HU183146B - Circuit of control of shunt voltage for telephone line circuits - Google Patents

Description

A találmány tárgya söntfeszültség szabályozó áramkör, amely két komparátoros erősítőt tartalmaz, és ezek egyikét az áramkör tápfeszültsége hajtja meg. A második erősítőnek saját referencia feszültsége van, és kimenete a másik erősítő referencia feszültségét változtatja, ahol ezen másik erősítő kimenete a vonalhoz csatlakozik, így egy előre beállított vonaláram felett a feszültségáram jelleggörbe majdnem lapos, míg a küszöb alatt nagyon meredek.

-1183 146

A találmány tárgya söntfeszültség szabályozó áramkör távbeszélő vonaláramkörhöz.

A távbeszélőtechnikai gyakorlatban a szénmikrofont nemzetközi szabványként kezelik és az egyéb készülékeket hozzá hasonlítják. Az úgynevezett elektronikus távbeszélő készülékek alkalmazásának elterjedésével fellép a párhuzamos működés problémája. Az elektronikus távbeszélő készüléknél az átalakítókat egy elektronikus áramkörrel együtt használják fel. Ha ebben a párhuzamos üzemmódban mindkét távbeszélő készüléktől jó minőségű működést várunk el, azok kimeneti jelleggörbéinek kompatibiliseknek kell lenniük. A szénmikrofon azonban nyomásérzékeny ellenállás, amelynek értéke előre nem felbecsülhető. Ellenállása nemcsak a beszédjeltől függően változik, hanem a nyomáshullám átlagától, a kézibeszélő helyzetétől és az érintett napszaktól függően is.

A helyzetet nehezíti az a körülmény is, hogy ezen ellenállás értéke olyan kicsi, hogy amikor a táplálás egy hosszú vonalon keresztül történik, amikor a vonaláram értéke alacsony, akkor a távbeszélő készüléken fellépő feszültség értéke is kicsi, például 1,5-2,5 V körüli lesz, és mivel az összeköttetések bármerre irányulhatnak, a távbeszélő készülék polaritása is megváltozhat. Az ilyen feltételek mellett történő üzemelés bizonyos mértékben megkönnyíthető elektronikus áramkörök alkalmazásával, de ebben az esetben is szükség van olyan söntfeszültség szabályozó áramkörre, amely a szénmikrofonnal való üzemelés sajátosságait figyelembe veszi.

A találmány feladata az itt meghatározott követelményeknek megfelelő söntfeszültség szabályozó áramkör létrehozása.

A találmánnyal összhangban söntfeszültség szabályozó áramkört hoztunk létre, amelyben első erősítő van, és ennek egyik bemenetéhez egy feszültségforrásból egy feszültség csatlakozik, és egy másik bemenetéhez első referencia feszültség csatlakozik oly módon, hogy az erősítő kimenete a feszültségek összehasonlításától függően feszültségfüggő lesz, és ez a kimenet képezi az áramkör szabályozott kimenetét, az áramkörhöz tartozik egy visszacsatolás, amely az erősítő kimenetéről annak első bemenetéhez irányul, az első erősítőnek egy további kimenete van, ahonnan az első erősítő kimeneti feszültségével arányos feszültség egy második erősítő első bemenetéhez van csatlakoztatva, és a második erősítő második bemenetéhez második referencia feszültség csatlakozik, és a második erősítő kimenetéről az első referencia feszültség forrásához egy csatlakozás van kiképezve, és ezen kersztül az első referencia feszültség az erősítő kimeneti feszültségének értékével összhangban változtatható, ahol amint az áram abban az áramkörben, amelynél a szabályozott kimenet változtatja az első erősítő feszültség kimenetét, értékét egy szint felett nagyon kis mértékben változtatja, de változása a küszöbszint alatt viszonylag nagy, a feszültség az árammal együtt a küszöbszint alá csökken.

A találmány egy kiviteli alakját a mellékelt rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon az

1., 2. és 3. ábrák magyarázó diagramok, a

4. ábra a találmány egy kiviteli alakjának egyszerűsített áramköri rajza, az

5. és 6. ábrák további magyarázó diagramok, a

7. ábra a találmány egy kiviteli alakjának egy részletesebb áramköri rajza, és a

8. ábra a találmány szerinti megoldást használó olyan elektronikus távbeszélő áramkör rajza, amely az IE-857 alapszámú szabadalmi bejelentés szerinti híderősítőt is használja.

Mint ismeretes, a szénmikrofont alkalmazó elektronikus átalakítóknál a szénmikrofon tulajdonságai sajátos üzemi feltételeket támasztanak. A találmány szerinti megoldás részletes ismertetése előtt először az 1-3. ábrák kapcsán az ezekre a feltételekre jellemző diagramokat mutatjuk be. A feltételek ismerete ugyanis lényegesen megkönnyíti a találmány szerinti megoldás megértését.

Az 1. ábra felső része vázlatosan szemlélteti a szénmikrofonos átalakítót a beeső hanghullámokkal. A diagram azt az ingadozó feszültséget szemlélteti, amely az átalakítón keletkezik akkor, amikor az angol nyelvű „one” és „two” szavakat ejtik ki, valamint akkor, amikor a kézibeszélőt megrázzák. Ez a hangos szavakra vonatkozó dinamikus feszültségváltozás átvitelére jellemző.

Most a 2. ábrára hivatkozunk, amely egy „elektronikus” távbeszélő készülékben használható integrált áramkörű chip feszültség-áram jelleggörbéjét szemlélteti. Különösen figyeljük meg az elrendezés „levágási” tartományát. Ebben a tartományban az előfizetői készüléken keresztül fellépő kis feszültségváltozás már nagy áramváltozásokat idéz elő az elektronikus hálózatban, és ez nem kedvező az elektronikus hálózat szempontjából, valamint a vele párhuzamos szénmikrofonos átalakító szempontjából sem.

A 2. ábrán két görbét tüntettünk fel, egyet 3 V-os, egyet pedig 2 V-os esetre, amely feszültségeket a készülék kapcsain statikus állapotban mérhetünk.

Az első esetben a 3 V-os görbe esetében a kompromisszum abban van, hogy egy jó jelrezgést kívánunk optimalizálni, amely egyenesen arányos a feszültségeséssel, a magas vonaláramok mellett fellépő teljesítmény disszipáció minimalizálásával szemben, amely disszipáció szintén egyenesen arányos a feszültségeséssel. Sajnos ez a kompromisszum, bár jó mind a jelrezgés, mind pedig a teljesítmény disszipáció szempontjából, mihelyt azonban egy szénmikrofonos hálózatot kapcsolunk párhuzamosan, akkor a munkapont a levágási tartományba kényszerül.

A második diagram szerinti esetben feláldozzuk a hosszú vonal rezgést a javított párhuzamos teljesítőképességért, de még ebben az esetben is nehézségek keletkeznek megrázott kézibeszélő esetében, amely a nyilakkal vázolt módon az áramkört a levágási tartományba viheti. Ennél a megoldásnál nehézségek származnak az alacsony ellenállású szénmikrofonos hálózatok következtében is.

A találmány szerinti feszültségszabályozó működésének alapját képező módszer abban áll, hogy az üzemi jelleggörbét két tartományra osztjuk, amint az a 3. ábrából látható. Ezen tartományok egyikét egy állandó feszültségű tartomány képezi, amely a görbék jobb oldalán helyezkedik el, és itt az előfizetői készülék áramának a megváltoztatása nagyon kis feszültségváltozást idéz elő az előfizetői készülék kapcsain, és ezt olyan megfontolásból választottuk, mint ami kedvező a rövid vonali disszipáció és a jó jelrezgés szempontjából. A másik tartományt, amely az állandó feszültségű tartomány és a levágási tartomány között helyezkedik el, az úgynevezett áramtartomány képezi, amely lehetővé teszi, hogy a kapcsok között a feszültség egészen 1,5 V-ig változzék, mégpedig az elektronikus hálózat működési

183 146 feltételeiben tapasztalható nagyon kis különbségek esetében.

Amikor egy távbeszélő előfizetői áramkör olyan söntfeszültség szabályozót tartalmaz, amelynek jelleggörbéje hasonlít a 3. ábrán bemutatotthoz, akkor ez az áramkör fogadja a beérkező vonaláramot és kimenete vezérli az előfizetői mikrofon főerősítőjének üzemi feltételeit, ahol a mikrofonról feltételezzük, hogy nem szénmikrofon, hanem például lehet lengőtekercses mikrofon vagy elektret mikrofon. Az elrendezés azonban felhasználható a szénmikrofonnal együtt is. A szabályozó áramkörnek az előfizetői készülékben való felhasználási módját a későbbiekben a 8. ábra kapcsán fogjuk ismertetni.

Ha a távbeszélő áramkörben egy ilyen áramkört használunk, akkor ha egy szénmikrofonos hálózattal párhuzamos működés következik be, akkor az elektronikus hálózatot a beszéd során esetlegesen megjelenő nagymértékű kapocsfeszültség ingadozások sohasem fogják kényszeríteni a levágási tartományba.

A 3. ábra szerinti áram-feszültség jelleggörbe előállítása céljából az elektronikus hálózat két áramköri blokkot tartalmaz, és ezek közül az elsőt alapvetően egy söntfeszültség szabályozó képezi, amely egy bipoláris integrált áramkörben rendelkezésre álló sávrés referencia feszültségét használja fel. Egy ilyen áramkör egyszerű megvalósítási módját a 4. ábra szemlélteti, ahol egy mintegy 20 kohm-os kimeneti impedanciájú nagy erősítési tényezőjű A erősítőt használunk fel, amelynek g_m erősítési tényezője 50 A/V nagyságrendbe esik.

Az A erősítő azt a feszültséget, amelyet egy hanggenerátor tápfeszültségéből az invertáló bemenetére küldünk, összehasonlítja egy 3,4 V-os sávrés referencia feszültséggel, amely a BG forrásból az A erősítő neminvertáló bemenetére kapcsolódik. Az A erősítő kimenete a vonal egyik ágához kapcsolódik, oly módon, hogy az A erősítő hatást gyakorol az II vonaláramra és a Vl vonalfeszültségre, amint az a 4. ábrán látható.

Az A erősítőnek nagy meredeksége van, és ez azt jelenti, hogy ha a hálózat IC áramfelvétele IC = 0, akkor a AV hibafeszültség (amely megegyezik az ÍL/gm értékkel) a nullához közeledik (kb. 5 mV), és ilyen esetben a kapocsfeszültség értéke is zérus lesz. Ha, mint az a gyakorlatban is előfordul, a hálózat IC áramfelvétele nem nulla, akkor a vonalon mérhető feszültséget az alábbi

Vl=Vr+I_CR, összefüggés adja meg, ahol Vr mennyiség a BG forrás referencia Vr feszültségét, R, pedig az A erősítő visszacsatoló R ellenállásának értékét jelöli. Ez magyarázza az II—Vl jelleggörbe kis lejtését.

Az elektronikus hálózattal szemben támasztott követelmények egyikét az képezi, hogy ennek kell szolgáltatnia a fentiekben hivatkozott vonaltáplálást, melynek értéke 1 mA-ig terjedhet. Egy ilyen rendszer használatakor a C5 kondenzátor feszültsége megegyezik a Vr feszültséggel, valamint a kisértékű AV hibafeszültséggel, még akkor is, ha áramot veszünk ki a B csomópontból. Ily módon a rendszer egyszerűen megnöveli a vonalfeszültséget egy IpxR, mennyiséggel, amikor a hanggenerátor integrált áramköre kiveszi az Ip áramát.

A fentiekben jelzett és az egyszerű söntfeszültség szabályozásra vonatkozó követelményeken túlmenően az áramkörnek alkalmasnak kell lennie arra is, hogy jelet küldjön a vonalra, és a kimeneti impedanciának a hangfrekvenciás sávon belül (300 Hz-3,4 kHz) 600 ohmnak kell lennie. Abból a célból, hogy a vonalra jelet indukáljunk, egy hibajelet képzünk a visszacsatoló hurkon belül, amelyet ezután felerősítünk és közvetlenül a vonalra táplálunk.

Abból a célból, hogy 20 mA alatt meredek áramfeszültség karakterisztikát hozzunk létre (lásd a 3. ábrát), egy további blokkot, az úgynevezett „karakterisztika letörő blokkot” alkalmazunk. Ennek alapgondolatát az képezi, hogy a feszültség referenciát a vonaláram függvényében kell változtatni, azaz egy előírt vonaláram alatt minél kisebb az áram, annál kisebb lesz a referencia feszültség. Az 5. és 6. ábrán vázolt két diagram mutatja a szükséges jelleggörbéket, amelyek a teljes Vr feszültség részére lehetővé teszik azt, hogy rendelkezésre álljon a normál, azaz nem párhuzamos működés során, tehát 20 mA-es vonaláram felett.

A karakterisztika letörő blokk és a feszültségszabályozó áramkör együttesen a 7. ábrán látható, amely tartalmaz kisebb magyarázó diagramokat is.

Itt az R, ellenáláson fellépő feszültség az II vonaláram és az R, ellenállás értékének szorzatából adódik, és amikor a feszültség oly módon lecsökken, hogy egyenlővé válik a Vr, feszültséggel, amely egy második A, erősítő referencia feszültségét képezi, akkor az A erősítő, amely korábban telített állapotban volt, erősíteni kezdi a Vr, feszültség értékének a kismértékű csökkenését, és ezzel a kimeneti Vr feszültség értékét arra kényszeríti, hogy csökkentse a szabályozó blokkhoz küldött referencia feszültséget.

Ilyen módon látható, hogy amikor az II vonaláram csökken, akkor csökken az R, ellenálláson eső feszültség is, amely megváltoztatja az A, erősítő bemenetén mérhető V\ feszültséget. A V\ feszültséget az A, erősítő által felerősítetten arra használjuk, hogy változtassa a Vl fszültséget, amely arányosan csökken a vonaláram csökkenésével.

Ennek a karakterisztika letörő sorozatnak a küszöbértékét a Vr, feszültség (referencia feszültség) és a visszacsatoló R, ellenállás határozza meg. Az Ry ellenállás és a C₈ kondenzátor ebben a működésben közvetlenül nem játszik szerepet, ezekre akkor van szükség, amikor a két blokkot arra használjuk, hogy jelet küldjenek a vonalra.

A 8. ábrán vázolt tömbvázlaton a 14 kapoccsal összekötött blokk tartalmazza azt a híderősítőt, amelyet a 4.286.123 Isz. USA szabadalom ismertet, és ez a híderősítő pozitív tápfeszültséget hoz létre az áramkör részére a 14 kapcson és az R, ellenálláson (7. ábra) keresztül. A távbeszélő készülékhez a 15 vonalkapcsokon keresztül érkező beszédfeszültségek a fejhallgatót a 14 kapcson, a C₆ kondenzátoron, az oldalhang hálózathoz tartozó Zi ellenálláson, a 10 kapcson, az ehhez csatlakozó vételi erősítőn, és a 12 kapocshoz csatlakozó vételi kimeneti áramkörön keresztül érik el, és az említett kimeneti áramkör a szükségesnek megfelelő járulékos erősítést biztosít.

Megjegyezzük, hogy a hivatkozott híderősítő karakterisztika következtében a híderősítő által előállított egyenfeszültségnek a bejövő vonalfeszültségből adódóan nagyon kis feszültsége lesz. A hivatkozott szabadalomban leírt módon ennek különösen akkor van jelentősége, amikor a készüléket egy hosszú vonalhoz csatlakoztatjuk, vagy amikor párhuzamosan kapcsoljuk egy kisfeszültségű (például szénmikrofonnal ellátott) távbeszélő készülékkel. A 3 kapocsról érkező pozitív tápfeszültséget elvezetjük

183 146 egy referencia erősítőhöz is, ahol értékét összehasonlítjuk a készüléken belül előállított referencia Vr feszültséggel. Az ezen feszültségek különbségéből származó és a referencia erősítő két bemenete között mérhető AV hibafeszültség az összehasonlítás révén megjelenik a referencia erősítő kimenetén és beállítja az erősítést a kimenő beszéd- és hangfrekvenciás jelek esetében, azon az áramköri úton, amely a referencia erősítő kimenetéhez csatlakozó főerősítőt és vonalmeghajtó blokkot tartalmazza. A 8. ábrán vázolt referencia erősítő, főerősítő és vonalmeghajtó blokk együttesen ekvivalens a 4. és 7. ábrán vázolt A erősítővel. Azt az áramkört, amely a referencia Vr feszültséget állítja elő, egy karakterisztika letörő áramkör vezérli, és ezen áramkör megfelel a 7. ábrán vázolt A, erősítőnek.

Ha a 7. ábrát a 8. ábrával egybevetjük, akkor a 8. ábrán látható, hogy egy útvonal van kiépítve a pozitív tápfeszültség + kapcsától a referencia erősítő felső bemenetéig. A referencia erősítő második bemenete a referencia feszültséget a karakterisztika letörő erősítő kimenetéről kapja. A szabályozó áramkör (az A erősítő a 7. ábrán) egyik kimenete a vonalmeghajtó blokk fő kimenetéről az Ry ellenálláson keresztül a karakterisztika letörő erősítő felső bemenetéhez csatlakozik.

A vonalmeghajtó blokk egy további kimenete a pozitív híd bemenetelhez csatlakozik, és ez tartalmazza azt a visszacsatolási útvonalat, amely a referencia erősítő felső vonalához irányul, és ez az útvonal tartalmazza azt a kapcsolatot, amely az 1 kapcson, a pozitív hídon, a 14 kapcson, az Rt ellenálláson és a pozitív tápfeszültségnél levő 3 kapcson keresztül épül fel.

A vonalmeghajtó blokk fő kimenete a 16 kapcson és az R@ ellenálláson keresztül a 2 kapocsnál a földhöz csatlakozik. A karakterisztika letörő áramkör felső bemenete a 7 kapocshoz csatlakozik, és innen a Cg kondenzátoron keresztül a földhöz kapcsolódik. A 8. ábrán vázolt karakterisztika letörő áramkör referencia bemenetét a karakterisztika letörő erősítőn belül állítjuk elő, és a 2 kapocsnál földpotenciálú referencia jelet kap.

A 8. ábrán vázolt 7 és 2 kapcsok között a megjelenő feszültség olyan, amely az R₆ ellenálláson keresztül folyó áram középértékének felel meg, és amikor a jelen áramkör szabályozó áramköre működésbe lép, vezérli az áramforrás vezérlőfeszültségének csökkenését, amely ténylegesen a 3 kapocsnál jelenik meg. A mikrofonból a beszédjelek az I/P bemeneti erősítőn, a főerősítőn és a vonalmeghajtó áramkörökön keresztül a 16 kapocshoz jutnak, és innen a Z,-Z₂ ellenállásokat tartalmazó oldalhang hálózaton keresztül a 9 kapocshoz, majd innen a C₆ kondenzátoron, a 14 kapcson és a pozitív hídon keresztül a vonalhoz jutnak. Az oldalhang hálózat 9 kapcsa szimmetrikus vágóáramkörön keresztül az I/P bemeneti erősítőhöz csatlakozik és ez utóbbit a 9 kapocsnál mérhető amplitúdóval összhangban vezérli, azaz hogy jelet szolgáltasson az automatikus hangerő-szabályozáshoz. Amikor szokásosan egy nyomógombos kulcskészlet felől hangfrekvenciás jeleket kell küldeni, akkor ezek a jelek a főerősítőt a VF hangfrekvenciás erősítőn keresztül érik el. Ezt a jelet beszéd megjelenésekor az említett útvonalon keresztül süketítjük, de a süketítő áramkör bemenetét vezérlő egységet nem tüntettük fel.

A különböző áramköri elemek működésének vezérlését a vonal állapotával összhangban egy másik erősítőn keresztül befolyásoljuk.

Végül a vételi híd és a negatív híd áramkörök hasonló funkciókat látnak el, mint a fentiekben hivatkozott bejelentés 4. ábráján vázolt RXB és RLB blokkok. MegE jegyezzük, hogy ha egy viszonylag kis áramköri egység, mint amilyen a 7. ábrán vázolt áramkör is, egy komplex integrált áramkör részeként van kiképezve, mint amilyen a 8. ábrán vázolt áramkör is, a kötött kapocs—kapocs megfeleltetés nem célszerű. Ezen túlmenően a 7. ábrán vázolt egyszerű A erősítő funkcióját a 8. ábrán vázolt integrált áramkör több erősítője is elláthatja, mindazonáltal a referencia erősítőből, a főerősítőből és a vonalmeghajtó blokkból álló egyesített erősítő ellátja azt a kombinált funkciót, amit a 7. ábra A erősítője.

Claims (1)

1. Szabadalmi igénypont

   Söntfeszültség szabályozó áramkör távbeszélő vonaláramkörhöz, ahol a távbeszélő vonaláramkörben szénmikrofon van, és a távbeszélő vonaláramkörben a szabályozó áramkörnek a beszéd során a mikrofonon keletkező nagy ingadozásokból származó levágását megakadályozó elektronikus hálózat van a szabályozó áramkörrel párhuzamosan elrendezve, azzal jellemezve, hogy nagy erősítési tényezőjű és nagy kimeneti impedanciájú első erősítőt (A) tartalmaz, amelynek első, invertáló bemenete a távbeszélő vonaláramkor tápfeszültségforrásához van kapcsolva, második referencia bemenete referencia feszültségforráshoz csatlakozik az első erősítő (A) kimenete a távbeszélő vonal egyik ágával van összekötve, az első erősítő (A) tartalmaz egy visszacsatoló ellenállást (R,), amely az első erősítő (A) kimenete és invertáló bemenete közé van kapcsolva, és úgy van méretezve, hogy a távbeszélő vonal feszültségét a

   Vl = VR + IcRi összefüggés határozza meg, ahol VR jelöli a referencia feszültséget és Ic az első erősítő (A) áramát, továbbá az első erősítő (A) kimenetéhez második erősítő (A,) első bemenete csatlakozik, a második erősítő (A,) második bemenete második referencia feszültségforráshoz csatlakozik és a második erősítő (A^ kimenete az első erősítő (A) nem-invertáló bemenetével van összekötve.

   4 db ábra

   Felelős kiadó: Himer Zoltán osztályvezető Megjelent a Műszaki Könyvkiadó gondozásában Gyál - 85 467

   -4183 146

   NSZO₃: Η 04 Μ 1/60