DE3017647A1

DE3017647A1 - Leitungskreis

Info

Publication number: DE3017647A1
Application number: DE19803017647
Authority: DE
Inventors: Aloysius Jozef Nijman; Franciscus Adrianus Co Schoofs
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-05-10
Filing date: 1980-05-08
Publication date: 1980-11-20
Also published as: FR2456438A1; FR2456438B1; SE451170B; IT8021866A0; SE8003418L; NL7903662A; CA1159174A; DE3017647C2; AU5812180A; AU534278B2; US4306122A; GB2050116A; IT1193390B; BE883193A; GB2050116B; JPS55156465A; JPH0258830B2

Description

UV. Philips' ^:^ί2ΐ:χ;±η, ΒηάΙ

23.1.1980 / PHN 9^53

Leitungskreis.

Die Erfindung bezieht sich, auf einen Leitungskreis mit mindestens einer Treiberstufe, die einen ersten Signaleingang und einen daran angeschlossenen linearen Verstärker mit einem Endtransistor enthält, wobei der Endtransistor mit einer ersten Anschlussklemme und einer Speisequelle zum Zuführen eines Gleichstromes über die Hauptstromstrecke einer an die Anschlussklemme angeschlossenen Ader einer Teilnehmerleitung verbunden ist.

Ein derartiger Leitungskreis ist aus der US-Patentschrift h O41 252 bekannt.

Teilnehmerzentralen auf der Basis von sog. "klein-Signal-Zeitverteilungsnetzwerken" sowie Raumnetzwerke erfordern einen preisgünstigen Teilnehmerleitungskreis auf einer sog. "einer-je-Leitung"-Basis. Dies ist verwirklich-

'° bar mit einem möglichst hohen Integrationsgrad der Leitungskreise sowie mit einer möglichst grossen Packungsdichte der Leitungskreise auf einer Leitungskarte in einem Gestell einer Fernsprechzentrale.

Zum Liefern eines Leitungsgleichstromes enthält die

^" Speisequelle des bekannten Leitungskreises eine Gleichspannungsquelle, die normalerweise eine Spannung von 48 Volt oder von 6O Volt hat. Die Grosse dieses Leitungsstromes ist von der Länge der Teilnehmerleitung abhängig. Um zu vermeiden, dass bei sehr kurzen Leitungen oder bei einem Kurzschluss der Teilnehmerleitung ein zu grosser Leitungsstrom fliesst, wird in Reihe mit der Leitung ein Speisewiderstand von 4OO bis 8OO Ohm gefordert. Dieser Wert ist derart gewählt worden, dass der Gleichstrom für sehr lange Teilnehmerleitungen noch ausreicht, etwa 20 mA, und

dass der maximale Gleichstrom auf 100 bis 120 mA begrenzt ist.

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Weil eine Teilnehmerleitung eine symmetrische Zweidrahtübertragungsleitüng ist, muss diese für eine Optimale Übertragung der Sprachsignale mit der Impedanz der Teilnehmerleitung ausgelegt werden und der Leitungskreis für jede Ader der Teilnehmerleitung einen Verstärker enthalten, der derart ausgebildet ist, dass der Leitungskreis ebenfalls symmetrisch aufgebaut ist. So ist der Speisewider— stand des aus der US—Patentschrift bekannten Leitungskreises durch zwei in Reihe mit den Adern der Tellnehmer- leitung liegenden Widerstände gebildet worden, die je den halben Wert des Speisewiderstandes haben. Diese Widerstände bilden zugleich die Abschlussimpedanz der Teilnehmerleitung.

Um zu vermeiden, dass "common-mode"-Signale, die an der Teilnehmerleitung auftreten und beispielsweise von einer kapazitiven Kopplung der beiden Adern mit "commonmode"-Störquellen, beispielsweise nicht benachbarten Nachbarkanälen, oder mit Versorgungsnetz herrühren, durch Ungleichheit der Widerstände in "differential-mode"-Signäie umgewandelt werden, müssen diese Widerstände auf etwa 0,1^ genau sein. Bei den obenstehehd erwähnten Werten der Widerstände in den Speisespannungen verbrauchen diese Widerstände bei kurzen Leitungen maximal je 2,8 bis 3 Watt, was in Kombination mit der geforderten Genauigkeit von 0,15& diese Widerstände teuer macht. Aüsserdem werden mehrere Leitungskreise auf einer Schaltungsplatte in einem Gestell der Fernsprechzentrale montiert. Die genannte grosse Verlustleistung in den Widerständen ergibt, dass die Packungsdichte auf einer Leitungsplat'te nicht gross sein kann oder erfordern eine forcierte Kühlung grosser Leistung. ^; '' '' ""■' '

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, einen Leitungskreis zu schaffen, dessen Verlustleistung gegenüber dem bekannten Leitungskreis wesentlich verringert ist.

■ _%j ; De'r erfindüngsgemäsBe Leitungskreis weist dazu das Kennzeichen' auf',^v dass die Treibstuf e einen Rückkopplungskreis elithält, der zwischen einer von dem Strom der Hauptstromstrecke "des Endt'ransxstors verlaufenden Strom-

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strecke und dem Eingang des Verstärkers liegt, um dem Eingang des Verstärkers eine dem Strom in der Hauptstromstrecke des Transistors proportionale Spannung zur Verwirklichung mindestens einer teilweisen virtuellen Ausgangsimpedanz die den Leitungsspeisewiderstand darstellt zuzuführen, und dass die Speisequelle eine geregelte Speisequelle enthält, die an einen Pol der Speisequelle angeschlossen ist,

Unter einer geregelten Speisequelle wird in diesem Zusammenhang eine Speisequelle verstanden, deren Ausgangsspannung sich als Funktion des entnommenen Stromes nahezu linear ändert mit einer Proportionalitätskonstante, die annähernd dem vorgeschriebenen Wert des Leitungsspeisewiderstandes oder einem entsprechend dem Rückkopplungskreis bestimmten Teil dieses Leitungsspeisewiderstandes entspricht.

Die mit Hilfe des Rückkopplungskreises herbeigeführte virtuelle Ausgangsimpedanz bildet die Abschlussimpedanz der Teilnehmerleitung. Diese virtuelle Ausgangsimpedanz ergibt eine Erhöhung der Emitter-Kollektorspannung des Endtransistors. Mit Hilfe der geregelten Speisequelle wird diese Spannungserhöhung weggeregelt, wodurch keine andere Verlustleistung in dem Endtransistor auftritt, als die von dem Leitungsstrom und einer infolge der Sprachsignale erforderlichen Vorspannung von etwa 6 Volt des Endtransistors bestimmten Restverlustleistung.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Leitungskreis dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker einen definierten Verstärkungsfaktor hat und die Hauptstromstrecke des Endtransistors über einen ersten Widerstand mit der Anschlussklemme verbunden ist und der Rückkopplungskreis einen zwischen einer Bezugsspannungsquelle und der Anschluss klemme vorgesehenen Spannungsteiler enthält, von dem ein Abgriff an den Signaleingang des Verstärkers angeschlossen isb. Damit ist erreicht worden, dass die virtuelle Impedanz durch den ersten Widerstand bestimmt wird, der einen dem Rtickkapplungsfaktor des Spannungsteilers proportionalen niedrigeren Wert hat als der erforderliche Speisewiderstand und wodurch die Verlustleistung des ersten Widerstandes um einen durch

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den Rückkopplungsfaktor proportionalen Wert kleiner ist als der in einem reellen Speisewiderstand, wahrend der restliche Teil der Verlustleistung zum grossen Teil durch die geregelte Speisequelle vermieden wird.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Leitungskreis dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker ein Differenzverstärker ist mit einem signalinvertierenden Eingang, einem das Signal nicht invertierenden Eingang und einem Signalausgang, wobei der Signalausgang durch ein Ende der Hauptstromstrecke des Endtransistors gebildet wird, der an die Anschlussklemme angeschlossen ist, dass der Rückkopplungskreis einen Stromverstärker enthält mit einer gemeinsamen. Anschlussklemme, die an den Pol der geregelten Speisung angeschlossen ist, einen Strom— eingang, der an das andere Ende der Hauptstromstrecke des Endtransistors angeschlossen ist und einen Stromausgang, der über einen zweiten Widerstand an den signalinvertierenden Eingang des Verstärkers angeschlossen ist, dass der Leitungskreis eine Bezugsspannungsquelle enthält, die einer- seits an den das Signal nicht invertierenden Eingang des Verstärkers angeschlossen ist und andererseits über einen dritten Widerstand an den Stromausgang des Stromverstärkers, und dass ein vierter Widerstand zwischen dem signalinvertierenden Eingang des Verstärkers und der Anschlussklemme liegt.

Die Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Speise- und Leitungsabschlussimpedanz nur durch die virtuelle Ausgangsimpedanz des Verstärkers gebildet wird.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Leitungskreis dadurch gekennzeichnet, dass die geregelte Speisung eine Spannungsquelle enthält mit einer inneren Impedanz, die der genannten virtuellen Ausgangsimpedanz nahezu proportional ist.

Damit ist das Verlustleistungselement der Treiberstufe zur Speisequelle hin verschoben.

Um die Verlustleistung in der Speisequelle zu verringern ist der Leitungskreis weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle einen Impulsgenerator

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enthält, dass die innere Impedanz eine Induktivität enthält, die zwischen dem Impulsgenerator und einer an die Induktivität angeschlossenen ersten Gleichrichterschaltung liegt, deren Ausgang den Pol der Speisequelle bildet. Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Leitungskreis mit einer zweiten Treiberstufe komplementär zu der genannten Treiberstufe versehen, wobei ein Endtransistor des Verstärkers der zweiten Treiberstufe mit einem zweiten Pol der Speisequelle verbunden ist, sodass der Gleichstrom und der demselben überlagerte, von der Signalquelle an einem zweiten Signaleingang herrührende Wechselstrom über die Haupt stromstrecke des Transistors der zweiten Treiberstufe der an eine zweite Anschlussklemme angeschlossenen anderen Ader der Teilnehmerleitung entnommen werden kann.

Bei einer solchen Anordnung enthält vorzugsweise die geregelte Speisung eine mit den beiden Treiberstufen verbundene Detektionsanordnung zum Ermitteln eines Differenzsignales, das der Differenz der Spannung zwischen den Ausgängen der Verstärker und den Polen der Speisequelle proportional ist. Die geregelte Speisung eines Steuereingangs, der mit einem Ausgang der Detektionsanordnung verbunden ist, enthält eine Speisespannung, die den Endtransistoren zugeführt wird und die dem ermittelten Differenzsignal proportional ist.

Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die beim Bilden der virtuellen Ausgangsimpedanzen entstandenen grossen Emitter-Kollektorspannungen weggeregelt werden, wodurch die in den Speisewiderständen der bisher bekannten Leitungskreise auftretende Verlustleistung vermieden ist.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist ein Leitungskreis mit einer zweiten Treiberstufe versehen, die der genannten Treiberstufe komplementär ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die geregelte Speisung einen mit den beiden Treiberstufen verbundenen Analog-Digital-Wandler enthält zum Umwandeln der Spannung zwischen den Ausgängen der Verstärker der Treiberstufen in ein Digital-Eingangssignal, eine an den Analog-Digital-Wandler angeschlossene Speicheranordnung, in der eine Konversionstafel zum

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Umwandeln des Digital-Eingangssignals in ein Digital-Ausgangssignal gespeichert ist, welches letztere Signal für eine diesem Eingangssignal zugeordnete Speisespannung repräsentativ ist, einen an die Speicheranordnung angeschlossenen Digital-Analog-Wandler zum Umwandeln des digitalen Ausgangssignals in eine analoge Signalspannung, einen an den Digital-Analog-Wandler angeschlossenen zweiten Wandler zum Umwandeln der dem Wandler zugeführten Signalspannung in eine impulsdauermodulierte Impulsreihe, deren Impulsdauer der Amplitude der Spannung der dem Wandler zugeführten Signalspannung proportional ist und eine mit dem Wandler verbundene dritte Gleichrichterschaltung, deren Ausgangsklemmen die Pole der Speisequelle bilden.

Mit Hilfe dieser Ausführungsform ist es auf sehr einfache Weise möglich, jede Spannung zwischen den Ausgängen der Differenzverstärker, d.h. für jeden Leitungsstrom, die Speisespannung der Endtransistoren der Differenzverstärker derart zu wählen, dass die Verlustleistung minimal ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Leitungskreises,

Fig. 2 eine Treiberstufe für den Leitungskreis nach Fig. 1,

Flg. 3 eine graphische Darstellung des Ausgangsstroms zur Speisespannung der in Fig. 2 dargestellten Treiberstufe, Fig. 4 eine andere Treiberstufe für den Leitungskreis nach Fig. 1 ,

Fig. 5 eine geregelten Speisung für den Leitungskreis nach Fig. 1,

Fig. 6 eine geregelte Speisung für den Leitungskreis nach Fig. 1 mit Treiberstufen, die in Fig. 2 dargestellt sind,

Fig. 7 eine geregelte Speisung für den Leitungskreis nach Fig. 1 mit Treiberstufen, die inFig. 2 und Fig. 4 dargestellt sind.

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ΛΑ

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild eines Leitungskreises für eine Fernsprechzentrale enthält zwei Treiberstufen 1 und 2 mit Anschlussklemmen a und b zum Anschliessen der a- und b-Adern einer nicht dargestellten Teilnehmerleitung. An die Signaleingänge 9 und 10 dieser Treiberstufen ist eine Signalquelle mit Spannungsquellen 3 und k angeschlossen, die Sprachsignale V und -V mit entgegengesetzter Phase den Treiberstufen 1 und 2 und damit der Teilnehmerleitung zuführen. Weiterhin enthält der Leitungskreis eine Speisequelle 5 von der ein erster Pol 6 der Pluspol und ein zweiter Pol 7> der Minuspol an die Treiberstufen 1 und 2 angeschlossen sind zum Speisen dieser Stufen und zum Liefern eines Leitungsstromes an die Teilnehmerleitung .

Die Grosse des Leitungsstromes wird ausser durch die Spannung der Bezugsquelle 8 und die Impedanzen der Treiberstufen 1 und 2 durch die Länge der Teilnehmerleitung bestimmt. Um für sehr lange Teilnehmerleitungen einen ausreichenden Strom liefern zu können beträgt die Speisespannung normalerweise 48 oder 6θ Volt und um bei sehr kurzen Teilnehmerleitungen oder bei einem Kurzschluss an der Teilnehmerleitung den Leitungsstrom zu begrenzen, ist vorgeschrieben, dass der Leitungsstrom über Speisewiderstände von je 200 bis 4θΟ Ohm geliefert werden.Daher beträgt bei den genannten Werten der Speisespannung die Verlustleistung in jedem dieser Speisewiderstände etwa 3 Watt.

Wegen der Tatsache, dass die Speisewiderstände Abschlussimpedanzen der Teilnehmerleitung bilden, muss vermieden werden, dass sogenannte "common-mode"-Signale an der Teilnehmerleitung, beispielsweise in die beiden Adern eingeführte Stromsignale, durch Ungleichheit der Speisewiderstände in sogenannte "differential-mode"—Signale umgewandelt werden. Dazu ist erforderlich, dass die Abschlussimpedanzen auf etwa 0,1$ genau sind. Widerstände die auf 0,1$ genau sind und 3 Watt aufnehmen können sind unerwünscht und teuer.

Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass die Treiberstufen einen Verstärker enthalten, der mittels einer Rück-

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kopplung eine virtuelle Ausgangsimpedanz aufweist und dadurch, dass als Speisequelle eine geregelte Speisequelle verwendet wird.

In Fig. 2 ist eine Treiberstufe dargestellt, die mittels einer sogenannten Impedanzmultiplikation eine virtuelle Ausgangsimpedanz hat und sich deswegen für einen Leitungskreis nach Fig. 1 besonders gut eignet.

Diese Treiberstufe enthält einen Verstärker 11, der zwei komplementäre Endtransistoren 12 und 13 enthält, die als parallelgeschaltete Emitterfolger ausgebildet und an den Ausgang 14 angeschlossen sind. Die Basiselektroden dieser Transistoren sind miteinander verbunden und in nicht dargestellter Weise mit dem das Signal niclit invertierenden Eingang 15 und dem signalinvertierenden Eingang verbunden. Ein derartiger Verstärker ist unter dem Namen "opamp" (operational amplifier-Operationsverstärker) im Handel erhältlich. Der Verstärker 11 ist über einen ersten Widerstand 17 an die Anschlussklemme a angeschlossen.

Zum Liefern des Leitungsstromes sind die Kollektorelektroden der Transistoren 12 und 13 an die Pole 6 und 7 der geregelten Speisequelle angeschlossen. Wird dem das Signal nicht invertierenden Eingang 15 eine positive Bezugsspannung zugeführt und zwar dadurch, dass beispielsweise an den Eingang 9 der positive Pol einer in Fig. 1 dargestellten BezugsSpannungsquelle 8 angeschlossen ist, so fliesst der Leitungsstrom von dem positiven Pol 6 der geregelten Speisequelle über die Hauptstromstrecke des Endtransistors 12 und den ersten Widerstand 17 zu der Anschlussklemme a, wenn es zwischen der a- und der b-Klemme eine Belastung gibt.

Wird dem das Signal nicht invertierenden Eingang 15 eine negative Bezugs spannung zugeführt, und zwar dadurch., dass beispielsweise die negative Klemme der in Fig. 1 dargestellten Bezugsspannungsquelle 8 angeschlossen ist, so fliesst der Leitüngsstrom von der Anschlussklemme a über den ersten Widerstand 17 und die Hauptstromstrecke des Endtransistors 13 zum negativen Pol 7 und weiterhin zur geregelten Speisequelle 5·

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Ίο

Wird dem das Signal nicht invertierenden Eingang 15 eine negative Bezugsspannung zugeführt, und zwar dadurch, dass beispielsweise die negative Klemme der in Fig. 1 dargestellten Bezugsspannungsquelle 8 angeschlossen ist, so fliesst der Leitungsstrom von der Anschlussklemme a über den ersten Widerstand 17 und die Hauptstromstrecke des Endtransistors 13 zum negativen Pol 7 und weiterhin zur geregelten Speisequelle 5·

Die Grosse des Stromes wird dabei u.a. durch die Grosse des ersten Widerstandes 17 bestimmt. Damit ein Widerstand geringen Wertes ausreicht, ist ein Rückkopplungskreis zwischen der Anschlussklemme a und dem das Signal nicht invertierenden Eingang 15 des Verstärkers 11 vorgesehen. Dieser Rückkopplungskreis enthält einen Spannungsteiler, der aus den Widerständen 18 und 19 und einer an den Eingang 9 angeschlossenen Bezugsspannungsquelle besteht, die durch die Bezugsspannungsquelle 8-1 aus Fig. 1 gebildet wird. Um einen Verstärker mit einem definierten Verstärkungsfaktor zu erhalten, ist der Ausgang 17 des Verstärkers 11 an den signalinvertierenden Eingang 16 des Verstärkers angeschlossen.

Es lässt sich darlegen, dass die Ausgangsimpedanz Zo, von der Anschlussklemme a gesehen, bei einem sehr hohen Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers dem nachfolgenden Wert entspricht:

Zo = ^{Ri9 + R}18 . π

₁₇
R₁₇ + R₁₉

Dabei entsprechen die Bezugszeichen der durch R bezeichneten Widerstände denen in Fig. 2.

Bei einer geeigneten Wahl des Wertes dieser Widerstände, beispielsweise R.„ = 1 kOhm und R₁Q = 9 kOhm, wird eine Ausgangsimpedanz R von 200 bzw. 400 Ohm erhalten, bei einem Wert von 20 bzw. 4θ 0hm für R₁₇.

Die restlichen 18O bzw. 36Ο 0hm der Abschluss- oder Speisewiderstände werden durch die elektronischen Impedanzen des Endtransistors 12 und 13 gebildet.

Dies bietet den Vorteil, dass der erste Widerstand nur 0,3 Watt verbraucht. Obschon dieser Widerstand auf 0,1$

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genau sein soll, ist er wegen der geringen Verlustleistung relativ preisgünstig. Es sei bemerkt, dass wenn der Leitungskreis für nur eine Stromrichtung verwendet wird, beispielsweise der Endtransistor 13 fortfallen kann. Weiterhin ist der Verstärker 11 der zweiten Treiberstufe dem der ersten Treiber stufe 1 komplementär, d.h.. dass mindestens der Endtransistor, beispielsweise der Transistor 12 der zweiten Treiberstufe 2, dem Endtransistor 12 der ersten Treiberstufe komplementär ist. Ist der Verstärker 11, wie in Fig. 2 angegeben, für die beiden Stromriclitungen geeignet, so enthält er bereits einen dem ersten Endtransistor 12 komplementären Endtransistor 13, was bedeutet, dass in diesem Fall die Verstärker der ersten und zweiten Treiberstufe identisch sind und folglich, auch die Treiberstufen 1 und -2 identisch sind.

Weiterhin kann jede Art von Verstärker verwendet werden, solange er nur. einen definierten Verstärkungsfaktor hat. Auch ist es möglich die Kollektoranschlüsse der Endtransistoren 12 und 13 mit den Emitteranschlüssen umzutauschen. In diesem Fall müssen die Basiselektroden der Endtransistoren 12 und 13 gegenüber den Spannungen der Pole 6 und 7 der Speisequelle gesteuert werden.

In Fig. 3 ist der Leitungsstrom I₁ gegenüber der Spannung V an der Ausgangsimpedanz Ro aufgetragen. Bei einer Speisespannung Vc und einem Leitungsstrom I liegt an dem ersten Widerstand 17 eine Spannung gleich. Vc - Vb. Um den Verstärker als Klasse A-Verstärker arbeiten zu lassen ist für die Sprachsignale ein Gleichspannungsbereich von Vb-Va von beispielsweise 6 Volt notwendig.

Die Spannung Vb-Vo ist'die Kollektor-Emitter-Spannung des Ausgangstransistors und dabei bildet Va-Vo das Ubermass des Kollektorspannungsbereiches desselben. Es ist der Bereich, der durch die geregelte Speisespannung aus Fig. 1 weggeregelt wird. .

" Bei den erwähnten Werten der in Fig. 2 dargestellten Widerstände 20 0hm bei einer Bezugsspannung von 4ö Volt am Eingang 9 und 60 Volt am Eingang 10 (Fig. 1) und bei einer zwischen den Anschlussklemmen a und b liegenden

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kurzen Teilnehmerleitung mit einem Widerstand von beispielsweise 200 Ohm reicht ein Wert der Gleichspannung zwischen dem Ausgang 14 des Verstärkers 11 und dem entsprechenden Ausgang des Verstärkers in der Treiberstufe 2 von 2k Volt zum Liefern eines Leitungsstromes von 100 mA. Bei der Gleichspannungseinstellung von 6 Volt für den Verstärker der Sprachsignale muss die geregelte Speisequelle eine Spannung entsprechend 36 Volt liefern. Die Verlustleistung des Endtransistors 12 bzw. 13 ist dann nicht grosser als 0,6 Watt.

Eine andere Ausführungsform einer Treiberstufe mit virtueller Ausgangsimpedanz ist in Fig. k dargestellt.

Diese Treiberstufe enthält eine nicht dargestellte Stufe mit hoher Spannungsverstärkung und eine Leistungsendstuf e( 28) , von der die Stromstrecke des Ausgangssignals an die Klemme 25 angeschlossen ist. Die Speisung der genannten hohen Spannungsverstärkerstufe wird beispielsweise unmittelbar dem Pol 6 der Speisequelle entnommen. Der das Signal nicht invertierende Eingang 21 des Verstärkers 20 ist an den Signaleingang 9 angeschlossen und der Ausgang an die Anschlussklemme a.

Um eine virtuelle Ausgangsimpedanz zu erhalten, ist ein Rückkopplungskreis vorgesehen, der einen Stromverstärker 24 enthält mit einer gemeinsamen Anschlussklemme, die an den Pol 6 der geregelten Speisequelle angeschlossen ist, mit einem Stromeingang 25, der an die Hauptstromstrecke des Transistors 28 des Verstärkers 20 angeschlossen ist und mit einem Stromausgang 26, der an den signalinvertierenden Eingang 22 über einen zweiten Widerstand 30 sowie an den Signaleingang 9 über einen dritten Widerstand 31 angeschlossen ist. Weiterhin ist der Ausgang 23 über einen vierten Widerstand 32 an den signalinvertierenden Eingang 22 angeschlossen.

Der Stromverstärker 2k kann jeder bekannte Stromverstärker sein. Als Beispiel enthält der Stromverstärker zwei Transistoren 33 und 3^, deren Emitterelektroden an die gemeinsame Anschlussklemme angeschlossen sind, deren Basiselektroden miteinander verbunden sowie an den Kollektor

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des Transistors 3k angeschlossen sind, der den Stromeingang 25 bildet und wobei der Kollektor des Transistors 33 den Stromausgang bildet. Der Emitter des Transistors 3k ist um einen Faktor ^ grosser als der Emitter des Transistors

-4

331 wodurch der Ausgangsstrom um einen Faktor ^ grosser ist als der Eingangsstrom.

Es lässt sich darlegen, dass die Ausgangsimpedanz Z des Verstärkers dem folgenden Wert entspricht: _z ^R31 · ^R32

° ^R31.^{+ d} (^3ο^+Ε3Τ)

wobei die Ziffern der durch. R bezeichneten Widerstände den Bezugszeichen dieser Yiderstände in Fig. k- entsprechen.

Für einen Leitungsstrom, den der Verstärker 20 der " Anschlussklemme a entnehmen muss, ist der Verstärker mit einer komplementären Ausgangsstufe (29) versehen, die mit einem zweiten Stromverstärker 27_} der dem Stromverstärker Zk komplementär ist, versehen ist, dessen gemeinsame Anschlussklemme an den Pol angeschlossen ist, dessen Stromeingang an die Hauptstromstrecke eines komplementären Endtransistors 29 des Verstärkers 20 und dessen Stromausgang an den Verbindungspunkt des zweiten Widerstandes 30 und des dritten Widerstandes 3I angeschlossen ist.

Von dem durch die virtuelle Impedanz hervorgerufenen Kollektorspannungsbereich wird das Ubermass wieder durch die geregelte Speisequelle 5 weggeregelt.

Eine für diesen Zweck sehr geeignete geregelte Speisequelle ist in Fig. 5 dargestellt.

Diese enthält einen Impulsgenerator 35 mit einer Impulswiederholungsfrequenz von beispielsweise 100 kHz und zwei an den Impulsgenerator angeschlossene Spulen 75 und 76 von beispielsweise 0,29 oder 0,58 mH. An diese Spulen ist eine Gleichrichterschaltung 36 bis einschliesslich 39 angeschlossen, deren Ausgänge die Pole 6 und 7 der geregelten Speisequelle 5 (Fig. T) bilden. Zwischen den Polen 6 und 7 liegt ein Glättungskondensator 4θ.

Der von dem Impulsgenerator 35 abgegebene Strom durchflies st die Spulen 75 und 76, wonach er in der Gleiclirichterschaltung 36 bis einsctiliesslich 39 gleichgerichtet

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und von dem Kondensator 4θ geglättet wird. Der auf diese Weise erhaltene Gleichstrom wird über die Endtransistoren der Treiberstufen 1 und 2 als Gleichstrom der Teilnehmerleitung zugeführt. Die von den Spulen 75 und J6 gebildeten Impedanzen haben je bei den obenstehend genannten Werten eine Grosse von etwa 18O bzw. etwa 36O Ohm entsprechend den virtuellen Impedanzen an den Ausgängen der Verstärker der Treiberstufen 1 und 2 in Richtung der Bezugsspannungen gesehen.

Diese geregelte Speisung bietet gegenüber einer geregelten Speisung aufgebaut aus einer Gleichspannungsquelle mit einem an jeden Pol angeschlossenen Widerstand von 180 bzw. 360 Ohm den Vorteil, dass sie wenig verbraucht. Bei Verwendung der letztgenannten geregelten Speisung ist ein grosser Teil der Verlustleistung in den Widerständen von 180 bzw. 36O Ohm vermieden.

Die bisher beschriebenen geregelten Speisungen werden unmittelbar von dem von der Speisequelle gelieferten Strom geregelt.

In Fig. 6 ist eine geregelte Speisequelle 5 detailliert dargestellt, die indirekt von dem Leitungsstrom gesteuert wird. Diese geregelte Speisequelle enthält eine Detektionsanordnung 41, die mit einer Eingangsklemme 43 an einen Pol 6 dieser Speisequelle und mit einer Eingangsklemme 44 an den Ausgang des Verstärkers der Steuerstufe angeschlossen ist, die nach Fig. 2 ausgebildet ist und wie es in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie 5-1 angegeben ist.

Mit einer Spannung V₁ zwischen den Polen der Speise— quelle und einer Spannung V_ zwischen den Ausgängen des Verstärkers ist die Spannung zwischen den Eingangsklemmen 43 und 44 der Detektionsanordnung 41 gleich (V -V₂)/2.

Diese Detektionsanordnung enthält eine zwischen der Eingangsklemme 43 und einer gemeinsamen Erde 45 liegende erste Reihenschaltung aus zwei Widerständen 46 und 47 und eine identische Reihenschaltung aus zwei Widerständen 48 und 49 zwischen der Eingangsklemme 44 und einer Ausgangsklemme 50. Weiterhin enthält die Detektionsanordnung einen

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Differenzverstärker 5I 1 dessen das Signal nicht invertierender Eingang an den Verbindungspunkt der ¥iderstände 46 und 47 angeschlossen ist und dessen signalinvertierender Eingang an.den Verbindungspunkt der ¥iderstände 48 und 49 und dessen Signalausgang an die Ausgangsklemme 50 angeschlossen ist.

Wenn der Widerstand 46 bzw. 48 sich zu dem Widerstand 47 bzw. 49 wie $: 1 verhält, ist die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme 50 gleich (v - V„)/2 .

^ .An die Ausgangsklemme 50 ist eine Differenzverstärkerschaltung 52 angeschlossen zum Verstärken der Differenz der Ausgangsspannung der Ausgangsklemme 50 und einer .Bezugsspannung Vs für die erforderliche Einsteilspannung der Verstärker in den Treiberstufen 1 und 2 von beispielsweise

'5 6 V um diese als Klasse-Α-Verstärker arbeiten zu lassen.

Diese Differenzverstärkerschaltung 52 enthält einen invertierenden Differenzverstärker, der aus einem Operationsverstärker 53 und den Widerständen 5^- und 55> die zwischen der Ausgangsklemme 50 und dem signalinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers und zwischen dem signalinvertierenden Eingang und der Ausgangsklemme 56 der Differenzverstärkerschaltung liegt, aufgebaut ist.Dem das Signal nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 53 wird eine Spannung Vs zugeführt, mit der die Eingangsspannung verglichen werden muss, um eine gewünschte Steuersignalspannung zu erhalten. Weiterhin ist an die Ausgangsklemme 56 ein Tiefpassfilter 57 angeschlossen. Dieses Tiefpassfilter hat einen Kippunkt unterhalb der Schaltfrequenz der Anordnung 59 und bezweckt, die Schaltfrequenz der

Anordnung zu unterdrücken. Wird die Grenzfrequenz oberhalb des Sprachbandes der Fernsprechsignale gewählt, so ändert sich die Speisespannung mit der Spannung der Sprachsignale. Wenn dies nicht erwünscht ist, kann die Grenzfrequenz des Filters unterhalb dieses Sprachbandes gewählt werden, wodurch vermieden wird, dass die Spannung der Speisequelle durch die Sprachsignale beeinflusst wird. Es sei bemerkt, dass, wenn die Speisespannung mit den Sprachsignalen mitläuft, die Spannung Vb-Va aus Fig. J niedriger als 6 Volt

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gewählt werden kann, was den Vorteil einer noch, niedrigeren Verlustleistung ergibt.

Die auf diese Weise erhaltene Steuersignalspannung wird einem Steuereingang 58 einer Anordnung 59 zugeführt, die einen Wandler enthält, der aus einem Differenzverstärker 60 und einem Sägezahngenerator 61 besteht, der an den signalinvertierenden Eingang angeschlossen ist, während der das Signal nicht invertierende Eingang an die Steuerklemme 58 angeschlossen ist. Dieser Wandler verwandelt die Amplitude des Steuersignals auf an sich bekannte Weise in die Impulsbreite einer Impulsreihe. Diese Impulsreihe wird der Basis eines Transistors 81 zugeführt, dessen Hauptstromstrecke in Reihe mit einer ersten Wicklung 62 eines Transformators 65 zwischen einem ersten Pol 66 und einem zweiten Pol 67 einer nicht dargestellten Spannungsquelle liegt, wobei der zweite Pol 67 mit der gemeinsamen Erde verbunden ist. Weiterhin liegt zwischen dem Pol 6j und dem Pol 66 die Reihenschaltung aus einer zweiten Wicklung 63 des Transformators 65 und einer Diode 68.

Beim Auftreten eines Impulses ist der Transistor 81 leitend und durch die Wicklung 62 fliesst von dem Pol 66 zu dem Pol 67 ein Strom. Am Ende jedes Impulses kehrt sich die Spannung in den Wicklungen um und der dann in der zweiten Wicklung 63 fliessende Strom wird der Quelle zurückgeliefert.

Der Transformator 65 ist mit einer dritten Wicklung 6k versehen, an die eine zweite Gleichrichterschaltung angeschlossen ist, die eine Diode 69 und einen Glättungskondensator 70 enthält. Der beim Auftreten eines Impulses in der ersten Wicklung fliessende Strom induziert in der dritten Wicklung eine Spannung, die nach Gleichrichtung durch die Diode 69 und nach Glättung durch den Kondensator 70 die durch die geregelte Speisespannung abgegebene geregelte Speisespannung bilden.

In Fig. 7 ist eine andere Ausführungsform einer geregelten Speisequelle 5 für den Leitungskreis nach Fig. dargestellt.

Diese geregelte Speisequelle 5 enthält einen Analog-

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Digital-Wandler .72, dessen Eingang 7I an die Ausgange der Verstärker der Treiberstufen 1 und 2 angeschlossen ist, wie dies durch, die gestrichelten Linien 5—1 und 5-2 in Fig. 1 auf schematische Weise dargestellt ist. Die Differenzspannung der Ausgänge der Verstärker, die in Fig. 6 mit V_p bezeichnet ist, wird in dem A/D-Wandler 72 in digitale Signale umgewandelt. Diese digitalen Signale werden ale Adressen einem Speicher 73 zugeführt, in dem eine Umwandlungstafel der gemessenen Ausgangsspannung V„ zu einer Spannung, die für die gewünschte (geregelte) Speisespannung V₁ (siehe Fig. 6) repräsentativ ist, in digitaler Form gespeichert ist. Der an einer bestimmten Adresse in digitaler Form gespeicherte Wert einer Spannung, die für die gewünschte Speisespannung repräsentativ ist, wird beim Ansteuern dieser Adresse einem Digital-Analog-Wandler ^h zugeführt, in dem das digitale Ausgangssignal in die repräsentative analoge Spannungsform umgewandelt wird. Diese repräsentative Spannung wird am Steuersignal dem Steuereingang 58 der Anordnung zugeführt, die an Hand des in Fig. 6 bereits eingehend beschriebenen detaillierten Schaltplans dieser Anordnung naher erläutert ist. Die zwischen den Polen 6 und 7 erhaltene Speisespannung bildet dabei eine optimale geregelte Speise-, spannung, weil die Umwandlungstafel nur einmalig empirisch optimal festgestellt wird.

Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

Λ/. Leitungskreis mit mindestens einer Treiberstufe, die einen ersten Signaleingang und einen daran angeschlossenen linearen Verstärker mit einem Endtransistor enthält, wobei der Endtransistor mit einer ersten Anschlussklemme verbunden ist und mit einer Speisequelle zum Zuführen eines Gleichstromes über die Hauptstromstrecke einer an die Anschlussklemme angeschlossene Ader einer Teilnehmerleitung, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberstufe einen Rückkopplungskreis enthält, der zwischen einer von dem Strom der

Hauptstromstrecke des Endtransistors durchf losseneri Stromstrecke und dem Eingang des Verstärkers liegt-, um dem Eingang des Verstärkers eine dem Strom in der Hauptstromstrecke des Endtransistors proportionale Spannung zur Verwirklichung mindestens einer teilweisen virtuellen Ausgangsimpedanz die den Leitungsspeisewiderstand darstellt zuzuführen, und dass die Speisequelle eine geregelte Speisequelle enthält, die an einen Pol der Speisequelle angeschlossen ist.

2. Leitungskreis nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, dass der Verstärker einen definierten Verstärkungs faktor hat und die Hauptstromstrecke des Endtransistors über einen ersten Widerstand mit der Anschlussklemme verbunden ist und dass der Rückkopplungskreis einen zwischen einer Bezugs Spannungsquelle und der Anschlussklemme liegen-

den Spannungsteiler enthält, von dem ein Abgriff an den Signaleingang des Verstärkers angeschlossen ist.

3. Leitungskreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker ein Differenzverstärker mit einem signalinvertierenden, einem das Signal nicht invertierenden

Eingang und einem Signalausgang ist, wobei der Signalausgang mit dem signalinvertierenden Eingang verbunden ist und der das Signal nicht invertierende Eingang der erste Signalein-

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gang der Treiberstufe ist.

4. Leitungskreis nach. Anspruch. 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker ein Differenzverstärker mit einem das Signal nicht invertierenden Eingang, einem signalinvertierendem Eingang und einem Signalausgang ist, wobei der Signalausgang durch ein Ende der Hauptstromstrecke des Endtransistors gebildet wird, der an die Anschlussklemme angeschlossen ist, dass der Rückkopplungskreis einen Stromverstärker enthält mit einer gemeinsamen Anschlussklemme, einem Stromeingang- und einem Stromausgang, wobei die gemeinsame Anschlussklemme an den Pol der geregelten Speisespannung angeschlossen ist, der Stromeingang an das andere Ende der Hauptstromstrecke des Endtransistors' angeschlossen und der Stromausgang über einen zweiten·Widerstand an den

1δ signalinvertierenden Eingang des Verstärkers angeschlossen ist, dass der Leitungskreis eine BezugsSpannungsquelle enthält,' die einerseits an den das Signal nicht invertierenden Eingang des Verstärkers und andererseits über einen dritten Widerstand an den Stromausgang des Stromverstärkers arigeschlossen ist und dass ein vierter Widerstand zwischen dem signalinvertierenden Eingang des Verstärkers und der Anschlussklemme liegt.

5· Leitungskreis nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass"die geregelte Speisung eine Spannungsquelle enthält mit einer inneren impedanz, die

der genannten virtuellen Ausgangsiliip'edanζ nahezu proportional

6. Leitungskreis nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle einen Impulsgenerator enthält, dass die innere Impedanz eine Induktivität enthält, die an den Impulsgenerator angeschlossen ist, und eine anidie Induktivität angeschlossene erste' Gleichrichterschaltung, deren Ausgang den Pol der Speiseqüelle bildet.

7. Leitungskreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit ; 3$ einer zweiten" Treiberstüf e, die der genannten Treiberstüfe komplementär ist, wobei ein Endtransistor des Verstärkers der zweiten Treiberstufe mit einem zweiten Pol der Speisequelle gekoppelt ist, sodass der Gleichstrom und der

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demselben überlagerte, von der Signalquelle, die an einen zweiten Signaleingang angeschlossen ist, herrührende Wechselstrom über die Hauptstromstrecke des Endtransistors der zweiten Treiberstufe der an eine zweite Anschlussklemme angeschlossenen anderen Ader der Teilnehmerleitung entnommen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die geregelte Spannung eine mit den beiden Treiberstufen gekoppelte Detektionsanordnung enthält zum Ermitteln eines Differenzsignals, das der Differenz der Spannung zwischen den Ausgängen der Verstärker und den Polen der Speisequelle proportional ist, und dass die geregelte Speisung einen Steuereingang, der mit einem Ausgang der Detektionsanordnung gekoppelt ist, enthält, um den Endtransistor eine Speisespannung zuzuführen, die dem ermittelten Differenzsignal

¹^ proportional ist.

8. Leitungskreis nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Detektionsanordnung und dem Steuereingang der geregelten Speisung ein erstes Tiefpassfilter vorgesehen ist, mit einer Grenzfrequenz, die unter der Schaltfrequenz

^z" der geregelten und diese Schaltfrequenz unterdrückenden Speisung liegt.

9. Leitungskreis nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Detektor und dem Steuereingang der geregelten Speisung eine Differenzverstärkerschaltung vorhanden ist zum Verstärken der Differenz eines proportionalen Teils der Differenz der Ausgangsspannung des Verstärkers und einer Bezugsspannung.

10. Leitungskreis nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, dass die geregelte Speisespannung einen mit dem Steuereingang gekoppelten ersten Wandler zum Umwandeln des Differenzsignals in eine impulsdauermodulierte Impulsreihe, deren Impulsdauer der Amplitude der Spannung des Differenzsignals proportional ist, und eine mit dem Vandler gekoppelte zweite Gleichrichterschaltung enthält, deren

Ausgangsklemmen die Pole der Speisequelle bilden.

11. Leitungskreis nach einem der Ansprüche 1 bis k, mit einer zweiten Treiberstufe, die der genannten Treiberstufe komplementär ist, wobei ein Endtransistor des Verstärkers

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der zweiten Treiberstufe mit einem zweiten Pol der Speisequelle gekoppelt ist, sodass der Gleichstrom mit dem demselben überlagerten, von dem an den zweiten Signaleingang angeschlossenen Ausgang herrührenden Wechselstrom über die Hauptstromstrecke des Endtransistors der zweiten Treiberstufe der an eine zweite Anschlussklemme angeschlossenen anderen Ader der Teilnehmerleitung entnommen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die geregelte Speisung einen mit den beiden Treiberstufen gekoppelten Analog-Digital- ¥andler enthält, um die Spannung zwischen den Ausgängen der Verstärker in ein digitales Eingangssignal umzuwandeln, eine an den Analog—Digital—Wandler angeschlossene Speicheranordnung, in der eine Umwandlungstafel zum Umwandeln des digitalen Eingangssignals in ein digitales Ausgangssignal gespeichert ist, das für eine dem Eingangssignal zugeordnete Speisespannung repräsentativ ist, weiterhin einen an die Speicheranordnung angeschlossenen Digital-Analog-Wandler zum Umwandeln des digitalen Ausgangssignals in eine Signalspannung, einen an den Digital-Analog—Wandler angeschlossenen zweiten Wandler zum Umwandeln der diesem Wandler züge— führten Signalspannung in eine impulsdauermodulierte Impulsreihe, deren Impulsdauer der Amplitude der Spannung der diesem Wandler zugeführten Signalspannung proportional ist, und weiterhin eine mit dem Wandler gekoppelte dritte Gleichrichterschaltung, deren Ausgangsklemmen die Pole der Speisequelle bilden.

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