DE3027452A1

DE3027452A1 - Schaltungsanordnung zur spannungsregelung, insbesondere fuer fernsprechapparate.

Info

Publication number: DE3027452A1
Application number: DE19803027452
Authority: DE
Inventors: Peter Fred Bishops Stortford Hertfordshire Blomley
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1979-08-31
Filing date: 1980-07-19
Publication date: 1981-03-12
Also published as: YU217380A; JPH0145262B2; NL8004833A; AU6166680A; ZA803828B; IT1209261B; PT71752B; NO153512C; GB2057815A; BR8005521A; NZ194800A; FI73342B; CH652545A5; DD153302A5; NO153512B; SU1303047A3; US4347407A; ATA437580A; IT8024352A0; IL60222A

Description

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Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung, insbesondere für Fernsprechapparate.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung, insbesondere für Fernsprechapparate.

In Fernsprechanlagen bildet das Kohlemikrofon einen internationalen Standardtyp, an dem andere Mikrofone gemessen werden.- Mit der Einführung der sogenannten elektronischen Fernsprechapparate, bei denen die Schallwandler in Verbindung mit elektronischen Schaltungen verwendet werden·* tauchten Probleme beim Parallelbetrieb eines mit einem Kohlemikrofon arbeitenden Fernsprechapparats und eines mit Schallwandler und zugehöriger elektronischer Schaltung arbeitenden Fernsprechapparats auf. Wenn diese beiden Fernsprechapparate beim Parallelbetrieb leistungsfähig sein sollen, müssen die Anschlußeigenschaften selbstverständlich miteinander verträglich sein. Das Kohlemikrofon aber hat einen schalldruckabhängigen, nicht vorhersagbaren Widerstand, dessen Wert sich nicht nur mit dem Sprachsignal, sondern auch mit dem Mittelwert der Schalldruckwelle, der momentanen Lage des Handapparats und der Tageszeit ändert.

Erschwerend kommt noch hinzu, daß der Wert des Kohlemikrofonwiderstands so klein ist, daß beim Anschluß an eine lange.Teilnehmeranschlußleitung durch den dann geringen Leitungsstrom nur eine sehr kleine Spannung am Fernsprechapparat abfällt, die in der Größenordnung von nur 1,5 V bis 2,5 V liegt. Ferner ist im Gegensatz zum Fernsprechap_{arat mit Kon}-|_{emikrofon der} Anschluß des elektronischen Fernsprechapparats an die Teilnehmeranschlußleitung polaritätsabhängig. Eine unter diesen Bedingungen

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arbeitende elektronische Schaltungsanordnung, die einen ßrückenverstärker verwendet, ist bereits in der DT-OS 28 56 072 vorgeschlagen worden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Spannungregelung, insbesondere für Fernsprechapparate, zu schaffen, bei der eine Stromversorgung der an den geregelten Ausgang angeschlossenen Schaltungen auch bei kleinen Eingangsspannungen noch möglich sein soll; insbesondere soll die Stromversorgung eines mit
einem Kohlemikrofon arbeitenden Fernsprechapparats und eines mit elektronischen Schaltungen arbeitenden Fernsprechapparats beim Parallelbetrieb dieser Fernsprechapparate an einer langen Teilnehmeranschlußleitung gesichert sein.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

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

2 und 3 erläuternde Schaubilder
Fig. 4 eine vereinfachte Schaltungsanordnung gemäß der

Erfi ndung,

und 6 weitere erläuternde Schaubilder,
eine ausführlichere Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung und

Fig. 8 eine Schaltungsanordnung eines elektronischen Fernsprechapparats, in dem die Regelschaltung gemäß der Erfindung und der Brückenverstärker gemäß der DT-OS 28 56 072 verwendet werden.

Um die elektronische Schaltung eines Fernsprechapparats
mit einem ein Kohlemikrofon aufweisenden Fernsprechappa-

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Fig.	1
Fig .	4
Fig.	5
Fig.	7

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rat kompatibel zu machen, ist die Schaltungsanordnung gemäß der DT-OS 28 56 072 verwendet worden, die dem elektronischen Fernsprechapparat eine statische Kennlinie gab, nach der die Spannung am Fernsprechapparat sich proportional zum Leitungsstrom ändert. Ein Fernsprechapparat mit solch ungewöhnlicher Charakteristik ist jedoch sowohl der durch das Kohlemikrofon bewirkten niedrigen Spannung an den Anschlußklemmen als auch großen, aufgrund der Schalldruchwellen beim Sprechen auftretenden Mittelwert-

Schwankungen dieser Spannung unterworfen.

Eine drartige dynamische Spannungsverschiebung ist in Fig. 1 dargestellt, die im oberen Teil ein Kohlemikrofon mit zufälligen Schallwellen zeigt. Die Kurve im unteren Teil zeigt die bei den laut gesprochenen Worten "one" und "two" und beim Schütteln S am Kohlemikrofon auftretende, schwankende Spannung.

In Fig. 2 ist die Spannungs-Strom-Kennlinie für einen eine integrierte Schaltung aufweisenden und im elektronischen Fernsprechapparat benutzten Chip gezeigt. Zu beachten ist insbesondere der Abschaltbereich AB der Kennlinien. In diesem Bereich verursacht eine kleine Spannungsänderung am Fernsprechapparat eine große Spannungsänderung an der elektronischen Schaltung; dies stört sowohl die elektronische Schaltung als auch das dieser

Schaltung parallel 1iegende Kohlemikrofon.

In Fig. 2 sind zwei Kurven gezeigt, von denen die eine mit Nl bezeichnet ist und für 3 V gilt und die andere mit N2 bezeichnet ist und für 2 V gilt. Diese Werte beziehen sich auf die Spannung an den Anschlüssen des Fernsprechapparats und auf dessen Ruhezustand.

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Im Fall der Kennlinie Nl ist ein möglichst guter Signalhub, der mit dem Spannungsabfall am Fernsprechapparat anwächst, und auch eine möglichst kleine Verlustleistung bei hohen Leitungsströmen, die ebenfalls mit dem Span-

nungsabfall am Fernsprechapparat zunehmen, anzustreben. Diese zwei Bedingungen lassen sich auch durchsetzen, aber sobald ein Kohlemikrofon zum elektonischen Fernsprechapparat paralIeI1iegt, wird der Arbeitspunkt des elektronischen Fernsprechapparats in den Abschaltbereich AB ge-

trieben.-

Die Kennlinie N2 gilt für den bei langen Leitungen auftretenden Signalhub mit dem verbesserten Parallelbetrieb, aber sogar dabei kann das Schütteln des Handapparats den Arbeitspunkt des Fernsprechapparats in den Abschaltbereich AB bringen, wie durch den Pfeil S angedeutet ist.

Der Betrieb bei Verwendung eines niederohmigen Kohlemikrofons kann ebenfalls schwierig sein.

Das dem Spannungsregler gemäß der Erfindung zugrunde liegende Prinzip besteht in der Aufteilung der Arbeitskenn-

linie in zwei Arbeitsbereiche KB und IB, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Der Parallelbetriebsbereich ist mit PB und der .Normalbetriebsbereich ist mit NB bezeichnet. Im ersten Bereich KB rechts der senkrechten, gestrichelten Linie wird die Spannung im wesentlichen konstant gehalten,

d.h. daß eine Änderung des den Fernsprechapparat durchfließenden Stroms eine sehr geringe Änderung der am Fernsprechapparat abfallenden Spannung zur Folge hat. Dieser erste Bereich KB wird beispielsweise hinsichtlich der Verlustleistung bei kurzen Teilnehmeranschlußleitungen

und des guten Signalhubs gewählt und kann als Konstant-

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Spannungsbereich bezeichnet werden. Der andere Bereich IB liegt zwischen diesem Konstantspannungsbereich KB und dem Abschaltbereich AB und kann als Strombereich bezeichnet werden, in dem die Spannung an den Leitungsanschlüssen bis zum Wert 1,5 V schwanken kann, ohne daß das Arbeitsvermögen der elektronischen Schaltungen wesentlich beeinträchtigt wird.

Wenn ein Fernsprechapparat einen Parallelregler mit einer Kennlinie nach Fig. 3 aufweist, wird diesem Parallelregler der Leitungsstrom zugeführt, und über den Ausgang des Parallelreglers werden die Arbeitsbedingungen des für das Mikrofon des Fernsprechapparats vorgesehenen Hauptverstärkers bestimmt, wobei dies Mikrofon kein Kohlemikrofon, sondern beispielsweise ein dynamisches Mikrofon oder ein Elektretmikrofon sein soll. Eine solche Anordnung kann jedoch auch in Verbindung mit einem Kohlemikrofon verwendet werden. Wie der Parallelregler im Fernsprechapparat benutzt wird, geht später noch aus der Beschreibung der Fig. 8 deutlich hervor.

Mit einem solchen Parallelregler wird beim Parallelbetrieb eines ein Kohlemikrofon aufweisenden Fernsprechapparats und eines elektonischen Fernsprechapparats die elektronischen Schaltungen des elektronischen Fernsprechapparats nicht mehr durch während des Sprechens auftretende große Schwankungen der Leitungss'pannung in den Abschal tbereich gesteuert.

Um die Spannungs-Strom-Kennlinie nach Fig. 3 zu realisieren, weist der Parallelregler zwei Stufen auf. Die erste Stufe ist eine einfache Parallelreglerstufe zur Konstanthaltung der Spannung und nützt die bei bipolaren integrierten Schaltungen vorhandene Bandabstandsspannung

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Un» als Referenzspannung aus. Eine derartige einfache

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Parallelreglerstufe ist in Fig. 4 gezeigt, die einen Verstärker AV mit hoher Verstärkung (Steilheit etwa 50 A/V) und hohem Ausgangswiderstand (von etwa 20 kOhm) aufweist.

Der Verstärker AV vergleicht die an seinem'invertierenden Eingang anliegende Spannung, die von den Speisespannungsklemmen eines Wähltongenerators stammt, mit der an seinem nicht invertierenden Eingang anliegenden Bandabstandsreferenzspannung von 3,4 V einer Spannungsquelle BG. Der

Ausgang d$s Verstärkers AV ist ap die Leitungsader Ll angeschlossen, so daß der Verstärker einen Einfluß auf den Leitungsstrom I, und die Leitungsspannung U, ausübt, wie in Fig. 4 angedeutet ist.

Der Verstärker AV besitzt eine große Steilheit g_m (= 50
A/V). Das bedeutet, daß unter der Annahme, daß der über den Widerstand R₁ fließende Strom I_c = 0 ist, die Spannungsdifferenz AU (- I|/g_m) sich dem Wert Null (5 mV) nähert, so daß der Leitungsstrom in diesem Fall den Wert 0 haben würde. In der Praxis ist I_c aber nicht
Null, und die Leitungsspannung ist durch folgende Beziehung gegeben:

U_L - U_{R +} I₀R₁,

worin U_R die Referenzspannung der Spannungsquelle BG und R₁ der Rückkopplungswiderstand des. Verstärkers AV
ist. Diese Beziehung erklärt den kleinen, schwach ansteigenden Kennlinienteil der U,-I.-Kurve.

Eine der vom Parallelregler zu erfüllende Forderung ist die, daß er einen Strom von bis zu 1 mA an den Wähltongenerator liefern muß. Bei Verwendung einer Anordnung nach
Fig. 4 ist die Spannung Uj am Kondensator C₅ gleich der Referenzspannung U_R plus der kleinen Differenzspan-

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nung Δ\ί, obwohl ein Strom über den Anschluß B fließt. Daher läßt die Parallelreglerstufe nach Fig 4 einfach die Leitungsspannung um eine Teilspannung IjR-j ansteigen, wenn zu dem als integrierte Schaltung aufgebauten Wähltongenerator ein Strom Iy fließt.

Eine weitere von der Parallelreglerstufe zu erfüllende Forderung besteht darin, daß sie Signale zur Leitung Übertragen können muß und daß der Ausgangswiderstand im Übertragungsfrequenzbereich (300 bis 3400 Hz) 600 Ohm
sein muß. Um Signale zur Leitung L zu übertragen, wird ein Differenzsignal ^U in die Rückkopplungsschleife eingekoppelt, , das dann verstärkt und unmittelbar auf die Leitung gegeben wird.

Um den steilen Kennlinienteil unter 20 mA (Fig. 3) zu
schaffen, wird eine zweite Stufe zugefügt. Die Grundidee besteht darin, die Referenzspannung U_R abhängig vom Leitungsstrom zu ändern, d.h., daß unterhalb eines bestimnmten Leitungsstromes (18 mA) die Referenzspannung mit dem Leitungsstrom abnimmt. Die zwei Kurven in den F1g-5 und 6 zeigen die geforderten Kennlinien, nach denen es möglich ist, daß die volle Referenzspannung U_R im Normalfan verfügbar ist, in dem kein Parallelbetrieb von Fernsprechapparaten und ein Leitungsstrom von mindestens etwa 20 mA vorliegen.

Die zweite Stufe und die Parallel reglerstufe sind zusammen mit kleinen eingefügten Schaubildern in Fig. 7 gezeigt.

Dort ist die Spannung am Widerstand Ry das Produkt aus dem Leitungsstrom und dem Wert des Widerstands R,. Wenn
nun die Spannung auf den Wert UR₁, der Referenzspannung

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für einen zweiten Verstärker Al, absinkt, beginnt der vorher gesättigte Verstärker Al den kleinen Abfall der Spannung UR-, zu verstärken und läßt damit die Referenzspannung IL für die Parallelreglerstufe sinken.

Wenn daher der Leitungsstrom I^ sinkt, dann sinkt die Spannung am Widerstand R₁ ebenfalls, wodurch die Spannung U_x am Eingang des Verstärkers Al geändert wird. Die mittels des Verstärkers Al verstärkte Spannung υ_χ wird zur Änderung der Leitungsspannung U^ benutzt, die

mit dem Leitungsstrom abnimmt.

Der Schwel,lwert für den Kennl inienknick wird durch die Referenzspannung UR^ und den Wert des Rlickkopplungswiderstands R-| bestimmt. Das RC-Glied R_Y/C8 ist nur zur Signalübertragung zur Leitung nötig.

In Fig. 8 ist gezeigt, wie der Parallelregler gemäß der Erfindung in eine Schaltungsanordnung für einen Fernsprechapparat eingefügt werden kann, wobei diese Schaltungsanordnung der der Fig. 4 in der DT-OS 28 56 072 ähnelt. Ein Block PB¹ enthält den Brückenverstärker, der Ge-

genstand der oben genannten Anmeldung ist und der die positive Speisespannung für die am Widerstand R, angeschlossene Schaltung erzeugt.Die Sprechspannungen, die über die Leitung L am Fernsprechapparat ankommen, werden dem Hörer H über einen Anschluß 14, einen Kondensator C6,

einen Anschluß 9, einen Widerstand Zl einer Rückhördämpfungsschaltung RS, einen Anschluß 10, einen Empfangsverstärker EV und eine Empfangsausgangsschaltung AS zugeführt. Die Empfangsausgangsschaltung sorgt auch für eine zusätzliche Verstärkung, so wie sie benötigt wird.

Aufgrund der Charakteristik des Brückenverstärkers im

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Block PB¹wird eine Gleichspannung vom Block PB' zur Verfugung gestellt, die um einen sehr kleinen Spannungabfal 1 von der Leitungsspannung abweicht, wie in der betreffenden Anmeldung erläutert ist. Dies ist besonders wichtig,
wenn der Fernsprechapparat an einer langen Teilnehmeranschlußleitung angeschlossen ist oder wenn ein elektronischer Fernsprechapparat und ein ein Kohlemikrofon aufweisender Fernsprechapparat parallel betrieben werden.

Die positive Versorgungsspannung wird auch einem Referenzverstärker AV zugeführt, der diese Versorgungsspannung mit einer intern erzeugten Referenzspannung U_R vergleicht^ Das bei diesem Vergleich am Ausgang des Referenzverstärkers AV erzeugte, verstärkte Differenzsignal wird dazu verwendet, die Verstärkung für die abgehenden
Sprachsignale einzustellen; zu diesem Zweck greift der Referenzverstärker AV in die vom Mikrofon M zu einem Hauptverstärker HV führende Verbindung am Eingang dieses Hauptverstärkers ein. Die die Referenzspannung U_R erzeugende Schaltung wird durch eine Stufe mit einem Verstärker Al gemäß Fig. 7 gesteuert. Die einzelnen Schaltungsverbindungen der Fig. 4 und 7 erscheinen wegen der besseren Übersicht nicht in Fig. 8. Die Stufe mit dem Verstärker Al enthält auch ihre eigene, in Fig. 8 nicht gezeigte ReferenzspannungsquelIe.

Die vom Mikrofon M stammende Sprachspannung läuft über einen Eingangsverstärker EV, den Hauptverstärker HV und einen Leitungstreiber LT zum Anschluß 16 und weiter über die RUckhördäinpfungsschaltung RS (Zl, Z2), den Kondensator C6, den Anschluß 14 und den Block PB¹ zur Leitung L.

Der Anschluß 9 der Rückhördämpfungsschaltung RS ist über eine Schaltung SC mit dem Eingangsverstärker EV so verbunden, daß dieser abhängig von der Amplitude am Anschluß

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9 gesteuert wird, d.h. daß eine Regelspannung zur automatischen Sprachpegelregelung abgegeben wird.

Wenn Tonfrequenzsignale von einer Wähltastatur mit dem Wa'hltongenerator gesendet werden sollen, werden diese

über einen Eingangsanschluß 13 und einen Tonfrequenzverstärker TV zum Hauptverstärker HV übertragen. Der Tonfrequenzverstärker TV wird über einen Anschluß 6 bei Vorhandensein von Sprachspannungen gesperrt, wobei die Mittel zur Steuerung des Tonfrequenzverstärkers TV über den

Anschluß 6 nicht gezeigt sind. Die Steuerung der Operationen verschiedener Schaltungsteile erfolgt auch in Übereinstimmung mit den Leitungszuständen mittljes eines weiteren Verstärkers RV.

Schließlich übt ein Block EB die gleiche Funktion wie der
Block 7 in Fig. 4 der genannten Anmeldung aus; ebenso entspricht ein Block NB dem Block 6 in Fig. 4 der genannten Anmeldung.

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Claims

Patentanwalt "' ""

Dipl.-Phys. Leo Thul

STUTTGART

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INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung, insbesondere für*

Fernsprechapparate.

Patentansprüche

Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung nach Art eines Parallelreglers, insbesondere für Fernsprechapparate, gekennzeichnet durch

a) einen ersten Verstärker (AV), an dessen einen Eingang eine Spannungsquelle (B) und an dessen anderen Eingang eine erste Referenzspannungsquelle (BG) angeschlossen ist, derart, daß am Ausgang des Verstärkers eine von der Diffenrenz der Spannung der Spannungsquelle (B) und der Spannung der Referenzspannungsquelle (BG) abhängige Spannung auftritt, wobei der Verstärkerausgang den geregelten Ausgang der Schaltungsanordnung bildet,

b) eine Riickkopplungsverbindung (Rl) vom Verstärkerausgang zum ersten Verstärkereingang,

c) einen weiteren Ausgang des ersten Verstärkers, der eine der Ausgangsspannung des ersten Verstärkers proportionale Spannung an einen ersten Eingang eines zweiten
Verstärkers (Al) abgibt, dessen zweiten Eingang eine zweite Referenzspannung (UR₁) zugeführt wird,

d) eine Verbindung vom Ausgang des zweiten Verstärkers (Al) zu einem Steuereingang der ersten Referenzspannungsquelle (BG), über den diese Referenzspannungs-

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quelle abhängig vom Wert der Ausgangsspannung des zweiten Verstärkers einstellbar ist, und
e) eine derartige Bemessung der Schaltungsanordnung, daß in dem Maße, in dem der Strom in der Schaltungsanordnung mit dem geregelten Ausgang schwankt, die Äusgangsspannung des ersten Verstärkers sehr geringen Änderungen oberhalb eines bestimmten Schwellwertes (18 mA), aber verhältnismäßig großen Änderungen unterhalb dieses Schwellwertes unterworfen ist, wobei die Spannung mit dem Strom unterhalb des Schwellwerts abnimmt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen dem Ausgang des ersten Verstärkers und dem ersten Eingang des zweiten Verstärkers ein Widerstand (R_y) eingefügt ist und daß zwischen diesem ersten Eingang und dem Bezugsanschluß ein Kondensator (C8) liegt, wobei Widerstand und Kondensator so gewählt sind, daß über den ersten Verstärker laufende Hörfrequenzsignale unterdrückt werden.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Fernsprechapparat zur Regelung der Speisespannung verwendet wird.

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