DE3826765C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Speisung elektronischer Komponenten in Kommunikations- Endgeräten über die Anschlußleitungen.

In Kommunikations-Endgeräten werden in zunehmendem Maße elektronische Module eingesetzt, die immer höhere Anforde­ rungen an die Speisung der Endgeräte aus den Anschlußleitungen stellen. So beispielsweise die Speisung von elektrisch lösch- und programmierbaren nichtflüchtigen Speichern (EEPROM) mit ihrem relativ hohen Spannungsbedarf sowie Lauthör- und Freisprecheinrichtungen mit hohem Strom- und Spannungs­ bedarf. Da die Speisung solcher elektronischer Komponenten allgemein parallel zur Sprechschaltung anliegt, ist dafür eine Schaltungsanordnung mit niedrigem Gleichstrom- und hohem Wechselstromwiderstand, sogenannte elektronische Drossel, erforderlich. Weiterhin ist zu beachten, daß Wechsel­ spannungssignale hoher Amplitude nur geringfügig verzerrt werden dürfen.

Elektronische Drosseln mit den genannten Eigenschaften sind als integrierte Bausteine am Markt bekannt. Sie sind jedoch für die Verwendung in großen Stückzahlen für Kommunikations-Endgeräte nicht wirtschaftlich.

Es ist bekannt, zum Speisen von Kommunikations-Endgeräten gegengekoppelte Verstärkerstufen zu verwenden, die in Abhängigkeit von der Größe der Eingangsspannung Schaltmittel zum Speisen einer Stromversorgungseinrichtung für die Versorgung elektronischer Bausteine steuern. Dadurch wird ein genügend großer Sicherheitsabstand zwischen der Eingangsspannung des Endgerätes und der maximal zulässigen Betriebsspannung der elektronischen Bausteine gewährleistet (DE-PS 29 31 992, DE-PS 30 29 895, DE-OS 32 38 416). Als Schaltmittel werden Doppelkollektor-Transistoren verwendet.

Weiterhin sind strombegrenzende Zweipole als Speisungen für Fernsprechanlagen bekannt, die einen transistorgesteuerten Gyrator aufweisen (DE-PS 27 46 583). Dem Spannungsteiler an der Basis des Transistors ist zusätzlich eine nichtlineare Schaltung mit parallel geschaltetem Kondensator zugeordnet, die den kollektorseitigen Widerstandswert an der Basis beeinflußt. Hierzu wird ein Feldeffekt- Transistor eingesetzt.

Zudem sind eine Reihe von Schaltungsanordnungen zum Speisen elektronischer Komponenten in Kommunikations-Endgeräten aus dem Schleifenstrom der Anschlußleitungen bekannt, die jeweils eine Vielzahl elektronischer Mittel zur Steuerung von Konstantstromquellen umfassen (US-PS 46 39 551, DE-OS 35 05 634).

Es wurde außerdem vorgeschlagen, zur Speisung von Kommunikations- Endgeräten über die Anschlußleitungen der Sprechschaltung eine Konstantstromquelle in Kombination mit einer elektronischen Drossel als Antisättigungssteuerung zuzuordnen (DE-OS 34 07 202, DE-OS 32 38 416), wobei durch Verwendung eines Differenzverstärkers Verzerrungen unterdrückt werden.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungs­ anordnung zu bestimmen, die mit möglichst geringem wirt­ schaftlichen Aufwand und mit kostengünstigen Standard- Bauelementen die an eine Speisung über die Anschlußleitungen geforderten Eigenschaften erfüllt.

Diese Aufgabe ist durch die Erfindung gelöst, wie sie im Kennzeichnungsteil des ersten Patentanspruches dargelegt ist.

Die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung.

Anhand einer aus drei Figuren bestehenden Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Darin zeigen die

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Kommunikations- Endgerätes, die

Fig. 2 die Schaltungsanordnung mit einer Spannungs­ begrenzer-Schaltung als Serienregler und die

Fig. 3 die modifizierte Schaltungsanordnung mit einer Spannungsbegrenzer-Schaltung als Parallelregler.

In allen Figuren tragen gleiche Bauelemente gleiche Bezugs­ zeichen.

Der prinzipielle Aufbau der Schaltungsanordnung ist in Fig. 1 dargestellt. Zwischen Verpolungsschutz (VS) und Sprechschaltung (SS) sind eine Konstant­ stromquelle (J) , eine Antisättigungssteuerung (AS) und bedarfsweise eine Spannungsbegrenzung (SB) geschaltet.

Die Antisättigungssteuerung (AS) dient zum Aufrechterhalten des Konstantstromes in dem Fall, in dem der Augenblickswert der Eingangswechselspannung kleinere Werte annimmt als die Spannung am Lastkreis (CL, RL). Dieser Lastkreis (CL, RL) stellt praktisch das Ersatzschaltbild der eingangs genannten elektronischen Komponenten dar, wie z. B. nichtflüchtige Speicher, Lauthör- und Freisprecheinrichtungen. Die Spannungsbegrenzung (SB) hat die Aufgabe, durch spannungsabhängige Steuerung des Konstantstromes die Spannung am Lastkreis (CL, RL) auf einen maximalen Wert zu begrenzen. Durch diese spannungs­ abhängige Stromsteuerung wird der Anschlußleitung (LA, LB) nur der tatsächlich vom Lastkreis (CL, RL) benötigte Strom entzogen. Ist letzteres nicht erwünscht, so kann die Spannungsbegrenzung auch direkt durch Parallelschalten einer Zenerdiode (Z3) zum Lastkreis (CL, RL) vorgenommen werden.

In der Schaltungsausführung nach Fig. 2 ist die strom­ veränderliche Konstantstromquelle als Emitterfolgerschaltung (T1, R2) ausgeführt. Die Stromkonstanz wird durch den relativ niederohmigen Gegenkopplungswiderstand (R2) und den Konden­ sator (C1) erzielt. Der Basiswiderstand (R1) sorgt für den erforderlichen Basisstrom des Stromquellentransistors (T1). Der Basiswiderstand (R1) bildet den wesentlichen Teil des Wechselstrom-Eingangswiderstandes und ist daher groß gegenüber der Eingangsimpedanz der Sprechschaltung (SS) zu dimensionieren. Unter Vernachlässigung des Basis­ stroms des Stromquellentransistors (T1) ist die Zeitkonstante des RC-Gliedes (R1, C1) groß gegenüber dem Kehrwert der tiefsten an die Anschlußleitungen (LA, LB) zu übertragenden Kreisfrequenz zu wählen.

Um Verzerrungen bei - im Verhältnis zur Spannungsdifferenz zwischen den Anschlußleitungen (LA, LB) und dem Lastkreis (CL, RL) - großen Wechselspannungsamplituden zu vermeiden, darf der Stromquellentransistor (T1) nicht in den Sättigungs­ bereich steuerbar sein. Zu diesem Zweck überwacht der Anti­ sättigungstransistor (T2) über den Widerstand (R3) die Kollektor-Emitter-Spannung des Stromquellentransistors (T1). Im Normalfall, bei kleiner Wechselspannungsamplitude an den Anschlußleitungen (LA, LB), ist die Kollektor-Emitter- Spannung des Stromquellentransistors (T1) groß genug, um den Sättigungstransistor (T2) leitend zu steuern. Der leitend gesteuerte Sättigungstransistor (T2) sperrt damit über die Diode (D2) den Transistor (T3). Die Diode (D2) ver­ hindert, daß bei hohen Betriebsspannungen an den Anschluß­ leitungen die Durchbruch-Sperrspannung der Basis-Emitter-Diode des Transistors (T3) überschritten wird. Sinkt die Kollektor- Emitter-Spannung des Stromquellentransistors (T1) bei großen Wechselspannungsamplituden an den Anschlußleitungen (LA, LB) unter den zur Leitendsteuerung des Antisättigungstransistors (T2) notwendigen Wert, wird dieser gesperrt und der Transistor (T3) über seinen Basiswiderstand (R4) und die Diode (D2) augenblicksweise leitend gesteuert. Der Transistor (T3) übernimmt den Konstantstrom vom Stromquellentransistor (T1), so daß der gleiche Strom weiterfließt, jedoch wird der Lastkreis (CL, RL) nunmehr durch die Diode (D1) abge­ schaltet. Die Transistoren (T2, T3) der Antisättigungssteu­ erung bilden somit einen Regelkreis, durch den die Kollektor- Emitter-Spannung des Stromquellentransistors (T1) auch bei großen Wechselspannungsamplituden an den Anschlußlei­ tungen (LA, LB) sicher außerhalb des Sättigungsbereiches gesteuert wird.

Da beim Ansprechen der Antisättigungssteuerung die Spannungen an der Basis des Stromquellentransistors (T1) durch den Transistor (T3) abgesenkt wird, entsteht eine zusätzliche Stromkomponente auf den Anschlußleitungen (LA, LB), die zu einer Erhöhung des Klirrfaktors in Abhängigkeit von der Größe des Basiswiderstandes (R1) führt. Auch aus diesem Grund ist der Basiswiderstand (R1) möglichst groß zu di­ mensionieren, wie bereits weiter oben ausgeführt. Keines­ falls darf der in einigen Sprechschaltungen (SS) erforder­ liche Realteil der Eingangsimpedanz als Basiswiderstand (R1) verwendet werden.

Die zur Begrenzung der Spannung am Lastkreis (CL, RL) erforderliche Erweiterung der Konstantstromquelle zu einer spannungsgesteuerten Stromquelle kann prinzipiell durch Einsetzen einer Zenerdiode (Z1) zwischen der Basis des Stromquellentransistors (T1) und der Masse führenden Anschlußleitung (LB) vorgenommen werden. Da der Basis­ widerstand (R1) möglichst hochohmig gewählt werden soll, ist in diesem Fall des undefinierbaren Betriebes der Zener­ diode (Z1) im sogenannten Kennlinienknick eine Niederstrom- Zenerdiode erforderlich. Da einerseits derartige Dioden unwirtschaftlich sind, andererseits in Kommunikations- Endgeräten sowieso eine stabile Referenzspannungsquelle (Z2, Vref), z.B. eine Bandgap-Referenz, vorhanden ist, ist mit einem zusätzlichen Spannungsbegrenzungstransistor (T4) eine kostengünstigere und bessere Spannungsbegrenzung erzielbar. Die Höhe der Spannungsbegrenzung wird dabei durch einen Spannungsteiler (R5, R6) bestimmt.

Soll der überschüssige Strom der Sprechschaltung (SS) entzogen werden, so kann dies bei Fortfall der Spannungs­ steuerung (T4 bzw. Z1) der Konstantstromquelle durch die parallel zum Lastkreis (CL, RL) geschaltete Zenerdiode (Z3) erreicht werden.

Für diesen letzten Fall ist ein identisches Ergebnis zum Speisen elektronischer Komponenten durch den Aufbau der Konstantstromquelle mit einem PNP-Transistor (T11) gemäß Fig. 3 erzielbar. Die Funktionen der Konstantstromquelle und die der Antisättigungssteuerung entsprechen darin den zuvor beschriebenen, gemäß der Schaltungsanordnung nach der Fig. 2.

Kann durch Wahl der Schaltungskomponenten sichergestellt werden, daß der Stromquellentransistor (T1) auch bei großer Wechselspannung an den Anschlußleitungen (LA, LB) nicht in die Sättigung gesteuert wird, so kann die Antisättigungs­ steuerung (T2, T3, D2, R4) entfallen. Alle oben beschriebenen Eigenschaften der übrigen Schaltungsanordnung bleiben dadurch unverändert.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zur Speisung elektronischer Komponenten (Lastkreis CL, RL) in Kommunikations-Endgeräten über die Anschlußleitungen, bei der der Sprechschaltung (SS) eine als Emitterfolgerschaltung ausgelegte Konstantstromquelle (J), eine Antisättigungssteuerung (AS) und eine Spannungsbegrenzung (SB) parallel geschaltet sind, die Verzerrungen von Wechselspannungssignalen hoher Amplituden verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Emitterfolgerschaltung (T1, R2) ein Kondensator (C1) zwischen einem niederohmigen Gegenkopplungswiderstand (R2) und der Basis des Stromquellentransistors (T1) für die Stromkonstanz und ein hochohmiger Basiswiderstand (R1) zwischen der Basis des Stromquellentransistors (T1) und einer Anschlußleitung (LA) zugeordnet sind, daß
• b) die Ansättigungssteuerung (AS) aus zwei Transistoren (T2, T3), einer Diode (D2) und einem Widerstand (R4) gebildet ist, die einen Regelkreis für die Kollektor-Emitter- Spannung des Stromquellentransistors (T1) auch bei großen Wechselspannungsamplituden an den Anschlußleitungen (LA, LB) bilden, daß
• c) zur Verhinderung des Überschreitens einer bestimmten Spannung am Lastkreis (CL, RL) einen Spannungsbegrenzungstransistor (T4) mit seinem Kollektor an die Basis des Stromquellentransistors (T1) und mit seiner Basis über einen Spannungsteiler (R5, R6) parallel zum Lastkreis (CL, RL) geschaltet ist und daß
• d) zum Abschalten des Lastkreises (CL, RL) beim Ansprechen der Antisättigungssteuerung (AS) eine Diode (D1) zwischen dem gemeinsamen Anschlußpunkt von Gegenkopplungswiderstand (R2) und Kondensator (C1) der Konstantstromquelle (J) und dem Lastkreis (CL, RL) geschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der Basis des Transistors (T3) der Antisättigungssteuerung (AS) und dem Kollektor des Antisättigungstransistors (T2) die Diode (D2) geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Emitter des Spannungsbegrenzungstransistors (T4) an eine Referenzspannungsquelle (Z2, Vref) gelegt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Spannungsbegrenzungs­ transistors (T4), der Referenzspannungsquelle (Z2, Vref) und des Spannungsteilers (R5, R6) eine Niederstrom- Zenerdiode (Z1) zur Spannungsbegrenzung eingesetzt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Fortfall der Spannungsbegrenzung (SB bzw. T4) an der Basis des Stromquellentransistors (T1) zum Ableiten überschüssigen Stromes der Sprechschaltung (SS) dem Lastkreis einer Zenerdiode (Z3) parallel geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Spannungsbegrenzung am Lastkreis (Z3) die Konstantstromquelle (J) mittels eines PNP- Transistors (T11) betreibbar ist.

7. Schaltungsanorndung nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei gesichertem Ausschluß des Steuerns des Stromquellentransistors (T1) in die Sättigung bei großen Wechselspannungen an den Anschlußleitungen (LA, LB) die Antisättigungssteuerung (T2, T3, D2, R4) entfällt.