NL8802945A - Electronisch telefoontoestel. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Electron!sch telefoontoestel”

De uitvinding heeft betrekking op een electronisch telefoontoestel dat is voorzien van een eerste en tweede aansluiting voor een telefoonlijn, van een transmissieschakeling die in haar zenduit-gangstrap een eerste transitor heeft, waarvan een eerste hoofdelectrode door middel van een eerste weerstand met de eerste aansluiting en de tweede hoofdelectrode met de tweede aansluiting zijn gekoppeld, en van een voedingsschakeling voor randschakelingen welke voedingsschakeling een eerste uitgangsklem heeft, die is gekoppeld met de eerste hoofdelectrode van de eerste transistor, en is voorzien van een tweede transistor, waarvan een eerste hoofdelectrode met de tweede aansluiting en de tweede hoofdelectrode met de tweede uitgangsklem van de voedingsschakeling zijn gekoppeld, van een operational versterker, waarvan de uitgang met de stuurelectrode van de tweede transistor is gekoppeld, en van een eerste spanningsbron die tussen de eerste hoofdelectrode van de tweede transistor en een eerste ingang van de operationele versterker is gekoppeld.

Een dergelijk electronisch telefoontoestel met een dergelijke voedingsschakeling is bekend uit Philips' Central application Laboratory report No. ETT 8707 van F. van Dongen “TEA-1081: A supply IC for Peripheral Circuits in Electronic Telephone Sets", October 1987, Eindhoven, The Netherlands; zie met name figuur A11 op bladzijde R 38 van dit rapport. Deze bekende voedingsschakeling is voorzien van het in de handel verkrijgbare IC TEA1081 en verder als externe componenten van een condensator (CL) en weerstand (R^) die samen met een interne weerstand (Rg) van dit IC voor een inductieve ingangsimpedantie (L = CjRlRs) zorgen, waardoor de voedingsschakeling parallel aan de transmissieschakeling kan worden verbonden, welke transmissieschakeling een in de handel verkrijgbaar IC van de TEA1060-familie kan zijn. Zie voor een beschrijving van deze IC-familie Philips' Central application Laboratory report by P.J.M. Sijbers “TEA1060 family,

Versatile Speech/Transmission ICs for Electronic Telephone Sets”, Designers' Guide, July 1987, Eindhoven, the Netherlands.

De bekende voedingsschakeling heeft de volgende eigenschappen. De gelijkstroom die de voedingsschakeling trekt is niet begrensd, zodat deze bij een bepaalde door de telefoonlijn geleverde stroom zo groot kan worden dat de gelijkstroom door de eerste transistor te laag wordt om het gewenste zendniveau (microfoonsignaal) te kunnen realiseren en ook de stabiliserende functie van de zenduitgangstrap van de transmissieschakeling verloren gaat. Anderzijds dient de gelijkstroom door de eerste transistor van de transmissieschakeling ongeveer 10 mA te zijn, zodat bij minimale telefoonlijnstromen (b.v. 15 mA) er te weinig ingangsgelijkstroom {b.v. 4 mA) voor de voedingsschakeling overblijft.. Deze laatstgenoemde stroom hangt natuurlijk niet alleen van het van de uitgang van de voedingsschakeling afgenomen vermogen af, maar ook van het wisselspanningssignaal op de telefoonlijn en kan derhalve bij een bepaald gevraagd uitgangsvermogen groter dan de genoemde 4 mA worden.

De uitvinding beoogt te voorzien in een electrisch telefoontoestel dat de genoemde eigenschappen niet heeft en verschaft daartoe in een inrichting van de in de aanhef genoemde soort, die het kenmerk heeft dat de tweede hoofdelectrode van de eerste transistor met de tweede ingang van de operationele versterker en door middel van een tweede weerstand met de tweede aansluiting is verbonden.

Door de genoemde maatregelen functioneert de voedingsschakeling niet als kunstspoel, maar als stroomdeler. Bovendien voorziet zij in het zendsignaal.

De met de genoemde maatregelen verkregen voordelen zijn toegenomen voedingsstroom voor randschakelingen onder alle zend- en ontvangomstandigheden, terwijl de zenduitgangstrap van de transmissieschakeling niet onwerkzaam kan worden door gebrek aan stroom door de eerste transistor de stabiliserende functie behouden blijft en bovendien met een relatief zeer lage gelijkstroom in de eerste transistor toch voldoende zendsignaal op de lijn kan worden verwezenlijkt.

Wanneer in de voorgestelde voedingsschakeling de TEA1081 wordt gebruikt is in principe het enige verschil met de bekende dat in plaats van een externe condensator en weerstand er alleen een externe weerstand (tweede weerstand) wordt toegepast.

De uitvinding zal nu nader aan de hand van de tekening worden beschreven, welke tekening bestaat uit een enkele figuur, waarin een uitvoeringsvoorbeeld van de voedingsschakeling volgens de uitvinding is weergegeven.

In de tekening is een schakeling getoond voor het uit een (niet-getoonde) telefoonlijn voeden van (niet-getoonde) rand-schakelingen, zoals een geïntegreerde luidsprekerversterkerschakeling, bijvoorbeeld de met de aanduiding TDA7050 in de handel verkrijgbare geïntegreerde schakeling en een geïntegreerde geheugenschakeling, van een (niet-getoond) electronisch telefoontoestel dat is voorzien van een eerste en tweede aansluiting L1, L2 voor de telefoonlijn en van een geïntegreerde transmissieschakeling IC1, die slechts zeer schematisch is getoond, maar bijvoorbeeld de in de handel verkrijgbare geïntegreerde schakeling met de type-aanduiding TEA1064 kan zijn, die in haar zenduitgangstrap OS een eerste transistor T1 heeft, waarvan de emitter als een eerste hoofdelectrode door middel van een eerste weerstand R1 voor het instellen van de helling van de gelijkstroomkarak-teristiek met de eerste aansluiting L1 en de collector als de tweede hoofdelectrode met de tweede aansluiting L2 zijn gekoppeld. De voedingsschakeling heeft een eerste uitgangsklem 01 die is gekoppeld met de emitter van de eerste transistor T1 en is voorts voorzien van een tweede transistor T2, waarvan de emitter als een eerste hoofdelectrode hetzij direct, hetzij door middel van een derde weerstand R3 met de tweede aansluiting L2 en de collector als de tweede hoofelectrode met de tweede uitgangsklem 02 van de voedingsschakeling zijn gekoppeld. Verder omvat, de voedingsschakeling een operationele versterker A1, waarvan de uitgang met de basis als de stuurelectrode van de tweede transistor T2 is gekoppeld en een eerste spanningsbron V1 die tussen de emiter van de tweede transistor T2 en een eerste ingang van de operationele versterker A1 is gekoppeld. Afgezien van de mogelijke directe koppeling tussen de emitter van transistor T2 en de aansluiting L2 komt de voedingsschakeling zoals deze tot dusverre is besproken overeen met de bekende, waarbij deze een geïntegreerde voedingsschakeling IC2 kan omvatten, die slechts gedeeltelijk en schematisch is getoond, maar bijvoorbeeld de in de handel verkrijgbare geïntegreerde schakeling met de typeaanduiding TEA1081 kan zijn.

Kenmerkend voor de onderhavige uitvinding is in de voorgestelde voedingsschakeling de collector van de eerste transistor T1 met de tweede ingang van de operationele versterker A1 en door middel van een tweede weerstand R2 met de tweede aansluiting L2 is gekoppeld.

De aansluitklemaanduidingen van de genoemde bekende geïntegreerde schakelingen gebruikend is de positieve lijnaansluitklem LN van de geïntegreerde voedingschakeling IC2 direct met de positive lijnaansluiting L2 gekoppeld, terwijl de positieve lijnaansluitklem LN van de geïntegreerde transmissieschakeling IC1 door middel van weerstand R2 met de positive lijnaansluiting L2 is gekoppeld. De negatieve lijnaansluitklem VEE van de geïntegreerde transmissieschakeling IC1 is direct met de negatieve lijnaansluiting L1 gekoppeld, terwijl de negatieve lijnaansluitklem VN van de geïntegreerde voedingsschakeling IC2 met de gelijkstroomkarakteristiekhellingsinstelaansluitklem SLPE van de geïntegreerde transmissieschakeling IC1, oftewel via de weerstand R1 met de negatieve lijnaansluiting L1 is gekoppeld. Voedingsaansluit-klem VCC is door middel van een weerstand RO met de positieve lijnaansluiting L2 gekoppeld en is door middel van een condensator CO ontkoppeld. De door weerstand RO vloeidende voedignsstroom is met 11 aangegeven. In verband met de samenwerking met de zenduitgangstrap OS van de geïntegreerde transmissieschakeling IC1 is nog een microfoon M aangesloten getoond. De stuurelectrode van transistor T1 ontvangt het verwerkte microfoonsignaal. Bovendien is transistor T1 in een niet-weergegeven spanningsstabiliteitsketen opgenomen. De positieve lijnaansluitklem LN van de geïntegreerde transmissieschakeling IC2 is gekoppeld met de aansluitklem IF van de geïntegreerde voedingschakeling IC2. In verband met electromagnetische compatibiliteit kan nog een condensator zijn opgenomen tussen de aansluitklemmen LN en VEE van IC1. Tenslotte is de uitgangsaansluitklem QS van de geïntegreerde voedingsschakeling IC2 met de uitgang 02 van de voorgestelde voedingsschakeling gekoppeld, terwijl uitgangsklem 01 ervan met negatieve lijnaansluitklem VN van IV2 en gelijkstroomkarakteristiekhellinginstelaansluitklem SLPE van IC1 is gekoppeld.

Stroom 12 die gelijk is aan stroom 10-11 vloeit naar het knooppunt van weerstand R2 en aansluitklem LN van IC2, waarbij de stroom door weerstand R2 is aangegeven met 13 en de stroom die in IC2 vloeit met 14. Indien weerstand R3 gelijk aan 0 is, is stroom 13 constant. Dit is zo, omdat dan parallel aan weerstand R2 in serie de eerste spanningsbron V1 en de ingangsspanning van de operationele versterker A1 staan, welke ingangsspanning op 0 wordt gehouden, omdat de operationele versterker Al in een terugkoppellus met transistor T2 en weerstand R2 is opgenomen. Is weerstand R3 niet gelijk aan 0, dan treedt daarover een spanningsval op die afhankelijk is van stroom 12, waardoor stroom 13 niet constant zal zijn, maar met stroom 12 zal variëren. In formulevorm kan dit als volgt worden uitgedrukt.

R3 . 14 + U1 = R2 . 13 (1) 12 = 13 + 14, (2) waarin 01 de spanning van de spanningsbron V1 is en waarbij 12 = 10 - 11 dat wil zeggen de lijnstroom min de voedingsstroom van UC1 is.

Wanneer formule (1) en (2) worden gecombineerd volgt daaruit voor de stromen 13 en 14: R3 U1 13 = 12 . ---------+--------- (3) R2 + R3 R2 + R3 R2 01 14 = 12 .------------------- (4) R2 + R3 R2 + R3

Als getallenvoorbeeld kan worden genomen 12 = 20 mA (waarbij 11 = 1 mA, R3 = 20 ohm, R2 = 500 ohm en 01 = 0,5 V. In dat geval js 13 = 1,7 mA en is 14 = 18,3 mA, wat inhoudt dat 91,4 % van stroom 12 door weerstand R3 vloeit. Bij 12 = 40 mA , geldt 14 = 37,5 mA, zodat 93,8 % van stroom 12 in weerstand R3 vloeit. Algemener gezegd neemt bij hogere lijnstroom 10 het stroomrendement toe. Theoritisch geldt dit ook voor afnemende weerstand R3. Wanneer R3 = 0 vloeit zoals eerder gezegd door weerstand R2 een constante stroom 13, die bij het gegeven getallenvoorbeeld 1 mA bedraagt.

De voorkeur hebbend is er naast spanningsbron V1 zoals in de tekening gestreeplijnd is aangegeven in de geïntegreerde schakeling IC2 nog voorzien in een tweede spanningsbron V2 die een constante spanning U2 verschaft die gelijk is aan de constante spanning U1 van eerste spanningsbron V1. Meer in het bijzonder is de tweede spanningsbron V2 opgenomen tussen de collector van transistor T1 en de andere ingang van operationele versterker A1 dan waarmee de eerste spanningsbron VI is verbonden. Zoals eerder gezegd is de gelijkspanning over de ingangsklemmen van de operationele versterker A1 nul, zodat in feite de spanningsbronnen V1 en V2 in serie zijn geschakeld, waarbij ze dan tegengesteld zijn gepoold, waardoor de nettospanning van deze serie-schakeling 0 volt zal zijn, omdat de spanningen U1 en ü2 gelijk aan elkaar zijn. Verwijzend naar vergelijking (3) en (4) zal worden ingezien dat bij toepassing ven een dergelijke tweede spanningsbron V2 de gelijk aan elkaar zijnde constante termen [d.w.z. U1/(R2 + R3)] uit deze formules wegvalt. Bovendien wordt ongewenste verdeling van de stroom tengevolge van variaties in spanning 01 gecompenseerd door gelijk gerichte variaties in spanning 02, waarbij te denken valt aan variaties ten ge volge van temperatuurveranderingen. Deze compensatie wordt gerealiseerd omdat beide spanningsbronnen V1 en V2 in dezelfde geïntegreerde schakeling zijn gevormd.

Stroom 13 kan betrekkelijk laag worden gekozen, maar moet voldoende zijn om de interne instelstroom (bij benadering 0,5 mA) voor IC1 te kunnen leveren. Wanneer de impedantie tussen klemmen LN en VEE van IC1 oneindig is, is er geen wisselstroomsignaal op klem DN. Is echter de genoemde EMC-condensator nodig dan is dit niet meer het geval en blijkt 13 ongeveer 2 mA te moeten zijn voor maximaal lijnsignaal en maximale signaalfrequentie. Bij een minimale stroom 12 van 14 mA blijft 12 mA over voor stroom 14, hetgeen een aanzienlijke verbetering is met betrekking tot de eerder genoemde 4 mA in de bekende voedingschakeling.

Nu het gelijkstroomgedrag van de voorgestelde voedings-schakeling is beschreven, komt thans het wisselstroomgedrag aan de beurt. Wanneer R3 = 0, loopt er door weerstand R2 de constant gelijkstroom 13 en zal er geen wisselstroom door transistor T1 vloeien, maar zal alle wisselstroom door transistor T2 vloeien; met andere woorden neemt transistor T2 de modulatiefrequentie van transistor T1 over.

Wanneer R3 ψ 0 geld,: R2 . i3 = R3 . i4, (5) wat inhoudt dat in overeenstemming met het eerder gegeven getallenvoorbeeld slechts 4 % van de wisselstroom i2 door transistor T1 vloeit. Ook wanneer weerstand R3 ongelijk aan 0 is, maar veel kleiner dan weerstand R2 is, heeft transitor T2 in feite de modulatiefrequentie van transitor T1 overgenomen. De totale zendstroom i = i3 = i2 loopt door weerstand R1, terwijl stroom i3 door transistor T1 en weerstand R2 loopt, en stroom i4 door transistor T2, weerstand R3 en een condensator C1 die over uitgangsklemmen 01, 02 is gekoppeld.

Voor zendsignalen vertegenwoordigt de voedingsschakeling een lage impedantie tussen aansluitklemmen LN en SLPE van IC1. Voor ontvangsignalen is de zendeindtrap OS van IC1 inclusief de voeding?;- schakeling betrekkelijk hoogohmig, omdat de spanning op aansluitklem SPLE niet of nagenoeg niet wordt gemoduleerd. De impedantie tussen aansluitklemmen LN en VEE van IC1 wordt nagenoeg alleen door weerstand RO gevormd.

Ervan uitgaande dat weerstand R3 in de voorgestelde voedingsschakeling is opgenomen, kan, indien de maximale uitgangsstroom van de voedingsschakeling lager dan een bepaalde waarde is gespecificeerd de ingangsstroom 14 worden begrensd door aan weerstand R2 een electronische zener parallel te schakelen, die de maximale spanningsval tussen aansluitklemmen N en IF van IC2 begrenst. Voor de zenerspanning geldt dat deze gelijk is aan de som van spanning U1 van de eerste spanningsbron V1 en de maximaal toelaatbare spanningsval over weerstand R3, dat wil zeggen het product tussen maximale stroom 14 en weerstand R3. Wordt de zenerspanning bereikt, dan zal een deel van de beschikbare stroom 14 door de zener vloeien.

In de tekening is de genoemde electronische zener gestreeplijnd aangegeven, waarbij weerstand R2 bestaat uit de serie-schakeling van de deelweerstanden R2a en R2b. Een derde transistor T3 (die een paralelschakeling van meerdere afzonderlijke transistoren kan zijn) is met de bais als stuurelectrode gekoppeld met het knooppunt van de deelweerstanden R2a en R2b en met de collector en emitter als hoofd-electroden respectievelijk met de vrije einden van de deelweerstanden R2a en R2b, oftewel respectievelijk met de tweede aansluiting L2 en de klem LN van IC1. Is de weerstand R3 niet aanwezig dan is deze oplossing niet mogelijk, omdat dan de stroom door weerstand R2 constant is en niet gerelateerd aan stroom 14.

In de tekening is verder een zogenaamde wipschakeling getoond, die nodig is om vervorming te voorkomen wanneer het lijnsignaal beneden de spanning over de uitgangsklemmen 01, 02 kan komen en een schakelversterker A2 en een vierde transistor T4 omvat. In dat geval is de directe koppeling tussen operationele versterker A1 en de basis van transistor T2 onderbroken en is de uitgang van operationele versterker A1 gekoppeld met een ingang van versterker A2, terwijl de basis van transistor T2 is gekoppeld met één van de uitgangen van versterker A2. De emitter als eerste hoofdelectrode van vierde transistor T4, is gekoppeld met de emitter van transistor T2, terwijl de basis als stuurelectrode van vierde transistor T4 is gekoppeld met een tweede uitgang van versterker A2 en de collector als tweede hoofdelectrode van vierde transistor T4 is gekoppeld met aansluitklem VN van IC2. Versterker A2 werkt nu zodanig , dat wanneer de spanning op aansluiting L2 lager dan op uitgangsklem 02 wordt vierde transistor T4 in de geleiding en tweede transistor T2 in de blokkering komt, waardoor de stroom vanaf aansluitklem VN en derhalve door weerstand R1 wordt afgevoerd. De transistoren T2 en T4 worden zodanig gestuurd dat de som van de stromen door deze transistoren constant is, en zorgt condensator C1 voor spanningscontinu-iteit tussen aansluitklemmen 01 en 02.

Tenslotte begrenst een spanningsstabilisator, zoals een zenerdiode DZ, de uitgangsspanning van de voedingsschakeling is bijvoorbeeld gelegen in een gebied tussen 3 V to 6 V.

De onderhavige uitvinding voorziet niet alleen in een nieuw electronisch telefoontoestel, maar eveneens in nieuwe geïntegreerde schakelingen, waarin net zoals in de bekende de transistor T2, de eerste spanningsbron V1 en de operationele versterker A1 zijn opgenomen, maar waarin derde weerstand R3 ontbreekt en verder de tweede spanningsbron V2 kan zijn opgenomen of waarin transistor T2, spanningsbronnen V1 en V2 en operationele verterker A1 te zamen met de derde weerstand R3 zijn opgenomen. Bij toepassing van een geintegreede schakeling zonder derde weerstand R3 kan deze toch in de voedingsschakeling maar buiten IC2 zijn opgenomen, waardoor de mogelijkheid wordt geschapen om deze geïntegreerde schakeling te gebruiken met een transmissie-schakeling IC1 zonder aansluitklem SLPE. Aansluitklem VN van IC2 wordt dan verbonden met aansluitklem VEE van IC1, waarbij het dan noodzakelijk is een condensator over tweede weerstand R2 te verbinden. In dit geval geschiedt het moduleren voor het zenden weer via transistor T1, maar het voordeel is dat de nieuwe geïntegreerde schakeling met bekende transmissieschakelingen kan worden toegepast.

Claims (9)

1. Electronisch telefoontoestel dat is voorzien van een eerste en tweede aansluiting voor een telefoonlijn, van een transmissie-schakeling die in haar zenduitgangstrap een eerste transistor heeft, waarvan een eerste hoofdelectrode door middel van een eerste weerstand met de eerste aansluiting en de tweede hoofdelectrode met de tweede aansluiting zijn gekoppeld en van een voedingsschakeling voor randschakelingen, welke voedingsschakeling een eerste uitgangsklem heeft, die is gekoppeld met de eerste hoofdelectrode van de eerste transistor, en is voorzien van een tweede transistor, waarvan een eerste hoofdelectrode met de tweede aansluiting en de tweede hoofdelectrode met de tweede uitgangsklem van de voedingsschakeling zijn gekoppeld, van een operationele versterker, waarvan de uitgang met de stuurelectrode van de tweede transistor is gekoppeld, en van een eerste spanningsbron die tussen de eerste hoofdelectrode van de tweede transistor en een eerste ingang van de Operationele versterker is gekoppeld, met het kenmerk, dat de tweede hoofdelectrode van de eerste transistor met de tweede ingang van de operationele versterker en door middel van een tweede weerstand met de tweede aansluiting is gekoppeld.

2. Electronisch telefoontoestel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tussen de tweede hoofdelectrode van de eerste transistor en de tweede ingang van de operationele versterker een tweede spanningsbron is opgenomen, die dezelfde spanning als de eerstgenoemde spanningsbron afgeeft en waarbij de spanningsbronnen met dezelfde polariteitsklem met de respectieve ingangen van de operationele versterker zijn verbonden.

3. Electronisch tefefoontoestel volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt, dat een derde weerstand tussen de eerste hoofdelectrode van de tweede transistor en de tweede aansluitklem is opgenomen

4. Electronisch telefoontoestel volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat een derde weerstand tussen de eerste hoofdelectrode van de tweede transistor en de tweede aansluiting is opgenomen.

5. Electronisch telefoontoestel volgens één der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de tweede weerstand bestaat uit de serieschakeling van twee deelweerstanden en dat de voedingschakeling verder ten minste één derde transistor omvat, waarvan de stuurelectrode met het knooppunt van de deelweerstanden en de hoofdelectroden respectievelijk met de vrije einden van de deelweerstanden zijn verbonden.

6. Electronisch telefoontoestel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de voedingsschakeling een schakelversterker en een vierde transistor omvat, waarbij de uitgang van de operationele versterker door middel van de schakelversterker met de stuurelectrode van de tweede transistor is verbonden en een eerste hoofdelectrode van de vierde transistor met de eerste hoofdelectrode van de tweede transistor is verbonden, de tweede hoofdelectrode van de vierde transistor met de eerste hoofdelectrode van de eerste transistor is verbonden en de stuurelectrode van de vierde transistor met een uitgang van schakelversterker is verbonden, die de tweede en vierde transistor afhankelijk van het verschil in spanningen op de tweede aansluiting en op de tweede uitgangsklem van de voedingsschakeling selectief aanstuurt.

7. Electronisch telefoontoestel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat op de uitgangsklemmen van de voedingsschakeling een spanningsstabilisator is aangesloten.

8. Geïntegreerde schakeling voor een electronisch telefoontoestel volgens een van de conclusies 1-4 met het kenmerk dat deze de tweede transistor, de eerste spanningsbron en de operationele versterker bevat.

9. Geïntegreerde schakeling voor een electronisch telefoontoestel volgens conclusie 2, waarin de tweede transistor, de eerste spanningsbronen, de operationele versterker zijn opgenomen met het kenmerk dat in de schakeling een tussen de eerste hoofdelectrode van de tweede transistor en de tweede aansluiting geschakelde derde weerstand en een tweede spanningsbron zijn opgenomen.