistor
des Fernhörerverstärkers OP2 begrenzt.
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Die beiden Verstärker OP1, OP2 werden direkt aus den beiden Sprechleitungen
SA und SB mit Spannung versorgt. Durch die in den Verstärkern integrierten Eonstantstromguellen
ist der Einfluß der Verstärker auf die Wechselspannung, die der Gleichspannung auf
der Leitung überlagert ist, vernachlässigbar.
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Zusammenfassung: Es sind eine weitgehend integrierbare elektronische
Sprechschaltung und deren Dimensionierungsgrundlagen beschrieben, die keinerlei
Wickelgüter, wie z. B. Gabelübertrager, aufweisen und konstruktiv im Handapparat
eines Fernsprechapparates unterbringbar sind. In einem Beispiel ist unter Verwendung
handelsüblicher Verstärker der schaltungsmäßige Aufbau unter besonderer Berücksichtigung
der komplexen Nachbildung und des komplexen Eingangswiderstandes zur Verbesserung
der Rückhördämpfung gezeigt. Zur Stabilisierung der Versorgungsspannung der aus
den Leitungsadern gespeisten Anordnung sind besondere Transistorstufen eingesetzt.
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