DE2611472B2

DE2611472B2 - Elektronische Vierdraht-Abschluß-Schaltung

Info

Publication number: DE2611472B2
Application number: DE2611472A
Authority: DE
Inventors: Jean Paris Picandet
Original assignee: Jeumont-Schneider Sa Puteaux (frankreich)
Current assignee: JS TELECOM LOUVECIENNES FR
Priority date: 1975-03-20
Filing date: 1976-03-18
Publication date: 1978-11-30
Also published as: US4039766A; ES446088A1; NL184448C; LU74588A1; GB1538907A; BE839687A; DE2611472C3; NL7602761A; FR2305080A1; IT1057450B; DE2611472A1; FR2305080B1; NL184448B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Vierdraht-Abschlußschaltung, bei welcher das ankommende Leiterpaar auf der Vierdrahtseite mit einem Eingang eines ersten Differenzverstärkers verbunden ist, der eine einen konstanten Verstärkungsfaktor bestimmende Rückkopplungsschleife hat und dessen Ausgang mit der Zweidrahtseite gekoppelt ist, und bei welcher das abgehende Leiterpaar der Vierdrahtseite an den Ausgang eines zweiten Differenzverstärkers angeschlossen ist, der an einem Eingang die auf der Zweidrahtleitung übertragenen Signale empfängt und dessen anderer Eingang mit dem ankommenden Leiterpaar der Vierdrahtseite derart gekoppelt ist, daß im Ausgangssignal des zweiten Differenzverstärkers die ankommenden Vierdrahtsignale durch Differenzbildung beseitigt sind.

Elektronische Vierdraht-Abschlußschaltungen dieser Art ermöglichen den Fortfall des zur Trennung der Sprechrichtungen üblichen Differentialübertragers, der ein teueres und sperriges Bauelement von verhältnismäßig großem Gewicht ist. In der DE-OS 20 19 395 ist eine elektronische Gabelschaltung mit den zuvor angegebenen Merkmalen beschrieben, die insbesondere zur Verwendung in einem Teilnehmerapparat zur Trennung von Hörkapsel und Mikrofon bestimmt ist. Bei dieser bekannten Gabelschaltung ist der Eingang des mit dem abgehenden Leiterpaar (Hörkapselkreis) verbundenen Differenzverstärkers über einen Widerstand an die Zweidrahtleitung angekoppelt, und der Ausgang des mit dem ankommenden Leiterpaar (Mikrofonkreis) verbundenen Differenzverstärkers ist über einen Widerstand entweder direkt oder unter Einschaltung eines weiteren Differenzverstärkers mit der Zweidrahtleitung gekoppelt. In jedem Fall besteht keine galvanische Trennung zwischen der Zweidrahtseite und der Vierdrahtseite.

Wenn eine Vierdraht-Abschlußschaltung zur Verwendung in einem Fernsprechamt für den Übergang von einer Zweidraht-Teilnehmerleitung auf ein Vierdrahtsystem bestimmt ist, wird jedoch eine vollkommene galvanische Trennung zwischen der Zweidrahtseite und der Vierdrahtseite gefordert. Diese Bedingung konnte bisher nur durch die Verwendung von Differentialübertragern erfüllt werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer

Vierdraht-Abschlußschaltung der eingangs angegebenen Art, die mit einfachem Schaltungsaufwand von geringem Umfang und Gewicht eine vollständige galvanische Trennung zwischen Zweidrahtseite und Vierdrahtseite ergibt s

Mach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Ausgang des ersten Differenzverstärkers mit der Zweidrahtseite über einen Optokoppler gekoppelt ist, der eine an den Ausgang des ersten Differenzverstärkers angeschlossene Leuchtdiode und einen Photo tränsistor enthäit, dessen Kollektor-Emitter-Kreis über Widerstände an die Zweidrahtseite angeschlossen ist, daß in der Verbindung zwischen der Zweidrahtseite und dem zweiten Differenzverstärker Trennkondensatoren zur gleichstrommäßigen Trennung angeordnet sind und daß der Rückkopplungskreis des ersten Differenzverstärkers einen dritten Differenzverstärker enthält, dessen beide Eingänge über Trennkondensatoren mit dem Emitterkreis bzw. dem Kollektorkreis des Phototransistors verbunden sind und dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang des ersten Differenzverstärkers verbunden ist

Bei der Vierdraht-Abschlußschaltung nach der Erfindung erfolgt die Übertragung der verstärkten abgehenden Signale auf die Zweidrahtleitung, die außerdem die Schleifengleichspannung führen muß, über einen Optokoppler, der eine vollständige galvanische Trennung bewirkt. Die hierfür verwendeten Schaltungselemente, nämlich eine Leichtdiode und ein Phototransistor, ergeben eine Anordnung von wesent-Hch geringerem Volumen und Gewicht als Ute Verwendung von Trennkondensatoren für den gleichen Zweck, die im Hinblick auf die zu übertragende Modulationsleistung bei der niedrigen Impedanz und dem geforderten Isolationsvermögen von beträchtlieher Größe sein müßten. Dagegen können für die galvanische Trennung in der ankommenden Richtung und im Rückkcpplungskreis verhältnismäßig kleine Kondensatoren verwendet werden, da diese Kreise sehr hochohmig sein können.

Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Vierdraht-Abschlußschaltung der Optokoppler in den Rückkopplungskreis des ersten Differenzverstärkers einbezogen, wodurch Nichtlinearitäten des Optokopplers beseitigt werden. Die galvanische Trennung des Rückkopplungskreises ermöglicht die Ausbildung der erforderlichen Vorspannungs-Gleichströme in der Leuchtdiode und im Phototransistor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 das Schaltbild einer Vierdraht-Abschlußschaltung nach der Erfindung und

Fig.2 eine abgeänderte Ausführungsform des die Gleichstromspeisung der Leitung auf der Zweidrahiseite betreffenden Teils der Schaltung von F i g. 1.

Die in F i g. 1 dargestellte Vierdraht-Abschlußschaltung endet auf der Vierdrahtseite an den Klemmen 1 und 2 des abgehenden Leiterpaares und an den Klemmen 3 und 4 des ankommenden Leiterpaares der Vierdrahtleitung, die beispielsweise mit der Selbstwähl- eo einrichtung eines Fernsprechamts verbunden ist, während sie auf der Zweidrahtseite an den Klemmen 5 und 6 der Zweidrahtleitung endet, die z. B. mit dem Fernsprechapparat eines Teilnehmers verbunden ist.

Die Klemme 3 des ankommenden Leiterpaares der t» Vierdrahtseite ist über einen Kondensator 7 in Reihe mit einem Widerstand 8 mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 9 verbunden, dessen Ausgang über einen Widerstand 10 mit einer Leuchtdiode 11 verbunden ist deren andere Elektrode an Masse liegt Die Leuchtdiode 11 bildet zusammen mit einem npn-Phototransistor 12 einen Optokoppler. Der Kollektor des Phototransistors 12 ist über einen Widerstand 13 mit der Klemme 5 verbunden, während sein Emitter über zwei in Reihe liegende Widerstände 14 und 15 mit der Klemme 6 und seine Basis über eine Zenerdiode 16 mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 14 und 15 verbunden ist Dem Widerstand 14 ist ein Kondensator 17 parallelgeschaltet

Der nichtinvertierende Eingang eines Differenzverstärkers 18 ist über einen mit einem Kondensator 20 in Reihe liegenden Widerstand 19 mit dem Kollektor des Phototransistors 12 und sein invertierender Eingang über einen mit einem Kondensator 22 in Reihe liegenden Widerstand 21 mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 14 und 15 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 18 ist mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 9 verbunden.

Der Kreis 10-11-12-20-19-22-21-18 bildet eine Rückkopplungsschleife, die dem Verstärker 9 einen konstanten Verstärkungsfaktor erteilt. Der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers 9 kann über einen Schalter 38 in Reihe mit einem Widerstand 23 mit der negativen Klemme einer Gleichstromquelle 24 verbunden werden, deren positive Klemme an Masse liegt Dadurch kann ein Vorspannungsgleichstrom in der Leuchtdiode 11 erzeugt werden. Die Kondensatoren 20 und 22 dienen als Trennkondensatoren zur gleichstrommäßigen Trennung der Rückkopplungsschleife gegenüber der Gleichspannung, die auf der an die Klemmen 5 und 6 angeschlossenen Zweidrahtleitung herrscht.

Für die Gegenrichtung enthält die Schaltung einen Differenzverstärker 25, dessen nichtinvertierender Eingang mit der Klemme 5 über einen mit einem Kondensator 27 in Reihe geschalteten Widerstand 26 verbunden ist, während sein invertierender Eingang mit der Klemme 6 über einen mit einem Kondensator 29 in Reihe geschalteten Widerstand 28 verbunden ist Der Ausgang des Differenzverstärkers 25 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers

30 verbunden, dessen Ausgang mit der Klemme 1 und dessen invertierender Eingang über einen Widerstand

31 mit der Klemme 3 verbunden ist.

Die nichtinvertierenden Eingänge der Differenzverstärker 18 und 25 sind mit den Anoden von Zenerdioden

32 bzw. 33 verbunden, deren Katoden an Masse liegen. Die invertierenden Eingänge der Differenzverstärker 18 und 25 sind mit den Katoden von Zenerdioden 34 bzw. 35 verbunden, deren Anoden an Masse liegen.

Die Gleichstromspeisung der Fernsprechleitung an den Klemmen 5 und 6 kann, wie in F i g. 1 dargestellt, mittels einer Gleichstromquelle 36 erfolgen, deren positiver und negativer Pol mit den Klemmen 5 bzw. 6 jeweils über eine als aktiver Reaktanzkreis geschaltete Transistorschaltung verbunden sind.

F i g. 2 zeigt eine andere Möglichkeit der Gleichstromspeisung der Fernsprechlcitung, wobei der linke Teil der Schaltung mit dem der F i g. 1 identisch ist. Die positive Klemme einer Zweiweggleichrichterschaltung 37 ist an die Verbindungsstelle zwischen dem Widerstar/i 13 und dem Kondensator 27 und ihre negative Klemme an die Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 15 und dem Kondensator 29 angeschlossen, während ihre Wechselstromeingänge mit den Klemmen 5 bzw. 6 verbunden sind. Die Anordnung 37 schützt die ganze Vierdraht-Abschlußschaltung gegen eine falsche

Polung der Batterie.

Die in F i g. 1 oder in F i g. 2 dargestellte Vierdraht-Abschlußschaltung arbeitet folgendermaßen:

Wenn der Schalter 38 geschlossen ist, durchfließt ein durch die Gleichstromquelle 24 erzeugter Gleichstrom die Leuchtdiode 11, welche leuchtend wird, was einen Steuerstrom in der Basis des Phototransistors 12 erzeugt.

Die Zenerdiode 16 und der Widerstand 14 definieren einen Emitterstrom mit einem bestimmten, praktisch von den Kenngrößen des Optokopplers 11 — 12 unabhängigen Wert, wobei der Überschuß des Basisstroms des Phototransistors 12 über die Zenerdiode 16 abfließt. Der Kondensator 17 dient zur Niederfrequenz-Entkopplung.

Die Niederfrequenzverstärkung des Differenzverstärkers 9 wird durch eine Gegenkopplung stabilisiert, welche über die Verbindungen 20-19 und 22-21 an die Eingänge des Differenzverstärkers 18 angelegt wird. Ein zwischen die Klemmen 5 und 6 angelegtes Niederfrequenzsignal bewirkt Spannungsschwankungen an den Klemmen der Widerstände 13 und 15, und ein Teil dieser Spannungen wird über die Verbindungen 27—26 bzw. 29—28 an die Eingänge des Differenzverstärkers 25 angelegt.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 25 liefert daher zu dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 30 sowohl die über die Zweidrahtleitung ankommenden Signale als auch die an den Klemmen 3,4 erscheinenden Signale des ankommenden ~> Leiterpaares der Vierdrahtseite, die über den Optokoppler 11, 12 in abgehender Richtung auf die Zweidrahtleitung gegeben werden. Bei geeigneter Bemessung des die Klemme 3 mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 30 verbindenden

ίο Widerstands 31 liefert jedoch der Differenzverstärker 30 am Ausgang nur die über die Zweidrahtleitung ankommenden Signale.

Gemäß einer Ausführungsabwandlung kann der auch die Aufgabe eines Abgleiche erfüllende Widerstand 31 durch eine Impedanz ersetzt werden.

Die Kondensatoren 20,22,27 und 29 haben eine hohe Durchschlagsspannung aber eine geringe Kapazität. Sie sind daher wenig sperrig. Sie verhindern den Durchtritt einer Gleichstromkomponente.

Die Zenerdioden 32-33-34-35 dienen zum Schutz der Differenzverstärker 18 und 25 gegen Leitungsüberspannungen.

Das Anlegen der Gleichspannungsquelle 24 an den nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 9, wodurch ein Strom in dem Phototransistor 12 erzeugt wird, kann zur Schließung der Schleife dienen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronische Vierdraht-Abschlußschaltung, bei welcher das ankommende Leiterpaar auf der Vierdrahtseite mit einem Eingang eines ersten Differenzverstärkers verbunden ist, der eine einen konstanten Verstärkungsfaktor bestimmende Rückkopplungsschleife hat und dessen Ausgang mit der Zweidrahtseite gekoppelt ist und bei welcher das abgehende Leiterpaar der Vierdrahtseite an den Ausgang eines zweiten Differenzverstärkers angeschlossen ist der an einem Eingang die auf der Zweidrahtleitung übertragenen Signale empfängt und dessen anderer Eingang mit dem ankommenden Leiterpaar der Vierdrahtseite derart gekoppelt ist daß im Ausgangssignal des zweiten Differenzverstärkers die ankommenden Vierdrahtsignale durch Differenzbildung beseitigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ersten Differenzverstärkers (9) mit der Zweidrahtseite (5, 6) über einen Optokoppler (11,12) gekoppelt ist der eine an den Ausgang des ersten Differenzverstärkers (9) angeschlossene Leuchtdiode (11) und einen Phototransistor (12) enthält, dessen Kollektor-Emitter-Kreis über Widerstände (13, 14, 15) an die Zweidrahtseite (5, 6) angeschlossen ist daß in der Verbindung zwischen der Zweidrahtseite und dem zweiten Differenzverstärker (30) Trennkondensatoren (27, 29) zur gleichstrommäßigen Trennung angeordnet sind und daß der Rückkopplungskreis des ersten Differenzverstärkers (9) einen dritten Differenzverstärker (18) enthält, dessen beide Eingänge über Trennkondensatoren (20,22) mit dem Emitterkreis bzw. dem Kollektorkreis des Phototransistors (12) verbunden sind und dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang des ersten Differenzverstärkers (9) verbunden ist.

2. Elektronische Vierdraht-Abschlußschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Vorspannungs-Gleichstroms in der Leuchtdiode (11) eine Gleichspannungsquelle (24) an den nichtinvertierenden Eingang des ersten Differenzverstärkers (9) angeschlossen ist.

3. Elektronische Vierdraht-Abschlußschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Emitterkreis des Phototransistors (12) zwei in Reihe geschaltete Widerstände (14, 15) liegen, daß der eine Eingang des dritten Differenzverstärkers (18) über den zugeordneten Trennkondensator (22) mit dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Emitterwiderständen (14,15) verbunden ist und daß der andere Eingang des dritten Differenzverstärkers über den zugeordneten Trennkondensator (20) mit dem Kollektor des Phototransistors (12) verbunden ist

4. Elektronische Vierdraht-Abschlußschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem Emitter des Photolransistors (12) und dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Emitterwiderständen (14, 15) ein Niederfrequenz-Entkopplungskondensator (17) angeschlossen ist.

5. Elektronische Vierdraht-Abschlußschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Phototransistors (12) mit dem Verbindungspunkt zwischen den Emitterwiderständen (14,15) über eine Zenerdiode (16) verbunden ist.

6. Elektronische Vierdraht-Abschlußschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-

durch gekennzeichnet, daß die beiden Klemmen (5, 6) der Zweidrahtseite über die zugeordneten Trennkondensatoren (27, 29) mit den beiden Eingängen eines vierten Differenzverstärkers (25) verbunden sind, dessen Ausgang mit dem einen Eingang des zweiten Differenzverstärkers (30) verbunden ist

7. Elektronische Vierdraht-Abschlußschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die beiden Klemmen (5, 6) der Zweidrahtseite mit den beiden Polen einer Gleichstromquelle (36) jeweils über einen als aktiven Reaktanzkreis geschalteten Transistor verbunden sind.

8. Elektronische Vierdraht-Abschlußschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daS die Klemmen (5, 6) der Zweidrahtseite mit dem Phototransistorkreis (12,13, 14,15) über eine Zweiweggleichrichterschaltung (37) verbunden sind.