DE3118841C2

DE3118841C2 - Schaltung zur geregelten Zuführung eines Stroms an eine Last

Info

Publication number: DE3118841C2
Application number: DE3118841A
Authority: DE
Inventors: Russell Jay Apfel
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1981-05-12
Publication date: 1994-12-08
Anticipated expiration: 2001-05-13
Also published as: FR2485295B1; GB2081042A; FR2485295A1; GB2100949A; GB2100949B; GB2081042B; JPS5731220A; JPH0147933B2; NL8102962A; DE3118841A1; US4359609A

Description

Eine Schaltung zur geregelten Zuführung eines Stroms an eine Last mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist aus der US-Patentschrift 38 70 896 bekannt.

Insbesondere in Telefonsystemen erfordern Übertragungskanäle oft eine genaue Impedanzeinstellung. Bei einem Übertragungskreis ist dabei eine Signalquelle vorhanden, die ein Spannungssignal erzeugt, das über die Impedanz der Signalquelle einer Ausgangsklemme zugeführt wird. Diese Klemme ist mit einem Empfangskreis verbunden, dessen eigene Impedanz als Last für den zuerst genannten Stromkreis dient. Ist das Übertragungssystem ein Duplexsystem, bei dem die Signale ebenfalls vom zweiten zum ersten Kreis übertragen werden und die Rollen der beiden Stromkreise somit vertauscht werden, so ist die Last mit einer zweiten Signalquelle verbunden. In diesem Fall wirkt die Impedanz des ersten Kreises als Quellenimpedanz während der Signalübertragung des ersten Kreises an den zweiten Kreis und als Last beim Empfang des Signals von dem zweiten Kreis.

Bei derartigen Stromkreisen müssen verschiedene Anforderungen bezüglich der Impedanz des Kreises berücksichtigt werden. Dabei kann es erforderlich sein, die Impedanz sehr genau zu steuern, wobei diese bei verschiedenen Signalfrequenzen unterschiedlich sein kann. Ferner kann es notwendig sein, eine komplexe Impedanz mit kapazitiven und induktiven Eigenschaften vorzusehen. Bei der Auslegung solcher Stromkreise ist es ferner erwünscht, integrierte Schaltkreise mit einem Minimum von Schaltelementen vorzusehen, um eine kompakte Bauweise sowie eine gute Zuverlässigkeit zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur geregelten Zuführung eines Stroms an eine Last anzugeben, die eine einfache und genaue Impredanzsteuerung gestattet und sich für integrierte Schaltungstechnik eignet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Die Impedanzsteuerung erfolgt danach mittels einer vorgebbaren Impedanz. Diese kann als Bauelement an die übrige Schaltung angeschlossen werden, deren Komponenten in einer integrierten Schaltung zusammengefaßt sein können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Prinzips der hier beschriebenen Schaltung anhand eines aus zwei Schaltungsteilen aufgebauten Signalübertragungssystems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltung mit stromgesteuerter Rückkopplungsschleife, an die ein Impedanzelement angeschlossen ist,

Fig. 3 eine Ausführung der Schaltung als Differentialkreis mit zwei stromgesteuerten Rückkopplungsschleifen,

Fig. 4 einen der Fig. 3 ähnlichen Differentialkreis mit in Serie liegenden Begrenzungswiderständen zum Schutz gegenüber Spannungen,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Kreises mit spannungsgesteuerter Rückkopplungsschleife,

Fig. 6 eine detailliertere Ausführung der Schaltung nach Fig. 5 und

Fig. 7 einen Differentialkreis mit spannungsgesteuerten Rückkopplungsschleifen.

Das Blockschaltbild nach Fig. 1 zeigt einen idealisierten Überträger mit zwei Kreisen, die einander Signale zuführen können. Der erste Kreis enthält eine Klemme 11, an der ein Spannungssignal V_S von einer (nicht gezeigten) Spannungsquelle liegt. Dieses Signal wird einem Verstärker 10 mit dem Verstärkungsfaktor 1 zugeführt, so daß die Ausgangsspannung an dem Klemmenpunkt 28 unverändert bleibt. Dieses Spannungssignal wird über ein Impedanzelement 12, welches der Impedanz Z_S des ersten Kreises entspricht, einer Klemme 13 zugeführt. Diese Klemme 13 des ersten Kreises ist mit einem zweiten Kreis verbunden, dessen Impedanzelement 14 der Impedanz Z_L des zweiten Kreises entspricht. Zur Erzielung eines Duplexsystems ist das Impedanzelement 14 ferner mit einer Spannungssignalquelle 15 verbunden, welche ein Signal V_G erzeugt, das von dem zweiten Kreis zu dem ersten Kreis geleitet wird.

Aufgrund einfacher Analyse kann gezeigt werden, daß die Eingangs-Ausgangsspannung v_io an der die Schnittstelle zwischen den beiden Kreisen bildenden Klemme 13 der folgenden Bedingung genügt

Eine Rückkopplungsschleife innerhalb des in Fig. 1 gezeigten ersten Kreises beeinflußt die Impedanz mit Hilfe eines einzigen Elementes so, daß dieser Kreis mit seiner Rückkopplung dem idealisierten Kreis mit einer Impedanz Z_S entspricht. Dies geschieht unter Verwendung von Operationsverstärkern, welche in bekannter Weise in Summier-, Invertiersverstärkungs- und Differentialmoden geschaltet sind.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltungsanordnung mit einer stromgesteuerten Rückkopplung. Der Klemme 11 wird in diesem Fall ein Spannungssignal zugeführt, das innerhalb der Verstärkereinheit 20 um den Faktor A verstärkt wird.

Der Ausgang der Verstärkereinheit 20 ist mit dem Eingang eines Spannungssummierkreises 19 verbunden, der wiederum mit dem einen Verstärkungsfaktor von 1 aufweisenden Verstärker 10 verbunden ist. Anstelle des Impedanzelements 12 von Fig. 1 ist in diesem Fall ein zwischen einem Klemmenpunkt 28 und der Klemme 13 vorgesehenes Widerstandselement 16 vorgesehen. Das Widerstandselement 16 besitzt dabei einen beliebigen Wert von R_F. Ein Spannungsstrom-Wandler 17 spricht auf die an dem Widerstandselement 16 abfallende Spannung an. Dieser Wandler 17 erzeugt einen Strom, welcher proportional zur an dem Widerstandselement 16 anstehenden Spannung ist, die wiederum proportional zu einem Strom i ist. Dieser Strom i fließt durch das Widerstandselement 16 über die Klemme 13 in den zweiten Kreis, der aus dem Impedanzelement 14 und der Signalquelle 15 besteht. Der Rückkopplungsstrom des Wandlers 17 kann somit im wesentlichen gleich dem Strom i angenommen werden, der durch das Widerstandselement 16 fließt. Der Rückkopplungsstrom wird einem Impedanzelement 18 zugeführt, das eine Impedanz Z besitzt. Die an dem Impedanzelement 18 abfallende Spannung i · Z wird dem Spannungssummierkreis 19 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 10 am Klemmenpunkt 28 beträgt somit

A · v_S+i · Z.

Die Spannung an der Klemme 13 genügt somit der folgenden Bedingung:

Im Hinblick auf die Tatsache, daß die Gleichung

gilt, und durch Einsetzen dieser Gleichung in (2) ergibt sich dann ferner:

Dabei ist es im allgemeinen wünschenswert, daß der mit der Rückkopplung versehene Stromkreis sowohl Quellen- wie auch Anschlußimpedanzen gleich Z_S besitzt, so wie dies beim idealen Kreis von Fig. 1 der Fall ist. Dies führt zu der Bedingung, daß die Komponenten von v_S und v_G für den Rückkopplungskreis identisch mit denen des Stromkreises von Fig. 1 gemacht werden. Dies führt dann zu folgenden Bedingungen:

woraus abgeleitet wird, daß

A = 1 und Z = R_F - Z_S

ist.

Durch Festlegung dieser beiden Bedingungen bezüglich A und Z erhält der Rückkopplungskreis von Fig. 2 wie gewünscht eine Impedanz von Z_S. Der Rückkopplungsstrom ist dabei unter Verwendung eines Proportionalitätsfaktors k proportional zu dem Strom i, so daß die Impedanz des Elements 18 sehr leicht auf den Inversionsfaktor 1/k eingestellt werden kann, um auf diese Weise die Impedanz Z_S des Kreises aufrechtzuerhalten.

Da einzig und allein das Impedanzelement 18 die Impedanz des betreffenden Kreises festlegt, kann dasselbe getrennt von dem Kreis aufgebaut werden, der seinerseits in Form einer integrierten Schaltung ausgeführt sein kann. Dies ermöglicht, daß die Impedanz des Kreises mit diskreten Komponenten komplex aufgebaut wird, ohne daß dabei die Integrierbarkeit des Kreises gestört wird.

Es sei bemerkt, daß durch Einstellung des Verstärkungsfaktors A auf einen von 1 abweichenden Wert die tatsächliche Quellenimpedanz des Signals an den zweiten Kreis abgebenden Kreises unterschiedlich von der Abschlußimpedanz des Signale von dem zweiten Kreis empfangenden Kreis gemacht werden kann. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß das übertragene Signal einen Verstärkungsfaktor A besitzt und dann mit einer Quellenimpedanz weitergeleitet wird, die gleich der Abschlußimpedanz ist.

Durch Vorsehen eines Filterkreises zwischen dem Punkt der Erzeugung der Spannung i · Z an dem Impedanzelement 18 und dem Spannungssummierkreis 19 ergibt sich die Möglichkeit für verschiedene Frequenzen zwei getrennte Impedanzen innerhalb des Kreises vorzusehen. Falls der Filterkreis ein Hochpaßfilter ist, durch welchen die Rückkopplungssignale oberhalb einer bestimmten Frequenz hindurchgelassen werden, erhält der Kreis eine Impedanz Z_S für Signale oberhalb einer bestimmten Frequenz und eine Realimpedanz R_F für Frequenzen unterhalb der vorgegebenen Frequenz.

Fig. 3 zeigt einen Differentialkreis mit einer stromgesteuerten Rückkopplungsschleife. Der zweite Kreis, welcher in diesem Fall eine Differentialform besitzt, ist dabei mit einem Impedanzelement 31 versehen, dessen Impedanz Z_L/2 mit einer Eingangs-Ausgangs-Klemme 30 verbunden ist. Das andere Ende des Impedanzelements 31 ist mit einer Signalspannungsquelle 32 verbunden, welcher ein Spannungssignal +V_G/2 erzeugt. Diese Signalspannungsquelle 32 ist mit einer komplementären Signalspannungsquelle 52 verbunden, die das Spannungssignal -V_G/2 erzeugt. Letztere Signalspannungsquelle 52 wiederum ist mit einem Impedanzelement 51 verbunden, welches die Impedanz Z_L/2 besitzt. Dieses Impedanzelement 51 ist wiederum mit einer komplementären Eingangs-Ausgangs-Klemme 50 verbunden. Der zweite Kreis bildet somit eine Schleife mit der Gesamtimpedanz Z_L und einer Gesamtquellenspannung, welche eine gesamte Differentialspannung von v_G besitzt.

Der durch die Schleife fließende Signalstrom (Rückkopplungsstrom) i wird über die Klemmen 30 und 50 einem Paar von Widerstandselementen 33 und 53 zugeleitet. Der Strom durch diese beiden Widerstandselemente 33, 53 wird durch ein Paar von Spannungsstromwandler 37 und 57 überwacht, die durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Der Stromspannungswandler 37 besteht dabei aus einem Widerstandselement 35, das auf der einen Seite mit dem einen Ende des Widerstandselementes 33 verbunden ist. Das andere Ende des Widerstandselements 33 ist mit der negativen Eingangsklemme eines Operationsverstärkers 34 verbunden, dessen positive Eingangsklemme mit dem anderen Ende des Widerstandselementes 35 verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 34 ist mit der Basis eines Transistors 36 verbunden, dessen Emitter in einer Rückkopplungsanordnung mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 34 verbunden ist. Der Widerstand des Widerstandselementes 35 beeinflußt den Stromwert, der von dem Kollektor des Transistors 36 erzeugt wird. Die Spannung an dem Widerstandselement 33 ist nämlich dieselbe wie die am Widerstandselement 35, weil die Eingangsspannungen des Operationsverstärkers in erster Annäherung in etwa gleich sind. Da bei einem Operationsverstärker weder Strom hineinfließt noch herausströmt, fließt der Strom des Widerstandselementes 35 in den Emitter und aus dem Kollektor des Transistors 36. In guter Annäherung ist somit der von dem Kollektor des Transistors 36 erzeugte Strom derselbe wie der in den Emitter hineinströmende Strom. Die Leitfähigkeit durch den Wandler 37 ist ferner gleich der Leitfähigkeit des Widerstandselements 35.

Das Widerstandselement 35 ist so gewählt, daß es einen Widerstandswert besitzt, der gleich 2M₁mal größer als der des Widerstandselements 33 ist, das den Widerstand 2M₁R_F besitzt. Der von dem Wandler 37 erzeugte Rückkopplungsstrom besitzt hingegen einen Wert von i/2M₁.

Der identisch aufgebaute Wandler 57 erzeugt einen Rückkopplungsstrom gleicher Größe und Richtung, welcher in Richtung des gemeinsamen Klemmenpunktes 21 fließt. Die Summe dieser beiden Rückkopplungsströme entspricht dem Schleifenstrom i/M₁, der durch ein Widerstandselement 22 gegen Masse fließt. Das Widerstandselement 22 besitzt einen Widerstandswert, welcher bis auf den Faktor M₂ den Widerständen der Widerstandselemente 33 und 53 entspricht. Auf diese Weise wird somit eine Spannung von iR_FM₂/M₁ erzeugt. Diese Spannung wird einem gestrichelt dargestellten Filterkreis 26 zugeführt, welcher aus hintereinandergeschalteten Operationsverstärkern 23 und 27 sowie einem aus einem Kondensator 24 und einem Widerstandselement 25 bestehenden RC-Kreis besteht. Die Werte der Elemente 24 und 25 sind so gewählt, daß Signale ab einer bestimmten vorgegebenen Frequenz durchgelassen werden, während andere Signale blockiert werden.

Das gefilterte Rückkopplungsspannungssignal iR_FM₂/M₁ wird den beiden Summierspannungsverstärkerkreisen zugeführt, welche den beiden Schenkeln des Differentialkreises entsprechen. Falls M₂/M₁ = 1 ist, dann ist das Ausgangssignal gleich iR_F.

Das gefilterte Rückkopplungsspannungssignal wird verstärkt und durch einen Operationsverstärker 71 invertiert. Das gefilterte Spannungssignal wird dabei über ein Widerstandselement 72 mit dem Wert M₃R_F der negativen Eingangsklemme des Operationsverstärkers 71 zugeführt. Der Ausgang des Operationsvertärkers 71 ist hingegeben über ein Impedanzelement 73 mit dem Wert M₄Z_S/2 mit der negativen Eingangsklemme dieses Operationsverstärkers 71 verbunden. Der Verstärkungsfaktor beträgt somit M₄Z_S/2M₃R_F. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 71 ist somit die gefilterte Komponente des betreffenden Signals -iZ_SM₂M₄/2M₃M₁. Dieses Ausgangssignal wird den Summierverstärkern der beiden Schenkel des Kreises zugeführt. Falls M₂M₄/M₁M₃ = 1 ist, dann beträgt das Ausgangssignal -iZ_S/2.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 71 führt ebenfalls zu einer Ausgangsklemme 70, an welcher Signale V_out der Schleife nach außen geleitet werden. Das Signal V_out ist dasselbe wie das gewünschte Differentialsignal V₁-V₂ mit der Ausnahme, daß die Komponente für V₂ invertiert ist. Dies kann jedoch kompensiert werden, was im Falle eines Telefonsystems mit Hilfe des Transhybrid-Ausgleichskreises erfolgt.

Das Spannungssignal der Signalquelle wird jedem Schenkel des Differentialkreises durch ein Paar von Klemmen 46 und 66 zugeführt. Zu dem jedem Schenkel zugeführten Spannungssignal wird ein gefiltertes Rückkopplungsspannungssignal iR_F direkt von dem Filterkreis 26 addiert. Die verstärkte Rückkopplungsspannung des Operationsverstärkers 71 beträgt dabei -iZ_S/2. Die Spannungsaddierung wird durch einen Operationsverstärker 41 durchgeführt, der in einer Spannungssummierkonfiguration angeordnet ist. Die zu addierenden Spannungen werden dabei über Eingangswiderstände 43 bis 45 dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 41 zugeführt. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers 41 ist über einen Rückkopplungswiderstand 42 mit dem negativen Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 41 verbunden. Derselbe besitzt denselben Widerstandswert wie die Eingangswiderstandselemente, um auf diese Weise den Verstärkungsfaktor der Signale in dem betreffenden Schenkel des Differentialkreises gleich 1 zu machen. In entsprechender Weise ist ein Operationsverstärker 61 zur Erzielung des Summiermodus vorgesehen, wobei entsprechende Eingangswiderstandsffelement 63 bis 65 sowie ein Rückkopplungswiderstand 62 vorgesehen sind.

Innerhalb der beiden Differentialkreise addieren sich zwei nicht phasengleiche Signale und erzeugen einen effektiven Verstärkungsfaktor von 2. In diesem Kreis wird demzufolge ein Verstärkungsfaktor von iZ_S/2 anstelle von iZ_S verwendet. In Verbindung mit einem Telefonsystem wird der Verstärkungsfaktor A für das empfangene Signal V_S effektiv auf den Wert 2 anstelle eines Wertes 1 festgelegt, weil die meisten Telefonsysteme zwischen den Klemmen 46, 66 und den Klemmen 30, 50 einen Verstärkungsfaktor von +6 dB erfordern, um die Dämpfung der Telefonleitung zu kompensieren. Dieser Verstärkungsfaktor kann durch Einstellelemente 45 und 65 eingestellt werden, um entsprechende Pegelhebungen oder -senkungen zu kompensieren.

Der erste Schenkel des Stromkreises besitzt einen weiteren im Invertiermodus angeschlossenen Operationsverstärker 38, dessen Rückkopplungswiderstand 39 gleich dem Eingangswiderstandselement 40 ist. Die Inversion des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 41 mit Hilfe des Operationsverstärkers 38 dient zur Unterscheidung der Polarität der Signale in jedem Schenkel des Differentialkreises.

Die beiden Summierverstärker 41, 61 können durch einen einzigen Summierverstärker ersetzt werden. Der Ausgang dieses einzigen Summierverstärkers wird dabei in zwei Teile, und zwar in einen invertierenden und in einen nicht invertierten Teil, geteilt. Der nicht invertierte Teil, welcher dem direkten Ausgang des einzigen Summierverstärkers entspricht, treibt dabei einen Schenkel des Differentialkreises. Der invertierte Teil treibt hingegen den anderen Schenkel dieses Kreises. Ein derartiger abgewandelter Kreis arbeitet in derselben Weise wie der bereits beschriebene Stromkreis von Fig. 3.

Die Ausgangsspannungen der Operationsverstärker 38 und 61 entsprechen dabei den folgenden Ausdrücken:

[V_S+i (R_F - Z_S/2)] (6)

-[V_S+i (R_F - Z_S/2)] (7)

So wie sich dies anhand der in Verbindung mit Fig. 2 abgeleiteten Gleichungen ergibt, besitzt die Impedanz des Kreises als Spannungsquelle der eine Gesamtimpedanz von Z_L aufweisenden Schleife einen Wert von Z_S, wobei in Bezug auf die Spannung V_S ein effektiver Verstärkungsfaktor von 2 vorliegt. Das Impedanzelement 73 legt somit die Impedanz des Kreises für Signale fest, deren Frequenzen durch den Filterkreis 26 hindurchgelangen.

Den positiven Eingängen der beiden Operationsverstärker 38 und 61 werden zwei Vorspannungen V_Bias1 und V_Bias2 zugeführt. Dies beeinflußt nicht die Funktionsweise des Kreises, erlaubt jedoch, daß dem Signalstrom i ein Gleichstrom hinzuaddiert wird. Dieses Merkmal erweist sich bei Telefonsystemen nützlich, bei welchen den Teilnehmerleitungen ein Gleichstrom zugeführt wird.

Die beschriebene Schaltungsanordnung ist als Schnittstellenkreis für in zwei Richtungen leitende Teilnehmerpfade bei Telefonsystemen geeignet. Die von dem einlaufenden, in einer Richtung leitenden Pfad des Kommunikationsträgerkanals geleiteten Signale können dabei wirksam der Teilnehmerleiterschleife transferiert werden, die den zweiten Kreis gemäß Fig. 3 bildet. In entsprechender Weise können Signale der Teilnehmerleitung effektiv von dem Kreis empfangen werden. Der betreffende Kreis kann nämlich sehr leicht so eingestellt werden, daß eine Impedanzanpassung an den Teilnehmerschleifenkreis stattfindet. Mit Hilfe eines einzigen Schaltungselements 73 kann dabei die Impedanz des Kreises eingestellt werden, wobei keine Notwendigkeit einer Anpassung äußerer Komponenten besteht. Da das Widerstandsverhältnis des Widerstandselements 72 und des Impedanzelementes 73 den Stromkreis beeinflußt, werden beide Elemente wertmäßig durch einen beliebig großen Faktor M₄ nach oben größenmäßig versetzt.

Ein weterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß das Impedanzelement 73 getrennt mit dem Rest des in integrierter Form ausgebildeten Kreises verbunden werden kann. Das Impedanzelement 73 kann somit abgesehen von Widerständen relativ komplex mit Hilfe von Induktivitäten und Kapazitäten aufgebaut werden. Der Rest des Stromkreises ist jedoch sehr gut geeignet, um als integrierter Kreis ausgelegt zu werden, weil der betreffende Stromkreis nur die Anpassung von Wirkwiderständen, beispielsweise der Elemente 33, 53, 35, 55 und 22 erfordert. Derartige integrierte Kreise sind für eine Widerstandsanpassung sehr gut geeignet.

Abgesehen von einer Impedanzanpassung kann die betreffende Schaltungsanordnung durch Verwendung eines Filterkreises 26 unterschiedliche Impedanzen bei verschiedenen Frequenzen besitzen. Bei einem Schnittstellenkreis für eine Teilnehmerschleife ist der Filterkreis 26 optimal so ausgelegt, daß Audiofrequenzsignale hindurchgelassen werden, während Gleichstromsignale gesperrt werden. In diesem Fall bestimmen die Widerstandselemente 33 und 53 anstelle des Impedanzelementes 73 den Widerstand des Kreises für die Gleichstromsignale, wobei der Widerstandswert 2R_S beträgt. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß der Kreis an die Teilnehmerschleife Gleichstrom abgibt, um die Teilnehmerendgerätschaft mit Leistung zu versorgen, ohne daß innerhalb des Kreises unnötig hohe Widerstandswerte auftreten. Das Impedanzelement 73 ist so eingestellt, daß eine Anpassung an die Impedanz der Teilnehmerschleife auftritt, während die Widerstandselemente 33 und 53 so eingestellt sind, daß eine minimale Leistungsabsorption des an die Teilnehmerschleife abgegebenen Gleichstromes auftritt. Die betreffende Schaltungsanordnung ist dabei sehr gut verwendbar in Verbindung mit einem Gleichstromspeisekreis für die Speisung von Teilnehmerschleifen, so wie er in der US-Patentanmeldung 1 61 490 vom 20. 6. 1980 (US 43 15 207) beschrieben ist.

Die stromgesteuerte Schaltungsanordnung ist ferner sehr gut geeignet, um Signale des Longitudinalmodus zu sperren. Derartige Signale treten beispielsweise aufgrund von Interferenz mit benachbarten Übertragungskanälen in den Teilnehmerschleifen auf. Die betreffenden Signale des Longitudinalmodus ergeben sich innerhalb des Kreises als Rückkopplungsstromkomponenten der Wandler 37 und 57. Diese Komponenten heben sich gegenseitig auf, so daß das Signal des Longitudinalmodus effektiv gesperrt ist.

Gemäß Fig. 4 erlaubt die Schaltungsanordnung mit stromgesteuerter Rückkopplung die Verwendung von äußeren Begrenzungswiderständen. In diesem Fall sind einen Widerstandswert von R_x aufweisendes Widerstandselement 76 zwischen den beiden Klemmen 30 und 74 sowie ein ebenfalls einen Widerstandswert von R_x aufweisendes Widerstandselement 77 zwischen den Klemmen 50 und 75 vorgesehen. Diese Widerstandselemente 76, 77 dienen zum Schutz der Schaltungsanordnung gegenüber plötzlich innerhalb der Teilnehmerschleife auftretende Spannungsspitzen, so wie sie beispielsweise durch einen Blitzeinschlag oder durch einen Kurzschluß entstehen können. Diese Spannungspitzen werden über die Widerstandselemente 76 und 77 geleitet, welche sehr schnell durchbrennen, bevor diese schädlichen Spannungsspitzen den eigentlichen Stromkreis erreichen. In manchen Fällen sind in Serie mit den Strombegrenzungswiderständen 76 und 77 nicht dargestellte Klemmkreise vorgesehen, welche das Auftreten von plötzlichen Spannungsspitzen verhindern helfen.

Die beschriebene Schaltungsanordnung erlaubt ein sehr einfaches Vorsehen derartiger zusätzlicher äußerer Elemente. Dies ist möglich, indem ein Operationsverstärker 80 hinzugefügt wird, der die der ursprünglichen Schaltungsanordnung von Fig. 3 zugeführte Rückkopplungsspannung filtert. Der negative Eingang des Operationsverstärkers 80 ist über ein Widerstandselement 81 mit einem Widerstandswert von M₅R_F mit Masse verbunden. Der negative Eingang führt ferner über einen Rückkopplungswiderstand 82 mit einem Widerstandswert von M₆R_F zu dem Ausgang des Operationsverstärkers. Falls M₅ = M₆ ist, bewirkt dies, daß die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 80 gleich i (R_X+R_F) ist, wobei diese Spannung den beiden Summierverstärkern 41 und 61 in jedem Schenkel des Differentialkreises zugeführt wird. Durch diese Abwandlung kann erreicht werden, daß der Differentialkreis das Hinzufügen der äußeren Widerstandselemente 76 und 77 kompensiert, indem die Impedanz des Kreises im Bereich der Schnittfläche an den Klemmene 30 und 50 gleich Z_S - 2R_x gemacht wird, so daß die Impedanz an der Schnittstelle im Bereich der Klemmen 74 und 75 gleich Z_S ist. Dies führt dann dazu, daß die Schnittstellenklemmen der Teilnehmerschleife nunmehr durch die Klemmen 74 und 75 gebildet werden. Die Schaltanordnung kann ferner leicht vervollständigt werden, indem das Widerstandselement 82 als äußeres Element ausgebildet wird und um den Faktor N widerstandsmäßig verändert wird. Bei den bisher beschriebenen Schaltanordnungen handelte es sich um Kreise, welche eine stromgesteuerte Rückkopplungsschleife aufweisen.

Fig. 5 zeigt eine vereinfachte Schaltungsanordnung, bei welcher eine spannungsgesteuerte Rückkopplungsschleife die Impedanz der Schaltungsanordnung beeinflußt. Durch Analysis dieser Schaltungsanordnung und Vergleich mit den Idealeigenschaften der Schaltungsanordnung von Fig. 1 kann festgestellt werden, wie die Impedanz der Schaltungsanordnung mit Hilfe einer Spannungsrückkopplung beeinflußt werden kann.

In dem betreffenden Fall bildet die Eingangs-Ausgangs-Klemme 13 die Schnittstelle mit einem zweiten Kreis, der wie zuvor aus einer Impedanz 14 und einer Spannungsquelle 15 besteht. Das empfangene Spannungssignal V_S wird mit Hilfe eines einen Verstärkungsfaktor A aufweisenden Verstärkers 84 verstärkt und einem Spannungssummierkreis 83 zugeführt. Über den Operationsverstärker 10 mit dem Verstärkungsfaktor 1 wird dann das empfangene Spannungssignal einem Widerstandselement 16 zugeführt, das den Widerstandswert R_S besitzt. Die an der Eingangs/Ausgangsklemme 13 anstehende Spannung V_io wird dann über einen Verstärker 85 zurückgeleitet, welcher einen Verstärkungsfaktor von K besitzt. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers 85 wird dann dem Spannungssummierkreis 83 zurückgeleitet. Die Spannung V_io an der Eingangs-Ausgangs-Klemme 13 entspricht dann der folgenden Gleichung:

Durch Manipulation kann die Gleichung (8) wie folgt umgeformt werden:

Wie zuvor besteht der Wunsch, daß die Komponenten von V_s und V_G den Komponenten innerhalb des Idealsystems von Fig. 1 entsprechen. Dies führt dann zu den folgenden Gleichungen:

und

Dies macht erforderlich, daß

K = (1-R_F/Z_S) und A = R_F/Z_S

gemacht werden.

Fig. 6 zeigt eine Schaltungsanordnung, welche den oben erwähnten Anforderungen genügt. Das Spannungssignal V_S wird dabei einer Klemme 100 zugeführt, von wo aus eine Weiterleitung an einen addierenden Operationsverstärker 101 erfolgt. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 101 wird über ein Impedanzelement 99 mit einem Impedanzwert von Z_S einem Operationsverstärker 97 zugeführt, welcher einen Verstärkungsfaktor von -R_F/Z_S besitzt. Das betreffende Signal wird ferner einem Rückkopplungswiderstand 98 mit einem Wert von R_F zugeführt. Das Ausgangssignal

des Operationsverstärkers 97 gelangt an den Klemmenpunkt 28 unverändert, da das Signal dabei über einen Summiermodverstärker 93 und einen invertierenden Verstärker 90 geleitet wird, wobei letzterer die Signalinversion des Verstärkers 93 kompensiert.

Die an der Klemme 13 auftretende Eingangs/Ausgangsspannung V_io wird nach Filterung durch einen Filterkreis 107 zurück in die Schaltanordnung geleitet. Das gefilterte Signal wird dabei direkt in den Summierverstärker 93 geleitet und nach einer einfachen Inversion durch einen Verstärker 108 dem Summierverstärker 101 zugeführt. Die dem Summierverstärker 101 zugeführte Rückkopplungskomponente wird innerhalb des Verstärkers 97 durch einen Faktor R_F/Z_S verstärkt. Die an dem Klemmenpunkt 28 anstehende Spannung genügt somit der folgenden Bedingung:

AV_S+KV_io = (R_F/Z_S)V_S+(1-R_FZ_S)V_io (12)

Dies erfüllt die von dem Idealkreis von Fig. 1 festgelegte Bedingung, wobei die Schaltanordnung von Fig. 4 nunmehr eine Impedanz Z_S besitzt, die durch das Element 99 festgelegt ist. So wie dies bei den bereits beschriebenen Schaltungsanordnungen der Fall ist, blockiert der Filterkreis 107 Signale einer bestimmten Frequenz, wobei die Impedanz des betreffenden Filterkreises im Gleichstrombereich den Wert R_F besitzt.

Fig. 7 zeigt eine abgewandelte Auslegung der Schaltungsanordnung von Fig. 6. In diesem Fall ist die Teilnehmerschleife mit dem Paar von Eingangs-Ausgangs-Klemmen 30 und 50 verbunden, welche innerhalb der Rückkopplungsschleife zu dem Eingang eines Operationsverstärkers 119 führen, der in differentialer Anordnung angeschlossen ist. Die Eingangswiderstände 115 und 116 besitzen dieselben Werte wie ein Erdungswiderstand 117, der mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 119 verbunden ist. Ferner ist ein Rückkopplungswiderstand 118 vorgesehen, der zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 119 und seinem negativen Eingang angeschlossen ist. Am Ausgang des Operationsverstärkers 119 tritt die Differentialspannung V₁-V₂ an den Klemmen 30 und 50 auf. Diese innerhalb eines Filterkreises 123 gefilterte Spannung wird für die Übertragung der Signale von der Teilnehmerschleife nach außen hin verwendet. Zu diesem Zweck ist eine Klemme 120 vorgesehen.

Die gefilterte Rückkopplungsspannung wird mit Hilfe von zwei unterschiedlichen Rückkopplungselementen geteilt und modifiziert. Ein Verstärker 126 teilt die differentiale Spannung durch 2, um den differentialen Verstärkungsfaktor von 2 des Kreises zu kompensieren. Dies wird dadurch erreicht, daß der Eingangswiderstand 124 doppelt so groß wie der Rückkopplungswiderstand 125 dimensioniert ist. Die halbierte Spannungskomponente wird dann Summierverstärkern 142 und 138 zugeführt, welche den zwei Schenkeln des Differentialkreises zugeordnet sind.

Die zweite Komponente wird zu dem an der Klemme 130 anstehenden empfangenen Spannungssignal V_S addiert. Dies wird mit Hilfe eines Summierverstärkers 129 erreicht, der mit Widerstandselementen 127, 128 und 131 verbunden ist, wobei das Widerstandselement 127 den doppelten Widerstandswert des Widerstandselementes 128 besitzt. Die summierte Spannung wird dann in einem Verstärker 134 verstärkt, welcher einen Vertärkungsfaktor von -2R_F/Z_S aufweist. Die in diesem Zusammenhang vorgesehene Eingangsimpedanz 132 besitzt dabei einen Maßstabswert von MZ_S/2, während ein vorgesehener Rückkopplungswiderstand 133 ebenfalls einen Maßstabsfaktor von MR_F ergibt. Der verstärkte Summenwert wird dann über ein Widerstandselement 139 einem Summierverstärker 142 und über ein Widerstandselement 136 einem Summierverstärker 138 zugeführt. Der Summierverstärker 142 ist dabei mit Widerstandselementen 139, 140 und 141 verbunden, welche gleiche Widerstandswerte besitzen. Auf der anderen Seite ist der Summierverstärker 138 mit Widerstandselementen 135, 136 und 137 verbunden, welche ebenfalls einander gleich sind.

Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 142 wird mit Hilfe eines Verstärkers 145 invertiert, dessen Eingangswiderstand 143 gleich einem Rückkopplungswiderstand 144 ist. Die Inversion des Ausgangssignals des Summierverstärkers 142 bewirkt eine Differenzierung des der Klemme 30 zugeführten Spannungssignals in bezug auf die Klemme 50. Die positiven Eingänge der Verstärker 138 und 145 erhalten eine Vorspannung, um die in dem Schaltkreis wirksamen Spannungen im wirksamen Betriebsbereich der Verstärker zu halten.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 145 entspricht dabei dem folgenden Ausdruck:

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 138 ist hingegen der negative Wert des obigen Ausdrucks. Ein Vergleich mit der Ausgangsspannung des Verstärkers 90 von Fig. 6 zeigt, daß die obige Schaltungsanordnung wie gewünscht arbeitet.

Wie im Fall der differentialen Schaltungsanordnung von Fig. 3 ist der beschriebene Schaltkreis als Schnittstellenkreis für eine Teilnehmerschleife geeignet. Dieser Schaltkreis besitzt ein einziges Impedanzelement 132, welches an die Teilnehmerschleife angepaßt werden muß. Dieses Impedanzelement kann dabei, falls notwendig, komplexer Natur sein. Der Rest der Schaltungsanordnung kann in Form eines integrierten Schaltkreises aufgebaut sein, da derselbe aus Operationsverstärkern und angepaßten Widerständen besteht. Bei Verwendung eines Filterkreises 123 besitzt die Schaltungsanordnung eine Impedanz Z_S für Audiosignale und eine andere Impedanz R_F für die Zufuhr des Gleichstroms an die Teilnehmerschleife. Dabei erzeugen die Gleichtaktsignale kein Differentialsignal zwischen den Spannungswerten V₁ und V₂, so daß kein Rückkopplungssignal auftritt.

Ähnlich wie bei dem differentialen Schaltkreis mit stromgesteuerter Rückkopplung gemäß Fig. 4, können äußere Serienwiderstände mit dem Wert R_x kompensiert werden, indem der Rückkopplungswiderstand 133 anstelle des Wertes MR_F den Wert MR_F+MR_x erhält. Dabei muß auch das Element 132 anstelle des Wertes MZ_S/2 den Wert Mz_S/2-MR_x erhalten.

Claims

1. Schaltung zur geregelten Zuführung eines Stroms an eine Last (14), mit
einem mit einer Steuerspannung beaufschlagten Verstärker (10), der an seinem Ausgang den Laststrom abgibt,
einer Rückkopplungsvorrichtung (16, 17), die ein zum Laststrom proportionales Rückkopplungssignal (i) erzeugt, und
einem dem Verstärker (10) vorgeschalteten Summierkreis (19), an dessen erstem Eingang eine von einer ersten Signalquelle (11) gelieferte Signalspannung (A · V_s) liegt,
dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Eingang des Summierkreises (19) eine aus dem Rückkopplungssignal abgeleitete Steuerspannung (i · Z) liegt, die durch den Abfall des Rückkopplungssignals (i) an einer vorgebbaren Impedanz (18) gebildet wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsvorrichtung ein in den Laststromweg eingeschaltetes Impedanzelement (16) und einen dessen Spannungsabfall auswertenden Spannungs/Strom-Wandler (17) enthält.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare Impedanz (18) einen Filterkreis (26) umfaßt, der Komponenten des Rückkopplungssignals außerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs ausfiltert, wobei die Schaltungsimpedanz für Signale innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs einen Wert aufweist, der durch den Wert der vorgebbaren Impedanz (18) und den Wert des Impedanzelements (16) festgelegt ist, während sie für Signale außerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs einen Wert hat, der allein durch den Wert des Impedanzelements (16) gegeben ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich dem Audiofrequenzbereich entspricht.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanzelement (16) im wesentlichen Ohm'scher Natur ist.

6. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor zwischen Rückkopplungssignal und Laststrom durch das Produkt aus dem Wert der Impedanz (16) und der Durchlaßkonduktanz des Spannungs/Strom-Wandlers (17) festgelegt ist.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Last (14) eine zweite Signalquelle (15) in Serie liegt.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ihren Aufbau aus zwei symmetrischen Schaltungsteilen und die gemeinsame Nutzung der vorgebbaren Impedanz (18) durch beide Schaltungsteile.

9. Schaltung nach Anspruch 3 und 8, gekennzeichnet durch die gemeinsame Nutzung des Filterkreises (26) durch die beiden Schaltungsteile.