DE69432898T2

DE69432898T2 - Sprachverstärker und zugeordnete Leuchtdiode

Info

Publication number: DE69432898T2
Application number: DE69432898T
Authority: DE
Inventors: Uday Dasgupta; Chin Pueh Ong
Original assignee: STMicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd; STMicroelectronics Pte Ltd
Current assignee: STMicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd; STMicroelectronics Pte Ltd
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2014-09-01
Also published as: DE69432898D1; EP0700191B1; EP0700191A1; US5771286A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sprachsendeverstärker, der mit einer lichtemittierenden Diode (LED) ausgestattet ist. Speziell bezieht sich die Erfindung auf die Steuerung der LED innerhalb eines derartigen integrierten Verstärkers in einem Telefongerät.
In einem Telefongerät wird eine elektrolumineszente Diode im allgemein zur Beleuchtung des Tastenfeldes verwendet, oder aber zur Anzeige eines Halteoder Wählzustandes. Üblicherweise besitzt das Telefongerät keine eigene Leistungsversorgung sondern wird durch den Strom in der Telefonleitung gespeist; dieser Leitungsstrom wird auch zur Speisung der LED verwendet. Das Telefonsignal weist eine Gleichstromkomponente auf, die durch die Telefonzentrale geliefert wird und auf der Telefonleitung den Telefongeräten der Teilnehmer zugeführt wird. Die Gleichstromkomponente des Versorgungssignals ist als eine Funktion der Leitungslänge oder anderer Leitungsparameter variabel. Das Signal weist auch eine Wechselstromkomponente auf, und zwar infolge der Modulation des Sprachsignals.
Üblicherweise wird ein vorbestimmter Bruchteil des Leitungsstroms innerhalb des Verstärkers verwendet, um die LED zu versorgen. Dieser Bruchteil ist normalerweise ungefähr 25% des Leitungsstroms. Wenn sich der Leitungsstrom als eine Funktion der Leitungscharakteristika verändert, so ist die LED-Beleuchtung nicht konstant. In der Tat, ist diese Beleuchtung für lange Leitungen niedrig und für Parallelverbindungen sehr niedrig. Wenn im Gegensatz dazu die Leitung kurz ist, so ist die Beleuchtung zu stark, was die Lebensdauer der LED reduziert. Zudem schwingt der Strom um die Gleichstromkomponente, wobei die Verwendung eines festen Teils des Leitungsstroms zur Steuerung der LED bewirkt, dass die Beleuchtung sich für eine gegebene Leitung verändert. Darüber hinaus bewirkt das Vorhandensein der LED, dass das übertragene Signal oder Sendesignal für hohe negative Schwingungsanteile des Sprachsignals verformt wird. In einigen Fällen wird ein sehr kleiner aber fester Teil des Leitungsstroms auch dazu verwendet, um die LED aufleuchten zu lassen. Dieser Strom kann aber nicht groß sein, da andernfalls die Span nungsstromcharakteristika der Leitung gestört werden. In solchen Fällen ist daher die LED-Beleuchtung schlecht.
US-A-4 565 729 offenbart ein Sprach- oder Sprechnetzwerk und eine Beleuchtungsschaltung für ein Telefongerät ohne Selbstversorgung, welches eine LED aufweist, die mit einer Anode mit einer ersten positiven Klemme der Telefonleitung verbunden ist, und ferner mit Mitteln zum Verändern des Stroms in der LED mit einem Transistor in Serie mit der LED.
Es ist ein Ziel der Erfindung, die Nachteile der vorhandenen Verstärker hinsichtlich der LED-Steuerung zu vermeiden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Sprachverstärker vorzusehen, der eine LED mit einem konstanten Strom speist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Verformung des Sprachsignals zu vermeiden, welche durch das Vorhandensein einer LED in dem Sprachverstärker verursacht wird.
Um diese Ziele zu erreichen, sieht die Erfindung für einen Sendeverstärker für ein Telefongerät ohne Selbstversorgung Folgendes vor: eine LED deren Anode ist mit einer ersten positiven Klemme verbunden ist und der Telefonleitung und Mittel zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen dem Leitungsstrom und der Leitungsspannung, wobei Versorgungsmittel vorgesehen sind, um die LED mit einem konstanten Strom zu beliefern, und wobei Ableitungsmittel einen Transkonduktanzverstärker aufweisen, dessen Rückkopplungsschleife einen Schalter steuert, der den in die LED fließenden Strom ableitet, wenn die Spannung an den Klemmen der Leitung niedriger als ein vorbestimmter Wert wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Versorgungsmittel einen ersten Operationsverstärker auf, der den Strom in der LED misst und dessen Rückkopplungsschleife diesen Strom auf einen Wert begrenzt, der durch einen Referenz- oder Bezugsstromgenerator bestimmt ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kathode der LED mit dem nichtinvertierenden Eingang des ersten Verstärkers verbunden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Referenzstromgenerator einen Bipolar-PNP-Transistor auf, und zwar mit einem Emitter, verbunden mit dem ersten Anschluss der Leitung und mit einem Kollektor verbunden mit dem invertierenden Eingang des erwähnten ersten Verstärkers.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Ableitmittel einen Transkonduktanzverstärker auf, dessen Rückkopplungsschleife einen Schalter steuert, der den Strom der LED ableitet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Schalter einen NPN Transistor auf, dessen Kollektor mit dem ersten Anschluss oder der ersten Klemme der Leitung verbunden ist und dessen Emitter über einen, einen niedrigen Wert besitzenden Widerstand, mit der Kathode der LED verbunden ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung trennen die Ableitmittel auch die Versorgungsmittel.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Mittel zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen dem Leitungsstrom und der Leitungsspannung einen zweiten Operationsverstärker auf, dessen invertierender Eingang ein zu sendendes oder zu übertragendes Sprachsignal empfängt, und zwar hinzuaddiert zu einer Gleichstromkomponente der Leitungsspannung, geliefert durch eine Telefon- oder Fernsprechzentrale.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Rückkopplungsschleife des zweiten Verstärkers zwei NPN Transistoren in Darlington- Schaltung und zwei Dioden auf, wobei der Kollektor des zweiten Transistors mit dem invertierenden Eingang des Transkonduktanzverstärkers verbunden ist und wobei der nicht-invertierende Eingang des Transkonduktanzverstärkers mit der Anode der zweiten Diode verbunden ist.
Da die LED gemäß der Erfindung mit einem konstanten Strom versorgt wird, haben die Telefongeräte der verschiedenen Teilnehmer die gleichen Charakteristika, unabhängig von der Leitungslänge. Wenn der LED-Strom geshunted wird, wenn die Spannung auf der Telefonleitung zu niedrig wird, so verformt die Anwesenheit der LED in dem Sprachsendeverstärker die Wechselstrom-Signale nicht.
Man erhält somit einen Sprachsendeverstärker, dessen Arbeitsweise durch das Vorhandensein einer LED nicht modifiziert wird, wobei der Betrieb dieser LED optimiert wird.
Diese Ziele, Merkmale und Vorteile sowie weitere Vorteile und Ziele der Erfindung werden im einzelnen in der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert, die nicht einschränkend zu verstehen ist, und die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt. In der Zeichnung zeigt:
1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sprachsendeverstärkers;
2 die Stromspannungskurve des erfindungsgemäßen Sendeverstärkers;
3 den Strom in der LED als eine Funktion des Leitungsstroms;
4–7 Chronogramme, welche die Potentiale an der LED veranschaulichen und zwar für verschiedene Amplituden des Sprachsignals; und
8 eine detaillierte Implementierung der Schaltung der 1.
Der in 1 gezeigte Sprachsendeverstärker weist in erster Linie drei Rückkopplungsschleifen auf. Die erste Schleife steuert das Verhältnis zwischen dem Leitungsstrom und der Leitungsspannung VL. Die zweite Schleife misst den Strom I_LED der in die LED 1 fließt und begrenzt diesen auf einen vorbestimmten Wert. Die dritte Schleife autorisiert eine geeignete Schwingung oder Auslenkung des Sprachsignals während der negativen Änderung, und zwar durch Ableiten des in die LED 1 fließenden Stroms.
Die Telefonleitung ist durch einen Generator 2 symbolisiert, und zwar zwischen zwei Klemmen oder Anschlüssen A und B der Schaltung, wobei die Klemme B der Schaltungserde entspricht.
Die erste Schleife weist einen ersten Operationsverstärker A1 3 auf. Der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers 3 ist mit einem ersten positiven Anschluss A der Schaltung durch einen Spannungsgenerator 4 und einen Widerstand R1 verbunden. Der Spannungsgenerator 4 entspricht den zwei Eingangsklemmen M+ und M– der Schaltung des verstärkten Signals von dem (nicht gezeigten) Telefonmikrofon. Die negative Eingangsklemme M– des Mikrofonsignals ist mit dem nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 3 verbunden und die positive Eingangsklemme M+ mit dem Widerstand R1. Der invertierende Eingang des Verstärkers 3 ist mit dem Anschluss A über einen ersten Polarisationsstromgenerator 5 verbunden. Dieser invertierende Eingang wird auch mit der Anode einer Diode D1 verbunden, die in Serie mit einer Diode D2 geschaltet ist. Die Kathode der Diode D2 ist mit der Erdklemme B der Schaltung durch einen Widerstand R5 verbunden und mit der positiven Eingangsklemme M+ des Mikrofonsignals 4 durch einen Widerstand R2.
Die Rückkopplungsschleife des Operationsverstärkers 3 weist zwei Dioden D1 und D2 und zwei NPN Transistoren T1 und T2 auf. Die Ausgangsgröße oder der Ausgang des Verstärkers 3 ist mit der Basis des Transistors T1 verbunden, wobei der Kollektor desselben mit dem Anschluss A verbunden ist. Der Emitter des Transistors T1 ist mit der Basis des Transistors T2 verbunden, dessen Kollektor mit dem Anschluss A durch den Widerstand R3 und LED 1 verbunden ist. Der Emitter des Transistors T2 ist mit der Diode D2 verbunden. Der Kondensator C2 zur Frequenzkompensation der ersten Schleife liegt zwischen dem Kollektor des Transistors T1 und der Basis des Transistors T2.
Die zweite Schleife weist einen zweiten Operationsverstärker A2 6 auf. Der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers 6 ist mit der Kathode der LED 1 verbunden. Deren invertierender Eingang ist mit dem Anschluss A über einen Bezugsstromgenerator 7 verbunden und mit dem Kollektor des Transistors T2 der ersten Schleife durch einen Widerstand R4.
Die Rückkopplungsschleife des Verstärkers 6 weist den Verstärker R4, eine Diode D3 und drei Bipolartransistoren T3, T4 und T5 auf. Die Ausgangsgröße oder der Ausgang 6 ist mit der Basis eines PNP-Transistors T5 verbunden, dessen Kollektor mit dem Anschluss B verbunden ist. Der Emitter des Transistors T5 ist mit der Kathode D3 verbunden, wobei die Anode desselben mit der Basis des NPN-Transistors verbunden ist. Die Basis des Transistors T4 ist ebenfalls mit dem Anschluss A verbunden, und zwar durch einen zweiten Polarisationsstromgenerator B. Der Kollektor des Transistors T4 ist mit dem Anschluss A verbunden und sein Emitter ist mit der Basis des NPN-Transistors T3 verbunden, dessen Kollektor ebenfalls mit der Klemme A in Verbindung steht. Der Emitter des Transistors T3 ist mit dem Kollektor des Transistors T2 der ersten Schleife verbunden und über den Widerstand R4 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 6. Der Kondensator C3 zur Frequenzkompensation der zweiten Schleife ist zwischen die Basis des Transistors T5 und den Anschluss A geschaltet.
Die dritte Schleife weist einen Transkonduktanzverstärker gm 9 auf. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 9 ist mit der Anode der Diode 2 der ersten Schleife verbunden. Der invertierende Eingang des Verstärkers 9 ist mit dem Kollektor des Transistors T2 der ersten Schleife verbunden.
Die Rückkopplungsschleife des Transkonduktanzverstärkers 9 weist den Transistor T3 der zweiten Schleife und einen PNP-Transistor T6 auf. Der Ausgang des Verstärkers 9 ist mit der Basis des Transistors T6 verbunden, dessen Emitter mit dem Anschluss oder der Klemme A in Verbindung steht. Der Kollektor des Transistors T6 ist mit der Basis des Transistors T3 verbunden, der Emitter des Transistors T3 ist mit dem Kollektor des Transmitters T2 und mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 9 verbunden. Ein Widerstand R6 ist serienmäßig mit dem Kondensator C4 verbunden und ist zwischen dem Ausgangsverstärker 9 und seinem Vorspanneingang derart geschaltet, dass die Frequenz der dritten Schleife kompensiert wird.
Die Schaltung weist auch eine positive Temperaturkoeffizientenstromquelle 10 zwischen den Klemmen B und M+ auf. Für ihren dynamischen Betrieb, weist die Schaltung auch Kondensatoren auf. Der Kondensator C1 ist in Parallelschaltung mit dem Stromgenerator 10 angeordnet, und dessen negative Klemme ist mit dem Anschluss B verbunden. Der Kondensator C1 sieht eine Wechselstromerdung an der Klemme M+ vor.
Ein Kondensator C5, serienmäßig verbunden mit einem Widerstand R7 ist zwischen die Klemmen A und B geschaltet. Ein Kondensator C6 ist zwischen die Klemmen A und B geschaltet. Die Kondensatoren C5 und C6 und der Widerstand R7 bilden den Wechselstromanschluss der Vermittlung.
2 zeigt eine Spannungsstrom-Kennlinienkurve zwischen den Klemmen A und B der Schaltung. Diese Kennlinie wird durch die erste Schleife bestimmt, d. h. durch die Stromquelle 10, den Operationsverstärker 3, die Widerstände R1, R2, R5, die Dioden D1, D2 und die Transistoren T1, T2.
Die Leitungsspannung VL ist gleich der Summe der Spannungen an den Anschlüssen oder Klemmen R1, R2, R5. Die Spannung an R5 ist gleich dem Produkt des Leitungsstroms IL mit dem Widerstand R5. Bei Nichtvorhandensein des Sprachsignals zwischen den Klemmen M+ und M– ist die Spannung an dem Widerstand R2 gleich 2Vbe, wobei Vbe den Basisemitterspannungsabfall eines Transistors darstellt (d. h. den Spannungsabfall an den in Durchlassrichtung vorgespannten Dioden D1 und D2). Die Spannung an dem Widerstand R1 ist gleich dem Produkt des Widerstands R1 mit der Summe des Stroms Idc, geliefert durch die Quelle 10 und dem im Widerstand R2 zirkulierenden Strom. Dieser Strom im Widerstand R2 ist gleich 2Vbe/R2. Daher kann die Beziehung zwischen der Leitungsspannung VL und dem Leitungsstrom IL wie folgt ausgedrückt werden: VL0 = IL*R5 + 2 (1 + R1/R2) Vbe + Idc*R1
Diese charakteristische Kurve oder Kennlinie liefert von einem Wert V0 entsprechend 2(1 + R1/R2)Vbe + Idc*R1 eine Neigung, bestimmt durch den Widerstand R5. Die Stromquelle 10 kompensiert die Veränderungen des Wertes der Basisemitterspannungen Vbe als eine Funktion der Betriebstemperatur. Somit ist V0 eine temperaturkompensierte Bezugsspannung. Bei niedrigen Strömen, d. h. IL < IS1, wird V0 reduziert und zwar durch allmähliches Reduzieren von Idc. Dies wird durch eine externe Schaltung gesteuert.
Im dynamischen Betrieb, d. h. bei Vorhandensein eines Sprachsignals, oszilliert die Spannung der Leitung VL um einen Wert VL0, bestimmt durch die obige Beziehung.
Die Stromsteuerung der LED 1 wird durch die zweite Schleife vorgesehen, d. h. die Stromquelle 7, den Operationsverstärker 6, die Widerstände R3, R4, die Diode D3 und die Transistoren T3, T4, T5. Der Widerstand R3 besitzt einen niedrigen Wert und wird dazu verwendet, den Strom I_LED in der LED 1 zu messen (und zwar fließend in den Komponenten 1, R3, T2 und R5). Dieser Strom wird mit einem Bezugsstrom verglichen, der durch den Generator 7 erzeugt wird und der in den Widerstand R4 fließt. Diese zweite Rückkoppelungsschleife zielt darauf ab, einen begrenzten Teil des Leitungsstromes IL in der LED 1 fließend vorzusehen. Solange, wie in 3 gezeigt, der Leitungsstrom IL kleiner ist als ein Schwellenwert Is2, ändert sich der Strom in der LED 1, wie der Strom IL. Sobald der Leitungsstrom IL ausreicht, wird der Strom in der LED 1 auf diesen Schwellenwert Is2 begrenzt.
Der Schwellenwert Is2 wird durch die Werte der Widerstände R3 und R4 bestimmt und aus dem Strom Iref, vorgesehen durch die Bezugsstromquelle 7: Is2 = Iref*R4/R3
Der verbleibende Teil des Leitungsstroms, d. h. die Differenz zwischen dem Leitungsstrom IL und dem Schwellenstrom Is2, fließt im Transistor T3. Wenn jedoch IL kleiner wird als Is2, so wird die Schleife gesättigt. Der Transistor T3 schaltet ab oder begrenzt und die Eingangsspannungen des Operationsverstärkers 6 sind nicht mehr gleich. Sodann ist der Strom in der LED 1 gleich IL.
Die dritte Schleife zielt darauf ab, eine Verformung des übertragenen oder gesendeten Signals für hohe Amplitudenauslenkungen des Sprachsignals zu vermeiden. Sie leitet den Strom der LED 1 dann ab, wenn negative Schwünge des Sprachsignals einen Wert besitzen derart, dass die Leitungsspannung VL kleiner ist als eine Schwellenspannung Vs1. Demgemäß geht der Transistor T2 nicht in die Sättigung und bewirkt keine Verformung des gesendeten Signals.
Die zwei Eingänge des Transkonduktanzverstärkers 9 sind jeweils mit dem Kollektor und über die Diode D2 mit dem Emitter des Transistors T2 verbunden. Ein minimaler Spannungsabfall äquivalent zu Vbe wird demgemäß dauerhaft aufrechterhalten zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors T2, wenn die Leitungsspannung niedriger wird als der Schwellenwert Vs1. In der Tat bewirkt in diesem Fall die Rückkopplungsschleife des Verstärkers 9 dass der Transistor T6 eingeschaltet ist. Auf diese Weise wird durch den Transistor T3 die Serienverbindung der LED 1 und des Widerstands R3 kurzgeschlossen. Diese dritte Schleife löscht durch den Transistor T4 den Betrieb der zweiten Schleife, die die LED 1 steuert.
Wenn die Spannung VL höher ist als die Schwellenspannung Vs1, wird die dritte Schleife gesättigt. Der Transistor T6 schaltet bzw. schneidet ab. Auf diese Weise ist diese dritte Schleife nicht während der positiven Schwünge oder während der einen niedrigen Wert besitzenden negativen Schwünge der Leitungsspannung VL aktiv.
Der Effekt der dritten Schleife ist insbesondere dann nützlich, wenn die Bezugsspannung V0 niedrig ist. Unter diesen Bedingungen steigt das Risiko der Sättigung des Transistors T2 während der negativen Schwingungsanteile bzw. Schwünge an, wenn die LED 1 nicht geshuntet ist, da V0 ebenfalls gleich dem LED-Abfall plus dem Kollektoremitterabfall des Transistors T2 plus dem Abfall am Widerstand R3, erzwungen durch die erste Schleife ist.
3 zeigt den Strom LED in der LED 1 als eine Funktion des Leitungsstroms IL bei Nichtanwesenheit von Sprachsignalen.
Solange der Leitungsstrom IL nicht einen Wert Is1 erreicht, und zwar entsprechend der Schwellenspannung Vs1, wird die LED 1 geshuntet (Phase 1), und kein Strom fließt darinnen. Dies ergibt sich aus der Wirkung der dritten Schleife, wobei die zweite Schleife gesättigt ist.
Wenn der Leitungsstrom zwischen dem Schwellenstrom Is1 und dem Schwellenstrom Is2 liegt, so ist Iled-IL (Phase 2). Dies ist die Wirkung nur der ersten Schleife, wobei die zwei anderen Schleifen nicht in Betrieb sind.
Wenn der Leitungsstrom IL höher ist als der Schwellenwert Is2, ist Iled auf Is2 beschränkt (Phase 3). Dies ist die Wirkung der zweiten Schleife, wobei die dritte Schleife gesättigt ist.
Die 4 bis 7 sind Zeitsteuerdiagramme, welche die Betriebsphasen veranschaulichen und zwar als eine Funktion der Sprachsignalschwünge oder Auslenkungen. Diese Figuren repräsentieren die Leitungsspannung VL, die dem Anodenpotential der LED 1 entsprechen und dem Potential Vk an der Kathode der LED 1. In diesen Figuren wird angenommen, dass der Leitungsstrom IL höher ist als der Schwellenwert Is2, bei Nichtvorhandensein des Sprachsignals. Anders ausgedrückt, befinden wir uns in dem eine niedrige Neigung besitzenden Teil der Spannungsstromcharakteristik der Leitung.
4 zeigt kleine Schwingungen oder Auslenkungen der Leitungsspannung VL, d. h. ein Sprachsignal mit einer niedrigen Amplitude von ungefähr VL0. In diesem Falle ist die LED 1 dauerhaft leitend und Vk = VL – VD, wobei VD der nominale Spannungsabfall der LED 1 ist. Wir befinden uns in der Phase 3 der 3, für die die zweite Schleife in Betrieb ist, während die dritte Schleife nicht in Betrieb ist.
5 veranschaulicht höhere Schwingungen oder Auslenkungen des Sprachsignals um den Wert VL0 herum derart, dass die negativen Schwingungsanteile oder Auslenkungen von VL den Schwellenwert Vs1 erreichen. In diesem Falle wird die dritte Schleife in den Betrieb kommen und die LED 1 (Phase 1) shunten. Die Kollektoremitterspannung des Transistors T2 wird auf Vbe gehalten, und zwar durch die dritte Schleife. Demgemäß wird das Potential Vk der Kathode der LED 1 ebenfalls auf einer Spannung VS2 gehalten, die gleich Vbe plus dem Spannungsabfall im Widerstand R5 (VS2 = Vbe + ILR5) ist. Der Spannungsabfall an der LED, VL-Vk, ist nunmehr kleiner als der normale Wert VD. Dies ist so infolge des partiellen Shuntens der LED. Diese Situation setzt sich für noch höhere Signalauswanderungen oder Ausweichungen fort, bis die LED völlig geshuntet ist, d. h. der LED Abfall ist gleich Vbe(3) + VCEsat(6), wobei Vbe(3) die Basisemitterspannung des Transistors T3 ist und VCEsat(6) die Sättigungskollektor-Emitterspannung des Transistors T6 ist.
Wenn negative Schwingungsanteile (Auslenkungen oder Schwünge) des Sprachsignals bewirken, dass die Leitungsspannung VL auf einem noch niedrigeren Wert liegt, so kann die Spannung Vk der Kathode der LED 1 nicht auf VS2 gehalten werden. Dies liegt daran, dass die dritte Schleife sich nunmehr sättigt, wobei die LED völlig geshuntet ist und daher die Kollektor-Emitterspannung des Transistors T2 unter Vbe abfällt. Die Kathodenspannung der LED 1 geht nunmehr hinab auf VL-Vbe(3)-VCEsat(6). Solange der Transistor T2 nicht in die Sättigung geht, folgt Vk der Veränderung der Leitungs spannung VL, wobei dies den Clip oder die Ausformung in Vk am Boden erläutert, wie dies in 6 gezeigt ist. Wir sind dabei stets in der Phase 1, wobei die ersten und dritten Schleifen aktiv sind und eine Transmission oder Sendung ohne Verformung des Sprachsignals vorsehen.
7 zeigt Sprachsignalschwingungen, die derart sind, dass die Leitungsspannung VL noch weiter hinunter geht und die Sättigung des Transistors T2 bewirkt. Das Sprachsignal kann nicht mehr ohne Verformung übertragen werden, selbst bei Nichtvorhandensein der LED 1, die ohnehin völlig geshuntet ist. Der Wert ILRS + VCEsat(2) (wobei VCEsat(2) die Sättigungskollektor-Emitterspannung des Transistors T2 ist) für die Spannung VL an ihrer negativen Auslenkung bildet somit die Grenze des Betriebs des Verstärkers gemäß der Erfindung um ein unverformtes Signal zu übertragen.
Als ein Beispiel kann die LED 1 eine Nominalspannung VD gleich 2 V besitzen. Wir nehmen an, dass auf der Leitung eine Gleichstromleitungsspannung VL0 sich befindet, die sich zwischen 3,5 und 5,5 V verändert und zwar für IL = 20 mA bzw. 100 mA, wobei ein Sprachsignal vorgesehen ist, dessen Schwünge oder Auslenkungen nicht höher sind als 2 V Spitze. Es ist sodann möglich für die Widerstände und Kondensatoren die folgenden Werte auszuwählen:

R1 : 17 kΩ C1 : 4,7 μF

R2 : 39 kΩ C2 : 5 pF

R3 : 6 Ω C3 : 20 pF

R4 : 5 Ω C4 : 20 pF

R5 : 20 Ω C5 : 100 μF

R6 : 9 kΩ C6 : 10 nF

R7:600Ω
Für IL = 20 mA ist die Kollektoremitterspannung des Transistors T2 ungefähr 1,1 V. Sie ist gleich 1,5 V, wenn IL = 100 mA ist. Bei Nichtvorhandensein der dritten Schleife würde das Sprachsignal verformt werden und zwar sobald die Sprachsignalauslenkungen einen Spitzenwert von ungefähr 0,9 V (1,1 V – VCEsat(2) bei IL = 20 mA und 1,3 V bei IL = 100 mA) erreichen. Erfindungsgemäß wird dieses Signal nicht verformt. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der LED-Abfall von 2 V geshuntet wird, und zwar mit einer niedrigeren Spannung gleich 0,9 V (Vbe(3) + VCEsat(6)). Daher gibt es mindestens 2,0 – 0,0 = 1,1 V mehr Raum für den Transistor T2 sich zu sättigen.
8 zeigt ein Beispiel einer detaillierten Implementierung der Schaltung der 2. Diese Schaltung weist die Anschlüsse A, B, M+ und M– auf. Diese Schaltung weist auch einen Anschluss oder eine Klemme Vcc auf, die eine gesonderte und stabile Versorgung für den Verstärker A1 3 vorsieht. Die Vcc Versorgung wird erhalten aus der Leitung mittels eines Widerstandes R12 und eines Kondensators C7, und zwar in Serie geschaltet zwischen den Anschlüssen oder Klemmen A und B. Die Vcc Versorgung wird auch dazu verwendet, um die Vorspannungsströme von einigen Transistoren der Schaltung zu erzeugen, und zwar insbesondere derjenigen, die den Verstärker A1 3 bilden. Die Details der Schaltung zum Erhalt dieser Ströme sind nicht gezeigt, wobei nur zwei Klemmen oder Anschlüsse dargestellt sind, die jeweils in 8 die Vorspannung P und die Vorspannung N repräsentieren.
Der Operationsverstärker A1 3 weist elf Bipolartransistoren T7–T17 auf. Der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers 3 entspricht der Basis eines NPN-Transistors T7. Sein nicht-invertierender Eingang entspricht der Basis eines NPN-Transistors T8. Sein Ausgang erfolgt an dem Emitter eines PNP-Transistors T9. Der Kollektor des Transistors T7 ist mit einem Anschluss Vcc verbunden, wohingegen sein Emitter mit dem Kollektor eines NPN-Transistors T10 verbunden ist, dessen Emitter (Anschluss oder Klemme B) geerdet ist. Der Emitter des Transistors T7 ist ebenfalls mit der Basis eines PNP Transistors T11 verbunden. Der Emitter des Transistors T11 ist mit dem Emitter eines PNP-Transistors T12 mit dem Kollektor eines PNP-Transistors T13 verbunden, dessen Emitter mit Anschluss Vcc verbunden ist. Die Basis des Transistors T12 ist mit dem Emitter des Transistors T8 verbunden, dessen Kollektor mit Anschluss Vcc verbunden ist, und dessen Basis den invertierenden Ein gang des Verstärkers 3 bildet. Der Emitter des Transistors T8 ist ebenfalls mit dem Kollektor eines NPN-Transistors T14 verbunden, dessen Emitter geerdet ist. Die Kollektoren der Transistoren T11 bzw. T12 sind jeweils mit den Kollektoren der NPN-Transistoren T15 bzw. T16 verbunden. Die Basen der Transistoren T15, T16 sind mit dem Kollektor des Transistors T15 verbunden, und ihre Emitter sind geerdet. Der Kollektor des Transistors T16 ist mit der Basis des Transistors T9 verbunden, dessen Kollektor geerdet ist. Der Emitter des Transistors T9, der den Ausgang des Verstärkers 3 bildet, ist mit dem Kollektor eines PNP-Transistors T17 verbunden, dessen Emitter mit dem Anschluss Vcc verbunden ist. Die Basen der Transistoren T13 und T17 sind mit der Anschlussvorspannung P verbunden.
Der Operationsverstärker A2 6 weist fünf Bipolartransistoren T18-T22 auf. Der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers 6 entspricht der Basis eines PNP-Transistors T18. Sein invertierender Eingang entspricht der Basis eines PNP-Transistors T19, während sein Ausgang dem Kollektor des Transistors T19 entspricht. Der Emitter des Transistors T18 ist mittels des Emitters des Transistors T19 mit dem Kollektor eines PNP-Transistors T20 verbunden, dessen Emitter mit Anschluss A verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren T18, T19 sind jeweils verbunden mit den Kollektoren der NPN-Transistoren T21 bzw. T22. Die Basen der Transistoren T21, T22 sind mit dem Kollektor des Transistors T21 verbunden, und ihre Emitter sind geerdet.
Der Transkonduktanzverstärker gm 9 weist sechs Bipolartransistoren T23-T28 auf. Der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers 9 entspricht der Basis eines PNP-Transistors T23. Sein invertierender Eingang entspricht der Basis eines PNP-Transistors T24, während sein Ausgang von dem Kollektor eines PNP-Transistors T25 abgegriffen wird und zwar durch einen Widerstand R8. Der Emitter des Transistors T23 ist mit dem Emitter des Transistors T24 zum Kollektor eines PNP-Transistors T26 verbunden oder geschaltet, wobei dessen Emitter mit der Klemme A verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren T23 bzw. T24 sind jeweils verbunden mit den Kollektoren der NPN-Transistoren T27 bzw. T28. Die Basen der Transistoren T27, T28 sind mit ih rem eigenen Kollektor verbunden, während deren Emitter geerdet sind. Der Emitter des Transistors T25 ist geerdet und seine Basis mit dem Kollektor des Transistors T24 verbunden. Ein Widerstand R9 ist zwischen einen Widerstand R8 und den Anschluss bzw. die Klemme A geschaltet.
Der Bezugsstromgenerator 7 und die Polarisationsgeneratoren 5 und 8 entsprechen jeweils den PNP-Transistoren T29, T30, T31. Die Emitter der Transistoren T29 und T31 sind mit dem Anschluss A verbunden, während der Emitter des Transistors T30 mit dem Anschluss Vcc verbunden ist. Der Ausgang jedes Generators 5, 7 und 8 entspricht jeweils dem Kollektor eines entsprechenden Transistors T30, T29 und T31. Die Stromquelle 10 mit positivem Temperaturkoeffizient weist einen NPN-Transistor T32 auf, dessen Emitter geerdet ist und dessen Kollektor mit dem positiven Eingang M+ des mikrofonverstärkten Signals verbunden ist. Die Dioden D1 und D2 entsprechen den entsprechenden NPN-Transistoren T33, T34, deren Basis und Kollektor verbunden sind. Die Schaltung weist auch drei Transistoren T35, T36 und T37 auf, und zwar zum Vorspann der verschiedenen Transistoren der Verstärker 6 und 9. Der Emitter eines PNP-Transistors T35 ist mit dem Anschluss A verbunden während sein Kollektor mit der Basis eines PNP-Transistors T36 verbunden ist und ferner mit dem Kollektor eines NPN-Transistors T37. Der Emitter des Transistors T37 ist geerdet. Der Emitter des Transistors T36 ist mit der Basis des Transistors T35 verbunden, während die Basis des Transistors T37 mit der Anschlussvorspannung N verbunden ist. Die Basen der Transistoren T20, T26, T29, T30 und T31 sind miteinander mit dem Emitter des Transistors T36 verbunden, während die Basen der Transistoren T10, T14 und T32 mit der Basis des Transistors T37 verbunden sind (Anschlussvorspannung N). Ein Widerstand R10 ist zwischen den Eingängen M+ und M– des Sprachsignals angeordnet, und ein Widerstand R11 ist zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors T3 angeordnet.
Die anderen in 8 erscheinenden Elemente werden mit dem gleichen Bezug wie in 1 bezeichnet.
Natürlich können verschiedene Abwandlungen und Modifikationen der Erfindung für den Fachmann gegeben sein. Insbesondere kann jede der bestimmten offenbarten Komponenten (Operationsverstärker, Transkonduktanzverstärker, Stromquellen, Dioden ...) durch eine oder eine Vielzahl (20512) von Elementen ersetzt werden, die die gleiche Funktion besitzen, vorausgesetzt man verbleibt innerhalb des Bereichs der Ansprüche. Die Stromquellen, gebildet durch Transistoren können beispielsweise mittels Widerständen realisiert werden.

Claims

Sende- bzw. Übertragungsverstärker für ein Telefonset oder Telefon ohne Selbstversorgung, der eine LED (1) mit einer mit einem ersten positiven Anschluss (A) der Telefonleitung verbundenen Anode und Mittel zum Bestimmen des Verhältnisses zwischen dem Leitungsstrom (IL) und der Leitungsspannung (VL) aufweist, gekennzeichnet durch Versorgungsmittel zum Versorgen der LED (1) mit einem Konstantstrom und Ableitungsmittel aufweist, die einen Transkonduktanzverstärker (9) aufweisen, dessen Rückkoppelschleife einen Schalter (T3) steuert, der den Strom ableitet, der in der LED (1) fließt, wenn die Spannung (VL) über die Anschlüsse (A, B) der Leitung niedriger wird als ein vorbestimmter Wert (Vs1).
Sende- bzw. Übertragungsverstärker nach Anspruch 1, wobei die Versorgungsmittel einen ersten Operationsverstärker (6) aufweisen, der den Strom (Iled) in der LED (1) misst und dessen Rückkoppelschleife diesen Strom (Iled) auf einen Wert (Is2) begrenzt, der durch einen Referenzstromgenerator (7) bestimmt wird.
Sende- bzw. Übertragungsverstärker nach Anspruch 2, wobei die Kathode der LED (1) mit einem nicht invertierenden Eingang des ersten Verstärkers (6) verbunden ist.
Sende- bzw. Übertragungsverstärker nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Referenzstromgenerator (7) einen bipolaren PNP-Transistor (T29) aufweist mit einem mit dem ersten Anschluss (A) der Leitung verbundenen Emitter und einem mit dem invertierenden Eingang des ersten Verstärkers (6) verbundenen Kollektor.
Sende- bzw. Übertragungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schalter einen NPN-Transistor (T3) aufweist, dessen Kollektor mit dem ersten Anschluss (A) der Leitung verbunden ist und des sen Emitter über einen niederwertigen Widerstand (R3) mit der Kathode der LED (1) verbunden ist.
Sende- bzw. Übertragungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abzleitungsmittel auch die Versorgungsmittel trennen.
Sende- bzw. Übertragungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Mittel zum Bestimmen des Verhältnisses zwischen dem Leitungsstrom (IL) und der Leitungsspannung (VL) einen zweiten Operationsverstärker (3) aufweisen, dessen invertierender Eingang das zu übertragende Sprachsignal empfängt, und zwar hinzuaddiert zu einer Gleichstromkomponente der Leitungsspannung (VL0), die durch eine Telefonvermittlung oder Telefonzentrale geliefert wird.
Sende- bzw. Übertragungsverstärker nach Anspruch 5, wobei die Rückkoppelungsschleife des zweiten Verstärkers (3) zwei Darlingtonverbundene NPN-Transistoren (T1, T2) und zwei Dioden (D2, D1) aufweist, wobei der Kollektor des zweiten Transistors (T2) mit dem invertierenden Eingang des Transkonduktanzverstärkers (9) verbunden ist und der nicht-invertierende Eingang des Transkonduktanzverstärkers (9) mit der Anode der zweiten Diode (D2) verbunden ist.