JPS643387B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は増幅器と、該増幅器に直流電流を供給
するよう接続されている電圧源と、加入者線の１
線に接続するための接続端子とを有し、前記増幅
器の出力は抵抗を通じて前記接続端子に接続して
あり、前記電圧源より生ずる所定の直流電流を該
接続端子に供給する如く構成したライン回路に関
するものである。

増幅器により直流電流を発生させるようにした
この種ライン回路については、米国特許第
4041252号により既知である。

時分割多重または小空間分割回路にもとづき作
動する電話加入者交換機においては、“ライン当
り１個”を基本とする安価な加入者ライン回路を
必要とする。これには現技術で可能な最高度の回
路の集積化を必要とする。

また、この種ライン回路においては、電源は直
流電流を供給するための直流電圧発生源を有す
る。この場合直流電流の値は加入者線の亘長によ
つて定まる。きわめて長い亘長を有する線路に対
して充分な値の線路電流を与えるためには、通常
48Vまたは60Vの電圧発生源電圧を必要とする。
その結果、きわめて短い線路または加入者線が短
絡が生じた場合の線路電流はきわめて大となる。
したがつて、電話主管庁は電源に直列に配置する
電流供給抵抗値を400ないし800Ωに規定し、これ
により最大線路電流値を100ないし120mAに制限
している。また、加入者線は２線式伝送線路であ
るため、ライン回路は、該回路が対称構造となる
よう接続した第２増幅器を含む。かくすれば、電
流供給抵抗は各々200Ωないし400Ωの抵抗値を有
する２つのインピーダンスに分割された線路の終
端インピーダンスとして機能する。

さて加入者ライン回路に接続されている加入者
電話機は大地等の固定電位には接続されておら
ず、いわゆるフロート状態である。このような加
入者線路に例えば雷の誘導等で“共通モード信
号”（加入者線のａ線及びｂ線に同じ振幅値の電
流で同じ方向に流れる電流）が誘起されたとする
と、前記２つの電流供給抵抗が同じ値である場合
には同じ電圧降下を生ずる。この場合加入者電話
機では両線間に電圧差が生じないので、このよう
な“共通モード信号”は加入者には聞こえず、支
障を及ぼさない。

しかしながら、電流供給抵抗が互に等しくな
く、一方の抵抗の電圧降下が他方の抵抗の電圧降
下よりも大であると電話機の端子間に電圧差が生
ずる。この電圧差は加入者線のａ，ｂ線に同じ値
の電流でかつ互に反対方向に流れる電流を生ず
る。このような信号を“差動モード”信号と定義
する。この“差動モード”信号は加入者の耳に聞
こえ支障を及ぼす。

前記“共通モード”信号の一部が不所望信号で
ある“差動モード”信号に変化して通話信号に妨
害を及ぼさないようにするため、電流供給抵抗の
正確さの規格を0.1％に定めている。これらの抵
抗内の高い熱発生と、上述の厳密な規格との両方
の理由でこの電流供給抵抗は高価となる。

また前述のように、生じうる最大線路電流値が
大であることにより、増幅器の出力トランジスタ
の電力消費はかなり高いものとなる。従来はこの
回路を集積化しようとすると、この回路部分の電
力消費が電話系で必要とされるような寿命と信頼
性の点で支障となり、集積化が難しかつた。

本発明の目的は、この欠点を解決し、ライン回
路の活性構成素子の電力消費量がきわめて少な
く、容易にこれらを集積回路形状に構成しうるよ
うにしたライン回路を提供しようとするものであ
る。

本発明ライン回路は、特許請求の範囲に記載の
如くの特徴を有する。

本発明では、出力トランジスタを側路して、接
続端子に直流電流の少なくとも一部を供給するこ
とにより、出力トランジスタにおける電力消費を
減少させることができるので、このトランジスタ
をきわめて容易に集積回路状に形成することが可
能となる。

以下図面により本発明を詳細に説明する。

第１図に示すライン回路は、例えばａ線のよう
な加入者線（図示を省略）に接続するための接続
端子１を含む。

なお第１図は本発明の要部のみを示すため簡略
化したもので、１対の加入者線路のａ線及びｂ線
に接続するためには第１図と同じライン回路２個
を用い、接続端子１及び１′に接続する。

電話局内の交換接続動作によつて、この加入者
が他の加入者に接続されて通話する状態を考え
る。この場合相手加入者の通話信号を信号電流源
４で表わす。第２図で示すように信号電流源４で
表した通話信号は帰還増幅器２，２′と抵抗３，
３′を介して接続端子１，１′へ、すなわち本加入
者の加入者線ａ及びｂ線に送られる。第１図はそ
の片線の部分のみを示したものである。なお抵抗
１５，１５′は帰還用抵抗であるがこれについて
は後述する。本回路は本発明の要部の説明のみの
ためのものであるため、信号電流源４で表した回
路の詳細とか、本加入者に接続されている加入者
よりの通話信号のピツクアツプ回路等はすべて図
示を省略してある。

前記帰還増幅器２は、本実施例の場合、２つの
相補形出力トランジスタ５及び６により形成した
出力段を具える。出力トランジスタ５及び６は、
帰還により低抵抗である帰還増幅器２の出力イン
ピーダンスをさらに低くするよう、エミツタホロ
ワとしてこれらを接続する。また、トランジスタ
５及び６の相互接続ベースとエミツタ間には抵抗
８を接続し、電流方向の反転に際し、一方のトラ
ンジスタの導電状態が他のトランジスタの導電状
態に引継がれる間の二重ベース・エミツタ電圧ギ
ヤツプに起因する非直線ひずみを減少させるよう
にする。図においては、増幅器の入力に対するト
ランジスタのベースの結合を図示していないが、
これはこの結合は増幅器の作動には必要であつて
も、本発明にとつては重要ではないことによる。
さらに、トランジスタ５のコレクタを、電源とし
て機能する電圧源（図示を省略）の正極９に接続
し、トランジスタ６のコレクタを同電圧源の負極
１０に接続する。

接続端子１に接続した加入者線には、主管庁の
規定にしたがつて、直流電流を供給し、かつこれ
より導出する必要がある。この直流電流は、例え
ば、きわめて長い亘長を有する線路の場合の規定
として最小値20mAであり、また、きわめて短い
線路あるいは線路上の短絡の場合の規定として最
大値120mAである。この線路電流は、従来の回
路ではその全部が電圧源の正極９からトランジス
タ５の主電流通路を通じて端子１に流れ、もしく
は逆線路極性の場合は、端子１からトランジスタ
６の主電流通路を通じて電圧源の負極１０に流れ
る。ここで、１つの線路極性のみを使用するとき
は、出力トランジスタ５及び６のうち一方を省略
することが可能である。前記トランジスタは、信
号電流源４により供給される通話信号を増幅する
ため約6Vのコレクタ電圧を必要とする。約
80mAの線路電流の場合には、電流搬送出力トラ
ンジスタの電力消費は480mWとなるが、完全な
ライン回路はこのような増幅器２個を必要とする
ので、電力消費は合計で960mWとなり、集積回
路状の形成はさらに困難となる。

このように集積化を困難にするような電力消費
を減少させるため、本発明ライン回路には電流注
入装置を配置している。本実施例の場合、前記電
流注入装置は、主電源に付属する電圧源１１と、
増幅器２の低抵抗出力７に接続した抵抗（インピ
ーダンス）１２とを含む。電圧源１１の電圧と抵
抗１２の抵抗値を適当に選定したときは、増幅器
の低出力インピーダンスに応じて、電流注入装置
からは加入者線用の線路電流の一部またはほとん
ど全部が導出される。その結果、線路電流は大部
分がトランジスタ５または６を流れなくなるので
増幅器２を容易に集積回路状に形成することが可
能となる。この場合、ライン回路の集積回路部分
を構成するチツプの外側に抵抗１２を配置するこ
とにより、チツプの外側で電力消費が行われるよ
うにすることができる。

ここで、留意すべきことは、出力トランジスタ
５及び６のコレクタを出力７に接続し、エミツタ
をそれぞれ電圧源（図示を省略）の正極９及び負
極１０に接続してもよいということである。この
場合には、前記各出力トランジスタのベースをこ
れら両極９及び１０の電圧によつて駆動しなけれ
ばならない。また、この場合にも、帰還を与える
ことにより、低出力インピーダンスを実現するこ
とが可能である。

本明細書の前段に記載したように、主管庁の規
定によれば、きわめて長い亘長の加入者線の場
合、48Vまたは60Vの電圧源により得られる最低
電流を20mAとしている。また、きわめて短い加
入者線あるいは線路上の短絡の場合の電流を制限
するため、主管庁は加入者線の各線に直列な抵抗
を200〜400Ωと規定している。この場合、100mA
の線路電流でこれらの抵抗により消費される電力
は２〜4Wとなる。

また、これらの抵抗は交流信号に対する加入者
線の終端インピーダンスを形成するという事実の
ため、これら抵抗値に対しては、主管庁により約
0.1％以下の正確さが要求されており、上述の電
力消費に適するようなこの種高精度抵抗はいずれ
かといえば高価なものとなる。

すなわち再度くり返すと、通信主管庁の要求に
より、終端抵抗値は0.1％の正確さが要求され、
300Ω〜400Ω等の高抵抗のものは高価となる。

本発明ではこれを解決するため、ある特定の利
得率を有する増幅器を使用し、さらにこの増幅器
に加えて、ライン抵抗３の端子１の接続点側に接
続した帰還回路を設け、かつ増幅器を側路して電
流注入回路を設けてある。

このため抵抗３は抵抗値が低くて良く、本回路
によりライン電流は所定の基準値に維持されるこ
ととなる。抵抗３が低い値で良いため、同じ精度
でも製造上遥に安価となるものである。

これを補なう手段の１つは、増幅器に限定利得
定数をもたせることである。本実施例の場合は、
増幅器２を差動増幅器として構成し、その信号反
転入力１３を出力７に接続し、信号電流源４をそ
の信号非反転入力１４に接続することにより、こ
れを実現しており、このように構成した帰還増幅
器２の利得定数は１となる。しかしながら、第１
図に点線で図示したような帰還回路２−１を用い
て得られるように任意の一定な利得定数を使用す
ることもでき、同様に、限定利得定数を有する任
意の帰還増幅器を使用することもできる。

さらに、本発明ライン回路は、増幅器の出力７
と接続端子１間に接続した上述の抵抗３のほか
に、基準電圧源を含む帰還回路を具える。本実施
例の場合には、電流注入装置の電圧源１１を基準
電圧源として使用しているが、これと異なる電圧
値を有する別の電圧源を双方の用途に使用するこ
ともできる。前記帰還回路は抵抗１５及び１６に
より分圧器として形成し、その中央タツプ１７を
差動増幅器２の信号非反転入力１４に接続する。
かくすると出力抵抗３の値R₃をさらに大きくな
しうる。

この場合、端子１から見た出力インピーダンス
R₀は、帰還を設けてない極めて高い利得定数を
有する増幅器２に対して次式により表わされる。

R₀＝R₁₅＋R₁₆／R₃＋R₁₅・R₃ 上式において、R₁₅，R₁₆は抵抗１５，１６の
抵抗値である。

この出力インピーダンスR₀の導出過程は次の
如くである。

第１図において点線で示した抵抗２−１は存在
しないものとする。

抵抗１２と抵抗１６の接続点は大地電位とす
る。dc電源の電圧は基準値であり、計算より除
外しうる。

非反転入力１４と大地間の電圧をViとし、接
続端子１と大地間の電圧をV₀とする。

帰還増幅器２の増幅率は１である。増幅器の出
力７と反転入力１３間の接続により、この入力電
圧は増幅器の出力電圧に等しい。一方においてこ
の差動増幅器は、＋入力と−入力間の入力電圧差
を最小にしようとする。実際の場合この＋入力と
−入力間の電圧差は無視できる程度である。従つ
て出力点７と大地間の電圧は非反転入力１４と大
地間の電圧に等しくなる。

抵抗３（抵抗値R₃）を流れる電流をi₃とする。
さらに抵抗値R₁₅とR₁₆を流れる電流をi₂とし、差
動増幅器の入力電流を無視し、端子１の電流をi₀
と定義する。

出力インピーダンスR₀は次式(1)で与えられる。

R₀＝V₀／i₀ …(1) 抵抗値R₃を流れる電流より： i₃＝（V₀−Vi）／R₃ …(2) 抵抗値R₁₅を流れる電流より： i₂＝（V₀−Vi）／R₁₅ …(3) R₁₅とR₁₆よりなる分圧器より： Vi＝V₀R₁₆／（R₁₅＋R₁₆） …(4) 端子１の電圧より： i₂＋i₃＝i₀ …(5) (2)，(3)式を(5)式に導入すると： i₀＝（V₀−Vi） （R₃＋R₁₅）／（R₃・R₁₅） …(6) (6)式に(4)式を導入すると： i₀＝（V₀−V₀R₁₆／（R₁₅＋R₁₆）） ・（R₃＋R₁₅）／（R₃・R₁₅） これを簡略化すると： i₀＝〔V₀（１−R₁₆／（R₁₅＋R₁₆））〕 ・（R₃＋R₁₅）／（R₃・R₁₅） または i₀＝V₀（R₃＋R₁₅） ／（（R₁₅＋R₁₆）・R₃） …(7) (7)式を(1)式を導入すると、 R₀＝（R₁₅＋R₁₆）・R₃／（R₃＋R₁₅） となる。

点線で示した抵抗２−１を設ける場合には、帰
還増幅器の増幅率を任意の所望値に設定できる。
非反転（＋）入力の値は、増幅器の出力電圧と抵
抗２−１の比で定まり、増幅器は＋入力と−入力
の電圧値を等しくするように動作するので増幅の
出力電圧及び入力電圧Viは上述の抵抗比で定ま
り、かつ増幅率で定まる。これらの抵抗値を適当
に選定して、例えば、R₁₅＝1KΩ、R₁₆＝9KΩと
した場合は、R₃のそれぞれ20Ω及び40Ωの抵抗値
に対して、それぞれ200Ω及び400Ωの出力インピ
ーダンスR₀が得られる。この場合には、100mA
の直流電流において、抵抗R₃の消費電力は0.2W
及び0.4Wに過ぎず、正確さ0.1％の安価な抵抗を
使用することが可能となる。また、終端抵抗また
は電源抵抗の残りの抵抗値180Ω及び360Ωはトラ
ンジスタ５及び６の電子インピーダンスにより形
成されることになる。ここで、線路電流が出力ト
ランジスタを通して流れるものであれば、トラン
ジスタ５及び６における電力消費もかなり重要な
意味をもつてくることになるが、本実施例の場合
は、電流注入装置の作動により、線路電流の少な
くとも一部はトランジスタ５及び６を側路して端
子１に供給されるようにしている。

すなわち、抵抗１２の値を適当に選定した場合
には、トランジスタ５及び６を完全に側路して、
換言すれば電圧源１１から抵抗１２及び抵抗３を
介して端子１に線路電流を流すようにすることが
できる。この場合、トランジスタ５及び６はＢ級
に調整しうる。このためには抵抗１２の値はそれ
ぞれ180Ω及び360Ωとする必要がある。

かくして、それぞれ0.1％の正確さを有する
20Ω及び30Ωの抵抗を使用するのみで、その電力
消費をかなりの程度低くし、かつ、トランジスタ
５及び６における電力消費が起こらないような状
態を得ることができる。また、この場合、他の抵
抗はそれぞれ180Ω及び360Ωの抵抗値を有し、か
ない高い電力消費を伴うが、これらの抵抗には左
程の正確さを必要としない。

また、例えば、トランジスタ５及び６がＡ級で
作動する場合のように、直流電流が完全に補償さ
れない場合は、これらのトランジスタには、例え
ば通話信号の増幅に必要な約20mAの直流電流が
流れるが、これにより出力トランジスタ内に発生
する電力消費は無視できる程度である。

なおトランジスタのＡ級及びＢ級動作について
説明する。ハンドブツク等で既知のようにdcバ
イアスを零として、ac電流をゲートに供給する
とトランジスタはＢ級で動作する。

dcバイアス電流の振幅値がac電流よりも大で
あると、このトランジスタはＡ級で動作する。

本発明の場合ac信号である通話信号は、加入
者線路のdc電流に比較して遥に小なる値である
ため：本発明においてはトランジスタ５，６の一
部または全部のdc電流を抵抗１２の値の適当な
選択によつてバイパスし、これによりトランジス
タ５，６を所望に応じＡ級またはＢ級で動作さ
せ、これらトランジスタ内の電流消費を軽減させ
ることができる。

第１図示実施例はライン回路の１つの制御段の
みを点線で示すような見掛上のアース１８，１９
及び２０に関して図示したものである。

実際上接続端子１，１′に接続されているのは
第２図に示すようにこのような同じ回路を２つ対
称配置したものである。

すなわちac通話信号は信号電流源４より送出
される。第２図は図面中央に引いた線に関し、上
下各部がミラー対称となつている。全体の回路は
フロート状態であるため、回路の任意の点を接地
しても動作に変わりはない。計算の便宜上、対称
中心の各点を接地したと考えても回路が対称であ
るため電流は流れず、単に同じdc電圧値を各点
に加算したこととなる。従つて、この中心線を仮
想大地点と考えて計算を行いうる。

第２図はライン回路の２つの制御段を示す。図
において、第１制御段の構成素子と同じ第２制御
段の構成素子に関しては第１制御段と同一符号数
字にアクセント符号を付して表示してある。接続
端子１及び１′は、回路を加入者線のａ線及びｂ
線と接続するためのものである。さらに、本実施
例においては、電流注入装置及び基準電圧源用と
して別個の電圧源を配置している。電流注入装置
の電圧源はパルス発生源２１と、前記パルス発生
源２１に接続した２つのコイル２２及び２３と、
ダイオード２４ないし２７により形成し、前記コ
イル及びフイルタに接続した整流回路とを含む。
また、前記フイルタは平滑コンデンサ２８ならび
に、例えば20mHの２つのコイル２９及び３０を
含みそれを前記整流回路の整流ブリツジに結合す
る。また、電流注入装置はフイルタを介してこれ
を差動増幅器２及び２′の出力７及び７′に接続す
る。この電流注入装置の作動は次のようなもので
ある。すなわち、電流源２１より発生する電流
は、整流回路２４ないし２７により整流される前
に、コイル２２及び２３により形成されるインピ
ーダンスを流れ、フイルタにより平滑化された
後、例えば、増幅器２の出力７に直流電流として
注入され、あるいは増幅器２′の出力７′から抽出
される。この場合、コイル２２及び２３のインダ
クタンスにより形成されるインピーダンスの値
は、例えば、それぞれ200Ω及び400Ωの抵抗の代
わりに電流制限を行いうるようなものとしなけれ
ばならず、パルス繰返し速度が100KHzの場合は、
それぞれ0.32mH及び0.64mHのインダクタンス
を有するコイルを必要とする。この回路はライン
回路内の電力消費がきわめて低いという利点を有
し、依然として線路電流を消費する構成素子は抵
抗３及び３′のみである。

既に一部述べた本発明の利点を繰返して説明す
る。

(1) 本発明によると出力トランジスタの電力消費
を減少できるのでトランジスタの集積化が可能
となる。

(2) インピーダンス増倍回路により抵抗３と電流
供給抵抗とが定まる。また、これによつてライ
ン長に応ずる供給電流が定まる。抵抗３は例え
ば30Ωの如くの低い値で電流消費の小さなか
つ、精度の0.1％程度の安価なものが使用でき
る。供給抵抗は通常の0.1程度300Ωの高い値の
ものとなしうる。

(3) 本発明では抵抗１２も特に高精度でなく安価
なものとなしうる。この電流側路によつて前述
のようにトランジスタ５，６の電力消費は小と
なる。

(4) しかも全体の電流供給抵抗の精度は電流増倍
回路により高精度に保たれる。これは電流増倍
回路がac通話信号電流を加入者線に送出し、
直線特性のＡ級増幅器として動作しうるからで
ある。バイアスdc電流はライン電流の残りの
僅かな部分を伝えるのみで、抵抗１２とトラン
ジスタを通ずる電流がライン電流となる。抵抗
１２を通ずる電流はその値を任意に選定するこ
とによつて任意に選定しうる。実際上この値は
所望の供給抵抗値にほぼ等しく選定し、トラン
ジスタの動作点を直線点とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ライン回路の一部を示す図、第
２図は本発明ライン回路の実施例を示す図であ
る。 １，１′……接続端子、２，２′……帰還増幅器
（差動増幅器）、３，３′，８，１２，１５，１
５′，１６，１６′……抵抗、４……信号電流源、
５，６……出力トランジスタ、７，７′……出力、
１１，１１′……電圧源、１３，１３′……信号反
転入力、１４，１４′……信号非反転入力。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 増幅器と、該増幅器に直流電流を供給するよ
   う接続されている電圧源と、加入者線の１線に接
   続するための接続端子とを有し、前記増幅器はそ
   の出力抵抗が小であり、かつその出力は抵抗を通
   じて前記接続端子に接続してあり、前記電圧源よ
   り生ずる所定の直流電流を該接続端子に供給する
   如く構成したライン回路であつて、 本ライン回路はさらに前記接続端子と前記増幅
   器の入力との間に接続配置した帰還回路と、前記
   増幅器の出力端子に接続された電流注入装置とを
   具え、該電流注入装置はそのインピーダンスが前
   記抵抗より大であり、かつ前記接続端子に供給す
   べき所定量の直流電流に対してそのインピーダン
   スに応じて定まる量の直流電流の大部分を前記接
   続端子に供給し、該所定量の直流電流の残りの小
   部分を前記増幅器より供給する如くしたことを特
   徴とするライン回路。 ２ 前記帰還回路は基準電圧発生源を有し、前記
   接続端子の電圧と該基準電圧発生源の電圧との間
   の差電圧の一部を帰還する如くし、かつ前記増幅
   器は一定の利得率を有し、前記電流注入装置はイ
   ンピーダンスを通じて前記増幅器の出力に結合さ
   れる直流電圧源を有し、該電流注入装置によつて
   供給される線路電流の一部分が前記インピーダン
   スを通じて流れる如くしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のライン回路。 ３ 前記増幅器を信号非反転入力及び信号反転入
   力を具えた差動増幅器により形成し、該差動増幅
   器の出力を該信号反転入力に結合させるように
   し、該帰還回路には前記基準電圧発生源の電極と
   接続端子間に配置した分圧器を設け、該分圧器の
   タツプを該増幅器の信号非反転入力により形成し
   た信号入力に接続するようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載のライン回路。 ４ 前記増幅器の出力を、他の基準電圧発生源を
   含む帰還回路を介して信号反転入力に接続するよ
   うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載のライン回路。 ５ 前記インピーダンスには前記増幅回路の出力
   インピーダンスより、該抵抗値を減じた値をもた
   せることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   のライン回路。 ６ 前記直流電圧発生源はパルス発生源を含み、
   かつ前記インピーダンスは該パルス発生源に接続
   したインダクタンスを含むこと、ライン回路は該
   インダクタンスに接続し、前記増幅器の出力に結
   合した整流回路を具えたことを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載のライン回路。 ７ 前記直流電圧源と前記増幅器の出力との間に
   接続した抵抗により前記インピーダンスを形成す
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載のライン回路。