DE3042607A1

DE3042607A1 - Schaltungsanordnung zur stromversorgung einer anschlussleitung in fernsprechanlagen

Info

Publication number: DE3042607A1
Application number: DE19803042607
Authority: DE
Inventors: Ramon Con Woo Monroe Conn. Chea
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: Alcatel Lucent NV
Priority date: 1979-11-28
Filing date: 1980-11-12
Publication date: 1981-08-20
Also published as: ES497283A0; ES8106387A1; DE3042607C2; CA1155244A; AU540480B2; NL191623C; IT1193563B; IT8026298A0; NL8006259A; AU6462580A; HK32385A; US4315106A; SE8008239L; BR8007815A; GB2064269A; JPS638666B2; BE886385A; FR2471099B1; FR2471099A1; JPS5693476A

Description

R.C.W.Chea-2

Schaltungsanordnung zur Stromversorgung einer Anschlußleitung in Fernsprechanlagen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Die USA-Patentschriften 3 035 122, 3 916 110, 4 056 691, 4 007 335 und 4 106 084 haben zum Gegenstand, den Strom in Fernsprechanschlußleitungen konstant zu halten. Die dort beschriebenen verschiedenen Schaltungen dienen dazu, den Strom in der Anschlußleitung unabhängig von der Länge und damit vom Widerstand der jeweiligen Anschlußleitung konstant zu halten.

Bei der klassischen Leitungsspeisung wird die Anschlußleitung von der vermittlungseigenen Gleichspannungsspeisequelle über zwei Speisewiderstände gespeist. Die Spannung dieser Speisequelle liegt im Bereich zwischen 48 bis 60 V, und die Speisewiderstandswerte hängen von der Art der speziellen Fernsprechvermittlungsanlage ab und liegen zwischen 200 und 800 0hm. Die Speisewiderstände werden derart ausgewählt, daß sie den richtigen Leitungsstrom in Abhängigkeit von der Leitungsschleifencharakteristik erzeugt, die auch den Widerstand des Fernsprechapparats um" faßt. Im allgemeinen entspricht eine lange Anschlußleitung einem großen Widerstand, während eine kurze Anschlußleitung einen kleineren Widerstand aufweist. Die Speisewiderstände liegen in Reihe mit der Anschlußleitung und sind gemäß der gewünschten Schleifenstromcharakteristik ausgewählt. In jedem Fall verbrauchen die Speisewiderstände verhältnismäßig viel Leistung und verursachen thermische Probleme in der Vermittlungsanlage.

130034/0662

■■: χ." 304280?

R.C.W.Chea-2

Einige der bekannten Systeme versuchen die Verlustleistungsprobleme dadurch zu umgehen, daß ein von der Leitungslänge unabhängiger, konstanter Strom durch die Anschlußleitung geschickt wird. Aber diese bekannten Systeme haben den Nachteil, daß die am Ort der Vermittlungsanlage vorhandenen Schaltungsglieder ebenfalls viel Leistung benötigen und daß sie daher in modernen Fernsprechsystemen nicht optimal arbeiten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei der die Verlustleistung in der Anschlußschaltung der Vermittlungsanlage, insbesondere in der Teilnehmeranschlußschaltung, vermindert wird, wobei für die erforderliche Schleifenstrom-Schleifenwiderstand-Charakteristik gesorgt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Erfindung hat die Vorteile, daß der Stromverbrauch in der Vermittlungsanlage vermindert wird und daß die Werte der Speisewiderstände nicht geändert zu werden brauchen.

Die Erfindung wird nun anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung zur Speisung

einer Anschlußleitung,

Fig. 2 eine vereinfachte Schaltungsanordnung einer Speiseschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine zur Erläuterung der Arbeitsweise der Speiseschaltung gemäß der Erfindung nützliche Schaltungsanordnung,

13 0034/0662

R.C.W.Chea-2

Fig. 4 eine im einzelnen dargestellte Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung in einer Teilnehmeranschlußschaltung und

Fig. 5 eine alternative Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung in einer Teilnehmeranschlußschaltung.

In Fig. 1 ist eine konventionelle Speiseschaltung für eine Anschlußleitung dargestellt. Eine Batterie V_ß ist am Ort der Vermittlungsanlage vorgesehen. Sie hat eine Spannung von 48 bis 60 V und speist mit dem Leitungsstrom den Handapparat des Fernsprechapparats, wenn der Handapparat abgehoben wird.

Da die Fernsprechapparate in verschiedenen Entfernungen von der Vermittlungsanlage V liegen, sind auch die Widerstände der Anschlußleitungen verschieden. Der Widerstand der Anschlußleitung ist mit R. angegeben. Um einen geeigneten Schleifenstrom zum Teilnehmer zu liefern, liegen mit der Anschlußleitung zwei Speisewiderstände R_ß in Reihe in der Vermittlungsanlage. Der Wert der Speisewiderstände liegen in einem typischen Bereich zwischen 200 und 800 0hm, abhängig vom gewünschten Leitungsstrom und vom gewünschten Schleifenwiderstand. Diese Speisewiderstände verbrauchen Leistung und haben deshalb thermische Probleme in der Vermittlungsanlage zur Folge, wie schon erwähnt worden ist. Die Gleichung für den Leitungsstrom für die Schaltungsanordnung in Fig. 1 ist in dieser Figur rechtsgezeigt. Sielautet:

^VR

Il - ^B

2R_B

In Fig. 2 ist eine Äquivalenzschaltung für die Leitungsschleife und die Speisequelle gemäß der Erfindung ge-

130034/0662

:::· 30426Q7

R.C.W.Chea-2

zeigt. Zwei Speisewiderstände R_ß' und Rg¹¹ sind jeder Leitungsader zugeordnet. Ein Verstärker 20 in Form eines Operationsverstärkers ist mit seinem Eingang A an die Ader a und über den Speisewiderstand R_ß' an den Bezugspunkt Erde angeschlossen. Die Verstärkung des Verstärkers ist mit K, bezeichnet. Der andere Eingang B des- Verstärkers 20 ist mit der anderen Ader b der Anschlußleitung L verbunden. Der Ausgang des. Verstärkers 20 ist an einen Eingang einer Addierschaltung 21 angeschlossen, die noch einen anderen Eingang V. und einen Ausgang V_D

1 K

aufweist. Der Ausgang der Addierschaltung 21 ist mit dem Eingang der Verstärkers 22 verbunden, der einen Verstärkungsfaktor K und einen Ausgang V<. hat. Der Ausgang Vo ist über den Speisewiderstand Rg'¹ mit dem Eingang B des Verstärkers 20 verbunden. Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, gilt für den Leitungsstrom I. fogender Ausdruck ;

^Ko ^Vi

^L "

^RL ^ - ^Ko ^Ki> ^{+ 2} V'

Das Ersatzschaltbild der Fig. 2 ist in Fig. 3 gezeigt. Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, haben die dort gezeigten Schaltungen dieselbe Netzwerktopologie. Für Fig 3 gelten folgende Schaltungsparameter:

v - ^Ko ^Vi
^VE

130034/0662

R.C.W.Chea-2

^rb'

^RE ⁼ 1 - K₀

¹L R_L + 2 R- ·

Durch geeignete Wahl der Schaltungsparameter läßt sich erreichen, daß V~ gleich V_ß und daß R gleich R_ß gemacht werden kann.

Mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 können genau die gleichen Funktionen wie mit der bekannten Schaltungsanordnung in Fig. 1 durchgeführt werden. Damit richtet sich auch der Leitungsstrom I, nach der Länge der Anschlußleitung, wobei der Speisewiderstand R_ß ■ (Fig. 2) einen kleineren Wert als der Widerstand R_D (Fig. 1) annehmen

kann, so daß eine wesentliche Verminderung der Leistungsverluste gegenüber dem Stand der Technik erzielt wird.

In Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung zur Regelung des Leitungsstroms I. gezeigt, der durch eine Spannungsquelle V- gesteuert wird. Statt der numerischen Bezugszeichen sind zur Aufstellung von Gleichungen und zur Vereinfachung die üblichen Bezugszeichen gewählt worden. In Fig. 4 werden die Schaltungskomponenten wie folgt gewählt

c\j 1 " 2 B '

R₃ = R₄ , .

^R5 ^{= R}6 *

130034/0662

*: ■ .Χ.-"· 30426Q7

R.C.W.Chea-2

Die in Fig. 2 gezeigte Spannung V₁ wirkt auf einen Eingang der Addierschaltung 21 und ist wie folgt definiert:

R₉

^vi ⁼ IT V '
^{1 R}8 ^r

wobei V ' die an den Widerstand R₀ angelegte Spannung r ο

ist.

Der Leitungsstrom I. in Abhängigkeit von der Verstärkung K. des Verstärkers 20 in Fig. 2 läßt sich wie folgt ableiten:

(R₅) (R₉)

^{K =} · ^daher

K₀ V₁ (2 R · + R)
ν, = ,° ^{Ί Β L}

S Z R_B- ₊ U - K₀ K₁) R_L »

L R_L (1 - K₀ K₁) + 2 R_B

Mit den oben definierten Komponenten sind daher der Leitungsstrom I. und die Spannung V^ der Fig. 4 identisch mit dem Leitungsstrom I. und der Spannung V<der Fig. 2.

In Fig. 4 bedeutet der Widerstand R. den äquivalenten Gleichstromschleifenwiderstand in der Schleife mit dem Fernsprechapparat, von der Vermittlungsanlage aus gesehen. Die Widerstände R-, und R sind die Speisewiderstände und sind den Widerständen R_D', R₀ ¹¹ äquiva-

D D

lent. In dieser Schaltungsanordnung sind die Widerstände R₁ und R₂ kleiner im Wert gewählt als konventionelle Speisewiderstände; sie können kleiner als 200 0hm sein.

Die An sch!ußleitung L ist an die Anschlüsse a, b in der

130034/0662

R.C.W.Chea-2

Vermittlungsanlage angeschlossen. Die Ader a ist über einen Speisewiderstand R-, mit einem Bezugspunkt (Erde) verbunden; dieser Speisewiderstand hat einen Wert von 200 Ohm und damit niedrige Leistungsverluste. Der gemeinsame Verbindungspunkt des Widerstands R, und der Ader a ist über einen die Verstärkung mitbestimmenden Reihenwiderstand R-, an einen invertierenden Eingang des Operationsverstärkers A-, angeschlossen. Am Verstärker A, ist ein Rückkopplungswiderstand R₅ zwischen seinem invertierenden Eingang und seinem Ausgang angeordnet. Der Verstärker A, ist ein üblicher Operationsverstärker.

Der Verstärker A-, ist mit seinem nicht invertierenden Eingang über einen Widerstand R₄ an die andere Ader b angeschlossen. Dieser nicht invertierende Eingang ist über einen Widerstand W_ß mit dem Bezugspunkt Erde verbunden; dieser Widerstand beeinflußt bei seiner Veränderung ebenfalls die Verstärkung des Verstärkers A-,. Die Ader b ist über einen Speisewiderstand Rp> der den gleichen Wert wie der Speisewiderstand R, bzw. R ' hat, an den Ausgang eines Verstärkers A- angeschlossen, der so arbeitet, daß er eine veränderliche Spannung V<an die Anschlußleitung L und an den nicht invertierenden Eingang des Verstärkers A-. legt. Der Verstärker A, in Fig. 4 ist als Differenzverstärker ausgebildet und führt folgende Funktionen aus:

Der Verstärker A-. besitzt eine Trennfunktion; er trennt die Anschlußleitung von der Steuerschaltung in der Vermittlungsanlage. Er überwacht auch die erdsymmetrische Anschlußleitung an den Adern a, b und wandelt die symmetrische Spannung am Widerstand R. in eine unsymmetrische Spannung an seinem Ausgang um. Die Werte der Widerstände R₃, R₄, R₅ und R₆ sind derart gewählt, daß

130034/0662

R.C.W.Chea-2

eine hohe Eingangsimpedanz gegenüber den Widerständen R, und R- erreicht wird. Das Verhältnis der Widerständen R. und R sowie der Widerstände R_ und R_ sind so gewählt, daß sich eine geeignete Verstärkung und eine geeignete Vorspannung für den Verstärker ergeben.

Der Ausgang des Verstärkers A, ist über einen Widerstand R₇ mit dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers A₂ gekoppelt. Der Verstärker A₂ ist ein üblicher Verstärker und kann zusammen mit dem Verstärker A₁ auf demselben Halbleiterchip sitzen. Der nicht invertierende Eingang (+) des Verstärkers A₂ ist mit dem Bezugspunkt Erde verbunden.

Der invertierende Eingang des Verstärkers A„ ist über einen Widerstand R_fi an eine ein Potential V_R'führende Klemme angeschlossen, wie es in den genannten Gleichungen definiert wurde; an diesem Eingang wird eine Addierfunktion ausgeführt. Der genaue Wert der Spannung V. kann dadurch erhalten werden, indem entweder die Spannung V_R oder das Verhältnis der Widerstände R_ft und R verändert wird. Der Widerstand R_q ist der Rlickkop.pl ungswi derstand zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang des Verstärkers A«. Wenn die Verstärkung des Verstärkers A₂ mit K, bezeichnet wird (s. Gleichungen), kann diese Verstärkung durch Beeinflussung des Verhältnisses der Widerstände kg und R oder der Widerstände R_c und R_ oder der Widerstände R, und R. verändert werden. Die Verstärkung K-, ist in diesem Fall die Gesamtverstärkung der Verstärker A₁ und A₂.

Durch Beeinflussung des Verhältnisses der Widerstände Rg und R kann man eine einfache Verstärkungssteuerung erreichen, weil die anderen Verhältnisse, wie oben

130034/0662

R.C.W.Chea-2

gezeigt, normalerweise durch eine gewünschte Vorspannung und durch die elektrischen Parameter der Verstärker A-, und A_? festgelegt sind. Der Verstärker A„ ermöglicht es auch, eine programmierbare Leitungsspeisungscharakteristik durch Steuerung der Speisespannung zu entwickeln.

Im wesentlichen wird bei dieser Schaltungsanordnung mit einer Schaltcharakteristik gearbeitet, um eine geeignete Speisespannung und damit einen geeigneten Leitungsstrom zu gewinnen. Es wird eine Schaltspannung erzeugt, die gemaß den Erfordernissen der jeweiligen Anschlußleitung gesteuert wird.

In Fig. 4 ist ein Rückkopplungskondensator C, gezeigt, der zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang des Verstärkers A_? liegt. Parallel zu diesem Kondensator ist eine Zenerdiode V₇ angeordnet. Der Kondensator C, ist in seinem Wert derart gewählt, daß er den Frequenzgang der Schaltungsanordnung bestimmt, insbesondere daß er alle Wechselstromsignale unterdrückt. Die Zenerdiode hat einen Einfluß auf die Form des Schleifenstroms (Leitungsstrom I. als Funktion des Schleifenwiderstandes). Die Zenerdiode begrenzt die Ausgangsspannung V₅ und sorgt dafür, daß die Schaltungsanordnung als Urspannungsquelle anstatt als Urstromquelle arbeitet. Die Verwendung einer Zenerdiode in Verbindung mit einem Operationsverstärker in dieser Schaltungskonfiguration ist bekannt .

Es sei darauf hingewiesen, daß die kombinierten Funktionen der Verstärker A, und A_? durch einen einzigen Verstärker gebildet werden können, wie es in Fig. 2 durch den einzelnen Verstärker 20 angedeutet ist. Doch ist mit getrennten Verstärkern A-, und A^ nach Fig. 4 die FIe-

130034/0662

R.C.W.Chea-2

xibilität zur Einstellung der Schaltungsparameter größer.

Die Ausgangsspannung am Ausgang des Verstärkers Ap ist

mit V_D bezeichnet und wird dem Eingang des Verstärkers κ

zugeführt. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist der Ver-

Α,

stärker A, als Schaltungsmodul gezeigt, das mit seinem Eingang an den Ausgang des Verstärkers A₂ und mit seinem Ausgang über den Speisewiderstand R„ an die Ader b angeschlossen ist. An seinem Ausgang steht die Spannung \1~. Dieser Verstärker gibt Leistung an die Anschlußleitung L ab und kann als üblicher Operationsverstärker in Verbindung mit einer Leistungsstufe ausgebildet sein, um den nötigen Leitungsstrom für die Anschlußleitung zur Verfugung zu stellen. Um jedoch ein Maximum an Leistungs einsparungen zu erreichen, ist der Verstärker A₃ so ausgebildet, daß er als hochwirksame, spannungsvariable Stromversorgungsquelle arbeitet. Eine derartige Stromver sorgungsquelle wird auch als Gleichspannungswandler bezeichnet. Solche Gleichspannungswandler sind an sich bekannt und sorgen für eine Ausgangsspannung, die um eine Konstante -K proportional zur Eingangsspannung ist.

Die Verwendung eines Gleichspannungswandlers für den Ver stärker Α., vermeidet die Spannungsabfälle, die bei Verwendung eines Verstärkers entstehen würden.

Deshalb kann das in Fig. 4 gezeigte Rückkopplungsmodul A₃ entweder ein üblicher Verstärker oder ein Gleichspannungswandler sein, um zusätzliche Leistungseinsparungen zu erreichen.

In Fig. 5 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, die ähnliche Komponenten wie die der Fig. 4 aufweist, wie z.B. die Verstärker A-, und A_? und die mit ihnen verbundenen Komponenten und Spannungen, die durch gleiche Bezugs

130034/06 62

30426Q7

R.C.W.Chea-2

zeichen gekennzeichnet sind. Ein gestrichelt gezeichnetes Kästchen 30 (Aq) weist einen Gleichsspannungswandler auf, der als das in Fig. 4 dargestellte Modul A₃ arbeitet.

Dieses Kästchen enthält einen Operationsverstärker 31. Der Verstärker 31 ist mit seinem nicht invertierenden Eingang über einen Reihenwiderstand 32 an seinen Ausgang angeschlossen. Sein Ausgang ist mit dem Eingang eines Komparators 33 verbunden. Der Komparator 33 ist als Standardschaltung ausgebildet und vergleicht eine an seinem invertierenden Eingang anliegende Referenzspannung mit der an seinem nicht invertierenden Eingang liegenden, vom Verstärker 31 kommenden Spannung.

Der Ausgang des Komparators ist mit dem Gate-Anschluß eines Feldeffekttransistors 34 verbunden, dessen Source-Anschluß mit einem Bezugspotential (Erde) versehen ist und dessen Drain-Anschluß über die Primärwicklung 35 eines Übertragers T, an eine Spannungsquelle mit dem Potential V_c angeschlossen ist.

Der übertrager T-, arbeitet als Rückkopplungsübertrager. Ein an der Primärwicklung 35 anstehendes Wechselstromsignal wird zur Sekundärwicklung 36 übertragen, dort mittels einer Diode 37 gleichgerichtet und mittels eines Kondensators C. geglättet, und die derart umgeformte Spannung wird dann als Spannung V,- über einen Widerstand 39 dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers A-, zugeführt. Die Kathode der Diode 37 ist mit Erde oder mit einem ein Referenzpotential führenden Punkt verbunden, das der gemeinsame Verbindungspunkt des Kondensators C₄ und 'des Widerstands R, ebenfalls führt.

130034/0662

304260?

R.C.W.Chea-2

An dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 31 wird addiert. Dieser Eingang ist über die Reihenschaltung eines Kondensators 43 und eines Widerstands 44 mit Erde verbunden. Der invertierende Eingang des Verstärkers 31 ist über einen Widerstand 45 mit dem Bezugspunkt Erde verbunden. Ein Rückkopplungsnetzwerk aus einer Reihenschaltung einers Widerstands 40 und eines Kondensators 41 liegt zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers 31 und bestimmt dessen Verstärkung und dessen Frequenzgang.

Grundsätzlich ist der Verstärker 31 ein üblicher Operationsverstärker, der als Differenzverstärker ausgebildet ist. Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers 31 arbeitet als Addiereingang, um dem Verstärker zu ermöglichen, auf die Spannung V_R und die Spannung V^ anzusprechen. Der Verstärker dient als Trennstufe zwischen der Spannung V^ und der Steuerelektronik der Vermittlungsanlage. So erzeugt der Verstärker 31 ein Regelsignal an seinem Ausgang, um den Wert der Spannung V^ zu steuern und zu bestimmen. Bei geeigneter Wahl des Widerstands 40 und des mit ihm in Reihe liegenden Kondansators 41 ist der Frequenzgang der Schaltungsanordnung zur Gewinnung der Stabilität steuerbar.

Die Werte der Widerstände 39, 45 und 42 sind verhältnismäßig hochohmig gewählt, so daß sie eine minimale Belastung für die Ausgangsspannung V,- darstellen. Das Verhältnis der Widerstände 45 und 42 und das Verhältnis der Widerstände 39 und 32 sind so gewählt, daß ein symmetrisches Dämpfungsglied entsteht. Die individuellen Werte sind so gewählt, daß die maximale Ausgangsspannung ν_ς in den Vorspannungsbereich des Verstärkers 31 fällt. Der Widerstand 32 ist der Addierpunkt, der ein Referenzsignal

130034/0662

-'17*-

R.C.W.Chea-2

über den Widerstand 39 vom Gleichspannungswandler empfängt. Die Widerstände 32 und 44 dienen zur Einstellung der Regel verstärkung. Die Kondensatoren 41 und 43 sind so gewählt, daß sie den Frequenzgang der Schaltungsanordnung zwecks Stabilisierung bestimmen.

Der Verstärker 33 ist ein Komparator , der mit seinem positiven Eingang an den Ausgang des Regel Verstärkers 31 und mit seinem negativen Eingang an eine externe Spannungsquelle 50 angeschlossen ist. Die Spannungsquelle erzeugt eine Dreieckssignal oder ein Sägezahnsignal als Referenzsignal für den Komparator 33. Dieses Signal wird an den Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors 34 angelegt, der damit gemäß dem angelegten Impulszug ein- und ausschaltet.

Der Transistor 34 liegt in Reihe mit der Primärwicklung 35 des Übertragers T,. Wenn der Transistor eingeschaltet ist, liefert er Energie an das magnetische Feld des Übertragers aus der Leitungsquelle V«, wobei der Betrag durch die Induktanz des Übertragers und durch die Spannung bestimmt wird. Die im magnetischen Feld für die Dauer eines Impulses gespeicherte Energie wird zur Sekundärwicklung 36 übertragen und im Kondensator 38 gespeichert. Die Spannung am Kondensator 38 wird über den Wi- · derstand 39 an den Eingang des Verstärkers 31 angelegt. Dadurch wird die Leitungsschleife geschlossen, und aufgrund der negativen Rückkopplung wird die Ausgangsspannung Vc auf einen Wert gezwungen, der gleich einer Konstanten ist, die mit der Referenzspannung V_R multipiziert ist: V₅ = K_Q V_R. Der im Modul 30 enthaltine

Gleichsspannungswandler ist daher so bemessen, daß er eine effektive Schleifenverstärkung von -10 besitzt. Damit sind die Arbeitskennlinien ebenfalls festgelegt.

130034/0662

R.C.W.Chea-2

Eine Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 mit einem Gleichspannungswandler, der eine effektive Verstärkung von -10 aufweist, ist mit den folgenden Komponentenwerten hergestellt worden:

R₁ = R₂ = R_B' = 100 0hm, D₁ = 5,6 V,

R₃ = R₄ = 200 kOhm, R₇ = 62 kOhm,

R₅ = R₆ = 20 kOhm, R₈ = 93 kOhm.

R₉ = 6,2 kOhm,

Die mit den obigen Werten arbeitende Schaltungsanordnung erzeugte einen konstanten Leitungsstrom von 42 mA für die Anschlußleitungsimpedanz R., wenn diese Impedanz sich von Null auf 1,1 kOhm änderte. Für Impedanzwerte R,, die größer als 1,1 kOhm sind, wird der Leitungsstrom durch folgende Gleichung bestimmt:

I - ⁵²

L 200 + R_L *

In einem zweiten Realisierungsbeispiel wurde der Wert für R₇ = 8,198 Ohm und der Wert für R₀ = 62,96 kOhm gewählt, während die übrigen, oben genannten Werte blieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde die Schleifenstrom-Schleifenwiderstands-Kennlinie verdoppelt, um so ein Äquivalent für eine übliche Leitungsspeisung mit Speisewiderständen von jeweils 400 0hm und einer Batteriespannung von 48 V zu haben. Der effektive Schleifenstrom wurde in diesem Fall durch folgenden Wert bestimmt:

I - ⁴⁸

L 800 + R_L

o0034/0662

R.C.W.Chea-2

Der Kondensator C, in der Rückkopplungsschaltung mit dem Verstärker A₂ war so gewählt worden, daß jede Wechselstromsignalstörung vermieden wurde, und die Größe des Kondensators war eine Funktion des besonderen Typs der für die Komponenten A₁ und A₂ gewählten Operationsverstärkerkonfiguration.

Es ist somit eine Schaltungsanordnung zur Regelung des Speisestroms für eine Anschlußleitung beschrieben worden. Diese Schaltungsanordnung ermöglicht es, einen gewünschten Leitungsstrom durch selektives Schalten einer in einer Rückkopplungsschleife vorhandenen Verstärkungskonstanten zu erzeugen. Auf diese Weise können niedrige Speisewiderstände und wesentliche Leistungseinsparungen gegenüber dem Stand der Technik erzielt werden.

Die beschriebenen Schaltungen besitzen die Fähigkeit, die üblichen Funktionen der in Fig. 1 dargestellten, bekannten Speiseschaltung auszuführen, aber darüber hinaus den Leitungsstrom I. durch Steuern einer Spannungsquelle gemäß den Fig. 2, 4 und 5 zu regeln.

Die beschriebenen Funktionen können selbstverständlich noch durch die Verwendung von gesteuerten Schaltern verbessert werden, die von einer geeigneten Wechselstromreferenzspannungsquelle synchron gesteuert werden und die in Verbindung mit einem Addiernetzwerk arb.eiten, welches selektiv Signale an den Operationsverstärker wie Ap in Fig. 4 anlegt. Auf diese Weise kann deshalb das Signal V_R zum Anlegen an die aktive Rückkopplungssteuerschaltung Ag der Fig. 4 und 5 erzeugt werden.

130034/0662

Claims

Patentanwalt
Dipl.-Phys. Leo Thul
Kurze Straße 8
Stuttgart 30

R.C.W.Chea-2

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Schaltungsanordnung zur Stromversorgung einer Anschlußleitung in Fernsprechanlagen

Patentansprüche

(]/ Schaltungsanordnung zur Stromversorgung einer Anschlußleitung, an die ein Fernsprechapparat angeschlossen ist und die eine Impedanz aufweist, die sich mit der Länge der Anschlußleitung ändert, in Fernsprechanlagen, insbesondere zur Verwendung in der Teilnehmeranschlußschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein erster Speisewiderstand (R_R') mit seinem einen Anschluß an eine der Sprechadern (a) und mit seinem anderen Anschluß an einen Bezugspunkt (Erde) und ein irn wesentlichen gleich großer zweiter Speisewiderstand (Rg¹¹) mit seinem einen Anschluß an die andere Sprechader (b) angeschlossen sind,

b) ein Differenzverstärker (20) mit seinem einen Eingang (A) an die eine Sprechader (a) und mit seinem anderen Eingang (B) an die andere Sprechader (b) angeschlossen ist und an seinem Ausgang ein vorbestimmtes erstes Steuersignal (V-.) abgibt,

c) eine Referenzspannungsquelle (V.) vorgesehen und derart ausgebildet ist, daß sie einen auf die möglichen Leitungslängen abgestellten Spannungsbereich hat,

d) eine Addierschaltung (21) mit ihrem ersten Eingang an den Ausgang des Differenzverstärkers und mit ihrem

ZT/Pl-Krü-30.10.80 -/-

130034/0682

R.C.W.Chea-2

zweiten Eingang an die Referenzspannungsquelle (V.) angeschlossen ist und an ihrem Ausgang ein Rückkopplungssteuersignal (V_D) abgibt, das der Summe aus der

Referenzspannung (V.) und der Ausgangsspannung (V·,) des Differenzverstärkers proportional ist, und e) eine aktive Schaltung (22) mit ihrem Eingang an den Ausgang der Addierschaltung (21) und mit ihrem Ausgang an den anderen Anschluß des zweiten Speisewiderstands (Rn¹¹) angeschlossen ist und ein Ausgangssignal (V₁-) abgibt, das den der Anschlußleitung zuzuführenden Leitungsstrom (I.) bestimmt, wobei der durch diesen Speisewiderstand fließende Strom vom Rückkopplungssteuersignal der Addierschaltung (21) und damit abhängig von der Anschlußleitungslänge bestimmt wird.

Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Addierschaltung (21) einen Verstärker (A_?) aufweist, dessen Eingang über einen Widerstand (R₇) mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (Al) und über einen weiteren Widerstand (R₀) mit der Referenzspannungsquelle

(V_n') verbunden ist und dessen Ausgang das Rückkopp-

lungssteuersignal (V„) abgibt.

Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (20) einen Operationsverstärker (A-.) aufweist, dessen invertierender Eingang mit dem ersten Speisewiderstand (Rn¹; R-,) unddessen nicht invertierender Eingang mit dem zweiten Speisewiderstand (R'' ; R„) verbunden sind, und daß zwischen seinem Ausgang und seinem invertierenden Eingang Schaltungsglieder (Rr) zur Einstellung seiner Verstärkung angeordnet sind.

130034/0662

R.C.W.Chea-2

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schaltung (22) durch einen Verstärker (A₃) gebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß die aktive Schaltung (22) durch einen Gleichspannungswandler (Ag, Fig.5), dessen Eingang mit dem Ausgang der Addierschaltung (21) gekoppelt ist und der an seinem Ausgang eine mit dem Rückopplungssteuersignal (V_R) impulsbreitenmodulierte Ausgangsspannung abgibt, und durch weitere Schaltungslieder zur Erzeugung des gewünschten Leitungsstroms gebildet ist, die eingangssei tig mit dem Gleichspannungswandlerausgang und ausgangsseitig mit dem anderen Anschluß des zweiten Speisewiderstands (Rn¹') verbunden sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungswandler gebildet ist durch

a) einen Eingangsverstärker (31), der mit seinem nicht invertierenden Eingang (+) an den Ausgang des Differenzverstärkers (Ap) angeschlossen ist und an seinem Ausgang ein Regelsignal abgibt, dessen Größe die Differenz zwischen dem Rückkopplungssteuersignal und dem gewünschten Leitungsstrom ist,

b) eine Vergleichsschaltung (33), die mit ihrem ersten Eingang (+) an den Ausgang des Eingangsverstärkers (31) und mit ihrem zweiten Eingang (-) an einen Impulsgenerator (50) angeschlossen ist, derart, daß am Ausgang der Vergleichsschaltung ein Impulszug mit einer vom Impulsgenerator bestimmten Frequenz und einer vom Regelsignal bestimmten Impulsbreite erzeugt wird, und

c) eine Schaltung aus einem Übertrager (T-,), der primärseitig mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung (33)

130034/0662

::_;f: 304260?

R.C.W.Chea-2

und sekundärseitig über ein Gleichrichter- und Glättungsglied (37, 38) mit dem anderen Anschluß des zweiten Speisewiderstands (R₂; Rg¹') gekoppelt ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (50) durch einen Sägezahngenerator gebildet ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Speisewiderstand (Rg¹) und der zweite Speisewiderstand (Rn'¹) jeweils einen kleineren Wert als 200 Ohm aufweisen und daß der durch den zweiten Speisewiderstand fließende Leitungsstrom I. nachstehender Beziehung folgt:

K₀ V₁
Il ⁼ —ο Π—i? i?—\—+"""ο—5—i— »

worin K die Schleifenverstärkung der aktiven Schaltung (22), V. die Ausgangsspannung der Referenzspannungsquelle, R. der Widerstand der Anschlußleitungsschleife, K. die Verstärkung des Differenzverstärkers (Ap) und R ' der Wert eines Speisewiderstands ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers (A_?) Schaltungsglieder (R_q, C,, D-.) zur Steuerung des Frequenzgangs der Teilnehmeranschlußschaltung vorgesehen sind.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mit dem Differenzverstärker (A-.) Schaltungsglieder gekoppelt sind, die Wechselstromsignale von der Teilnehmeranschlußschaltung fernhalten.

130034/066