FR2464594A1 - Reseau de regulation parallele d'une tension electrique, notamment la tension d'une ligne telephonique pour un poste d'abonne a circuits electroniques - Google Patents

Abstract

CIRCUITS D'ALIMENTATION COMPRENANT UN REGULATEUR SHUNT POUR STABILISER LA TENSION ELECTRIQUE D'UNE SOURCE D'ALIMENTATION, PLUS PARTICULIEREMENT LA TENSION D'UNE LIGNE TELEPHONIQUE D'ABONNE. LES CIRCUITS DE L'INVENTION COMPRENNENT UN PREMIER AMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL DE REGULATION A ET UN SECOND AMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL A COMPARANT LA CHUTE DE TENSION PRODUITE PAR LE COURANT I DE LA SOURCE REGULEE (COURANT DE LIGNE) DANS UNE RESISTANCE FIXE R AVEC UNE TENSION DE REFERENCE VR POUR COMMANDER LE NIVEAU DE REFERENCE DE L'AMPLIFICATEUR DE REGULATION. AU-DESSUS D'UN SEUIL DE COURANT I, L'AMPLIFICATEUR A EST SATURE ET LA REGULATION S'EFFECTUE NORMALEMENT, MAIS AU-DESSOUS DU SEUIL, LE NIVEAU DE REFERENCE VRVK DE L'AMPLIFICATEUR A DECROIT AVEC CE COURANT, AINSI DONC QUE LA TENSION D'ALIMENTATION REGLEE. APPLICATION A L'ALIMENTATION DE CIRCUITS TELEPHONIQUES INTEGRES, TELS QUE DES AMPLIFICATEURS D'EMISSION ET DE RECEPTION, DANS DES APPAREILS SUSCEPTIBLES D'ETRE MONTES EN PARALLELE AVEC DES APPAREILS CLASSIQUES A MICROPHONE AU CHARBON.

Description

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La présente invention concerne un réseau de régulation de tension, plus particulièrement un régulateur shunt destiné à un circuit

électronique dans un appareil téléphonique d'abonné.

Dans la pratique du téléphone, le microphone à charbon est reconnu comme critère international auquel sont comparés d'autres appareils. Depuis l'introduction des postes téléphoniques dit électroniques", c'est-à-dire dans lesquels les transducteurs sont utilisés conjointement avec des circuits électroniques, le problème du fonctionnement de plusieurs postes en parallèle se pose. Evidemment, si l'on veut obtenir un fonctionnement correct de deux postes téléphoniques connectés en parallèle sur la même ligne, leurs caractéristiques de

terminaison de la ligne doivent être compatibles. Toutefois, le micro-

phone à charbon est une résistance sensible à la pression qui est impossible à prévoir. Sa valeur varie non seulement en fonction du signal de parole, mais aussi de la moyenne de l'onde de pression, de la

position du combiné, et du moment de la journée.

Selon d'autres facteurs compliqués, la valeur de cette résistance est si petite que, quand elle est alimentée par une longue ligne, dans lequel cas le courant de ligne est faible, la tension obtenue aux bornes du poste téléphonique est basse, c'est-à-dire de 1,5 à 2,5 volts, et comme les connexions peuvent se faire dans un sens ou dans l'autre, la polarité d'alimentation du poste téléphonique peut être inversée. On a résolu le problème du fonctionnement d'un circuit électronique dans de telles conditions par l'utilisation de l'amplificateur de pont, tel qu'il est décrit et revendiqué dans le

brevet britannique n0 43602/78.

Le but de la présente invention est de fournir un dispositif perfectionné destiné à l'utilisation dans un circuit téléphonique, si possible mais pas obligatoirement associé aux dispositifs du brevet précité. Selon l'invention il est fourni un circuit de régulation shunt de tension électrique, qui comprend un premier amplificateur à l'une des entrées duquel on applique une tension provenant d'une source de tension tandis qu'à une autre entrée est appliquée une première tension de référence de telle sorte que la sortie de l'amplificateur

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est une tension proportionnelle à la différence desdites tensions, ladite sortie fournissant la sortie réglée du circuit, une connexion de contreréaction de la sortie de l'amplificateur à sa première entrée, une autre sortie du premier amplificateur à partir de laquelle on applique une tension proportionnelle à la tension de sortie de celui-ci à une première entrée d'un second amplificateur à la seconde entrée duquel est appliquée une seconde tension de référence, et une connexion de la sortie du second amplificateur à la source de la première tension de référence par l'intermédiaire de laquelle ladite première tension de référence peutêtre réglée selon la valeur de la tension de sortie dudit second amplificateur, de façon que, quand le courant dans le circuit auquel est appliquée la sortie réglée varie, la tension de sortie du premier amplificateur est sujette à une variation très faible au-dessus d'un certain niveau de seuil mais à une variation relativement élevée audessous du seuil, la tension décroissant avec le courant au-dessous

dudit seuil.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description détaillée qui va suivre, faite à titre d'exemple non-

limitatif en-se reportant aux figures annexées qui représentent

- Figures 1,2 et 3 des graphiques explicatifs.

- Figure 4 un schéma de circuit simplifié d'une réalisation

de la présente invention.

- Figures 5 et 6 d'autres graphiques explicatifs.

- Figure 7 un schéma de circuit plus détaillé d'une

réalisation de l'invention.

- Figure 8 un schéma d'un circuit téléphonique électronique utilisant le dispositif de l'invention, ainsi que l'amplificateur de

pont du brevet précité n0 43602/78.

Afin de rendre le réseau électronique compatible avec un poste utilisant un transducteur au charbon, on a employé le nouveau système du brevet précité, ce qui a donné au poste téléphonique lectronique une caractéristique statique tension courant

particulière. Cependant, un tel poste téléphonique avec ses carac-

téristiques inhabituelles, doit supporter à la fois la basse tension imposée au circuit téléphonique 'lectronique' (qui peut comporter un autre type de transducteur que le microphone au charbon) par le microphone au charbon, et à la moyenne élevée des fluctuations à des courants de ligne faibles de cette tension terminale due à des ondes de

pression pendant la parole.

Un décalage de tension dynamique de cette sorte est illustré par la fig. 1, dont la partie supérieure représente schématiquement un transducteur au charbon avec'des ondes sonores incidentes. Le graphique représente la tension fluctuante produite aux bornes du transducteur pour les mots UN et DEUX, et quand le combiné est secoué ceci indique la réponse aux mots forts-.

On va maintenant se reporter à la figure 2 qui est la carac-

téristique tension-courant pour une puce de circuit intégré destinée à être utilisée dans un poste téléphonique 'lectronique'. On remarquera particulièrement la 'région de coupure' du dispositif. Là, une faible variation de tension aux bornes du poste entraîne des variations importantes du courant dans le réseau électronique, ce qui est gênant à la fois pour celui-ci et pour un transducteur au charbon monté en

parallèle avec lui.

Il y a deux courbes, désignées par les références RESEAU 1 et RESEAU 2, respectivement pour des tensions de 3 et de 2 volts aux bornes

du poste à l'état statique.

Dans le cas de RESEAU 1, le compromis consiste à essayer d'optimiser une bonne amplitude de signal, qui augmente directement en fonction d'une chute de tension, tout en minimisant la dissipation de

puissance à des courants de ligne élevés, qui s'accroit également directe-

tement en fonction d'une chute de tension. Malheureusement si ce compromis est satisfaisant à la fois pour l'amplitude de signal et la dissipation de puissance, sit8t qu'un poste à microphone au charbon est placé en

parallèle, le point de fonctionnement pénètre dans la région de coupure.

Dans le cas de RESEAU 2, l'amplitude de signal sur ligne longue est sacrifiée pour améliorer le fonctionnement en parallèle, mais cela aussi présente des difficultés dans le cas d'un combiné secoué qui peut amener le circuit électronique dans sa région de coupure comme l'indique la flèche. Il y a aussi des difficultés dues à des

transducteurs au charbon à faible résistance.

La technique sur laquelle repose le régulateur de tension de

la présente invention consiste à diviser la caractéristique de fonction-

nement en deux régions, comme le montre la figure 3. La première de ces régions est une région de tension constante (à droite sur la figure), à l'intérieur de laquelle une variation dans le courant du poste entraîne de très faibles variations de la tension à ses bornes, et qui est choisie pour des considérations telles que la dissipation sur ligne courte et une bonne amplitude de signal. L'autre région, comprise entre la région de tension constante et la région de coupure est une région dite de courant, qui permet à la tension' au borne du poste de varier d'environ 1,5 volts avec très peu de différence dans les conditions de fonctionnement du réseau. électronique. 4 Quand un circuit de poste téléphonique comprend un régulateur de tension ayant une caractéristique du type représenté dans la fig. 3, il reçoit le courant de ligne entrant et sa sortie contr8le les conditions de fonctionnement de l'amplificateur principal pour le microphone du poste, qui n'est pas supposé être un microphone au charbon; ce pourrait être par exemple un microphone à bobine mobile ou un microphone à électret. Néanmoins, le dispositif est également utilisable conjointement avec un microphone à charbon. La façon dont on utilise le régulateur dans un circuit de poste téléphonique sera

expliquée dans la description relative à la fig. 8.

Si l'on utilise un circuit de ce type dans un circuit téléphonique, un fonctionnement en parallèle avec un microphone au charbon n'entraîne jamais le réseau électronique à pénétrer dans la région de coupure à cause des grandes fluctuations de la tension

terminale qui peuvent se produire pendant la parole.

Pour produire la caractéristique tension-courant de la fig.3, le réseau électronique comprend deux blocs de circuit dont le premier est fondamentalement un régulateur shunt qui utilise la tension de référence maximale d'un circuit intégré bipolaire. La fig. 4 représente une réalisation simple de ce type de circuit, A étant un amplificateur de transconductance de haut gain ayant une sortie à impédance élevée,

d'environ 20 kOhms, son gain gi est de l'ordre de 50 ampères par volts.

L'amplificateur A compare la tension appliquée à son entrée inverseuse à partir de la source d'alimentation d'un générateur de tonalité, avec la tension de référence de 3,4 volts, appliquée à partir de la source BG à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur. La sortie de cet amplificateur est appliquée à l'un des c8tés de la ligne, de telle sorte que l'amplificateur exerce une influence sur le courant de

ligne IL et la tension de ligne VL, comme l'indique la fig. 4.

L'amplificateur a une transconductance élevée (gm), qui, en admettant que IC - 0, signifie que l'erreur de tension V (égale à IL/gm) serait proche de zéro (5 mV), de telle sorte que la tension terminale dans un tel cas serait de zéro. Si, comme c'est le cas dans la pratique, IC n'est pas égal à zéro, la tension de ligne est

donnée par VL = Vr + ICR1.

Vr étant la tension de référence fournie par BG et R1 la résistance de contre-réaction de l'amplificateur A. C'est ce qui

explique la pente légère dans les courbes VL = f (IL).

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L'une des exigences du circuit électronique est qu'il doit fournir jusqu'à 1 mA pour l'alimentation dont il est fait mention plus haut. Quand on utilise un tel système la tension à travers le condensateur C5 est égale à Vr, plus la petite erreur de tension V, même si du courant est absorbé à la borne B. Ainsi le système augmente simplement la tension de ligne d'une quantité IT x R1, quand le circuit intégré générateur de tonalité consomme son courant IT* Outre les exigences indiquées plus haut pour une simple régulation shunt, le circuit doit être à même de coupler le signal sur

la ligne, et l'impédance de sortie dans la bande d'audiofréquence (300 -

3,4 kHz) doit être de 600 ohms. De façon à introduire le signal sur la

ligne, on introduit un signal d'erreur dans la boucle de contre-

réaction, celui-ci étant alors amplifié et directement appliqué sur

la ligne.

Pour produire la pente élevée de la courbe tension-courant en dessous de 20 mA (voir fig. 3;, on ajoute un bloc supplémentaire de réglage du niveau de référence. L'idée de base est de changer la tension de référence en fonction du courant de ligne, c'est-à-dire que plus le courant est faible plus la tension de référence est faible au-dessous d'un courant de ligne précisé. Les deux courbes des fig. 5 et 6 représentent les caractéristiques requises, qui permettent à la totalité

de Vr d'être utilisable dans le fonctionnement normal, c'est-à-dire non-

parallèle, à un courant de ligne supérieur à 20 mA.

Le bloc de réglage du seuil, ainsi que le bloc de régulation de tension, sont représentés dans la figure 7, avec quelques graphiques

explicatifs les accompagnant.

La tension aux bornes de R6 est approximativement égale au produit du courant de ligne et de la valeur de R6: ainsi, quand cette tension VR6 décroît jusqu'à une valeur Vrl qui est la tension de référence pour un second amplificateur Al,cet amplificateur Al, qui était précédemment saturé, commence à amplifier la tension différentielle positive Vrl - VR6 et sa tension de sortie VK décroissante est utilisée pour diminuer le niveau de référence. Vr du

bloc régulateur.

Ainsi, on remarque que quand le courant de ligne IL décroît, la tension aux bornes de R6 décroît également, ce qui change la valeur de Vx à l'entrée de A1. On utilise la version amplifiée de cette tension Vx, par l'intermédiaire d'Al, pour changer la tension de base VL qui décroit à mesure que le courant de

ligne décroît.

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Le seuil pour cette séquence d'abaissement du niveau de référence de la régulation est établi par la tension de référence Vrl et la valeur de la résistance de contre-réaction R1. Les composants Ry et C8 ne sont pas directement concernés, mais ils sont nécessaires quand les deux blocs sont utilisés pour la transmission

de signaux vers la ligne.

Dans le schéma fonctionnel de la fig. 8, le bloc désigné par la référence PAP contient l'amplificateur de pont décrit et revendiqué dans le brevet britanique n0 43602/78, et il produit la tension

d'alimentation positive pour le circuit à travers la résistance R1.

Les tensions de parole entrantes dans l'appareil téléphonique par l'intermédiaire des bornes des fils de ligne atteignent l'écouteur à travers la borne 14, le condensateur C6, la borne 9, la résistance Z1 du circuit d'effet local CEL, la borne 10, l'amplificateur de

réception ARX et le circuit de puissance de sortie PRX.

Ce dernier bloc comprend autant d'amplification

supplémentaire qu'il peut en falloir.

On notera qu'à cause des caractéristiques de l'amplificateur de pont dans le bloc PAP, comme cela est expliqué dans le brevet cité ci-dessus, la tension continue de la ligne est rendue utilisable par le bloc d'alimentation avec de très faibles chutes de tension par rapport à la tension de ligne entrante. Ceci, comme l'explique le précédent brevet, est particulièrement important quand l'appareil est connecté à une longue ligne, ou quand il est monté en parallèle avec un appareil téléphonique à basse tension, par exemple

munis d'un microphone au charbon.

La tension d'alimentation positive est également appliquée à un amplificateur de référence A.R, o elle est comparée à une tension de référence Vr produite intérieurement. Le signal d'erreur produit par cette comparaison à la sortie de l'amplificateur ARF est utilisé pour régler l'amplification des signaux de parole et autres signaux à fréquence vocale sortants par l'intermédiaire de la connexion représentée de l'amplificateur AEF à l'amplificateur principal APL et au circuit de commande de ligne CCL. Dansla figure 8, la combinaison des amplificateurs AXLF et APL et du circuit CCL constitue un ensemble Équivalent à l'amplificateur A des figures 4 et 7. Le circuit qui produit la tension Vr est contr8lé par un circuit de réglage de niveau

CRN, qui correspond à l'amplificateur Al de la fig. 7.

Une corrélation des figures 7 et 8 montre des connexions identiques entre la sortie du circuit CRES et l'entrée de référence de l'amplificateur AEF

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(figure 8) et entre la sortie de l'amplificateur AI et l'entrée de référence de l'amplificateur A. La figure 8 indique de façon plus précise la connexion de l'entrée supérieure de l'amplificateur ARM (première entrée de A, figure 7) avec la borne d'alimentation positive 3. La sortie de l'ampli-

ficateur de régulation A (figure 7) couplée à une entrée de l'amplifica-

teur A1, correspond sur la figure 8 à la sortie principale du circuit de commande de ligne CCL qui est connectée à l'entrée supérieure du circuit de réglage de niveau CRN par les résistances ra et rb

équivalentes à la résistance Ry de la figure 7.

La sortie de l'amplificateur A couplée à un fil de ligne (figure 7) est représentée figure 8 par la connexion d'une autre sortie du circuit CCL avec la borne positive 1 du pont d'alimentation PAP, et le circuit de contre-réaction sur l'entrée supérieure de l'amplificateur de régulation ARF comprend donc le pont PAP, la borne 14, la résistance Rl et la borne 3. On retrouve également en trait pointillé sur la figure 8, les connexions des condensateurs C5 et C8 entre la borne de masse 2 et les bornes d'entrée respectives 3 et 7 de l'amplificateur ARF et du circuit de réglage CRN, ainsi que celle de la résistance R6 entre la masse 2 et la borne 16 correspondant à la sortie principale du circuit CCL. L'entrée de référence du circuit de réglage de niveau CRN (amplificateur AI de la figure 7) n'est pas représentée sur la figure 8 car la tension de référence Vrl est en faite produite à l'intérieur

du circuit CRS par rapport au niveau de la borne de masse 2.

La tension développée entre les bornes 7 et 2 de la figure 8

correspond à la valeur moyenne du courant dans la résistance R6 et.

contr8le ainsi l'abaissement de la tension régulée de la source par le

régulateur, qui apparaît en réalité sur la borne 3. -

La parole venant du microphone passe à travers un amplificateur d'entrée AEN, l'amplificateur principal APL et le circuit de commande de ligne CCL jusqu'à la borne 16, à partir de laquelle elle passe par l'intermédiaire du circuit d'effet local CEL (Zl-Z2),

le condensateur C6, la borne 14 et le bloc PAP jusqu'à la ligne.

La borne 9 du circuit d'effet local est connectée par l'intermédiaire d'un écrêteur symétrique ES à l'entrée de l'amplificateur AEN pour contr8ler ce dernier en accord avec l'amplitude en 9, c'est-à-dire pour

donner une mesure de contr8le automatique de volume.

Quand les signaux de fréquence vocale venant habituellement d'un clavier de numérotation à boutons-poussoirs doivent être envoyés, ces signaux atteignent l'amplificateur principal APL par l'intermédiaire d'un amplificateur de fréquences vocales AFV. En.présence de la parole, ils sont affaiblis au moyen de la connexion représentée de la borne 6 à une entrée de réglage de l'amplificateur AFV, les moyens de contr8le de cette entrée de réglage n'étant pas représentés. Le contr8le des opérations des divers éléments de circuit est également effectué, en accord avec les conditions de ligne à travers un autre amplificateur de

réglage ARE.

Finalement les blocs désignés par la référence PAX et PAN remplissent des fonctions similaires à ceux que remplissent les blocs RXB et RLB du circuit représenté par la figure 4 du brevet britannique

précédemment cité.

Il est à noter que lorsqu'un circuit relativement simple tel que celui de la figure 7 est compris dans un circuit intégré plus complexe, du type représenté figure 8, il n'est pas possible de conserver une correspondance parfaite, borne par borne, du circuit de base. De plus, la fonction du seul amplificateur A de la figure 7 peut être remplie par plusieurs amplificateurs du circuit intégré de la figure 8. Dans le cas représenté, il faut combiner des fonctions de l'amplificateur de référence ARF, de l'amplificateur principal APL et du circuit de commande de ligne CCL pour obtenir la fonction globale de

l'amplificateur A de la figure 7.

Il est bien évident que la description précédente n'a été

faite qu'à titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes

peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention.

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R[VILNDICATIONS

I. L'ircuit de réguldtionl shunt d'une tension électrique, comportant un premier amplificateur (A) à l'une des entrées duquel on applique une tension venant d'une source de tension tandis qu'à une autre entrée on applique une première tension de référence (Vr) de telle sorte que la sortie de l'amplificateur (VL) est une tension variable en fonction de la différence desdites tensions, ladite sortie fournissant la sortie réglée du circuit et une connexion de contre-réaction (RI) étant établie de la sortie de l'amplificateur à sa première entrée, caractérisé par le fait qu'il comporte un deuxième amplificateur tlU (AI ou CRN) à une première entrée duquel est appliquée une tension (Vx) qui est fournie sur une autre sortie dudit premier amplificateur (A ou ARF, AP[, CCL) et qui est proportionnelle à la tension de sortie réglée dudit premier amplificateur, une seconde tension de référence (Vrl) alimentant une seconde entrée dudit deuxième amplificateur et une connexion de la sortie dudit deuxième amplificateur à la source de la première tension de référence par l'intermédiaire de laquelle ladite première tension de référence peut être réglée selon la valeur de la tension de sortie (Vk) dudit deuxième amplificateur, ledit réglage étant tel que les variations de ladite tension de sortie réglée en fonction du courant (IL) 2tJ dans le circuit auquel est connectée la sortie du premier amplificateur sont très faibles quand l'intensité dudit courant est au-dessus d'un certain seuil, mais sont relativement grandes et de même sens que les

variations de courant quand ce dernier tombe au-dessous du seuil.

2. Circuit conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que la connexion de ladite autre sortie du premier amplificateur à la première entrée du second amplificateur comprend une impédance résistive (Ry) et qu'un condensateur (C5) est connecté entre la première entrée du premier amplificateur et un niveau de référence de telle sorte que des signaux à fréquence vocale peuvent être acheminés à travers le

3i premier amplificateur.

3. Circuit électronique destiné à être utilisé dans un appareil téléphonique d'abonné dans lequel la tension de ligne est

réglée par un circuit tel que celui de la revendication 1 ou 2.