AMPLIFIER CIRCUIT OF PREDETERMINABLE AC INTERNAL RESISTANCE

Abstract: 1. Amplifier circuit of predeterminable alternating current internal resistance with remote supply through a transmission line (a, b), over which an alternating current signal from or to the amplifier circuit is transmitted simultaneously with the supply current, particularly for electronic telephone instruments, in which the current of an impedance connected between the negative line (a) and the positive line (b) of the transmission line is fed as negative feedback to the amplifier circuit (A) and the predetermined alternating current internal resistance is formed through the output stage of the amplifier circuit (A) in consequence of the negative feedback, characterized thereby, that the impedance consists of the series connection (23, 24) of an ohmic resistor (23) with a capacitor (24), that the amplifier circuit is built up with two NPN-transistors (16, 18), wherein the emitter of the first transistor (18) is connected with the negative line (a) of the transmission line, the collector for one thing through a constant current source (17) with the positive line (b) of the transmission line and for the other with the base of the second transistor (16), the collector of the second transistor with the positive line (b) of the transmission line and the emitter of the second transistor (16) for ont thing through a first resistor (15) with the negative line (a) of the transmission line and for the other through a second resistor (14) for one thing with the base of the first transistor (18) and for the other through a third resistor (13) with a signal source (11, 13), that the capacitor (24) of the series connection (23, 24) is connected by its free end to the positive line (b) of the transmission line and the resistor (23) to a diode (22) of a current-imaging circuit, which is connected to the negative line (a), consists of a diode (22) and a third NPN-transistor (21) and in which the collector of the third transistor (21) is connected for one thing through a second constant current source (19) with the positive line (b) of the transmission line and for the other with the base of the first transistor (18) and that a constant current source (25) is connected in parallel with the capacitor (24) of the series connection (23, 24) and drives a constant current through the ohmic resistor (23) and a parallel regulator (26 to 28), which is connected between the lines (a, b) of the transmission line, is connected between the ohmic resistor (23) and the capacitor (24).

Description: Beschreibung "Verstärkerschaltung mit vorgebbarem Wechselstrominnen- widerstand" Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung mit vorgebbarem Wechselstrominnenwiderstand mit Fernspeisung über eine Sbertragungsleitung, über die gleichzeitig mit dem Speisestrom ein Wechselstromsignal von oder zu der Verstärkerschaltung übertragen wird, insbesondere für elektronische Fernsprechapparate. In Fernmeldeanlagen werden die Endgeräte, wie z. B. die Fernsprechapparate über die Ubertragungsleitung (Teilnehmeranschlussleitung) gespeist. Gleichzeitig mit dem Speisestrom wird ein Wechseistromsignal beim Sprechen von dem Fernsprechapparat ausgehend und beim Hören zum Fernsprechapparat hin, übertragen. Je nach Batteriespannung, Innen widerstand der Speiseschaltung und zulässigem Leitungswiderstand der Fernmeldeleitung schwankt der Speisestrom zwischen 17 mA und 100 mA mit dem ein Fernsprechapparat seinen Betriebsstrom decken muss. Eine Tendenz zu noch kleineren Betriebsströmen ist unverkennbar. Gerade bei langen Deil- nehmerleitungen und somit hohem Leitungswiderstand ist der Speisestrom niedrig und seitens des Fernsprechapparates werden hohe Ausgangssignalpegel erwartet, um die Leitungsdämpfungen zu überwinden. Gleichzeitig wird auf konstante übertragungstechnische Parameter Wert gelegt, wobei der grosse Temperatur- und Betriebsstrombereich einwandfrei funktionierende und in ihrer Funktion leicht zu durchschauende Schaltungen verlangt. Die Funktionen "Signaleinspeisung in die Leitung" und "Erzeugung eines bestimmten vorgegebenen Abschlusswiderstandes" können in elektronischen Fernsprechapparaten durch einen Verstärker mit hohem Innenwiderstand für die Signaleinspeisung und eine zweite Schaltung mit dem geforderten Abschluss- widerstand realisiert werden. Zur Erzeugung des gewünschten Abschlusswiderstandes kann die Reihenschaltung eines Kondensators mit einem Widerstand der geforderten Grösse verwendet werden. Der Kondensator müsste jedoch eine Grösse von etwa 10ouF haben und wäre daher nicht integrierbar. Wie FIG. 1 zeigt, lässt sich das ProblEm auch dadurch lösen, dass neben dem Verstärker A mit Signalquelle 2, Vorspannung 1 und einem durch einen Widerstand 4 im Emitter gegengekoppelten Transistor 3 ein getrennter Verstärker B mit einem im Emitter durch einen Widerstand 8 gegengekoppelten Transistor 7 mit Basisspannungsteilerwiderständen 5 und 6 verwendet wird, dessen Innenwiderstand durch geeignete Wahl der Widerstände 5, 6 und 8 auf den gewünschten Wert des Abschlusswiderstandes gebracht werden kann. Mit a und b sind in FIG. 1 die beiden Leitungen der Übertragungsleitung bezeichnet, von denen die Leitung b infolge der Gleichstromeinspeisung über die Übertragungsleitung stets positiv gegenüber der Leitung a bleibt. Ist z. B. ein Abschlusswiderstand der Obertragungsleitung seitens des Endgerätes von 600 Q gefordert und die Impedanz der Übertragungsleitung ebenfalls 600kl , dann arbeitet der Verstärker A für Wechselstromsignale auf einen Aussenwiderstand von 300kl . Wird ferner ein Signalpegel von +3 dBm am Ausgang des Verstärkers A gefordert, so muss der Verstärker A zwischen den Leitungen a und b eine Spitzenspannung von Up= 1,55 V und einen Spitzenstrom von 1 = 5,16 mA p aufbringen. Hierzu erfordert der Verstärker A einen Gleichstrom von mindestens 6 mA. Der Verstärker B zur Erzeugung eines Abschlusswiderstandes von 600 n nimmt von dem Wechselstrom des Verstärkers A die Hälfte, also 2,58 mA auf und muss folglich auf einen Ruhestrom von mindestens 3 mA eingestellt werden. Die Verstärker A und B nehmen somit zusammen etwa 9 mA auf. Da im ungünstigsten Fall das Endgerät lediglich 17 mA aus der Ubertragungsleitung als sogenannten Schleifenstrom erhält, verbleiben lediglich 8 mA für den Bedarf der restlichen Elektronik des Endgerätes, was vielfach nicht ausreicht. Ausgehend von der Überlegung, dass vom Endgerät in die Uber- tragungsleitung lediglich 2,58 mA als Spitzenstrom eingespeist werden, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkerschaltung mit vorgebbarem Innenwiderstand der eingangs genannten Art anzugeben, die möglichst nur den Ruhestrom für einen tatsächlich an die Leitung ab zum gebenden maximalen Wechselstrom erfordert. Die Verstärkerschaltung soll ausserdem möglichst einfach integrierbar und unempfindlich gegen Arbeitspunkt schwankungen im Tem- peraturbereich -25 C bis +1000C sein. Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst, in dem bei einer Verstärkerschaltung der eingangs genannten Art der Strom einer zwischen der negativen Leitung und der positiven Leitung der Ubeftragungsleitung angeschlossenen Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes mit einem Kondensator als Gegenkopplung der Verstärkerschaltung zugeführt ist und der vorgegebene Wechselstrominnenwiderstand durch die Endstufe der Verstärkerschaltung infolge der Gegenkopplung gebildet ist. Durch diese Massnahme kann der Verstärker nicht nur den geforderten Signalstrom liefern, sondern besitzt einen Innenwiderstand, der durch eine bestimmte Bemessung der Gegenkopplung den geforderten Abschlusswiderstand hat, ohne dass durch den Abschlusswiderstand Signalenergie verloren geht. Der eingesparte Ruhestrom der Verstärker A und B kann somit anderweitig im Endgerät verwendet werden. Die Lösung ermöglicht eine einfache Integration der Verstärkerschaltung. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Als Endstufe der Verstärkerschaltung ist eine Stromverstärkerschaltung besonders günstig, da sich hiermit ein Gegenkopplungsstrom in die Verstärkerschaltung rückwirkungsfrei einspeisen lässt. Anspruch 3 gibt eine günstige Ausgestaltung eines geeigneten Stromverstärkers. In einer Weiterbildung gemäss Anspruch 4 wird der für die Gegenkopplung verwendete Widerstand gleichzeitig als Kon- stantspannungsquelle ausgenützt, so dass mittels eines an diesem Widerstand angeschlossenen Querreglers in Abhängig- keit von dem Widerstand der tibertragungsleitung jeweils soviel Strom über den Querregler abgeleitet wird, dass die Spannung an der Verstärkerschaltung und damit an allen elektronischen jchaltungen des Teilnehmerenagerätes konstant bleibt und die Betriebsbedingungen auch im vorgegebenen Temperaturbereich eingehalten werden können. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Gegenkopplungsschaltung und des Querreglers enthalten die Ansprüche 5 bzw. 6. Um den Ruhestrom der Verstärkerschaltung auch bei extremen Temperaturverhältnissen möglichst konstant zu halten, ist es erforderlich, die Ankopplung der Signalspannung kondensatorlos an den Verstärkereingang vorzunehmen und den Tem- peraturgang ihrer Gleichstromvorspannung so zu wählen, dass sie an dem Temperaturgang des Eingangs der Verstärkerschaltung angepasst ist. Eine günstige Lösung hierfür gibt Anspruch 7. Die Erfindung wird nun anhand eines in FIG. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In FIG. 2 ist mit A die Verstärkerschaltung, mit B' die Schaltung zur Erzeugung des Gegenkopplungsstromes und mit C die Schaltung zur Spannungsstabilisierung mittels eines Querreglers bezeichnet, Zunächst sei die Verstärkerschaltung mit vorgebbarem Wechselstrominnenwiderstand näher beschrieben, welche die Teile A und B' umfasst. Die Schaltung wird ferngespeist über eine Ubertragungaleitung, deren eine Leitung b positiv gegenüber der anderen Leitung a ist und über die gleichzeitig mit dem Speisestrom ein Wechselstromsignal von der Verstärkerschaltung ausgehend oder zur Verstärkerschaltung hinführend übertragen wird, wie es insbesondere bei elektronischen Endstellen von Fernmeldeanlagen, z. B. bei elektronischen Fernsprechapparaten, der Fall ist. Gemäss der Erfindung wird ein vorgebbarer Wechselstromwiderstand-dadurch erzeugt, dass der Strom einer zwischen den Leitungen a und b der Übertragungsleitung angeschlossenen Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes 23 mit einem Kondensator 24 als Gegenkopplung der vorgebbare Wechselstromwiderstand durch die Endstufe der Verstärkerschaltung, also durch den-Transistor 16 infolge der Gegenkopplung gebildet ist. In vorteilhafter Weise wird die Verstärkerschaltung als Stromverstärker ausgebildet. Wie FIG. 2 zeigt, ist der Stromverstärker als zweistufiger Verstärker mit zwei NPN-Transistoren aufgebaut, bei dem der Emitter des ersten Transistors 18 mit der negativen Leitung a der Übertragungsleitung, , der Kollektor zum einen über eine Konstantstromquelle 17 mit der positiven Leitung b der Übertragungsleitung und zum anderen mit der Basis des zweiten Transistors 16 verbunden ist. Der Kollektor des zweiten Transistors ist mit der positiven Leitung b der Über- tragungsleitung und der Emitter des zweiten Transistors 16 zum einen über einen ersten Widerstand 15 mit der negativen Leitung a der Übertragungsleitung und zum anderen über einen zweiten Widerstand 14 zum einen mit der Basis des ersten Transistors 18 und zum anderen über einen dritten Widerstand 13 mit der Signalquelle 12, die auch der Ausgang eines Vorverstärkers sein kann, verbunden. Die Gegenkopplungsschaltung B' enthält die Reihenschaltung eines Kondensators 24 mit einem Widerstand 25. Der Eonden- sator 24 ist mit seinem freien Ende an die positive Bei- tung b der Übertragungsleitung und der Widerstand¯23 an eine Diode 22 einer an die negative Leitung a liegenden, aus einer Diode 22 und einem dritten NPN-Transistor 21 bestehenden Stromspiegelschaltung angeschlossen, bei der der Kollektor des dritten Transistors 21 zum einen über eine Konstantstromquelle 19 mit der positiven Leitung b der Übertragungsleitung und zum anderen mit der Basis des ersten Transistors 18 verbunden ist. Der Transistor 18 wird statt über einen Kollektorwiderstand mit einer Stromquelle 17 versorgt. Dadurch ist seine Verstärkung optimal und lediglich noch durch den Eingangswiderstand des Transistors 16, der im Ausführungsbeispiel etwa 40 kfl beträgt, gegeben. Ist der Kollektorstrom des Transistors 18 beispielsweise 100 > lA, so ist die Spannungsverstärkung des Transistors 18 etwa 150. Durch die hohe Spannungsverstärkung ist die Wechselspannung an der Basis des Transistors 18 niedrig und ein dort eingeprägter Strom wird verstärkt an den Ausgang des Verstärkers, dem Eollek- tor des Transistors 16, abgegeben, weshalb dieser Verstärkertyp auch mit Stromver- stärker bezeichnet wird. Weil an der Basis des Transistors 18, also am Punkt 20, praktisch keine Wechselspannung stehen kann, bestimmt der Signalstrom über den Widerstand 13 den Ausgangssignalstrom des Transistors 16 und damit den Ausgangssignalstrom des Verstärkers A. Der Wechselstrominnenwiderstand der Verstärkerschaltung A zwischen den Leitungen a und b ohne Gegenkopplungsschaltung B' ist mit mehreren 10 kQ sehr hoch. Zur Erzeugung des gewünschten Wechselstrominnenwiderstandes, der beispielsweise mit 600kl vorgegeben sein kann, ist gemäss der Erfindung die Gegenkopplungsschaltung B' vorgesehen. Diese ist über dem Kondensator 24, dem Widerstand 23 und dem Stromspiegel 22, 21 auf die Basis des Transistors 18 (Schaltungspunkt 20) und damit auf den Eingang der Verstärkerschaltung A geführt. Die Einspeisung an dieser Stelle hat den besonderen Vorteil, dass die Gegenkopplung ohne Rückwirkung auf die übrige Schaltung, wie z. B. auf die Signalquelle 12, ist. Die Stromverstärkung des Verstärkers A ist EMI8.1 wobei u12 die Wechselspannung der Signalquelle 12 und i16 der Ausgangswechselstrom des Transistors 16 ist. Mit ist der Widerstandswert eines Widerstandes xy bezeichnet. Für den vorgebbaren Wechselstrominnenwiderstand gilt: EMI8.2 Somit erhält man mit beispielsweise R14=3 3 kn und R15:: 200 a einen geforderten Wechselstrominnenwiderstand R; 600 Q mit R23x 9 kR. Eine Weiterbildung der Verstärkerschaltung mit vorgebbarem Innenwiderstand sieht vor, dass der Gegenkopplungswiderstand 23, der in integrierter Technik infolge seines relativ hohen Wertes relativ viel Chip-Fläche erfordert, gleichzeitig zur Arbeitspunktstabilisierung der Verstärkerschaltung und damit aller sonstigen an die Übertragungsleitungen a und b angeschlossenen Einrichtungen verwendet wird. Hierzu ist parallel zum Kondensator 24 eine Eonstantstrom- quelle 25 geschaltet, die durch den ohmschen Widerstand 23 einen konstanten Strom treibt und an dem ohmschen Widerstand 23 ist ein zwischen die Übertragungsleitungen a und b geschalteter Querregler 26 bis 28 angeschlossen. Die Stromquelle 25 liefert einen Gleichstrom durch den Widerstand 23, an dem eine Spannung I25 R23 abfällt. Diese Gleichspannung, zuzüglich der Diodenspannung des als Diode geschalteten Transistors 22 ist praktisch konstant. An diese Gleichspannungsquelle ist der Querregler C angeschlossen. Der Querregler 26 bis 28 besteht aus einem PNP-Tran- sistor 26 und einem vierten NPN-Transistor 27, die als komplementäre Darlington-Schaltung geschaltet sind. Die als Eingang des Querreglers C dienende Basis des PNP Transistors 26 ist zwischen dem ohmschen Widerstand 23 und dem Kondensator 24 der Reihenschaltung 23, 24 angeschlossen und der Emitter des PNP-Transistors 26 ist über einen Widerstand 28 mit der positiven Leitung b der Vbertragungs- leitung verbunden. Ferner ist der Emitter des NPN-Transistors 27 direkt mit der negativen Leitung a der Über- tragungsleitung verbunden. Der Querregler hat seine Steuerstrecke zwischen der Basis des Transistors 26 und der Leitung b. In vorteilhafter Weise sorgt der Kondensator 24 des Gegenkopplungskreises gleichzeitig dafür, dass die Steuerstrecke des Querreglers nicht mit der Wechselspannung der Leitung b ausgesteuert wird. Im Querreglerzweig fliesst daher ein Gleichstrom, dessen Grösse vom Widerstand der Übertragungsleitung abhängt. Bei niedrigem Widerstandswert der Übertragungsleitung würde ohne Querregler die Gleichspannung zwischen den Leitungen a und b entsprechend hoch sein. Die höhere Spannung würde den Querregler an seiner Steuerstrecke stärker aus steuern, so dass der ihn durchfliessende Strom grösser wird und dadurch ein grösserer Spannungsabfall an dem Widerstand der Ubertra- gungsleitung entsteht. Der Strom durch den Querregler regelt sich auf diese Weise so ein, dass die Spannung zwischen den Leitungen a und b praktisch konstant bleibt. Im Ausführungsbeispiel wurde eine Gleichspannung zwischen den Leitungen a und b von etwa 4,5 V durch einen Widerstand R28= 10 n erzielt. Durch den Transistor 27 des Querreglers fliesst lediglich Gleichstrom, so dass er den Wechselstrominnenwiderstand der Verstärkerschaltung nicht merklich beeinflusst. Der Strom der Stromquelle 25 fliesst über den Widerstand 23 und in den Stromspiegel 22, 21. Dieser Strom wird durch die Stromquelle 19 kompensiert. Stromquelle 25 und 19 sind daher in integrierter Technik identisch aufgebaut. Der Schaltungspunkt 20 der Verstärkerschaltung A zeigt den Temperaturgang einer mit einem geringen Gleichstrom (ca. 0,1 mA) in Flussrichtung durchflossenen Diode. In vorteilhafter Weise ist daher die Signalquelle 12 galvanisch an den Verstärker angekoppelt und die von der Signalquelle 12 zugeführte Signalspannung durch eine in Flussrichtung betriebene Diode 11 gegen Temperaturdrift stabilisiert. Daher fliesst durch den Widerstand 13 lediglich ein Wechselstrom, so dass bei Temperaturänderungen der Schaltung der Arbeitspunkt des Verstärkers, insbesondere der des Transistors 16, stabil bleibt und somit für den Transistor 16 der geringstmögliche Ruhestrom ohne wesentliche Driftreserven gewählt werden kann. Der Ruhestrom des Transistors 16 kann im Ausführungsbeispiel bei einem Wechselstrominnenwiderstand der Verstärkerschaltung von 600n z. B. mit 3 mA gewählt werden und liegt somit um mindestens den Faktor 3 niedriger als bei bekannten Lösungen. Anstelle der Diode 11 kann auch eine Signalquelle 12 vorgesehen sein, die einen Verstärker umfasst, dessen Ausgangsgleichspannung mittels einer Diode den gleichen Temperaturgang aufweist, wie der Punkt 20 der Verstärkerschaltung A.

Claims: Patentansprüche 1. Verstärkerschaltung mit vorgebbarem Wechselstrominnenwiderstand mit Fernspeisung über eine Übertragungsleitung, über die gleichzeitig mit dem Speise strom ein Wechselstromsignal von oder zu der Verstärkerschaltung übertragen wird, insbesondere für elektronische Fernsprechapparate, dadurch gekennzeichnet dass der Strom einer zwischen der negativen Leitung (a) und der positiven Leitung (b) der Übertragungsleitung angeschlossenen Reihenschaltung (23, 24) eines ohmschen Widerstandes (23) mit einem Kondensator (24) als Gegenkopplung der Verstärkerschaltung (A) zugeführt ist und der vorgege- bene Wechselstrominnenwiderstand durch die Endstufe der Verstärkerschaltung (A) infolge der Gegenkopplung gebildet ist. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkerschaltung (A) als Stromverstärker ausgebildet ist. 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromverstärker als zweistufiger Verstärker mit zwei NPN-Transistoren aufgebaut ist, bei dem der Emitter des ersten Transistors (18) mit der negativen Leitung (a) der Übertragungsleitung, der Kollektor zum einen über eine Konstantstromquelle (17) mit der positiven Leitung (b) der Ubertragungsleitung und zum anderen mit der Basis des zweiten Transistors (16) verbunden ist, der Kollektor des zweiten Transistors mit der positiven Leitung (b) der Ubertra- gungsleitung und der Emitter des zweiten Transistors (16) zum einen über einen ersten Widerstand (15) mit der negativen Leitung (a) der Übertragungsleitung und zum anderen über einen zweiten Widerstand (14) zum einen mit der Basis des ersten Transistors (18) und zum anderen über einen dritten Widerstand (13) mit einer Signalquelle (11, 12) verbunden ist. 4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Kondensator (24) der Reihenschaltung (23, 24) eine Konstantstromquelle (25) geschaltet ist, die durch den ohmschen Widerstand (23) einen konstanten Strom treibt und awischen dem ohmschen Widerstand (23) und dem Kondensator (24) ein zwischen den Leitungen (a, b) der Ubertragungsleitung geschalteter Querregler (26 bis 28) angeschlossen ist. 5. Schaltung nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (24) der Reihenschaltung (23, 24) mit seinem freien Ende an die positive Leitung (b) der Übertragungsleitung und der Widerstand (23) an eine Diode (22) einer an der negativen Leitung (a) liegenden, aus einer Diode (22) und einem dritten NPN-Transistor (21) bestehenden Stromspiegelschaltung angeschlossen ist, bei der der Kollektor des dritten Transistors (21) zum einen über eine zweite Konstantstromquelle (19) mit der positiven Leitung (b) der Übertragungsleitung und zum anderen mit der Basis des ersten Transistors (18) verbunden ist. 6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querregler (26 bis 28) eine aus einem PNP-Transistor (26) und einem vierten NPN-Transistor (27) bestehende komplementäre Darlingtonschaltung ist, bei der die als Eingang dienende Basis des PNP-Transistors (26) zwischen dem ohmschen Widerstand (23) und dem Kondensator (24) der Reihenschaltung (23, 24) angeschlossen ist, bei der der Emitter des PEP-Transistors (26) über einen Widerstand (28) mit der positiven Leitung (b) der Übertragungsleitung und der Emitter des vierten NPN-Transistors (27) direkt mit der negativen Leitung (a) der Übertragungsleitung verbunden ist. 7. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis-6, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Stromverstärker zugeführte Signalspannung durch eine in Flussrichtung betriebene Diode (11) gegen Temperaturdrift ihrer Gleichspannungsänderungen gegenüber der negativen Leitung (a) der Ubertragungslei- tung stabilisiert ist.

Inventors: RALL, BERNHARD, DIPL.-ING.
Applicants: LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH
Application year: 1980
Main classification: H04M1
IPC codes: H04M1