DE2925919C3

DE2925919C3 - Schaltungsanordnung für den Verstärker einer Fernmeldeapparatur

Info

Publication number: DE2925919C3
Application number: DE19792925919
Authority: DE
Inventors: Willy 7103 Schwaigern Minner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1979-06-27
Filing date: 1979-06-27
Publication date: 1982-03-18
Also published as: DE2925919A1; NL8003655A; DE2925919B2; BE884026A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1. In Fernmeldeapparaturen werden zur Durchführung oder Unterstützung bestimmter Funktio-U„_u,

R,+R-

Dabei ist Uc die Gegenkopplungsspannung an der Reihenschaltung aus der Kapazität C und dem Widerstand Ri und i/«,, die Ausgangsspannung am Lastwiderstand Ru«- Bei am Eingang anliegender Eingangssignalspannung U,„ gilt dann für die Betriebsverstärkung

V =

U_n

\+aV₀

Da bei einer Mikrofonverstärkerschaltung der Arbeitspunkt am Verstärkereingang durch den Spannungsteiler aus den Widerständen Ri und R₃ eingestellt wird, wobei die beiden Widerstände relativ hochohmig sind, ist die Gleichstromtrennung mittels des Kondensators C erforderlich. Damit die o. a. Toleranzforderung über den Nutzfrequenzbereich erfüllt wird, sollte der kapazitive Widerstand X_c des Kondensators C nicht größer sein als

< 0.16 · R₂

wobei fu die untere Grenzfrequenz des Verstärkers bildet.

Beim Einschalten des Verstärkers über die Umschalteinrichtung Um muß zunächst der Kondensator C aufgeladen werden. Da der Widerstand R\ sehr hochohmig ist, wirkt im Umschaltzeitpunkt die Verstärkerschaltung wie eine sehr hochohmige Last, die nur einen geringen Ladestrom aufnimmt. Erst nach der Aufladung des Abriegelungskondensators C geht der Verstärker allmählich in den Bereich der normalen

Betriebsbelastung über, so daß durch den Verstärker erst dann der Betriebsstrom fließt, der von den Stromerkennungsmitteln als angeschlossener Verstärker auch erkannt wird. Wenn die Ladephase mit dem relativ niedrigen Ladestrom langer als eine vorgegebene Zeitspanne andauert, geben die Stromerkennungsmittel eine Fehlinformation ab, die beispielsweise das Belegungsende oder eine andere nicht gewollte Schaltinformation signalisiert Diese Zeitspanne ist beispielsweise auf 18 msec beschränkt. Eine Schaltung gemäß der F i g. 1 würde jedoch eine Einschaltverzögerung von ca. 200 msec aufweisen.

Zur Reduzierung dieser Einschaltzeit wurde daher bereits eine Schnelladeschaltung gemäß F i g. 2 vorgeschlagen (unveröffentlichte Patentanmeldung P 29 04 096.8). Dieser Mikrofonverstärker besteht aus drei Stufen mit den Transistoren Tj, T₂ und Ts und den zugehörigen Emitter- bzw. Kollektorwiderständen R&, Ri und Rio. Diese Verstärkerschaltung wird mit dem zum Verstärker in Reihe geschalteten Widerstand Rb zwischen die Leitung a/b geschaltet. Der Widerstand Re bestimmt den differentiellen Widerstand de.·= Mikrofonverstärkers und damit die Aussteuermögfichkeit des Verstärkers bei einem bestimmten Leitungsstiom.

Parallel zu dieser Schaltung aus Verstärker und Widerstand Rt ist der den Arbeitspunkt des Verstärkers bestimmende Spannungsteiler aus den Widerständen R\ und /?3 geschaltet, dessen Potentialabgriff einerseits über die Signalquelle U_1n mit der Basiselektrode des ersten Transistors Ti der Verstärkerschaltung und andererseits über das die Gegenkopplungsspannung erzeugende Netzwerk aus den Widerständen Ri und C mit dem Fußpunkt der Verstärkerschaltung und damit mit dem Widerstand Re verbunden ist. Parallel zum Spannungsteiler aus den Widerständen R\ und Äj liegt die Schnelladeschaltung mit dem Spannungsteiler aus den Widerständen /2« und /indessen Potentialabgriff mit der Basis des Transistors Ti verbunden ist Der Kollektor dieses Transistors Ti, ist über den Widerstand R-i an die Leitung a angeschlossen, während der Emitteranschluß zum Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R2 und dem Kondensator Cim Gegenkopplungsnetzwerk führt

Beim Anschalten des Verstärkers an die Leitung über den Umschalter Um bzw. beim Umschalten von anderen angepaßten Funktionsmitteln an den Verstärker wird nunmehr der Kondensator C über die Schnelladeschaltung rasch aufgeladen, so daß nach einer relativ kurzen Zeitspanne der Verstärker seinen normalen Betriebsstrom führt Bei einem Ausführungsbeispiel wurde eine Schaltung mit folgenden Werten verwendet:

Daraus resultiert der Wert- = 781 und im Hinblick

auf die Formel 3 eine Kapazität Cmit dem Wert C « 66 μ¥. Bei einer derartigen Schaltung konnte die Einschaltverzögerung mit Hilfe der Schnelladeschaltung gemäß F i g. 2 von 195 msec auf 15 msec reduziert werden. Dabei ist zu beachten, daß die Schaltung gemäß Fig.2 das Nutsignal Ui_n mit dem gleichen Verstär= kungsfaktor Vo wie das Gegenkopplungssignal Ur, verstärkt. Wie sich aus der Gleichung 2 ergibt, ist dann bei großem V₀ die Betriebsverstärkung V proportional

dem Verhältnis ■— bzw. umgekehrt proportional

"2

dem Gegenkopplungsf?ktor λ.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Schaltung gemäß F i g, 2 weiter zu verbessern und insbesondere die Einschaltverzögerung noch stärker 211 reduzieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Mikrofonverstärkerschaltung der beschriebenen "> Art durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltung kann der Gleichstromtrennkondensator C gegenüber dem Kondensator in der Schaltung gemäß Fig.2 wesentlich verkleinert werden. Außerdem kann

lu das Widerstandsverhältnis R\ zu R₂ wesentlich reduziert werden, wodurch es sich auch genauer einstellen läßt. Die Schnelladeschaltung entfällt völlig.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung ist im Emitterstromzweig des Differenzverstärkers ein Emitterwider-ί stand und im Kollektorstromzweig des Transistors des Differenzverstärkers, an den die dem Differenzverstärker nachgeschaltete gleichstromgekoppelte Verstärkerschaltung angeschlossen ist ein Kollektorwiderstand angeordnet Dadurch wird die Verstärkung des den Eingängen des Differenzverstärkers gleichphasig zugeführten Gegenkopplungssignals {.'..-■ durch das Verhältnis der genannten Widerstände festgeic gt

Die Erfindung :ind ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im folgenden anhand der F i g. 3 noch näher erläutert werden.

De- Differenzverstärker wird von den Transistoren Ti und Ti' gebildet, wobei den Basiselektroden dieser beiden Transistoren, die zugleich die Eingangselektroden des Differenzverstärkers bilden, gegenphasig das

jo Eingangsnutzsignal U_1n zugeführt wird. Beide Transistoren haben einen gemeinsamen Emitterwiderstand Rg, während nur im Transistor Tj' ein Kollektorwiderstand Ri vorhanden ist Der Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors T_x' und dem Widerstand R₉ ist

η an die dem Differenzverstärker nachgeschaltete gleichstromgekoppelte Verstärkerschaltung aus den komplementären Transistoren T₂ und Tj angeschlossen. Dabei liegt die Emitterbasisstrecke des Transistors T₂ parallel zum Widerstand Rs, während der Kollektor des Transistors T₂ einerseits mit dem Kollektorwiderstand Rio und andererseits mit der Basiselektrode des zu T₂ komplementären und in Emitterschaltung betriebenen Transistors Ti verbunden ist. Der Widerstand Rw ist somit parallel zur Basisemitterstrecke des Transistors T₃

•n geschaltet Am Kollektor des Transistors 7s, der auf gleichem Potential wie die Emitterelektrode des Transistors T₂ liegt, wird über ein ÄC-GIied das Ausgangssignal U_out ausgekoppelt, das am Lastwiderstand Rust abgegriffen wird.

Der Arbeitspunkt des Differenzverstärkers wird wieder über den Spannungsteiler aus den Widerständen R\ und Rz eingestellt. Der Potentialabgriff an diesem Spannungsteiler ist über den Kondensator C und den Widerstand R₂ mit dem Fußpunkt der Verstärkerschaltung verbunden. Das Arbeitspunktpotential gelangt zugleich vom Potentialabgriff direkt auf die Eingangselektrode des Transistors 7V und über den Innen widerstand des Nutzsignalgenerators U,„ auf die Basiselektrode des Transistors Ti.

Das Eingangsnutzsigna) U,„ liegt zwischen den Differenzeingängen A und 0 des Differenzverstärkers, so daß diese Eingänge gegenphasig angesteuert werden. Die Verstärkung des Differenzverstärkers für das Nutzsignal ist bekanntlich:

Dabei ist L/rdie Temperaturspannung von ca. 26 mV. Bei der Schaltung gemäß Fig. 3 stellt sich der Arbeitspunkt des Verstärkers selbstätig so ein, daß

/·> 2 χ h ist und für /₈ gilt /₈ — ·
Daraus ergibt sich mit Hilfe der Gleichung 4

i«, O.7V

Im Gegensatz zum Nutzsignal wird die Gegenkopplungsspannung lh. den beiden Eingängen A und B gleichphasig zugeführt; dem Eingang A über den Generatorwiderstand der Nutzsignalquelle Ll_m und dem Eingang fldirekt.

Die Gleichtaktverstärkung des Differenzverstärkers ist

K.

in,

Stellt man den Arbeitspunkt des Mikrofonverstärkers mit dem Verhältnis der Widerstände R\ und R₁ so ein, daß er bei dem jeweiligen Betriebsstrom / etwa die gleiche Betriebsspannung wie der Verstärker nach Fig. 2 aufweist, und stellt man ferner mit dem Widerstand /?* den gleichen differentiellen Widerstand wie bei der Schaltung nach der Fig. 2 ein. kann unter Berücksichtigung der geforderten Aussteuerfähigkeit das Widerstandsverhältnis /?« zu Rt etwa gleich 1,6 gewählt werden.

Daraus ergibt sich mit Hilfe der Gleichung 5 eine Gleichtakt verstärkung

Bei dem Mikrofonverstärker nach Fig. 2 wird das Nutzsignal U_n und das Gegenkopplungssignal Ur, mit dem gleichen Verstärkungsfaktor V_n verstärkt. Aus diesem Grund ist bei dieser Schaltung die Betriebsverstärkung V oroportional dem Verhältnis von R ' R-

bzw. umgekehrt proportional dem Gegenkopp-

lungsfaktor ν Dies ergibt sich beispielsweise aus der Formel 2. wenn Vv im Verhältnis zu K sehr groß ist. Im Unterschied hierzu wird bei der Schaltung gemäß F i g. 3 das Gegenkopplungssignal wesentlich schwächer als das Nutzsignal verstärkt. F.s gilt:

Κ,,,,, 13.5

Dies bedeutet, daß die Wirkung der Gegenkopplungsspannung l/r,-auf die Betriebsverstärkung Vbeider Schaltung nach der Fig.3 etwa um den Faktor F= = 16,7 geringer ist. Aus diesem Grund muß auch

0.06

der Kehrwert von λ um diesen Faktor 16,7 reduziert werden, um bei einer gegebenen Leerlaufverstärkung V_n die gleiche Betriebsverstärkung V wie bei der Schaltung nach F i g. 2 zu erhalten.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß bei einem Ausführungsbeispiel für die Schaltung der F i g. 2 dieser Kehrwert des Gcgenkopplungsfaktors r\ einen Wert von 781 hatte. Wird nun bei der Schaltung gemäß der Fig. 3 das Teilungsverhältnis

IJ

um den Faktor

16,7 reduziert, ergibt sich für - = 46,8. Wählt man nun

ti

den Widerstand R₂ mit einem Wert R₂ = 500 £2. so ergibt sich aufgrund des erforderlichen Gegenkopplungsfaktors für Ri der Wert 22,9 kn. Mit Hilfe der Formel 3 errechnet man dann die Kapazität C mit einem Wert von C = 6,6 μΡ. Da aufgrund der angegebenen Werte auch der Widerstand R\ gegenüber dem bei der Schaltung nach F i g. 2 gewählten Widerstand reduziert werden konnte, verringert sich die Einschaltverzögerung uer erfindungsgemäßen Schaltung auf einen Wert von ca. 12 msec und liegt somit deutlich unter dem verlangten Wert von 18 msec. Da die neue Schaltung mit einem Kondensator auskommt, der um den Faktor 10 kleiner ist, als der für eine Schaltung gemäß F i g. 2 notwendige Kondensator, kann der Preis und die geometrischen Abmessungen für dieses Bauelement erheblich reduziert werden.

Ferner können die Widerstände der früher notwendigen Schnelladeschaltung eingespart werden. Das Widerstandsverhältnis R, zu R₂, das genau eingehalten werden muß, kann gegenüber der bekannten Schaltung nach der Fig. 2 beispielsweise vom Wert 780 auf den Wert 47 reduziert werden, läßt sich somit wesentlich genauer einstellen. Die Schaltung der F i g. 3 kommt auch mit einem externen Anschluß (Pin) weniger aus wie die Schaltung nach Fig. 2, weil nun der extern zuzuschaltende Kondensator C direkt zwischen die Anschlußklemme B und den Widerstand R₂ geschaltet werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zcichnunscn

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für den Verstärker einer Fernmeldeapparatur, insbesondere eines Mikrofon- s Verstärkers, mit geringer Einschaltverzögerung des beim Schaltwechsel von anderen Funktionsmitteln auf den Verstärker auftretenden Einpegelvorgangs, der durch den das Gegenkopplungsnetzwerk gegen Gieichstrom abriegelnden Kondensator hervorgeru- ι ο fen wird, wobei die Einschaltverzögerungszeit proportional dem Spannungsteilerverhältnis des an der Ausgangspannung liegenden Netzwerks zu dem an der Gegenkopplungsspannung liegenden, den Kondensator enthaltenden Netzwerks ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzverstärker (Tu Ti') vorgesehen ist, dessen Eingängen das Nutzsignal U_m gegenphasig und das Gegenkopplungssignal Ua gleichphasig zugeführt wird, und daß der Emiiiirstromzweig des Differenzverstärkers und die dem Differenzverstärker nachgeschaltete, gleichstromgekoppelte Verstärkerschaltung (T₂, T₃) so ausgebildet ist, daß sich der Emitterstrom des Differenzverstärkers selbsttätig auf den doppelten Wert des Kollektorstroms in einem Transistor des Differenzverstärkers einstellt, so daß die Verstärkung des Differenzverstärkers für das Nutzsignal U_m einen festen, strom- und widerstandsunabhängigen Wert annimmt, während die Verstärkung des Gegenkopplungssignals um einen Faktor F> \ m kleiner als riie Nutzsignalverstärkung ist, um den das die Betriebsverstärkung bestimmende Spannungsteilerverhältnis des Gegenk&pplungsnetzwerkes gegenüber einem Verstärker, bei dem Nutzsignal- und Gegenkopplungssignalverstär! jng gleich groß sind, r> reduziert ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Emitterstromzweig des Differenzverstärkers ein Widerstand (R9) und im Kollektorstromzweig des Transistors des Differenz-Verstärkers, an den die dem Differenzverstärker nachgeschaltete gleichstromgekoppelte Verstärkerschaltung angeschlossen ist, ein Kollektorwiderstand (Rs) angeordnet ist, so daß die Verstärkung des den Eingängen des Differenzverstärkers gleichphasig zugeführten Gegenkopplungssignals Ug durch das Verhältnis der genannten Widerstände (RtJRt) festgelegt ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Differenzverstärker μ nachgeschaltete Verstärkerschaltung zwei komplementäre Transistoren (Ti, T₃) enthält, wobei die Basis-Emitterstrecke des ersten Transistors (T₁) parallel zum Kollektorwiderstand eines Transistors des Differenzverstärkers geschaltet ist und die a Kollektorelektrode dieses ersten Transistors (Ti) mit der Basiselektrode des in Emitterschaltung betriebenen zweiten Transistors (Tj) verbunden ist, an dessen Kollektorelektrode die Ausgangsspannung abgegriffen wird.

nen, z. B. der Schallumsetzung oder Informationsausgabe, durch Oszillation zeitweise Verstärker eingesetzt. Der prinzipielle Aufbau einer entsprechenden Mikrofonverstärkerschaltung ist beispielsweise in der Fig. 1 dargestellt. In die Leitung a/b mit den unvermeidlichen Leitungswiderständen Rl ist über eine Umschalteinrichtung Um der Mikrofonverstärker geschaltet Der eigentliche Verstärker Vo erhält seine Arbeitspunkteinstellung über den Spannungsteiler R\, Rz, vobei der Widerstand R\ zugleich Bestandteil des Gegenkopplungsnetzwerkes aus den Widerständen R\ und Ri ist. Der Kondensator C im Gegenkopplungsnetzwerk bildet den für die Gleichstromtrennung erforderlichen Abriegelungskondensacor. Ferner sind in die Leitung Stromerkennungsmittel K geschaltet, die über eine Strommessung den Belegungszustand feststellen oder eine andere Signalisierung auslösen.

Ein Mikrofonverstärker in einer Fernmeldeapparatur muß so dimensioniert sein, daß die Toleranz der vorgegebenen Betriebsverstärkung sowohl über den Betriebsstrombereich als auch über den Nutzfrequenzbereich nicht größer als ± 0,5 dB ist Da nun die Transistorparameter stromabhängig sind und die passiven Elemente unvermeidbare Streuungen aufweisen, verwendet man in der Verstärkerschaltung eine Gegenkopplung. Die Schaltung selbst wird für eine LeerlaufverstärkuH.g Vo ausgelegt, die wesentlich über der Betriebsverstärkung liegt Durch die Widerstandsgegenkopplung gemäß der F i g. 1 wird diese überhöhte Verstärkung auf die geforderte Betriebsverstärkung V reduziert Für das Gegenkopplungsverhältnis gilt: