DE2302575C3 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen leitungsseitig gespeisten
Verstärker zum Anschalten an eine speisende Leitung mit einem ersten, zweiten und dritten Widerstand, die
drei Brückenzweige bilden, einer ersten Einrichtung zum Anschalten einer Eingangssignalquelle an den
einen Diagonalzweig der Brücke, einem aktiven Netzteil zur Verstärkung von Signalen der Quelle, und
einer zweiten Einrichtung zum Anschalten der verstärk
60 ten Ausgangssignale an die Leitung, so daß diese den vierten Brückenzweig bildet
Leitungsseitig gespeiste Verstärker dienen im Fernsprechwesen üblicherweise zur Verstärkung von Signalen
aus Handapparat-Mikrophonen, die in Verbindung mit Prüfklinken-Fernsprechapparaten verwendet werden.
Der Verstärker wird vom entfernten Amt her über dieselbe Leitung gespeist, an der auch das verstärkte
Ausgangssignal des Mikrophons liegt. Weil die Leitung — oder im Fernsprechwesen auch Schleife genannte
Leitung — oft sehr lang ist und deshalb notwendigerweise hohe Widerstandsverluste hat, muß die Vorspannung
des Verstärkers genau eingestellt werden, damit er wirksam arbeitet Weil dabei der Mikrophonwiderstand
am Verstärkereingang unbedingt berücksichtigt werden muß, ist es nach einer einmal erfolgten Einstellung des
Verstärkers unzweckmäßig, einen anderen Mikrophontyp zu wählen. Die bisher verwendeten Verstärker sind
mit anderen Worten nicht ohne weiteres eingangsseitigen Änderungen des Mikrophonwiderstandes zugänglich,
die sich zumindest im Falle langer Schleifen in unerwünschten Abweichungen von der eingestellten
Vorspannung äußern.
Ein weiteres Problem in bezug auf die im Fernsprechwesen bisher verwendeten leitungsseitig gespeisten
Verstärker besteht darin, daß ein Umpolungsschutz benötigt wird, um einen einwandfreien Verstärkerbetrieb
unabhängig von der Polung der leitungsseitig anliegenden Speisespannung zu ermöglichen. Dieser
Umpolungsschutz, der normalerweise aus vier Dioden in Brückenschaltung besteht, ist im Vergleich zu den
anderen Bauteilen des Verstärkers sehr teuer, weil wegen der an den Enden der langen Schleifen
verfügbaren niedrigen Speisespannungen im allgemeinen Germanium-Bauteile erforderlich sind. Außerdem
führt der Umpolungsschutz zu einem weiteren unerwünschten Spannungsabfall.
Bekannt ist bereits eine blindwiderstandsfreie Gabelschaltung
zur Rückhördämpfung bei Fernsprechern, bei der ein Mikrofon und ein Mikrofonverstärker eine
Konstantstromquelle in einer Brückenschaltung darstellen. Änderungen des Mikrofonwiderstandes führen
dabei zu Änderungen der Vorspannung für den Verstärker.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte
leitungsseitig gespeiste Verstärker zu schaffen, die einen von der Signalquellenimpedanz am Verstärkereingang
ziemlich unabhängigen Arbeitspunkt aufweisen.
Die Erfindung geht dazu aus von einem leitungsseitig gespeisten Verstärker der eingangs genannten Art und
ist dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Einrichtung zum Anschalten der Vorspannungsanschlüsse des
aktiven Netzwerkteils an den anderen Diagonalzweig der Brücke vorgesehen ist, und daß die Brücke im
wesentlichen abgeglichen ist, wodurch die an den aktiven Netzwerkteil angelegte Vorspannung im
wesentlichen unabhängig vom Widerstand der Eingangssignalquelle ist.
Dabei kann der aktive Netzwerkteil einen Transistor einschließen, dessen Basis und Emitter die Vorspannungsanschlüsse
bilden.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der aktive Netzwerktei! einen ersten, zweiten, dritten
und vierten Transistor enthält, daß der erste und vierte Transistor komplementär zu dem zweiten und dritten
Transistor sind, daß der erste und zweite Transistor in komplementärer Darlington-Schaltung ein erstes Paar
bilden, daß der dritte und vierte Transistor in
komplementärer Darlington-Schaltung ein zum ersten Paar paralleles zweites Paar bilden, daß je ein Paar in
Betrieb ist, wenn das andere durch seine Vorspannung abgeschaltet ist und daß die Vorspannungsanschlüsse
die Basen bzw. die Emitter des ersten und vierten Transistors bilden.
Die dritte Einrichtung kann zweckmäßig als Emitterwiderstand ausgebildet sein.
Ein Kondensator kann -vorgesehen sein, um ein
Wjchselstromeingangssignal unmittelbar an den aktiven
Netzwerkteil zu legen.
Zur Erzielung einer wechselstrommäßig wirksamen Trennung isx ein Eingangsanschluß über eine Wechselstromsperreinrichtung
mit einem Ausgangsanschluß zusammengeschaltet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild eines vollständigen Jeitungsseitig
gespeisten Verstärkers und
F i g. 2 eine vereinfachte Version des in F i g. 1 dargestellten Schaltbildes mit nur einem aktiven
Element.
Nach F i g. 1 sind an einen leitungsseitig gespeisten Verstärker 10, wenn er im Fernsprechwesen verwendet
wird, ein Mikrophon T parallel zu seinen Eingangsanschlüssen
2,3 und die eine Seite eines konventionellen Sprechnetzwerks ti parallel zu seinen Ausgangsanschlüssen
1, 4 geschaltet Der Verstärker 10 wird über die Leitungen 5, 6 vom Amt aus gespeist, die an die
andere Seite des Sprechnetzwerks U geschaltet sind. Wenn der leitungsseitig gespeiste Verstärker 10 nicht
im Fernsprechwesen verwendet würde, würde die Leitung unmittelbar an die Ausgangsanschlüsse 1, 4
geschaltet
Der aktive Netzwerkteil des Verstärkers 10 enthält zwei Paare entgegengesetzt gepolter Transistoren in
komplementärer Darlington-Schaltung. Die Transistoren Qi und Q 2 bilden das erste Paar, bei dem der
Kollektor bzw. Emitter des Transistors Q 2 mit der Basis bzw. dem Kollektor des Transistors Q1 verbunden sind.
Die Transistoren Q 3 und Q 4 bilden das zweite Paar, bei dem der Kollektor bzw. Emitter des Transistors QA mit
der Basis bzw. dem Kollektor des Transistors Q 3 verbunden sind. Die Transistoren Q1 und Q 4 sind
komplementär zu den Transistoren Q 2 und Q 3, d. h. der
erstere kann ein PNP-Transistor und der letztere ein
NPN-Transistor oder umgekehrt sein. Die Transistoren paare sind durch Zusammenschaltung der Basen der
Transistoren Q 2 und Q 4 im Knotenpunkt 7, der Emitter der Transistoren Q1 und Q 3 am Ausgangsanschluß
4 und der Emitter und Kollektoren der Transistoren Q 2, Qi bzw. ζ) 4, Q 3 im Knotenpunkt 8
parallel geschaltet. Der effektive Kollektor der Transistorenpaare Qi, Q 2 und ζ) 3, Q 4 wird durch die
Emitter der Transistoren Q1 bzw. Q 3 gebildet.
Die Transistorenpaare werden durch drei ohmsche Widerstände Ri, R 2 und R 3 vorgespannt, die eine
Brückenschaltung bilden, wenn sie passend mit dem Sprechnetzwerk 11 und der Amtsschleife verbunden
sind. Genauer gesagt bilden die ohmschen Widerstände R1 und R 2 je einen Brückenzweig parallel zu den
Eingangsanschl^issen 2 und 3, und ihr gemeinsamer Anschluß im Punkt 7 ist an die Basen der Transistoren
Q 2 und Q 4 geschaltet. Der ohmsche Widerstand R 3, der den dritten Brückenzweig bildet, ist zwischen den
ohmschen Widerstand R 2 und den Ausgangsanschluß 1 geschaltet, wobei letzterer über einen ohmschen
Widerstand Äsauch mit den Knotenpunkt 8 verbunden
ist. Der ohmsche Widerstand Re dient für beide Transistorenpaare als Emitterwiderstand. Der Ein-
s gangsanschluß 3 und Ausgangsanschluß 4 sind über eine Spule L zusammengeschaltet, und ein Kondensator C
liegt parallel zum ohmschen Widerstand R i. Der damit jeweils verfolgte Zweck wird später näher erläutert
Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der in
ίο F i g. 1 dargestellten Schaltung wurden die wesentlichen
Teile dieser Schaltung in F i g. 2 gleichBtrommäßig neu entworfen, wobei die Bauelemente nebst Benennungen
beibehalten wurden. Die Transistoren Qi, Q 2, Q 3 und Q 4 sind durch ein einziges aktives Element (Transistor
Q) ersetzt, dessen Emitter, Basis und Kollektor den gleichnamigen effektiven Außenanschlüssen eines Transistorpaars
entsprechen. Der Widerstand des Mikrophons T, der natürlich vom speziell verwendeten
Mikrophontyp abhängt, wird durch den ohmschen Stellwiderstand Rt dargestellt Rn und En geben den
ohmschen Widerstand bzw. die Gleichspannung wieder, die das Sprechnetzwerk 11 und die Amtsschleife an den
Ausgangsanschlüssen 1 und 4 des Verstärkers ersetzen.
Nach F i g. 2 liegt der Transistor Q mit seiner Basis-Emitter-Strecke, die den Transistor steuert (über
den Widerstand Re) in der einen Brückendiagonalen während der ohmsche Widerstand Ar des Mikrophons
parallel zu der anderen Brückendiagonalen liegt. Unter der Bedingung:
Rl ■ R3 = R2·Rn
ist die Brücke abgeglichen und Änderungen des ohmschen Widerstands /?7des Mikrophons beeinflussen
die Vorspannungseinstellung des Transistors nicht Diese Behauptung kann auf zweierlei Weise bewiesen
werden: Erstens können Änderungen des ohmschen Mikrophonwiderstands Rt (ausgehend von einem
Nennwert) nach dem Kompensations-Theorem durch Einfügen einer mit Rt in Reihe geschalteten Gleich-1
stromquelle dargestellt werden. Spannungsänderungen dieser Gleichstromquelle parallel zum Diagonalzweig
einer abgeglichenen Brücke wirken sich nicht auf den anderen Diagronalzweig der Brücke aus. Folglich bleibt
die Vorspannung des Transistors Q auch bei Änderungen des ohmschen Mikrophonwiderstands Ar fest
Zweitens kann der Transistor Q aus der Schaltung herausgenommen und die Vorspannung V7.1 zwischen
den Knotenpunkten 7 und 1 aus einer Maschengleichung bestimmt werden. Die Leerlaufspannung Vr, 1 ist
gegeben durch:
V-, Λ = i2 · R2 + /., · «3,
wobei:
und
'2
Rl +Rl
Rl + R2 + RT
Dabei wird folgende Zusammenfassung vorgenommen:
Dabei wird folgende Zusammenfassung vorgenommen:
(Rl+ R2)-RT = „
Rl + R2 + R7.
Rl + R2 + R7.
Setzt man die Gleichungen (3) und (4) in Gleichung (2) ein, erhält man:
R2ES[RN + R 3)
(6)
γ =
71 Rl + Rl
(Rl
£VR3
Rn + R3 + K
Rn + R3 + K
Weil die Brücke jedoch abgeglichen ist, gilt die |O
Gleichung (1) und der zweite Term der Gleichung (6) kann in folgende kürzere Form gebracht werden:
EV(R2RV
Kx =
R2- En
Rl + R2
Rl + R2
(S)
Die Vorspannung Vt. ι ist also unabhängig von Rt, so
daß sich Änderungen von Rt nicht auf den Transis· ^r
auswirken.
Aus F i g. 1 geht hervor, daß der Verstärker unabhängig von der Polung der Leitungen S und 6
arbeiten kann, weil entgegengesetzt gepolte Transistorenpaare in komplementärer Darlington-Schaltung
verwendet werden. Wenn die Leitung 5 in bezug auf die Leitung 6 positiv ist (Anschluß 4 positiv in Bezug auf
Anschluß 1) leiten die Transistoren <?1 und Q 2, während die Transistoren
<?3 und ζ>4 auf Grund ihrer Vorspannung sperrea Wenn die Leitung S in Bezug auf
die Leitung 6 negativ ist, dann leiten die Transistoren <?3 und QA. Die Bedeutung der komplementären
Darlington-Schaltung kann wie folgt dargestellt werden. Wenn nur ein einzelner Transistor (Q2, QA) jedes
Transistorpaares leitend wäre, dann würde der nichtleitende Transistor den leitenden auf Grund der am
Basis-Kollektor-Obergang des ersteren liegenden Spannung unerwünscht belastea Dieser Belastung könnte
durch Dioden begegnet werden, die in Sperrichtung vorgespannt sind und in Reihe mit den Kollektoren
jedes der nichtleitenden Transistoren liegen. Eine solche
■5
ENR3
Rv+ R3 + K
Rv+ R3 + K
(7)
Ersetzt man jetzt den zweiten Term der Gleichung (6) durch die Gleichung (7) so ergibt sich für die
Vorspannung Vi. ι unter Leerlaufbedingungen:
30
35
40
45
5c Lösung würde jedoch im Zweig des leitenden
Transistors zu einem unerwünschten Spannungsabfall über der leitenden Diode führen, einem Verlust, der
gerade dort besonders ins Gewicht fallen kann, wo wie am Ende langer Schleifen nur niedrige Speisespannungen
verfügbar sind. Dem kann durch den zweiten Transistor Qi bzw. Q 3 jedes Transistorpaares
abgeholfen werden, der im gerade nichtleitenden Paar wie eine in Sperrichtung vorgespannte Diode wirkt und
dazu dient, den Verstärkungsfaktor zu verbessern und damit im leitenden Transistorpaar zu stabilisieren.
Die Arbeitsweise des in F i g. 1 dargestellten Verstärkers in bezug auf Gleichstromsignale ist sehr einfach
und braucht abgesehen davon, daß die Spule L zur Trennung des Wechselstromausgangssignals vom
Gleichstromeingangsssignal dient, und daß der Kondensator C den ohmschen Widerstand R1 wechselstrommäßig
kurz schließt wobei das Wechselstromeingangssignal direkt an die Basen der Transistoren Q 2 und QA
gelegt wird, nicht weiter ausgeführt zu werden.
Beispielsweise können die unten aufgeführten Widerstandswerte und Typen in der in F i g. 1 dargestellten
Schaltung mit einem Leitungswiderstand von ungefähr 250 Ohm verwendet werden:
Qi, QA = Kleinsignal-Silicium-PNP-Transistor,
Ql, QZ = Kleinsignal-Silicium-NPN-Transistor,
Ri =8 kOhm,
R 2 =2kOhm,
R 3 =62 Ohm,
Re = 27 0hm,
L =0,25 Henry, 35 Ohm,
C = 2,5 Mikrofarad
Aufgebaut und überprüft arbeitete ein solcher Verstärker gegenüber einer bisherigen Version an bis zu
30% längeren Schleifen zufriedenstellend, und zwar ungefähr 20% billiger.
Viele Abwandlungen werden für Fachleute auf dei Hand liegen. Es kann beispielsweise in bestimmter
Situationen erwünscht sein, die Brückenschaltung nichi
ganz abzugleichen, wenn etwa Mikrophone mii verschiedenen Widerständen, die an den Eingangsan
Schlüssen 2, 3 untereinander ausgetauscht werdei
sollen, wirksamer in verschiedenen Punkten dei Verstärker-Vorspannungskennlinie arbeiten. Wenn di<
Erfindung auch in erster Linie Fernsprechzweckei dienen soll, so könnte sie doch in anderen Bereichei
angewendet werden, wenn leitungsseitig gespeist« Verstärker benötigt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
¥
Claims (7)
1. Leitungsseitig gespeister Verstärker zum Anschalten an eine speisende Leitung mit einem s
ersten, zweiten und dritten Widerstand, die drei Brückenzweige bilden, einer ersten Einrichtung zum
Anschalten einer Eingangssignalquelle an den einen Diagonalzweig der Brücke, einem aktiven Netzteil
zur Verstärkung von Signalen der Quelle, und einer ι ο
zweiten Einrichtung zum Anschalten rier verstärkten AusgangssignaJe an die Leitung, so daß diese den
vierten Brückenzweig bildet, dadurchgekennzeichnet,
daß eine dritte Einrichtung (Re) zum Anschalten der Vorspannungsanschlüsse (7, 8) des
aktiven Netzwerkteils (<?1-<?4) an den anderen Diagonalzweig der Brücke vorgesehen ist, und daß
die Brücke im wesentlichen abgeglichen ist, wodurch die an den aktiven Netzwerkteil angelegte Vorspannung
im wesentlichen unabhängig vom Widerstand (Rtf der Eingangssignalquelle (T)ist.
2. Leitungsseitig gespeister Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive
Teil einen Transistor (Q) einschließt, dessen Basis und Emitter die Vorspannungsanschlüsse bilden.
3. Leitungsseitig gespeister Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive
Teil einen ersten (Qi), zweiten (<?2), dritten (<?3)
und vierten (<?4) Transistor enthält, daß der erste
und vierte Transistor komplementär zu dem zweiten und dritten Transistor sind, daß der erste und zweite
Transistor in komplementärer Darlington-Schaltung ein erstes Paar bilden, daß der dritte und vierte
Transistor in komplementärer Darlington-Schaltung ein zum ersten Paar paralleles zweites Paar bilden,
daß je ein Paar in Betrieb ist, wenn das andere durch seine Vorspannung abgeschaltet ist, und daß die
Vorspannungsanschlüsse die Basen bzw. die Emitter des ersten und vierten Transistors bilden.
4. Leitungsseitig gespeister Verstärker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
dritte Einricntung einen Emitterwiderstand (Re) aufweist.
5. Leitungsseitig gespeister Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet
durch einen Kondensator (C) zum Anlegen eines Wechselstromeingangssignals unmittelbar an den
aktiven Netzwerkteil.
6. Leitungsseitig gespeister Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Eingangsanschluß (3) über eine Wechselstromeinrichtung (L) mit einem Ausgangsanschluß (4) zusammengeschaltet ist.
7. Leitungsseitig gespeister Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß er die Eingangssignalquelle einschließt.
Applications Claiming Priority (2)
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US21946672A | 1972-01-20 | 1972-01-20 | |
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DE2302575B2 DE2302575B2 (de) | 1976-04-08 |
DE2302575C3 true DE2302575C3 (de) | 1976-12-02 |
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BE535520A (de) * | 1954-02-08 | |||
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GB1124629A (en) * | 1965-12-23 | 1968-08-21 | Int Standard Electric Corp | A transistorised subscriber's telephone circuit |
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1973
- 1973-01-16 GB GB218073A patent/GB1387103A/en not_active Expired
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