DE3246144C2 - Schaltungsanordnung zur Stromkonstanthaltung - Google Patents

Abstract

Ein Transistor, der mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit einem veränderlichen Verbraucherwiderstand und einem Emitterwiderstand an einer Spannungsquelle liegt und mit seiner Basis an eine Quelle konstanter Bezugsspannung angeschlossen ist, soll auch außerhalb des Konstantstrombereichs nicht aufgrund höherer Verbraucherwiderstände übersteuert werden können, damit, vom Verbraucherwiderstand aus gesehen, die hohe Impedanz der Schaltungsanordnung erhalten bleibt. Hierzu ist eine Übersteuerungsschutzeinrichtung vorgesehen, die die Kollektorspannung überwacht und unterhalb einer den Sollkonstantstrom noch ermöglichenden Mindestkollektorspannung einen von Null zunehmenden Basisvorwiderstand bildet. Mit Vorteil kann die Erfindung in symmetrischen Speiseschaltungen für Fernsprechteilnehmerleitungen verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung der

ίο im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Sie dient vorzugsweise zur Speisung von Fcrnsprechteilnehmerleitungen.

Derartige Speiseschaltungen sind beispielsweise durch die deutsche Offenlegungsschrift 25 21 984 bckannt Sie halten den Strom über die Fernsprechteilnehmerleitung unabhängig von deren Länge im wesentlichen konstant Dabei bilden sie für die auf der Teilnehmerleitung auftretenden Sprechspannungen eine hohe Impedanz, so daß keine wesentliche Einfügungsdämpfung der Teilnehmerleitung hervorgerufen wird. Diese hohe Impedanz wird erreicht, solange die Größe eines maximalen Lastwiderstands nicht überschritten wird.

Wird diese Größe dennoch überschritten, so ist der Transistor mangels höherer Speisespannung nicht mehr in der Lage, den bestimmten Konstantstrom zu liefern.l Der Transistor wird dann übersteuert und verliert seine dynamische Hochohmigkeit, so daß die Fernsprechleitung entsprechend bedämpft wird. Dabei nimmt der Strom ab.

Um eine Übersteuerung des Transistors zu vermeiden, wäre es möglich, zwei Ausführungen der Schaltungsanordnung zur Stromkonstanthaltung vorzusehen, und zwar eine für den Normalbetrieb mit einem Leitungslängennormalbereich und eine zweite für extrem lange Teilnehmerleitungen. Es könnte auch eine umschaltbare Ausführung vorgesehen werden, die beispielsweise durch die Umschaltung von einer in der Bczugsspannungsquelle verwendeten Zenerdiode auf eine Zenerdiode höherer Zenerspannung kennzeichnet sein könnte.

Durch die deutsche Auslegeschrift 15 88 766 ist eine Schaltungsanordnung zur Gleichspannungsregclung mit Strombegrenzung bekannt, bei der die Kulleklor-Emitter-Strecke eines Transistors mit einem veränderlichen Verbraucherwiderstand in Reihe an einer Spannungsquelle liegt, bei der die Basis dieses Transistors mit einer Bezugsspannungsquelle gekoppelt ist und bei der ein diesen Transistor steuernder Reglertransislor vorgesehen ist. Der Reglertransistor hat eine zu der des ersten Transistors entgegengesetzte Leitfähigkeit und wird abhängig von der Verbraucherspannung und einer Konstantstromquelle gesteuert, wobei die Basis mit dem Abgriff eines die Verbraucherspannung führenden Spannungsteilers und der Emitter mit der Konstanlstromquelle verbunden ist und zwischen der Konsiunistromquelle und dem Verbraucher eine Zenerdiode liegt. Der Ausgang des ersten Transistors ist jcoclch über die Zenerdiode dynamisch kurzgeschlossen. Ferner basiert der Regelmechanismus auf einer Basisstromsteuerung des ersten Transistors, bei der die Rcgclgcnauigkeit von der Stromverstärkung und somit von den Transistorexemplarstreuungen abhängig ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der, von der Last aus gesehen, die dynamische Hochohmigkeit auch in demjenigen Bereich aufrechterhalten wird, der außerhalb des Konstantsirombcrcichs liegt und bei der nur eine Ausführung nötig ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Kurz vor dem Übersleuerungspunkt am Ende des Konstantstrombereichs wird daher der Transistor durch Vergrößerung des Busisvorwiderstandes derart gesteuert, daß nie eine Übersteuerung eintreten kann.

Vorzugsweise wird die Überstrombegrenzungseinrichtung mit einem Transistor gebildet, dessen Steuerstrecke mit der Basis und dem Kollektor des ersten Transistors gekoppelt ist und dessen gesteuerte Strecke den Ausgang der Übersteuerungsschutzeinrichtung bildet.

Mit Vorteil ist die Erfindung auch in der nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3 arbeitenden Schaltungsanordnung verwendbar. Eine solche Schaltungsanordnung ist in der Patentanmeldung P 32 37 681 vorgeschlagen worden. Der Vorteil besteht darin, daß auch eine Verminderung der Leistungsaufnahme der Schaltungsanordnung im Leerlauffall erzielt wird.

Die Erfindung wird nun anhand zweier Ajsführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung eines über einen veränderlichen Verbraucherwiderstand fließenden Stromes und

F i g. 2 eine Speiseschaltung für eine Teilnehmerschaltung einer Fernsprechanlage.

In Fig. 1 ist ein Transistor Γ mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit einem veränderlichen Verbraucherwiderstand Rx und einem Emitterwiderstand R 1 an eine Spannungsquelle B gelegt. Die Basis dieses Transistors ist mit einem Eingangsanschluß e2 und einem Ausgangsanschluß a 2 einer Überstrombegren-/ungseinrichtung S verbunden, deren anderer Eingangsanschluß c 1 an den Kollektor des Transistors Γ angeschlossen ist. Ein anderer Ausgangsanschluß a 1 der Überstcuerungsschutzeinrichtung 5 ist mit dem Abgriff eines aus einem Widerstand R 2 und einer Zenerdiode Z bestehenden und an die Spannungsquelle B angeschlossenen Spannungsteilers verbunden.

Die Übcrstrombegrenzungseinrichtung S arbeitet im Nornialarbeitsbereich der Schaltungsanordnung so, daß aufgrund der zwischen Basis und Kollektor auftretenden Spannung die Ausgangsanschlüsse a 1, a 2 durchgeschallet sind, so daß die normale Regelfunktion, nämlich Vergleich der Zenerspannung mit der am Emitterwiderstand R 1 abfallenden Spannung und entsprechende Einstellung des Kollektorstroms, der Schaltungsanordnung nicht gestört wird. Sinkt jedoch die Kollektorspannung aufgrund eines aus dem Normalarbeksbereich heraustretenden, erhöhten Verbraucherwiderstandes Rx unter eine den Sollkonstantstrom noch ermöglichende Mindeskollektorspannung ab, so wird die Übersteuerungsschutzeinrichtung S an ihren Eingangsanschlüssen el, c2 so gesteuert, daß mit abnehmender Kollektorspannung der Ausgangswiderstand an den Ausgangsan-Schlüssen a 1, a 2 zunimmt, und zwar derart, daß eine Übersteuerung des Transistors 7vermieden wird.

Die Übcrstrombegrenzungseinrichtung 5 kann durch einen Transistor gebildet sein, wie er als Transistor 75 in F i g. 2 dargestellt ist.

Die in F i g. 2 dargestelle Speiseschaltung dient zur Stromversorgung einer Teilnehmerstation TA über eine Teilnehmerleitung L. Die Teilnehmerleitung L und die Teilnehmersiation 7" stellen den veränderlichen Verbraueherwidcrstand Rx dar, der sich je nach dem Leitiingswidcrstiind verschieden langer TeilnehmerleituniJL'ii /. in vorgegebenen Grenzen ändern kann.

In der Fernsprechanlage steht eine Speisespannungsquelle, Batterie B, zur Stromversorgung zur Verfügung. Die Speisewiderstände zu den Adern a und b der Teilnehmerleitung L, die über Koppelkondensatoren oder dgl. gleichstrommäßig abgeblockt zu einem Koppelfeld K der Fernsprechanlage führt, werden jeweils aus einer Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors und eines gleich großen Emitterwiderstandes gebildet. In dem einen Speisestromzweig ist diese Reihenschaltung mit einem Transistor Tl und einem Emitterwiderstand R4i gebildet, während im anderen Schleifenstromzweig diese Reihenschaltung mit einem Transistor T2 und einem Emitterwiderstand R 42 ausgeführt ist. Der Kollektor des Transistors 71 ist an die Ader a angeschaltet, und der Emitterwiderstand R 41 ist mit dem negativen Pol der Batterie B verbunden. Der Kollektor des Transistors T2 ist an die Ader b angeschaltet, während der Emitterwiderstand R 42 mit dem positiven Pol der Batterie S verbunden ist. Dabei ist der Transistor Π als npn-Transistor und Transistor T2 als pnp-Transistor ausgebildet.

Zwischen dem Kollektor des Transistors 71 und dem Kollektor des Transistors 72 liegt eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R 2t, einem Kondensator C und einem Widerstand R 22. Zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt des Widerstands R 21 mit dem Kondensator C und der Basis des Transistors Π ist eine Reihenschaltung aus der Basis-Emitter-Strecke eines npn-Transistors 75, eines Widerstands R 31 und der Basis-Emitter-Strecke eines npn-Transistors 73 angeschlossen, dessen Kollektor mit dem des Transistors T1 verbunden ist. In analoger Weise liegt zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt des Widerstands R 22 mit dem Kondensator C und der Basis des Transistors Γ2 eine Reihenschaltung aus der Basis-Emitter-Strecke eines pnp-Transistors 76. eines Widerstands R 32 und der Basis-Emitter-Strecke eines pnp-Transistors 74, dessen Kollektor mit dem des Transistors 72 verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren 75, 76 sind durch eine Zenerdiode Zl gekoppelt. Zwischen dem Emitter des Transistors 75 und dem negativen Pol der Batterie B liegt ein nichtlineares Glied Rtt, während zwischen dem Emitter des Transistors 76 und dem positiven Pol der Batterie B ein nichtlineares Glied R 21 angeordnet ist. Die beiden Glieder R 11 und R 12 besitzen einen linear ansteigenden Stromverlauf im Bereich kleiner Spannungen und einen anschließend konstanten Stromverlauf im Bereich höherer Spannungen. Sie sind vorzugsweise als CRD-Strombegrenzungsdiode oder als MOS-Transistor ausgebildet, dessen Gate-Anschluß und Source-Anschluß miteinander verbunden sind. Sie können aber auch komplexere Gebilde mit den beschriebenen Eigenschaften sein.

Die beiden Widerstände R2\ und R 22 sind gleich groß und hatten bei einer Ausführung einen Wert von je 22kOhm. Die beiden Widerstände R 31 und R 32 sind ebenfalls gleich groß und hatten einen Wert von je 47 kOhm. Der Wert der beiden Emitterwiderstände betrug jeweils 300 Ohm. Die Zenerspannung der Zenerdiode Zl war 27 V. Die Batterie B hatte eine Spannung von 48 V. Bei dieser Bemessung fiel an den Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 71. 72 eine Spannung von je 0, 6 V und am Widerstand /?31 bzw. /?32 eine Spannung von 0.5 V ab, während der Strom durch das nichtlineare Glied R 11 b/w. R 12 einen Wert von 1 mA und der Strom durch den Emitterwidersuind /?4I bzw. R 42 einen Wert von 28 mA hatte.

Die symmetrische Konstantstromspeisung erfolgt über die Transistorpaare 71/73 und 72/74. Die Wi-

derstände R 31 und R 32 sind so dimensioniert, daß die einfließenden Basisströme einen zu vernachlässigenden Spannungsabfall gegenüber der Spannung an den Gliedern All, R 12 und andererseits einen geringen Leerlaufstrom über die Basis-Emitter-Strecken der Transistören hervorrufen. Die Längsspannungsempfindlichkeit der Speiseschaltung ist dadurch gegeben, daß die in den beiden Leitungsadern einfließenden Längsströme an den Emitterwiderständen in Betrag und Phase gleiche Spannungsabfälle hervorrufen, sich aber im gemeinsamen Eingangskreis der Transistorpaare aufheben. Somit werden die Transistoren durch die Längsspannungen nicht ausgesteuert. Beide Transistorpaare »schwimmen« auf der Längsspannung. Die Basis-Emitter-Spannungen und die Kollektorspannungen ändern sich im Takt der Längsspannung. Eine Längsspannung fällt aber am Transistor 71 bzw. 72 nicht ab, so daß die an den Leitungsadern a, b wirksame Längsspannung nur an den niederohmigen Emitterwiderständen Λ 41 und R 42 auftritt. Dadurch ist die Speiseschaltung gegenüber Längsspannungen im Vergleich zum Innenwiderstand der Längsspannungsquelle und dem Leitungswiderstand niederohmig. Nachfolgende Schaltungen K werden somit nicht gefährdet. Um eine ausreichende Stromversorgung der Zenerdiode Zl zu garantieren, ohne die Längsspannungsunempfindlichkeit der Speiseschaltung aufzugeben, sind bei der vorliegenden Erfindung nichtlineare Glieder All, Λ 12 parallel zur Reihenschaltung aus Basisvorwiderstand, den Basis-Emitter-Strecken der Transistorpaare und dem Emitterwiderstand geschaltet. Diese Glieder begrenzen den Strom durch die Zenerdiode Z 1 und die durchgeschalteten Transistoren 75, 76 auf 1 mA. Dabei reicht der genannte Konstantstrom von 1 mA aus, um die Zenerdiode ZX im Zenerbereich zu betreiben. Der Spannungsabfall an diesen Gliedern wird durch die beiden Transistorpaare bestimmt, und die Hochohmigkeit für Gegentaktsignale (Nutzsignale) sowie die Niederohmigkeit für Gleichtaktsignale (Störlängssignale) werden durch den Einsatz solcher Glieder nicht verändert.

Um den Einfluß unterschiedlicher Stromverstärkung der Transistoren auf die Arbeitspunkteinstellung gering zu halten, werden die Transistorpaare über die Widerstände Λ 21 und /?22 und die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 75, TS rückgekoppelt. Eine unterschiedliche Aussteuerung würde bei kurzen Teilnehmerleitungen eine ungünstige Leistungsverteilung an den Transistoren bewirken und könnte bei langen Teilnehmerleitungen die maximal mögliche Leitungslänge durch die Übersteuerung eines der Transistorpaare ungünstig begrenzen.

Die Transistoren 75, 76 sind dabei im Normalarbeitsbereich der Schaltungsanordnung durchgeschaltet, so daß sie in diesem Bereich keinen Einfluß auf die übrige Funktion der Schaltungsanordnung haben. Erreichen die Transistorpaare Ti, 73 und T2, 74 die Übersteuerungsgrenze, so kommen die Transistoren 75, 76 aus ihrem Übersteuerungsbereich heraus. Eine Zunahme der an den Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren T5. 76 abfallenden Spannungen bewirkt eine Verminderung des Leitungschleifenstroms und damit eine Abnahme der Spannungsabfälle am Widerstand Rx und an den Emitterwiderständen RAX, R 42. Damit steigt wiederum die Koüektor-Emitter-Spannung an den Transistorpaaren 71, 73 und 72, 74 an. Auf diese Weise geraten diese Transistorpaare nie in den Übersteuercngsbereich. Daher ve^rliert die Schaltungsanordnung außerhalb des Normalsrbeitsbereichs auch nicht die Eigenschaft, den auf der Teilnehmerleitung auftretenden Sprachspannungen eine hohe Impedanz entgegenzusetzen. Daher wird auch die Einfügungsdämpfung nicht größer.

Da die Transistoren 75 und 76 im Aussteuerbercich die Transistorpaare 71, 73 und 72, 74 wechsclspannungsmäßig aussteuern könnten, wird der Wechsel· Spannungsanteil durch den Kondensator C kurzgeschlossen.

Die Verhältnisse im Leerlauffall sind folgende. Ohne die Vorwiderstände R 31 und R 32 und die Transistoren 75, 76 würde im Leerlauf der Strom in Höhe des Leitungsschleifenstromes über die Basis-Emitter-Strecken der Transistorpaare, die Zenerdiode Z1 und die Emitterwiderstände R 41, R 42 fließen und damit einen unannehmbaren Leistungsverbrauch verursachen. Diese Vorwiderstände und Transistoren begrenzen den Strom über die Basis-Emitter-Strecken auf einen zu vernachlässigenden Wert. Auch der Strom über die nichllinearen Glieder R 11, R2X wird durch die Transistoren 75, 76 unterbrochen, so daß im Leerlauf keine Leistung verbraucht wird. Ein Rückwärtsstrom kann nicht über den Rückkopplungswiderstand R 22 fließen, da die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 76 dann sperrt, so daß auch dadurch eine Verminderung der Leistungsaufnahme erreicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung eines über einen veränderlichen Verbraucherwiderstand fließenden Stromes mittels eines ersten Transistors, dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit dem Verbraucherwiderstand und einem Emitterwiderstand an einer Spannungsquelle liegt und dessen Basis mit einer Quelle konstanter Bezugsspannung gekoppelt ist. insbesondere zur Speisung von Fernsprechteilnehmerleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß einen Überstrombegrenzungseinrichtung (S) mit einem Steuereingang und einer Steuerstrecke vorgesehen ist, wobei die Steuerstrecke zwischen der Bezugsspannungsquelle und der Basis des ersten Transistors (T) liegt und der Steuereingeng mit dem Kollektor des ersten Transistors (T) verbunden ist, derart, daß oberhalb einer den Soilkonstantstrom noch ermöglichenden Mindestkollektorspannung die Steuerstrecke durchgeschaltet ist und daß mit abnehmender Kollektorspannung unterhalb dieser Mindestkollektorspannung der Ausgangswiderstand der Steuerstrecke zunimmt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überstrombegrenzungseinrichtung (S)durch einen Transistor gebildet ist, dessen Kollektor-Emitter-Strecke die Steuerstrecke und dessen Basis den Steuereingang bildet.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der auch in der anderen Spannungsquellenzuleitung eine Reihenschaltung eines zweiten Transistors und eines zweiten Emitterwiderstandes liegt und damit eine symmetrische Speiseschaltung für eine Fernsprechteilnehmerleitung gebildet ist, bei der ferner die Basis des ersten Transistors über die Emitter-Basis-Strecke eines dritten Transistors, eines ersten Widerstandes, eine Zenerdiode, einen zweiten Widerstand und der Basis-Emitter-Strecke eines vierten Transistors in dieser Reihenfolge mit der Basis des zweiten Transistors gekoppelt ist, die Kollektoren des ersten und dritten Transistors miteinander verbunden sind, die Kollektoren des zweiten und vierten Transistors miteinander verbunden sind, der gemeinsame Verbindungspunkt des ersten Widerstands und der Zenerdiode über ein erstes nichtlineares Glied mit dem negativen Spannungsquellenpol gekoppelt ist und der gemeinsame Verbindungspunkt des zweiten Widerstands und der Zenerdiode über ein zweites nichtlineares Glied mit dem positiven Spannungsquellenpol gekoppelt ist, wobei die nichtlinearen Glieder einen linear ansteigenden Stromverlauf im Bereich niedriger Spannungen und einen anschließend konstanten Stromverlauf im Bereich höherer Spannungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt des ersten Widerstands mit dem ersten nichtlinearen Glied und der Zenerdiode die Kollektor-Emitter-Strecke eines fünften Transistors (T 5) und zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt des zweiten Widerstands mit dem zweiten nichtlinearen Glied und der Zenerdiode die Kollektor-Emitter-Strecke eines sechsten Transistors (T6) angeordnet ist, daß die Basis des fünften Transistors über einen dritten Widerstand mit dem Kollektor des ersten Transistors (Tl) und die Basis des sechsten Transistors über einen vierten Widerstand (R 22) mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbunden ist und daß die Basen des fünften und sechsten Transistors mittels eines Kondensators (C) gekoppelt sind.