DE2248682A1

DE2248682A1 - Haltekreis fuer fernsprechleitungen

Info

Publication number: DE2248682A1
Application number: DE19722248682
Authority: DE
Inventors: Steven Jay Davis; Stephen Louis Domyan
Original assignee: General Datacomm Inc
Current assignee: General Datacomm Inc
Priority date: 1971-11-15
Filing date: 1972-10-04
Publication date: 1973-05-24
Also published as: FR2160366A1; US3789803A; JPS4859707A; GB1395239A; JPS5742260B2; IT975315B; CA961185A; BE788085A; FR2160366B3

Description

Anmelder: Stuttgart» 20. August 1972

General DataComm P 2555 S

Industries, Inc.
556 Newton Avenue
Norwalk, Gönn., V,St.A»

Haltekreis für Fernsprechleitungen .

Die. Erfindung bezieht sich auf einen Haltekreis für Fernsprechleitungen, der eine große Wechselstrom-Querimpedanss darbietet.

Bekannte Haltekreise für Fernsprechleitungen enthalten Induktionsspulen, um die gewünschte große Wechsalstrom-Querimpedana au erzeugen. Bei der Konstruktion und Herstellung moderner elektronischer Schaltungsanordnungen

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ist es jedoch häufig erwünscht, die Verwendung von Induktionsspulen zu vermeiden, weil solche Spulen in der Her* stellung relativ schwierig und auch nicht leicht zu montieren sind. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Haltekreis für Fernsprechleitungen zu schaffen, bei dem eine solche Induktionsspule nicht benötigt wird. .

Biese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Ausgang des Haltekreises durch einen Pfad relativ geringen Widerstandes überbrückt ist, der über den Ausgang eines Verstärkers mit dem Verstärkungsfaktor 1 und einen Speisespannungsanschluß des Verstärkers verläuft, und daß mit dem Eingang des Verstärkers ein Phasenschiebernetzwerk verbunden ist, das einem Wechselstrom-Eingangssignal eine solche Phasenverschiebung erteilt, daß am Eingang des Verstärkers der Strom der Spannung voreilt.

Durch die genannten Maßnahmen wird erreicht, daß die Wechselspannung am Ausgang des Verstärkern eine Amplitude und eine Phasenbeziehung in Bezug auf Amplitude und Phase des Eingangssignals hat, daß eine hohe Wechselstrom-Querimpedanz entsteht. '

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels· Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen:

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Fig. 1 das Schaltbild eines typischen Haltekreises für Fernsprechleitungen nach dem Stande der .Technik,

Fig. 2 das Schaltbild eines Haltekreises nach der Erfindung und

Fig. 3 das Ersatzschaltbild des Haltekreises nach Fig.

Wie in Fig. 1 dargestellt, umfaßt ein typischer Haltekreis 10 nach dem Stand der Technik Dioden 11, 12, 15 und 14 sowie eine Induktionsspule 21 und einen Widerstand 22, die parallel zu einem Gleichstrom-Sperrkondensator und dem Ausgang liegen, der von der Wicklung eines Transformators 41 gebildet wird. Bei typischen Haltekreisen hat die Induktionsspule 21 eine Induktivität von 1 H und einen Widerstand von 200 Ohm,, der Widerstand 22 einen Wert von 200 0hm und der Kondensator 31 eine Kapazität von 2yU.F. Die Dioden 11, 12, 13 und 14 dienen dazu, dem Haltekreis ein Eingangssignal zuzuführen, das unabhängig von der Polarität des Signals auf der Fernsprechleitung stets die gleiche Polarität aufweist. Wie für den Fachmann ersichtlich, bildet der Kondensator 31 eine Sperre für den Haltegleichstrom, so daß dieser Strom durch die Induktionsspule 21 und den Widerstand 22 fließt. Dagegen durchfließen Wechselstromsignale die Primärwicklung des Transformators 41 und werden infolgedessen in den Eingang eines das Signal benutzenden Verbrauchers eingekoppelt.

Wie bekannt, muß die von der Induktionsspule 21 und dem Widerstand 22 gebildete Wechselstrom-Querimpedanz so groß wie möglich sein, um das Fließen des Wechselstromsignals durch diesen Querzweig so weit wie möglich zu

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reduzieren. In der Schaltungsanordnung nach. Fig. 1 wird die hohe <^uerimpedanz durch die relativ große Induktivität der Induktionsspule 21 bewirkt. In der modernen elektronischen Technologie ist es jedoch unzweckmäßig, große Impedanzen mit Hilfe von Induktionsspulen zu erzeugen. Obwohl große Induktionsspulen hohe Induktivitäten und damit große Impedanzen bilden, ist es kostspielig, solche große Spulen an integrierten Schaltungen anzuschließen, wie sie heute vorzugsweise verwendet werden. Weiterhin durchkreuzt die Verwendung solcher Spulen die Versuche, eine Miniaturisierung zu erreichen.

Um diese Probleme zu lösen, wurde eine induktionsfreie Schaltungsanordnung entwickelt, welche die gleichen Gleichstromeigenschaften wie bekannte Haltekreise und zugleich eine große Wechselstrom-Querimpedanz hat. JSin erläuterndes Beispiel des erfindungsgemäßen Haltekreises ist in Fig. 2 veranschaulicht. Dieser Haltekreis 210 enthält Dioden 211,' 212, 215 und 214, Widerstände 222, 251 und 261, Kondensatoren 231 und 255t einen Verstärker und einen Transformator 241. Die Dioden 211, 212, 213 und 214· arbeiten in der gleichen Weise wie die Dioden 11, 12, 13 und 14 des herkömmlichen Haltekreises und bewirken, daß das Eingangssignal eine gleichbleibende Polarität hat. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung der Dioden wird die obere Leitung immer positiver sein als die untere Leitung. Der Kondensator 231 ist ein Sperrkondensator für den Gleichstrom, der zwischen den Eingang und den von der Primärwicklung des Transformators 241 gebildeten Ausgang des Haltekreises 210 eingeschaltet ist. Der Kondensator 255 und die Widerstände 251 und 261

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bilden ein Phasenschieber- und Spannungsteilernetzwerk. .Die Widerstände 251 und 261 haben vorzugsweise den gleichen Wert, so daß die Gleichspannung an der Verbindungsstelle zwischen diesen Widerständen halb so groß ist wie die Eingangs-Gleichspannung. Der Kondensator 255 und der Widerstand 261 bewirken eine Phasenverschiebung des iJJingangssignals und ebenfalls eine Spannungsteilung. Die Werte des Kondensators 255 und des Widerstandes 261 sind so gewählt, daß die Wechselspannung an ihrer Verbindungsstelle der Eingangsspannung nahe ist. Wie bekannt, ist die von dem Kondensator 255 und dem Widerstand 261 eingeführte Phasenverschiebung so geartet_} daß der Strom der Spannung voreilt.

Das an der Verbindungsstelle des Phasenschieber- und Spannungsteilernetzwerkes anstehende Signal wird dem positiven Eingang des Verstärkers 225 zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers 225 ist¹ über den Widerstand 222 mit der oberen, positiveren Leitung verbunden. Außerdem ist eier Ausgang des Verstärkers 225 mit seinem negativen Eingang verbunden, um einen Rückkopplungspfad zu bilden. Der Fachmann erkennt, daß es sich bei dem Verstärker 225 um einen Operationsverstärker mit dem Verstärkungsfaktor +1 handelt. Die Leistungsversorgung des Verstärkers 225 v/ird gewährleistet, indem sein positiver Speisespannungsanschluß +V mit der positiveren Leitung und der negative SpeiseSpannungsanschluß -V mit der weniger positiven Leitung des Haltekreises verbunden wird« Es ist eine Vielzahl integrierter Bausteine erhältlich, die als Verstärker 225 benutzt werden können. Bs ist jedoch erforderlich, daß der Verstärker einen Gleichstromw©g mit geringem

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Widerstand vom Ausgang zum negativen Speisespannungsanschluii -V. enthält. Geeignete Verstärker sind die Typen 709 und 741, wie beispielsweise die Verstärker Wi-709 und LTU-741, die von der Firma National Semiconductor erhältlich sind.

Ein dein Eingang des Haltekreises 210 zugeführtes Gleichstroinsignal sieht einen Pfad relativ geringen Widerstands« der über den Widerstand 222 zum negativen Speisespannungsanschluß führt, und einen Pfad relativ hohen Widerstands über die Widerstände 251 und 261 des Spannungstellernetzwerkes. Das Gleichstromsignal wird von dem Ausgang des Haltekreises durch den Sperrkondensator 22>1 abgehalten. Da die Widerstände des Spannungsteilernetzwerkes etwa den gleichen Wert haben, steht am Widerstand 261 etwa die halbe Spannung wie an den ßingangsleitungen. Da der Verstärker 225 den Verstärkungsfaktor 1 hat, ist die Spannung zwischen dem Ausgang des Verstärkers und der weniger positiven Eingangsleitung ebenfalls halb so groß wie die Eingangsspannung. Demgemäß wird durch, den Widerstand 222 ein Gleichstrom fließen, der gleich, demjenigen Strom ist, der durch einen Widerstand fließen würde, dessen Wert doppelt so groß ist wie derjenige des Widerstandes 222.

Im Gegensatz dazu wird ein Wechselstromsignal von dem Sperrkondensator 231 auf den Ausgang des Haltekreises 210 übertragen, jedoch fließt ein Teil dieses Wechselstromsignals über die Parallelzweige, die von dem Phasenschieber- und Spannungsteilernetzwerk und dem Widerstand 222 gebildet werden. Jedoch bietet der Haltekreis 210 dem

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Wechselstroinsignal eine sehr hohe ^uerimpedanz, so daii nur ein sehr geringer Anteil des Weehselstromsignals' kurzgeschlossen wird. Im einzelnen wird das WechseIstrom-Eingangssignal mit Hilfe des Kondensators 255 und des Widerstandes 261 derart phasenverschoben,, daß sein Strom der Spannung voreilt. Zugleich wird die Wechselspannung von dem Kondensator 255 und dem Widerstand 261 geteilt. Da der Wert des Widerstandes 261 relativ hoch gewählt ist, ist der Spannungsabfall am Widerstand 261 und damit auch zwischen dem Ausgang des Verstärkers 225 und der weniger positiven Eingangsleitung annähernd so hoch wie die Eingangsspannung. Infolgedessen ist der Spannungsabfall am Widerstand 222 sehr klein, und es wird über diesen Widerstand nur ein sehr geringer Anteil des V/echselstromsignals abgeleitet»

Wenn die Wirkung des Widerstandes 251 vernachlässigbar ist, so ist, wie leicht gezeigt werden kann, der Wechsel-Spannungsabfall am Widerstand 261 durch Ke gegeben,, wenn e die Wechselspannung am Eingang und K der Ausdruck Jw CR/(1 + Ji^ CR) ist, in demo; die Frequenz das Wechselstromsignals, C die Kapazität des Kondensators 255 und R der Wert des Widerstandes 261 ist» Da der Verstärker den Verstärkungsfaktor 1 hat, besteht dieser Spannungsabfall auch zwischen dem Ausgang des Verstärkers 225 und der weniger positiven Eingangsleitung. Infolgedessen ist der Spannungsabfall am Widerstand 222

e - Ke ■ (1 - K)e.
Der den Widerstand 222 durchfließende Wechselstrom ist

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demgemäß

I - (1 -

wenn R' der Wert des Widerstandes 222 ist· Infolgedessen hat der Widerstand 222 eine scheinbare Wechselstromimpedanz Z, die gegeben ist durch

Z = R'/(1 - K) - R¹Ci + duJRC) - R-' + JwR¹RC.

Das Ersatzschaltbild des Haltekreises 210 nach Fig. 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Dieses Ersatzschaltbild 310 enthält eine Induktivität 321 und einen Widerstand 322, die beide zur Kapazität 331 und dem Ausgang parallel geschaltet sind, der von der Primärwicklung des Transformators 341 gebildet wird. Die Übereinstimmung des Ersatzschaltbildes mit dem bisher üblichen Haltekreis nach Fig. 1 ist augenfällig. Die Werte der Induktivität, des Widerstandes und der Kapazität des Ersatzschaltbildes nach Fig. 3 können leicht an Hand der entsprechenden Werte der Bauelemente des Haltekreises nach Fig. 2 bestimmt werden. Wenn beispielsweise der Widerstand 222 einen Wert von 200 Ohm und der Widerstand 261 einen Wert von 100 kOhm hat und die Kondensatoren 231 und 255 jeweils eine Kapazität von 10 /<-F haben, wird die scheinbare Impedanz 200 0hm + 200 H. Die Induktivität 321 hat daher einen Wert von 200 H, während der Widerstand 322 den Wert 200 Ohm hat. Die Kapazität 331 beträgt 10/4P und ist damit der Kapazität des Kondensators 231 gleich.

Wenn, wie oben angegeben, der Widerstand 251 den gleichen

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Wert hat wie der Widerstand 261, ist der scheinbare Gleichstromwiderstand des Widerstandes 222 verdoppelt. Wenn demnach der Widerstand 222 einen Wert von 200 Ohm hat, beträgt der effektive Wert des Querwiderstandes 400 Ohm und ist damit ebenso groß wie bei den bekannten Haltekreisen. Demnach bietet der erfindungsgemäße Haltekreis den gleichen Gleichstrom-Querwiderstand an wie der in Fig. 1 dargestellte Haltekreis 10 nach dem Stand der Technik und außerdem eine sehr viel größere Wechselsbrom-Querimpedanz. Es sei noch erwähnt, daß der Widerstand 251' batsächlich eine vernachlässigbar kleine Wirkung auf das Wechselstromverhalten des Haltekreises hat, wenn er und der Widerstand 261 jeweils einen Wort von 100 kOhm und der Kondensator 255 eine Kapazität von 10 /.f F haben =

Wie für don Fachmann ersichtlich, ist die Erfindung zahlreicher Ab.'/andLüngeii fähig» Beispielsweise können komplizL'jrbure iJchalbungsanordnungen anstelle des als Auaführung'.jbeiüplel dargestellten, relativ einfachen PhaiuuiöcjhLfiber·- und £>pannungsbe LLernebzwerkeis </er.votidob worden, üibfinu;) können auch kompl.L/.Lerbere VOrKbärkui.^vsbufen eingoiiot'-'it warden. Weiterhin lomnon die Widerstände 251 und 261 70Ii oLtieni einzigen Widerntand gebildet werden, dor oLiii)ii Abgriff aufweist, anstelle von zwei getrennten Widerständen.

I)Lu üben bei der Behänd Lung des KriJabznchaLbbildoa nach D'li·;. '') aiitjogeboneii V/orte für die V/Lderstände 222, 251 und '!C)] jowu) CUr die Kondensatoren 2^1 und 255 üind Ledig- ■ licih boiiipiolhafba Werte, die für die Vdrwendung in einem Lnduktlüiu»freien Halbek'reia für DOrnsprechioibungen

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8AD ORIGINAL

_ ίο -

geeignet sind, ßs können auch andere Widerstandswerte verwendet v/erden, um den effektiven Gleichstromwiderstand über den Widerstand 222 zu erzeugen, für den die Fernsprechleitung ausgelegt ist. Ebenso können die Werte des Kondensators 255 und des Widerstandes 261 geändert werden, wenn eine andere effektive Wechselstroin-Querimpedanz erwünscht ist. Darüberhinaus können an dem dargestellten Ausführungsbeispiel noch zahlreiche weitere Abänderungen getroffen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Pat e nt anspr iic lie

Haltekreis für Fernsprechleitungen, der eine große Wechselstrom-Querimpedanz darbietet, dadurch gekennzeichnet, daß sein Ausgang durch einen Pfad relativ geringen Widerstandes überbrückt ist, der über den Ausgang eines Verstärkers (225) &it dem Verstärkungsfaktor 1 und einen Speisespannungsanschluß des Verstärkers (225) verläuft, und daß mit dem Eingang des Verstärkers (225) ein Phasenschiebernetzwerk (251, 255, 261) verbunden ist, das einem Wechselstrom-Eingangssignal eine solche Phasenverschiebung erteilt, daß am Eingang des Verstärkers (225) der Strom der Spannung voreilt.
2. Haltekreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _t daß das Phasenschiebernetzwerk (25I₁ 255₅ 261) den Ausgang des Haltekreises überbrückt und aus einer Parallelschaltung aus einem ersten Widerstand (251) und einem Kondensator (255) und einem zu der Parallelschaltung in Serie geschalteten zweiten Widerstand (261) besteht und der Eingang des Verstärkers (225) mit der Verbindungsstelle zwischen den beiden Widerständen (251> 261) des Phasenschiebernetzwerkes verbunden ist. ·
3. Haltekreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Widerstände (251 und 261) des Phasenschiebernetzwerkes etwa den gleichen Wert haben.

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4. li.ltekreiü nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Sperrkondensator (231) enthalt, der Gleichstromsignale von seinem Ausgang fernhält.
5. Haltekreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sein Eingang zwei Leitungen aufweist, von denen die eine positiver ist als die andere, und daß der Verstärker (225) einen positiven Speisospannungsanschluß, der mit der positiveren Leitung verbunden ist, und einen negativen Speises^annungsanschluß, der mit der weniger positiven Leitung verbunden ist, aufweist.

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