-
-
Schaltungsanordnung zur Speisung einer Teilnehmerstation
-
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Speisung von Einrichtungen
(beispielsweise Mikrofon) und/oder Zusatzeinrichtungen (beispielsweise Lauthörverstärker)
einer Fernsprechteilnehmerstation aus dem Schleifenstrom der Teilnehmeranschlußleitung,
wobei ein zwischen die Sprechadern geschaltetes Querglied mit den Speiseanschlüssen
der Zusatzeinrichtungen verbunden ist und die Aufteilung des durch das Querglied
fließenden Schleifenstroms durch eine dem Querglied zugeordnete Stromverteilungsschaltung
entsprechend den Prioritätsklassen der Zusatzeinrichtungen erfolgt und die Fernsprechteilnehmerstation
evtl. mit einer Sendeeinrichtung für Wahlkennzeichen nach dem Mehrfrequenzverfahren
(MFV) versehen ist.
-
Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise in der Patentanmeldung
P 34 04 335.7 beschrieben. Bei dieser Schaltungsanordnung wird das Querglied durch
eine Reaktanzstufe mit Konstantwiderstandscharakteristik gebildet, dadurch stellt
damit das Querglied einen konstanten Gleichstromwiderstand mit einer kleinen Einfügungsdämpfung
dar.
-
Handelt es sich bei einer der Zusatzeinrichtungen beispielsweise um
eine Lauthör- oder Freisprecheinrichtung, so wird deren Verstärkern immer die maximal
mögliche Energie zugeführt, um eine hohe NF-Durchschnittsleistung zu erzielen und
darüber hinaus auch kurzzeitige Dynamikspitzen verzerrungsfrei zu übertragen.
-
Gegenwärtig verfügbare Mikrofone benötigen einen Betriebsstrom von
mindestens 8 mA. Bei einem minimalen Schleifenstrom von beispielsweise 20 mA bleiben
somit maximal 12 mA für den Betrieb von Zusatzeinrichtungen, wie automatische Wahlgeber
oder Lauthöreinrichtungenübrig. Daher geht das Bestreben dahin, den Mikrofonstrom
so gering wie möglich anzusetzenlum um den Schleifenstrom soweit wie möglich zur
Speisung von Zusatzeinrichtungen heranziehen zu können.
-
In Sprechkreisschaltungen mit Gabelübertragern besteht der prinipielle
Nachteil, daß nur die Hälfte der Sendeenergie des Mikrofons auf die Teilnehmeranschlußleitung
gelangt, da die andere Hälfte von der Leitungsnachbildung verbraucht wird. Eine
Stromersparnis ist dabei durch einen Klasse-B-Verstärker im Mikrofonkreis erzielbar.
-
Eine weitere Verbesserung läßt sich dadurch erzielen, wenn durch geeignete
Maßnahmen dafür gesorgt wird, daß die gesamte Ausgangsleistung des Mikrofonverstärkers
auf die Teilnehmeranschlußleitung gelangt. Hierzu dienen bekanntlich elektronische
Sprechkreisschaltungen mit Rückhördämpfung nach dem Kompensationsprinzip. Hierbei
wird das Ausgangssignal des Mikrofonverstärkers am Nachbild gespiegelt und anschließend
dem von der Leitung kommenden Signal gegenphasig überlagert. Wird der Mikrofonverstärker
als Klasse A-Verstärker ausgeführt, ist nur der halbe Mikrofonvorstrom gegenüber
dem konventionellen Sprechkreis notwendig.
-
Eine weitere Stromeinsparung kann durch Anwendung eines Klasse-B-Verstärkers
erzielt werden. Jedoch läßt sich auch mit dieser Maßnahme der Stromverbrauch der
Sendestufe nicht auf Null reduzieren.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Schaltungsanordnung
anzugeben, bei welcher der Stromverbrauch der Sendestufe auf Null verringert wird,
so daß ein noch größerer Teil des Schleifenstroms zur Speisung von Zusatzeinrichtungen
zur Verfügung steht.
-
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine ansich bekannte elektronische
Sprechkreisschaltung mit Rückhördämpfung
nach dem Kompensationsprinzip
vorgesehen ist, daß das Querglied aus einem Schleifenstromsensor und einem mit diesem
in Reihe geschalteten Shunt-Regler gebildet wird, wobei das Gleichstromausgangssignal
des Schleifenstromsensors dem Shunt-Regler zugeführt wird, und daß das Wechselstromsignal
des Mikrofons bzw. des MFV-Senders dem Gleichstromausgangssignal des Schleifenstromsensors
überlagert wird, so daß durch den Shunt-Regler eine Modulation des durch diesen
fließenden Gleichstroms erfolgt.
-
Durch den Shunt-Regler in Verbindung mit dem Schleifenstromsensor
erfolgt eine Einstellung des Gleichstromeingangswiderstandes der Fernsprechteilnehmerstation,
außerdem wird der durch das Querglied fließende Schleifenstrom mit den Mikrofon-
bzw. MFV-Signalen moduliert, so daß nahezu der gesamte Schleifenstrom über das Querglied
und nicht über einen besonderen Mikrofonkreis fließt.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert,
welches in der Zeichnung dargestellt ist.
-
Es zeigt Fig. 1 das Blockschaltbild des elektronischen Sprechkreises
einer Fernsprechteilnehmerstation in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Querglied,
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung des Quergliedes, Fig. 3 eine Schaltungsanordnung
des Quergliedes mit einem Regelverstärker, Fig. 4 ein Diagramm mit der Eingangswiderstandscharakteristik
und Fig. 5 die Schaltungsanordnung einer Stromverteilungsschaltung.
-
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Blockschaltbild einer Fernsprechteilnehmerstation
sind nur diejenigen Einrichtungen gezeigt, welche zum Verständis der Erfindung unbedingt
notwendig sind.
-
Einrichtungen zur polunabhänigen Anschaltunglzur Wahlkennzeichengabe,der
Gabelumschalter usw. sind weggelassen.
-
An der Sprechader a ist über einen Hörverstärker HV die Hörkapsel
H angeschlossen. Die Rückhördämpfung erfolgt durch das Kompensationsprinzip und
zwar dadurch, daß das vom Sprechvertärker SV gelieferte Signal über einen Trennverstärker
V2 und einen Widerstand R einem Verstärker V zur Phasendrehung zugeführt wird, wobei
das auf die Sprechadern gelangte Mikrofonsignal am Summenpunkt S2 aufgehoben wird.
Entspricht die Leitungsnachbildung ZN der Teilnehmeranschlußleitung, so findet eine
vollständige Rückhördämpfung statt.
-
Zwischen die Sprechadern a/b ist ein Querglied gebildet durch eine
Reihenschaltung eines Schleifenstromsensors S und eines Shunt-Reglers SR geschaltet.
Der Schleifenstromsensor liefert ein dem durch das Querglied fließenden Gleichstrom
entsprechendes Signal an einen Summenpunkt S1, welchem das Mikrofonsignal des Sprechvertärkers
SV zugeführt wird.
-
Am Summenpunkt S1 ist ein Regelverstärker RV angeschlossen, welcher
den Shunt-Regler SR steuert. Diese Steuerung erfolgt einmal gleichstrommäßig durch
das vom Schleifenstromsensor S gelieferte Signal und außerdem wechselstrommäßig
durch das Mikrofonsignal. Es wird noch darauf hingewiesen, daß anstelle des Mikrofons
M auch ein MFV-Sender am Sprechverstärker SV angeschlossen werden kann.
-
Am Schleifenstromsensor S ist eine Stromverteilungsschaltung SV angeschlossen,
welche zwei Ausgänge P1 und P2 aufweist.
-
Am Anschluß P1 ist beispielsweise eine Steuereinrichtung ST angeschlossen,
die beispielsweise als Mikroprozessor ausgebildet sein kann, sie dient zur Erfassung
der Zustände der Bedienelemente der Fernsprechteilnehmerstation, zur Erzeugung von
Anzeigeinformationen und zur Aussendung der Wahlinformationen, sie wird nicht nur
während des Wahlvorgangs sondern für die Dauer der Benutzung der Fernsprechteilnehmerstation
benötigt. Sie weist u.a. eine Abtasteinrichtung zur Erfassung der Schaltzustände
von Tasten (Wähltastatur, Erdtaste, Lauthörtaste, usw.)auf.
-
Die Steuereinrichtung ST benötigt eine konstante Betriebsspannung,
welche durch den Spannungsregler LR aus der von der Stromverteilungsschaltung SV
angebotenen ungeregelten Spannung konstant gehalten wird. Der Kondensator C1, welcher
paralle zur Versorgungsspannung geschaltet ist, dient als Stützkondensatolauf diese
Weise wird während der Schleifenunterbrechung bei Impulswahl90ei Gesprächsende die
Steuereinrichtung ST noch für eine bestimmte Zeit mit Energie versorgt.
-
Da die Steuereinrichtung ST über den Spannungsregler LR mit einer
konstanten Spannung versorgt wird und nur einen geringen Strom aufnimmt, kann der
übrige Strom, welcher am Ausgang der Stromverteilungsschaltung SV fließt, zur Speisung
der Lauthöreinrichtung LH verwendet werden. Die Stromverteilungsschaltung SV ist
derart ausgelegt, daß sie einen Strombegrenzungseffekt bewirkt, da die Summe der
an den Ausgängen P1 und P2 gezogenen Ströme den Wert des durch das Querglied fließenden
Stroms nicht überschreiten kann. Da der Ausgang P1 der Stromverteilungsschaltung
SV mit einem geringen Strom belastet ist, tritt dieser Strombegrenzungseffekt praktisch
nur am Ausgang P2 auf.
-
Um die für die Endstufe der Lauthöreinrichtung LH zur Verfügung stehende
Energie optimal zu nutzen, ist es vorteilhaft, wegen des besseren Wirkungsgrades
grundsätzlich Klasse "B"-Endstufen einzusetzen. Diese haben die Charakteristik,
daß die Stromaufnahme proportional zur Aussteuerung ist.
-
Durch die besondere Ausbildung des Quergliedes wird die Versorgungsspannung
des Endverstärkers der Lauthöreinrichtung LH mit größer werdendem Schleifenstrom
ebenfalls erhöht.
-
Damit erhöht sich außer der erhältlichen NF-Durchschnittsleistung
auch der Aussteuerungsbereich und die überbrückbare Dauer von kurzzeitigen Dynamikspitzen.
Die zur überbrückung dieser Dynamikspitzen notwendige Energie wird dabei aus einem
Speicherkondensator C2 bezogen, welcher parallel zur Versorgungsspannung geschaltet
ist.
-
über den Spannungsteiler R1/R2 wird der Transistor T1 in den leitenden
Zustand gesteuert (Fig. 2). Der im.
-
Emitterkreis des Transistors T2 liegende Widerstand RE erfüllt die
Funktion des Schleifenstromsensors. Der an ihm entstehende Spannungsabfall ist proportional
dem Schleifenstrom und wirkt als Gleichstromgegenkopplung im Ansteuerkreis des Transistors
T1. Durch entsprechende Dimensionierung der Widerstände R1, R2 und RE kann die Gleichstromcharakteristik
(Spannung zwischen den beiden Sprechadern a/b als Funktion des Schleifenstrom) in
Grenzen verändert werden.
-
Im folgenden wird die Gleichstromcharakteristik (Ue/b=f (Is) bzw.
Ra/b) annähernd berechnet und zwar für den Fall, daß an den Punkten P1 und P2 keine
Ströme entnommen werden.
-
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß Ua/b = 1 5x RE + UBET1 + UBET2 + (IB
+ IQ) x Rl dabei ist UBET1 = Basis/Emitter-Spannung von T1 UBET2 = Basis/Emitter-Spannung
von T2 1B = Basisstrom von T1 IQ = Querstrom im Spannungsteiler R1/R2 UBET1 und
UBET2 werden stromunabhängig zusammen mit 1,4 V angenommen.
-
Ua/b = 15x RE + 1,4 V + ( 1B + IQ) x R1 I Is x RE + 1, 4 V Q R2 dabei
ist 1 -B B = Stromverstärkungsfaktor von T1.
-
Daraus ergibt sich
Da der Teil "a" der Gleichung unabhängig vom Schleifenstrom ist, wird zur Berechnung
der Funktion Ra/b = f (Is) nur der Teil "b" verwendet.
-
Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltung wird der Transistor T1 immer
im aktiven und der Transistor T2 immer im gesättigten Zustand betrieben. Somit sind
die Ausgangsspannungen an den Punkten P1 und P2 nahezu dem an der a-Ader anliegenden
Spannungswert gleich.
-
Wird der Schaltung an den Ausgängen P1 und/oder P2 Strom entnommen,
so bleibt bei gegebenen Schleifenstrom der Spannungsabfall am Widerstand RE konstant,
jedoch vermindert sich der Baisstrom im Transistor T1. Damit verringert sich auch
der Spannungsabfall am Widerstand R1, mit dem Resultat, daß die Spannung zwischen
den Sprechadern a/b mit steigender Belastung an den Punkten P1 und P2 kleiner wird.
Es ist ersichtlich, daß zur Kompensation dieses Effekts ein relativ hoher Strom
durch das Querglied erforderlich ist. Der durch das Querglied fließende Schleifenstrom
kann moduliert werden, in-dem an der Basis des Transistors T1 ein entsprechendes
NF-Signal eingespeist wird.
-
Während die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung einen konstanten
Gleichstromeingangswiderstand aufweist, ist es mit Hilfe der in Fig. 3 gezeigten
Schaltungsanordnung
möglich, das Gleichstromverhalten der Schaltung
ggf.
-
durch nicht lineare Gegenkopplungszweige abschnittsweise einzustellen.
Der Schleifenstromsensor in Form des Widerstandes RE, die Stromverteilungsschaltung
in Form des Transistors T2 und der Shunt-Regler in Form des Transistros T1 sind
ebenso angeordnet wie in Fig. 2, wobei zu bemerken ist, daß der Transistor T1 sowohl
entweder als NPN- oder auch als PNP-Transistor ausgebildet sein kann. Das Signal
vom Widerstand RE gelangt über die Widerstände R4 und R5 zum nicht invertierenden
Eingang des Regelverstärkers RV, welcher als Operationsverstärker ausgebildet ist.
Dem nicht invertierenden Eingang (+) wird auch das Mikrofon- bzw. MFV-Signal NF
zugeführt. Der Ausgang des Regelverstärkers RV ist mit der Basis des als Shunt-Regler
wirkenden Transistors T1 verbunden. Der Verstärkunsfaktor des Regelverstärkers RV
wird in bekannter Weise durch das Verhältnis der Widerstände R3 und R6 eingestellt.
Der Widerstand R5 hat die Aufgabe den Eingangswiderstand des Regelverstärkers RV
festzulegen, während der Widerstand R4 zusammen mit dem Kondensator C3 einen Tiefpaß
bildet.
-
Parallel zum Widerstand R6 ist eine Reihenschaltung bestehend aus
dem Widerstand R7 und einer Zenerdiode geschaltet, mit dieser Maßnahme läßt sich
die Gleichstromwiderstandscharakteristik des Quergliedes in einen linearen und einen
nicht linearen Bereich aufteilen, um beispielsweise die an den Ausgängen P1 bzw.
P2 angeschlossenen Verbraucher nicht spannungsmäßig zu überlasten. Wird beispielsweise
eine Zenerdiode mit einer Durchbruchsspannung von 15 V eingesetzt, so steigt die
Spannung an den Ausgängen P1 und P2 mit größer werdendem Schleifenstrom bis zu dem
Wert von 15 V, um dann bei noch größer werdendem Schleifenstrom diesen Wert nicht
mehr zu überschreiten. Hierbei liegt der Wert des Widerstandes R7 bei 0 V. Durch
Wahl eines entsprechenden Wertes des Widerstandes R7 läßt sich der in Fig. 4 gezeigte
wagerechte Teil steigend verändern.
-
So lange die Zenerdiode Z noch nicht mit leitenden Zustand ist, wird
der Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers RV
durch den Spannungsteiler
R3 und R6 festgelegt. Sobald die Ausgangsspannung des Regelversträkers die Durchbruchsspannung
der Zenerdiode überschreitet, wird die Gegenkopplung erhöht und somit ein anderer
Verstärkungsfaktor eingestellt. Auf diese Weise lassen sich durch einen oder mehrere
nicht lineare Gegenkopplungszweige abschnittweises die Gleichstromcharakteristik
des Quergliedes einstellen.
-
Für den Fall, daß mehr als zwei Verbraucher an der Stromverteilungsschaltung
eingeschlossen werden sollen, ist es möglich, durch eine Kaskadenschaltung eine
entsprechenden Zahl von Transistoren T2 die entsprechenden Ausgänge zu schaffen,
wie dies in der Patentanmeldung P 34 04 335.7 beschrieben ist. Anstelle der Kaskadenschaltung
kann jedoch auch ein Transistor T2 eingesetzt werden, welcher als Multikollektor-Transistor
ausgebildet ist und eine der Verbraucher entsprechenden Zahl von Kollektoren aufweist.
-
Die Stromverteilung nach dem Prioritätsprinzip wird dabei dadurch
erreicht, daß die Kollektoren auf dem Substrat des Transisitors in Form von konzentrischen
Ringen angebracht sind, wobei der Ausgang mit der niedrigsten Priorität am äußersten
Ring angeschlossen ist.
-
- Leerseite -