DE3017567C2 - Teilnehmerschaltung zum Regeln des Speisegleichstromes von Fernsprechteilnehmerleitungen - Google Patents

Description

chen Wert hat, so daß ein kleiner Widerstand mit einer Genauigkeit von 0,1% ausreicht, der eine um den Rückkcpplungsfaktor kleinere Leistung verbraucht und daher preisgünstiger ist Der zwischen dem Ausgang des Verstärkers und der Anschlußklemme liegende Widerstand könnte dann ebenfalls auch integriert werden.

Dadurch, daß die Gesamtverlustleistung der Teilnehmerschaltung gering ist, wodurch diese zum großen Teil in integrierter Form ausgebildet werden kann, ist zugleich erreicht worden, daß die Packungsdichte derartiger Teilnehmerschaltungen auf Printplatten in Gestellen von Fernsprechzentralen groß ist Die Forderung hoher Lebensdauer und Zuverlässigkeit wird auch bei hoher Packungsdichte von der in integrierter Form ausgeführten erfindungsgemäßen Teilnehmerschaltung erfüllt.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Teii für eine erste Ausführungsform und

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform einer Teilnehmerschaltung gemäß der Erfindung.

Der in F i g. 1 dargestellte Teil einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Teilnehmerschaltung enthält eine Anschlußklemme 1 zum Anschließen einer Ader einer nicht dargestellten Teilnehmerleitung, beispielsweise deren a-Ader. Dieser Ader wird über einen rückgekoppelten Verstärker 2 und einen Widerstand 3 ein von einer als Stromquelle 4 ausgebildeten Signalquelle abgegebenes Sprachsignal zugeführt Der Verstärker 2 enthält eine Endstufe, die in diesem Ausführungsbeispiel zwei komplementäre Endtransistoren 5 und 6 enthält. Diese Transistoren 5 und 6 sind als Emitterfolger geschaltet, wodurch die Ausgangsimpedanz des Verstärkers 2, die infolge der Rückkopplung ohnehin niederohmig ist, extrem niederohmig wird. Zwischen den miteinander verbundenen Basiselektroden der Transistoren 5 und 6 und den Emittern ist ein Widerstand 8 geschaltet, um beim Umkehren der Stromrichtung die nicht lineare Verzerrung infolge des doppelten Basis-Emitter-Spannungs-Bereiches bei der Übernahme des Leitungszustandes eines der Transistoren durch den anderen zu verringern. Die Kopplung der Basiselektroden der Transistoren mit dem Eingang des Verstärkers ist nicht dargestellt, weil diese, obschon für das Funktionieren des Verstärkers erforderlich, für die Erfindung nicht von Bedeutung ist. Weiterhin ist der Kollektor des Transistors 5 an den positiven Pol 9 und der Kollektor des Transistors 6 an den negativen Pol 10 einer nicht dargestellten als Speisequelle wirksamen Spannungsquelle angeschlossen.

Der Teilnehmerleitung, von der eine Ader an die Klemme 1 angeschlossen ist, muß ein bestimmter vorgeschriebener Speisegleichstrom (Leitungsstrom) zugeführt bzw. derselben entnommen werden. Dieser hat beispielsweise einen minimalen Wert von 20 mA bei sehr langen Leitungen und beispielsweise einen maximalen Wert von 120 mA für sehr kurze Leitungen oder bei einem Kurzschluß in der Leitung. Dieser Leitungsstrom fließt normalerweise von dem positiven Pol 9 über die Hauptstromstrecke des Transistors 5 zu der Anschlußklemme 1, oder bei Anwendung einer umgekehrten Leitungspolarität von der Anschlußklemme 1 über die Hauptstromstrecke des Transistors 6 zu dem negativen Pol 10. Es sei bemerkt, daß, wenn mit nur einer Leitungspolarität gearbeitet wird, einer der Endtransistoren 5 und 6 fortfallen kann. Zwecks Verstärkung der von der Stromquelle 4 herrührenden Sprachsignale brauchen die Transistoren einen Kollektorspannungsbereich von etwa 6 Volt Bei einem Leitungsstrom von etwa 8OmA beträgt die Verlustleistung in dem stromführenden Endtransistor 480 mW. Ein vollständiger Leitungskreis enthält jedoch zwei derartiger Veistärker, was eine Gesamtverlustleistung von 960 mW ergibt, was die Verwirklichung in integrierter Form e?- schwert
Um diese Verlustleistung zu verringern, enthält die

ίο Teilnehmerschaltung gemäß der in F i g. 1 dargestellten ersten Ausführungsform eine der Speisequelle zugeordnete Spannungsquelle 11 und einen Widerstand 12, der an den niederohmigen Ausgang 7 des Verstärkers 2 angeschlossen ist Wegen der niedrigen Ausgangsimpedanz des Verstärkers 7 liefert die Spannungsquelle 11, bei einer geeigneten Wahl der Spannung der Spannungsquelle 11 und der Größe des Widerstandes 12, einen Teil des Leitungsstromes oder den ganzen Leitungsstrom für die Teilnehmerleitung. Der Leitungsstrom fließt dadurch nicht mehr über den Transistor 5 oder 6, wodurch der Verstärker 2 leicht in integrierter Form verwirklichbar ist Dadurch, daß der Widerstand 12 außerhalb des Chips des integrierten Teils der Teilnehmerschaltung angeordnet wird, erfolgt die Verlustleistung außerhalb des Chips.

An dieser Stelle sei bemerkt daß von den Endtransistoren 5 bzw. 6 der Kollektor an den Ausgang 7 angeschlossen sein darf und der Emitter an den positiven Pol 9 bzw. den negativen Pol 10 der nicht dargestellten Spannungsquelle. Die Steuerung der Basis jedes dieser Endtransistoren muß dann gegenüber den Spannungen dieser Pole 9 und 10 erfolgen. Durch Anwendung einer Rückkopplung kann dann ebenfalls eine niedrige Ausgangsimpedanz verwirklicht werden.

Wie obenstehend bereits beschrieben, wird bei sehr langen Teilnehmerleitungen ein minimaler Strom von 20 mA vorgeschrieben, der dadurch erreicht wird, daß eine Spannungsquelle von 48 V oder 60 V verwendet wird. Um den Strom bei kurzen Teilnehmerleitungen oder bei Kurzschluß zu begrenzen, wird in Reihe mit jeder der Adern einer Teilnehmerleitung ein Speisewiderstand von 200 bis 400 Ohm vorgeschrieben. Bei einem Leitungsstrom von 100 mA verbrauchen diese Widerstände dann je 2 bis 4 Watt.

Da diese Widerstände zugleich für Wechselstromsignale die Abschlußimpedanzen der Teilnehmerleitung bilden, ist es erforderlich, daß diese Widerstandswerte auf etwa 0,1% genau sind. Diese genauen Widerstände, die für die genannte Verlustleistung geeignet sind, sind ziemlich teuer.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, hat u.a. der Verstärker einen definierten Verstärkungsfaktor. Dieser ist bei diesem Ausführungsbeispiel dadurch erreicht worden, daß der Verstärker 2 als Differenzverstärker ausgebildet ist, dessen signalinvertierender Eingang 13 mit dem Ausgang 7 verbunden ist, wobei die Signalquelle 4 an den das Signal nicht invertierenden Eingang 14 angeschlossen ist. Der Verstärkungsfaktor des auf diese Weise ausgebildeten Verstärkers 2 ist eins. Jeder beliebigp feste Verstärkungsfaktor kann jedoch angewandt werden, was mit dem in F i g. 1 gestrichelt dargestellten Rückkopplungskreis 2-1 erreicht werden kann. Auf gleiche Weise kann jeder beliebige Verstärker mit einem definierten Verstärkungsfaktor verwendet werden.

Weiterhin enthält der Leitungskreis außer dem bereits beschriebenen Widerstand 3, der zwischen dem Ausgang 7 und der Anschlußklemme 1 liegt, einen Rückkopplungskreis, der eine Bezugsspannungsquelle ent-

hält. Als Bezugsspannungsquelle wird in diesem Ausführungsbeispiel die Spannungsquelle 11 der Strominjektionsanordnung verwendet. Es können jedoch für die beiden Ausführungen als Verstärker oder als Differenzverstärker einzelne Quellen verwendet werden mit unierschieciiichen Spannungswerten. Der Rückkopplungskreis enthält einen Spannungsteiler, der durch die Widerstände 15 und 16 gebildet wird, dessen Mittenabgriff an den das Signal nicht invertierenden Signaleingang 14 des Differenzverstärkers 2 angeschlossen ist. Auf diese Weise wird eine Impedanzmultiplikation des Widerstandes 3 erhalten. Es läßt sich leicht darlegen, daß die Ausgangsimpedanz Rq von der Anschlußklemme 1 gesehen, bei einem sehr hohen Verstärkungsfaktor des Verstärkers 2 ohne Rückkopplung der nachfolgenden is Gleichung entspricht:

B _ Al« +/J IX „

Ä3+Ä15

20

Dabei entsprechen die Bezugszeichen der durch R bezeichneten Widerstände den in F i g. 1 dargestellten Bezugszeichen der Widerstände.

Bei einer geeigneten Wahl der Werte dieser Widerstände beispielsweise R\s = 1 kQ und /?i6 =- 9 kQ wird eine Ausgangsimpedanz Rq entsprechend 200 bzw. 400 Ohm erhalten bei einem Wert von 20 bzw. 40 Ohm für Ry. Der Widerstand R3 verbraucht dann bei 100 mA nur 0,2 bzw. 0,4 Watt, wofür preisgünstige, auf 0,1% genaue Widerstände erhältlich sind. Die übrigen 180 bzw. 360 Ohm der Abschluß- oder Speise-Widerstände werden durch die elektronische Impedanz der Transistoren 5 und 6 gebildet Dies würde, wenn der Leitungsstrom durch den Endtransistor fließen würde, den Nachteil aufweisen, daß die Verlustleistung in den Transistoren 5 und 6 wesentlich wäre. Bei der erfindungsgemäßen Teilnehmerschaltung wird aber wenigstens ein Teil des Leitungsstromes um die Transistoren 5 und 6 herum der Anschlußklemme 1 zugeführt

Bei einer richtigen Wahl des Widerstandes 12 kann der Schleifenstrom völlig um die Transistoren 5 und 6 herum zu der Anschlußklemme 1 fließen, und zwar von der Quelle 11 über den Widerstand 12 und den Widerstand 3. Die Transistoren 5 und 6 arbeiten dann im ß-Betrieb. Der Wert des Widerstandes 12 muß dann 180 Ohm bzw. 360 Ohm betragen.

Auf diese Weise ist erreicht worden, daß nur Widerstände von 20 bzw. 40 Ohm mit einer Genauigkeit von 0,1% verwendet werden, die eine relativ niedrige Leistung verbrauchen, und daß die Verlustleistung nicht in den Transistoren 5 und 6 auftritt Die übrigen Widerstände haben einen Wert von 180 bzw. 360 Ohm, wodurch diese eine relativ hohe Leistung verbrauchen. Diese Widerstände brauchen jedoch nicht genau zu sein.

Wenn der Gleichstrom nicht völlig aufgebraucht wird, beispielsweise wenn die Transistoren 5 und 6 im .Α-Betrieb arbeiten, führen diese Transistoren beispielsweise einen für die Sprachsignalverstärkung notwendigen Gleichstrom von etwa 10 mA. Die dadurch verursachte Verlustleistung in den Endtransistoren ist jedoch vernachlässigbar.

Das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt nur eine Steuerstufe eines Leitungskreises, welche Steuerstufe gegenüber einer virtuellen Erde 18, 19 und 20 (gestrichelt dargestellt) dargestellt ist Diese virtuelle Erde stellt eine Symmetrie-Ebene für die Sprachsignale in einer vollständigen Teilnehmerschaltung dar. Es sei bemerkt, daß diese Ebene auf halber Batteriespannung liegen kann, wenn der negative Pol der Gleichspannungs- bzw. Bezugsspannungsquelle 11 geerdet ist.

In F i g. 2 sind die beiden Steuerstufen für eine zweite Ausführungsform der Teilnehmerschaltung dargestellt, wobei die Elemente der zweiten Steuerstufe, die denen der ersten Steuerstufe entsprechen, mit einem mit einem Strich versehenen gleichen Bezugszeichen versehen s<nd. Die Anschlußklemmen 1 und Γ dienen zum Anschließen der a- und ö-Adern einer Teilnehmerleitung. Diese Ausführungsform zeigt weiterhin getrennt voneinander eine Gleichspannungs-Speisequelle (21,24 bis 30) und die Bezugsspannungsquelle 11 bzw. 1Γ. Die Gleichspannungs-Speisequelle enthält bei dieser Ausführungsform eine Impulsquelle 21, zwei an die Impulsquelle 21 angeschlossene Spulen 22 und 23, eine an die Spuien angeschlossene Gleichrichterschaitung, die durch die Dioden 24 bis einschließlich 27 gebildet wird, und ein an die Gleichrichterbrücke angeschlossenes Filter mit einem Glättungskondensator 28 und zwei Spulen 29 und 30 von beispielsweise 20 mH. Das Filter 28 bis 30 ist an die Ausgänge 7 und T der Differenzverstärker 2 und 2' angeschlossen. Die Wirkungsweise dieser Gleichspannungs-Speisequelle ist wie folgt. Der von der Impulsquelle 21 gelieferte Strom durchfließt die von den Spulen 22 und 23 gebildete Impedanz bevor er in der Gleichrichterschaltung 24 bis einschließlich 27 gleichgerichtet wird und wird nach Glättung durch das Filter 28 bis 30 als Gleichstrom beispielsweise dem Ausgang 7 des Verstärkers 2 zugeführt bzw. dem Ausgang T des Verstärkers 2' entnommen. Die von den Induktivitäten der Spulen 22 und 23 gebildeten Impedanzen müssen einen derartigen Wert haben, daß diese die Strombegrenzung durch die Widerstände von beispielsweise 200 bzw. 400 Ohm ersetzen. Bei einer Impuiswiederhoiungsfrequenz von 100 kHz sind dazu Spulen erforderlich mit einer Induktivität von 032 bzw. 0,64 mH. Diese Schaltungsanordnung bietet den Vorteil, daß die Verlustleistung der Teilnehmerschaltung minimal ist Die einzigen Elemente, die noch Leitungsstrom verbrauchen, sind die Widerstände 3 und 3'.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentans rüch - D'e Erdung betrifft eine Teilnehmerschaltung zum " ' Regeln des Speisegleichstromes von Fernsprechteiineh-

1. Teilnehmerschaltung zum Regeln des Speise- merleitungen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs gieichstromes von Fernsprechteilnehmerleitungen 1.

mit einer Gieichspannungs-Speisequellr (Fig. 1:11; 5 Aus der US-PS 4041 252 ist eine Teilnehmerschal-

F i g. 2: 21, 24 bis 30) und mit einem Verstärker (2) tung bekannt, weiche eine Speisequelle und einen Vei -

mit niedriger Ausgangsimpedanz, bei der der Speise- stärker enthält und bei der der Speisegleichstrom über

gleichstrom über einen Widerstand (3) einer An- einen Speisewiderstand einer Ader der Fernsprechteil-

schlußklemme (1), an welche eine Ader der Teilneh- nehmerleitung zugeführt wird,

merleitung angeschlossen ist, zugeführt wird, da- io Vermittlungsstellen mit Zeitmultiplex- oder elektro-

durch gekennzeichnet, daß der Verstärker nischen Raummultiplexkoppelfeldern erfordern eine

(2) einen definierten Verstärkungsfaktor aufweist, preisgünstige Teilnehmerschaltung für jede daran ange-

daß der Ausgang (7) des Verstärkers (2) über den schlossene Teilnehmerleitung. Dies erfordert einen

Widerstand (3) mit der Anschlußklemme (1) verbun- möglichst hohen Integrationsgrad der Teilnehmerschal-

den ist, daß ein Rückkopplungskreis (15,16) zur Zu- is tung.

führung eines bestimmten Teils des Spannungsab- Zur Erzeugung eines Gleichstromes enthält die Speifalls an der Anschlußklemme (1) zum Eingang (14) sequelle eine Gleichspannungsquelle. Die Größe des des Verstärkers (2) vorgesehen 1st, daß der Ausgang Gleichstromes ist von der Länge der Teilnehmerleitung des Verstärkers (2) über eine Impedanzanordnung abhängig. Um bei sehr langen Leitungen einen ausrei-(F i g. 1: 12,- F i g. 2: 22) mit der GJeichspannungs- 20 chenden Speisegleichstrom (Leitungsstrom) zur Verfü-Speisequelle (Fig. 1: 11; Fig.2: 21, 24 bis 30) in gung zu haben, beträgt die Spannung der Spannungs-Verbindung steht und daß deren Impedanz derart quelle normalerweise 48 oder 60 Volt Dies bringt mit bemessen ist, daß zumindest der größte Teil des sich, daß der Leitungsstrom für sehr kurze Leitungen Speisestroms durch die Impedanzanordnung oder bei einem Kurzschluß an der Teilnehmerleitung (F i g. 1:12; F i g. 2:22) fließt 25 sehr groß sein kann. Deshalb ist bei der bekannten Teil-

2. Teilnehmerschaltung nach Anspruch' 1, dadurch nehmerschaltung der in Reihe mit der Speisequelle angekennzeichnet, daß der Verstärker (2) ein Diffe- geordnete Speisewiderstand von 400 bis 800 Ohm vorrenzverstärker ist, wobei der Ausgang (7) des Ver- gesehen, mit dem der maximale Leitungsstrom auf 100 stärkers (2) mit dessen signalinvertierenden Eingang bis 120 :nA begrenzt wird.

(13) verbunden ist und daß der Rückkopplungskreis 30 Weil eine Teilnehmerleitung eine Zweidrahtübertra-(15,16) einen Spannungsteiler enthält, der einerseits gungsleitung ist, enthält die Teilnehmerschaltung einen mit einem Referenzpotential (11) beaufschlagt ist zweiten Verstärker, der derartig geschaltet ist, daß diese und andererseits mit der Anschlußklemme (1) ver- symmetrisch aufgebaut ist Der Speisewiderstand ist dabunden ist, wobei der Abgriff des Spannungsteilers bei als Abschlußimpedanz wirksam, aufgeteilt in zwei (15, 16) an den signalnichtinvertierenden Eingang 35 Widerstände mit je einem Wert von 200 bis 400 Ohm.

(14) des Verstärkers (2) angeschlossen ist. Um zu vermeiden, daß durch diese Widerstände

3. Teilnehmerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, »Gleichtakt«-Signale, die an der Teilnehmerleitung aufdadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (7) des treten und beispielsweise von einer kapazitiven Kopp-Verstärkers (2) über einen weiteren Rückkopplungs- lung der Adern mit »Gleichtakt«-Störquellen, wie nicht kreis(2-1) mit dem signalinvertierenden Eingang (13) 40 benachbarte Nachbarkanäle oder dem Versorgungsverbunden ist, daß der weitere Rückkopplungskreis netz, herrühren, durch Ungleichheit der Widerstände in (2-1) einen Spannungsteiler enthält, der einerseits »Gegentakt«-Signale umgewandelt werden, ist es notmit einem Referenzpotential (11) beaufschlagt ist wendig, daß diese Widerstände etwa auf 0,1% genau und andererseits mit dem Ausgang (7) des Verstär- sind, was wegen der großen Verlustleistung zu relativ

kers (2) verbunden ist, wobei der Abgriff des Span- 45 teuren Speisewiderständen führt. Wegen des großen

|| nungsteilers (2-1) an den signalinvertierenden Ein- Wertes des maximalen Leitungsstromes verbrauchen

i,i' gang (13) des Verstärkers (2) angeschlossen ist. die Endtransistoren der Verstärker eine relativ große

|^:

4. Teilnehmerschaltung nach Anspruch 1, dadurch Leistung. Diese Verlustleistung führt dazu, daß bisher

; gekennzeichnet, daß die Impedanz der Impedanzan- eine Integration der Teilnehmerschaltung nicht möglich

f.\ Ordnung (12) gleich ist dem Wender Ausgangsimpe- 50 gewesen ist.

[J; danz des Verstärkers (2) abzüglich des Wertes des Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Teil-Widerstands (3). nehmerschaltung zum Regeln des Speisestroms von

5. Teilnehmerschaltung nach Anspruch 1, dadurch Fernsprechteilnehmerleitungen zu schaffen, deren Ver- !■, gekennzeichnet, daß die Gleichspannungs-Speise- lustleistung in ihren aktiven Elementen sehr klein ist, so '■;■), quelle (21,24 bis 30) einen Impulsgenerator (21), eine 55 daßeine Integration ermöglicht wird, und deren Speise- ;i Gleichrichterschaltung (24 bis 27) und ein Filter (28 widerstände trotz der geforderten Genauigkeit preis-L bis 30) aufweist, daß die Impedanz gleich der lnduk- wert sind.

! tivität einer Spule (22) ist, die an den Impulsgenera- Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1

tor (21) angeschlossen ist und daß die Spule (22) mit angegebenen Merkmale gelöst,

der Gleichrichterschaltung (24 bis 27) verbunden ist, 60 Dadurch, daß mindestens ein Teil des Gleichstromes

';':■■■ welche über das Filter (28 bis 30) mit dem Ausgang um den Endtransistor herum zu der Anschlußklemme

(7) des Verstärkers (2) in Verbindung steht. geführt wird, ergibt sich eine Verringerung der Verlust-

6. Teilnehmerschaltung nach Anspruch 1, dadurch leistung im Endtransistor, wodurch dieser leichter in ingekennzeichnet, daß die Impedanzanordnung (12) tegrierter Form verwirklichbar ist.

ein Widerstand ist, welcher zwischen der Gleich- 65 Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß der Wi-

spnnmmgs-Spciscqucllc (ti) und dem Ausgang (7) derstand /wischen dem Ausgang des Verstärkers und

ilos VVrMiIi kiTs (2) nntfooitliiei ist. der AnsdiliiLikleiume. einen iluivh den Kückkopplungs-

laktor bestimmten kleineren Wert als den erforderli-