專利名稱:線路穩壓器型可變參考電壓的傳輸放大器的制作方法
本發明涉及一種通過用戶線以線路直流電壓饋電的電話機。該電話機包含有傳輸放大器，該放大器制成線路穩壓器的形式，并有一個由反饋工作放大器構成的輸入級。傳輸放大器包含有為線路電壓穩定而產生參考電壓的電路，以及包含有在線路直流電壓和參考電壓之間形成電壓差的裝置，此電壓差加于工作放大器的第一輸入端，還包含有產生輔助電壓的裝置，該電壓線性地把取決于線路直流電流，輔助電壓加于工作放大器的第二輸入端。
這種電話機揭示于IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.sc-17，No.6，Dec.1982 p 1149-1157 Fig.8，其題目為“適用于電話交換機可編程序語音電路”的文章中。
接到公共電話網絡用戶線的電話機，通過此用戶線，從電話交換機接收到線路電壓，此線路電壓是由直流電壓元件、線路直流電壓及交流電壓元件形成的。此外，線路直流電壓受電話機傳輸的信號所調制。
電話機中，線路直流電壓是由穩壓器建立的，穩壓器可能構成了傳輸放大器的一部份。如上述IEEE的論文中所說的，也可把傳輸放大器制成穩壓器的形式。該傳輸放大器是以這樣的方式來控制電話機終端的線路直流電壓線路直流電壓由第一恒定電壓部份疊加上正比于線路直流電流的第二部份組成。控制作用是這樣完成的，使反饋工作放大器的兩路輸入電壓大致相等來控制工作放大器的輸出，所以，保持上述電壓差等于上述輔助電壓。
如果由于某種或其他原因，加于電話機的線路直流電壓低于第一恒定電壓部份，那么，傳輸放大器的輸出級就沒有電流流過。這就使得傳輸放大器不能通過用戶線傳輸信號。
如果另一個沒有電子線路穩壓器的一般電話機和有電子線路穩壓器的電話機并聯連接，這種情況也可能出現。這種一般電話機直流的電流-電壓特性一般就是普通歐姆電阻，例如200歐姆的電流-電壓特性。如果電話機是通過一根長的用戶線并聯連接的，由于其阻抗高，只能產生小的線路直流電壓(如15mA)，那么，在一般電話機的兩端可能產生一個電壓(如3V)，其電壓值低于由電子裝置調節的線路直流電壓的恒定部份(如4V)。
本發明的目的是提供一種本文第一節敘述的那種電話機，即使在低的線路直流電壓下，該電話機也能把傳輸信號加到用戶線上。
因此，根據本發明的電話機的特征在于傳輸放大器包含有當線路直流電壓降到低于預定值時降低參考電壓的裝置。
參考電壓降低，由電話機建立的線路直流電壓恒定部份也隨著降低，其結果是甚至在一般電話機并聯連接的情況下，電流仍然繼續流過傳輸放大器的輸出級。
根據本發明的電話機的一個實施例包括一個用來控制產生參考電壓的比較電路，該參考電壓用來使線路電壓保持穩定。同時，當電話機以降低了的線路電壓工作時，由降低的線路電壓饋電的比較電路必須繼續起作用。
根據本發明的電話機的一個實施例包含有一個比較電路，該電路在低的電源電壓下也能繼續起作用，比較電路的特征在于比較電路由電流鏡組成，每個晶體管的收集極都接于電流鏡的輸入和輸出端，這兩個晶體管一起構成了有共發射極引出端的差分級電路，其引出端接有一個電流源。電流鏡的輸出端就是該比較器的輸出端。
這種結構的比較電路的饋給電壓等于電流鏡兩端的電壓、差分級的收集極-發射極通路兩端的電壓和在發射極引線處電流源兩端的電壓之和。這個總電壓至少等于晶體管飽和電壓(0.2V)的兩倍加上二極管正向電壓0.7V，因此可能在1.1的量級。
現在參看附圖及圖中標注同樣數字的相應元件，對本發明加以詳細說明。
圖1示出先有技術傳輸放大器，該放大器也起線路電壓穩定器的作用;
圖2示出了圖1所示電路的電流-電壓特性;
圖3示出了圖1傳輸放大器的改進型，根據本發明，該電路適用于低的線路電壓;
圖4示出了圖1傳輸放大器的另一改進型電路，該電路更適合于集成化;
圖5示出了適用于低的線路電壓的另一傳輸放大器的第一個實施例;
圖6示出了另一傳輸放大器的第二個實施例。
圖7示出了用于圖3至6傳輸放大器比較電路的一個實施例;
圖8示出了借助于圖4的電路所測得的電流-電壓特性。
本發明適用于上述IEEE論文中所揭示的傳輸放大器，也適用于在中國專利申請號85102113中所敘述的傳輸放大器。
圖1示出了上述后一種傳輸放大器，該放大器也可用作線路電壓穩定器。該傳輸放大器有一對接線端子10，通過一般的二極管電橋(未示出)以接于用戶線。還有用作傳輸放大器輸入級的反饋工作放大器12，以及二極管14，由此二極管取得了用來使線路電壓穩定的參考電壓。此二極管置于電流源(未示出)的正方向。在二極管的兩端產生的電壓等于大約為0.6V的二極管正向電壓Vd。
該傳輸放大器還包含由帶有發射極電阻18(如20Ω)的輸出晶體管16所形成的輸出級，和由電阻20、22及電容24組成的電壓分壓器。示于圖1的電路還包含有與電源電容28(如100μF)串聯的線路終端電阻26(如600Ω)。
由于反饋運算放大器控制它的輸出，這樣它的兩個輸入端的電壓大致相等。電阻20兩端的電壓等于二極管的正向電壓Vd。而電阻22兩端的電壓比上述電壓大一個阻值比的因子。上述電阻22兩端的電壓起著用于使線路電壓穩定的參考電壓的作用。因此，在電阻20和22接點處的電壓(相對與下面的線路接線端子的電壓，該接線端子選作電壓參考點)等于線路直流電壓與參考電壓之差。所以這個差值電壓就存在于放大器12的同相輸入端。
存在于電阻18兩端的電壓等于通過傳輸放大器輸出級的直流電流與電阻18電阻值的乘積。因此，一個等于電阻18兩端電壓與二極管正向電壓Vd之和的電壓存在于放大器12的反相輸入端。這樣，此輸入端的電壓線性地取決于線路直流電流的大小。
使放大器12反相和同相輸入端的電壓相等，就可以得到通過傳輸放大器輸出級的直流電流和直流電壓的線性關系。例如，如線路直流電流不需饋給其他電路時，則線路直流電流就等于通過傳輸放大器輸出級的直流電流。線路直流電流和線路直流電壓之間的關系用直線畫于圖2。實際上，有時一部份線路直流電流饋給其他電路，其特性就變成如畫于圖2中特性曲線的虛線部份。假定全部線路直流電流流過輸出級，則線路直流電壓等于恒定部份Vo(如4V)疊加上與線路直流電流成比例的部份。
如果把具有圖2所示特性的電話機接到長的用戶線上，并與無電子線路穩壓器的電話機并聯，那么通過輸出晶體管16的電流將下降為零。這樣，傳輸放大器就不能再送信號給用戶線，此電話機就不工作了。這是由于無電子線路穩壓器的電話機的直流電阻(如200Ω)較低而引起的。長的用戶線只能產生一個有限的線路直流電流(如15mA)，在200Ω電阻裝置的兩端產生一個3V的電壓，此電壓不足以使電子裝置正常工作。當考慮到二極管電橋(未示出)兩端的壓降時，電壓就更不足了。在最有利的條件下(用肖特基二極管時)，此電橋的電壓降為0.8V。
圖3示出了根據本發明的一種可以解決上述問題的電路。已在圖1中述及的許多元件可以集中在集成電路30中。此電路還有一個電流測量電阻32(如120Ω)與晶體管16的收集極串聯，電容量為47μf的電容器34與電阻32并聯用作交流耦合。晶體管36的主電流通路和電阻38(如1MΩ)串聯，并且接在線路接線端子10之間。此電阻接在晶體管36的收集極引線，該晶體管36的基極接于電阻32的一端，該端與晶體管16的收集極相連，發射極接于電阻32的另一端。晶體管40的發射極接于晶體管36的發射極，其基極接于晶體管36的收集極，其收集極接于電阻20和22的接點，電阻42也接在這個接點上。電阻42的另一端接于晶體管16的收集極。
示于圖3的電路按下列程序工作通過電阻32的電流一旦超過預定值，如5mA，晶體管36導通，其結果使得此晶體管的收集極和發射極之間的電壓差很小，因而，晶體管40就不導通了。如較大的電流通過用戶線流過該電路，晶體管36就被激勵處于飽和狀態，較大部份的電流通過晶體36的發射極-基極通道流過晶體管16。如流過電阻32的電流變得小于5mA時，那么晶體管36就變到不導通狀態，該晶體管的收集極電壓降低，使晶體管40變成導通。然后，電流流過電阻20和22的接點，結果使此接點上的電壓沒有進一步降低。這就使得為了使線路電壓穩定的參考電壓(即電阻22兩端的電壓)降低。由于參考電壓受到影響這樣一個事實，電阻20兩端維持一個等于二極管的正向電壓值的電壓，使放大器12保持在它的控制范圍內，其結果是晶體管16能繼續導通電流。
電阻32兩端的電壓大約為0.6V，這樣，由線路電壓穩定電路建立的電壓必須減少0.6V以保證線路接線端子10上的電壓不變。通過與電阻22并聯一電阻42的辦法，使由電壓穩定電路建立的電壓降低。
圖4示出了本發明的一個實施例，該實施例特別適合于采用集成電路工藝。除了已經述及的元件外，此電路裝置還包含有加電流于電阻20和22接點的電路44。電路44由比較器46、可控電流源48和產生比較器的參考電壓的電路50構成，符號表明電路50是一個電壓源。
比較器46把比較器參考電壓與電阻20和22間接點的電壓進行比較。如接點的電壓降低到低于比較器的參考電壓，電流源48就被激勵，并開始對該接點加電流。這就引起了使線路電壓穩定的參考電壓降低，結果就使晶體管16繼續導通電流。
同時，在低的電源電壓下(在1.1V的量級)，比較器46必須繼續工作，以保證上述控制作用。下面將參照圖7，對這種比較器的實施方案加以詳細說明。
圖5示出一種傳輸放大器，如上述IEEE的文章中所揭示的，此放大器也起著線路電壓穩定器的作用。為了本發明的用途，提供了一些附加元件。
示于圖5的電路包含有一個運算放大器12，其輸出接到輸出級，輸出級由晶體管16和連接發射極的電阻18構成。放大器12的反相輸入端接于晶體管16的發射極，同相輸入端通過串聯連接的參考電壓源52和電阻54接到兩個線路接線端子10中的一個。此外，同相輸入端通過串聯連接的電阻84和電容86接到另一個線路接線端子上。電阻84和電容86用來確定傳輸放大器的交流輸出阻抗。
用來使線路電壓穩定的參考電壓是電源52產生的電壓。因此，在放大器12的同相輸入端加上線路直流電壓和參考電壓之差。如線路直流電壓降到低于參考電壓，則放大器12被置于其控制范圍之外，這樣，晶體管16此時就不再導通電流。
為了保證示于圖5的電路甚至在低的線路電壓下能繼續工作，此電路包含有一個比較器56、一個比較器的參考電源60和一個可控電流源58。如線路電壓和電壓源52之差低于參考電源60的電壓，則電流源58被比較器56驅動，以使電流加到電阻54接到同相輸入的那一端，這樣，在電壓源52和電阻54串聯電路上產生的參考電壓降低，放大器12就保持在其控制范圍內。
圖6示出一種圖5實施例的改型。圖6中比較器56的輸出端直接接于參考電壓源52。以一種“自控”的方式，此電壓源由電壓可控的電源構成。當線路直流電壓與電壓源52之間的電壓差低于比較器的參考電壓時，通過降低此電壓源52的電壓，也可使放大器12保持在其控制范圍內。
圖7示出了對電阻20及22的接點加電流的電路44，如上面參照圖4所詳細敘述的那樣。此電路由比較器46、產生比較器參考電壓的電路50和可控電流源48組成。
比較器46包含有由晶體管64和二極管66組成的電流鏡62，以及由兩個晶體管68和70及接在公共發射極引線的電流源72組成的差分級電路。晶體管70的收集極接于電流鏡62的信號輸入端，晶體管68的收集極接于此電流鏡的信號輸出端，該信號輸出端也就是比較器46的輸出端。
比較器46的第一輸入端接到比較器的參考電壓電路50。電路50由電流源74、兩個二極管76和78及一個電阻80彼此串聯連接而成。參考電壓取自電流源44和二極管76之間的接點。
可控電流源48接于比較器46的輸出端，在此實施例中，電流源48是由晶體管構成的。此電流源48的控制輸入端是由此晶體管的基極構成，構成電流源48的輸出端的該晶體管的收集極，接到比較器46的另一輸入端。由于上述的這種連接模式，比較器46和電流源48形成一個反饋系統。這樣構成的輸出端82接到上述電阻20和22的接點。
圖8示出了線路直流電流IL和線路直流電壓VL之間的關系，此特性曲線是用圖4的電路測得的。對于高于3.8V的電壓，其電壓值是由3.6V的恒定電壓Vo加上正比于線路電流的電壓分量。對于低于3.8V的電壓，發現電路仍然傳導電流，這樣，傳輸放大器仍然能通過用戶線傳輸信號。
權利要求
1.通過用戶線以線路直流電壓饋電的一種電話機，其中包含有傳輸放大器，該放大器制成線路穩壓器的形式，該穩壓器有一個反饋運算放大器構成的輸入級。該傳輸放大器包含有產生用來使線路電壓穩定的參考電壓的電路，以及包含有在線路直流電壓和參考電壓之間形成電壓差的裝置，此電壓差加于運算放大器的第一輸入端。傳輸放大器還包含有產生輔助電壓的裝置，該電壓線性地取決于線路直流電流，輔助電壓加于運算放大器的第二輸入端。其特征在于傳輸放大器包含有如線路直流電壓降到低于預定值時，能降低參考電壓的裝置
2.根據權利要求
1所規定的電話機，其中，產生參考電壓的電路包含有一個電阻，電阻的一端耦合到運算放大器的第一輸入端。其特征在于產生參考電壓的電路包含有一個產生輸出電流的可控電流源，此輸出電流基本上與負載無關，電流源接于與運算放大器的第一輸入端相連的電阻的一端，而傳輸放大器包含有一個接于用戶線的控制電路，以控制分別取決于線路電壓或線路電流的電流源。
3.根據權利要求
2所規定的電話機，其特征在于控制電路包含有電流測量電阻，該電阻與用戶線的一根導線串聯連接;一個晶體管，其發射機和基極跨接于電流測量電阻的兩端，而作為控制電路輸出端的該晶體管的收集極，通過一個收集極電阻接到用戶線的另一根導線。
4.根據權利要求
2所規定的電話機，其特征在于控制電路制成比較器電路的形式。它的一個輸入端接到產生比較器參考電壓的電路，而另一輸入端接到運算放大器的第二輸入端。
5.根據權利要求
4所規定的電話機，其特征在于比較器電路由一個電流鏡構成，兩個晶體管的收集極分別接到電流鏡的輸入和輸出端，這兩個晶體管一起構成一個差分級電路，該差分級有一和電流源相接的共發射極引線。電流鏡的輸出端就構成了比較器的輸出端。
專利摘要
用于電話機聲頻傳輸電路的傳輸放大器也起著穩定線路直流電壓的作用。但是，由于外部的原因，例如，當有一臺無電子線路穩壓器的電話機并聯連接，使線路電壓降到低于閾值時，這種結構的慣用傳輸放大器就不能工作。根據本發明，通過降低使線路電壓穩定的參考電壓，如線路直流電壓接近閾值，則傳輸放大器的輸出極繼續導通電流，這樣，傳輸放大器就能通過用戶線繼續傳送信號。
文檔編號H04M1/60GK86101473SQ86101473
公開日1986年9月10日 申請日期1986年3月8日
發明者約瑟夫斯·約翰尼斯·安東厄斯·格博爾斯, 彼得·約翰尼斯·瑪麗亞·西杰伯斯 申請人:菲利浦光燈制造公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan