NL8004833A - Electronische telefoonschakeling. - Google Patents

Description

P.F.Blomley 3

Electronische telefoonschakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een spanningsregelnetwerk, in het bijzonder voor een electronisch schakelnetwerk in een toestel van een telefoonabonnee.

In een telefoontoestel is de koolstofmicrofoon gevestigd als 5 de internationale standaard waarmee andere instrumenten worden vergeleken. Bij het invoeren van de zogenaamde electronische telefoon, dat wil zeggen waarin de transducenten worden toegepast in samenwerking met electronische schakelingen, ontstaat het probleem van parallelwerking. Uiteraard moeten indien een goede werking vanaf 10 beide telefoons moet worden verwacht wanneer zij in de parallelmode functioneren, de klemeigenschappen verenigbaar zijn. Echter is de koolstofmicrofoon een drukgevoelige weerstand die niet voorspelbaar is. De weerstandswaarde daarvan varieert niet slechts met het spreek-signaal, maar eveneens met het gemiddelde van de drukgolf, de posi-15 tie van de telemicrofoon en de tijd van de dag.

Als verdere complicatie is de weerstandswaarde zo klein, dat wanneer gevoed via een lange lijn, in welk geval de lijn — ' stroom laag is, de spanning opgewekt over de telefoon klein is, dat wil zeggen 1,5 tot 2,5 volt, en aangezien de verbindingen hoe dan 20 ook rond kunnen worden gemaakt, kan de polariteit op de telefoon worden omgekeerd. Het probleem van het onder deze omstandigheden doen werken van een electronische schakeling is opgelost door de toepassing van de brugversterker, zoals beschreven in de octrooiaanvrage 7812201 (P.3F. Blomley 2).

25 De uitvinding heeft ten doel te voorzien in een verbeterde inrichting voor toepassing in een telefoonschakeling, mogelijkerwijze maar niet noodzakelijkerwijze in samenwerking met de inrichtingen volgens de hierboven genoemde octrooiaanvrage.

Volgens de uitvinding is voorzien in een shunt-spanning-30 regelschakeling die bestaat uit een eerste versterker, aan één ingang waarvan een spanning uit een spanningsbron wordt toegevoerd en aan de andere ingang waarvan een eerste referentiespanning wordt toegevoerd, zodat het uitgangssignaal van de versterker een spanning is,die afhankelijk is van een vergelijking van de genoemde 35 spanningen, welk uitgangssignaal het geregelde uitgangssignaal van de schakeling vormt, een terugkoppelverbinding van de uitgang van de versterker af naar de eerste ingang van de versterker, een andere uitgang van de eerste versterker, van waar-af een spanning even- 8004833 2 redig aan de uitgangsspanning van de eerste versterker wordt toegevoerd aan een eerste ingang van een tweede versterker, aan een tweede ingang waarvan een tweede referentiespanning wordt toegevoerd, en een verbinding van de uitgang van de tweede versterker af naar 5 cL® bron van de eerste referentiespanning, via welke de genoemde eerste referentiespanning instelbaar is overeenkomstig de waarde van de uitgangsspanning van de genoemde versterker, waarbij wanneer en de stroom in de schakeling daarmee de geregelde uitgang varieert, de uitgangsspanning van de eerste versterker wordt onderworpen aan 10 een zeer kleine variatie boven een niveau, maar aan een relatief grote variatie onder de drempel, waarbij de spanning met de stroom afneemt onder de genoemde drempel.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van de tekening. In de tekening tonen: 15 Figuren 1, 2 en 3 grafieken;

Fig. 4 een vereenvoudigd schema van een uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Figuren 5 en 6 andere grafieken

Fig. 7 een meer gedetailleerde schakeling van een uitvoerings-20 vorm van de uitvinding; en

Fig. 8 een schema van een electronische telefoonschakeling, waarbij de inrichting volgens de uitvinding wordt toegepast en eveneens de brugversterker volgens de hierboven genoemde octrooiaanvrage 7812201.

25 Teneinde het electronische netwerk verenigbaar te maken met - een toestel met een koolstof-transducent, werd het nieuwe stelsel volgens de hierboven genoemde octrooiaanvrage toegepast, waardoor de electronische telefoon een unieke statische stroom-spannings-karakteristiek kreeg. Echter moet zulk een telefoon met zijn on-30 gebruikelijke karakteristieken kunnen werken zowel bij de lage spanning aangesloten op de electronische telefoon (die geen kool-stofinicrofoon kan hebben) door het koolstofnetwerk, als bij grote gemiddelde fluctuaties van deze klemspanning bij lage lijnstromen, als gevolg van drukgolven gedurende de spraak.

35 Zulk een dynamische spanningsverschuiving is in fig. 1 ge- » toond, die in het bovenste deel schematisch een koolstof-transducent illustreert met invallende geluid-golven. De grafiek toont de fluctuerende spanning opgewekt over de transducent voor de woorden één en twee en bij het schudden van de telemicrofoon. Dit geeft de res- 8004833

0S

3 ponsie op luide woorden weer.

Thans wordt gewezen op fig. 2 die de spanning-stroomkarak-teristiek voor een geintregeerde schakeling voorstelt, die in een electronische telefoon kan worden toegepast. In het bijzonder wordt 5 de aandacht gevestigd op het afsnij-gebied van de inrichting.

Hierbij veroorzaakt een kleine spanningsvariatie over de tele-microfoon een grote stroomverandering in het electronische netwerk, hetgeen lastig is voor zowel hét electronische netwerk als een daaraan parallel geschakelde koolstoftransducent.

10 Er zijn twee grafieken voor netwerk 1 en netwerk 2 voor res pectievelijk 3 volt en 2 volt over de telemicrofoon in de statische toestand.

In het geval van netwerk 1 bestaat het compromie uit de poging een goede signaalzwaai die direct als functie van de spanningsval 15 toeneemt, te optimaliseren bij een zo laag mogelijke vermogens- dissipatie bij hoge lijnstromen, die eveneens direct als een functie van de spanningsval stijgen. Dit compromie is goed voor zowel de signaalzwaai als vermogens-dissipatie, maar ongelukkigerwijze wordt zodra een koolstofnetwerk parallel wordt geschakeld aan de micro-20 foon daarvan, het werkpunt in het afsnij-gebied gedwongen.

In het netwerk 2 wordt de lange-lijnzwaai opgeofferd voor een verbeterde parallelwerking, maar zelfs dit levert moeilijkheden op bij een geschudde telemicrofoon, waardoor het toestel in zijn afsnij-gebied kan worden gebracht, zoals door de pijl is aangegeven.

25 De genoemde methode heeft eveneens moeilijkheden als gevolg van koolstofnetwerken met een lage weerstand.

Het idee waarop de spanningsregelaar volgens de uitvinding is gebaseerd, is het splitsen van de werkkarakteristiek in twee gebieden, zoals blijkt uit fig. 3· Het eerste daarvan is een ge-30 bied van constante spanning aan de rechterzijde, waarbij een variatie in de stroom van de telemicrofoon een zeer kleine variatie in de spanning over de telemicrofoon opwekt, . die is gekozen uit overwegingen zoals dissipatie bij een korte lijn en een goede signaalzwaai. Het andere gebied tussen het gebied van constante spam-35 ning en het afsnij-gebied is .een zogenaamd stroomgebied, waarbij de spanning over de klemmen tot 1,5 volt kan variëren bij een zeer klein verschil in de werktoestanden van het electronische netwerk.

Wanneer een schakeling van een abonee-toestel een shunt-span-ning-regelaar met een karakteristiek van het in fig. 3 getoonde 8004833 4 type omvat, ontvangt deze de inkomende lijnstroom en bestuurt zijn uitgang de werktoestanden van de hoofdversterker voor de microfoon van de telemicrofoon, waarvan wordt aangenomen dat deze niet een koolstofmicrofoon is, bijvoorbeeld zou deze een microfoon 5 met een beweegbare spoel of een electreet-microfoon kunnen zijn. Echter is de inrichting eveneens toepasbaar in samenwerking met een koolstofmicrofoon. De wijze waarop de regelaar in een schakeling van een abonneetoestel wordt gebruikt, zal duidelijk worden na de beschrijving van fig. 8.

10 Wanneer zulk een schakeling in een telefoonschakeling wordt gebruikt en wanneer een parallelwerking met een koolstofnetwerk optreedt, wordt het electronische netwerk nooit in het afsnij-gebied gedwongen door de grote fluctuaties in klemspanning die tijdens de spraak kunnen optreden.

15 Teneinde de stroom-spanningkarakteristiek volgens fig. 3 te verkrijgen omvat het electronische netwerk twee schakelingblokken, waarvan de eerste in pri^cige een shunt-spanning-regelaar is die gebruik maakt van de hiveau-af/-referentiespanning beschikbaar in een bipolaire geïntegreerde schakeling. Een eenvoudige realisatie van 20 zulk een schakeling is in fig. 4 getoond, waarin A een transconduc-tantie-versterker is met een hoge versterking en met een hoge uit-gangsimpendantie van ongeveer 20 k'Ohm, welke versterking in de orde van grootte van 50 amp/volt is.

De versterker A vergelijkt de spanning die aan zijn inver-25 terende ingang wordt toegevoerd uit de voedingsspanning voor een toon-generator met de ni$ei$-af/-referentiespanning van 3»4 volt die uit BG wordt toegevoerd aan de niet-inverterende ingang van de versterker. De uitgang van deze versterker is op één zijde van de lijn aangesloten, zodat de versterker een invloed uitoefent op de 30 lijnstroom 1^ en de lijnspanning Y^, zoals in fig. 4 is aangegeven.

De versterker heeft een hoge transconduetantie (Gm), hetgeen onder de veronderstelling dat Ιβ = 0, betekent dat de spannings-fout ΔΥ, (gelijk aan Iji/gm)nul(5n.Y) zou naderen, zodat de klemspanning in zulk een gevalnüLzal zijn. Indien zoals het in de prak-35 tijk het geval is, Ic niet nul is, wordt de spanning over de lijn bepaald door VL = TE + Vl waarbij Y^ de referentiespanning uit BG is en E^ de terugkoppel-40 weerstand van de versterker A is. Dit verklaart de kleine helling in de - Y^ - karakteristieken.

8004833 r -* 5 Eén van de eisen gesteld aan het electronische netwerk is, dat dit netwerk een voedingsstroom tot 1 mA moet leveren voor de hierboven genoemde lijnvoeding. Door toepassing van zulk een stelsel wordt de spanning over de condensator gelijk aan Yg plus de klei-5 ne foutspanning ΔΥ, zelfs hoewel de stroom uit het knooppunt B wordt getrokken. Aldus verhoogt het stelsel op eenvoudige wijze de lijnspanning met een bedrag 1^, x R^, wanneer de als geintregeerde schakeling uitgevoerde toongenerator een stroom 1^ trekt.

Behalve de hierboven genoemde eisen van een eenvoudige shunt-10 spanning-regeling, moet de schakeling een signaal aan de lijn kunnen toevoeren en moet de uitgangsimpedantie in de band van geluid-frequen-ties (jOO - 3,4 Khz) 600 ohm zijn. Teneinde op de lijn een signaal te induceren, wordt een fout-signaal in de terugkoppellus ingevoerd, dat daarna wordt versterkt en direct aan de lijn wordt toegevoerd.

15 Teneinde de grote stroom-spanninghelling onder 20 mA te ver krijgen zie fig. 3, wordt een extra blok toegevoegd, dat verlagings-schakeling ("fire-down") wordt genoemd. De basis-gedachte is het veranderen van de referentie-spanning als functie van de lijnstroom wat wil zeggen dat naar mate de stroom lager is de referentie spanning 20 lager wordt onder een voorgeschreven lijnstroom. De twee grafieken van de figuren 5 en 6 tonen de vereiste karakteristieken, waardoor het mogelijk is dat de volledige Yg normaal beschikbaar is, dat wil zeggen niet-parallel werking, dat wil zeggen bij een lijnstroom boven 20 mA.

25 Het verlagingsblok plus de spanningsregeling is in fig. 7 ge toond tezamen met enkele toelichtende grafieken.

Hier is de spanning over R het product van de lijnstroom en

de waarde van R.. Wanneer thans de spanning afneemt tot Y_ , de I 11I

referentiespanning voor een tweede versterker A^, begint de verster-30 ker A die vooraf in de verzadigingstoestand was, de kleine afname in Yg^te versterken, waardoor het uitgangssignaal YR de referentiespanning voor het regelblok verlaagt.

Aldus is duidelijk, dat wanneer de lijnstroom 1^ afneemt de spanning over R^ eveneens afaéemt, waardoor de waarde van Υχ aan de 35 ingang A1 verandert. De versterkte versie van deze spanning Υχ wordt via A^ gebruikt om de basisspanning Y^ te veranderen, die naar rata afneemt wanneer de lijnstroom afneemt.

De drempel voor deze verlagingsbewerking ("fire-down") wordt ingesteld door de referentiespanning YR en de waarde van de terug-40 koppelweerstand R.,.

8004833 6

De componenten R^ en Cg zijn niet direct van invloed, maar zij zijn nodig wanneer de twee blokken worden gebruikt voor de transmissie van signalen naar de lijn.

In het blokschema van fig. 8 omvat het blok 17 de brugver-5 sterker die in de Nederlandse octrooiaanvrage 7812201 is beschreven en het levert de positieve voedingsspanning voor de schakeling over de weerstand Rj. De spraakspanningen die via de getoonde lijnaanpassingen het telefoontoestel binnenkomen, bereiken het luistergedeelte via de klem 14, de condensator C6, de klem 9, de weerstand Zl van het zijtoon netwerk 18, 10 de klem 10, de ontvangversterker 19 en de uitgangsschakeling 20. Dit laatste blok levert de benodigde extra versterking indien noodzakelijk.

Opgemerkt wordt dat als gevolg van de karakteristieken van de brugversterker in het blok 17 zoals toegelicht in de hierboven genoemde octrooiaanvrage, de gelijkspanning beschikbaar wordt gesteld door het 15 blok 17 met een zeer kleine spanningsval ten opzichte van de inkomende lijnspanning. Dit is zoals in de hierboven genoemde octrooiaanvrage is toegelicht in het bijzonder van belang, wanneer het telefoontoestel wordt verbonden met een lange lijn, of wanneer het toestel parallel wordt geschakeld aan een niet-electronisch telefoontoestel.

20 De drempel voor deze werking wordt bepaald door de referentie- spanning en de waarde van de terugkoppelweerstand . De componenten Ry en Cg staan hier buiten doch zijn noodzakelijk indien de twee blokken worden gebruikt voor de overdracht van een signaal naar de lijn. In het blokschema volgens fig. 8 bevat blok 17 de brugversterker volgens de 25 Nederlandse octrooiaanvrage 7812201 die de positieve voedingsspanning voor de schakeling voortbrengt via klem 14 over de weerstand (fig. 7). De spraaksignalen welke het telefoontoestel binnenkomen via de lijnaansluitingen bereiken de telefoon via klem 14, condensator C6, klem 9, weerstand Zl van de locaal-effect schakeling, klem 10, ontvangstversterker 19 30 en de uitgangsschakeling 20. Dit laatste blok verschaft een eventueel benodigde extra versterking.

Opgemerkt wordt dat tengevolge van het toepassen van de brugversterker in blok 17, zoals dat wordt toegelicht in de genoemde octrooiaanvrage, de gelijkspanning te beschikking komt ten koste van een slechts 35 zeer geringe spanningsval van de inkomende lijnspanning. Dit is van bijzonder voordeel in het geval dat het telefoontoestel is aangesloten op een lange lijn dan wel parallel is aangesloten op een toestel met een lage voedingsspanning zoals een toestel met een koolmicrofoon. De positieve voedingsspanning van klem 3 wordt eveneens toegevoegd aan een referentie-40 versterker 21 waar deze wordt vergeleken met een inwendig opgewekte refe- 8004833 7 rentiespanning V_. Een foutsignaal dat het resultaat is van het verschil κ tussen de spanningen aan de twee ingangen van de referentieversterker wordt aan de uitgang van deze versterker afgegeven en gebruikt om de mate van versterking van de uitgaande spraak- en toonfrequente signalen in te stellen 5 via de verbinding welke is aangegeven van de referentieversterker 21 naar de hoofdversterker 22 en de lijnbesturingsschakeling 24. De combinatie in fig. 8 van referentieversterker 21, hoofdversterker 22 en de lijnbesturingsschakeling 24 vormt het equivalent van versterker a in de fig. 4 en 7.

De keten die de referentiespanning V opwekt wordt bestuurd door een ver-

R

10 lagings-schakeling die in fig. 8 is aangegeven met 23 en komt overeen met versterker Aj van fig. 7.

Bij het vergelijken van de fig. 7 en 8 kan in de laatste een verbinding worden gezien tussen de positieve voedingsklem en de bovenste ingangs-klem van de referentieversterker 21. De andere ingang van de referentiever-15 sterker ontvangt de referentiespanning van de uitgang van de verlagings-schakeling 23.

Een uitgang van de regelschakeling (versterker A in fig. 7) is gekoppeld van de hoofduitgang van de lijnbesturingsschakeling 24 via de weerstand met de bovenste ingang van de verlagingsschakeling. Een verdere 20 uitgang van de lijnbesturingsschakeling naar blok 17 geeft de terugkoppel-weg naar de bovenste leiding van de referentieversterker 21 door een verbinding via klem 1, blok 17, kleml4, weerstand Rj en klem 3 van de positieve voeding. De hoofduitgang van de lijnbesturingsschakeling kan ook gevolgd worden via klem 16 en de weerstand R6 naar aarde aan klem 2. De bovenste ingang 25 van de verlagingsschakeling is geaard aan klem 7 via condensator C8. De referentiespanning van de verlagingsschakeling wordt in feite binnen deze schakeling opgewekt en vastgelegd ten opzichte van de aardkiem 2. De spanning tussen de klemmen 7 en 2 (in fig. 8) correspondeert met de gemiddelde stroomwaarde door weerstand R6 en bestuurt indien de regelketen begint in 30 te grijpen het af nemen van de stuurspanning van de bron, die in feite optreedt aan klem 3.

Het spraaksignaal van de microfoon passeert een voorversterker I/P, de hoofdversterker 22 en de lijnbesturingsschakeling 24, klem 16, de anti-locaal schakeling Zl, Z2, de condensator C6, klem 14 en blok 17 en bereikt 35 zo de lijn. Klem 9 van de anti-locaalschakeling is via versterker 25 (sym clip) verbonden met de voorversterker l/P teneinde deze laatste te besturen in overeenstemming met de amplitude ter plaatse van klem 9, met andere woorden teneinde een juiste mate van automatische volume controle te verwezenlijken. Indien toon-frequente signalen, doorgaans afkomstig van een 40 druktoets-kiessysteem, uitgezonden moeten worden bereiken deze de hoofd- 8004833 .8 versterker via een toon-frequent versterker V.P.. Dit signaal kan onderdrukt worden via de aangegeven verbinding, hoewel de wijze van automatisch onderdrukken bij aanwezigheid van spraaksignalen niet is aangegeven. De regeling van de werking van de verschillende ketens wordt bovendien in af-5 hankelijkheid van de lijncondities beïnvloed via een andere geregelde versterker 26. Voorts verrichten de blokken 27 en 28 dezelfde functies als die welke worden verricht door de blokken RXB en RLB in de keten welke getoond is in fig. 4 van de eerder genoemde Nederlandse octrooiaanvrage.

Opgemerkt wordt dat, indien een relatief klein ketendeel, zoals 10 bijvoorbeeld dat van fig. 7, wordt opgezet als een deel van een complexe geïntegreerde keten zoals dat van fig. 8, een exacte correspondentie tussen de klemmen niet haalbaar is. Bovendien kan de functie van bijvoorbeeld één enkele versterker a uit fig. 7 uitgevoerd worden door een aantal versterkers in de geïntegreerde keten volgens fig. 8; de gecombineerde versterker be-15 staande uit de referentieversterker 21, de hoofdversterker 22 en de lijnbe-sturingsschakeling 24 voert zijn gecombineerde taak uit overeenkomstig versterker a van fig. 7.

8004833

Claims (3)

1·. Shunt-spanning-regelschakeling gekenmerkt door een eerste versterker, aan één ingang waarvan een spanning uit een spanningsbron wordt toegevoerd en aan de andere ingang waarvan een eerste referentie-spanning wordt toegevoerd, zodat het uitgangs-5 signaal van de versterker een spanning is die afhankelijk is van een vergelijking van de genoemde spanningen, welk uitgangssignaal het geregelde uitgangssignaal van de schakeling vormt, een terug-koppelverbinding van de uitgang van de versterker af naar de eerste ingang van de versterker, een andere uitgang van de eerste verster-10 ker, van waaraf een spanning evenredig aan de uitgangsspanning van de eerste versterker wordt toegevoerd aan een eerste ingang van een tweede versterker, aan een tweede ingang waarvan een tweede referent! espanning wordt toegevoerd, en een verbinding van de uitgang van de tweede versterker naar de bron van de eerste referentie-15 spanning, via welke de eerste referentiespanning instelbaar is volgens de waarde van de uitgangsspanning van de gemoemde versterker, en waarbij wanneer de stroom in de schakeling-daarmee de geregelde uitgang varieert, de uitgangsspanning van de eerste versterker wordt onderworpen aan een zeer kleine variatie boven een niveau, 20 maar aan een relatief grote variatie onder de drempel, waarbij onder de genoemde drempel de spanning met de stroom afneemt.

2. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verbinding van de uitgang van de eerste versterker naar de eerste ingang van de tweede versterker een resistieve 25 impedantie met een condensator omvat, die zodanig vanaf de eerste ingang naar een referentie is aangesloten, dat geluid-frequente signalen via de eerste versterker kunnen worden doorgelaten.

3· Electronische schakeling voor de toepassing in een toestel van een telefoonabonnee, met het kenmerk, dat de 30 lijnspanning door een schakeling volgens conclusie 1 of 2 wordt geregeld. -;—OOOOOOO--- 8004833