NO130528B - - Google Patents

Description

Sentralbatteri drevet telefonapparat med antisidetone kopling.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på et sentralbatteridrevet, antisidetone telefonapparat som især utmerker seg ved føl-gende to egenskaper:

1. Apparatets spenningsforsterkning ved sending

hvor EM er indusert spenning (tomgangs-spenning) i mikrofonen og UL spenningen over linjebelastningen tiltar eller holder

seg konstant når matningsstrømmen I som følge av økende linjelengde avtar fra en maksimumsverdi I, ved O linje til en mi-nimumsverdi I, ved største i praksis forekommende linjelengde.

Som kjent vil ved de nå alminnelig

brukte telefonapparater med kullmikrofon avgitt effekt fra apparat til linje avta med økende linjelengde, idet økningen i linjens likestrømmotstand reduserer mikrofonens matestrøm og dermed dens følsomhet. Dette såkalte matningstap er i praksis meget uheldig.

2. Telefonapparatets impedans ZA målt

over apparatklemmene ved avløftet mikrofon (talestilling) vil, når matningsstrøm-men varierer som nevnt under punkt 1) holde seg i det vesentlige konstant og lik 600 Q.

Oppfinnelsen skal for øvrig forklares nærmere i tilknytning til figur 1 til 6.

På fig. 1 er A en antisidetonekobling

av i og for seg kjent konstruksjon med to linjeklemmer L, og L2. Mikrofonen M forutsettes å være av elektromagnetisk eller elektrodynamisk type. Da denne mikrofon-

type har relativt lav følsomhet sammen-lignet med kullmikrofonen, er en mikrofonforsterker F påkrevet. F forutsettes å være en transistorforsterker hvis driftslikespenning er matningsstrømmens spenningsfall over en motstand i apparatet f. eks. balansemotstanden eller en del av denne. Fig. 2 viser mere detaljert en ut-førelse hvor antisidetonekoblingen er en såkalt balansert brokobling.

De to egenskapene som ble nevnt inn-ledningsvis (punkt 1 og 2) kan ifølge oppfinnelsen realiseres ved at det mellom antisidetonekoblingen A og inngangen til forsterkeren F innskytes et tilbakekoblingsnettverk N. Dette nettverket er knyttet til antisidetonekoblingen i de tre koblingspunktene 1, 2 og 3 på fig. 1 og 2 og til forsterkeren i koblingspunktene 4 og 5 på samme figurer. Nettverket N bevirker at det til mikrofonspenningen EM adderes en spenning av formen

der C,, C2 og C;) er konstanter for en gitt matningsstrøm og i,, i2 og i., er antisidetonekoblingens tre uavhengige maske-strømmer.

Nettverket N forutsettes så lavohmig at man ved beregning av de vekselspennin-ger som opptrer i nettverket kan regne som om strømmene i,, i2 og i3 skrev seg fra konstant-strøm generatorer samt at man kan regne klemmene 4 og 5 for praktisk talt ubelastet. N bør, for å kunne anvendes i et kommersielt telefonapparat, være bygd opp av et fåtall og billige komponen-ter og forutsettes å bestå av ohmske motstander (eksempelvis kullmotstander) og minst 1 varistor med ikkelineær strøm-spenningskarakteristikk. Som kjent vil varistorens dynamiske motstand (veksel-strømmotstand ved små signaler) avta med økende likestrøm gjennom varistoren. Da det er forutsetningen at N passeres av matningsstrømmen, blir følgelig Cu C2 og C3 og dermed også spenningsforsterkningen a og apparatimpedansen ZA funksjoner av matningsstrømmen. På fig. 3 a—f er vist eksempler på en del tilbakekoblingsnettverk.

Hva spenningsforsterkningen angår er det lett å vise at man for den balanserte brokoblingen på fig. 2 får følgende uttrykk:

som gjelder under forutsetning av at be-, tingelsen for O sidetone er oppfylt. Her er ra den delen av balansemotstanden hvor-fra man tar ut driftslikespenningen til forsterkeren,

u, og u2 er definert som

der N, er vinningstallet for linjeviklingen, N2 for balanseviklingen og N3 for den 3dje vikling i brokoblingens gaffeltransforma-tor. Betydningen av impedansen Zf frem-går av fig. 4a der den virkelige gaffeltransformatoren er erstattet med en ideell

transformator og en parallellsvingekrets hvor L er induktiviteten og C kapasiteten målt over viklingen med vinningstall Nr RT er en motstand som representerer trans-formatortapene. Ved frekvenser midt i talespektret hvor parallellkretsen er i nær-heten av resonans gjør man ingen stor feil ved å identifisere Zf med forsterkerens utgangsimpedans R( som i det vesentlige er en rent ohmsk motstand og vokser med avtagende matnings- og kollektor strøm. Det samme vil være tilfelle med transfer-impedansen ZT av forsterker og mikrofon, definert på fig. 4b.

I det tilfelle det ikke anvendes noen tilbakekobling, dvs. at koblingspunktene 1, 2, 3, 4 og 5 faller sammen, vil C, = C2 = C., = O og uttrykket for forsterkningen for-enkles til:

Da, som nevnt, ZT vokser med avtagende matningsstrøm, vil a0 avta og appa-ratkoblingen får dermed i likhet med ap-parater med kullkornmikrofon et visst matningstap. Formel (3) viser imidlertid at det er mulig å influere på a ved valg av en passende tilbakekobling. Den enk-lest mulige formen for nettverket N er, som vist på fig. 3a, en enkelt motstand R, og man får i dette tilfelle C, = C2 = R og C., = — R. Ønsker man ved en viss mat-ningsstrøm å korrigere forsterkningen fra a() til a, må R ifølge formel (3) og (6) velges i henhold til formelen:

og skal a holde seg konstant eller vokse må R, når I avtar fra I2 til Ilt stige fra et

visst minimum ved I = I2 til et visst mak-simum Rm.lx ved 1 = 1,.

Brøken:

som er lik 1 for I = I, og avtar med vok-sende I og som spiller en viktig rolle som utgangspunkt ved en eventuell dimensjone-ring av tilbakekoblingsnettverket, er ifølge (7) og (8) identisk med forholdet

og således meget lett å måle direkte, idet man for R benytter en variabel motstand f. eks. en dekademotstand som innstilles slik at a antar den ønskede verdi ved ved-kommende verdi av matningsstrømmen. På fig. 5 er som eksempel gjengitt en skare kurver for b (tegnet streket) i avhengighet av en parameter p som influerer på forsterkningen av F ved større matnings-strømmer. Kurvene på fig. 5 svarer til en entrins felles emitterkoblet forsterker F hvor man med en motstand i serie med mikrofonen kan regulere forsterkningen. Nevnte motstand representerer i dette tilfelle parameteren p. b vil vokse ved avtagende forsterkning idet a0 avtar.

Det er selvsagt også i praksis mulig å utstyre telefonapparatet med en manu-elt innstillbar tilbakekoblingsmotstand R som av installatøren reguleres til sin rette verdi i avhengighet av matningsstrøm og linjelengde. Det ville imidlertid bety en ve-sentlig forenkling om tilbakekoblingen automatisk antok den verdien som var ønskelig ved en gitt matningsstrøm. Et skritt i denne retning ville det være om man for R innførte en varistor, hvis dynamiske motstand avtok med økende mat-ningsstrøm, kfr. fig. 3b. I praksis kan det imidlertid være vanskelig å finne en varistor hvis dynamiske motstand har nettopp den ønskede størrelse selv om den i og for seg varierer på ønsket måte med mat-ningsstrømmen. Det er derfor fordelaktig å gjøre tilbakekoblingsnettverket mere fleksibelt ved å koble en spenningsdeler (ra, r4) i parallell med varistoren som vist på fig. 3c. Man kobler da tilbake en fast brøkdel: av den vekselspenningen som ligger over varistoren. Det er videre fordelaktig å inn-føre ytterligere en spenningsdeler (r, r2) i parallell med varistoren og knytte høre-telefon-grenen fig. 2 til midtpunktet av denne spenningsdeleren. Ved å gi delings-forholdet:

en passende størrelse kan man da oppnå at apparatimpedansen som funksjon av matningsstrømmen I holder seg i det vesentlige konstant og lik 600 Q i området Ij til I2. Man kommer derved over til nettverket fig. 3d som en eventuelt kan gene-

ralisere til det på fig. 3e eller fig. 3f. I de to siste tilfelle tas den tilbakekoblede spenning ut fra en bro og da brogrenene r(. og eventuelt rs er funksjoner av matestrøm-men innser en umiddelbart at tilbakekoblingen vil kunne være positiv ved lav mat-ningsstrøm og negativ ved høy verdi av I. Den relative økning i a med økende linjelengde kan derved gjøres meget stor.

Hva spesielt tilbakekoblingsverket på fig. 3d angår blir i dette tilfelle: hvor m og n er definert tidligere og hvor

Her betegner r,, varistorens dynamiske motstand. Så lenge I ligger under en viss grense, vil rfi være meget stor og r praktisk talt lik 1. Ellers er r en funksjon av I, mens Rs er konstant. En skare typiske kurver for r som funksjon av I med R„ som parameter er gjengitt (helt opptrukket) på fig. 5.

Parametrene n, Rs og den tidligere nevnte parameter P som regulerer forsterkningen av F skal bestemmes slik at forsterkningen a blir en ønsket funksjon av I i intervallet I,^I^I2. Av (3) (6), (11), (12) og (13) følger:

Høyre side er ifølge (7) identisk med den tidligere omtalte motstand R og altså lett å måle direkte. Vi forutsetter forøvrig (r(I,) = 1 og får da av (8) og (16):

Dette vil si at Rs og p må velges slik at de tilhørende r og b-kurvene faller sammen. Når Rs og p er bestemt på denne måten følger n umiddelbart av likning (16).

Det gjenstår å bestemme forholdet m definert ved (10). Siden betingelsen for O sidetone er forutsatt oppfylt, vil tilbakekoblingen ikke influere på strømmen i høretelefongrenen ved mottaking. Derimot vil tilbakekoblingen i høy grad påvirke apparatimpedansen. Uten tilbakekobling vil denne ved kort linje og høy matnings-

strøm kunne være ca. 600 Q, men da de tidligere omtalte størrelser Zt og Zf vokser med avtagende matningsstrøm vil også apparatimpedansen kunne stige til 2—3

ganger verdien ved kort linje. Det er der-

for ønskelig at tilbakekoblingens reduser-

ende innflytelse på apparatimpedansen vokser med avtagende matningsstrøm, noe en ifølge oppfinnelsen automatisk oppnår takket være varistoren i tilbakekoblingsnettverket N. Det gjelder imidlertid også

at den tilbakekoblede spenning har en slik størrelse at riktig apparatimpedans oppnås i intervallet I^If^Ig- Dette kan oppnås ved passende valg av m. Som kjent vil positiv strømtilbakekobling i en forsterker ytre seg som en reduksjon i forsterkerens utgangsimpedans mens negativ tilbakekob-

ling vil ha motsatt virkning.

Innfører man i uttrykket (2) for den tilbakekoblede spenningen Et uttrykkene (11), (12) og (13) for Cp C2, og C3 får en:

hvor de to første leddene representerer po-

sitiv tilbakekobling og de to siste negativ.

Ved passende valg av m er det følgelig mu-

lig å gi funksjonen Za<=> Zu (I) det til-nærmet konstante forløp en ønsker i intervallet I^I^^- Problemet i forbindelse med riktig valg av m kan studeres mere inngående i forbindelse med et uttrykk for ZA hvori også m inngår. Da dette uttryk-

ket er relativt komplisert, skal det ikke gjengis her. I praksis vil det også i al-mindelighet være mest fordelaktig å fast-

legge m eksperimentelt, idet man for spenningsdeleren (r, r2) kobler inn et potensio-

meter.

På fig. 6 er antydet i hvilken grad man

kan påvirke forløpet av spenningsforsterk-

ningen a og apparatimpedansen Z,v for en telefonapparatkobling som antydet på fig. 2 med entrins felles emitterkoblet transistorforsterker og med tilbakekoblingsnettverk som på fig. 3d.

Claims (4)

1. Sentralbatteridrevet telefonapparat med antisidetonekopling og med elektromagnetisk eller elektrodynamisk mikrofon og tilhørende transistor mikrofonforsterker hvis driftslikespenning er matningsstrøm-mens spenningsfall over en fast motstand i apparatet f. eks. balansemotstanden, ka rakterisert ved at det mellom antisidetonekoblingen (A) og mikrofonforsterkerens (F) inngang er koblet et lavohmig tilbake-koplingsnettverk (M) som er bygd opp av ohmske motstander og minst en varistor med ikkelineær strøm-spenningskarakteri-stikk, som passeres av matningsstrømmen og som til nevnte forsterkers inngang over-fører en spenning som adderes til den in-duserte spenning i mikrofonen og har formen Cji, + C2i2<+><C>3i3 der ip i% og i3 er antisidetonekoblingens tre uavhengige maskestrømmer og Cp C2 og C3 er slike funksjoner av matningsstrømmen at nevnte forsterkers tilbakekobling er positiv ved lav matningsstrøm, avtar med økende mat-ningsstrøm og eventuelt går over til negativ ved tilstrekkelig høy matningsstrøm.

2. Telefonapparat i henhold til påstand 1, hvor antisidetonekoblingen er en såkalt balansert brokobling med høretele-fonen i midtgrenen og mikrofonforsterke-ren i tverrgrenen innskutt i serie med balansemotstanden eller en del av denne, karakterisert ved at det i påstand 1 nevnte lavohmige tilbakekoblingsnettverk består av tre parallellkoblede spenningsdelere (ru r2), (r3, r4) og (r5, r(.) som er innskutt mellom balansemotstand og linje slik at r2, r , og rG er knyttet til balansemotstanden og slik at høretelefongrenen er knyttet til midtpunktet av (rp r2), at forsterkerens ene inngangsklemme er knyttet til midtpunktet av (r3, r4) og forsterkerens annen inngangsklemme via mikrofonen til midtpunktet av (r5, r6) og hvor rfi er en varistor, r3 en varistor eller fast motstand, mens rv r„ r5 og r4 er faste motstander.

3. Telefonapparatkobling i henhold til påstand 1 og 2 men hvor r3 er O og r3 er en fast motstand, karakterisert ved at størrelsene er valgt i overensstemmelse med formelen der r0 er den matestrømavhengige dynamiske motstanden av den i påstand 2 nevnte varistor, RL impedansen av linjebelastningen, Nt vinningstallet av linjeviklingen, N2 vinningstallet av balanseviklingen, N3 vinningstallet av den tredje viklingen i gaffeltransformatoren, a den ønskede spenningsforsterkning av telefon-apparatkoblingen, som skal være konstant eller avtagende ved økende matningsstrøm, og a0 er samme forsterkning uten tilbakekobling.

4. Telefonapparatkobling i henhold til påstand 3, karakterisert ved at forholdet er slik valgt at apparatimpedansen i det vesentlige er konstant ved varierende mat-ningsstrøm i det i praksis forekommende variasjonsområde for matningsstrømmen.