DE1901337A1

DE1901337A1 - Aktive Sprechschaltung

Info

Publication number: DE1901337A1
Application number: DE19691901337
Authority: DE
Inventors: Schuh Peter Otto
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1968-01-15
Filing date: 1969-01-11
Publication date: 1969-07-24
Also published as: ES362693A1; FR1604184A; DE1901337B2; NL6900563A; US3546395A; BE726659A; GB1242312A

Description

WESTERN ELECTRIC COMPANY Incorporated P.O. Schuh

Aktive Sprechschaltung

Die Erfindung betrifft eine aktive Sprechschaltung zur Anschaltung an ein Mikrofon und Telefon eines Fernsprechers sowie an den ersten und zweiten Anschluß einer Teilnehmerleitung.

Zweidraht-Pernsprecherschaltungen weisen im allgemeinen eine Gabelschaltung auf, bei der das Mikrofon und das Telefon in konjugierten Zweigen angeordnet sind. Daher sind Signale, die entweder im Mikrofon oder im Telefon erzeugt werden, im wesentlichen oder vollständig voneinander entkoppelt. Genauer gesagt, vom Mikrofon erzeugte Sprachsignalenergie wird normalerweise zwischen benachbarte Zweige einer Induktionsspule in Abhängigkeit von der Impedanzanpassung zwischen der Schaltung und der Teilnehmerleitung aufgeteilt, wobei eh Teil der Energie an die Teilnehmerleitung gegeben und der andere Teil im Ausgleichnetzwerk (Nachbildwiderstand) vernichtet wird. Wegen.der relativen Polarität der miteinander verbundenen Spulen versuchen sich die induktiven Wirkungen auszulöschen, so daß nur eine sehr kleine Rückhörenergie zum Telefon gelangt. Die Größe der Rückhör energie, die zur Annä-

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herung an die Qualität einer direkten Unterhaltung erforderlich ist, wird durch Steuerung der Impedanzanpassung zwischen der Schaltung und der Teilnehmerleitung festgelegt.

Wegen der unerwünschten Größe und der hohen Kosten von Induktionsspulen in Fernsprechern sind Sprechschaltungen ohne solche Spulen entwickelt worden, bei denen die Funktion der Gabelschaltung von Widerstandsnetzwerken übernommen wird. Solche Schaltungen sind beispielsweise in den USA-Patentschriften Nr. 2 838 612 (10.6.1958) und 3 170 043 (16. 2.1965) gezeigt. Die Ausschaltung von Gabelübertragern bei bei Fernsprecherschaltungen unter Verwendung von Ausführungsformen nach den beiden vorgenannten USA-Patentschriften ist wegen der Fortschritte auf dem Gebiet integrierter und Dünnfilm-Schaltungen zunehmend interessanter geworden. Insbesondere bei nichtinduktiven Schaltungen haben diese Fortschritte zu einer drastischen Verringerung der Abmessungen und zu wesentlichen Verbesserungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Kosten geführt.

Trotz der Vorteile von Widerstanda-Gabelschaltungen gegenüber Schaltungen unter Verwendung von Induktionsspulen weisen alle bekannten Fernsprechgabel- oder Brückenschaltungen den

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gemeinsamen Nachteil niedrigen Übertragungswirkungsgrades auf. Dieser Nachteil betrifft genauer gesagt die Vernichtung von im wesentlichen der halben, durch das Mikrofon erzeugten Signalleistung im Ausgleichnetzwerk der Babelschaltung. Die Bedeutung dieser Tatsache läßt sich leicht erkennen^ wenn man daran denkt, daß unter idealen Bedingungen die Beseitigung dieser Energieverluste die Verwendung von Fernsprechleitungen ermöglichen würde, die theoretisch eine um 6 dB größere Dämpfung als heute übliche Leitungen haben könnten. Dies würde zu sehr bedeutsamen Einsparungen bezüglich der Kosten von Fernspreehübertragungsleitungen oder zu einer Erweiterung des Einsatzbereiches üblicher Teilnehrnerleitungen führen.

Außer der Tatsache, daß bekannte Widerstands-Gabelschaltungen keine Lösung für das generell allen Gabelschaltungen eigene Problem der Leistungsverluste brachten, haben andere ungelöste Probleme einen weitverbreiteten kommerziellen Einsatz von Widerstands-Gabelschaltungen behindert. So ist beispielsweise ein im wesentlichen ohm¹ scher Eingangs scheinwiderstand des Fernsprechers, der zur Erzielung einer idealen Impedanzanpassung zwischen dem Fernsprecher und der Teilnehmerleitung erforderlich ist, unter bestimmten Bedingungen nur schwer zu verwirklichen, und zwar wegen des induktiven

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Blindwiderstandes der üblichen Telefonkaps ein.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die erläuterten Probleme zu lösen. Sie geht dazu aus von einer aktiven Sprechschaltüng der eingangs genannten Art und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sprechschaltung einen Anschluß aufweist, der an den ersten Anschluß des Mikrofons und den ersteji Anschluß des Telefons anschaltbar ist, ferner einen weiteren Anschluß, der an den. zweiten Anschluß des Mikrofons und den ersten Anschluß der Teilnehmerleitung anschaltbar ist, eine Transistors ehaltung mit drei Anschlüssen, deren erster und zweiter Anschluß mit dem ersten bzw. zweiten Anschluß der Teilnehmerleitung verbunden ist, einer Rückhör-Gabelschaltung mit einem ersten und einem zweiten Widerstand, die in Reihe zwischen dem zweiten und dritten Anschluß der Transistorschaltung liegen, einem Impedanznetzwerk, das zwischen den dritten Anschluß der Transistorschaltung und den einen Anschluß der Sprechs ehaltung geschaltet ist, und eine Einrichtung zur Verbindung;des gemeinsamen Anschlusses des ersten und zweiten Widerstandes mit dem zweiten Anschluß des Telefons., _r .

Die neue Schaltung verringert den Energieverlust, der normaler-

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weise in Fernsprecherschaltungen mit Rückhördämpfung auftritt.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 schematisch und teilweise als Blockschaltbild eine verallgemeinerte Schaltung nach der Erfindung;

Fig. 2 das Schaltbild einer speziellen Schaltung der in Fig. 1 allgemein dargestellten Art*

Erfindungsgemäß wird ein aktives Netzwerk benutzt, bei dem der übliche Einsatz induktiver Gabelspulen dadurch vermieden ist, daß die Rückkopplungsschleife einer Transistorverstärkerschaltung zur Erzielung einer Rückhörsymmetrie und eines Verstärkungsausgleiches benutzt wird, der Änderungen der Leitungsimpedanz kompensiert.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Kombination von zwei Transistoren in Darlington-Schaltung als aktives Element des aktiven Netzwerkes benutzt. Zwei in Reihe geschaltete Widerstände liegen über den Emitter-Kollektor elektroden des Transistorpaars. Zur Schaffung einer Rückkopplungsschleife, die eine Rückhörsymmetrie ergibt und eine Spannungs-

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' ■ ■ *"

verstärkung sicherstellt, ist der.gemeinsame Anschluß der Widerstände mit einem Anschluß des Telefons verbunden. Dieses Netzwerk ist besonders gut zur Herstellung in Form einer integrierten Schaltung geeignet, da die meisten Schaltungselemente Transistoren oder Widerstände sind. Es werden nur einige wenige Kondensatoren und keine Induktionsspulen benutzt.

Bei einer verallgemeinerten Ausführungsform der Erfindung, die durch die Anordnung nach Fig. 1 dargestellt wird, ist die Schaltung ein Y-Netzwerk, in welchem das Mikrofon T einfach als ideale Spannungsquelle betrachtet werden kann, die in den Basis-Emitterkreis eines Transistors Q eingeschaltet ist. Die Basis-Kollektoranschlüsse des Transistors Q liegen an den Anschlüssen der Leitung L. Zwei Netzwerke R₁ und R₀ sind in

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Reihe über die Emitter-Kollektoranschlüsse des Transistors Q geschaltet, und das Telefon R liegt zwischen dem Verbindujgspunkt der Netzwerke R , R und einem Anschluß des Mikrofons

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T. Erfindungsgemäß ist ein weiteres Netzwerk Z_. zwischen einen gemeinsamen Anschluß des Telefons R und des Mikrofons T sowie den Emitter des Transistors Q geschaltet.

Die Netzwerke R₁, R können beispielsweise einfache Widerstände sein, und der Rückhörausgleich erfolgt auf eine Weise,

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die eine automatische Symmetrierung ermöglicht. Bezüglich ihrer Funktion lassen sich die Netzwerke R und R

X et

zusammen als Potentiometer ansehen. Wenn die Impedanz Z den gleichen Phasenwinkel wie die Leitung L hat, können für die Netzwerke R und R anstelle von Widerständen andere Bauteile benutzt werden, beispielsweise Kondensatoren.

Für die Schaltung nach Fig. 1 läßt sich die folgende Beziehung aufzeigen:

2 ' ²

^PRL ⁼ Z ^--S² - (2)

^Z1L"^TRR2

■ - ^Rl ^R2

(3)

.LR ■■--,-■:-.

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darin bedeuten P₁. _m, Ρ_πΓΤΛ, und P_, die angegebenen

J_i 1 ±t 1 XiJ-I

Leistungsübertragungsverhältnisse. V^, ist die Spannung des Mikrofons T und die übrigen Bezeichnungen geben die Impedanz der entsprechenden Elemente in Fig. 1 an.

In Fig. 2, die ein spezielles Ausführungsbeispiel der allgemein in Fig. 1 dargestellten Schaltung zeigt, bilden das Transistorpaar Tl, T2 in Darlington-Basisschaltung zusammen mit dem Widerstand R3 und den Kondensatoren Cl und C3 eine über die Leitung gespeiste Verstärkerschaltung. Die Stabilität des Verstärkers nach hohen Frequenzen hin wird durch den Kondensator C3 sichergestellt. Der zwischen die Anschlüsse 1 und 6 geschaltete Kondensator C2 bewirkt eine Gleichstromtrennung. Das Netzwerk Z weist einen Transistor T3 auf, der eine Rückkopplung über einen Widerstand R6 und einen Kondensator C4 besitzt. Der Transistor T4 und der Widerstand R7 bewirken eine Vorspannungs- und Stromverstärkungssteuerung für den Transistor T3. Diese Bauteile sind auf geeignete Weise so ausgewählt, daß der Betrag der Impedanz Z_ß kleiner ist als die Leitungsimpedanz an den Anschlüssen 3 und 4, daß aber der Phasenwinkel der Impedanz Z_ß im wesentlichen gleich dem der Leitungsimpedanz ist. Eine Rückhör symmetrierung mit einer Spannungsverstärkung

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Sr-

wird durch die Rückkopplungs schleife bewirkt, die Widerstände Rl und R2 enthält*

Die Kombination aus den Widerständen RS, R5 und der Diode Dl ändert die Impedanz Z zur Kompensation von Impedanzänderungen der Leitung, gleicht ausgesendete und empfangene Signale an und stellt außerdem einen Weg kleinen Widerstandes her, um den Leistungsverlust bei.kurzen Teilnehmerschleifen möglichst klein zu machen»

Im Betrieb werden die abgehenden Sprechsignale von einem nicht gezeigten Mikrofon TR, das zwischen die Anschlüsse 2 und 3 geschaltet ist, über die Schaltung Z_ an das Transistorpaar Tl und T2 in Darlington-Schaltung gekopppelt. Der Strom im Kollektorkreis der Transistoren Tl und T2 erscheint am

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Anschluß und führt zu einer Spannung zwischen den Anschlüssen 3 und 4, die das zur Leitung» ausgesendete Ausgangs signal darstellt.

Die Spannung zwischen den Anschlüssen 3 und 4 läßt einen Strom über die Widerstände Rl und R2 fließen, der zurück zu der Transistorkombination Tl, T2 gekoppelt wird und zu einem Rückkopplungs strom vom Kollektor von Tl und T2 zum Anschluß

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führt. Dieser Rückkopplungsstrom ergibt eine verlustfreie Aussendung des Stromes, der durch das Sprechsignal im Transistorpaar-Tl, T2 verursacht wird.

Wegen der Basisschaltung der Transistoren Tl und T2 ist die Wechselspannung zwischen den Anschlüssen 3 und 5 Null. Das nichtgezeigte Telefon RE, das zwischen den Anschlüssen 1 und 2 liegt, ist über einen Kondensator C2 an. den Verbindungspunkt 6 der Widerstände El und R2 angeschaltet. Diese sind so ausgewählt, daß der sich ergebende Spannungsabfall gleich dem Spannungsabfall zwischen den Anschlüssen 2 und 3 wird. Diese Schaltung stellt die Güte der Rückhördämpfung nach der Erfindung her. Unter normalen Betriebsbedingungen ist die Spannung zwischen den Anschlüssen 2 und 6 Null.

Das von der Leitung empfangene Signal an den Anschlüssen 3 und 4 führt zu einer Spannung zwischen den Anschlüssen 3 und 6, die zwischen dem Telefon und dem Mikrofon aufgeteilt wird. Der Stromverlust, der normalerweise wegen des verhältnismäßig . kleinen Wertes des Widerstandes Rl auftreten würde, ist erfindungsgemäß aufgrund der Rückkopplung zu den Transistoren ^v Tl und T2 vermieden. Ein Teil der Empfangs spannung, die über dem Mikrofon TR erscheint, wird zum TransistorpaarTl, T2 über die Impedanzschaltung Z zurückkegoppelt, wodurch

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die Verluste wirksam verringert werden.

Wie oben angegeben, ist die Impedanz Z erfindungsgemäß so gewählt, daß sie etwas kleiner als die Impedanz der Leitung ist, aber einen identischen oder beinahe identischen Phasenwinkel aufweist. Diese Anordnung stellipine wirksame Spannungsverstärkung von den Anschlüssen 2 und 3 zu den Anschlüssen 3 und 4 sicher; Die Kombination der Widerstände Rl und R2 verringert diese effektive Spannungsverstärkung bis zu einem Punkt, an dem eine Nullstelle zwischen den Anschlüssen 2 und 6 vorhanden ist.

Der Widerstand R8 erhöht den Strom der Schaltung für Relais-Überwachungszwecke. Bei kurzen Teilnehmerschleifen ist der Widerstand R5 wechselstrommäßig über die Diode Dl gegen Erde kurzgeschlossen, so daß der kapazitive Blindwiderstand der Impedanz Z verringert ist. Diese Verringerung bewirkt eine Phasenverschiebung in der Impedanz von Z , die eine bei kurzen Schleifen auftretende Änderung der Phasenverschiebung für die Leitungsimpedanz zuläßt. Darüber hinaus ist der Strom über den Widerstand R5 und die Diode Dl genügend groß, um den Leistungsverbrauch der Schaltung bei kurzen Schleifen auf einem Minimalwert zu halten.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Aktive Sprechschaltung zur Anschaltung an ein

Mikrofon und Telefon eines Fernsprechers sowie an den ersten und zweiten Anschluß einer Teilnehmerleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprechschaltung einen Anschluß

(2) aufweist, der an den ersten Anschluß des Mikrofons (T) und den ersten Anschluß des Telefons (R) anschaltbar ist, ferner einen weiteren Anschluß (3), der an den zweiten Anschluß des Mikrofons (T) und den ersten Anschluß (3) der Teilnehmer« leitung (L) anschaltbar ist,

eine Transistorschaltung (Q) mit drei Anschlüssen, deren erster und zweiter Anschluß (3, 4) mit dem ersten bzw» zweiten Anschluß (3, 4) der Teilnehmerleitung verbunden ist, eine Rückhör-Gabelschältung mit einem ersten und einem zweiten Widerstand (Rl, R2), die in Reihe zwischen dem zweiten und dritten Anschluß (4, 5) der Transistorschaltung (Q) liegen, ein Impedanznetzwerk (Z_,-)» das zwischen dem dritten Anschluß

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(5) der Transistorschaltung (Q) und den einen Anschluß (2) der Spfreehsshaltung geschaltet ist,

und eine Einrichtung (1) zur Verbindung des gemeinsamen Anschlusses (6) des ersten und zweiten Widerstandes (Rl, R2) mit dem zweiten Anschluß des Telefons (R)»

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2. Aktive Sprechschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistorschaltung ein Transistorpaar (Tl, T2; Fig. 2) in Darlington-Schaltung aufweist, dessen Basis- bzw. Kollektor-Elektrode an den ersten Anschluß (3) bzw. den zweiten Anschluß (4) der Teilnehmerleitung anschaltbar sind.

3. Aktive Sprechschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanznetzwerk (Z ) Speisestrom an das Mikrofon (T) liefern kann und eine Impedanz aufweist, deren Betrag kleiner als und deren Phasenwinkel im wesentlichen gleich den entsprechenden Werten der Teilnehmerleitung (L) ist, mit der die Teilnehmerleitungsanschlüsse (3, 4) zu verbinden sind,

4. Aktive Sprechschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanznetzwerk (Z , Fig. 2) folgende Bauteile aufweist:

eine Reihenschaltung mit einem dritten und einem vierten Widerstand (R4, R5);

einen ersten Transistor (T3), dessen Emitter- und Kollektorelektrode je mit einem der freien Anschlüsse des dritten und vierten Widerstandes (R4, R5) verbunden ist;

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einen zweiten Transistor (T4), dessen KoHektorelektrode mit der Basiselektrode des ersten Transistors (T3) und .dessen Emitterelektrode mit der Emitterelektrode des erstenfTransistors (T3) verbunden stnd;

einen fünften Widerstand (R7), der zwischen die Kollektor- und Basiselekektrode des zweiten Transistors (T4) geschaltet ist; eine Parallelschaltung eines sechsten Widerstands (R6) mit einem kapazitiven Element (C4), die zwischen der Kollektor- und Basiselektrode des ersten Transistors (T3) liegt.

5, Aktive Sprechschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (T3) an den einen Anschluß (2) der Sprechschalung verbunden ist und daß der gemeinsame Verbindungspunkt des dritten und vierten Widerstandes (R.4, R5) mit dem dritten Anschluß (5) der Trsnsistorschaltung mit drei Anschlüssen verbunden ist.

6, Aktive Sprechschaltung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelschaltung eines Widerstandes (R8) und einer Diode (Dl) zwischen die Kollektorelektrode des ersten Transistors (T3) und den weiteren Anschluß (3) der Sprechschaltung gelegt ist, daß ein erster Kondensator (Cl) zwischen dem weiteren Anschluß (3) und dem ersten Anschluß

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der Transistorschaltung (Q) mit drei Anschlüssen liegt und daß ein zweiter Kondensator (C2) zwischen den gemeinsamen Anschluß (6) des ersten und zweiten Widerstandes (Rl, R2) und die Einrichtung (1) zur Verbindung mit dem zweiten Anschluß des Telefons (R oder RE) geschaltet ist.

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