DE3046328A1

DE3046328A1 - Aktive sprechschaltung fuer einen fernsprechapparat

Info

Publication number: DE3046328A1
Application number: DE19803046328
Authority: DE
Inventors: Paul Cooper 19605 Reading Pa. Davis; Raymond Gene 46250 Indianapolis Ind. Jackson; Kenneth Farrell 19604 Reading Pa. Sodomsky; Dennis Loyal Greenfield Ind. Whitson
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1979-12-13
Filing date: 1980-12-09
Publication date: 1981-08-27
Also published as: GB2066026B; US4332984A; IT1134682B; CA1152242A; FR2472317B1; SE455982B; JPS5693462A; IT8026579A0; SE8008637L; CH651712A5; NL8006773A; GB2066026A; FR2472317A1

Description

BLUMBACH · WgSgT? ..SETRTSEM ·: KRAMER ZWIRNER · HOFFMANN

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN -6-

Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Teleton (089)883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patenlconsult Palentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

Western Electric Company Incorporated

New York N.Y. 10038, USA DAVIS 5-3-1-1

Aktive Sprechschaltung für einen Fernsprechapparat

Die Erfindung betrifft eine aktive Sprechschaltung für einen Fernsprechapparat mit einem Paar von Leitungsanschlüssen.

Zweidraht-Teilnehmerschaltungen in Fernsprechanlagen sind speziell nach Art einer Gabelschaltung aufgebaut, wobei das Mikrophon und der Hörer in zueinander konjugierten Zweigen liegen. Bei dieser Anordnung werden Signale, die im Mikrophon oder im Hörer erzeugt werden, im jeweils anderen Bauteil weitgehend oder vollständig unterdrückt. Eine solche Anordnung ist üblicherweise unter Verwendung eines induktiven Gabelübertragers verwirklicht worden. Eine Hälfte der im Mikrophon erzeugten Signalleistung wird jedoch dabei im Symmetriernetzwerk (Nachbildung) des Gabelübertragers vernichtet, so daß sich ein schlechter Sendewirkungsgrad ergibt.

Wegen dieses Leistungsverlustes und auch der unerwünscht großen und aufwendigen Gabelübertrager für Fernsprechappara-

MUnchen: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. rial. · E. Hollmanrt Dipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumbadi Dlpl.-Ing. . P. Bergen Prof.Dr. jur.Dlpl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw.bis 1979 . G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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te sind Sprechschaltungen entwickelt worden, bei denen solche Gabelübertrager nicht mehr erforderlich sind. Ein Beispiel für eine solche Schaltung ist in der US-PS 3 546 395 (8.Dezember 1970) beschrieben. Induktive Gabelübertrager werden dort mittels einer Schaltung vermieden, die die Rückkopplungsschleife eines Transistorverstärkers zur Nebensprech-Symmetrierung ausnutzt.

In Verbindung mit der Entwicklung eines elektronischen Fernsprechapparates ist eine aktive Sprechschaltung für solche Apparate erwünscht, die einen Parallelbetrieb mit herkömmlichen Gabelübertrager-Fernsprechapparaten an langen Teilnehmerleitungen erlaubt. Der Stromverbrauch der aktiven Sprechschaltung muß daher klein sein, damit ein genügend großer Strom für den Betrieb des Gabelübertrager-Fernsprechapparates zur Verfügung steht. Eine weitere Überlegung betrifft die Stromversorgungsgrenzen aufgrund anderer elektronischer Schal tungen im elektronischen Fernsprechapparat. Solche Schaltungen, beispielsweise eine elektronische Wählschaltung und ein linearer Wandler für das Mikrophon, machen es erforderlich, daß die Sprechschaltung eine im wesentlichen konstante Spannung zwischen der a- und der b-Ader aufrecht erhält und aufgrund des Schleifenstromes für einen Sendeausgleich sorgt.

Zur Lösung der sich daraus ergebenden Aufgabe geht die Erfindung aus von einer aktiven Spreoh schaltung der eingangs genannten Art und ist dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Sprechschaltung eine Stromfühlschaltung zur Bestimmung der

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von den Leitungsanschlüssen verfügbaren Stromstärke und eine Spannungsfühlschaltung zur Bestimmung der an den Leitungsanschluss en verfügbaren Spannungshöhe aufweist, und daß die Stromfühlschaltung und die Spannungsfühlschaltung in Kombination ein Aktivierungssignal für einen Tongenerator aufweisen.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung liefert eine aktive Sprechschaltung eiri Nebensprechsignal und bewirkt einen Ausgleich für Sende- und Empfangssignale am a- und b-Leitungsanschluß. Außerdem wird die Spannung an diesen Anschlüssen auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten. Die aktive Sprechschaltung liefert außerdem "eine Versorgungsspannung an eine Ton-Wählschaltung in einem Fernsprechapparat. Schaltungen innerhalb der Sprechschaltung fühlen sowohl den Schleifenstrom als auch die Spannung zwischen der a- und der b-Ader ab, um festzustellen, ob beispielsweise bei langen Teilnehmerschleifen mit mehreren ausgehängten Fernsprechapparaten beide Werte genügend groß zur richtigen Erzeugung von Tönen durch eine Wählschaltung sind. Wenn beide Bedingungen erfüllt sind, wird die Wählschaltung betätigt und erzeugt einen Ton, wenn eine Taste ihres Tastenfeldes gedrückt wird.

Entsprechend der Erfindung wird, wenn ein Wählvorgang erwünscht ist und eine Taste gedrückt wird, das Mikrophon gesperrt und der Hörer dadurch stumm geschaltet. Außerdem kann die Betriebsspannung des Fernsprechapparates während des Wählens ansteigen. Dadurch, daß ein Teil des Schleifenstroms über einen festen Widerstand fließt, kann die Spannung des

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Fernsprechapparates während einer Zeit, die wesentlich kleiner als eine Millisekunde ist, geändert werden, ohne daß die Spannung eines Kondensators geändert wird, wofür eine wesentlich größere Zeitdauer erforderlich wäre.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das verallgemeinerte Schaltbild einer bekannten Anordnung einer aktiven·Sprechschaltung unter Verwendung einer Transistor-Rückkopplungsschaltung zur Nebensprech-Symmetrierung und zum Dämpfungsausgleich; ~

Fig. 2 und 3 das Schaltbild einer entsprechend der vorliegenden Erfindung abgewandelten aktiven Sprechschaltung des in Fig. 1 gezeigten Typs; ·.·■>

Fig. k auf dem gleichen Blatt wie Fig. 1 die räumliche Zuordnung der Fig. 2 und 3.

In Fig. 1 ist als Beispiel eine bekannte Anordnung einer aktiven Sprechschaltung dargestellt, auf die sich die Erfindung anwenden läßt. Eine solche Anordnung vermeidet den bisher notwendigen Einsatz induktiver Gabelübertrager durch Verwendung der Rückkopplungsschleife eines,Transistor-Verstärkers zur Nebensprech-Symmetrierung und zur Verstärkungsangleichung zwecks Kompensation von Änderungen der Leitungsimpedanz.

Die Schaltungsanordnung stellt ein Y-Netzwerk dar, bei dem das Mikrophon 240 eine ideale Spannungsquelle ist, die in den Basis-E:nitterkreis eines Transistors 110 geschaltet ist.

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COPY

Der Basis- und der Kollektoranschluß,des Transistors 110 sind mit den Anschlüssen 101 und 102 für die a- und die b-Ader einer Teilnehmerleitung verbunden. Zwei Widerstands-Netzwerke 111 und 112 liegen in Reihe zwischen dem Emitter- und Kollektoranschluß des Transistors 110, und der Hörer ist zwischen einen Anschluß 115 am Verbindungspunkt der Widerstands-Netzwerke und einen Anschluß 116 auf der Emitter-Seite des Mikrophons 240 geschaltet. Ein weiteres Impedanznetzwerk 113 liegt zwischen dem Anschluß 116 und dem Anschluß 114 am Verbindungspunkt des Widerstands-Netzwerkes 111 und dem Emitter des Transistors 110.

Abgehende Sprachsignale des Mikrophons 240 gelangen über das Impedanznetzwerk 113 zum Transistor 110. Der Strom im Kollektorkreis des Transistors 110 erscheint am Anschluß 101, wodurch sich eine Spannung zwischen den Anschlüssen 101 und ergibt, die das Ausgangssendesignal für die Leitung darstellt.

Die Spannung zwischen den Anschlüssen 101 und 102 erzeugt einen Strom über die Widerstände 111 und 112, der in den Transistor 110 zurückgeführt wird, wodurch sich ein Rückkopplungsstrom vom Kollektor des Transistors 110 zum Anschluß 101 ergibt. Dieser Rückkopplungsstrom bewirkt eine verlustfreie Aussendung des im Transistor 110 durch das Mikrophon-Sprachsignal erzeugten Stromes.

Da der Transistor 110 in Basisschaltung betrieben wird, ergibt sich ein vernachlässigbarer Wechselstrom-Spannungsab-

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fall zwischen den Anschlüssen 102 und 114. Die Widerstände R1 und R2 sind so bemessen, daß der sich ergebende Spannungsabfall gleich der Spannungsverstärkung zwischen den Anschlüssen 116 und 101 ist, wodurch eine gute Nebensprech-Unterdrückung erzielt wird. Unter normalen Sendebedingungen ist die Spannung zwischen den Anschlüssen 115 und 116 Null.

Das über die Leitung an den Anschlüssen 101 und·102 ankommende Signal erzeugt eine Spannung zwischen den Anschlüssen und 115, die zwischen den Hörer 230 und das Mikrophon 240 aufgeteilt wird. Ein Stromverlust, der sich normalerweise durch den verhältnismäßig kleinen Wert des Widerstandes 111 ergeben würde, wir d wegen der Rückkopplung zum Transistor 110 vermieden. Der über dem Mikrophon 240 erscheinende Teil der Empfangsspannung wird über das Impedanznetzwerk 113 zum Transistor 110 zurückgeführt, wodurch die Dämpfung wegen des Rückkopplungsweges über den Transistor 110 wirksam verringert wird. Der Impedanzwert des Impedanznetzwerkes 113 ist kleiner als die Leitungsimpedanz zwischen dan Anschlüssen 101 und 102, sein Phasenwinkel ist aber im wesentlichen gleich dem der Leitungsimpedanz. Auf diese Weise wird eine

Nebensprech-Symmetrierung mit einer· Sende-Spannungsverstärkung durch die aktive Sprechschaltung bereitgestellt.

Fig. 2 und 3 zeigen das Schaltbild der aktiven Sprechschaltung gemäß Fig. 1 in Abwandlung nach der vorliegenden Erfindung. Der Eingangsanschluß an die Fernsprechleitung erfolgt über die Adern 101 und 102. Der Hauptstromweg zwischen den

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Eingangsadern und über die aktive Sprechschaltung verläuft von der Ader 101 über die Darlington-Transistoren 210, 211, eine Diode 212, einen Widerstand 213 und über als Diode geschaltete Transistoren 214, 215 zur Ader 102 als Bezugspotential. Ein am Eraitteranschluß des Transistors 214 erscheinender Strom treibt einen aus den Transistoren 216, 215 und 217 bestehenden Stromspiegel. Die Flächengröße dieser Transistoren ist so gewählt, daß der Emitterstrom des Transistors 217 gleich dem Emitterstrom des Transistors 215 ist. Der Emitterstrom des Transistors 216 ist etwa 21-mal kleiner als der Strom im Transistor 215. Da der Transistor 217 die gleiche Flächengröße wie der Transistor 215 hat und über die Adern 101 und 102 gelegt ist, fließt etwa die Hälfte des Leitungsstromes auch über diesen Transistor.

Eine Spannungsquelle mit einem Spannungswert von 4,5 x V^ (Vv₁ ist die Basis-Emitterspannung von Transistoren) in der Sprechschaltung ermöglicht einen Parallelbetrieb an langen Teilnehmerleitungen mit einem konventionellen Gabelübertrager-Fernsprechapparat mit Kohlemikrophon. Der Viert 4 χ V, ergibt sich durch die Transistoren 210, 211, 214 und 215. Der Wert von 0,5 x V^₆ rührt von der Germanium-Diode 212 her. Demgemäß beträgt die Spannung zwischen der a- und der b-Ader 4,5 x V^_e zuzüglich eines kleinen Spannungsabfalles über dem Widerstand 213, der einen Wert von 15 Ohm hat. Es handelt sich im wesentlichen um eine Spannungsquelle, wenn man die Kennlinie für die Abhängigkeit der Spannung vom Strom für diese Schaltung prüft. Das ist wichtig, da ein konventionel-

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ler Gabelübertrager-Fernsprechapparat mit einem Kohlemikrophon einen sehr kleinen Gleichstromwiderstand besitzt, so daß ein großer Teil des verfügbaren Stromes über diesen Fernsprechapparat fließt. Eine typische Kennlinie für die Spannung in Abhängigkeit vom Strom eines üblichen Fernsprechapparates ergibt beispielsweise eine nichtlineare Kennlinie mit einer Steigung, die sich am unteren Ende 200 Ohm nähert. Die Kennlinie für die Spannung in Abhängigkeit vom Strom bei einem Fernsprechapparat mit einer aktiven Sprechschaltung nach der vorliegenden Erfindung stellt bei sehr kleinen Strömen wegen des obenbeschriebenen Wertes V^ auf vorteilhafte Weise eine Spannungsquelle mit sehr kleiner Steigung dar.

In einer Überspannungs-Schutzschaltung (nicht gezeigt) des Fernsprechapparates befindet sich ein weiterer Widerstand mit 15 Ohm. Die Steigung der Kennlinie entspricht dann dem halben Wert des Widerstandes 213 mit 15 Ohm, da sich der Laststrom zwischen den Transistoren 215 und 217 zuzüglich dem Widerstand von 15 Ohm in der Überspannungs-Schutzschaltung aufteilt, wodurch sich eine Steigung von 22,5 Ohm ergibt. Von Interesse ist der untere Betriebsbereich bei 4,5 χ V, . Wenn ein Polaritätsschutz benutzt wird, erhöht sich diese Spannung um den Spannungsabfall am Polaritätsschutz. Es ist ein Betrieb bei einer möglichst kleinen Spannung erwünscht, damit ein Parallelbetrieb mit einem konventionellen Gabelübertrager-Fernsprechapparat bei langen Teilnehmerleitungen ermöglicht wird. An den beiden Fernsprechapparaten liegt die gleiche Spannung an, wenn sie parallel betrieben

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ben werden, so daß bei einem sehr kleinen Strom eine Aufteilung so stattfindet, daß der Apparat mit dem Gabelübertrager den größten Teil des Stromes erhält.

In der aktiven Sprechschaltung ist ein Parallelwiderstand für hohe Ströme enthalten. Wenn der Strom größer wird, wie bei bestimmten, sehr kurzen Teilnehmerschleifen, dann erhöht sich die Spannung über dem Widerstand 213. Wenn die Spannung den vollen Wert von V- erreicht, dann schaltet die Kette mit den Transistoren 220, 221 und 222 ein. Es ist ein Spannungsabfall von 3 V- über diesen Transistoren vorhanden,und ein Spannungsabfall von 3 V^ über dem Widerstand 213, dem Transistor 214 und der Diode 212. Wenn dieser Parallelweg eingeschaltet ist, fließt ein überschüssiger Schleifenstrom über diesen Weg, wodurch ein weiterer Spannungsaufbau verhindert wird. Der Transistor 223 und der Widerstand 224 halten die Ausgangsimpedanz dieses Parallelweges hoch.

Es sind zwei Ausgleichseinrichtungen in der Sprechschaltung vorhanden. Die eine ist die Parallelimpedanz zwischen den a- und b-Adern 101 und 102,-die durch die Ausgangsimpedanz des Transistors 217 bereitgestellt wird. Wenn sich der Schleifenstrom abhängig davon ändert, ob die Schaltung an einer kurzen oder einer langen Schleife betrieben wird, ändert sich die Ausgangsimpedanz des Transistors 217. Das heißt, die Ausgangsimpedanz wird kleiner, wenn der Strom größer wird, und größer, wenn der Strom kleiner wird. Bei kurzen Schleifen ist der Strom groß und folglich die Parallelimpe-

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danz klein. Dadurch werden sowohl das abgehende Mikrophonsignal als auch das ankommende Empfangssignal gedämpft. Auf entsprechende Weise ist bei einer Schleife mit kleinem Strom die Parallelimpedanz hoch und dämpft das ankommende Empfangssignal oder das abgehende Sendesignal nicht.

Die andere Ausgleichseinrichtung in der Sprechschaltung ergibt sich durch einen Ausgleich über dem Hörer 230. Dieser Ausgleich hängt ebenfalls vom Schleifenstrom ab. Wie oben angegeben, fließt der halbe Schleifenstrom über den Stromspiegel-Transistor 215. Ein Einundzwanzigstel des Stromes über den Transistor 215 oder ein Zweiundvierzigstel des gesamten Schleifenstromes fließt über den Transistor 216 und eine Transistor-Widerstandsanordnung mit den Transistoren 231, 232 und den V/i der ständen 233, 234. Bei sehr langen Schleifen, bei denen der Schleifenstrom niedrig ist, ist der Strom über den Transistor 216 so klein, daß die Transistoren 231 und nicht eingeschaltet werden. Der Strom fließt über die Widerstände 233 und 234, ohne daß sich eine ausreichende Spannung über einem der Widerstände ausbildet, um die Transistoren einzuschalten. Der Ohm'sche Anteil der Impedanz, die in diesem Fall den Hörer überbrückt, ist die Summe der Widerstände

i 233, 234 und 235, die einen ziemlich hohen Wert darstellt.

Bei kurzen Schleifen mit hohem Schleifenstrom führt der Transistor 216 einen Strom , der zu einem Spannungsabfall über dem Widerstand 234 führt, bei dem der als Diode geschaltete Transistor 232 einschaltet. Für noch kürzere Schleifen ergibt sich ein Spannungsabfall über den Widerstand 233, bei

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dem der als Diode geschaltete Transistor 231 einschaltet, so daß beide Transistoren bei sehr kurzen Schleifen leiten. Im eingeschalteten Zustand haben die Transistoren sehr kleine Impedanzen. Der Ohm'sche Anteil der Parallelimpedanz über dem Hörer ist also, wenn beide Transistoren eingeschaltet sind, der Wert des Widerstands 235.

Ein linearer Wandler, beispielsweise ein Elektret-Wandler, wird als Mikrophon 240 bei der aktiven Sprechschaltung benutzt. Das Mikrophon ist über den Emitterfolger-Transistor 241 mit einer Verstärkerschaltung 247 verbunden, die die Transistoren 242, 243, 244 enthält. Ein Basisstrom für den Transistor 241 wird vom Ausgang des Mikrophons 240 geliefert. Ein Reihenwiderstand 245 und ein Kondensator 246 führen das Mikrophonsignal vom Emitter des Transistors 241 zur Basis des Transistors 242. Die dreistufige Emitterbasis-Verstärkerschaltung 247 verstärkt das Mikrophonsignal ähnlich wie ein Operationsverstärker. Zur Begrenzung des Verstärkungswertes ist ein Gegenkopplungswiderstand 248 vom Ausgang des Verstärkers am Kollektor des Transistors 243 zurück zur Basis des Transistors 242 geführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers gelangt über einen Kondensator 250 und einen Widerstand 249 zu den Darlington-Transistoren 210 und 211, wo das Signal weiter verstärkt wird, bevor es über die a- und b-Ader der Teilnehmerleitung ausgesendet wird.

Die aktive Sprechcchaltung ist zur Verwendung in Verbindung mit Ton-Wähleinrichtungen ausgelegt. Die Sprechschaltung nimmt zwei Eingangssignale vom Tongenerator 301 auf. Ein

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erstes Signal über die Eingangsleitung 103 schaltet den Hörer 230 stumm, wenn eine Taste der Wähltastatur (nicht gezeigt) zur Erzeugung eines Tones gedrückt wird. Ein zweites Signal über die Leitung 104 sperrt das Mikrophon 240 während der Tonerzeugung. Die beiden Signale bewirken ein nacheinander erfolgendes Schalten des Mikrophons 240 und des Hörers 230, um unerwünschte Klick-Geräusche im Hörer 230 zu vermeiden. Beim Drücken einer Taste wird also der Hörer stumm geschaltet und anschließend das Mikrophon gesperrt. Nach Freigabe der Taste, wodurch die Rückkehr zum Sprechzustand angezeigt wird, kehrt sich die Reihenfolge um. Der Hörer wird erst dann freigegeben, nachdem das Mikrophon betätigt worden ist.

Die Arbeitsweise der Umschaltelemente in der aktiven Sprechschaltung läßt sich am besten anhand einer Beschreibung der Schaltung beim Übergang zwischen der Sprechbetriebsweise und der Wählbetriebsweise darstellen.

In der Sprechbetriebsweise liegt die Leitung 103 auf einem gemeinsamen Potential (Ader 102). Der Transistor 260 ist aktiv,und es fließt ein Strom vom Emitter des Transistors 261 über den Widerstand 262 zum Emitter des Transistors 260. Der Kollektor des Transistors 261 liegt an der Basis des Transistors 263 und entnimmt dort einen Strom. Der Transistor 263 ist demgemäß eingeschaltet und gesättigt,wodurch das Potential der Basis des Transistors 264 auf das Potential seines Kollektors heruntergezogen wird. Der Transistor 264 wirkt als Diode und stellt einen Weg kleinen Widerstandes

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parallel zum Widerstand 265 dar. Demgemäß ist der Widerstand des Signalweges zum Hörer 230 im Sprechzustand niedrig.

In der Wählbetriebsweise geht das Signal über die Leitung 103 auf hohen Wert, wodurch die Basis des Transistors 260 auf hohe Spannung gelangt. Der Transistor 260 wird dadurch ausgeschaltet, und es fließt kein Strom zum Widerstand 262, wodurch der Transistor 261 ebenfalls ausschaltet. Wenn der Transistor 26t ausgeschaltet ist, ist der Transistor 32 ebenfalls ausgeschaltet und schaltet seinerseits den Transistor 264 aus. Bei ausgeschaltetem Transistor 264 wird der Widerstand auf diesem Zwischenglied des Signalweges auf den des Widerstandes 265 erhöht, wodurch das Hörer-Ausgangssignal unterdrückt wird.

Die? Leitung 104 liegt ebenfalls auf einem gemeinsamen Potential, wenn der Tongenerator sich in der Sprechbetriebsweise befindet. Dadurch ist ein Stromweg vom Emitter des Transistors 270 zum gemeinsamen Potential vorhanden. Der Transistor 270 leitet demgemäß, und es fließt ein Strom über den Transistor 272, der den Transistor 274 einschaltet und den als Diode geschalteten Transistor 274 in Sperr-Richtung vorspannt. Da der Transistor 275 eingeschaltet ist, liegt sein Kollektor auf niedriger Spannung, und der Transistor 276 ist ausgeschaltet. Bei ausgeschaltetem Transistor 276 hat der Transistor 277 keinen Basisstrom und ist ebenfalls ausgeschaltet.

Wenn der Tongenerator 301 in die Wählbetriebsweise geht, gelangt die Leitung 104 auf hohe Spannung und der Stromfluß

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über den Transistor 272 hört auf. Es fließt jedoch ein Strom aus einem alternativen Weg über den Widerstand 278 und die Transistoren 274, 275 zum gemeinsamen Potential. Dadurch steigt das Potential am Kollektor des Transistors 274 auf etwa 2 V_b_. Diese erhöhte Spannung erscheint an der Basis des Transistors 276 und schaltet den Transistor ein. Der über den Transistor 276 fließende Strom liefert einen genügend großen Basisstrom, um den Transistor 277 zu sättigen. Dadurch wird der Widerstand 280 parallel zum Widerstand 281 geschaltet, wodurch der Widerstand zwischen der Leitung 101 und der Leitung 108 verringert wird.

Einer Schaltung 300 zur Unterdrückung des Mikrophonsignals wird als Eingangssignal das Signal auf der Leitung 104 vom Tongenerator 301 zugeführt. Wie oben angegeben, liegt die Leitung 101 in der Sprechbetriebsweise auf gemeinsamem Potential. Dieser Betriebsweise fließt ein Basis-Treibstrom über den Widerstand 303 und schaltet den Transistor 304 ein. Dann ist eine Stromwiederholungskette mit den Transistoren 305, 306 und den Widerständen 307, 308 ausgeschaltet. Da kein Strom über den Transistor 306 fließt, ist der Transistor 309 ebenfalls ausgeschaltet,und die Basisspannung des Transistors 242 kann sich mit dem Signal ändern, das vom Mikrophon über den Kondensator 246 zugeführt wird.

Wenn der Generator in die Wählbetriebsweise geht, gelangt die Leitung 104 auf hohes Potential, wodurch der Transistor 304 ausschaltet. Dann wird ein Bezugsstrom erzeugt, der über

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den Widerstand 310 zum Transistor 305 fließt. Dieser Bezugsstrom über den Transistor 305 wird im Widerstand 306 abgebildet, und es fließt ein Strom über den Widerstand 311 zum Transistor 309* wodurch dessen Basisspannung erhöht wird und der Transistor einschaltet. Der Kollektor des Transistors 309 geht dann auf gemeinsames Potential und zieht die Basis des Transistors 242 mit sich, wodurch der Transistor ausschaltet. Das Ausschalten des Transistors 242 im Verstärker 247 bewirkt zwei Dinge. Zum einen wird das Mikrophon 240 durch das Ausschalten des Verstärkers 247 abgeschaltet.Wenn der erste Transistor im Verstärker ausschaltet, so schaltet er den zweiten aus, der wiederum den dritten ausschaltet. Zum zweiten wird bewirkt, daß in der Wählbetriebsweise Strom gespart wird. Der in der Sprechbetriebsweise vom Verstärker benötigte Strom steht in der Wählbetriebsweise für den Tongenerator 301 zur Verfügung.

Die aktive Sprechschaltung liefert Betriebsleistung von der a- und der b-Ader an ihre internen Schaltelemente und an den Tongenerator 301. Es sind zwei Spannungspegel für die Sprechschaltung und die anderen Schaltungen verfügbar. Der Spannungswert V1 ist am gemeinsamen Knotenpunkt des Kondensators 282, der Widerstände 280, 281 und der Basis des Transistors 210 vorhanden. Dadurch wird ein Tiefpaßfilter zwischen der Spannung an der a- und der b-Ader gebildet. Die Grenzfrequenz dieses RC-Filters mit dem Widerstand 281 und dem Kondensator 282 liegt unterhalb von 10' Hz , so daß ein Sprachsignal auf der Teilnehmerleitung ausgefiltert wird. Damit wird eine Bezugsspannung geschaffen, die für eine Verwendung in den

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anderen Schaltungen zur Verfügung steht. Jeder Strom Jedoch, der von der Spannung mit dem Wert V1 geliefert wird, fließt über don Widerstand 231 und erhöht die an dem Fernsprechapparat anliegende Spannung. Der von der Spannung mit dem Wert V1 gelieferte Strom ist demgemäß auf einen niedrigen Wert begrenzt.

Ein zweiter Spannungswert V2 ist an dem gemeinsamen Knotenpunkt an der Basis des Transistors 211 und dem Emitter des Transistors 210 vorhanden. Diese Spannung kann einen wesentlich höheren Strom liefern und liegt um V^₆ unterhalb des Spannungswertes V1. Der Spannungswert V2 ist geregelt, da die Spannung V1 gut gefiltert ist und die Spannung V2 der Spannung V1 folgt. Darüberhinaus ist der Transistor 210 eingeschaltet, so daß ein zusätzlicher, an seinem Emitter entnommener Strom von seinem Kollektor und der Ader 101 kommt. Der Transistor 210 dient also als Stromversorgung sowie als Teil eines Verstärkers in Basisschaltung. Die Spannung V2 versorgt die Umsehalteinrichtung, das Mikrophon 240 und den Mikrophonverstärker 247. Außerdem stellt sie eine Stromversorgung für den Tongenerator 301 dar.

In der Wählbetriebsweise zieht der Tongenerator einen festen Strom von der Leitung 108 über die Parallelschaltung der Widerstände 280 und 281 , um die Spannung des Apparates zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Spannung ohne Änderung der Spannung am Kondensator 282 erhöht, wofür eine endliche Zeit erforderlich ist. Demgemäß ist eine Einrichtung zur schnellen Erhöhung der Spannung des Apparates vorhanden. Diese Er-

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höhung tritt während einer Zeit ein, die wesentlich kleiner als 1 msec ist.

Die Wahlbetätigungsschaltung 320 stellt fest, ob die Spannung und der Strom des Fernsprechapparates genügend groß sind zur Erzeugung eines Tones durch den Tongenerator 301. Die Wählbetätigungsschaltung hält die Wähllogik ausgeschaltet, so daß sie nicht in die Wählbetriebsweise gehen kann, bis eine brauchbare Spannung und ein brauchbarer Strom festgestellt sind. Die Spannung wird durch eine Fühlschaltung bestimmt, die die Transistoren 321, 322 und die Widerstände 323 , 324, 325 enthält. Wenn die Spannung V2 genügend hoch ist, liefert ein Spannungsteiler mit den Widerständen 324 und 325 eine Spannung, die hoch genug ist, um den Transistor einzuschalten. Bei eingeschaltetem Transistor 322 wird der Transistor 321 ausgeschaltet. Dann ist die Wählbetätigungsader 105 auf hohem Potential,und der Tongenerator 301 wird betätigt.

Der Strom wird durch Messen des Spannungsabfalls am Widerstand 213 abgefühlt. Der Spannungsabfall wird über Leitungen 106 und 107 zur Wählbetätigungsschaltung 320 geführt. Der Spannungsabfall auf der Leitung 106 liegt etwa 2 V^₆ oberhalb des gemeinsamen Potentials und ist wesentlich größer als die Differenzspannung. Wenn dieser Spannungsabfall groß genug ist und angibt, daß' ein ausreichender Strom für die richtige Betriebsweise des Tongenerators 301 zur Verfügung steht, wird der Tongenerator 301 betätigt. Der Spannungsabfall an den Widerständen 330 und 331 erzeugt Ströme, die zu einer

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StromwMerholungseinrichtung mit den Transistoren 332, 333 und den Widerständen 334 und 335 fließen. Der über den Widerstand 330 fließende Strom wird im Transistor 333 wiederholt und von dem über den Widerstand 331 fließenden Strom subtrahiert. Diese Subtraktion wird so durchgeführt, daß ein Differenzstrom entsteht und zu einem als Diode geschalteten Transistor 336 fließt. Dieser Strom wird im Transistor 337 wiederholt und zu einer Widerstandskette mit den Widerständen 338 und 339 geführt. Wenn der Differenzstrom genügend groß ist, schaltet der Transistor 340 ein, und der über den Widerstand 346 zur Basis des Transistors 341 sowie der über den Widerstand 347 zur Basis des Transistors 345 fließende Strom hören auf, wodurch diese Transistoren ausschalten.Wenn der Transistor 341 ausschaltet, hört der Strom in einem Spannungsteiler mit den Widerständen 342 und 343 auf. Dadurch schaltet auch der Transistor 344 aus, so daß die Wählbetätigungsleitung 105 auf hohe Spannung gehen kann.

In der Sprechbetriebsweise liegt die Leitung 103 auf gemeinsamem Potential, so daß vor Peststellung eines ausreichenden Stroms der Transistor 341 durch den Strom eingeschaltet ist, der über den Widerstand 348 zum gemeinsamen Potential fließt. In der Wählbetriebsweise geht jedoch die Leitung 103 auf die Spannung V2,und der Transistor 340 ist gesperrt. Wenn der Transistor 340 ausgeschaltet ist, ist auch der Transistor 344 ausgeschaltet, wodurch die Wählbetätigungsleitung 105 in der Wälilbetriebsweise auf hohem Potential bleiben kann. Die Kollektoren der Transistoren 344 und 321 bilden eine verdrahtete ODER-Schaltung, wobei ein Teil des Signals der Wählbe-

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tätigungsleitung das Spannungsfühl-Eingangssicnal und der andere Teil das Stromfühl-Eingangssignal ist. Sowohl ungenügende Spannung als auch ungenügender Strom können verhindern, daß die Wählbetätigungsleitung auf hohe Spannung geht und den Tongenerator betätigt.

In die Wählbetätigungsschaltung 320 ist eine gewisse Hysterese eingebaut, so daß - wenn der Stromwert gerade beim Schwellenwert ist - die Schaltung nicht von einem Zustand zum anderen schwingt. Diese Hysterese wird durch die Transistoren 340 und 345 bewirkt. Wenn der Strom einen ungenügenden Wert hat, ist der Transistor 345 eingeschaltet und schließt den Widerstand 339 kurz. Wenn der Strom so weit ansteigt, daß der Transistor 340 einschaltet, wird der Transistor 345 ausgeschaltet. Bei ausgeschaltetem Transistor 345 steigt der Widerstand im Kollektorkreis des Transistors an. Ursprünglich mußte dieser Kollektorstrom eine Spannung von V_b über dem Widerstand 333 erzeugen. \Ienn dieser Schwellenwert erreicht ist und der Transistor 340 einschaltet, muß die Spannung V^ über den Widerständen 338 und 339 aufrecht erhalten werden, wofür ein kleinerer Strom nach Feststellung eines ausreichenden Stromes erforderlich ist. Dadurch wird die gewünschte Hysterese für die Schaltung erzeugt.

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Claims

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BLUMBÄCH . WESER ..8EiRGEM. · KRAMER ZWIRNER · HOFFMANN

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

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Western Electric Company Incorporated,

New York, N.Y. 10038, USA DAVIS 5-3-1-1

Patentansprüche

Aktive Sprechschaltung für einen Fernsprechapparat mit zwei Leitungsanschlüssen,

dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Sprechschaltung eine Stromfühlschaltung (330-343) zur Feststellung der Größe des von den Leitungsanschlüssen (101, 102) verfügbaren Stromes und eine Spannungsfühlschaltung (321-325) zur Bestimmung der an den Leitungsanschlüssen verfügbaren Spannungsgröße aufweist und daß die Stromfühlschaltung und die Spannungsfühlschaltung in Kombination ein Aktivierungssignal zur Betätigung eines Tongenerators (301) liefern.
2. Aktive Sprechschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsfühlschaltung ein Spannungsteilernetzwerk (324, 325) zur Bestimmung eines Spannungswertes am Mittelpunkt des Teilernetzwerkes aufweist und eine verringerte, diesen Wert darstellende Spannung an einen ersten Transistor (322) gibt, daß der erste

München: R. Kramer DIpl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nai. · E. Hoffmann Dlpl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumbadi Dipl.-Ing. . P. Bergen Prof. Dr.jur.Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anv/.bis 1979 · G.Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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Transistor einen zweiten Transistor (321) aktiviert, wenn die verringerte Spannung größer als ein vorbestimmter Wert ist, und daß der zweite Transistor das Spannungs-Aktivierungssignal an den Tongenerator gibt.
3. Aktive Sprechschaltung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stromfühlschaltung einen ersten Stromspiegelabschnitt mit einem ersten Transistor (332) und einem zweiten Transistor (333) aufweist, daß der erste Transistor einen ersten Eingangsstrompegel besitzt und einen Ausgangsstrompegel an den zweiten Transistor liefert, der den ersten Strompegel darstellt, daß der zweite Transistor eine Subtrahier-Funktion ausführt und als Eingangssignal einen zweiten Eingangsstromwert und den Ausgangsstromwert des ersten Transistors hat, daß der Differenzstrom an einen zweiten Stromspiegelabschnitt mit einem dritten Transistor (336) und einem vierten Transistor (337) geliefert wird, daß dem dritten Transistor als Eingangssignal der Differenzstrom zugeführt wird und daß der Ausgangsstrom des dritten Transistors im vierten Transistor v/iederholt wird.
4. Aktive Sprechschaltung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stromfühlschaltung eine Hystereseschaltung (338-340, 34-5, 347) aufweist, die das Fortdauern des Aktivierungssignals steuert.
5. Aktive Sprechschaltung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stromfühlschaltung eine Spannungsdiffcrenz-Schwellenwertschaltung zum Messen der

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Differenz zwischen einer höheren und einer niedrigeren Quellenspannung aufweist, daß jede Quellenspannung über einen Widerstand mit einem Transistor-Stromverstärker verbunden ist, daß der erste Transistor-Stromverstärker (330) mit der höheren Spannung verbunden ist und sein Kollektor und seine Basis gemeinsam mit der Basis des zweiten Transistor-Stromverstärkers (333) verbunden sind, daß der Kollektor des zweiten Transistor-Stromverstärkers mit der niedrigeren Spannungsquelle verbunden ist und eine Differenz-Ausgangsspannung liefert und daß die Emitter-Elektroden des ersten und des zweiten Transistor-Stromverstärkers gemeinsam an eine Bezugsspannung gelegt sind.
6. Aktive Sprechschaltung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hystereseschaltung zwei Transistoren (340, 345) aufweist, daß die Steuerelektrode des ersten Transistors (340) und ein Spannungsteilernetzwerk (338, 339) mit dem Ausgang des zweiten Stromspiegelabschnittes verbunden sind, daß die Ausgangselektrode des ersten Transistors mit der Eingangselektrode des zweiten Transistors (345) verbunden ist und daß die Ausgangselektrode des zweiten Transistors mit dem gemeinsamen Punkt des Widerstandsteilernetzwerkes verbunden ist. —"
7. Aktive Sprechschaltung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung ferner ein Steuerelement (210-215) aufweist, das über die Leitungsanschlüsse geschaltet ist und auf die über den Anschlüssen erscheinende Gleichspannung anspricht, sowie eine variable Impedanz (217),

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die mit dem Steuerelement verbunden ist und ihre Impedanz abhängig von Signalen vom Steuerelement ändert.
8. Aktive Sprechschaltung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung ferner ein Widerstandsnetzwerk (280, 281) und einen Kondensator (282) aufweist, der über die Leitungsanschlüsse gelegt ist, und daß die Kombination aus dem Widerstandsnetzwerk, dem Kondensator und dem Steuerelement einen ersten Gleichspannungswert liefert, wenn sich die aktive Sprechschaltung in einem ersten Betriebszustand befindet, und einen zweiten Gleichspannungswert, wenn sich die aktive Sprechschaltung in einem zweiten Betriebszustand befindet.
9. Aktive Sprechschaltung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Betriebszustand das Widerstandsnetzwerk einen ersten Wert und im zweiten Betriebszustand einen zweiten Wert hat.
10. Aktive Sprechschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement ein Darlington-Transistorpaar (210, 211) aufweist, bei dem die Basis-Kollektorelektroden über den Leitungsanschlüssen liegen, die Emitter-Elektrode den Anfang einer Reihenschaltung einer Diode (212), eines Widerstandes (213) und eines zweiten und drit- " ten Widerstandes (214, 215) bildet, daß die Emitter-Elektrode des dritten Transistors mit einem der Leitungsanschlüsse verbunden ist und daß die Kollektor-Elektrode des dritten Transistors eine Vorspannungscinrichtunn für die variable

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Impedanz ist, um diese 2^u veranlassen, eine konstnnto Spannung über don Leitungsanschlüsson aufrecht zu erhalten.

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