NO780077L - Elektronisk anordning for telefonapparat - Google Patents

Description

Elektronisk nettverk for telefon.

Oppfinnelsen angår et elektronisk nettverk for telefon for tilslutning av en mikrofon, en høretelefon og en linjematet tonegenerator til en linjematet telefonlinje, omfattende en linjematet overføringsforsterker hvis ene inngang er koplet til mikrofonen, hvis andre inngang er koplet til tonegeneratoren og hvis utgang er koplet til telefonlinjen, en linjematet mottakerforsterker hvis ene inngang via et impedansnettverk er koplet til telefonlinjen, hvis andre inngang er koplet til overføringsforsterkeren i et punkt hvor overføringssignalene er ute av fase med signalene på linjen, og hvis utgang er koplet til høretelefonen, idet impedansnettverket styrer sidetonenivået .for mikrofonsignalene som.tilføres mottagerforsterkeren, en linjespennings-holdekrets koplet over telefonlinjen, og en vender som påvirkes hovedsakelig samtidig med tonegeneratoren for samtidig passifisering av"likespenningsholdekretsen for å minske belastningen over linjen, fråkopling av mikrofonen fra inngangen i overføringsforsterkeren og innkopling av tonegeneratoren til den nevnte inngang.

Det er tidligere foreslått elektroniske nettverk av hvilket en del anvender gyratorprinsippet mens andre er basert på brokopling for å oppnå tilstrekkelig isolasjon unngå sidetone for telefonapparater. Et slikt elektronisk nettverk er kjent fra canadisk patentskrift nr. 843.513. Et krav som stilles .til ethvert telefonapparat er at det må kunne arbeide parallelt med en vanlig telefon med differen-sialtransformator i langsløyfetilpasning. Som følge av sitt store strømbehov reduserer den sistnevnte type den tilgjenge-lige spenning på linjen til et punkt hvor det er vanskelig å drive et elektronisk apparat. Sammen med dette problem kreves at det elektroniske apparat må trekke tilstrekkelig strøm når mikrotelefonen løftes av for å påvirke sentral-stasjonsutstyret som leverer koplingstonen til telefonlinjen.

Ved en typisk kortsløyfetilpasning trekker telefonen ca. 100 mA og et likespenningsfall på ca. 10 V -.- over denne. For å begrense virkningen av et elektronisk nettverk kan en del av dette spenningsfall tilveiebringes ved hjelp av ytre motstand (ca. 40 ohm) i serie med telefonlinjen hvilket sammen med en shuntkondensator også gir en viss spennings-sprangbeskyttelse for det elektroniske nettverk.

Ved langsløyfetilpasning er imidlertid telefonen begrenset til et maksimalt spenningsfall på 5 V for å trekke tilstrekkelig strøm (ca. 30 mA) fra sentralstasjonen for påvirkning av linjereleet hvilket opptrer når mikrotelefonen løftes av. Dette resulterer i et spenningsfall på 1,2 V

over den ytre motstand på 40 ohm og med et ytterligere spenningsfall på 1 V over en diodebrokoplet polaritetsbeskyttelse, blir den spenning som er tilgjengelig for å balansere det elektroniske nettverk begrenset til en likesp.enning på ca. 2,8 V. Denne nominelle likespenning må være innrettet til å kunne gå ned til ca. 0,8 V for negative topper for de over-førte eller mottatte lydfrekvenssignaler.

Ved arbeide parallelt med en vanlig differensial-transformatortelefon og langsløyfetilpasning vil et elektronisk apparat forårsake et spenningsfall i linjespenningen under grensen på 5 V hvis man tillater halvering av den til-gjengelige strøm. Derfor må det elektroniske nettverk arbeide med lavest mulig strøm for derved å overlate så

meget strøm som mulig til differensialtransformatorapparatet.

Et ytterligere problem oppstår i forbindelse med tonesignaliseringen. For å hindre klipping av signalene under dette intervall er det nødvendig å øke linjelikespen-ningen over apparatet. Dette er mulig fordi holdestrømmen i linjereleet i sentralstasjonen er mindre enn innkoplings-strømmen. Et arrangement som kan utnyttes for å oppnå denne økede arbeidsspenning for tonegeneratoren under signaliser-ingen er å kople mikrofonen fra overføringsforsterkeren, redusere forsterkningen i mottagerforsterkeren og fjerne likespenningslåsingen over telefonlinjen (utnyttet for å styre linjestrømmen fra sentralstasjonen). For å oppfylle funksjonskravene for det samlede telefonapparat må denne endring i arbeidslikespenningen skje under en periode mindre enn 10 ms. Tilstrekkelig av kopling for de lavestellyd-frekvenser (300 Hz) for overføringsforsterkeren og likespenningslåsekretsen resulterer imidlertid i en tidskonstant for et enkelt trinn av RC-typen for forspenningsnettet som van-ligvis overskrider 1 sekund.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at likespen-ningsgjenmatningsveiene for forspenningsstyring av overfør-ingsforsterkeren og for likespenningsholdekretsen hver er isolert ved hjelp av et flertrinns lavpassfilter av RC-typen mellom telefonlinjen og de respektive innganger.

På denne måte oppnås en lydfrekvent isolering

mellom telefonlinjen og de to innganger og en forholdsvis hurtig endring i spenningen over telefonlinjen etter oppnev-ningen av likespenningslåsingen.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av krav-ene 2-4.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningen som viser et koplingsskjema for et elektronisk nettverk ifølge oppfinnelsen .

Nettverket anvendes for å tilslutte en mikrofon 10, en høretelefon 11 og en tonegenerator 12 til'klemmene T og R for en telefonlinje 13 via en spenningsminskende motstand 14 og en polaritetsbeskyttelse i form av en diodebrokopling 15. Over inngangen til brokoplingen 15 er det anordnet en kondensator 16 som sammen med motstanden 14 tilveiebringer spen-ningssprangbeskyttelsen for nettverket.

Det elektroniske nettverk omfatter en overførings-eller mikrofonforsterker 20, en mottager eller høretelefonfor-sterker 21, et impedansnettverk 22 og en likespenningsnivå-låsekrets 23. Dessuten omfatter nettverket en overførings-forsterkningsutjevner 24, en mottagerforsterkningsutjevner 25 og en logisk styre- og matekilde 26. Nettverkets detalj-struktur vil fremgå av beskrivelsen nedenfor av nettverkets virkemåte.

I forsterkeren 20 koples utgangssignalene fra mikrofonen 10 som er dynamisk og har lav impedans via transistorer 40, 4l og 42, og signalstrømmen deles så opp mellom transistorene 43,44,45,46 og 47. Størstedelen av utgangssignal-strømmen tas fra transistorene 45 og 46, nemlig 6/15 av hver. Denne strøm utgjør også forspenningsstrømmen for forsterkeren 21. En del nemlig 1/15 av utgangsstrømmen flyter via en transistor 48, en diode 49 og en motstand 50 for å frem-bringe likespenningsfunksjonskarakteristikken for forsterkeren. 20 over en kondensator 51. Transistoren 47 trekker 1/15 av overføringsforsterkerens utgangsstrøm som siden tilbakekoples til inngangens emittermotstand 52 via overføringsforsterknings-utjevneren 24. Porsterkningsstyringen for begge utjevnerne 24 og 25 bestemmes av spenningsfallet over en liten motstand

54 i låsekretsen 23.

Vekselspenningsutgangsimpedansen for overføringsfor-sterkeren 20 er meget høy og således bestemmes den samlede impedans for nettverket primært av en linjeavsluttende motstand 30 i serie med en linjeavsluttende kondensator 31

over utgangen fra nettverket, dvs. effektivt over klemmene T og R for telefonlinjen 13. Ved korte sløyfer hvor linjemot-standen er liten, reduserer impedansen i kretsen 23 veksel-spenningsimpedansen til ca. 2/3 av verdien av motstanden 30.

Signaler som mottas på telefonlinjen 30 tilføres

det elektroniske nettverket. Et mottatt inngangsstrømsignal til mottagerforsterkeren 21 tilføres via impedansnettverket 22. Den mottatte signalstrøm passerer mottagerforsterknings-utjevneren 25 og opptrer over en liten motstand 60 som også utnyttes sammen med kondensatoren 61 for å danne lav-frekvenskarakteristikken for de mottatte signaler. Mens de mottatte signalstrømmer er i fase, er overføringssignal-strømmene på kollektoren i transistoren 44 ute av fase med de fra impedansnettverket 22 fordi de førstnevnte drives fra transistoren 42 i stedet for fra linjen 12. Impedansen i nettverket 22 er valgt for å tilveiebringe nødvendig ubalanse som frembringer det nødvendige sidetonenivå i høretelefonen 11.

De mottatte signaler tilføres via transistorene 62,63 og 64 til en side av mottageren 11 og også via transistorer 65,66 og 67 til den andre side av mottageren. cfndensatorer

69 og 79 i utgangen fra mottagerforsterkeren 21 tilveiebringer sløyfestabilitet, høyfrekvensbeskyttelse og frekvens-karakteristikken. Under lydfrekvenssignalisering minskes forsterkningen i mottagerforsterkeren 21 til ca. 25 dB ved kraftig motkopling som tilveiebringes av et par transistorer 68 som blir ledende ved hjelp av den logiske styrekrets 26

som skal beskrives nærmere nedenfor.

Det elektroniske nettverk må trekke en viss minste strøm, nominelt 25 mA for å påvirke et linjerele i sentralstasjonen (ikke vist). Dessuten er det en grense for det minste spenningsfall som kan tåles over klemmene T og R for å drive transistorforsterkerne i nettverket. Disse krav er motstridende særlig ved langsløyfetilpasning, Dessuten må ved .lydfrekvenssignalisering linjespenningen økes til ca., 7 V for å hindre klipping av lydfrekvenssignalet på linjen 13, Dette resulterer i en senkning av linjestrømmen, men mulig-gjøres som følge av at holdestrømmen for linjereleet i sentralstasjonen er mindre enn til koplingsstrømmen. Både over-føringsforsterkeren 20 og likespenningslåsekretsen 23 bestemmer nettverkets likespenningsfunksjonskarakteristikk. Styringen av disse bestemmes imidlertid av kretsen 23 som er virksom over telefonlinjen 13.

Når det gjelder den logiske styre- og matekilde 26

så vil betjening av tonegeneratoren 12 bevirke betjening av bryteren 70 som sperrer en transistor 71. Dette medfører at transistoren 72 blir ledende som på sin side gjør transistorene 73 og 74 ledende som igjen gjør transistoren 75 ledende. Transistoren 75 tilfører regulert linjespenning til tonegeneratoren 12 i'likhet med hva som bestemmes av refer-ansespenningen som tilføres via dioder 99. Transistoren 73 gjør på sin side transistoren 77 ledende som igjen sperrer transistoren 80 som normalt er ledende ved hjelp av transistoren 76 slik at mikrofonen 10 koples fra overføringsfor-sterkeren 20. Den ledende transistor 74 gjør transistoren 8l ledende slik at lydfrekvenssignalet fra generatoren 12 som opptrer over motstanden 52 ved at en transistor 82 gir balanse i overføringsforsterkeren 20. Den ledende transistor 73 gjør transistoren 68 ledende og derved reduserer vesentlig forsterkningen i mottagerforsterkeren 21 som tid-

ligere nevnt. Dessuten vil den ledende transistor 73 gjøre transistoren 85 i kretsen 23 ledende hvilket resulterer i øket spenningsfall over nettverkets inngang.

Før transistoren 85 blir ledende er spenningen som opptrer over inngangen i likespenningslåsekretsen 23, dvs. mellom kollektor i transistoren 92 og jord, hovedsakelig lik spenningsfallet over de tre basis-emitteroverganger i transistorene 90,91 og 92 pluss et lite spenningsfall over, mot standen 54■

Når imidlertid transistoren 58 blir ledende, bestemmes basisspenningen for transistoren 92 hovedsaklig av spenningsdelingen over motstandene 95 j 96 og 97. Dette resulterer i en lavere spenning på basisen i transistoren 92 som på sin side reduserer strømmen gjennom transistoren 91 og dermed transistoren 90, hvilket resulterer i et minsket strøm fra kretsen 23. Dette medfører på sin side av spenningen som tilføres inngangen i nettverket øker for derved å hindre klipping av signalene fra lydfrekvensgeneratoren 12 som tilføres telefonlinjen 13.

Ved lydfrekvenssignalering må nettverkets linjespenning på klemmene TR øke fra ca. 5 til 7 V i et tidsrom på minst 10 ms for å oppfylle nettverkets lydfrekvens-signaliseringsbehov. Dette resulterer i motstridende 'funk-sjonskrav for nettverket slik det vil fremgå av det neden-stående. Likespenningsfunksjonskarakteristikken for over-føringsforsterkeren 20 er innstillet ved hjelp av forspenningen på basisen i transistoren 82. Dette punkt må være vekselstrømisolert fra telefonlinjen 13 for lydfrekvens.

Imidlertid må forspenningsnivået reagere hurtig ved betjening

av bryteren 70 i forbindelse med lydfrekvensgeneratoren 12, for at lydfrekvenssignaler skal frembringes på ledningen 13 i tilstrekkelig tidsrom på mindre enn 10 ms.

For ubetydelig tilbakekopling av de laveste lydfrekvenser av interesse (300 Hz) må et filter med en motstand og en kondensator oppfylle følgende krav:

hvor R = motstandsverien i seriemotstanden,

Xc= reaktansen for shuntkondensatoren, og

A = overføringsforsterkerens forsterkning ved sluttet sløyfe.

I et typisk eksempel er A=200, slik at CR >1" s.

Med en tidskonstant som overskrider 1 sekund er det tydelig at kretsen ikke kan reagere på en endring i like-spenningsnivået i et tidsrom som underskrider 10 ms.

Dette problem er minsket ved foreliggende elektroniske nettverk ved å anvende to tidskonstanter i kaskader i hver likespenningsmatebane i det elektroniske nettverk. En oppfatning av denne tidsreduksjon får man ved å anta at det forekommer to seksjoner som utnytter identiske komponenter som gir en andre ordens reaksjon hovedsakelig på:

Med A = 200 blir tidskonstanten CR ~ 23 ms.

Det er klart at anvendelsen av to seksjoner med tidskonstanter som er noe forskjellige gir en vesentlig forbedring sammenlignet med bare det ene trinn. En tidskonstant bestemmes av linjeavslutningsmotstanden 30 og kondensatoren 31. Dette nettverk bestemmer primært impedansen for telefonappara-tet og gir en viss begynnelsesfiltrering av likespenningen som påtrykkes den logiske krets 2.6. Over kondensatoren 31

dannes den andre tidskonstant av en motstand 50 og en kondensator 51. Med en innkortet CR-tidskonstant for de to trinn blir reaksjonstiden for overføringsforsterkeren 20 ved slut-ning av bryteren 70 av størrelsesorden 10 ms.

Likespenningslåsekretsen 23 er innstillet slik at den koples inn når likespenningen overstiger 2,2 V. Dette gir en strøm på ca. 10 mA over overføringsforsterkeren. Kretsen 23 er av typen "trippel Darlington" omfattende motstandene 90, 91 og 92. En liten emittermotstand 54 anvendes for å øke utgangsimpedansen for kretsen og for å tilveiebringe et organ for avføling av sløyfestrømmen. Denne strøm deles opp mellom motstanden 54 og en motstand 93 som på sin side gir styrespenning til overførings- og mottagerutjevnerne 24 og 25. Ytterligere likestrøm, som kan trekkes gjennom linjeavslutningsmotstanden 30 øker spenningen over linjeklemmene T og R, dvs. mellom kollektoren i transistoren 90 og-jord, til ca. 3,0 V.

Som tidligere nevnt økes under lydfrekventsinalering likespenningen over kretsen 23 ved at transistoren 90 blir ledende som på sin side reduserer den totale strøm som trekkes av kretsen 23. Dette resulterer i at den ytterligere strøm som trekkes av lydfrekvensgeneratoren 12 kompenseres ved reduksjon av strømmen som trekkes av kretsen 23.

I likhet med det som var tilfelle for overføringsfor-sterkeren 20 anvendes et totrinns CR-nettverk også i like-spenningsmatebanen for styring av forspenningen til låsekretsen 23. Det første trinn utnytter linjeavslutningsmotstanden 30 og kondensatoren 31 mens det'andre trinn tilveiebringes ved hjelp av motstanden 97 og kondensatoren 98 i serie over kondensatoren 31. Filteret med to trinn eliminerer igjen virkningen av lydfrekvenser fra kretsen 23 mens det tillater en forholdsvis hurtig endring av låsespenningen når transistoren .90 blir ledende ved hjelp av den logiske krets 26. Reaksjonstiden reduseres ytterligere ved isoleringen av kondensatoren 98 fra basisen i transistoren 92 ved hjelp av motstanden 96. Selv om de enkelte tidskonstanter i matebanene er vesentlig lengre, er den totale virkning at nettverket stabili-seres ved den nødvendige funksjonsspenning rundt 10 ms etter betjening av bryteren 70.

Claims (4)

1. Elektronisk nettverk for telefon for tilslutning av en mikrofon (10), en høretelefon (11) og en linjematet tonegenerator (12) til en linjematet telefonlinje (13), omfattende en linjematet overføringsforsterker (20) hvis ene inngang er koplet til mikrofonen^ hvis andre inngang er koplet til tonegeneratoren og hvis utgang er koplet til telefonlinjen, en linjematet mottakerforsterker (21) hvis ene inngang via et impedansnettverk (22) er koplet til telefonlinjen, hvis andre inngang er koplet til overføringsforsterkeren i et punkt hvor overføringssignalene er ute av fase med signalene på linjen, og hvis utgang er koplet til høretelefonen, idet impedansnettverket styrer sidetonenivået for mikrofonsignalene som tilføres mottakerforsterkeren, en likespenningsholdekrets (23) koplet over telefonlinjen, " og en vender (26) som påvirkes hovedsaklig samtidig med tonegeneratoren for samtidig passifisering av likespenningsholdekretsen for å minske belastningen over linjen, fråkopling av mikrofonen fra-inngangen i overføringsforsterkeren og innkopling av tonegeneratoren til den nevnte inngang, karakterisert ved at likespenningsgjenmatingsveiene for forspenningsstyring av overføringsforsterkeren og for likespenningsholdekretsen hver er isolert ved hjelp av et flertrinns lavpassfilter av RC-typen, (30,31-50,51;30,31-97,98) mellom telefonlinjen og de respektive innganger.

2. Nettverk ifølge krav 1, karakterisert ved at det første trinn på linjesiden av hvert flertrinnsfilter er felles.

3- Nettverk ifølge krav 2, karakterisert ved at hvert flertrinnsfilter er innrettet til virksomt å filtrere bort lydfrekvenser.

4. Nettverk ifølge krav 1, karakterisert ved at flertrinnslavpassfiltrene av RC-typen omfatter en linjeavsluttende motstand (30) og en linjeavsluttende kondensator (31) i serie over telefonlinjen, en første motstand (97) og en første kondensator (98) i serie over linjekondensatoren, idet linjespenningsfallet over den første kondensator styrer låsespenningen for likespenningsholdekretsen, og den første motstand og kondensator samvirker med den linjeavsluttende mot stand og kondensator som et første totrinns lavpassfilter av RC-typen, og en andre motstand (50) og en andre kondensator (51) i serie over linjekondensatoren, idet^rik~esp"ennings"fallet' over den" andre-kondensator utgjør likespenningsforspenningen på \ inngangen i overføringsforsterkeren og den andre motstand og kondensator samvirker med den linjeavsluttende motstand og kondensator som et andre totrinns lavpassfilter av RC-typen,