SE448663B - Ledningskrets - Google Patents

Description

448 665 uppdelad i två impedanser, varvid vardera har ett värde på 200 till H00 ohm.

För att förhindra att dessa impedanser omvandlar "common mode"-signaler på abonnentledningen till "differential-mod”-signaler kräver myndigheterna en noggrannhet av ungefär 0,1% för dessa impedanser. Till följd av det höga vär- det på den maximala ledningsströmmen förbrukar förstärkarnas utgångstransis- torer en relativt hög effekt. Denna effektförbrukning i den del, som skall f integreras, har hittills utgjort hinder för användningen av dessa kretsar med en livslängd och tillförlitlighet som krävs för telefonisystem.

Ett ändamål med uppfinningen är att eliminera denna nackdel och att * åstadkomma en ledningskrets, vars effektförbrukning i de aktiva komponenter- na av ledningskretsen är mycket låg så att de lätt kan realiseras i integre- rad form.

Ledningskretsen enligt uppfinningen kännetecknas därför av att förstär- karen har en återkopplingskrets och att ledningskretsen innefattar en impe- dansmultiplicerande krets med förstärkaren och ett motstånd ansluten mellan förstärkarens utgång och anslutningsklämman, och att ledningskretsen vidare innefattar en ströminjiceringsanordning som är ansluten till utgången av för- stärkaren för att tillföra en del av likströmmen, vilken del bestämmes av ströminjiceringsanordningens impedans, till abonnentledningstråden, medan den återstående mindre delen av likströmmen tillföres av förstärkaren.

Tillförandet av åtminstone en del av likströmmen till klämman genom shunt- ning av utgångstransistorn resulterar i en minskning av effektförbrukningen i utgångstransistorn, så att denna transistor lättare kan realiseras i integre- rad form. l enlighet med ett annat kännetecken för uppfinningen har förstärkaren en definierad förstärkningsfaktor medan återkopplingskretsen innefattande en referensspänningskälla är anordnad mellan anslutningsklämman och en-signal- ingång på förstärkaren för återkoppling av en del av spänningsskillnaden mellàn spänningen på klämman och referensspänningskällans spänning, varvid strömin- jiceringsanordningen innefattar en likspänningskälla som är kopplad till im-g pedansen, och den del av likströmmen som alstras av denna anordning flyter ge- nom nämnda impedans. Detta har den fördelen att motståndet som är anslutet mellan förstärkarens utgång och klämman får ett värde som är ett belopp lägre, vilket är bestämt av återkopplingsfaktorn, än det värde som krävs av myndigheter- na, varvid skíllnadsvärdet bildas av impedansen i ströminjiceringsanordningen, så att ett mindre motstånd som har en noggrannhet av 0,l% räcker till, vilket förbrukar en effekt som är ett mot återkopplíngsfaktorn svarande belopp mindre -_ och som följaktligen är billigt. Det är därvid också möjligt att det motstånd som är anslutet mellan förstärkarutgången och klämman realiseras i integrerad form.

Enligt en lämplig utföringsform kännetecknas ledningskretsen därav att 443- 663 förstärkaren är en differentialförstärkare med en ej inverterande signalingång och en inverterande signalingång, varvid förstärkarens utgång är ansluten till den inverterande signalingången och att återkopplingskretsen innefattar en spänningsdelare som är ansluten mellan en pol på referensspänningskällan och klämman, medan spänningsdelarens uttag är anslutet till förstärkarens signal- ingång som är den ej inverterande signalingången.

Enligt en särskilt fördelaktig utföringsform kännetecknas ledningskretsen därav att likspänningskällan innefattar en pulsgenerator, medan impedansen innefattar en induktans som är ansluten till pulsgeneratorn, och att en likrik- tande krets är ansluten till induktansen och kopplad till förstärkarutgången.

Detta resulterar i en mycket låg total effektförbrukning i ledningskret- sen, så att denna till större delen kan utföras i integrerad form, och det blir också möjligt att packningstätheten i en sådan ledningskrets på tryckta krets- kort i rackar i telefonväxlarna göres hög.

Uppfinningen och dess fördelar kommer nu att beskrivas närmare med hänvis- ning till ritningarna, där motsvarande komponenter i de olika figurerna har försetts med samma hänvisningsbeteckningar, varvid fig 1 visar en del av en ledningskrets enligt uppfinningen och fig 2 visar en komplett utföringsform av en ledningskrets enligt uppfinningen.

Den del av en ledningskrets, som är visad i fig 1, innefattar en anslut- ningsklämma 1 för anslutning av en ej visad tråd i en abonnentledning, t.ex. en a-tråd. En talsignal som avges av en signalkälla, vilken bildas av strömkällan 4, matas till denna tråd genom en återkopplad förstärkare 2 och ett motstånd 3.

Förstärkaren 2 har ett utgångssteg som i denna utföringsform innefattar två komplementära utgångstransistorer 5 och 6. Dessa transistorer 5 och 6 är an- slutna såsom emitterföljare, så att förstärkarens 2 utgângsimpedans, som är lâgohmig till följd av âterkopplingen, blir extra låg. Ett motstånd 8 är anslu- tet mellan transistorernas 5 och 6 sammankopplade baser och emittrar för att vid omkastning av strömriktningen reducera den ej linjära distorsionen som är ett resultat av det dubbla bas- emitterspänningsgapet då den ena transistorns ledningstillstånd övertas av den andra transistorn. Ritningen visar ej kopp- lingen av transistorernas baser till förstärkarens ingång, emedan denna kopp- ling inte är väsentlig för uppfinningen även om den är nödvändig för förstärka- rens funktion. Vidare är transistorns 5 kollektor ansluten till den positiva polen 9 och transistorns 6 kollektor ansluten till den negativa polen 10 på en ej visad spänningskälla, som tjänar såsom matningskälla.

En likström som föreskrives av myndigheterna måste matas till respektive tas ifrån abonnentledningen, av vilken en tråd är ansluten till klämman 1.

Denna likström har t.ex. ett minimivärde av 20 mA för mycket långa ledningar 448 663 4 och t.ex. ett maximivärde av 120 mA för mycket korta ledningar eller i händelse av en kortslutning av ledningen. Normalt flyter denna ledningsström från den positiva polen 9 till klämman 1 via transistorns 5 huvudströmbana eller, om den omvända polariteten användes, från klämman 1 till den negativa polen 10 via transistorns 6 huvudströmbana. Det observeras att om endast en ledningspolari- tet användes en av utgångstransistorerna 5 och 6 kan undvaras. För förstärk- ningen av talsignalerna, som tillföres av strömkällan 4, kräver transistorerna c en kollektorspänning av ungefär 6 volt. Med en ledningsström av ungefär 80 mA blir effektförbrukningen i den strömledande utgångstransistorn 480 mw. En kom- i plett ledningskrets omfattar emellertid två sådana förstärkare, vilket betyder en total effektförbrukning av 960 mw, vilket gör realisering i integrerad form mycket svår.

För att reducera denna effektförbrukning innefattar ledningskretsen en ströminjiceringsanordning. I den visade utföringsformen innefattar denna ström- injiceringsanordning en spänningskälla 11, som tillhör matningskällan, och ett motstånd 12 som är anslutet till förstärkarens 2 lågohmiga utgång 7. Som följd av förstärkarens 7 låga utgångsimpedans alstrar ströminjiceringsanordningen vid lämpligt val av spänningskällans 11 spänning och motståndets 12 värde en del av eller hela ledningsströmmen för abonnentledningen. Följaktligen flyter led- ningsströmmen inte genom transistorerna 5 eller 6 så att förstärkaren 2 lätt kan realiseras i integrerad form. Genom att anordna motståndet 12 utanför ski- van till ledningskretsens integrerade del kommer effektförbrukningen att äga rum utanför skivan.

Det observeras att transistorernas 5 respektive 6 kollektor kan vara an- sluten till utgången 7 och emittern till den positiva polen 9 respektive den negativa polen 10 på den ej visade spänningskällan. Baserna i var och en av dessa utgångstransistorer måste därvid drivas med hänsyn tagen till dessa po- lers 9 och 10 spänningar. Genom att anordna en återkoppling är det därvid också möjligt att realisera en låg utgångsimpedans.

Såsom tidigare beskrivits föreskriver myndigheterna en minimiström av 20 mA, vilket uppnås genom användning av en 48 V eller 60 V spänningskälla för mycket långa abonnentledningar. För att begränsa strömmen i händelse av mycket korta abonnentledningar eller en kortslutning på ledningarna föreskriver myn- digheterna ett matningsmotstând på 200 till 400 ohm i serie med var och en av trådarna i en abonnentledning. Vid en ledningsström av 100 mA förbrukar vart och ett av dessa motstånd därvid 2-4 watt.

Till följd av det faktum att dessa motstånd också utgör avslutningsimpe- danser för abonnentledningen för växelströmssignaler kräver myndigheterna att dessa motståndsvärden har en noggrannhet inom ungefär 0,l%. Dessa precisions- UY» 448 663 motstånd, som tål den nämnda effektförbrukningen, är ganska dyrbara.

En av åtgärderna för att kringgå detta är att förstärkaren har en definie- rad förstärkningsfaktor. För den visade utföringsformen realiseras detta genom att utföra förstärkaren 2 såsom en differentialförstärkare, vars signalinverte- rande ingång 13 är ansluten till utgången 7, medan signalkällan 4 är ansluten till den ej signalinverterande ingången 14. Den så konstruerade förstärkaren 2 har en förstärkningsfaktor av 1. Emellertid kan varje godtycklig fast förstärk- ningsfaktor användas, vilket exempelvis kan erhållas medelst en återkopplings- krets 1-2 såsom är visat i fig 1 medelst streckade linjer. Likaledes kan varje förstärkare med en definierad förstärkningsfaktor användas.

Ledningskretsen innefattar vidare förutom det beskrivna motståndet 3, som är anslutet mellan utgången 7 och klämman 1, en återkopplingskrets innefattande en referensspänningskälla. I den visade utföringsformen användes ströminjice- ringsanordningens spänningskälla 11 såsom referensspänningskälla. Emellertid är det möjligt att använda separata källor med olika spänningsvärden för de båda ändamålen. Återkopplingskretsen innefattar en spänningsdelare som bildas av motstånden 15 och 16, vars mittuttag är anslutet till den ej signalinverterande ingången 14 på differentialförstärkaren 2. En impedansmultiplikation av mot- ståndet 3 erhålles på detta sätt. Det är lätt att bevisa att utgångsimpedansen Ro sett från klämman 1 är lika med: “15 * H16 Rs * Rls vid en mycket hög förstärkningsfaktor hos förstärkaren 2 utan återkoppling.

Indexsiffrorna till motstånden, som är betecknade med R, svarar mot de hänvis- ningssiffror på motstånden, som är visade i fig 1. Med ett lämpligt val av dessa motstånds värden, t.ex. R15 = 1 k0hm och R16 = 9 k0hm erhålles en utgångsimpedans Ro av 200 respektive 400 Ohm vid ett värde av 20 respektive 40 Ohm på R3. Vid 100 mA förbrukar motståndet R3 därvid bara 0,2 respektive 0,4 watt, för vilket ändamål billiga motstånd med en noggrannhet av 0,l% är tillgängliga. Återstående 180 respektive 360 Ohm av avslutningsmotstånden eller matningsmotstånden bildas av den elektroniska impedansen i transistorerna 5 och 6. Om ledningsströmmen skulle flyta genom utgångstransistorn skulle detta ha nackdelen att effektförbrukningen i transistorerna 5 och 6 skulle bli avsevärd.

Men ströminjiceringsanordningen avger åtminstone en del av ledningsströmmen till klämman 1 under shuntning av transistorerna 5 och 6.

Med ett lämpligt val av motståndet 12 kan ledningsströmmen flyta till klämman 1 genom fullständig shuntning av transistorerna 5 och 6, nämligen från R: 0 Ra 448 sas 6 källan 11 via motståndet 12 och motståndet 3. Transistorerna 5 och 6 är därvid inställda i klass B. Värdet på motståndet 12 måste därvid vara 180 Ohm respek- tive 360 Ohm.

Således uppnås att bara motstånd på 20 respektive 30 Ohm med en noggrann- het av 0,1% användes, vilka förbrukar en relativt låg effekt. medan effektför- brukningen hindras från att ske i transistorerna 5 och 6. De andra motstânden har ett värde på 180 respektive 360 Ohm så att de förbrukar en relativt hög effekt. Dessa motstånd behöver emellertid inte vara noggranna.

Om likströmmen inte kompenseras helt, t.ex. om transistorerna 5 och 6 drivs i klass A, leder dessa transistorer t.ex. en likström av ungefär 10 mA som krävs för talsignalförstärkning. Den effektförbrukning som därigenom alst- ras i utgångstransistorerna kan emellertid försummas.

Utföringsformen enligt fig 1 visar bara ett styrsteg i en ledningskretsg vilket styrsteg är visat relativt en virtuell jord 18, 19 och 20 (visad med streckad linje). Denna virtuella jord representerar ett symmetriplan för tai- signalerna i en komplett ledningskrets, såsom är visat i fig 2. Det observeras att detta plan kan ligga vid halva batterispänningen, om den negativa polen på iikspänningskäilan eller referensspänningskällan 11 är ansluten till jord.

Fig 2 visar båda styrstegen i ledningskretsen, varvid komponenter i det andra steget, vilka är identiska med komponenter i det första steget, har för- setts med samma hänvisningsbeteckningar men med ett primtecken. Anslutnings- klämmorna 1 och 1' tjänar för anslutning av trådarna a och b av en abonnentled- ning. Dessutom visar denna utföringsform en separtat spänningskälla för ström- injiceringsanordningen och referensspänningskällan. Ströminjiceringsanordning- ens spänningskälla innefattar en pulskälla 21, två spolar 22 och 23 som är an- slutna till pulskällan 21, en likriktande krets som bildas av dioderna 24 tiil 27 anslutna tili spoiarna samt ett filter som är anslutet till likriktarbryg- gan, vilket filter innefattar en utjämningskondensator 28 och två spolar 29 och 30 på t.ex. 20 mH. Ströminjiceringsanordningen är ansluten till differential- förstärkarnas 2 och 2' utgångar 7 och 7' via filtret. Denna ströminjicerings- anordning arbetar på följande sätt. Den ström som alstras av strömkällan 21 flyter genom den impedans som bildas av spoiarna 22 och 23 före likriktningen i likriktarkretsen 24 till 27 och efter att ha utjämnats av filtret injiceras den t.ex. såsom en likström vid förstärkarens 2 utgång 7 eller avledes från för- stärkarens 2' utgång 7'. De impedanser som bildas av spolarnas 22 och 23 induk- tanser måste ha ett sådant värde att de ersätter strömbegränsningen genom mot- stånden på t.ex. 200 Ohm respektive 400 Ohm. Med en pulsupprepningshastighet på 100 kHz kräver detta spolar med en induktans av 0,32 respektive 0,64 mH. Denna krets har fördelen att effektförbrukningen 1 ledningskretsen är mycket låg. De enda komponenter som förbrukar ledningsström är motstânden 3 och 3'. r v., m (J f

Claims (7)

q. KW. 448 663 Patentkrav

1. Ledningskrets innefattande en matningskälla och en förstärkare med en låg utgångsimpedans, vilken förstärkare är ansluten till matnlngskällan, och en anslutníngsklämma För att medelst ledningskretsen mata en förutbestämd lik- ström som kommer från matningskällan till en tråd av abonnentledningen, vil- ken är ansluten till klämman, k ä n n e t e c k n a d av att förstärkaren (2) har en återkopplingskrets (11,15,16) och att ledníngskretsen innefattar en impedansmultiplicerande krets med förstärkaren (2) och ett motstånd-(3) an- sluten mellan förstärkarens (2) utgång och anslutningsklämman, och att led- nlngskretsen innefattar en ströminjíceringsanordning (11,12) som är ansluten till förstärkarens (2) utgång (7) för att mata en del av likströmmen, vilken del är bestämd av ströminjiceringsanordningens impedans (12) till abonnetledn níngstråden, medan den återstående mindre delen av den förutbestämda likström- men tillföres av förstärkaren (2).

2. Ledningskrets enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att förstärkaren (2) har en definierad förstärkningsfaktor och att återkopplings- kretsen (11,15,16) innefattande en referensspänningskälla (11) är anordnad mellan anslutningsklämman (1) och en signalingång (lh) på förstärkaren för återmatning av en del av skillnaden mellan klämmans (1) spänning och refe- rensspänningskällans (11) spänning samt att ströminjiceringsanordningen (11,12) innefattar en likspänníngskälla (11) som är kopplad till impedansen (12), var- vid den del av strömmen som tillhandahållas av denna anordning flyter genom nämnda impedans (12).

3. Ledningskrets enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att förstärkaren (Z) är en differentialförstärkare med en ej inverterande (lä) och en inverterande signalingång (13), varvid förstärkarens (2) utgång (7) är kopplad till den sígnalinverterande ingången (13), och att återkopplingskretsen innefattar en spänningsdelare (15,16) anordnad mellan en pol på referensspän- ningskällan (11) och anslutningsklämman (1), medan spänningsdelarens (15,16) uttag (17) är anslutet till signalingången, som utgöres av den ej inverte- rande signalingången (114) på förstärkaren.

H. Ledningskrets enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att förstärkarens (2) utgång (7) är ansluten till den signalinverterande ingången (13) via en återkopplingskrets (2-J) som innefattar en ytterligare referensspänning- källa (11). 448 663»

5. Ledningskrets enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att impedansen (12) har ett värde som år i huvudsak lika med den förstärkarens (2) utgångsimpedans minus motståndets (3) värde.

6. Ledningskrets enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att likspänningskällan (ll) innefattar en pulsgenerator (21), medan impedansen (12) innefattar en induktans (22,23), som är ansluten till pulsgeneratorn (21), samt att en líkriktande krets (ZÄ-27) är anordnad vilken är ansluten till in- duktansen (22,23) och kopplad till förstärkarens (2,Z') utgång (7,7').

7. Ledningskrets enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att impedansen (12) är ett motstånd, som är anslutet mellan likspänningskällan (11) och Förstärkarens (Z) utgång (7). év m; ,, vn