NL8500674A - Als lijnspanningsstabilisator uitgevoerde zendversterker met veranderbare referentiespanning. - Google Patents

Description

EHN.11.303 ? « 4 N.V. Philips' Gloeilairpenfafar ieken, Eindhoven "Als lij nspanningsstabilisator uitgevoerde zendversterker net veranderbare referentiespanning"

De uitvinding heeft betrekking cp een telefoontoestel dat via de abanneelijn wordt gevoed net lijngelijkspanning, voorzien van een tevens als lijnspannlngsstabilisator uitgevoerde zendversterker met een door een teruggekoppelde operationele versterker gevormde 5 ingangstrap, welke zendversterker is voorzien van een schakeling voor het vormen van een referentiespanning ten behoeve van de lijnspannings-stabilisatie, van middelen voor het vonten van het verschil tussen de lijngelijkspanning en de referentiespanning welke verschilspanning wordt toegevoerd aan een eerste ingang van de operationele versterker, 1Q en van middelen voer het vormen van een hulpspanning die lineair afhangt van de lijngelijkstrocm, welke hulpspanning wordt toegevoerd aan een tweede ingang van de operationele versterker.

Een dergelijk telefoontoestel is bekend uit het artikel "A Programmable Speech Circuit Suitable for Telephone Transducers", ,, IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. SC-17, No. 6, december 1982, 15 biz. 1149-1157, in het bijzonder fig. 8.

Een telefoontoestel dat op een abanneelijn van een openbaar telefoonnet is aangesloten, ontvangt via deze abcnneelijn vanuit de telefooncentrale een lijnspanning die bestaat uit een gelijkspannings-2Q component, de lijngelijkspanning en een wisselspanningsccnponent.

De lijngelijkspanning wordt bovendien gemoduleerd met het door het telefoontoestel uit te zenden signaal,

De lijngelijkspanning wordt in het telefoontoestel ingesteld door een spanningsstabilisator die deel kan uitmaken van de zendver-2g sterker. Een tevens als spanningsstabilisator uitgevoerde zendversterker, zoals deze ook beschreven is in het genoemde IEEE-artikel, regelt de lijngelijkspanning op de aansluitklemmen van het telefoontoestel zodanig dat deze lijngelijkspanning bestaat uit een eerste deel van constante spanning, waarop gesuperponeerd een tweede gedeelte dat evenredig is net de lijngelijkstrocm. Een zodanige regeling wordt bereikt

OU

doordat de teruggekoppelde operationele versterker zijn uitgang zó stuurt dat de spanningen op zijn beide ingangen nagenoeg gelijk zijn.

De genoemde wisselspanning wordt dus gelijk gehouden aan de genoemde 850C674 PHN.11.303 2 ' . ‘ hulpspanning.

Indien door één of andere oorzaak het telefoontoestel zou worden voorzien van een lijngelijkspanning die lager is dan het eerste deel van constante spanning, dan vloeit door de eindtrap van de zend-5 versterker geen stroan meer, waardoor de zendversterker niet meer in staat is signalen op de abonneelijn te zenden.

Een dergelijke situatie kan zich voordoen als parallel aan het van een elektronische lijnspanningsstabilisator voorziene telefoontoestel een tweede, conventioneel telefoontoestel zonder elektronische 10 lijnspanningsstabilisator geschakeld wordt. De stroom-spanningskarakte- ristiek voor gelijkstroom van zo'n conventioneel telefoontoestel is in het algemeen die van een gewone ohmsche weerstand van bijvoorbeeld 200 -Q. Is deze parallelkombinatie van telefoontoestellen aangesloten op een lange abonneelijn, die door zijn hoge weerstand slechts weinig 15 lijngelijkstroom (bijvoorbeeld 15 mA.) kan leveren, dan kan over het conventionele toestel een spanning ontstaan (bijvoorbeeld 3 V) die lager is dan het constante deel (bijvoorbeeld 4 V) van de door het elektronische toestel in te stellen lijngelijkspanning.

De uitvinding stelt zich ten doel een telefoontoestel van 2o de in de aanhef vermelde soort te verschaffen, dat ook bij lage lijngelijkspanningen nog in staat blijft om een zendsignaal aan de abonneelijn te leveren.

Daartoe -is het telefoontoestel volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat de zendversterker is voorzien van middelen die de 25 referentiespanning verlagen indien de lijngelijkspanning beneden een vooraf vastgestelde waarde daalt.

Met het verlagen van de referentiespanning is bereikt dat het constante deel van de door het telefoontoestel in te stellen lijngelijkspanning eveneens is verlaagd waardoor ook bij parallelschakeling 30 van een conventioneel telefoontoestel nog stroom door de eindtrap van de zendversterker blijft lopen.

Een uitvoeringsvorm van het telefoontoestel volgens de uitvinding is voorzien van een comparatorschakeling voor het besturen van de schakeling voor het vormen van dé referentiespanning voor de 35 lijnspanningsstabilisatie. Ook in het geval dat het telefoontoestel werkt met een verlaagde lijnspanning, moet deze comparatorschakeling, die met deze verlaagde lijnspanning gevoed wordt, blijven funktioneren.

Een uitvoeringsvorm van het telefoontoestel volgens de 8500674 ESN. 11.303 3 a uitvinding, die voorzien is van een ccmparatorschakeling die ook bij lage voedingsspanningen nog fanktioneert, is daardoor gekenmerkt, dat de conparatorschakeling wordt gevormd door een stroanspiegel op de ingang en de uitgang waarvan telkens de collector van een transistor 5 is aangesloten, welke beide transistoren samen een differentiaaltrap vormen net een gemeenschappelijke onitterleiding waarin een stroombron is aangebracht, van welke comparator de uitgang gevormd wordt door de uitgang van de stroanspiegel.

De voedingsspanning van de aldus samengestelde comparator- 10 schakeling is gelijk aan de son van de spanningen over de strocrrspregel, over de collector-emitterbaan van de differentiaaltrap en over de stroombron in de emitter leiding. Deze scmspanning kan minimaal twee maal een transistor-verzadigingsspanning van 0,2 V plus een diodedoorlaatspanning van 0,7 V bedragen, dus in de orde van grootte van 1,1 V liggen.

15 De uitvinding wordt aan de hand van de figuren nader toege licht, waarbij overeenkomstige elementen in de verschillende figuren met dezelfde verwijzingscijfers warden aangeduid. Hierbij toont: figuur 1 een bekende zendversterker die tevens als lijn-spanningsstabilisator is uitgevoerd; 20 figuur 2 een strocm-spanningskarakteristiek van het circuit volgens figuur 1; figuur 3 een modificatie van de zendversterker volgens figuur 1 die hierdoor volgens de uitvinding geschikt is voor lage lijnspanningen; 25 figuur 4 een andere modificatie van de zendversterker volgens figuur 1, in het bijzonder geschikt voer geïntegreerde uitvoering; figuur 5 een eerste uitvoeringsvorm van een andere zendversterker die geschikt is voor lage lijnspanningen; figuur 6 een tweede uitvoeringsvorm van deze andere zend-

WW

versterker; figuur 7 een uitvoeringsvorm van een coraparatorschakeling voor toepassing in de zendversterkers volgens figuren 3 tot en met 6; figuur 8 een streom-spanningskarakteristiek, gemeten met een circuit volgens fiauur 4.

Oü

De uitvinding is zowel toepasbaar op de zendversterker zoals bekend uit het genoemde IEEE-artikel, als op de zendversterker zoals beschreven in de niet-voorgepubliceerde Nederlandse octrooiaanvrage 85 ö ö 8 7 4 ESN.11,303 4 ϊί > nr. 8400508.

Figuur 1 toont deze laatstgenoemde zendversterker, die tevens als lijnspanningsstabilisator is uitgevoerd. Deze zendversterker is voorzien van een paar aansluitkleimen 10 voer aansluiting op de 5 abonneelijn via een gebruikelijke niet in de figuur weergegeven diode-brug,van een teruggekoppelde operationele versterker 12 die als ingangs-trap van de zendversterker fungeert en van een diode 14 waarvan de referentiespanning ten behoeve van de lijnspanningsstabilisatie wordt afgeleid. Deze diode wordt in doorlaatrichting ingesteld door een IQ niet in de figuren weergegeven stroombron, waardoor de spanning over deze diode gelijk is aan de diodedocrlaatspanning van ongeveer 0,6 Volt.

De zendversterker is verder voorzien van een eindtrap gevormd door uitgangstransistor 16 met emitterweerstand 18 van bij-15 voorbeeld 20 -Π. , van een spanningsdeler gevormd door de weerstanden 20 en 22 en van een condensator 24. Tevens is het circuit volgens fig. 1 voorzien van een lijnafsluitweerstand 26 van bijvoorbeeld 600 il die in serie staat met een voedingscondensatcr 28 van bijvoorbeeld 100 ^uF.

2o Doordat de teruggekoppelde operationele versterker zijn uitgang zodanig stuurt dat zijn beide ingangen een nagenoeg gelijke spanning hebben, is de spanning over weerstand 20 gelijk aan de diodedoorlaatspanning V^. De spanning over weerstand 22 is dan een faktor gelijk aan de weerstandsverhouding maal zo groot. Deze laatste 25 spanning over weerstand 22 fungeert als referentiespanning voor de lijnspanningsstabilisatie. Op het verbindingspunt van de weerstanden 20 en 22 staat dus een spanning (ten opzichte van de spanning op de onderste lijnaansluitklem, die als spanningsreferentie wordt gekozen) die gelijk is aan het verschil van de lijngelijkspanning en de 3Q referentiespanning; deze verschilspanning staat dus ook op de niet-inverterende ingang van versterker 12.

Over weerstand 18 staat een spanning die gelijk is aan het produkt van de gelijkstroom door de eihdtrap van de zendversterker en de weerstandswaarde van weerstand 18. Op de inverterende ingang van 35 versterker 12 staat dus een spanning die gelijk is aan de som van de spanning over weerstand 18 en de diodedocrlaatspanning V^. De spanning op deze ingang hangt dus lineair af van de lijngelijkstroem.

Door gelijkstelling van de spanningen op de inverterende 85 0 0 6 7 4 HJN.11.303 5 en op de niet-inverterende ingang van versterker 12 ontstaat een lineair verband tassen de gelijkstroom door de eindtrap van de zend-versterker en de gelijkspanning daarover. Indien geen lijngelijkstrocm nodig is voor bijvoorbeeld het voeden van verdere elektronische schake-5 lingen, dan is de lijngelijkstrocm gelijk aan de gelijkstroom door de eindtrap van de zendversterker. Het verband tussen de lijngelijkstrocm en de lijngelijkspanning wordt dan weergegeven door de rechte lijn in figuur 2. In praktische gevallen wordt wel een deel van de lijngelijkstrocm gebruikt voor voeding van andere schakelingen; het ver-10 loop is dan als het gestreepte deel van de karakteristiek volgens figuur 2.Aangenomen wordt dat alle lijngelijkstrocm door de eindtrap loopt. De lijngelijkspanning bestaat uit een constant deel VQ van bijvoorbeeld 4 V waarop gesuperponeerd een net de lijngelijkstroom evenredig deel.

15 Indien een telefoontoestel met een karakteristiek als in figuur 2 op een lange abanneelijn parallel geschakeld wordt net een niet-elektronisch telefoontoestel, dan zal de stroom door de uitgangs-transistor 16 tot nul af nemen. Hierdoor kan de zendversterker geen signaal meer op de abonreelijn zenden zodat dit toestel niet meer 20 functioneert. Dit wordt veroorzaakt door de relatief lage gelijkstrocm-weerstand yan bijvoorbeeld 200-Π van het niet-elektronische toestel.

Hen lange abanneelijn kan slechts een beperkte lijngelijkstrocm, bijvoorbeeld 15 mA, leveren. Over het toestel van 200/2 ontstaat dan een spanning van 3 V, hetgeen voor het functioneren van het 25 elektronische toestel te weinig is. Dit is zeker het geval als man de spanningsval over een niet in de figuur weergegeven diodebrug in aanmerking neemt. Deze spanningsval bedraagt in het gunstigste geval (bij gebruik van Schottky-dicdes) 0,8 V.

Figuur 3 toont een circuit dat voor het laatstgenoemde 30 probleem een oplossing biedt volgens de uitvinding. Een aantal van de reeds aan de hand van fig. 1 beschreven elementen kan aangebracht zijn in een geïntegreerd circuit 30. Hat circuit omvat verder een strocnmeetweerstand 32 van bijvoorbeeld 120 Ω. die in serie staat met de collector van transistor 16, Parallel aan weerstand 32 staat 35 een condensator 34 van bijvoorbeeld 47 ^uF voor Wisselstroomontkoppeling. Tussen de lijnaansluitkleirroen 10 is een serieschakeling van de hoofdstroombaan van een transistor 36 en een weerstand 38 van bijvoorbeeld 1 M-U aangebracht; deze weerstand bevindt zich in de collector leiding 8500674 PHN.11.303 6 van transistor 36. De basis van deze transistor is verbonden met de zijde van weerstand 32 die verbonden is net de collector van transistor 16 en de emitter is verbonden net de andere zijde van weerstand 32. Een transistor 40 is met zijn emitter verbonden met de emitter van g transistor 36, met zijn basis met de collector van transistor 36 en zijn collector is verbonden net het verbindingspunt van de weerstanden 20 en 22, met welk verbindingspunt eveneens een weerstand 42 verbanden is; de andere zijde van deze weerstand is met de collector van transistor 16 verbonden.

10 De werking van het in fig. 3 getoonde circuit is als volgt.

Zodra de stroom door weerstand 32 een bepaalde waarde, bijvoorbeeld 5 mA, overschrijdt, wordt transistor 36 geleidend, waardoor de collec-torspanning en de emitterspanning van deze transistor nog slechts weinig verschillen. Hierdoor is transistor 40 niet-geleidend. Stroant 15 via de abonneelijn een grotere stroom naar het circuit, dan kant transistor 36 in de verzadigde toestand en vloeit het meerdere van de stroom via het emitter-basistrajekt van transistor 36 naar transistor 16. Indien de stroom door weerstand 32 kleiner wordt dan 5 mA dan gaat transistor 36 over naar de niet-geleidende toestand. De collectorspan-20 ning van deze transistor daalt waardoor transistor 40 geleidend wordt. Hierdoor vloeit stroom naar het verbindingspunt van de weerstanden 20 en 22 waardoor de spanning op dit verbindingspunt niet verder af neemt. Het gevolg is dat de referentiespanning voor de lijnspanningsstabilisa-tie (dat is de spanning over weerstand 22) af neemt. Door deze beïnvloe-25 ding van de referentiespanning blijft over weerstand 20 een spanning gehandhaafd ter waarde van de diodedoorlaatspanning, waardoor versterker 12 binnen zijn uitstuurbereik blijft en waardoor transistor 16 stroom kan blijven geleiden.

Over weerstand 32 staat een spanning van ongeveer 0,6 V, 30 waardoor de door het lijnspanningsstabilisatiecircuit in te stellen spanning 0,6 V lager gemaakt moet worden om op de lijnaansluitklemmen 10 een ongewijzigde spanning te verkrijgen. Deze lagere instelling van het stabilisatiecircuit wordt bereikt door een weerstand 42 parallel te schakelen met weerstand 22.

35 Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm van de uitvinding die in het bijzonder geschikt is voor geïntegreerde uitvoering. Behalve de reeds beschreven elementen toont dit circuit een schakeling 44 voor het toevoeren van stroom aan het verbindingspunt van de weerstanden 20 8500674 H3N.11.303 7 en 22. Deze schakeling 44 bestaat uit een comparator 46, een stuurbare stroombron 48 en een schakeling 50 voer het vóórtbrengen van een canparatcrreferentiespanning, symbolisch weergegeven als een spanningsbron.

g Comparator 46 vergelijkt de catparatcrreferentiespanning met de spanning op het verbindingspunt van de weerstanden 20 en 22. Indien deze laatstgenoemde spanning coder de carparatorreferentiespan-ning daalt, wordt stroombron 48 zo gestuurd dat hij stroom aan dit verbindingspunt gaat leveren. Hierdoor neemt de referentiespanning 1Q voor de lijnspanningsstabilisatie af, waardoor transistor 16 stroom blijft geleiden.

Comparator 46 moet ook bij lage voedingsspanningen (tot in de orde van grootte van 1,1 V) nog blijven werken cm de boven beschreven sturing mogelijk te maken. Een uitvoeringsvorm van een zodanige ccmpara-15 tor zal aan de hand van figuur 7 nader beschreven worden.

Figuur 5 toont een tevens als lijnspanningsstabilisator uitgevoerde zendversterker zoals bekend uit het genoemde IEEE-artikel, voorzien van extra elementen voor toepassing van de uitvinding.

Het in figuur 5 getoonde circuit bestaat uit een operationele 2Q versterker 12 op de uitgang waarvan een eindtrap is aangesloten, bestaande uit transistor 16 en de daarbij behorende emitterweerstand 18.

De inverterende ingang van versterker 12 is net de emitter van transistor 16 verbonden, de niet-inverterende ingang is via een referentie-spanningsbron 52 en een daarmee in serie geschakelde weerstand 54 2g verbonden met één van de beide lijnaansluitklemmen 10.

De referentiespanning ten behoeve van de lijnspanningsstabilisatie is de spanning van spanningsbron 52, zodat aan de niet-inverte-rende ingang van versterker 12 het verschil tussen de lijngelijkspanning en de referentiespanning wordt toegevoerd. Daalt de lijngelijk-spanning tot onder de referentiespanning dan wordt versterker 12 overstuurd waardoor transistor 16 geen stroom meer geleidt.

Cm het circuit volgens figuur 5 ook bij lage lijnspanning nog te doen funktioneren is dit circuit voorzien van een comparator 56, een ccmparatorreferentiebron 60 en een stuurbare stroombron 58. Als ,, de lijnspanning daalt onder de spanning van referentiebron 60, dan 09 wordt stroombron 58 door comparator 56 aangestuurd zodat stroom wsrdt ingevoerd in de net de niet-inverterende ingang verbonden zijde van weerstand 54. Aldus wordt de door de serieschakeling van spanningsbron 8500874 EHN.11.303 3 52 en weerstand 54 gevormde referentiespannlng verlaagd, zcdat versterker 12 binnen zijn uitstuurbereik blijft.

Figuur 6 toont een variant van de in figuur 5 getoonde uitvoeringsvorm van de uitvinding. In figuur 6 is de uitgang van g comparator 56 rechtstreeks verbonden net de referentiespanningsbron 52. Deze spanningsbron is op op zichzelf bekende wijze als een in spanning stuurbare spanningsbron uitgevoerd. Door de spanning van deze spanningsbron 52 te verlagen als de lijngelijkspanning beneden de canparator-referentiespanning daalt, wordt eveneens bereikt dat versterker 12 10 binnen zijn uitstuurbereik blijft.

Figuur 7 toont een schakeling 44 voor het toevoeren van stroom aan het verbindingspunt van de weerstanden 20 en 22 zoals in het bijzonder beschreven aan de hand van figuur 4. Deze schakeling bestaat uit een comparator 46, een schakeling 50 voor het vóórtbrengen .. van een corparatorreferentiespanning, en een stuurbare stroombron 48.

10

Comparator 46 wordt gevormd door strocmspiegel 62, die bestaat uit een transistor 64 en een diode 66, een differentiaaltrap bestaande uit twee trans is toren 68 en 70 en een in de gemeenschappelijke emitter-leiding opgencsmen stroombron 72. De collector van transistor 70 is 2Q verbonden met de signaalingang van strocmspiegel 62, de collector van transistor 68 is verbonden met de signaaluitgang van deze strocmspiegel. Deze signaaluitgang vormt tevens de uitgang van comparator 46.

Een eerste ingang van comparator 46 is verbanden met campa-ratorreferentie 50. Deze schakeling 50 bestaat uit een serieschakeling van achtereenvolgens een stroombron 74, twee dioden 76 en 78 en een 49 weerstand 80. De referentiespanning wordt afgenomen van bet verbindingspunt van stroombron 74 net diode 76.

Op de uitgang van comparator 46 is een stuurbare stroombron 48 aangesloten die in dit uitvoeringsvoorbeeld is uitgevoerd als een transistor. De stuur ingang van deze stroombron 48 wordt gevormd door de basis van deze transistor. Tevens is de collector van deze transistor, die de uitgang van stroombron 48 vormt, verbonden met de andere ingang van comparator 46. Deze laatste verbinding maakt van comparator 46 en stroombron 48 een teruggekoppeld stelsel. De aldus gevormde 35 uitgang 82 wordt aangesloten op het genoemde verbindingspunt van de weerstanden 20 en 22.

In figuur 8 is het verband getoond tussen de lijngelijk-strocm 1^ en de lijngelijkspanning V^. Deze karakteristiek is gemeten 8500674 t ^ ESN. 11.303 9 net het circuit volgens figuur 4. Voor spanningen hoger dan 3,8 V bestaat deze spanning uit een constant deel Vq van 3,6 V, waarop gesuperponeerd een met de lijnstroon evenredig deel. Voor spanningen lager dan 3,8 V blijkt het circuit nog steeds stroom te geleiden, 5 zodat de zendversterker nog signaal pp de abonneelijn kan zenden.

10 15 20 25 30 35 3500674

Claims (5)

1. Telefoontoestel dat via de abonneelijn wordt gevoed net lijngelijkspanning, voorzien van een tevens als lijnspanningsstabilisa-tor uitgevoerde zendversterker met een door een teruggekoppelde opera- 5 tionele versterker gevormde ingangstrap, welke zendversterker is voorzien van een schakeling voor het vormen van een referentiespanning ten behoeve van de lijnspanningsstabilisatie, van middelen voor het vormen van het verschil tussen de lijngelijkspanning en de referentiespanning welke verschilspanning wordt toegevoerd aan een eerste ingang 10 van de operationele versterker, en van middelen voor het vormen van een hulpspanning die lineair afhangt van de lijngelijkstrocm, welke hulpspanning wordt toegevoerd aan een tweede ingang van de operationele versterker, met het kenmerk, dat de zendversterker is voorzien van middelen die de referentiespanning verlagen indien de lijnge lij kspan-15 ning beneden een vooraf vastgestelde waarde daalt.

2. Telefoontoestel volgens conclusie 1, waarin de schakeling voor het vormen van de referentiespanning een weerstand bevat waarvan één zijde gekoppeld is net de eerste ingang van de operationele versterker, net het kenmerk, dat de schakeling voor het venten van de 20 referentiespanning een stuurbare stroombron met een van de belasting nagenoeg onafhankelijke uitgangsstroom orivat, die is aangesloten op die zijde van de veerstand die net de eerste ingang van de operationele versterker is gekoppeld, en dat de zendversterker een op de abonneelijn aangesloten stuurschakeling bevat voor het in afhankelijk-25 heid van de lijnspanning respektievelijk de lijnstroon besturen van de stroombron.

3. Telefoontoestel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de stuurschakeling is uitgevoerd met een stroommeetweerstand die in serie met één der geleiders van de abonneelijn is opgenenen, met een 30 transistor waarvan het emitter-basistrajekt is aangesloten over de stroommeetweerstand en waarvan de collector, die de uitgang van de stuurschakeling vormt, via een collectorweerstand is ’verbonden met de andere geleider van de abonneelijn.

4. Telefoontoestel volgens conclusie 2, net het kenmerk, dat 35 de stuurschakeling is uitgevoerd als een comparator schakeling waarvan een ingang is verbonden met een schakeling voor het voortbrengen van een comparatorreferentiespanning, en waarvan de andere ingang is verbonden met de tweede ingang van de operationele versterker. 8500674 η »* * m * Λ ' .,„-a? ΕΒΝ.11.303 11

5. Telefoontoestel volgens conclusie 4, met het kennerk, dat de cortparatarschakeling wordt gevormd door een stroonspiegel op de ingang en de uitgang waarvan telkens de collector van een transistor is aangesloten, welke beide trans is tor en samen een differentiaaltrap g vermen met een gemeenschappelijke emitterleiding waarin een stroombron is aangebracht, van welke comparator de uitgang gevormd wordt door de uitgang van de strocmspiegel. 10 15 20 25 30 35 3500574