DE2324426A1 - Verstaerker - Google Patents

Description

Plantronics, Ine.,
Santa Cruz, Kalif. (V.St.A.)

Verstärker.

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S.-Anmeldung Serial No. 254,059 vom 17. Mai 1972 in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft allgemein Verstärker und insbesondere einen Verstärker für Pernsprechsysteme.

Verstärker, welche ein elektrisches Signal verstärken und aufbereiten und an ihrem Ausgang an ein Leitungspaar abgeben, über das gleichzeitig die Verstärkerspeisespannung zugeführt wird, sind bereits bekannt. Wenn der Verstärker unabhängig von der Polarität der zugeführten Speisespannung arbeiten soll, können in bekannter Weise Stromsteuerschaltungen vorgesehen werden, welche aus einer Brückenschaltung mit vier Dioden bestehen, vermittels welcher gewährleistet wird, daß die dem Verstärker zugeführte Speisespannung die richtige Polarität aufweist. Der mit dieser Art von Stromsteuerung verbundene Nachteil besteht darin, daß in der Strömsteuerechaltung zwei Diodenspannungsabfalle auftreten, so daß die Eingangsspannung am Verstärker niedriger ist als die Leitungsspannung. Wenn die Leitungsspannung wie in Pern-

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sprechnetzen üblich, beispielsweise nur 1,5 ToIt beträgt, müssen daher die für die Stroms teuer schaltung verwendeten Dioden aus Werkstoffen hergestellt sein, mit denen ein verhältnismäßig niedriger Spannungsabfall auftritt, wie z.B. Germanium. Selbst bei Verwendung von Germaniumdioden, welche im Vergleich zu Siliziumdioden einen verhältnismäßig niedrigen Spannungsabfall aufweisen, steht am Verstärkereingang eine sehr niedrige Spannung zur Verfugung. Die Konstruktion von Verstärkern, welche mit niedriger Speisespannung betrieben werden, jedoch einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, ist ziemlich schwierig.

Es ist wünschenswert, diese Verstärker in bipolar monolithisch integrierter Bauweise in Silizium auszuführen. Die bekannten Ausführungen von Stromsteuerschaltungen machen es jedoch im Hinblick auf den in Silisiumsteuerdioden zu erwartenden hohen Spannungsabfall nahezu unmöglich, exe Verstärker in integrierter Bauweise auszuführen. Bei niedrigen Spannungen von beispielsweise 1_S5 Volt wurden an einen Verstärker in integrierter Schaltungsteohnik, dem Speisespannung über eine Siliziumdioden-Steuersclialtung zugeführt wird, nur etwa 0,2 Volt Speisespannung angelegt werden, so daß der Verstärker nicht arbeiten kanu*

Durch die Erfindung soll nunmehr ein. Verstärker geschaffen werden, der in integrierter Bauweise in Silizium ausführbar und mit verhältnismäßig niedrigen Speise- oder

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Leitungsspannungen von beispielsweise nur 1,5 Volt in beliebiger Polarität betreibbar ist, welche über ein Leitungspaar zugeführt werden, in das die Signale abgegeben werden. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, einen Verstärker der vorgenannten Ausführung so auszulegen, daß er bei Anliegen von Eingangssignalen oberhalb eines beliebig vorbestimmten Werts mit einem hohen Verstärkungsgrad, und bei Nichtvorhandensein eines Eingangssignals oder für ein Eingangssignal unterhalb der vorbestimmten Amplitude mit einem niedrigen Verstärkungsgrad arbeitet, und daß der Verstärkungsgrad bei niedrigen Betriebsströmen in gesteuerter Weise verringert ist.

Der zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verstärker für Fernsprechsysteme, dem eine Gleichstromspeisespannung über Fernsprechleitungen zuführbar ist, dessen AusgangsBignal wiederum in diese Fernsprechleitungen einspeisbar ist, und der eine zum Aufbereiten eines Eingangssignals dienende Signalaufbereitungssehaltung enthält, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Endverstärker, denen jeweils das aufbereitete Signal zuführbar ist und die dazu dienen, das aufbereitete Signal zu verstärken und in die Fernsprechleitungen abzugeben, wobei der erste Endverstärker über die Ausgangsklemmen mit den Fernsprechleitungen, über welche die Speisespannung einspeisbar ist, verbunden und in Betrieb ist, wenn die Leitungen Spannung einer Polarität führen, und außer Betrieb

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ist, wenn die Leitungen Spannung entgegengesetzter Polarität führen, sowie der zweite Endverstärker bei Anliegen einer Spannung entgegengesetzter Polarität zwischen den Uachrichtenleitungen in Betrieb und bei Anliegen einer Spannung der erstgenannten Polarität außer Betrieb ist, und durch eine zwischen den Faehrichtenleitungen und der Signalaufbereitungsschaltung geschaltete Stromsteuerschaltung, welche dazu dient, der Signalaufbereitungsschaltung unabhängig von der Polarität der zwischen den Hachrichtenleitungen erscheinenden Spannung eine Spannung vorbestiramter Polarität zuzuführen.

Die Stromsteuerschaltung besteht aus Transistoren und Widerständen und arbeitet in der Weise, daß in den mit dem Verstärkerausgang verbundenen Fernspreehleitungspaar erscheinende Spannungen stets in der richtigen Polarität an den Verstärker angelegt werden, so daß dieser mit dem geringsten Spannungsabfall in der Stromsteuerschaltung betrieben wird. Die Verstärkerausgangsstufe besteht aus zwei Endverstärkern, von denen in Abhängigkeit von der Polarität der an den Verstärkerausgangsklemmen erscheinenden Spannung jeweils einer der beiden in Betrieb ist.

Zur Verstärkung des verhältnismäßig schwachen Eingangssignals, bei dem es sich um das von einem Mikrofon abgegebene Ausgangssignal handeln kann, wird ein Punktionsverstärker verwendet. Das Signal wird aufbereitet und den Endverstärkern zugeführt, welche dieses Signal verstärken und in das Leitungspaar einspeisen, welches die Speisespannung für den Verstärker zuführt.

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Entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung wird das verstärkte Eingangssignal einem Verstärker mit automatischer Verstärkungsregelung und mit Detektorschaltung zugeführt, welcher feststellt, ob sich das Signal oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Amplitudenwerts befindet. Wenn das Signal einen vorbestimmten Amplitudenwert überschreitet, erzeugt die Schaltung ein Steuersignal, das einem signalgesteuerten Dämpfungsglied zugeführt wird und dessen Dämpfung verringert, so daß die Gesamtverstärkung des Verstärkers gesteigert wird. Wenn das Eingangssignal unterhalb der vorbestimmten Amplitude liegt, wirken der Verstärker mit automatischer Verstärkungsregelung und Detektorschaltung in der Weise auf das signalgesteuerte Dämpfungsglied ein, daß der Gesamtverstärkungsgrad des Verstärkers verringert wird.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Stromverstärkung der Treiberstufe für die Endverstärker als Funktion des Gleichstrom-Verstärkerausgangssignals verringert. Die Stromverstärkungsverringerung führt zu einem niedrigeren Ausgangssignal bei niedrigeren Strömen und stellt eine gute Anpassung an die Ausgangsstromkennlinie von Kohlemikrofonen dar.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung schließlich besteht aus Transistoren und Widerständen mit einem einfachen, äußeren, elektrischen Anschluß und wird als Funktion des Stroms mit im wesentlichen konstanter Ausgangsspannung betrieben.

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Der _t erfindungsgemäße Verstärker wird im nachfolgenden anhand, der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Pig. 1 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verstärkers.

Pig. 2 ist eine graphische Darstellung des Verstärkerausgangestroms als Punktion der Spannung.

Pig. 3 ist eine graphische Darstellung der Verstärkeransprechkennlinie als Punktion des Sehalldrueks "bei einer typischen Pernsprechanwendung.

Pig. 4 ist eine graphische Darstellung des Verstärkerausgangssignals bei vorgegebenem Schalldruckwert als Punktion des Speisestroms.

Pig. 5 ist ein schematischer Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verstärkers.

Pig. 6 ist ein schematischer Schaltplan einer weiteren Ausführungsform der Stromsteuerschaltung für
den Verstärker.

Pig. 7 ist ein schematischer Schaltplan einer weiteren Ausführungsform einer Stromsteuerschaltung für den Verstärker.

Pig. 8 ist ein schematischer Schaltplan einer weiteren Stromsteuerschaltung für den Verstärker.

Wie aus dem Blockschaltbild der Pig. 1 ersichtlich, ist ein Mikrofonwandler 11 mit dem Vorverstärker 12 verbunden.

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Der Ausgang des Vorverstärkers 12 ist über ein signalgesteuertes Dämpfungsglied 13 mit einer Steuerschaltung 16 verbunden. Der Ausgang der Steuerschaltung 1b liegt wiederum an zwei Endverstärkern oder Leistungsverstärkern 18 und 19, welche das verstärkte Signal an die Klemmen 21 und 22 abgeben. Der Ausgang des Vorverstärkers 12 ist außerdem mit dem Eingang eines Verstärkers 14 mit automatischer Verstärkungsregelung und mit einer Detektorschaltung verbunden, welche ein Signal an das Dämpfungsglied 13 abgeben, durch welches dieses gesteuert wird und niedrige oder hohe Ausgangssignale von dem Vorverstärker durchläßt.

Die an den mit den Nachrichtenleitungen verbundenen Klemmen 21 und 22 erscheinende Gleichspannung wird durch eine Stromsteuersehaltung 17 in der Weise gesteuert, daß unabhängig von der Polarität der an den Klemmen 21 und 22 anliegenden Spannung eine Spannung jeweils einer bestimmten Polarität dem Vorverstärker 12, dem Dämpfungsglied 13, dem Verstärker mit automatischer Verstärkungsregelung 14 und der Steuerschaltung 1b zugeführt wird. Die Endverstärker und 19 werden unmittelbar von den Klemmen, d.h. den zugeordneten Nachrichtenleitungen gespeist. Je nach der Polarität der Speisespannung ist jeweils einer der beiden Endverstärker in Betrieb. Ein hervorzuhebendes Merkmal des erfindungsgemäßen Verstärkers besteht darin, daß die zur Signalverstärkung benötigte Leistung nicht wie bei bekannten Verstärkern durch die Stromsteuerschaltung hindurchgeführt werden muß. Aus die-

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sem Grunde kann eine Stromsteuerschaltung niedrigerer Leistung verwendet werden.

Die Steuerschaltung 16 enthält die Treiberstufen für die Endverstärker 18 und 19 und die Schaltungen, durch welche der Verstärkungsgrad des Verstärkers als Punktion des Betriebsstroms eingestellt wird, so daß dieser in dem in Pig. 4 dargestellten Betriebszustand 1 arbeitet, sowie die Schaltungen, vermittels welcher der Betriebszustand 1 beendet und der Verstärker in den Betriebszustand 2 gebracht wird.

Pig. 5 zeigt den Verstärker angeschlossen an einen Wandler 30, bei dem es sich um ein dynamisches Mikrofon oder ein Mikrofon veränderlichen magnetischen Widerstands handeln kann. Der Ausgang des Wandlers ist'über einen Gleichstrom-Sperrkondensator 31 mit dem Eingang des Vorverstärkers 35 gekoppelt. Der Vorverstärker 33 ist ein Rückkopplungsverstärker,mit einem Rückkopplungskreis 32, welcher aus dem zur Einstellung des Verstärkungsgrades des Verstärkers dienenden Widerstand 40 und einem zur Hochfrequenzdämpfung und Stabilisierung dienenden Kondensator 41 besteht. Der Vorverstärker kann von beliebiger, bekannter Ausführung sein und ist daher hier nur schematisch angedeutet. Eine Anforderung an den Vorverstärker 33 ist jedoch, daß dieser einer verhältnismäßig niedrigen Speisespannung von nur 1 Volt arbeitet. Der Verstärkungsgrad des Vorverstärkers wird vermittels des vorstehend beschriebenen Rückkopplungskreises 32 eingestellt.

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Das Ausgangssignal des Vorverstärkers liegt typischerweise bei 100 Millivolt, und diese Spannung eignet sich zur Einspeisung in die nachstehend beschriebenen Schaltungen.

Der Ausgang des Vorverstärkers 53 ist über einen Gleichstrom-Sperrkondensator 45 mit der Klemme 57 verbunden. Ein aus den Widerständen 44» 45 und 48 und dem Transistor 46 bestehendes signalgesteuertes Dämpfungsglied ist ebenfalls mit der Klemme 57 verbunden. Der Transistor 46 arbeitet als Schalter und wird durch einen über den Widerstand 50 der Basis zugeführten Strom zur Sättigung getrieben. Wenn der Transistor 46 gesättigt ist, wird durch die Widerstände 45 und 4ö ein Dämpfungsglied gebildet. Der Widerstand 44 ist ein Vorwiderstand und hat die Aufgabe, den Kollektor des Transistors 46 auf im wesentlichen das gleiche Gleichstrompotential wie das des Emitters zu bringen, damit bei Ansteuerung des Transistors 46 in den leitenden oder in den gesperrten Zustand kein Gleichstrom-Verschiebungssignal erzeugt wird.

Der Transistor 52 stellt die Last für das signalgesteuerte Dämpfungsglied dar und bewirkt aufgrund seiner sehr hohen Eingangsimpedanz keine nennenswerte Belastung des Kollektors von Transistor 46, so daß dieser ohne Gleichetrom-Verschiebungsspannungen oder Störsignale als Schalter betrieben werden kann.

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Der Widerstand 44 bat einen hohen Wert im Vergleich, zur Ausgangsimpedanz des Vorverstärkers 33, wobei die Widerstände 44 und 45 im Vergleich, zur Eingangs impedanz des Transistors 52 niedrige Werte aufweisen, so daß sie die bei nicbt leitendem Transistor 46 durch, den Transistor 52 fließenden Wee ns elspannungen wenig beeinflussen. Der Transistor 52 wird als Bmitterverstärker betrieben und läßt Signale durch., auch wenn die Basisspannung nahezu der Speisespannung an der Klemme 60 entspricht oder höher ist als die Speisespannung.

Der zur Steuerung des Dämpfungßgliedes dienende Verstärker mit automatischer Verstärkungsregelung und Detektorschaltung ist im unteren Teil des Schaltbildes der Fig. 5 dargestellt. Das Dämpfungssteuersignal wird am Kollektor des Transistors 109 abgegeben* Wenn dieser Transistor leitend ist, fließt ein Kollektorstrom und das durch ein elektrisches Signal gesteuerte Dämpfungsglieä befindet sich im hohen Dämpf ungs zust and. Wenn der Transistor 109 nichtleitend oder gesperrt ist, befindet sich das Dämpfungsglied im niedrigen Dämpfungszustand.

Der Transistor 109 wird gesteuert durch den Strom, der durch den Widerstand 115 fließt und von der Spannungsteilerschaltung abgegeben wird, welche aus den Widerständen 131, 132 und 133 und. den Transistoren 130, 134 und 135 besteht. Dieser Strom lädt den zeitbestimmenden Kondensator 107 auf, und sobald die Spannung des Kondensators 107 hoch genug ist,

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wird der Transistor 109 angeschaltet. Die Zeitkonstante wird durch den Widerstand 115 und den Kondensator 107 vorgegeben und stellt eine zeitliche Verzögerung dar, während welcher der Verstärker einen hohen Verstärkungsgrad aufweist, nachdem das Eingangssignal unter den Erfassungsschwellwert abgefallen ist (und diese Verzögerungszeit beträgt typischerweise 200 Millisekunden). Daher bleibt der Verstärker auch für Sprechpausen zwischen Silben im hohen Verstärkungszustand.

Wenn der Transistor 112 angeschaltet ist, fließt ein Strom durch den Widerstand 111 und entlädt den Kondensator 107, so daß der Transistor gesperrt und der Verstärker schnell, d.h. typischerweise mit einer Verzögerung von b Millisekunden, in den hohen Verstärkungszustand gebracht wird.

Die Transistoren 116 und 117 bilden einen Differentialverstärker, der absichtlich nicht abgeglichen ist um einen Betrag, der gleich ist dem gewünschten Erfassungsschwellwert. Dieses Ungleichgewicht ist so bemessen, daß Temperatureinflüsse wie auch Widerstandsabweichungen bei der Herstellung monolithischer integrierter Schaltungen diesen Schwellwert nicht nennenswert verändern. Die Transistoren 134 und 135 sind in Form eines "idealen" Spannungsreglers geschaltet, wobei die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 132 und 133 gleich ist dem Zweifachen des Basis-Emitter-Spannungs-

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atfalls, d.h. 2Y^_Q. Der Transistor 130 gibt an den Widerstand 1^1 die Spannung V, ab. Die Spannung am gemeinsamen Yerbindungspunkt der Widerstände I3I und 132 liegt dann zwischen Y, und 2V, und ist abhängig vom Widerstandsverhältnis der Widerstände I3I und 132. Diese Spannung wird an die Basis des Transistors 117 angelegt, der die eine Seite eines DifferentialVerstärkers bildet, welcher den Transistor 112 treibt. An die Basis des Transistors 116 wird die Spannung V, von dem Transistor 130 über den Widerstand 12ö, sowie das von der Klemme 38 kommende eingangsseitige Wechselspannungssignal angelegt. Wenn die Amplitude beider Signale höher ist als die Vorspannung an der Basis des Transistors 117, liefert die aus den· Transistoren 11b, 117, 113, 120, 123, 125, 114 und 113 und den Widerständen 126, 119, 121, 124 und 128 bestehende abgeglichene Stufe ein Ausgangssignal. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers treibt den Transistor 112 in den leitenden Zustand vermittels der positiven Spitzen des Eingangssignals. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die verschiedenen Widerstände und Transistoren in der Weise bemessen, daß der Transistor 109 durch einen Wechselspannungswert von angenähert I4 Millivolt effektiv gesteuert wird.

Der Transistor 76 stellt das Steuerelement dar, welches die Wechselspannungssignale von dem Emitterverstärkertransistor 52 zu den Endverstärkern überträgt. Transistor 76 wird durch die zugeordnete Steuerschaltung gesteuert und

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bewirkt einen Betrieb in Betriebszustand 1 oder in Betriebszustand 2 nach Pig. 4.

Im Betriebszustand 1 ist die Vorspannung an der Basis des !Transistors 76 bestimmt durch den durch Transistor 52, Widerstände 53 und 62 fließenden Strom und den Spannungsabfall an dem als Diode geschalteten Transistor 63. Das an die Basis des Transistors 76 angele^B Wechselspannungssignal wird den Endverstärkern zugeführt, welche jeweils aus den Transistoren 95 und 96 bzw. 97 und 99 bestehen. Die Stromverstärkung der Endverstärker ist jeweils durch das Verhältnis der Widerstände 89, 90 bzw. 98, 100 und durch das Verhältnis der effektiven Emitterfläche der Transistoren 95, 9ö bzw. 97, 99 vorgegeben. Diese Verstärker haben einen konstanten Verstärkungsgrad für den an die Basen der Transistoren 95 und 97 angelegten Eingangsströme, und dieser Verstärkungsgrad ist im wesentlichen unabhängig von der zwischen den Klemmen 102 und 103, d.h. zwischen den Nachrichtenleitungen erscheinenden Spannung. Die Stabilität der Stromverstärkung wird dadurch erzielt, daß der Emitter des Transistors 76 mit den Kollektoren der Transistoren 95 und 97 verbunden und damit ein Konstantstromkreis gebildet ist. Die Schaltung arbeitet auch dann einwandfrei, wenn die Basen und Kollektoren der Transistoren 95 und 97 in Diodenschaltung miteinander verbunden sind und der Emitteranschluß zu dem Transistor 7b weggelassen wird.

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Dn Betriebszustand 1 ist entsprechend Ifig. 4 der Verstärkungsgrad des Transistors 76 eine Funktion des Widerstands im Emitterkreis, der durch den aus Widerstand 56 und Transistor 57 bestehenden Kreis gesteuert wird. Bei hohem Ausgangsstrom entsprechend Pig. 2 erscheint an den Klemmen 102 und 105 eine hohe Spannung, so daß der als Diode geschaltete Transistor 57 leitend und daher die Emitterimpedanz des Transistors 76 verringert und dessen Verstärkungsgrad gesteigert wird. Für niedrigere Ausgangsströme erscheint an den Klemmen 102 und 103 eine niedrigere Spannung und der Strom durch den Widerstand 56 ist niedriger, so daß der als Diode geschaltete Transistor 57 abgeschaltet wird. In diesem Zustand besteht der Widerstand im Emitterkreis des Transistors 76 aus den in Reihe geschalteten Widerständen 56 und 54- in Parallelschaltung zu dem Widerstand 55· Daher sind die Stromverstärkung des Transistors 76 und des Verstärkers allgemein verringert, wie in Eig. 4 für Betriebszustand 1 aus dem Kurvenabschnitt niedriger Ausgangsleistung ersichtlich ist.

Mir den Betriebszustand 2 wird die Verbindung zwischen Klemme 65 und Masse unterbrochen und die Klemme 65 mit der Klemme 106 verbunden., an welche die positive Speisespannung angelegt ist. Aufgrund der positiven Speisespannung werden die Transistoren 67 und SS angeschaltet. Bei angeschaltetes! Transistor 68 besteht ein Stromwsg von äer positiven Speisespannungsklemme über die Transistoren 77. und 73 und den Widerstand 75 zu Masse, Transistor 13 gelangt zur Sättigung.

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so daß der Emitterstrom des Transistors 76 im Ifebenstrom an dem aus Widerstand 5b und als Diode geschaltetem Transistor 57 bestehenden Steuerelement vorbeigeführt wird. Der durch den gesättigten Transistor 77 fließende Strom durchläuft außerdem den Widerstand 57, den Transistor 72 in Diodenschaltung und den Transistor 67. Weiterhin fließt Strom durch die Transistoren 71 und 67 zur Masse. Das Widerstandsverhältnis der Widerstände 69 und 70 ist so aufeinander abgestimmt, daß der zur Basis des Transistors 76 zugeführte Strom in einem bestimmten Verhältnis zu dem Strom steht, welcher den als Diode geschalteten Transistor 72 durchfließt. Durch.Auswahl einer geeigneten Stromstärke vom Kollektor des Transistors 71 ist der Verstärkerausgang im wesentlichen konstant und hat einen höheren Ausgangswert, wie Betriebszustand 2 in Fig. 4 zeigt.

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verstärkers ist die in Fig. 1 schematisch dargestellte Stromsteuerschaltung 17, welche Speisespannung einer Polarität für den Filter 25 liefert, der dem Vorverstärker 12, dem signalgesteuerten Dämpfungsglied 15, der Steuerschaltung 16 und dem Verstärker 14 mit automatischer Verstärkungsregelung und Detektorschaltung eine Gleichspannung zuführt. Die Stromsteuerschaltung 17 der Fig. 1 liefert eine positive Speisespannung für den Filter 25, welcher den Kondensator 51 aufweist, wobei diese Speisespannung unabhängig ist von der Polarität der an die Eingangs klemmen 21 und 22 angelegten Spannung.

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Die Arbeitsweise des Verstärkers soll nunmehr anhand Pig. 5 kurz erläutert werden. Dazu sei angenommen, daß die an die Klemme 102 angelegte Spannung positiv ist in bezug auf die Spannung anjder Klemme 105. Die an der Klemme 102 angelegte Spannung erscheint gleichzeitig am Emitter des Transistors 83 und bewirkt einen Stromdurchgang durch den Emitter-Basis-Übergang des Transistors 83, durch den V/iderstand 86, durch den Basis-Emitter-Übergang des Transistors s7 und zur Klemme 103· Der durch den Widerstand 86 fließende Strom bringt die Transistoren 83 und 87 zur Sättigung, so daß Emitter und Kollektor beider Transistoren 83 und 87 im wesentlichen gleiche Spannung· führen und die an der Klemme 102 erscheinende Spannung praktisch unverändert auch am Verbindungspunkt 81 anliegt, während die Spannung der Klemme 103 im wesentlichen am Masseanschluß 82 erscheint, d.h. die Klemme 103 bei 82 mit Masse verbunden ist.

Wenn an der Klemme 102 eine negative Spannung, und an der Klemme 103 eine positive Spannung anliegt, fließt ein Emitter-Basis-Strom durch den Transistor 84 > sowie Strom durch den Widerstand 86 und den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 88. Die Transistoren 84 und 88 kommen zur Sättigung, so daß die Spannung an der Klemme 103 im wesentlichen der Spannung am Verbindungspunkt 81 entspricht, während die Spannung an der Klemme 102 im wesentlichen der am Verbindungspunkt 82 entspricht. Die Schaltung arbeitet mit Spannungen zwischen den Klemmen 102 und 103, welche etwas höher sind als die Emitter-Basis-Diodenspannungsabfälle der Tran-

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sistorpaare. Für Siliziumtransistoren liegt dieser Spannungsabfall in der Größenordnung von 1,2 YoIt durch die beiden Transistoren, zuzüglich, des geringen Spannungsabfalls an dem Widerstand 86 bei niedrigen Ausgangsspannungen. Die Stromsteuerschaltung arbeitet in der Weise, daß die an den Klemmen 102 und 103 erscheinende Spannung im wesentlichen unvermindert an die zugeordneten Filter- und Verstärkerkreise angelegt wird, so daß diese praktisch mit den an den Klemmen 102 und 103 anliegenden Spannungen, d.h. den Speisespannungen betrieben werden und diese nur 1,5 YoIt betragen können.

Im Betrieb weist die Stromsteuerschaltung einen Leckstromweg wie folgt auf: Wenn an der Klemme 102 eine positive Spannung, und an der Klemme 103 eine negative Spannung liegt, sind die Transistoren 83 und 87 leitend. Der Verbindungspunkt 81 führt eine positive Spannung in bezug auf die Klemme 103, wobei ein Leckstrom von dem Verbindungspunkt 81 durch den Transistor 84 zur Klemme 103 fließt. Transistor ö4 ist diesem Leckstromweg entgegengesetzt geschaltet, so daß sein Kollektor als Emitter und sein Emitter als Kollektor wirkt. Die Spannung, welche den Transistor 84 leitend macht, ist die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 83 abzüglich der kleinen Spannung des gesättigten Kollektorkreises von Transistor d3. Die Spannung zwischen Basis und. Emitter des Transistors 84 ruft einen Basisstrom hervor, der durch den Rückwärtsstrom-Verstärkungsgrad des Transistors 84 verstärkt

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wird und den Leekstrom "bildet.

Ein ähnlicher Leckstromweg ergibt sich durch den Transistor 88 vermittels der auf den Transistor 83 einwirkenden Schaltungselemente. Dieser Leckstromweg verläuft von der Klemme 102 durch den Transistor 88 zum Masseanschluß 82. Wenn die Spannung an der-Klemme 102 negativ und die an der Klemme 103 positiv ist, bestehen die leitenden Transistoren der Stroms teuere chal tung in entsprechender Weise aus den Transistoren 84 und 88, wobei der Leckstromweg durch die Transistoren 83 und 87 führt.

ITm diese Leckströme unterhalb eines Werts zu halten, bei dem die Arbeitsweise der Schaltung nicht nachteilig beeinflußt wird, werden die Transistoren 83, ö4, 87 und 88 der Stromsteuerschaltung in der Weise hergestellt, daß sie in Gegenrichtung eine sehr niedrige Stromverstärkung aufweisen. Wenn die Stromverstärkung in Gegenrichtung unter dem Wert 1,5 gehalten wird, haben die Schaltungsleckströme praktisch keinen Einfluß auf die Arbeitsweise des Verstärkers.

Bei integrierter Schaltungstechnik werden Epitaxialschichten niedrigen spezifischen Widerstands in der Größenordnung von 1 Ohm * cm verwendet, welche dazu beitragen, die Stromverstärkung in Gegenrichtung (reverse connected current-gain) der in integrierter Bauweise hergestellten Transistoren unterhalb des Werts 1,5 zu halten.

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In den Figuren 6, 7 und ö sind leicht abweichend ausgebildete Stromsteueischaltungen dargestellt. In Pig. 6 ist jeweils ein eigener Widerstand 144 bzw. 145 für jedes der beiden Transistorpaare dargestellt, die abwechselnd die Stromsteuerfunktion ausführen. Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist ähnlich der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform von Pig. 5, wobei jedoch im allgemeinen ein stärkerer "Leckflußⁿ als bei der bevorzugten Ausführungeform auftritt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist jeweils getrennter Widerstand 151 bzw. 152 für jeden der npn-Transistoren 149 und 150 vorgesehen und die Basen der Transistoren 147 und 148 sind miteinander verbunden. Die Wirkungsweise dieser Anordnung entspricht im wesentlichen der der bevorzugten Ausführungsform, so daß sich diese Anordnung für Anwendungen eignet, bei denen Storspannungen in den Ausgangsleitungen auftreten und die dadurch bedingten Ströme in den Widerständen 149 und 150 verringert werden sollen.

Bei der Ausführungsform der Stromsteuerechaltung nach Fig. 8 wird der BasisEtrom für jeden Transistor 157, 158, 159 und 160 jeweils über einen eigenen Widerstand von der anderen der beiden Leitungen zugeführt, in welche der Transistor geschaltet ist. Bei dieser Anordnung entfällt das oben angesprochene Leckstromproblem, es werden jedoch vier Widerstände benötigt, die in einer integrierten Schaltung mehr Platz benötigen.

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Claims (1)

1. 232Λ426

   Patentansprüche Ä.^<.-t*t«.w

   ./* Verstärker für Fernsprechsysteme, dem eine Gleichstromspeisespannung über Fernsprechleitungen zuführbar ist, dessen Ausgangssignal wiederum in diese Fernsprechleitungen einspeisbar ist, und der eine zum Aufbereiten eines Eingangssignals dienende Signalaufbereitungsschaltung enthält, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Endverstärker (18, 19), denen jeweils das aufbereitete Signal zuführbar ist und die dazu dienen, das aufbereitete Signal zu verstärken und in die Fernsprechleitungen abzugeben, wobei der erste Endverstärker (18) über die Ausgangsklemmen (21, 22) mit den Fernsprechleitungen, über welche die Speisespannung einspeisbar ist, verbunden und in Betrieb ist, wenn die Leitungen Spannung einer Polarität führen, und außer Betrieb ist, wenn die Leitungen Spannung entgegengesetzter Polarität führen, sowie der zweite Endverstärker (19) bei Anliegen einer Spannung entgegengesetzter Polarität zwischen den Nachrichtenleitungen in Betrieb und bei Anliegen einer Spannung der erstgenannten Polarität außer Betrieb ist, und durch eine zwischen den Hachrichtenleitungen und der Signalaufbereitungsschaltung geschaltete Stromsteuerschaltung (17), welche dazu dient, der Signalaufbereitungsschaltung unabhängig von der Polarität der zwischen den Nachrüitenleitungen erscheinenden Spannung eine Spannung vorbestimmter Polarität zuzuführen.

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   2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteuerschaltung (17) aus einem ersten npn-Transistor, dessen Emitter mit der einen Nachrichtenleitung verbunden ist, und einem zweiten npn-Transistor, dessen Emitter mit der anderen Nachrichtenleitung verbunden ist, wobei die Kollektoren des ersten und des zweiten npn-Transistors mit einer Klemme der Signalaufbereitungsschaltung verbunden sind, sowie einem ersten pnp-Transistor, dessen Emitter mit der anderen Nachrichtenleitung verbunden ist, und einem zweiten pnp-Transistor, dessen Emitter mit der erstgenannten Nachrichtenleitung verbunden ist, wobei die Kollektoren des ersten und des zweiten pnp-Transistors mit der zweiten Klemme der Signalaufbereitungsschaltung verbunden sind, und einer die Basen der beiden ersten Transistoren mit den Basen der beiden zweiten Transistoren verbindenden Schaltung besteht.

   $. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der Transistoren durch mehrere Widerstände miteinander verbunden sind.

   4. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der Transistoren der Stromsteuerschaltung über Widerstände jeweils mit der anderen der beiden Nachrichtenleitungen verbunden sind, mit welcher der Emitter der Transistoren verbunden ist.

   5. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erster und zweiter Endverstärker (18, 19) Jeweils aus

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   einem ersten Transistor (95, 97), an dessen Basis das aufbereitete Signal anlegbar ist, und der·praktisch, eine Eonstantstromquelle bildet, und einem zweiten Transistor (96, 98), dem das aufbereitete Signal zuführbar ist, dessen Emitter und Kollektor an die Hachriebtenleitungen angeschlossen sind und der zum Verstärken des aufbereiteten Signals und Einspeisen desselben in die Nactirichtenleitungen dient, wobei Kollektor und Emitter des zweiten Transistors jedes Endverstärkers jeweils entgegengesetzt mit den ITachrichtenleitungen verbunden sind, besteht.

   6. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Kollektor des zweiten Transistors (96, 99) eine Diode (93, 94) geschaltet ist, welcae dazu dient, in Abhängigkeit von der Polarität der über die Nachrichtenleitungen zugeführten Speisespannung das Anlegen der Speisespannung an einen der beiden Transistoren zu verhindern.

   7. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalaufbereitungsschaltung einen zur Verstärkung des Eingangssignals dienenden Vorverstärker (33), ein mit dem Ausgang des Vorverstärkers verbundenes, signalgesteuertes Dämpfungsglied (44-48), eine mit dem Dämpfungsglied verbundene Steuerschaltung (56, 57), deren Ausgang mit dem ersten und dem zweiten Endverstärker (95, 96, 97, 99) verbunden ist, und einen mit dem signalgesteuerten Dämpfungsglied verbundenen Verstärkerdetektor aufweist, der zur Steuerung des Dämpfungsgliedes durch Verringerung der Dämpfung dient,

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   wenn das dem Verstärkerdetektor zugelührte Eingangssignal eine vorbestimmte Amplitude überschreitet.

   ö. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das signalgesteuerte Dämpfungsglied aus einem ersten und einem zweiten Widerstand (44> 45) und dem Emitter-Kollektor-Übergang eines mit dem Ausgang des Vorverstärkers verbundenen Transistors (46) besteht, die Steuerschaltung mit dem Verbindungspunkt der Widerstände verbunden ist, und die Widerstände bei gedämpftem Transistor als Spannungsteiler für den Verstärkerdetektor dienen und dieser den Transistor anschaltet, wenn das Signal unterhalb, der vorbestimmten Amplitude ist.

   9. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Transistor, an dessen Basis das von dem signalgesteuerten Dämpfungsglied abgegebene Signal anlegbar ist, von dessen Kollektor ein Signal an den Endverstärker abgebbar und dessen Emitter mit einer Widerstandsschaltung verbunden ist, und eine bei hohem Ausgangsstrom der Endverstärker zur Verringerung des Widerstands der Widerstandsschaltung und Steigerung des Verstärkungsgrades, sowie bei niedrigem Ausgangsstrom zur Steigerung des Widerstands der Widerstandsschaltung und Verringerung des Verstärkungsgrades der Schaltung dienende Vorrichtung aufweist.

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   10. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Transistor, an dessen Basis das von dem signalgesteuerten Dämpfungsglied abgegebene Signal anlegbar und dessen Ausgang mit den Ausgängen der Endverstärker verbunden ist, und eine mit dem Transistor verbundene und zur Abgabe eines als !funktion der Stromaufnahme der Endverstärker im wesentlichen konstanten Ausgangssignals dienende Schaltung aufweist.

   11. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkerdetektor (14) eine Bezugsspannungsquelle, einen mit dieser verbundenen Differentialverstärker (116, 117), dem das Aus gangs signal des Vorverstärkers (32) zuführbar ist, das so lange nicht abgeglichen ist bis das Vorverstärkersignal eine vorbestimmte Amplitude erreicht hat, einen mit dem signalgesteuerten Dämpfungsglied (44-40) verbundenen Steuertransistor (57) und eine mit dem Ausgang des Differentialverstärkers verbundene und zur Steuerung des Steuertransistors dienende Vorrichtung, welche in der Weise betätigbar ist, daß der Steuertransistor bei nicht abgeglichenem Verstärker zur Signaldämpfung leitend ist, aufweist.

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