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Schaltungsanordnung für eine Hernsprechteilnehmerstation
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für eine Fernsprechteilnehmerstation
mit einer die Leitungsimpedanz, einen die Leitungsimpedanz nachbildenden und zwei
Ergänzungswiderstände einschließenden Brückenschaltung, in deren Brückenzweigen
jeweils ein Mikrophon mit Sendeverstärker bzw. ein Fernhörer mit Empfangsverstärker
liegen.
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Schaltungsanordnungen dieser Art sind als aktive Telefonsprechschaltungen
bekannt. Hierbei bewirkt die Brückenschaltung, daß das Mikrophonsignal lediglich
in der Leitungsimpedanz erscheint, und zwar dann, wenn die Brücke abgeglichen ist,
d.h., wenn das Verhältnis der Leitungsimpedanz zum ersten Ergänzungswiderstand dem
Verhältnis aus Leitungsnachbildung zum zweiten Ergänzungswiderstand entspricht.
In diesem Falle erzeugt das Mikrophonsignal an den Ergänzungswiderständen gleich
große jedoch entgegengerichtete Spannungsabfälle, so daß ein vom Spannungsabfall
beider Ergänzungswiderstände beeinflußter Differenzverstärker kein Eingangssignal
erhält und als Empfangsverstärker lediglich vom Empfangssignal angesteuert wird.
Eine Brückenschaltung kann daher wie ei e übliche Übertragersprechschaltung das
Mikrophonsignal so stark unterdrücken, daß es nur in stark gedämpfter Weise am Fernhörer
erscheint.
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Aktive Telefonsprechschaltungen sind bisher fat ausschließlich mit
monolithisch integrierten Schaltkreisen aufgebaut worden, wobei anstelle des Mikrophons
ein davon angesteuerter Sendeverstärker eingesetzt wird. Dieser Sendeverstärker
ist gleichstrommäßig in der Lage einen konstanten Spannungsabfall und damit einen
definierten Apparatewiderstand zu erzeugen, und das verstärkte Mikrophonsignal als
Wechselstrom in die Brückenschaltung einzuspeisen. Der bereits erwähnte als Differenzverstärker
ausgebildete Empfangsverstärker muß den nachgeschalteten Fernhörer ausreichend ansteuern,
ohne auf die Widerstandsbrücke rückzuwirken. Die hierfür eingesetzten Differenzverstärker
werden aufgrund der gewünschten Gleichtaktunterdrückung und aufgrund des gewünschten
großen Eingangswiderstandes sehr aufwendig und teuer, so daß solche aktiven Fernsprechschaltungen
noch als unbefriedigend gelten. Im Vergleich zu Fernsprechschaltungen herkömmlicher
Übertragertechnik bieten solche Fernsprechschaltungen keinen Preisvorteil, sondern
einen bisher kaum benutzten Raum- und Gewichtsvorteil.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine aktive Sprechschaltung
für eine Fernsprechteilnehmerstation der eingangs genannten Art mit wenig Aufwand
und den Vorteilen der bekannten Fernsprechschaltungen zu schaffen. Gleichzeitig
ist es Aufgabe der Erfindung einen einfachen Lauthörverstärker aus der Sprechschaltung
zu versorgen und anzusteuern. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß der Sendeverstärker mit seiner Ausgangselektrode über eine Konstantspannungsquelle
an den Verbindungspunkt der Ergänzungswiderstände angeschlossen ist, und daß die
Spannung der Konstantspannungsquelle als Versorgungsspannung für den Empfangsverstärker
dient.
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Die erfindungsgemäße aktive Fernsprechschaltung besitzt die Vorteile
der bekannten Fernsprechschaltungen und sie läßt sich wegen ihrer einfachen Ausführung
mit wenigen Transistoren erheblich preisgünstiger herstellen, und zwar sowohl in
diskreter Form als auch in integrierter Schaltungstechnik.
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Die erfindungsgemäße Sprechschaltung bietet darüber hinaus die Möglichkeit
einen Lauthörverstärker von der Konstantspannungsquelle zu versorgen und vom Ausgang
des Empfangsverstärkers anzusteuern.
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In Weiterbildung der Erfindung ist es zweckmäßig, für den Sendeverstärker
einen Transistor vorzusehen, dessen Basis einerseits über einen Koppelkondensator
mit dem Mikrophon M verbunden ist und andererseits am Abgriff eines festen im Brückenzweig
liegenden Spannungsteilers liegt. Mit Hilfe dieses Spannungsteilers wird der Gleichstromarbeitspunkt
des Sendeverstärkers auf einen festen Wert eingestellt, wodurch an den Eingangsklemmen
a/b der Sprechschaltung ein stromabhängiger Gleichspannungsabfall erzeugt wird.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, für den Empfangsverstärker einen vom
Spannungsabfall der Ergänzungswiderstände steuerbaren Transistor T2 vorzusehen,
dessen Basis am Abgriff eines zwischen der Ausgangselektrode des Sendeverstärkers
und dem Verbindungspunkt eines Ergänzungswiderstandes mit dem Nachbildungswiderstand
liegenden Spannungsteilers liegt, und daß der Kollektor dieses Transistors T2 einerseits
über einen Widerstand mit dem Verbindungspunkt der Basisspannungsteilerwiderstände
verbunden ist und andererseits die die Basis eines als Spannungsfolger betriebenen
Transistors T3 steuert, dessen Kollektor am Verbindungspunkt der Ergänzungswiderstände
liegt und dessen Emitter mit dem Widerstand RA des Spannungsteilers verbunden ist.
Hierbei ist es zweckmäßig, den Kollektorstrom des Transistors T2 auf einen kleinen
dem Quotienten der Basis-Fmitter-Spannung des Transistors T3 dividiert durch den
Arbeitswiderstand des Transistors T2 entsprechenden Wert zu bemessen, wobei die
Widerstände des Spannungsteilers derart bemessen sind, daß der Spannungsabfall am
Arbeitswiderstand RA des Transistors T3 etwa dem halben Wert der Konstantspannungsquelle
entspricht.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den Ansprüchen 5 bis 7 zu
entnehmen Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 das Prinzip einer aktiven Telefonsprechschaltung und Fig. 2 eine
erfindungsgemäße aktive Telefonsprechschaltung.
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In der Darstellung nach Fig. 1 ist das Prinzip einer aktiven Telefonsprechschaltung
zu sehen, bestehend aus einer Brückenschaltung mit der Leitungsimpedanz RL zwischen
den Anschlußklemmen a, b, einem Widerstand RNB, welcher die Leitungsimpedanz nachbildet
und zwei Ergänzungswiderständen R1, u . Das Mikrophon M liegt im Brückenzweig zwischen
der Anschlußklemme b und dem Verbindungspunkt der Ergänzungswiderstände R1, R2,
während ein als Differenzverstärker ausgebildeter Empfangsverstärker im anderen
Brückenzweig liegt und vom Spannungsabfall der Widerstände R1, R2 angesteuert wird.
Die Brükkenschaltung ist dann abgeglichen, wenn die Bedingung R1:RL = R2:RNB erfüllt
ist. In einer abgeglichenen Brückenschaltung erzeugt das Mikrophonsignal in den
Ergänzungswiderständen R1, R2 gleich große aber entgegengerichtete Spannungsabfälle,
so daß der Empfangsverstärker davon nicht oder nur in stark gedämpfter Form angesteuert
wird. Das Empfangssignal erscheint dagegen am Empfangsverstärker und steuert einen
nachgeschalteten Fernhörer entsprechend an.
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Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 zeigt eine aktive Telefonsprechschaltung,
welche die Brückenwiderstände R1, R2 und H ebenfalls besitzt. Außerdem schließt
die Brückenschaltung die Leitungsimpedanz HL an den Anschlußklemmen a, b ein. Das
Mikrophon M steuert hier über einen Koppelkondensator C1 die Basis eines in Spannungsfolgerschaltung
betriebenen Transistor T1, dessen Kollektor über eine Zenerdiode D1 an den Verbindungspunkt
der Widerstände R1, N angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors T1 ist über
einen Widerstand R9 an die Anschlußklemme b gelegt, während die Basis an einem festen
zwischen den Widerständen R1, N und dem Emitter liegenden Spannungsteiler R7, R8
liegt. Dieser feste Basisspannungsteiler R7, R8 bedeutet für den Transistor T1 des
Sendeverstärkers einen festen Gleichstromarbeitspunkt, wodurch an den Leitungsklemmen
a, b ein relativ konstanter Gleichspannungsabfall entsteht. Der Transistor T1 arbeitet
als Wechselstromgenerator und speist das verstärkte Mikrophonsignal, das auch am
Emitter auftritt, vom Kollektor über die Zenerdiode in die Brückenmitte zwischen
die Widerstände R1, N ein. Anstatt der Zenerdiode D1 kann jede andere geeignete
Konstantspannungsquelle eingesetzt werden. Der Transistor T1 kann auch durch eine
Kombination mehrerer Transistoren, ohne das beschriebene Prinzip zu verlassen, ersetzt
werden, insbesondere dann, wenn sehr kleine Mikrophonsignale verstärkt werden müssen.
Die Zenerdiode D1 im Kollektorstromkreis des Sendeverstärkers
T1
wird fast vom gesamten Schleifenstrom der Fernsprechschlei£e durchflossen und besitzt
daher einen sehr kleinen differentiellen Widerstarld.
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Es ist daher möglich, die Spannung der Zenerdiode D1 als Betriebsspannung
für einen Empfangsverstärker und weitere Verbraucher zu benutzen. In Fig. 2 sind
dazu die Anschlüsse der Zenerdiode D1 auf Anschlußklemmen c, e geschaltet, um als
Versorgungsspannung für einen nachfolgend beschriebenen Empfangsverstärker und einen
als Block angedeuteten Lauthörverstärker zur Verfügung zu stehen. Der Empfangsverstärker
besteht aus einem Transistor T2, dessen Basis vom Spannungsabfall der Widerstände
R1, R2 angesteuert wird. Dazu ist von der Anschlußklemme a ein Koppelkondensator
C2 über einen Widerstand R4 zur Basis des Transistors T2 geschaltet, welche darüber
hinaus an einem festen Spannungsteiler R3, R5 liegt. Der Widerstand R3 ist gemeinsam
mit dem Emitter des Transistors T2 an den Verbindungspunkt der Widerstände R2, RNB
geschaltet, während der Widerstand R5 über eine Widerstand RA zur Anschlußklemme
e führt. Der Kollektor des Transistors T2 ist einerseits an die Basis eines Transistors
T3 geschaltet, und andererseits über einen Arbeitswiderstand R6 zum Verbindungspunkt
der Widerstände R5, RA geführt. Mit diesem als Anschlußklemme d herausgeführten
Verbindungspunkt ist weiterhin der Emitter des Transistors T3 verbunden, dessen
Kollektor an der Anschlußklemme c liegt.
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Der Transistor T2 bildet mit seiner Basis-Emitter-Strecke den Eingang
für das an den Widerständen R1, R2 auftretende Empfangssignal und dieser Transistor
steuert den im A-Betrieb nachgeschalteten Transistor T3 mit dem Widerstand RA als
Arbeitswiderstand. Der Transistor T3 wird spannungsgesteuert betrieben und dazu
muß der Transistor T2 einen sehr kleinen quasi konstanten Kollektorstrom liefern
und zwar von der Größe der Basis-Emitter-Spannung des Transis -tors T3 dividiert
durch den Widerstand R6. Außerdem ist es zweckmäßig den Gleichspannungsabfall am
Arbeitswiderstand RA durch entsprechende Bemessung der Spannungsteilerwiderstände
R3> R5 auf etwa den halben Wert der Konstantspannungsquelle UD1 zu bemessen,
so daß die Verstärkung durch das Widerstandsverhältnis R5:R4 bestimmt wird. Im Betrieb
wird daher der Transistor T2 mit konstantem Kollektorstrom und konstantem Emitterstrom
bestrieben, so daß keine Wechselstromrückwirkung in den Ergänzungswiderständen R1,
R2 der Brückenschaltung auftritt. Der eigentliche Lastwechselstrom des Empfangsverstärkers
fließt parallel zum sehr niedrigen differentiellen Widerstand der Konstantspannungsquelle
D1 durch den Transistor T3 und den Arbeitswiderstand R A in
die
Brückenmitte zwischen die Widerstände R1, N und verursacht damit keine Brückenverstimmung.
Die Verstärkerschaltung mit den Transistoren T2, T3, welche ebenso wie der Mikrophonverstärker
T1 auch mit integrierten Schaltkreisen aufgebaut werden kann, erfüllt daher alle
Anforderungen eines aktiven Empfangsverstärkers. An den Ausgang d, e des Empfangsverstärkers
kann direkt ein Fernhörer H oder ein Lauthörverstärker mit nachgeschaltetem Lautsprecher
angeschlossen werden, welcher zur Versorgung fast den gesamten Schleifenstrom erhalten
kann.
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Die erfindungsgemäße aktive Telefonsprechschaltung bietet die Möglichkeit,
neue und vorteilhafte Konzepte für Fernsprechteilnehmerstationen zu verwirklichen.
So ist es möglich, im Handapparat eines Telefones die Schaltungsanordnung nach Fig.
2 einschließlich Mikrophon und Hörer unterzubringen und über zwei Adern der vier
Adern aufweisenden Anschlußschnur mit dem Apparategehäuse zu verbinden. Mit den
zwei weiteren Adern kann das Hörersignal in das Apparategehäuse zurückgeführt und
einem dort vorgesehenen Zweitfernhörer-Anschluß zugeführt werden. Im Handapparat
werden daher wie bereits erwähnt, die aktive Sprechschaltung nach Fig. 2 und wahlweise
der als Block angedeutete Lauthörverstärker untergebracht, während das Apparategehäuse
die Wählelektronik, das Ruforgan und den über die Anschlußschnur aus dem Handapparat
steuerbaren Lautsprecher aufnimmt. Dieses Apparatekonzept erlaubt es, durch einfaches
Auswechseln des Handapparates und Einsetzen eines Lautsprechers in das Apparategehäuse
ein Telefon-Grundgerät nach Wunsch mit oder ohne Lauthöreinrichtung auszurüsten.
Hierbei läßt sich der Lauthör-Handapparat sowohl mit Einfach-Telefonen als auch
mit Komfort-Geräten zusammenschalten, wobei die Elektronik im Telefongehäuse unverändert
bleibt. Es ist daher mit diesem Apparatekonzept möglich, mit einer geringen Anzahl
von Baugruppen eine Reihe von Apparate varianten zusammenzubauen.