专利名称:线路稳压器型可变参考电压的传输放大器的制作方法
本发明涉及一种通过用户线以线路直流电压馈电的电话机。该电话机包含有传输放大器，该放大器制成线路稳压器的形式，并有一个由反馈工作放大器构成的输入级。传输放大器包含有为线路电压稳定而产生参考电压的电路，以及包含有在线路直流电压和参考电压之间形成电压差的装置，此电压差加于工作放大器的第一输入端，还包含有产生辅助电压的装置，该电压线性地把取决于线路直流电流，辅助电压加于工作放大器的第二输入端。
这种电话机揭示于IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.sc-17，No.6，Dec.1982 p 1149-1157 Fig.8，其题目为“适用于电话交换机可编程序语音电路”的文章中。
接到公共电话网络用户线的电话机，通过此用户线，从电话交换机接收到线路电压，此线路电压是由直流电压元件、线路直流电压及交流电压元件形成的。此外，线路直流电压受电话机传输的信号所调制。
电话机中，线路直流电压是由稳压器建立的，稳压器可能构成了传输放大器的一部份。如上述IEEE的论文中所说的，也可把传输放大器制成稳压器的形式。该传输放大器是以这样的方式来控制电话机终端的线路直流电压线路直流电压由第一恒定电压部份叠加上正比于线路直流电流的第二部份组成。控制作用是这样完成的，使反馈工作放大器的两路输入电压大致相等来控制工作放大器的输出，所以，保持上述电压差等于上述辅助电压。
如果由于某种或其他原因，加于电话机的线路直流电压低于第一恒定电压部份，那么，传输放大器的输出级就没有电流流过。这就使得传输放大器不能通过用户线传输信号。
如果另一个没有电子线路稳压器的一般电话机和有电子线路稳压器的电话机并联连接，这种情况也可能出现。这种一般电话机直流的电流-电压特性一般就是普通欧姆电阻，例如200欧姆的电流-电压特性。如果电话机是通过一根长的用户线并联连接的，由于其阻抗高，只能产生小的线路直流电压(如15mA)，那么，在一般电话机的两端可能产生一个电压(如3V)，其电压值低于由电子装置调节的线路直流电压的恒定部份(如4V)。
本发明的目的是提供一种本文第一节叙述的那种电话机，即使在低的线路直流电压下，该电话机也能把传输信号加到用户线上。
因此，根据本发明的电话机的特征在于传输放大器包含有当线路直流电压降到低于预定值时降低参考电压的装置。
参考电压降低，由电话机建立的线路直流电压恒定部份也随着降低，其结果是甚至在一般电话机并联连接的情况下，电流仍然继续流过传输放大器的输出级。
根据本发明的电话机的一个实施例包括一个用来控制产生参考电压的比较电路，该参考电压用来使线路电压保持稳定。同时，当电话机以降低了的线路电压工作时，由降低的线路电压馈电的比较电路必须继续起作用。
根据本发明的电话机的一个实施例包含有一个比较电路，该电路在低的电源电压下也能继续起作用，比较电路的特征在于比较电路由电流镜组成，每个晶体管的收集极都接于电流镜的输入和输出端，这两个晶体管一起构成了有共发射极引出端的差分级电路，其引出端接有一个电流源。电流镜的输出端就是该比较器的输出端。
这种结构的比较电路的馈给电压等于电流镜两端的电压、差分级的收集极-发射极通路两端的电压和在发射极引线处电流源两端的电压之和。这个总电压至少等于晶体管饱和电压(0.2V)的两倍加上二极管正向电压0.7V，因此可能在1.1的量级。
现在参看附图及图中标注同样数字的相应元件，对本发明加以详细说明。
图1示出先有技术传输放大器，该放大器也起线路电压稳定器的作用;
图2示出了图1所示电路的电流-电压特性;
图3示出了图1传输放大器的改进型，根据本发明，该电路适用于低的线路电压;
图4示出了图1传输放大器的另一改进型电路，该电路更适合于集成化;
图5示出了适用于低的线路电压的另一传输放大器的第一个实施例;
图6示出了另一传输放大器的第二个实施例。
图7示出了用于图3至6传输放大器比较电路的一个实施例;
图8示出了借助于图4的电路所测得的电流-电压特性。
本发明适用于上述IEEE论文中所揭示的传输放大器，也适用于在中国专利申请号85102113中所叙述的传输放大器。
图1示出了上述后一种传输放大器，该放大器也可用作线路电压稳定器。该传输放大器有一对接线端子10，通过一般的二极管电桥(未示出)以接于用户线。还有用作传输放大器输入级的反馈工作放大器12，以及二极管14，由此二极管取得了用来使线路电压稳定的参考电压。此二极管置于电流源(未示出)的正方向。在二极管的两端产生的电压等于大约为0.6V的二极管正向电压Vd。
该传输放大器还包含由带有发射极电阻18(如20Ω)的输出晶体管16所形成的输出级，和由电阻20、22及电容24组成的电压分压器。示于图1的电路还包含有与电源电容28(如100μF)串联的线路终端电阻26(如600Ω)。
由于反馈运算放大器控制它的输出，这样它的两个输入端的电压大致相等。电阻20两端的电压等于二极管的正向电压Vd。而电阻22两端的电压比上述电压大一个阻值比的因子。上述电阻22两端的电压起着用于使线路电压稳定的参考电压的作用。因此，在电阻20和22接点处的电压(相对与下面的线路接线端子的电压，该接线端子选作电压参考点)等于线路直流电压与参考电压之差。所以这个差值电压就存在于放大器12的同相输入端。
存在于电阻18两端的电压等于通过传输放大器输出级的直流电流与电阻18电阻值的乘积。因此，一个等于电阻18两端电压与二极管正向电压Vd之和的电压存在于放大器12的反相输入端。这样，此输入端的电压线性地取决于线路直流电流的大小。
使放大器12反相和同相输入端的电压相等，就可以得到通过传输放大器输出级的直流电流和直流电压的线性关系。例如，如线路直流电流不需馈给其他电路时，则线路直流电流就等于通过传输放大器输出级的直流电流。线路直流电流和线路直流电压之间的关系用直线画于图2。实际上，有时一部份线路直流电流馈给其他电路，其特性就变成如画于图2中特性曲线的虚线部份。假定全部线路直流电流流过输出级，则线路直流电压等于恒定部份Vo(如4V)叠加上与线路直流电流成比例的部份。
如果把具有图2所示特性的电话机接到长的用户线上，并与无电子线路稳压器的电话机并联，那么通过输出晶体管16的电流将下降为零。这样，传输放大器就不能再送信号给用户线，此电话机就不工作了。这是由于无电子线路稳压器的电话机的直流电阻(如200Ω)较低而引起的。长的用户线只能产生一个有限的线路直流电流(如15mA)，在200Ω电阻装置的两端产生一个3V的电压，此电压不足以使电子装置正常工作。当考虑到二极管电桥(未示出)两端的压降时，电压就更不足了。在最有利的条件下(用肖特基二极管时)，此电桥的电压降为0.8V。
图3示出了根据本发明的一种可以解决上述问题的电路。已在图1中述及的许多元件可以集中在集成电路30中。此电路还有一个电流测量电阻32(如120Ω)与晶体管16的收集极串联，电容量为47μf的电容器34与电阻32并联用作交流耦合。晶体管36的主电流通路和电阻38(如1MΩ)串联，并且接在线路接线端子10之间。此电阻接在晶体管36的收集极引线，该晶体管36的基极接于电阻32的一端，该端与晶体管16的收集极相连，发射极接于电阻32的另一端。晶体管40的发射极接于晶体管36的发射极，其基极接于晶体管36的收集极，其收集极接于电阻20和22的接点，电阻42也接在这个接点上。电阻42的另一端接于晶体管16的收集极。
示于图3的电路按下列程序工作通过电阻32的电流一旦超过预定值，如5mA，晶体管36导通，其结果使得此晶体管的收集极和发射极之间的电压差很小，因而，晶体管40就不导通了。如较大的电流通过用户线流过该电路，晶体管36就被激励处于饱和状态，较大部份的电流通过晶体36的发射极-基极通道流过晶体管16。如流过电阻32的电流变得小于5mA时，那么晶体管36就变到不导通状态，该晶体管的收集极电压降低，使晶体管40变成导通。然后，电流流过电阻20和22的接点，结果使此接点上的电压没有进一步降低。这就使得为了使线路电压稳定的参考电压(即电阻22两端的电压)降低。由于参考电压受到影响这样一个事实，电阻20两端维持一个等于二极管的正向电压值的电压，使放大器12保持在它的控制范围内，其结果是晶体管16能继续导通电流。
电阻32两端的电压大约为0.6V，这样，由线路电压稳定电路建立的电压必须减少0.6V以保证线路接线端子10上的电压不变。通过与电阻22并联一电阻42的办法，使由电压稳定电路建立的电压降低。
图4示出了本发明的一个实施例，该实施例特别适合于采用集成电路工艺。除了已经述及的元件外，此电路装置还包含有加电流于电阻20和22接点的电路44。电路44由比较器46、可控电流源48和产生比较器的参考电压的电路50构成，符号表明电路50是一个电压源。
比较器46把比较器参考电压与电阻20和22间接点的电压进行比较。如接点的电压降低到低于比较器的参考电压，电流源48就被激励，并开始对该接点加电流。这就引起了使线路电压稳定的参考电压降低，结果就使晶体管16继续导通电流。
同时，在低的电源电压下(在1.1V的量级)，比较器46必须继续工作，以保证上述控制作用。下面将参照图7，对这种比较器的实施方案加以详细说明。
图5示出一种传输放大器，如上述IEEE的文章中所揭示的，此放大器也起着线路电压稳定器的作用。为了本发明的用途，提供了一些附加元件。
示于图5的电路包含有一个运算放大器12，其输出接到输出级，输出级由晶体管16和连接发射极的电阻18构成。放大器12的反相输入端接于晶体管16的发射极，同相输入端通过串联连接的参考电压源52和电阻54接到两个线路接线端子10中的一个。此外，同相输入端通过串联连接的电阻84和电容86接到另一个线路接线端子上。电阻84和电容86用来确定传输放大器的交流输出阻抗。
用来使线路电压稳定的参考电压是电源52产生的电压。因此，在放大器12的同相输入端加上线路直流电压和参考电压之差。如线路直流电压降到低于参考电压，则放大器12被置于其控制范围之外，这样，晶体管16此时就不再导通电流。
为了保证示于图5的电路甚至在低的线路电压下能继续工作，此电路包含有一个比较器56、一个比较器的参考电源60和一个可控电流源58。如线路电压和电压源52之差低于参考电源60的电压，则电流源58被比较器56驱动，以使电流加到电阻54接到同相输入的那一端，这样，在电压源52和电阻54串联电路上产生的参考电压降低，放大器12就保持在其控制范围内。
图6示出一种图5实施例的改型。图6中比较器56的输出端直接接于参考电压源52。以一种“自控”的方式，此电压源由电压可控的电源构成。当线路直流电压与电压源52之间的电压差低于比较器的参考电压时，通过降低此电压源52的电压，也可使放大器12保持在其控制范围内。
图7示出了对电阻20及22的接点加电流的电路44，如上面参照图4所详细叙述的那样。此电路由比较器46、产生比较器参考电压的电路50和可控电流源48组成。
比较器46包含有由晶体管64和二极管66组成的电流镜62，以及由两个晶体管68和70及接在公共发射极引线的电流源72组成的差分级电路。晶体管70的收集极接于电流镜62的信号输入端，晶体管68的收集极接于此电流镜的信号输出端，该信号输出端也就是比较器46的输出端。
比较器46的第一输入端接到比较器的参考电压电路50。电路50由电流源74、两个二极管76和78及一个电阻80彼此串联连接而成。参考电压取自电流源44和二极管76之间的接点。
可控电流源48接于比较器46的输出端，在此实施例中，电流源48是由晶体管构成的。此电流源48的控制输入端是由此晶体管的基极构成，构成电流源48的输出端的该晶体管的收集极，接到比较器46的另一输入端。由于上述的这种连接模式，比较器46和电流源48形成一个反馈系统。这样构成的输出端82接到上述电阻20和22的接点。
图8示出了线路直流电流IL和线路直流电压VL之间的关系，此特性曲线是用图4的电路测得的。对于高于3.8V的电压，其电压值是由3.6V的恒定电压Vo加上正比于线路电流的电压分量。对于低于3.8V的电压，发现电路仍然传导电流，这样，传输放大器仍然能通过用户线传输信号。
权利要求
1.通过用户线以线路直流电压馈电的一种电话机，其中包含有传输放大器，该放大器制成线路稳压器的形式，该稳压器有一个反馈运算放大器构成的输入级。该传输放大器包含有产生用来使线路电压稳定的参考电压的电路，以及包含有在线路直流电压和参考电压之间形成电压差的装置，此电压差加于运算放大器的第一输入端。传输放大器还包含有产生辅助电压的装置，该电压线性地取决于线路直流电流，辅助电压加于运算放大器的第二输入端。其特征在于传输放大器包含有如线路直流电压降到低于预定值时，能降低参考电压的装置
2.根据权利要求
1所规定的电话机，其中，产生参考电压的电路包含有一个电阻，电阻的一端耦合到运算放大器的第一输入端。其特征在于产生参考电压的电路包含有一个产生输出电流的可控电流源，此输出电流基本上与负载无关，电流源接于与运算放大器的第一输入端相连的电阻的一端，而传输放大器包含有一个接于用户线的控制电路，以控制分别取决于线路电压或线路电流的电流源。
3.根据权利要求
2所规定的电话机，其特征在于控制电路包含有电流测量电阻，该电阻与用户线的一根导线串联连接;一个晶体管，其发射机和基极跨接于电流测量电阻的两端，而作为控制电路输出端的该晶体管的收集极，通过一个收集极电阻接到用户线的另一根导线。
4.根据权利要求
2所规定的电话机，其特征在于控制电路制成比较器电路的形式。它的一个输入端接到产生比较器参考电压的电路，而另一输入端接到运算放大器的第二输入端。
5.根据权利要求
4所规定的电话机，其特征在于比较器电路由一个电流镜构成，两个晶体管的收集极分别接到电流镜的输入和输出端，这两个晶体管一起构成一个差分级电路，该差分级有一和电流源相接的共发射极引线。电流镜的输出端就构成了比较器的输出端。
专利摘要
用于电话机声频传输电路的传输放大器也起着稳定线路直流电压的作用。但是，由于外部的原因，例如，当有一台无电子线路稳压器的电话机并联连接，使线路电压降到低于阈值时，这种结构的惯用传输放大器就不能工作。根据本发明，通过降低使线路电压稳定的参考电压，如线路直流电压接近阈值，则传输放大器的输出极继续导通电流，这样，传输放大器就能通过用户线继续传送信号。
文档编号H04M1/60GK86101473SQ86101473
公开日1986年9月10日 申请日期1986年3月8日
发明者约瑟夫斯·约翰尼斯·安东厄斯·格博尔斯, 彼得·约翰尼斯·玛丽亚·西杰伯斯 申请人:菲利浦光灯制造公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan