DE3243818A1

DE3243818A1 - Verstaerkerschaltkreis

Info

Publication number: DE3243818A1
Application number: DE19823243818
Authority: DE
Inventors: Zbigniew Boleslaw Kanata Ontario Styrna
Original assignee: Mitel Corp
Current assignee: Microsemi Semiconductor ULC
Priority date: 1982-05-21
Filing date: 1982-11-26
Publication date: 1983-11-24
Also published as: ES517820A0; DE3243818C2; GB2122454A; CA1181541A; JPS58210747A; US4527014A; FR2527403A1; GB2122454B; GB8313956D0; IT8223041A0; ES8402684A1; IT1205614B; MX153674A

Description

Verstärkerschaltkreis

Die Erfindung betrifft einen Verstärkerschaltkreis bei einem ein Mikrofon und einen Lautsprecher aufweisenden Telefon mit einem ersten zwischen Mikrofon und einem Hybridschaltkreis geschalteten Verstärker und einem zuzeiten zwischen Hybridschaltkreis und Lautsprecher geschalteten Verstärker, wobei der Hybridschaltkreis mit den beiden Adern einer Telefonleitung verbunden ist.

Telefonapparate mit einem Mikrofon und einem Lautsprecher ermöglichen es dem Teilnehmer, mit einem anderen Teilnehmer zu sprechen , ohne einen-Telefonhörer halten zu müssen. Mikrofon und Lautsprecher sind hierbei entweder in verschiedenen Gehäusen oder in einem einzigen Gehäuse angeordnet. Die Sprache des Teilnehmers wird hierbei mit ausreichender Empfindlichkeit aufgenommen und die Sprache des anderen Teilnehmers ausreichend laut wiedergegeben.

Da Sprachsignale über die Telefonleitung in beiden Richtungen übertragen u/erden, würde der gleichzeitige Betrieb von Lautsprecher und Mikrofon bei einem System mit einer Rückkopplungsschleifenverstärkung von größer 1 dazu führen, daß eine Rückkopplung auftritt, welche das Gerät außer

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Betrieb setzt. Bei Lautsprechertele fönen wird daher ein von Sprachsignalen geschalteter Schalter verwendet, der entweder das Mikrofön oder den Lautsprecher einschältet. Das Umschalten hängt ab von den Amplituden der in einem Strompfad auftretenden Signale, wobei es sich bei dem Strompfad beispielsweise um Verstärker handelt, die mit dem Mikrofon und dem Lautsprecher verbunden sind. Dieser Strompfad ist andererseits verbunden mit der zweiadrigen Telefonleitung. Auf diese Weise ist entweder das Mikrofon oder der Lautsprecher eingeschaltet. Die Rückkopplungsschleifenverstärkung wird dadurch auf kleiner 1 vermindert. Bei Verwendung eines durch Sprachsignale geschalteten Schalters ist es möglich, das Mikrofon und den Lautsprecher in einem einzigen Gehäuse unterzubringen» Nachteilig ist jedoch, daß bei Verwendung eines solchen Schalters nur eine unnatürliche Konversation mit dem anderen Gesprächsteilnehmer möglich ist. Der sprechende Teilnehmer hört keine leise gesprochenen Signale des anderen Teilnehmers, insbesondere keine leise und kurz gesprochenen Worte des anderen Teilnehmers. Die Umschaltzeit des Schalters bewirkt oftmals, daß die Anfangstöne des sprechenden Teilnehmers abgeschnitten werden. Demzufolge kommt nur eine langsame, unterbrochene und unnatürliche Konversation zustande.

Ist das Mikrofon eingeschaltet, dann hört der andere Teilnehmer Raumgeräusche. Außerdem wird die Sprache des sprechenden Teilnehmers mit einem Art Widerhall wiedergegeben .

Sprechen beide Teilnehmer zur gleichen Zeit mit etwa der gleichen Lautstärke, d.h. etwa der gleichen Amplitude, dann ist es möglich, daß bei beiden Telefonapparaten die Mikrofone gleichzeitig eingeschaltet sind. Beenden beide Teilnehmer das Sprechen, dann wird kein Geräusch über die Laut-

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Sprecher abgegeben, obwohl von jedem Teilnehmer eine Antwort des anderen Teilnehmers erwartet wird. Auch hierdurch wird eine natürliche Konversation beeinträchtigt.

Spricht dagegen kein Teilnehmer und ist ein Leitungsrauschen vorhanden, dann werden die Lautsprecher beider Teilnehmer eingeschaltet. Jeder Teilnehmer erwartet, daß der andere Teilnehmer spricht, was zu unnatürlichen Unterbrechungen der Konversation führt.

Um diese Nachteile zu beseitigen, ist es bekannt, Lautsprecher und Mikrofon voneinander zu trennen und jedem Signalschaltkreis eine größere Verstärkung zu geben. Infolge der akkustischen Bedämpfung zwischen Mikrofon und Lautsprecher infolge ihrer Trennung wird die Rückkopplungsschleifenverstärkung zwischen diesen beiden auf weniger als 1 reduziert. Hierdurch ist eine weit normalere Konversation möglich, jedoch sind zwei Gehäuse und eine entsprechend aufwendige Verdrahtung erforderlich, wodurch u.a. auch die Kosten erhöht werden. Hierbei beobachtet man oftmals , daß ein Teilnehmer in den Lautsprecher und nicht in das Mikrofon spricht, wodurch die Amplitude der dem anderen Teilnehmer übermittelten Sprache vermindert wird.

Es besteht die Aufgabe, den Verstärkerschaltkreis so auszubilden, daß eine natürliche Konversation möglich: ist, bei der der sprechende Teilnehmer hört, wenn der andere Teilnehmer ebenfalls zu sprechen beginnt.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verstärkerschaltkreis der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

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Der Verstärkungsgrad des Mikrofonverstärkers folgt hierbei der Sprachhüllkurve des sprechenden Teilnehmers. Auf diese Weise wird die Übertragung von Raurngeräuschen und der Halleffekt wesentlich vermindert. Die Sprachhüllkurve des ankommenden als auch des abgehenden Signals werden gespeichert. Die gespeicherten Signale werden bezüglich ihrer Amplitude miteinander verglichen. Durch diesen Signalvergleich werden die Verstärkungsgrade der Einu/egverstärker für das Mikrofon und für den Lautsprecher verändert. Die Speicherung der Signale erfolgt in Speichern, welche sehr rasch geladen , jedoch langsam entladen werden. Dies führt dazu, daß Lautsprecher oder Mikrofon rasch eingeschaltet werden und jeweils über eine bestimmte Zeitdauer eingeschaltet bleiben, nachdem ein Teilnehmer nicht mehr spricht. Hierbei bleibt der Mikrofonverstärker auch dann, wenn auch in geringem Maße, eingeschaltet, wenn der Teilnehmer nicht spricht,wodurch vermieden wird, daß ein Leitungsrauschen empfangen wird, bei welchem der Teilnehmer wartet , daß der andere Teilnehmer spricht.

Spricht ein Teilnehmer und der andere Teilnehmer beginnt ebenfalls zu sprechen, dann hört dies der eine Teilnehmer da der Lautsprecherverstärker eingeschaltet wird. Da das Umschalten sehr rasch erfolgt, werden die Anfangstöne nicht abgeschnitten.

Da die Verstärker von Mikrofon und Lautsprecher bezüglich ihres Verstärkungsgrad veränderbar sind, kann die Rückkopplungsschleifenverstärkung konstant gehalten werden. Dies ermöglicht die Wiedergabe von Sprache gleichzeitig in beiden Richtungen abhängig von den relativen Signalamplituden in beiden Übertragungsrichtungen.

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α β ■

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Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des Verstärkerschaltkreises}

Fig. 2A eine beim Sprechen auftretende Signalhüllkurve ;

Fig. 2B den Verlauf des Ladens und Entladens der Speicher;

Fig. 2C die Übertragungscharakteristik der bei dem Verstärkerschaltkreis verwendeten Hochpassfilter und

Fig. 3 den Schaltungsaufbau des Verstärkerschaltkreises.

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Bei dem in Fig. 1 gezeigten Blockdiagramm ist das Mikrofon 1 über einen Verstärker 2 mit einstellbarem Verstärkungsgrad und einem Hochpassfilter 3 verbunden mit einem Eingang eines Hybridschaltkreises 4, der seinerseits verbunden ist mit den a- und b-Adern einer in beiden Richtungen betriebenen Telefonleitung 5. Ein zweites Hochpassfilter 6 ist mit seinem Eingang verbunden mit einem v/eiteren Anschluß des Hybridschaltkreises 4. Dieses Hochpassfilter 6 liegt am Eingang eines in seinem Verstärkungsgrad einstellbaren Verstärkers 7 , dessen Ausgang verbunden ist mit einem Leistungsverstärker 8, der den Lautsprecher 9 speist. Die Lautstärke des in Lautsprecher 9 u/iedergegebenen Signals kann eingestellt werden über einen Potentiometer 10, der angeschlossen ist an den Verstärkungssteuereingang des Leistungsverstärkers 8.

Der Hochpassfilter 6 dient zur Beseitigung niederfrequenter Komponenten der in den Schaltkreisen auftretenden Sprachsignale und zur Beseitigung eines Netzbrumms und dessen ungeradzahliger Harmonischen (beispielsweise der dritten und fünften). Sollten die Signale jedoch unterhalb 400 Hz sehr schwach sein, dann ist die Veruendung eines Hochpassfilters nicht erforderlich. In den meisten Anwendungsfallen ist es jedoch angebracht, ein Hochpassfilter zu verwenden. Es sollte eine Frequenzcharakteristik aufweisen, wie sie in Fig. 2C gezeigt ist,- wo der Durchlaßbereich ab etwa 400 Hz im wesentlichen konstant ist und darunter mit 12db pro Oktave abfällt. Es kann sich hierbei um ein Filter mit einer dachförmigen Charakteristik handeln, dessen Spitze bei etua 400 Hz liegt und das ein Q von etwa 5 aufweist.

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Der Ausgang des Hochpassfilters 3 ist weiterhin verbunden mit einem Gleichrichterschaltkreis 11, der bevorzugt einen Verstärker mit einem Verstärkungsgrad von 5 umfasst , der mit der Kathode einer Diode verbunden ist. Der Ausgang des Hochpassfilters 6 ist verbunden mit einem entsprechenden Gleichrichterschaltkreis 12. Die Anoden der Dioden der Gleichrichterschaltkreise 11 und sind über jeweils einen Widerstand 13, IA verbunden mit den Anschlüssen der Nebenschlußkondensatoren 15 und 16, deren jeweils anderer Anschluß an Masse liegt. Zwei parallele in Gegenrichtung geschaltete Dioden 19 sind zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 13 und und dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 14 und 18 geschaltet. Die Widerstände 17 und 18 sind hintereinander geschaltet und verlaufen parallel zu der Hintereinanderschaltung der Kondensatoren 15 und 16» Die vorerwähnten Verbindungspunkte sind weiterhin mit den beiden Eingängen eines Differentialverstärkers 20 verbunden.

Der Ausgang des Di fferentialVerstärkers 20 ist verbunden über eine spannungsgesteuerte Stromquelle 21 mit dem Verstärkersteuereingang des Verstärkers 7. Der Ausgang dieses Verstärkers ist weiterhin verbunden mit einem Addierer 22 , dessen Ausgang über eine spannungsgesteuerte Stromquelle 23 am Verstärkersteuereingang des Verstärkers 2 anliegt» Der andere Eingang des Addierers 22 ist verbunden mit dem Abgriff eines Potentiometers 24, welcher an gegenpoligen Spannungen anliegt.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des Schaltkreises beschrieben, wobei anfänglich die Arbeitsweise des Addierers

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22 und der Filter 3 und 6 außer Acht gelassen uerden. Es sei vorausgesetzt, daß ein Teilnehmer in das Mikrofon 1 spricht. Das resultierende elektrische Signal gelangt über den Verstärker 2 und den Hybridschaltkreis 4 zu den a- und b-Adern der Telefonleitung 5. Eine typische Sprachhüllkurve, welche ein Sprachsignal darstellt, wie es vom Hybridschaltkreis 4 übermittelt wird, zeigt die Fig. 2A.

Das Sprachsignal vom Mikrofon 1 gelangt durch den Gleichrichterschaltkreis 11, wo eine Hälfte des bipolaren Sprechhüllkurvensignals abgetrennt wird. Das resultierende und in der Amplitude variierende Gleichstromsignal wird dem Kondensator 15 zugeführt. Es wird dort gespeichert. Die Ladezeitkonstante des Kondensators 15 wird teilweise bestimmt durch den Widerstand 13. Ein Entladekreis für den Kondensator 15 wird gebildet durch den Widerstand 17, der somit zum Teil dessen Entladezeitkonstante bestimmt. Bevorzugt sollte die Ladung des Kondensators sehr viel schneller erfolgen als seine Entladung, beispielsweise 40 mal schneller . Bei einem Prototyp betrug beispielsweise die Ladezeitkonstante 5 ms und die Entladezeitkonstante 200 ms. Bei einem kurzgesprochenen Wort ergibt sich dann ein Lade - Entladeverhalten entsprechend der Kurve 24 in Fig. 2B.

Ein Teil des abgehenden Sprachsignals erscheint am Eingang des Gleichrichterschaltkreises 12 und zwar in einer gegenüber dem Signal am Eingang des Gleichrichterschal tkreises 11 verminderter Amplitude. Bevorzugt sollte der Kondensator 16 in Bezug auf seine Widerstände 14 und 18 das gleiche Lade- und Entladeverhalten haben wie der Kondensator 15 in Bezug auf seine Widerstände 13 und 17. Ein gleichgerichtetes Hü 11-kurvensprachsignal in Form eines in der Amplitude sich

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verändernden Gleichstromsignals lädt somit den Kondensator 16, entsprechend der Lade- und Entladecharakteristik 25 in Fig. 2B.

Es ist zu vermerken, daß in einigen Fällen die fünfte Harmonische der 50Hz Netzspannung, also eine Frequenz von 250Hz eine noch wesentliche Amplitude besitzt. Dieses Interferenzsignal kann beseitigt werden durch Einsetzen eines die Frequenz von 250 Hz sperrenden Filters 6A zwischen dem Ausgang des Filters 6 und dem Eingang des Gleichrichterschaltkreises 12.

Die Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 13 und dem Kondensator 15 ist verbunden mit einem Eingang des Differentialverstärkers 20. Die Verbindungsstelle des Widerstandes 14 und des Kondensators 16 ist mit dem anderen Eingang des Differentialverstärkers 20 verbunden. Die Potentialdifferenz zwischen den Amplituden der in den Kondensatoren 15 und 16 gespeicherten Signale, entsprechend der Amplitudendifferenz 26 in Fig. 2B, tritt am Ausgang des Differentialverstärkers 20 auf.

Sind die Dioden der Gleichrichterschaltkreise 11 und mit ihren Anoden verbunden mit den Kondensatoren 15 und 16, dann tritt die Differenz zwischen den negativen Teilen der Sprachhüllkurve am Ausgang des Verstärkers 20 auf. Das resultierende Ausgangssignal des Differentialverstärkers 20 besitzt dann negative Polarität. Dieses Signal wird in den Stromquellen 21 und 23 in reziprokverlaufende Ströme umgesetzt, welche angelegt werden an die Verstärkungssteuereingänge der Verstärker 2 und mit veränderbarem Verstärkungsgrad. Hierdurch wird bewirkt, daQ die Verstärkung des Verstärkers 2 um einen Wert

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vergrößert wird, der dem Pfeil 26 in Fig. 2B entspricht, während der Verstärkungsgrad des Verstärkers 7 um die gleiche Größe vermindert wird. Zwischen dem vom Mikrofon 1 abgehenden Signal und dem vom Lautsprecher wiedergegebenen Signals findet also ein Verstärkungsausgleich statt.

Es ist zu vermerken, daß bei einem kurzzeitigen abgehenden Sprachsignal die Kondensatoren 15 und 16 rasch aufgeladen werden, sich jedoch langsam entladen. Es sei nunmehr vorausgesetzt, daß ein Signal von den a- und b-Adern empfangen wird. Dieses Signal uird dem Gleichrichterschaltkreis 12 zugeführt. Es addiert sich dort zur noch vorhandenen Ladung des Kondensators 16. Um einen verminderten Wert wird auch die Ladung am Kondensator 15 erhöht infolge des Durchlasses beim Hybridschaltkreis 4. Somit wird die Ladung des Kondensators 16 größer, d.h. mehr negativ als diejenige, die im Kondensator 15 gespeichert ist, was durch die gestrichelten Kurven in Fig. 2B verdeutlicht ist. Die Ladung des Kondensators 16 geht hierbei von der Kurve 25 ab, während die Ladung des Kondensators 15 von der Kurve 24 abgeht. Die Differenz zwischen den Ladungen resultiert in einem Umschalten des Ausgangssignals des Differentialverstärkers 20, wodurch die Ausgangsströme der Stromquellen 21 und 23 ihre Polarität wechseln Dies bedeutet also, daß wenn die Ladung des Kondensators 16 größer ist als diejenige des Kondensators 15 der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 7 erhöht uird während der Verstärkun.gsfaktur des Verstärkers 2 abnimmt. Die Verstärkung der Stromschleife wird somit beibehalten, eine Rückkopplung jedoch vermieden.

Der Gesamteffekt besteht also darin, daß die Verstärkung der Verstärker 2 und 7 verändert uird in Übereinstimmung

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mit in den Kondensatoren 15 und 16 gespeicherten sich verändernden Gleichstromsignalen wobei diese Signale jeweils rasch ansteigen bei Empfang eines kurzzeitigen Sprechsignals und langsam abklingen. Die Relativamplituden der Signale , welche eine gegenläufige Veränderung des Verstärkungsfaktors der Verstärker 2 und 7 bewirken, führen zu einer wesentlich natürlicheren Konversation als dies bei den bekannten Lautsprechertelefonen der Fall ist.

Da die niederen Frequenzkomponenten im Sprachsignal wesentlich mehr Energie beinhalten als die hochfrequenten Komponenten würden diese niederfrequenten Komponenten die Kondensatoren 15 und 16 überproportional laden. Aus diesem Grund sollten diese niederen Frequenzkomponenten nicht oder nur wenig zur Wirkung kommen, d.h. die Bandbreite des Sprechhüllkurvensignals, das den Gleichrichterschaltkreisen 11 und 12 zugeführt wird, sollte nach unten hin begrenzt sein. Zu diesem Zweck werden die Hochpassfilter 3 und 6 verwendet, welche die niederfrequenten Signale unterhalb 400 Hz abschneiden bzw. mit 12db pro Oktave bedampfen.

Damit sehr laute Signale den Differentialverstärker 20 nicht übersteuern können, ist eine Begrenzerschaltung vorgesehen, die aus den beiden Dioden 19 besteht. Diese Dioden 19 begrenzen die Amplitude der dem Differentialverstärker 20 zugeführten Signale auf tolerierbare Werte.

Es ist zu erwähnen, daß der Verstärkungsgrad der in den Gleichrichterschaltkreisen 11 und 12 verwendeten Verstärker ebenfalls die Amplitude der in den Kondensatoren 15 und 16 gespeicherten Signale steuert, die dann dem Differentialverstärker 20 zugeführt werden. Ein Abstimmen

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von deren Verstärkungsgrad kann eine Feinabstimmung des Schaltkreises bewirken.

Wie schon vorerwähnt, sollte der Verstärkungsgrad des Verstärkers 2 so beibehalten u/erden, daG von ihm Signale vom Mikrofon 1 verstärkt u/erden auch wenn nicht gesprochen wird, d.h. wenn in das Mikrofon 1 nicht gesprochen wird und wenn kein Eingangssignal über die Telefonleitung 5 zugeführt wird. Zu diesem Zweck ist der Addierer 22 vorgesehen, welcher zwischen dem Ausgang des Differentialverstärkers 20 und der Stromquelle 23 geschaltet ist. Dieser Addierer 22 fügt dem Ausgangssignal des Differentialverstärkers 20 eine konstante Steuerspannung hinzu, welche eine Mindestverstärkung beim Verstärker 2 bewirkt, unter welche der Verstärkungsgrad somit nicht absinkt. Das Potentiometer 28 dient zum Einstellen dieser konstanten Zusatzsteuer.spannung. Die Einstellung des Potentiometers 28 wird üblicherweise fabrikseitig vorgenommen.

Ein bevorzugtes Schaltdiagramm zeigt die Fig. 3, Die in Fig. 3 verwendeten kleinen Kreise bedeuten eine Speisespannung von 0 Volt, die kleinen Quadrate bedeuten eine positive Speisespannung und die kleinen Dreiecke bedeuten eine dazu unterschiedliche ebenfalls positive Speisespannung.

Signale vom Mikrofon 1 gelangen über den Kondensator 30 zum Nichtinvertereingang eines Verstärkers 31 mit einstellbarem Verstärkungsfaktor. Im Nebenschluß dazu ist ein Kondensator 32 und ein parallel geschalteter Widerstand 33 geschaltet, welche ein Hochfrequenzfilter bilden. Das Eingangssignal am Verstärker 31 beträgt etua 10 Millivolt. Der Verstärker 31 ueist üblicherweise einen

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Verstärkungsfaktor von etwa 300 auf.

Mit dem Nichtinvertereingang des Verstärkers 31 ist weiterhin verbunden ein Schalter 34, der es dem Teilnehmer ermöglicht, das Mikrofon abzuschalten, in deti eine die Abschaltung bewirkende Gleichspannung dem Eingang des Verstärkers 31 zugeführt wird.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 31 wird über einen Widerstand 35 zurückgeführt zum Invertereingang dieses Verstärkers. Im Nebenschluß hierzu liegt ein Kondensator 36, wodurch Wechselstromsignale abgezweigt werden. Auf diese Weise führt der Verstärker durch sein eigenes Ausgangssignal eine automatische Offsetkompensation durch.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 31 wird einem konventionellen Hochpassfilter 37 zugeführt, das einen konventionellen Aufbau besitzt. Dessen Q liegt bei etwa 5 mit einem Durchlassabfall bei etwa unterhalb 400 Hz. Dieses Filter entspricht dem Filter 3 in Fig. 1.

Das Ausgangssignal vom Filter 37 wird einem Hybridschaltkreis 38 zugeführt, wobei es durch den Widerstand 39 geht und sodann angelegt wird an die Adern a und b der in beiden Richtungen betriebenen Telefonleitung 5. Die b-Ader der Telefonleitung 5 ist hierbei mit einer Speisespannung verbunden. Diese beiden Adern können auch mit einer Speisespannungsquelle zum Betrieb des gezeigten Schaltkreises verbunden sein. Es kann weiterhin eine Polaritäts· überwachungsschaltung vorgesehen sein.

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Signale, welche auf der a-Ader ankommen, uerden über den Widerstand 40 dem Nichtinvertereingang eines Operationsverstärkers 41 zugeführt. Dessen Ausgang ist über die in Serie geschalteten Kondensatoren 42 und 43 verbunden mit dem Nichtinvertereingang eines Operationsverstärkers 44. Die Nichtinvertereingänge der Verstärker 41 und 44 liegen über die Widerstände 45 bzw. 46 an Niullpotential. Der Invertereingang des Verstärkers 44 ist mit seinem Ausgang über einen Widerstand 47 verbunden. Dieser Ausgang ist weiterhin über den Widerstand 49 verbunden mit dem Nichtinvertereingang des eine veränderbare Verstärkung aufweisenden Verstärkers 48« Dieser Verstärker 48 ist geschaltet wie der Verstärker 31, d.h. sein Ausgang ist verbunden über den Widerstand 50 mit dem Invertereingang an welchem weiterhin angeschlossen ist der Kondensator 51 , uelcher an Nullpotential liegt. Der Nichtinvertereingang des Verstärkers 48 ist mit diesem Nuilpotential verbunden über den Widerstand 52.

Signale, die in der a-Ader auftreten, gehen durch den Verstärker 41, die Kondensatoren 42 und 43 , den Verstärker 44 und den Verstärker 48 hindurch. Nach Durchwandern des Verstärkers 48 werden diese Signale über einen Kondensator 45 angelegt an den Lautstärkeeinstellpotentiometer 53. Dessen Schleifer ist verbunden mit dem Nichtinvertereingang eines Operationsverstärkers Der andere Anschluß des Potentiometers 53 liegt an einer Bezugsspannung .Der Ausgang des Verstärkers 55 ist verbunden mit der Basis eines Leistungstransistors 56 und über eine Diode 57 weiterhin verbunden mit der Basis eines Leistungstransistors 58. Die Diode 57 ist in der gleichen Richtung gepolt wie die Emitterbasisstrecke des Transistors 56. Die Emitter der Transistoren

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56 und 58 sind miteinander verbunden. Bei dem Leistungstransistor 58 handelt es sich um einen NPN-Transistor, während der Leistungstransistor 56 ein PNP-Transistor ist. Demgemäß arbeiten die Transistoren 56 und 58 im Gegentakt. Der Emitter des Transistors 58 ist über einen Kondensator 59 verbunden mit einem Ende des Lautsprechers 60, dessen anderes Ende verbunden ist mit dem Potential +V und dem Kollektor des Transistors 58.

Die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 59 und dem Lautsprecher 60 ist verbunden mit dem SpannungseingangsanschluQ des Leistungsverstärkers 55 und weiterhin über ,einen Widerstand 61 mit der Verbindungsstelle zwischen der Diode 57 und der Basis des Transistors 58, um einmal diesen Transistor vorzuspannen und um weiterhin dem Verstärker 55 die Speisespannung zuzuführen. Diese Speisespannung ist um die Amplitude des dem Lautsprecher zugeführten Signals größer als die Speisespannung +V.

Das Ausgangssignal vom Filter 37 gelangt weiterhin über den Widerstand 61 an den Invertereingang des Operationsverstärkers 62. Der Ausgang des Operationsverstärkers 62 ist verbunden über den Widerstand 64 mit dem Invertereingang eines Komparators 63. Der Komparator 63 bewirkt einmal eine Verstärkung als auch eine Gleichrichtung und entspricht damit dem Gleichrichterschaltkreis 11 in Fig. 1. Ein entsprechender Komparator 65 ist mit seinem Invertereingang über die in Serie geschalteten Widerstände 66 und 67 verbunden mit der Verbindungsstelle zwischen den Kondensatoren 42 und 43 und greift somit das Ausgangssignal vom Operationsverstärker 41 ab.

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Der Ausgang des Operationsverstärkers 41 ist weiterhin über einen Widerstand 68 verbunden mit seinem Invertereingang , Dieser Invertereingang ist weiterhin über einen Widerstand 69 verbunden mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 62. Diese Bauteile definieren den Hybridschaltkreis 38.

Der Ausgang des Komparators 63 ist mit seinem Invertereingang über einen Widerstand 169 verbunden. Der Ausgang des Komparators 65 ist ebenfalls mit seinem Invertereingang über einen Widerstand 70 verbunden. Parallel zu diesem Widerstand 70 ist geschaltet eine Serienschaltung eines Widerstands 71 und einer Diode 72. Der Komparator 65 arbeitet gleich wie der Komparator 63 und entspricht somit dem Gleichrichterschaltkreis 12 der Fig. 1. Die Ausgänge der Komparatoren 63 und 65 sind über Widerstände 73 und 74 jeweils verbunden mit einem Anschluß der in Serie geschalteten Kondensatoren 75 und 76, deren MittenanschluQ an Nullpotential liegt. Die parallel und in entgegengesetzter Leitrichtung geschalteten Dioden 77 sind angeschlossen einmal an die Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 73 und dem Kondensator 75 und zum anderen an die Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 74 und dem Kondensator 76. Die Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 73 und dem Kondensator 75 ist weiterhin über einen Widerstand 78 mit Nullpotential verbunden. Die Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 74 und dem Kondensator 76 ist mit dem gleichen Potential verbunden über die in Serie geschalteten Widerstände 79 und 80. Die Ladekreise für die Kondensatoren 75 und 76 werden definiert durch die Widerstände 73 und 74. Diese definieren die Ladezeitkonstante. Die Entladekreise für die Kondensatoren 75 und 76 umfassen einmal den Wider-

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stand 78 und zum anderen die Widerstände 79 und 80 . Deren Widerstandswerte bestimmen die Entladezeitkonstante, Bevorzugt u/eisen die Kondensatoren 75 und 76 eine Kapazität von etwa 0,3 Mikrofarad auf, die Widerstände 73 und 75 haben einen Widerstandswert von jeweils etwa 500 KOhm, der Widerstand 78 einen solchen von 1 Megohm und die Widerstände 79 und 80 zusammen ebenfalls einen Widerstandswert von 1 Hegohm.

Die Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 73 und dem Kondensator 75 ist verbunden mit dem Eingang eines Pufferverstärkers 81. Dessen Ausgang ist über einen Widerstand 82 verbunden mit dem Invertereingang eines Differentialverstärkers 83. Die sich verändernde Gleichstromladung des Kondensators 76 wird über den Widerstand 79 zugeführt dem Nichtinvertereingang des Differentialverstärkers 83. Der Ausgang des Differentialverstärkers 83 ist über einen Widerstand 84 zurückgeführt an seinen Invertereingang.

Ein Teil des Sprachsignals vom Mikrofon 1 wird vom Hybridschaltkreis 38 zugeführt dem Gleichrichterschaltkreis,der gebildet wird vom Komparator 63, dessen Ausgangssignal über den Widerstand 73 den Kondensator 75 lädt. Ein weiterer Teil dieses Signals wandert über den Widerstand 39 und u/ird über den Verstärker 41 im Hybridschaltkreis 38 und den Kondensator 42 zugeführt dem Komparator 65, dessen Ausgangssignal in geringerem Maße den Kondensator 76 lädt. Die Entladung erfolgt über den Widerstand 78 bzw. über die Widerstände 79 und 80. Der Unterschied zwischen den beiden Ladungen der Kondensatoren 75 und 76 wird gebildet durch den Differentialverstärker 83. Die Potentialdifferenz wird begrenzt durch die beiden Dioden 77.

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Das Ausgangssignal des Differential Verstärkers 83 gelangt durch eine Stromquelle, welche gebildet uird durch den Operationsverstärker 85. Dessen Ausgang ist verbunden mit der Basis eines Transistors 86, deren Emitter mit dem Invertereingang des Operationsverstärkers 85 verbunden ist und weiterhin über einen Widerstand 87 an Nullpotential liegt. Der Kollektor des Transistors 86 ist über einen Widerstand 88 verbunden mit dem Verstärkungssteuereingang des eine einstellbare Verstärkung aufweisenden Verstärkers 48. Die Verstärkung des Verstärkers 48 wächst an, wenn das Ausgangspotential des DifferentialVerstärkers 83 mehr positiv wird. Dieses Ausgangspotential wird durch den Operationsverstärker 85 und den Transistor 86 umgesetzt in einen entsprechenden Strom. Sprachsignale, die von der Telefonleitung 5 herrühren werden somit mit wachsender Verstärkung des Verstärkers 48 in größerem Maße verstärkt.

Das Ausgangssignal vom Differentialverstärker 83 wird über einen veränderbaren Widerstand 89 einer Stromquelle zugeführt, bestehend aus dem Operationsverstärker 90, dessen Ausgang mit der Basis des Transistors 91 verbunden ist. Der Invertereingang des Operationsverstärkers

90, der mit dem Widerstand 89 verbunden ist, ist weiterhin über einen veränderbaren Widerstand 92 verbunden mit dem Potential +V und mit dem Emitter des Transistors

91. Zwischen dem Emitter und der Basis dieses Transistors 91 ist eine dazu entgegengesetzt gepolte Begrenzerdiode 93 geschaltet.

Der veränderbare Widerstand 92 liefert eine Restspannung, welche dem Signal hinzugeführt wird, das vom Differentialverstärker 83 dem Operationsverstärker 90 zugeführt uird. Die Stärke dieses Signals ist wiederum einstellbar durch

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den einstellbaren Widerstand 89.

Der Stromausgang des Transistors 91 gelangt von dessen Kollektor über den Widerstand 94 zum Verstärkungssteuereingang des in seinem Verstärkungsgrad veränderbaren '/erstärkers 31. Dieser Eingang ist weiterhin über einen Widerstand 95 mit dem Potential +V verbunden.

Tritt keinerlei Signal am Ausgang des Verstärkers 83 auf, dann bewirkt die Restspannung einen Strom, der den Verstärkungsgrad des Verstärkers 31 positiv hält.

Das Ausgangssignal vom Differentialverstärker 83 verändert also die Verstärkungsgrade der Verstärker 31 und 55 in entgegengesetzter Richtung, wobei die Höhe der Verstärkung beim Verstärker 31, der mit dem Ausgang des Mikrofons 1 verbunden ist, nicht unter einen bestimmten Wert absinken kann, der bestimmt wira qyrch die Einstellung beim Widerstand 92, so daß der Mikrofonweg beim Auftreten von keinen Signalen dominant ist.

Es zeigte sich , daß die Schaltung eine wesentlich realistischere und akzeptablere Verstärkungssteuercharakteristik aufweist als die bekannten Schaltungen welche wesentlich den Konversationsfluß bei einem Lautsprechertelefon erleichtert. Die Schaltung eliminiert im wesentlichen die bekannten unerwünschten Effekte des Tonabschneidens zu Beginn eines kurzen heftigen Sprechsignals ermöglicht kurze Unterbrechungen zur Bildung von Kommentaren und ermöglicht die gleichzeitige Übermittlung von Sprache an die andere Partei. Raumgeräusche und hohlklingende Töne werden weitgehen reduziert.

Bei einem Prototyp eines Telefonapparats wurde das Mikro-

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fön an der Unterseite angebracht und zuar in Richtung des Tisches zeigend, auf welchem das Telefon angeordnet wird, während der Lautsprecher nach oben wies. Mirkofon und Lautsprecher waren natürlich innerhalb des Gehäuses akustisch voneinander isoliert.

Claims

Ansprüche

Verstärkerschaltkreis bei einem ein Mikrofon und einen Lautsprecher aufweisenden Telefon mit einem ersten zwischen Mikrofon und einem Hybridschaltkreis geschalteten Verstärker und einem zweiten zwischen Hybridschaltkreis und Lautsprecher geschalteten Verstärker , wobei der Hybridschaltkreis mit den beiden Adern einer Telefonleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verstärker (2, 7) veränderbare Verstärkungsgrade aufweisen, ein erster Gleichrichterschaltkreis (11) mit dem Ausgang des ersten Verstärkers (2) und ein zweiter Gleichrichterschaltkreis (12) mit dem Eingang des zweiten Verstärkers (7) verbunden ist, die beide gleiche Durchlaßrichtung aufweisen, mit jeden Gleichrichterschaltkreis (11, 12) ein Speicher zur Speicherung der gleichgerichteten Signale verbunden ist, welche jeweils mit einem Eingang eines Differentialverstärkers (20) verbunden sind und in Abhängigkeit der Signalamplitudendifferenz die Verstärkungsgrade der beiden Verstärker (2, 7) in entgegengesetzter Richtung verändert werden.
2. Verstärkerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Ladezeitkonstante der Speicher wesentlich kürzer ist als deren Entladezeitkonstante .

BAD

8458/29 -2- 25. November 1982
3. Verstärkerschaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daG die Speicher Kondensatoren (15, 16) sind, bei denen die Entladekreise eine etwa 40 mal größere Zeitkonstante aufweisen als die Ladekreise.
4. Verstärkerschaltkreis nach Anspruch 2 oder 3, dadurc^h

g e k en nzeichnet , daß die Ladezeitkonstante etwa 5ms und die Entladezeitkonstante etwa 200ms beträgt.
5. Verstärkerschaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Verstärker (2) einen Mindestverstärkungsgrad aufweist, der den vom Differential verstärker (20) bestimmten Verstärkungsgrad erhöht.
6. Verstärkerschaltkreis nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichn et , daß zwischen jedem Gleichrichterschaltkreis '(H, 12) und den mit ihm verbundenen Kondensator (15, 16) ein erster Widerstand (13, 14) zwischengeschaltet und parallel zu jedem Kondensator (15, 16) ein zweiter Widerstand (17, 18} parallel-geschaltet ist.
7. Verstärkerschaltkreis nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die zweiten Widerstände (17, 18) höhere Widerstandswerte als die ersten Widerstände (13, 14) aufweisen .
8. Verstärkerschaltkreis nach Anspruch 5, dadurch g e-

k e η η ζ e i c K η e t , daß zwischen dem Ausgang des Differentialverstärkers (20) und dem Verstärkungssteuereingang des ersten Verstärkers (2) ein Addierer (22; geschaltet ist.

-3-BAD ORIGINAL

8458/29 -3- 25. November 1982
9. Verstärkerschaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß ein erstes Hochpassfilter (3)zwischen dem Ausgang des ersten Verstärkers (2) und dem Eingang des ersten Gleichrichterschaltkreises (11) und ein zweites Hochpassfilter (6) zwischen dem Hybridschaltkreis (4) und den Eingängen des zweiten Gleichrichterschaltkreises (12) und dem zweiten Verstärker (7) geschaltet ist.
10. Verstärkerschaltkreis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Hochpassfilter (3, 6) eine Durchlaßfrequenz von 400 Hz und mehr aufweisen.
11. Verstärkerschaltkreis nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennze ichnet, daß das erste Hochpassfilter (3) zwischen dem Ausgang des ersten Verstärkers (2) und den Eingängen des Hybridschaltkreises (4) und des ersten Gleichrichterschaltkreises (11) geschaltet ist.
12. Verstärkerschaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet ,daß zwischen den beiden Eingängen des Differentialverstärkers (20) eine die Signalamplitudendifferenz begrenzende Schaltung (19) geschaltet ist.
13. Verstärker§chaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß bei einer Signalerzeugung durch das Mikrofon (1) der erste Speicher stärker als der zweite Speicher geladen wird und die sich ergebende Signalamplitudendifferenz den Verstärkungsgrad des ersten Verstärkers (2) erhöht und den Verstärkungsgrad des zweiten Verstärkers (7) erniedrigt.

-4-

8458/29 -4- 25. November 1982
14. Verstärkerschaltkreis nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung und Erniedrigung der Verstärkungsgrade proportional zur Signalamplitudendifferenz erfolgt.
15. Verstärkerschaltkreis nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daQ bei einer Signalzufuhr durch die Telefonleitung (5) der erste Speicher schwächer als der zweite Speicher geladen wird und die sich ergebende Signalamplitudendifferenz den Verstärkungsgrad des ersten Verstärkers (2) erniedrigt und den Verstärkungsgrad des zweiten Verstärkers (7) erhöht.
16. Verstärkerschaltkreis nach Anspruch 15, dadurch g ekennzeichnet , daß die Erhöhung und Erniedrigung der Verstärkungsgrade proportional zur Signalamplitudendifferenz erfolgt.