DE2313247A1

DE2313247A1 - Schaltungsanordnung fuer einen fernsprechapparat mit sprachgesteuerter freisprecheinrichtung

Info

Publication number: DE2313247A1
Application number: DE2313247A
Authority: DE
Inventors: Ed Bridenbaugh; John Moniak
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1972-03-21
Filing date: 1973-03-16
Publication date: 1973-10-04
Also published as: AU5349573A; US3725585A; JPS5082907A; BE797074A; NL7303906A; ES412880A1; GB1423577A; IT982567B; FR2177003A1; BR7301951D0; CA978480A

Description

Dipl.-Phys. Leo Thul

Stuttgart

J.Moniak-E.Bridenbaugh 1-1

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Schaltungsanordnung für einen Fernsprechapparat mit sprachgesteuerter Preisprecheinrichtung.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Fernsprechapparat mit sprachgesteuerter Freisprecheinrichtung.

Ein Fernsprechapparat mit einer Preisprecheinrichtung weist im Prinzip einen ein Mikrofon aufweisenden Sprechweg und einen einen Lautsprecher aufweisenden Hörweg auf« Derartige Fernsprechapparate werden heute und auch später weitläufig benutzt. Fernsprechapparate mit Freisprecheinrichtungen bringen jedoch gewisse typische Probleme mit sich, von denen das bedeutendste in der akustischen Rückkopplung besteht. Eine solche akustische Rückkopplung erfolgt dann, wenn das vom Lautsprecher abgestrahlte Signal wieder auf das Mikrofon trifft und von dort zum fernen Teilnehmer als Echo zurückgesendet wird.

Mehrere technische Lösungen, beispielsweise die Verwendung von sprachgesteuerten Einrichtungen, die mit steuerbaren Dämpfungsgliedern im Sprechweg und Hörweg arbeiten, sind untersucht worden, um die akustische Rückkopplung zu vermindern, wobei nur entweder der Sprechweg oder der Hörweg zu ein-und derselben

19.Febr.1973
Krü/Mr

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Zeit arbeitet. Mit den steuerbaren DämpfungaJ-iedern werden die Einfügungsdämpfungen im Sprechweg und Hörweg gegenläufig geändert. Ein besonderes Problem, wenn auch nicht das einzige, das mit sprachgesteuerten Einrichtungen verbunden ist, tritt.dann auf, wenn das geschaltete Dämpfungsglied in dem einen übertragungsweg den Teilnehmer daran hindert, in den Redefluß des anderen Teilnehmers einzubrechen« Die unerwünschten Echos können völlig mit derartigen sprachgesteuerten Einrichtungen verhindert werden, aber dazu ist eine Vierdrahtleitung erforderlich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die sprachgeäbsuerte Freisprecheinrichtung verbessert ist. Dabei soll ein schwingungsähnlicher Zustand der Freisprecheinrichtung, d.h., ein selbständiges Umschalten der übertragungsrichtung, vermieden werden. Ferner sollen die Hauptkomponenten der Schaltungsanordnung in integrierter Schaltungstechnik herstellbar sein. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung gekennzeichnet durch

a) dem Sprechweg und dem Hörweg zugeordnete Reihenschaltungen aus mehreren Verstärkern,

b) eine Vergleichsschaltung, der Signale vom Sprechweg und Hörweg zugeführt werden,

c) Schaltmittel, die auf eine vom Sprechweg oder Hörweg abgeleitete höhere Spitzenspannung ansprechen und einen einstellbaren Verstärker in demjenigen übertragungsweg₉ in dem die höhere Spitzenspannung auftritt, in den Verstärkungszustand und einen im anderen übertragungsweg liegenden einstellbaren Verstärker in den Dämpfungszustand steuern und

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d) Schaltmittel, die ein durch den einen einstellbaren Verstärker verstärktes Signal in Verbindung mit dem vor diesem Verstärker abgenommenen Signal der Vergleichsschaltung zum Vergleich mit den vom anderen übertragungsweg kommenden Signalen zuleiten.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles · näher erläutert. Es zeigen;

Fig.l eine vereinfachte Schaltungsanordnung für einen Fernsprechapparat mit einer sprachgesteuerten Freisprecheinrichtung gemäß der Erfindung und

Fig.2 eine ausführlieh dargestellte Schaltungsanordnung gemäß derjenigen nach Fig.l.

In Fig.l ist eine von der nicht gezeigten Vermittlungsstelle kommende Leitung 10 an die Primärwicklung eines Sprechübertragers 11 abgeschlossen. An das eine Ende der Sekundärwicklung des Sprechübertragers 11 ist der abgehende Sprechweg über eine Ader 12 angeschlossen, während mit dem anderen Ende dieser Sekundärwicklung der ankommende Hörweg über eine Ader 13 verbunden ist. Die Sekundärwicklung weist einen geerdeten Abgriff auf. Im abgehenden Sprechweg sind nacheinander ein Mikrofon 20, ein Vorverstärker 22, ein Dämpfungsglied 23» ein Verstärker 24 mit einstellbarer Verstärkung und ein Endverstärker 26 in Reihe geschaltet, wobei der Ausgang des Endverstärkers 26 mit der Ader 12 verbunden ist.

Im ankommenden Hörweg liegen der Reihe nach ein mit seinem Eingang an die Ader 13 angeschlossener Vorverstärker 32, ein Dämpfungsglied 33, ein Verstärker 34 mit einstellbarer Verstärkung, ein Endverstärker 36 und ein Lautsprecher 38 in Reihe. Eine geeignete Verstärkungsregelungsschaltung 40 ist

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mit dem Endverstärker 36 verbunden,

Die Signale des Sprechweges werden auch einem Verstärker zugeführt, während die Signale des Hörweges auch zu ehern Verstärker 53 gelangen. Durch die Verstärker und durch die ihnen zugeordneten Didodensehaltungen werden die Signale in Gleichstromsignale umgewandelt. Die Ausgänge der Verstärker 52, sind mit den Eingängen eines Comparators 60 verbunden, der die Augenblickswerte der Spitzenamplitude der Signale vom Sprechweg und vom Hörweg miteinander vergleicht. Abhängig von dem Signal mit der größeren Spitzenamplitude stellt der Comparator 60 die Verstärkung der Verstärker 24 und 34 so ein, daß der Verstärker des Weges mit der größeren Spifczenamplitude in den Ein-Zustand und der andere Verstärker in den Aus-Zustand gebracht werden. Die Einstellung der Verstärkung bzw. das Ein- und Ausschalten der Verstärker erfolgt über Adern 62, 63.

In Fig. 1 sind die Verstärker als Operationsverstärker gezeigt von denen es im Prinzip zwei Typen gibt. Die Verstärker 22, 26, 32, 52, 53 und 60 sind vom ersten Typ. Diese Verstärker sind allgemein verwendbare integrierte Schaltungen, und in der gezeigten Form sind sie als Doppelverstärker ausgebildet. Die zwei Verstärkerteile geben einen Verstärker ab, der in der Fig.l als einzelner Verstärker gezeigt ist. Für beide Verstärkerteile sind ein gemeinsames Vorspannungsnetzwerk und gemeinsame Speise-leitungen vorgesehen, doch sind sie beide in der Betriebsweise unabhängig voneinander. Für die Operationsverstärker können handelsübliche Typen, beispielsweise die Typen LM7O9 und LM741,benutzt werden, .

Für die Verstärker 24, 34 werden Operationsverstärker eines zweiten Typs benutzt. Dieser Typ wird durch einen allgemein

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verwendbaren, in integrierter Schaltung ausgeführten, torgesteuerten Breitbandverstärker gebildet. Er kann monolithisch aus Silizium in Epitaxie-Technik aufgebaut sein. Solche Verstärker sind ebenfalls handelsüblich. Beispielsweise kann die bekannte Type LM37O verwendet werden. Der Endverstärker 36 ist ebenso ein handelsüblicher Typ und in integrierter Schaltung aufgebaut. Er ist als standardisierter monolithischer Verstärker mit einem komplementären Emitterfolger für größere Leistungen eingestuft. Der Vorverstärker 22 kann so eingestellt werden, daß er eine Verstärkung von 4Odb hat. Die Verstärker 24 und 34 können auf einen Verstärkungswert von 2Odb und einen Dämpfungswert von -7Odb gesteuert werden. Der eine Verstärker ist dabei immer im Dämpfungszustand, während der andere sich im Verstärkungszustand befindet.

Der Vorverstärker 22 im Sprechweg möge so eingestellt sein, daß er das durch das Mikrofon erzeugte Signal um 4Odb verstärkt, während der Endverstärker 36 so eingestellt sein möge, daß er eine Verstärkung von 2Odb hat. Der Vorverstärker 32 im Hörweg möge so eingestellt sein, daß er eine Verstärkung von 8db hat. Die Verstärkung des Endverstärkers 36 möge für einen Eingangsbereich von 2Odb bis -lOdb geregelt sein.

Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet normalerweise bistabil und bleibt in dem Zustand, in den sie zuletzt geschaltet worden ist. Das Signal am Eingang T und das verstärkte Signal am Ausgang Tl des Verstärkers 24 im Sprechweg werden dem Verstärker 52 zugeführt. Solange die Summe dieser Signale größer als ein Hörsignal am Eingang R des Verstärkers 53 ist, so lange hält der Comparator 60 die Schaltzustände der Verstärker 52 und 53 aufrecht, so wie sie gerade sind. Wenn das Signal am Eingang R größer wird als das vom Eingang T und Ausgang Tl abgeleitete Summensignal , bewirkt der Comparator

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die Schaltzustandsänderungen der Verstärker 52 und 53 derart, daß der Verstärker 24 in den Dämpfungszustand und der Verstärker 34 in den Verstärkungszustand geschaltet werden. In diesem neuen Zustand wird das Summensignal vom Eingang R und vom Ausgang Rl des Verstärkers 34 mit dem Signal am Eingang T des Verstärkers 24 verglichen.

In Fig. 2 ist die Schaltungsanordnung nach Fig.l ausführlicher dargestellt, insbesondere was die Vorspannung der Verstärker betrifft. Die Dämpfungsglieder 23 und 33 sind als Reihenschaltungen aus einem Kondensator und einem Widerstand gezeigt. Jedes Dämpfungsglied hat einen Dämpfungswert von 2Odb.

Die Verstär^r 24, 34 sind Differenzverstärker,deren nicht invertierender Eingang A das Sprechsignal erhält und dessen invertierender Eingang B geerdet ist. Wenn der Comparator 60 über einen Verstärker 70 ein Steuersignal an die Einstelleingänge der Verstärker 24 und 34 sendet, so wird der eine Verstärker in den Verstärkungszustand und der andere Verstärker in den Dämpfungszustand geschaltet. Wenn beispielsweise der Sprechweg durchgeschaltet worden ist, so tritt am Ausang Tl des Verstärkers 24 das verstärkte Sprechsignal auf. Das Signal am Eingang T des Verstärkers 24 gelangt auch über die Ader 72 zum Verstärker 52. Das Signal am Ausgang Tl des Verstärkers wird auch über eine Ader 74 einem anderen Eingang des Verstärkers 52 zugeführt. Am Ausgang des Verstärkers 52 tritt ein Gleichstromsignal' auf, welches über eine Ader 76 zum Comparator 60 gelangt. Das Signal am Eingang R des Verstärkers 34 wird über eine Ader 83 dem Verstärker 53 zugeführt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 53 wird gleichgerichtet, geglättet^ und dann übei? eine Ader 85 im anderen Eingang des Comparators 60 zugeführt. Die momentanen Spitzenwerte der Gleichstromamplituden werden miteinander verglichen. Wenn die Amplitude des Signals R im Hörweg .größer als die Summe der

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Amplituden der Signale T und Tl im Sprechweg ist, dann wird der Schaltzustand des Fernsprechapparates von Sprechen auf Hören mittels der beiden Verstärker 24, 34 umgeschaltet.

Wie schon erwähnt wurde, ist in Fig.4 ein Verstärker 70
gezeigt, der das Aus gangs signal des !Comparators 6o erhält, und der für digitale Zustände an seinem Ausgang sorgt.
Solche Verstärker sind bekannt.

Ferner weist die Schaltungsanordnung in Fig.2 eine Signallampe 86 auf, die über einen Transistor 88 gesteuert wird. Dieser Transistor wird vom Verstärker 70 gesteuert. In dem einen Schaltzustand des Fernsprechapparats ist die Lampe eingeschaltet, während sie im anderen Schaltzustand des
Fernsprechapparates ausgeschaltet ist. Der Teilnehmer kann somit erkennen, welchen Schaltzustand der Fernsprechapparat gerade hat.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Endverstärker 26, 36 verschiedene Betriebsspannungen benötigen. Die Betriebspotentiale +V₁(+6V) und -V.(-6V) werden konstant gehalten und grundsätzlich im Fernsprechapparat verwendet, während die Betriebspotentiale +V₂( + 12 bis+24V) und -V₂(-12 bis -24V) nicht geregelt zu sein brauchen und für die Stromversorgung der Verstärker 26, 36 benutzt werden.

Die Notwendigkeit einer Verstärkungsregelungsschaltung 40, die in Fig.3 gezeigt ist, geht aus folgendem hervor:

Ein ankommendes Hörsignal möge dem Endverstärker 36 im Hörweg zugeführt werden. Der Endverstärker 36 weist einen üblichen Operationsverstärker auf, der eine mit komplementären Transistoren ausgestattete Emitterfolger-Leistungsstife steuert. Die Leistungsstufe ist im Gebrauch extrem flexibel und verbraucht nur einen sehr geringen Ruhestrom, Bei einer Laut-

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— ο —

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sprecherlast von 30 ιΠ» beträgt der Ruhestrom nur +1,7mA und -1,7mA. Der Endverstärker '36 läßt auch die Verwendung getrennter Stromversorgungen für den Operationsverstärker und die Emitterfolger-Leistungsstufe zu. Durch die Betriebsweise mit der getrennten Stromversorgung der Lei£ungsstufen und der übrigen Operationsverstärker wird verhindert, daß die großen Signalströme in den Leistungsstufen eine Rückwirkung auf die spannungsempfindlichen Teile des Fernsprechapparates haben.

Die Schwankungen der Betriebsspannung Vp können beträchtlich sein, weil die Spitzenbelastung an dem Lautsprecher mit einem Innenwiderstand von 30ißi etwa 45W.beträgt. Ohne die in Figur dargestellte Verstärkungsregelungsschaltung 40 würde die Spannungsverstärkung der Leistungsstufe etwa 20db betragen. Die Verstarkungsregelungssehaltung 40 benutzt diese Verstärkungsreserve, um ein verhältnismässig konstantes Sprechvolumen unabhängig von der Größe des empfangenen Signals aufrecht zu erhalten, wobei das Sprechvolumen von der Einstellung der Volumensteuerspannung an einem Potentiometer 92 abhängig ist.

Im folgenden wird noch auf weitere Vorteile hingewiesen, die sich auf die unterschiedliche Weise beziehen, in der der Schwellwert für das Einbrechen in das Gespräch für jeden übertragungsweg unabhängig vom anderen übertragungsweg eingestellt werden kann.

In Fig.2 werden hauptsächlich mit den Widerständen 200 _s 201 die Schwellwerte für das Einbrechen in das Gespräch eingestellt. Wenn beispielsweise der Wert des Widerstandes 200.verringert wird, kann schon mit geringeren Sprechspannungen am Ausgang des Mikrofons 20 der Hörweg (Verstärker 24) gesperrt werden. Im gleichen Maß wie der Widerstand 201 verändert wird, ergeben sich auch entsprechende Änderungen des Schwellwerts für den Sprechweg (Verstärker 36),

Die Kondensatoren 150 und 152 haben einen geringeren Einfluß auf diese Schwellwerte und können unabhängig voneinander

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in gewünschter Weise bemessen werden, um den betreffenden Schwellwert für den Sprechweg bzw. HÖrweg zu erhöhen oder zu verringern. Die Widerstände l60, 162 und der Kondensator 166 bilden eine Zweiwegverzögerungsschaltung. Unterschiedliche Werte dieser Widerstände ziehen unterschiedliche Verzögerungszeiten des Steuersignals am Eingang des Verstärkers 70 nach sich. Diese Widerstände verzögern unterschiedlich gerichtete Signale, so daß die Fähigkeit zum Einbrechen

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in^; das Gespräch für jede übertragungsrichtung^trennt geändert werden kann.

Claims

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Patentansprüche

fl.y Schaltungsanordnung für einen Fernsprechapparat mit sprachgesteuerter Freisprecheinrichtung, gekennzeichnet durch

a) dem Sprechweg und dem Hörweg zugeordnete Reihenschaltungen aus mehreren Verstärkern (22, 24, 26; 32, 34, 36),

b) eine Vergleichsschaltung (60), der Signale vom Sprechweg und Hörweg zugeführt werden,

c) Schitmittel (I60, 162, I66, 70, 62, 63), die auf eine vom Sprech- oder Hörweg abgeleitete höhere Spitzenspannung ansprechen und einen einstellbaren. Verstärker (24; 34) in demjenigen übertragungsweg, in dem die höhere Spitzenspannung auftritt, in den Verstärkungszustand und einen im anderen übertragungsweg liegenden einstellbaren Verstärker (34; 24) in den .Därapfungszustand steuern und

d) vom Sprechweg bzw, Hörweg beeinflußbare Schaltmittel (52, 53), die ein durch den einen einstellbaren Verstärker verstärktes Signal in Verbindung mit dem vor diesem Verstärker abgenommenen Signal der Vergleichsschaltung zum Vergleich mit den vom anderen übertragungsweg kommenden Signalen zuleiten,

2, Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Verstärker (24) im Sprechweg mittels einer einstellbaren Vorspannung in den Verstärkungszustand gesteuert ist, wenn weder im Sprechweg noch im Hörweg Signale auftreten.

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3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den mit dem Sprechweg und Hörweg verbundenen Steuerwegen Schaltmittel angeordnet sind, die den Sprech- und Hörweg in denjenigen Zuständen halten, die sie nach dem Wegfall der Signale in beiden Wegen eingenommen haben.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den mit dem Sprechweg und Hörweg verbundenen Steuerwegen unabhängig voneinander arbeitende Schaltmittel angeordnet sind, die eine Hysterese beim Umschalten der Sprechrichtung veranlassen.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker durch integrierte Operationsverstärker gebildet sind.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstufe (36) des Hörweges als Leistungsverstärker ausgebildet ist, der mit einer Regelschaltung (40)zur Konstanthaltung des Lautsprechersignals versehen ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Hörweg, vom Mikrofon (20) ausgehend, ein mit dem Mikrofon verbundener Vorverstärker (22), ein

Dämpfungsglied (23), ein erster Verstärker (24) mit einstellein
barer Verstärkung und mit seinem Ausgang an das eine Ende der Sekundärwicklung eines Sprechübertragers (11) angeschlossener Endverstärker (26) in Reihe liegen, daß, von dem anderen Sekundärwicklungsende ausgehend, ein mit seinem Eingang an dieses Sekundärwicklungsende angeschlossener Vorverstärker (32), ein Dämpfungsglied (33), ein zweiter Verstärker (34) mit einstellbarer Verstärkung, ein Endverstärker (36) und ein Lautsprecher (38) in Reihe liegen, daß ein Abgriff der

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Sekundärwicklung geerdet ist und die Primärwicklung des Sprechübertragers mit der Pernsprechleitung (10) verbunden ist, daß der Eingang und der Ausgang des ersten bzw. zweiten Verstärkers (24, 34) über je einen Widerstand (200, 201) mit dem Eingang einer ersten bzw. zweiten Gleichrichterschaltung verbunden ist, die jeweils einen Verstärker (52, 53)» einen Gleichrichter und einen Ladekondensator.(150, 152) umfaßt., und daß die Ausgänge der beiden Gleichrichterschaltungen an die Eingänge eines comparators (60) angeschlossen sind, dessen Ausgang mit den Verstärkungssteuereingängen (62, 63) des ersten und zweiten Verstärkers ver-* bunden ist.

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