DE3429330C2 - Schaltungsanordnung zur Speisung einer Teilnehmerstation - Google Patents

Abstract

In einer Fernsprechteilnehmerstation wird nahezu der gesamte Schleifenstrom zur Speisung von Zusatzeinrichtungen herangezogen, indem eine elektronische Sprechkreisschaltung mit Rückhördämpfung nach dem Kompensationsprinzip vorgesehen ist und zwischen die Sprechadern ein aus einem Schleifenstromsensor und einem mit diesem in Reihe geschalteten Shunt-Regler gebildetes Querglied vorgesehen ist, wobei das Gleichstromausgangssignal des Schleifenstromsensors dem Shunt-Regler zugeführt wird. Weiterhin erhält der Shunt-Regler das Wechselstromsignal des Mikrofons, welches dem Gleichstromsignal überlagert wird und somit durch den Shunt-Regler eine Modulation des durch diesen fließenden Gleichstroms erfolgt. Durch eine Stromverteilungsschaltung erfolgt die Versorgung der Zusatzeinrichtungen.

Description

40 richtung über den Kollektor des zweiten Transistors (TI) erfolgt

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transistor (T2) als Multikollektor-Transistor ausgebildet ist, wobei an jedem Kollektor eine Zusatzeinrichtung anschließbar ist

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

so fließenden Schleifenstroms durch eine dem Querglied zugeordnete Stromverteilungsschaltung entsprechend den Prioritätsklassen der Zusatzeinrichtungen erfolgt und d'e Fernsprechteilnehmerstation evtL mit einer Sendeeinrichtung für Wahlkennzeichen nach dem Mehrfrequenzverfahren (MFV) versehen ist

Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise in der Patentschrift 34 04 335 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 Lauthöreinrichtungen übrig. Daher geht das Bestreben dahin, den Mikrofonstrom so gering wie möglich anzusetzen, um den Schleifenstrom soweit wie möglich zur Speisung von Zusatzeinrichtungen heranziehen zu können.

In Sprechkreisschaltungen mit Gabelübertragern besteht der prinzipielle Nachteil, daß nur die Hälfte der Sendeenergie des Mikrofons auf die Teilnehmeranschlußleitung gelangt, da die andere Hälfte von der Leistungsnachbildung 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 Gabelschaltungen mit Rückhördämpfung nach dem Kompensationsprinzip (DE-OS 29 14 945, DE-OS 31 15 892). Bei einer derartigen Gabelschaltung wird das abgehende Signa! am Nachbild gespiegelt und anschließend dem ankommenden Signal gegenphasig überlagert

Wird der Mikrofonverstärker als Klasse-Α-Verstärker ausgeführt, so wird nur der halbe Mikrofonvorstrom gegenüber dem konventionellen Sprechkreis benötigt Eine weitere Stromeinsparung kann durch die Anwendung eines Klasse-3-Verstärkers erzielt werden.

Die Aufgabe* der Erfindung besteht nun darin, eine Schaltungsanordnung anzugeben, bei welcher der Stromverbrauqh der Sendestufe nahezu auf Null verringert wird, so daß ein noch größerer Teil des Schleifenstroms zur ι ο Speisung von Zusatzeinrichtungen zur Verfugung steht

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine an sich 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, daß das Wechselstromsignal des !5 Mikrofons bzw. des AfFV-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 Gleich-Stromeingangswiderstandes der Fernsprechteilnehmerstation, außerdem wird der durch das Querglied fließende Schleifenstrom mit den Mikrofon- bzw. MFV-Signalen moduliert, so daß nahezu der gesamte Sohleifenstrom über das Querglied und nicht über einen besonderen Mikrofonkreis fließt.

Aus der DE-OS 30 34 682 ist eine elektroniiche Signalanodnung zum Anschluß an eine Signalübertragungsleitung bekannt, bei welcher zwischen die Sprechadern eine Reihenschaltung bestehend aus einer aktiven Gabelschaltung, einem Duplexschalter und einem Leistungsverstärker geschaltet ist Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung wird zwar der Speisegleichstrom des Fernsprechapparates für den Leistungsverstärker der Lauthöreinrichtung voll ausgenutzt, nachteilig ist jedoch, daß sich die Speisespannungen der Schaltungseinheiten in Folge der Reihenschaltung addieren.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches in der Zeichnung dargestellt ist Es zeigt jo

Fig. 1 das Blockschaltbild des elektronischen Sprechkreises einer Fernsprechteilnehmerstation in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Querglied,

F i g. 2 eine Schaltungsanordnung des Quergliedes,

F i g. 3 eine Schaltungsanordnung des Quergliedes mit einem Regelverstärker,

F i g. 4 ein Diagramm mit der Eingangswiderstandscharakteristik und F i g. 5 die Schaltungsanordnung einer StromverteUungsschaltung.

Bei dem in F i g. 1 gezeigten Blockschaltbild einer Fernsprechteilnehmerstation sind nur derjenigen Einrichtungen gezeigt, welche zum Verständnis der Erfindung unbedingt notwendig sind.

Einrichtungen zur polunabhängigen Anschaltung, zur Wahlkennzeichengabe, der Gabelumschalter usw. sind weggelassen.

An der Sprechader a ist über einen Hörverstärker HVdie Hc.kapsel //angeschlossen. Die Rückhördämpfung erfolgt durch das Kompensationsprinzip, und zwar dadurch, daß das vom Sprechverstärker Abgelieferte Signal über einen Trennverstärker V2 und einen Widerstand R einem Verstärker Vzur Phasendrehung zugeführt wird, wobei das auf die Sprechadern gelangte Mikrofonsignal am Summenpunkt 52 aufgehoben wird. Entspricht die Leitungsnachbildung Z/V 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 5 liefert ein dem durch das Querglied fließenden Gleichstrom entsprechendes Signal an einen Summenpunkt 51, welchem das Mikrofonsignal des Sprechverstärkers 5Vzugeführt wird. Am Summenpunkt 51 ist ein Regelverstärker RVangeschlossen, welcher den Shunt-Regler SR steuert Diese Steuerung erfolgt einmal gleichstrommäßig durch das vom Schleifenstromsensor 5 gelieferte Signal und außerdem wechselstrommäßig durch das Mikrofonsignal. Es wird noch darauf hingewiesen, daß anstelle des Mikrofons M auch ein AiFV-Sender am Sprechverstärker SV angeschlossen werden kann.

Am Schleifenstsomsensor 5 ist eine Stromverteilungsschaltung 5Vangeschlossen, welche zwei Ausgänge P1 und P2 aufweist Am Anschluß P1 ist beispielsweise eine Steuereinrichtung STangeschlossen, die beibpielsweise als Mikroprozessor ausgebildet sein kann, sie dient zur Erfassung der Zustände der Bedieneiemente 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 5Tbenötigt eine konstante Betriebsspannung, welche durch den Spannungsregler LR aus der von der Stromverteilungsschaltung SV angebotenen ungeregelten Spannung konstant gehalten wird. Der Kondensator Cl, welcher parallel zur Versorgungsspannung geschaltet ist, dient als Stützkondensator, auf diese Weise wird während der Schleifenunterbrechung bei Impulswahl und b^i Gesprächsende die Steuereinrichtung 5Tnoch für eine bestimmte Zeit mit Energie versorgt.

Da die Steuereinrichtung 57"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 5 V fließt, zur Speisung der Lauthöreinrichtung LH verwendet werden. Die StromverteilungsschaUung SV

ist derart ausgelegt, daß sie einen Strombegrenzungseffekt bewirkt, da die Summe der an den Ausgängen Pi und P 2 gezogenen Ströme den Wert des durch das Querglied fließenden Stroms nicht überschreiten kann. Da der Ausgang P1 der Stromverteilungsschaltung SVmit 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 proprotional 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 ίο 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 R MR 2 wird der Transistor T1 in den leitenden Zustand gesteuert (Fig. 2). Der im fs Emitterkreis des Transistors 72 liegende Widerstand RE erfüllt die Funktion des Schleifenstromsensors. Der an <l

ihm entstehende Spannungsabfall ist proportional dem Schleifenstrom und wirkt als Gleichstromgegenkopp- %

lung im Ansteuerkreis des Transistors Tl. Durch entsprechende Dimensionierung der Widerstände Ri,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(I,) bzw. Ra/b) annähernd berechnet, und zwar für den Fall, daß an den Punkten P1 und P 2 keine Ströme entnommen werden.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß

Ua/b = h x RE + Ubet\ + Ubeti + (Ib +IpJxRi dabei ist

UBETt ■» Basis/Emitter-Spannung von Ti

Ubet2 " Basis/Emitter-Spannung von 7"2

Ib " Basisstrom von T1

Iq = Querstrom im Spannungsteiler RiIR 2

Ubet\ und Ubeti werden stromunabhängig zusammen mit 1,4 V angenommen. '

Ua/b - Λχ RE + ί.4 V + (1_B + I_Q)xR 1 . l,x RE+\,4V

dabei ist

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(l_s) nur der Teil »b« verwendet

bO ^_x /{£/]

Ra/b = —

I₁

Ra/o = RE x (\ +44-^i + -^-

Bei der in F i g. 2 gezeigten Schaltung wird der Transistor 71 immer im aktiven und der Transistor 72 immer im gesättigten Zustand betrieben. Somit sind die Ausgangsspannungen an den Punkten Pi und P2 nahezu dem an der a-Ader anliegenden Spannungswert gleich.

Wird der Schiltung an den Ausgängen P1 und/oder Pl Strom entnommen, so bleibt bei gegebenen Schleifenstrom der Spannungsabfall am Widerstand RE konstant, jedoch vermindert sich der Basisstrom im Transistor Tl. Damit verringert sich auch der Spannungsabfall am Widerstand R1, (S. 6, Zeile 30) mit dem Resultat, daß die Spannung zwischen den Sprechadern a/b mit steigender Belastung an den Punkten PX und P 2 kleiner würde, wen> dieser Effekt nicht durch einen entsprechenden hohen Querstrom durch den Spannungsteiler R MR 2 kompensiert wird (niedriger Innenwiderstand von R MR2). Der durch das Querglied fließende Schleifenstrom kann moduliert werden, indem an der Basis des Transistors 71 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 Schallungsanordnung möglich, das Gleichstromverhalten der Schaltung ggf. durch nicht lineare Gegenkopplungszweige abschnittsweise einzustellen. Der Schleifenstrcmsensor in Form des Widerstandes RE, die Stromverteilungsschaltung in Form des Transistors 72 und der Shunt-Regler in Form des Transistors 71 sind ebenso angeordnet, wie in Fig.2, wobei zu bemerken ist. daß der Transistor 71 sowohl entweder als NPN- oder auch als PNP-Transistor ausgebildet sein kann. Das Signal vom Widerstand Angelangt über die Widerstände R 4 und R 5 zum nicht invertierenden Eingang des Regel Verstärkers RV, welcher als Operationsverstärker ausgebildet ist. Dem nicht invertierenden Eingang (+) wird auch das Mikrofon- bzw. Af/⁷¹/Signa! NFzugeführt Der Ausgang des Regciversiärkers RV'isi mit der Basis des ais Shunt-Regler wirkenden Transistors Ti verbunden. Der Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers Λ V wird in bekannter Weise durch das Verhältnis der Widerstände RZ und R6 eingestellt. Der Widerstand Λ 5 hat die Aufgabe den Eingangswiderstand des Regelverstärkers Al/festzulegen, während der Widerstand R 4 zusammen mit dem Kondensator C 3 einen Tiefpaß bildet.

Parallel zum Widerstand R 6 ist eine Reihenschaltung bestehend aus dem Widerstand R 7 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 Pi 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 Pi und P 2 mit größer werdendem Schleifenstrom is 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 Λ 7 bei 0 Ohm. Durch Wa!* eines entsprechenden Wertes des Widerstandes R7 läßt sich der in Fig.4 gezeigte waagerechte Teil steigend verändern.

So lange die Zenerdiode Znoch nicht im leitenden Zustand ist, wird der Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers ÄVdurch den Spannungsteiler A3 und R6 festgelegt Sobald die Ausgangsspannung des Regelerstärkers 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 abschnittsweise die Gleichstromcharakteristik des Qucrgücdes einstellen.

Für den Fall, daß mehr als zwei Verbraucher an der Stromvertetlungsschaltung eingeschlossen werden sollen, ist es möglich, durch eine Kaskadenschaltung eine entsprechenden Zahl von Transistoren 72 die entsprechenden Ausgänge zu schaffen, wie dies in der Patentschrift 34 04 335 beschrieben ist Anstelle der Kaskadenschaltung kann jedoch auch ein Transistor 72 eingesetzt werden, welcher als Multikollektor-Transistor ausgebildet ist und eine der Verbraucher entsprechenden Zahl von Kollektoren aufweist Die Stromverteilung nach dem Prioritätsprinzip wird daDei dadurch erreicht, daß die Kollektoren auf dem Substrat des Transistors in Form von konzentrischen Ringen angebracht sind, wobei der Ausgang mit der niedrigsten Priorität am äußersten Ring angeschlossen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Speisung von Einrichtungen (beispielsweise Mikrofon) und/oder Zusatzeinrichtungen (beispielsweise Lauthörverstärker) einer Fernsprechteilnehmerstation aus dem Schleifenstrom der Teilnehmeranschlußieitung, 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 Sendreinrichtung für Wahlkennzeichen dem Mehrfrequenzverfahren (MFV) versehen ist, dadurch gekenn-

to zeichnet, daß eine an sich bekannte elektronische Sprechkreisschaltung mit Rückhördämpfung nach dem Kompensationsprinzip vorgesehen ist, daß das-Querglied aus einem Schieifenstromsensor (S) und einem mit diesem in Reihe geschalteten Shunt-Regler (SR) gebildet wird, wobei das Gleichstromausgangssignal des Schleifenstromsensors (S) dem Shunt-Regler (SR) zugeführt wird und daß das Wechselstromsignal des Mikrofons (M) bzw. des AiFV-Senders dem Gleichstrom-Ausgangssignal des Schleifenstromsensors (S) überlagert wird, so daß den Shunt-Regler (SR) eine Modulation des durch diesen fließenden Gleichstroms erfolgt

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Sprechadern (a/b) ein Spannungsteiler bestehend aus einer Reihenschaltung zweier Widerstände (R i/R 2) geschaltet ist, dessen Mittelabgrff mit der Basis eines ersten Transistors (Ti) verbunden ist, daß dessen Kollektor an der einen Sprechad«a»(beispielsweise b) angeschlossen ist dessen Emitter mit der Basis eines zweiten Transistors (T2) verbunden ist, daß der Emitterwiderstand (RE) mit der anderen Sprechader (beispielsweise a) verbunden ist und daß die Mikrofon- bzw. MFV-Signale der Basis des ersten Transistors (Ti) zugeführt werden, wobei der Shuntstrom im wesentlichen identisch mit dem Basisstrom des zweiten Transistors (T2) ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der einen Sprechader (beispeilsweise b) der Emitter eines ersten Transistors (Ti) angeschlossen ist dessen Kollektor mit der Basis

eines zweiten Transistors (T2) verbunden ist, daß der Emitterwiderstand fifi^des zweiten Transistors (Γ2) an der anderen Sprechader (beispielsweise a) angeschlossen ist, daß mit der Basis des ersten Transistors (Ti) der Ausgang eines Regelverstärkers (RV) verbunden ist, dessen invertierender Eingang (—) an dem Mittelabgriff der Reihenschaltung zweier Widerstände (R ZIR 6), die zwischen dem Ausgang des Regelverstärkers (RV) und d?r anderen Sprechader (beispielsweise a) liegt, verbunden ist und daß der mit dem Mikrofon- bzw. MFY-Signal beaufschlagte, nicht invertierende Eingang (+) des Regelverstärkers (RV) über einen Widerstand (R 5f mit dem Emitter tts zweiten Transistors (T2) verbunden ist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Widerstand (R 5) und dem Emitter des zweiten Transistors (T2) ein Tiefpaß (R 41 CZ) geschaltet ist

35

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem

■ zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang (—) des Regelverstärkers (Rfliegenden Widerstandes (R 6) eine Reihenschaltung eines Widerstandes (R 7) und einer Zenerdiode (Zugeschaltet ist

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung einer ersten Zusatzeinrichtung über den Emitterwiderstand (RE) und die Speisung einer zweiten Zusatzein-