DE3019761C2

DE3019761C2 - Schaltungsanordnung zum Zuführen von Signalen an eine Fernsprechleitung

Info

Publication number: DE3019761C2
Application number: DE3019761A
Authority: DE
Inventors: Franciscus Adrianus Cornelius Maria Eindhoven Schoofs
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-05-28
Filing date: 1980-05-23
Publication date: 1983-12-22
Also published as: AU534433B2; IT1130749B; FR2458183B1; NL7904159A; CA1143494A; FR2458183A1; SE8003864L; JPS55161457A; GB2051521B; IT8022303A0; AU5881280A; DE3019761A1; GB2051521A; US4310733A; BE883490A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Zuführen von Signalen an eine zweiadrige Fernsprechleitung mit zwei Leitungssteuerkreisen mit je einem Eingang zum Empfangen der der Fernsprechleitung zuzuführenden Signale und mit je einem Ausgang, an den zwei Leitungswiderstände zum Verbinden lcr entsprechenden Ausgänge mit einer Ader der Fernsprechleitung angeschlossen sind.

Eine derartige Anordnung ist aus der Veröffentlichung »A system with electronic line circuits and integrated crosspoints« in »IEE Conference Publication Number 163« der »International Conference on Private Electronic .Switching Systems 10—12 April 1978 London«, S. 532 bis 136, bekannt.

Diese bekannte Anordnung ist mit zwei Leitungssteuerkreisen ausgerüstet, die von je einem Operationsverstärker für hohe Spannungen und von je an den Ausgang eines jeden Leistungssteuerkreises angeschlossenen Leitungswiderstäüden gebildet werden. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß sie vollelektronisch ist und integriert werden kann, während außerdem eine niedrige Ausgangsimpedanz der Leitungssteuerkreise erreicht werden kann, so daß die gewünschte Gleichheit der Leitungsabschlußimpedanzen ausschließlich von den Leitungswiderständen bestimmt wird.

Zum Speisen der Fernsprechleitung mit Signalen muß die Ausgangsspannung des Leitungssteuerkreises zwischen beispielsweise 0 und — 60 V bei einem Strom von etwa 100 mA schwanken können. Zum Zuführen von Rufsignalen kann sogar eine Spannung beispielsweise von 150 V bei einem Strom von etwa 20 mA erforderlich sein. In der Praxis bat sich herausgestellt, daß die Verwirklichung integrierter Verstärkerschaltungen Tür derartige hohe Spannungen nicht auf einfache Weise möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, welche Signale hoher Spannung einer zweiadrigen Fernsprechleitung zuführen kann, eine niedrige Ausgangsimpedanz sowie eine lineare Übertragungskennlinie aufweist und integrierbar ist.

Diese Aufgabe wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung dadurch gelöst, daß jeder Leitungssteuerkreis eine Verstärkerschaltung enthält mit einer von einem Operationsverstärker gebildeten EingHGgsstufe. mit einer von einem als Spannungsverstärker geschalteten Transistor gebildeten Zwischenstufe, die mit einem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist. mit einer Leistungsausgangsstufe, die zwei komplementäre Transistorschaltungen in einer Gegentaktkonfiguration zum Anschließen zwischen den Anschlüssen einer Gleichspannungsquelle, und mit einem Rückkopplungskreis eines Ausgangs der Leistungsausgangsstufe zu einem Eingang des Operationsverstärkers.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung.

Fig. 3A bis D einige mögliche Ausführungsformen einer Leistungsausgangsstufe zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 4 eine Leistungsausgangsstufe mit Strombegrenzung zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Anordnung.

Entsprechende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung enthält zwei Leitungssteuerkreise 1 und 2. die mit einem Eingang 3 bzw. 4 und mit einem Ausgang 5 bzw. 6 versehen sind. Der Ausgang 5 des Leitungssteuerkreises 1 ist über einen Leitungswiderstand 7 an die (/-Ader einer zweiadrigen Fernsprechleitung und der Ausgang 6 des

Leitungssteuerkreises 2 über einen Leitungswiderstand 8 an die fr-Ader angeschlossen. Die Leitungssteuerkreise 1 und 2 enthalten je einen Operationsverstärker 9 bzw. 10, deren nicht invertierende Eingänge ein Referenzpotential führen, das hier durch den geerdeten positiven An-Schluß A der Gleichspannungsquelle 100 gebildet wird und deren invertierende Eingänge über Widerstände 11 bzw. 12 an die Eingänge 3 bzw. 4 angeschlossen und über Widerstände 13 und 14 ebenfalls mit den nicht invertierenden Eingängen verbunden sind. Die Ausgänge to der Operationsverstärker 9 und 10 sind über Widerstände 15 und 16 mit den Emittern zweier pnp-Transistoren 17 bzw. 18 in geerdeter Basisschaltung verbunden. Die Kollektoren dieserpnp-Transistoren sind an Eingänge 19 und 20 zweier Leistungsausgangsstufen 2i bzw. 22 angeschlossen, deren Ausgänge 23 und 24 mit den Ausgängen 5 bzw. 6 der Leitungssteuerkreise 1 und 2 verbunden sind. Die Ausgänge 23 und 24 sind über je einen Rückkopplungswiderstand 25 bzw. 26 mit den invertierenden Eingängen der Operationsverstärker 9 bzw. 10 verbunden.

Zwischen den Eingangsanschlüssen 19 bzw. 20 der Leistungsausgangsstufen 21 und 22 und dem negativen Anschluß B der Gleichspannungsquelle 100 ist die Parallelschaltung eines Widerstandes 27 bzw. 28 mit einer Stromquelle angebracht, die der n/w-Transistor 29 bzw. 30 und ein in den Emitterkreis des betreffenden Transistors aufgenommener Widerstand 31 bzw. 32 bilden.

Die Leistungsausgangsstufen 21 und 22 sind mit einem mit dem positiven Anschluß A verbundenen Speiseanschluß 33 bzw. 34 und mit einem mit dem negativen Anschluß B verbundenen Speiseanschluß 35 bzw. 36 verbunden.

Zum Zuführen von Signalen an die a- und fr-Ader einer Fernsprechleitung mit Hilfe der beschriebenen Anordnung werden den Eingängen 3 und 4 der Leitungssteuerkreise 1 bzw. 2 amplitudengleiche jedoch gegenphasige Ströme zugeführt. Die erwähnten Ströme liefert eine Eingangsschaltung 37. die von einem ersten aus einem Operationsverstärker 38 und einem /i-Kanal-FET 39 bestehenden Spannungs-/Stromwandler und von einem zweiten Spannungs-zStromwandler mit einem Operationsverstärker 40 und einem /j-Kanal-FET 41 gebildet wird. Eine Eingangsspannung F₁, die die für die Fernsprechleitung gewünschten Signsie kennzeichnet. *5 wird von einer Spannungsquelle 42 dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 38 zugeführt. Der invertierende Eingang ist mit dem Source-Gebiet des FET 39 und mit dem Eingang 3 des Lsistungsstesierkreises 1 verbunden und der Ausgang ist an das Gate des FET 39 angeschlossen. Das Drain-Gebiet des FET 39 ist mit dem Drain-Gebiet des FET 41 und mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 40 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 40 ist über einen Widerstand 43 mit der 5s Gate des FET 41 verbunden. Sowohl der invertierende Eingang als auch der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 40 führen über Widerstände 44 bzw. 45 ein positives Potential VX. Die Widerstände 44 und 45 sind Teile einer Referenzschaltung 46. in die weiter ein Transistorpaar 47 in Darlington-Schaltung aufgenommen ist, deren Basis ein positives Referenzpotential Vl führt. Der Kollektor des Transistors 47 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 40 verbunder, und der Emitter ist über einen Spannungsteiler, der aur den Widerständen 48 und 49 besteht, deren Mittelanzapfung über einen Kondensator 50 mit dem Anschluß A der Gleichspannungsquelle 100 verbunden ist, mit einem Anschluß eines als Diode geschalteten n/7//-Transistors 51 verbunden. Der andere Anschluß des Transistors 51 ist mit dem negativen Anschluß B der Gleichspannungsquelle 100 verbunden. Der erstgenannte Anschluß des Transistors 51 ist auch mit den Basen der Transistoren 29 und 30 in den Leitungssteuerkreisen 1 und 2 verbunden.

In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Leistungssteuerkreise 1 und 2 identisch und arbeiten beide als invertierende Verstärker, deren Verstärkungsfaktoren als -R₂₅IR₁₁ bzw. -R₁₆IRi₂ gegeben werden. Hier gibt R_n den Widerstandswert des Widerstands mit der Bezugsziffer η an. Die Operationsverstärker 9 und 10 sind vom Typ mit innerem Frequenzausgleich. Der Frequenzgang dieses Verstärkertyps ist derart, daß für OdB Verstärkung die Neigung —6 dB pro Oktave beträgt. Zur Gewährleistung der Stabilität der Steuerkreise muß der Gegenkoppelfaktor (R₂₅IR₁₁ bzw. R₂₆IRn) größer als die Verstärkung in der Zwischenstufe sein [R₂₇IR₁₅ bzw. K₂₈/./?, _e1 Zum Ausgleich von Sireukäpazitätcn muß parallel zu εϊη"π· jeden der Widerstände 25 und 26 außerdem ein Kondensator mit einem geringen Wert (z. B. 22 pF) aufgenommen werden.

In einer praktischen Ausfuhrungsform ist der Wert der Widerstände wie folgt:

*R₇ =R_B*	= 300Ω
«II =«12	= 2 kn
	= ?. kn
J?15 ⁼ «16	= 2,2 kn
«25 ⁼ «26	= 30 kn
«27 = «28	= 27 kn
«31 = «32	= 6oon
«43 =	1 kn
«44 = «45	= 1 kn
«48 ⁼ «49	= 30 kn

Es sei bemerkt, daß die dargestellten Feldeffekttransistoren auch durch andere Halbleiterelemente, z.B. durch Darlington-Transistoren, ersetzt werden können.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung enthält einen ersten, als nicht invertierenden Verstärker arbeitenden Leitungssteuerkreis 101 und einen zweiten ais invertierenden Verstärker arbeitenden Leitungssteuerkreis 102. An die invertierenden Eingänge der Operationsverstärker 9 und 10 ist über Widerstände 103 bzw. 104 eine Referenzspannungsquelle 105 angeschlossen, die einen über einen Widerstand 106 gegengekoppelten Operationsverstärker 107 enthält. Der Ausgang dieser Referenzspannungsquelle 105 wird durch den Ausgang des Operationsverstärkers 107 gebildet, dessen nicht invertif'ender Eingang mit dem positiven Anschluß A und dessen invertierender Eingang über die Widerstände 108 und 109 mit den; negativen Anschluß B lter Gleichspannungsquelle 100 verbunden ist. Der Knotenpunkt der Widerstände 108 und 109 ist über einen Entkopplungskondensator 110 mit dem Anschluß A verbunden. Über einen Anschluß 111 und einen Widerstand 112 kann ein Glsichlakt-Signaj der a- und 6-Ader der Fernsprechleifung für Prüfungszwecke zugeführt werden.

Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 9 ist über einen Widerstand 113 und der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 10 ist mit dem Anschluß A direkt verbunden.

In einer praktischen Ausfuhrungsform ist der Wert der noch nicht bei der Beschreibung nach Fig. J erwähnten Widerstände wie folgt:

= R	104	= 2	ΚΩ
=		2	kn
	109	= 30	kn
=		30	kn
		30	kn.

Die Spannungen an den Ausgängen 5 und b der Leitungssteuerkreise 101 und 102 können wie folgt beschrieben werden:

Rn ■ ο I ₊ ..!'Λ . "25 ^{+ Λ}1

«II + «ll.l «10.1

' ■ V₁

wobei V_r die Ausgangsspannung der Referenzspannungsquelle 105 ist. Wenn das Gleichtakt-Signal am Anschluß IU mit I₁. bezeichnet wird, gut i':

«UM.

'~ O , U /I

• K.

wobei I]₁ der Spannungsunterschied zwischen den Anschlüssen A und B der Gleichspannungsquelle 100 ist. Es folgt daraus mit den cbtm angegebenen Widerstandswerten, daß:

r, = i- i_B+ 15-1;+ ι;

so daß

Es sei bemerkt, daß zwischen den Eingangsanschlüssen 19 bzw. 20 und dem negativen Anschluß B der Gleichspänr.iingsqucüc 100 eine Stromquelle Π4 bzw. 115 angeschlossen ist. um das Potential dieser Anschlüsse 19 bzw. 20 nahezu auf das Potential des Anschlusses B bringen zu können, wenn ein Leitungsstrom vom Anschluß 23 zum Anschluß 35 bzw. vom Anschluß 24 zum Anschluß 36 fließt. Die Größe dieser Siromquelle wird durch den maximalen Leitungsstrom und durch den Stromverstärkungsfaktor der Leistungsausgangsstufe bestimmt. Die Stromquellen 114 und 115 ermöglichen es. die Widerstände 27 und 28 durch die Serienschaltung aus einem Widerstand mit einem geringeren Widerstandswert und einem Kondensator zu ersetzen, so daß die in diesen Widerständen verbrauchte Leistung kleiner ist und auch die von Sireukapay.iiaten verursachte Zeitkonstante an den Eingangsanschlüssen 19 und 20 reduziert wird. Eine weitere Reduzierung der Verlustleistung kann noch durch Verbindung dieser Serienschaltung mit dem Anschluß A statt mit dem Anschluß B erreicht werden.

In Fig. 3A bis 3D sind einige mögliche Ausführungsformen einer Leistungsausgangsstufe mit zwei Komplemenlärtransistorschaltungen in einer Gegentakt-Konfiguration dargestellt. Die BezugszilTern entsprechen den in Fig. I und 2 benutzten Bezugsziffern hinsichtlich der Leistungsausgangsstufen 21 und 22.

Die in Fig. 4 dargestellte Leistungsausgangssiufe ist mit Mitteln zum Begrenzen des Ausgangsstroms versehen. Zu diesem Zweck ist zwischen den miteinander verbundenen Emittern der komplementären Darlington-Schaitungcn 20! und 202 und dem Ausgangsanschluß 23/24 ein Widerstand 203 mit einem positiven Temperaturkoeffizienten aufgenommen. Das Aufnehmen des PTC-Widerstands vor dem Ausgang 23 24 hat keinen Einfluß auf die Ausgangsimpedanz der Leitungssteuerkreise, weil die vom PTC-Widerstand gebildete Impedanz vom Rückkopplungskreis weggeregelt wird. Zwischen dem Eingangsanschluß 19 20 und einem Anschluß des Widerstands 203 sind auf die in der Figur angegiäonc Weise zwei parallele Verzweigungen mit entgegengesetzter Leitrichtung angebracht, die aus einer Diode 204 bzw. 205 und einem »/»//-Transistor 206 bzw. einem /!///»-Transistor 207 bestehen. Zwischen den miteinander verbundenen Emittern der beiden Darlington-Schaltungen und dem Knotenpunkt der Emitter der Transistoren 206 und 207 ist außerdem ein Widerstand 208 aufgenommen. Wenn durch einen großen Wert des Ausgangsstroms die Spannung am Widerstand 208 auf einen Wert ansteigt, bei dem entweder der Transistor 206 oder der Transistor 207 leitet, wird der Ausgangsstrom auf den Wert l}«,_Os begrenzt (Ij ist die Knotenpunktspannung der Transistoren).

Um zu vermeiden, daß durch externe Ursachen die Spannung am Ausgangsanschluß 23 24 ansteigen kann, sind zwischen dem Knotenpunkt der Emitter der Transistoren 206 und 207 und den Speiseanschlüssen 33/34 bzw. 35,36 Anschlußdioden 209 bzw. 210 angeordnet, die die Spannung auf die Spannung der Speiseanschlüsse begrenzen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Zuführen von Signalen an eine zweiadrige Fernsprechleitung, mit zwei Leitungssteuerkreisen mit je einem Eingang zum Empfangen der der Fernsprechleitung zuzuführenden Signale und mit je einem Ausgang, an den zwei Leitungswiderstände zum Verbinden der entsprechenden Ausgänge mit einer Ader der Fernsprechleitung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leitungssteuerkreis (1, 2; 101, 102) eine Verstärkerschaltung enthält mit einer von einem Operationsverstärker (9, 10) gebildeten Eingangsstufe, mit einer von einem als Spannungsverstärker geschalteten Transistor (17, 18) gebildeten Zwischenstufe, die mit einem Ausgang des Operationsverstärkers (9, 10) verbunden ist, mit einer Leistungsausgangsstufe (21, 22), die ζΉ Komplementärtransistorschaltungen in einer Gegcntakt-Konfiguration zum Anschließen zwischen den Anschlüssen einer Gleichspannungsquelle, und mit einem Rückkopplungskreis (25, 26) eines Ausgangs (23, 24) der Leistungsausgangsstufe (21, 22) zu einem Eingang des Operationsverstärkers (9, 10).

2. Schaltungsanordnung na-.h Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangsschaltung (37; 105) zum Anlegen entgegengesetzter Ströme an die entsprechenden Eingänge der Leitungssteuerkreise (1. 2; 101. 102) vorgesehen ist, welche Ströme die der w Fernsprechleitung zuzuführenden Signale kennzeichnen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, bei der der eine Leitungssteuerkreis a; in%ertierender und der andere Leitungssteuerkreis als nicht invertierender Verstärker ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenzspannungsschaltung (105) zum Anlegen einer Referenzspannung (V_r) an die invertierende Eingänge (000) eines jeden Operationsverstärkers (9.10) vorgesehen ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Eingang und dem Ausgang einer jeden der Leistungsausgangsstufen eine zwei parallele Verzweigungen mit entgegengesetzter Leitrichtung enthaltende Strombegrenzungsschaltung (204, 205; 206, 207) aufgenommen ist und daß Mittel zum Begrenzen der Spannung am Ausgang der Leistungsausgangsstufen auf der Spannung der Gleichspannungsquelle vorgesehen sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsanschlüsse der Leistungsausgangsstufen je über die Parallelschaltung einer Stromquelle (114,

115) und eines Widerstands mit einem Serienkondensator mit dem positiven Anschluß (A) der Gleichspannungsquelle (100) verbunden sind.