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Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Querkondensatoren versehenen Anschlüssen, insbesondere für die Verbindung von Anschlüssen in einem Zeitmultiplex-Vermittlungssystem
Gegenstand des Patentes Nr. 246 803 ist eine Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertra- gung zwischen mit Querkondensatoren versehenen Anschlüssen, insbesondere für die Verbindung von An- schlüssen in einem Zeitmultiplex-Vermittlungssystem, der bei den Energie liefernden Anschlüssen den
Querkondensatoren parallel liegende Zusatzkondensatoren angeschaltet sind, in der an diese Querkondensatoren jeweils einVerstärkerelement angekoppelt ist, so dass aus dessen Betriebsstromquelle während der vor der Übertragung liegenden Zeitspanne ein Zusatzkondensator jeweils derart mit Energie versorgt wird,
dass an ihm stets eine der am Querkondensator angelegten Spannung entsprechende Spannung liegt, und in der bei der jeweils späteren, dem gegenüber kurzdauernden Energieübertragung die im Zusatzkondensator enthaltene Energie sich mit auswirkt.
Der Schaltungsanordnung liegt also das Prinzip zugrunde, dass zur impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Querkondensatoren versehenen Anschlüssen über mindestens einen periodisch betätigbaren Schalter bei zumindest einem Anschluss der Querkondensator zu einem wenigstens eine Zusatzreaktanz sowie eine zusätzliche Energiequelle zusammen mit einem Verstärkerelement enthaltenden Zweipol ergänzt ist, bei dem die zusätzliche Energiequelle zusammen mit dem Verstärkerelement während der vor der Energieübertragung liegenden Zeitspanne in Abhängigkeit von der dem Querkondensator zugeführten bzw.
entnommenen Energie die Reaktanzen des Zweipols derart mit Energie versorgt, dass in solchen Reaktanzen eine der dem Querkondensator zugeführten Energie entsprechende Energie bereitgestellt wird, und dass während der anschliessenden kurzzeitigen Energieübertragung die in den Reaktanzen enthaltene Energie sich mit auswirkt.
Die Erfindung bezweckt eine Weiterbildung der in der österr. Patentschrift Nr. 246 803 angegebenen Schaltungsanordnung, die es gestattet, die Anwendungsmöglichkeiten einer solchen nach dem angegebenen Prinzip arbeitenden Schaltungsanordnung auf Grund einer besonders zweckmässigen Dimensionierung einer solchen Schaltungsanordnung zu erweitern.
Die Erfindung betrifft somit eine Schaltungsanordnung gemäss dem österr. Patent Nr. 246 803. Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz des durch die Zusammenschaltung des Querkondensators mit wenigstens dem Verstärkerelement, der Betriebsstromquelle und dem Zusatzkondensator gebildeten Zweipols durch eine Impedanzfunktion Z (p) mit p = p j < dargestellt ist, wobei w ;
[sec -1] eine Kreisfrequenz einer dem Zweipol aufgeprägten, von der Zeit t [sec] abhängigen Schwingung der Form exp (pt) und p [ sec-1]ein logarithmisches Mass für die Stärke der An-
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Hiebei betrifft U (T) jene Spannung, die an dem ursprünglich als ungeladen betrachteten Kondensator entsteht, sobald ihm durch Energieübertragung eine Energie zugeführt wird. U (T') betrifft jene Spannung, die am gleichen Kondensator mit Hilfe der zusätzlichen Energiequelle zusammen mit dem Verstärkerelement bis zum Beginn der anschliessenden, nächsten Energieübertragung schliesslich auftritt.
Der Verstärkungsfaktor v stellt also jenen Faktor dar, um den diejenige Spannung, die durch die Energieübertragung bzw. durch eine Betätigung eines Schalters zunächst auftritt, mittels der zusätzlichen Energiequelle zusammen mit dem Verstärkerelement bis zur nächsten Betätigung eines Schalters verändert wird, falls der Kondensator ursprünglich ungeladen war. Der Verstärkungsfaktor v betrifft also einen die Spannung des Kondensators ändernden Ausgleichsvorgang, der durch die Energiequelle zusammen mit dem Verstärkungselement bedingt ist. Aus diesem Verstärkungsfaktor v erhält man also nach der oben angegebenen Gleichung die Konstante K.
Die erfindungsgemäss dimensionierte Schaltungsanordnung bringt zunächst einmal den Vorteil mit sich, dass mit Sicherheit die kurzzeitige Energieübertragung in einer Zeitspanne vor sich geht, die kurz gegenüber der jeweiligen Schliessungszeitspanne des Schalters ist, so dass die Schliessungszeitspanne ge- gebenenfalls auch mehr oder weniger stark schwanken kann, ohne dass ein an die kurzzeitige Energie- übertragung sich anschliessender Ausgleichsvorgang, in dem ein dem Betrag der übertragenen Energie entsprechender Betrag an Energie zur Abgabe an den betreffenden Anschluss bereitgestellt-oder auch vernichtet-wird, die kurzzeitige Energieübertragung durch Reflexionserscheinungen störend beeinflussen könnte.
Darüber hinaus ergibt sich der weitere Vorteil, dass dieser Ausgleichsvorgang im wesentlichen nach einer Zeitspanne beendet ist, die kurz gegenüber der zwischen einer Betätigung des mit dem Zwei- pol verbundenen Schalters und der jeweils nächsten Betätigung eines solchen mit dem Zweipol verbun- denen Schalters liegenden Zeitspanne T'und damit kurz gegenüber jener Zeit ist, die bis zur Beendigung der Abgabe von Energie an den betreffenden Anschluss bzw. Aufnahme von Energie von dem betreffenden
Anschluss zur Verfügung steht, so dass selbst bei mehr oder weniger starken Schwankungen der momenta- nen Betätigungsperiode T'der Ausgleichsvorgang und die Energieweitergabe an den betreffenden An- schluss praktisch abgeschlossen sind und somit auch in dieser Hinsicht unerwünschte EnergierUckübertra- gungen, d. h.
Reflexionen, vermieden werden. Zugleich ist sichergestellt, dass die während der jeweili- gen kurzzeitigen Schliessung des periodisch betätigbaren Schalters zu übertragende Energie tatsächlich auch übertragen und an den betreffenden Anschluss weitergegeben wird, wobei in jedem Falle auch die
Proportionalität zwischen dieser übertragenen Energie und der in dem genannten Ausgleichsvorgang zu- sätzlich bereitgestellten Energie gewahrt bleibt.
Mit der Wahl der erwähnten Konstante K wird dabei der Verstärkungsfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der während der Energieübertragung am Zweipol auftretenden Zweipolspannungsänderung und der dann bis zum Ende des erwähnten Ausgleichsvorganges erreichten Zweipolspannungsänderung, fest- gelegt. Die Konstante K erhält in weiterer Ausgestaltung der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung zweckmässigerweise einen Wert, der grösser als +1/2 ist, womit in jedem Falle eine Energieverstärkung erzielt wird.
Insbesondere wird bei einer Wahl einer Konstanten K, die grösser als 1 ist, ein Verstärkungsfaktor erzielt, der grösser als +1 ist, während bei einer Wahl der Konstanten K, deren Grösse kleiner als +1 ist, ein Verstärkungsfaktor erzielt wird, der negativ ist ; die genannte, am Zweipol während der Energieübertragung auftretende Spannungsänderung weist dann das entgegengesetzte Vorzeichen von der dann bis zum Ende des Ausgleichsvorganges vorhandenen Spannungsänderung auf.
Handelt es sich insbesondere um eine impulsweise Energieübertragung zwischen gleichartigen, mit Querkondensatoren versehenen Anschlüssen, so erhält die erwähnte Konstante K zweckmässigerweise zumindest angenähert den Wert +2 oder +2/3 ; hiemit wird dann erreicht, dass ein an sich bei dem Energieaustausch zwischen solchen Kondensatoren auftretender Verlust von Energie wieder ausgeglichen wird, so dass an den empfangsseitigen Anschluss gerade soviel Energie weitergegeben wird, wie vor der kurzzeitigen Energieübertragung an den sendeseitigen Kondensator angeliefert worden war.
Die Erfindung bringt übrigens noch den besonderen Vorteil mit sich, dass der Zweipol, zu dem der erwähnte Kondensator ergänzt ist und dessen Impedanz durch eine Funktion der angegebenen Art bestimmt ist, im einzelnen durch eine Vielzahl von Schaltungskonfigurationen realisiert werden kann, so dass auch in dieser Hinsicht der Anwendungsbereich der erfindungsgemäss ausgebildeten Schaltungsanordnung erweitert wird und diese Schaltungsanordnung durch Wahl der jeweiligen Schaltungskonfiguration gegebenenfalls auch noch weiteren Forderungen angepasst werden kann. Der Zweipol kann beispielsweise in an sich bekannter Weise (vgl.
Cauer"Theorie der linearen Wechselstromschaltungen"), als eine Reihenschaltung von jeweils einem Pol entsprechenden RC-Parallelgliedem gebildet sein, in denen jeweils die Kapazität C, gleich dem Reziprokwert des Residuums Au dieses Poles ist und der Widerstand
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-'1nen erläutert werden wird. Es sei in diesem Zusammenhang besonders bemerkt, dass die Erfindung es gestattet, den Zweipol so zu dimensionieren, dass die Kondensatoren keine Kapazitäten unerwünscht extremer Grössenanordnungen aufzuweisen brauchen.
Es ist aber auch möglich, den Zweipol durch eine Reihenschaltung von jeweils einem Pol entsprechenden RL-Parallelgliedern zu bilden, in denen jeweils der mit der Frequenz p = p multiplizierte Widerstand gleich dem Residuum ist und die mit der Frequenz p = p multiplizierte Induktivität gleich dem Quotienten aus dem Residuum und der Frequenz p = p, bei der die Impedanzfunktion den betreffenden Pol hat. Schliesslich ist es auch möglich, den Zweipol mit Widerständen und Reaktanzen beider Reaktanzarten aufzubauen.
Nachdem erfindungsgemäss der bei einem Anschluss vorgesehene Kondensator zu einem solchen
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chens und zumindest in dem jeweils andern Bereich Residuen negativen Vorzeichens haben, wobei dann die den betreffenden Polen entsprechenden Impedanzen auch negative Kapazitäten bzw. Induktivitäten und negative Widerstände aufweisen können. Solche negativen Impedanzen lassen sich in an sich bekannter Weise mit Hilfe von sogenannten Impedanzkonvertern realisieren. Dabei bildet dann zweckmässigerweise in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das in dem Zweipol enthaltene Verstärkerelement zusammen mit der zusätzlichen Energiequelle einen Bestandteil eines solchen Impedanzkonverters.
An Hand der Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutert. Dabei verdeutlicht Fig. 1 das schaltungstechnische Prinzip, das der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung zugrunde liegt. Fig. 2 zeigt die Bereiche der p-Ebene, in der die Pole der den erfindungsgemäss vorgesehenen Zweipol bestimmenden Impedanzfunktion zu liegen haben. Die Fig. 3 verdeutlicht die Funktionsweise einer in der erfindungsgemässen Weise ausgebildeten Schaltungsanordnung. Fig. 4 zeigt einen einfachen und zweckmässigen Aufbau eines Zweipols, zu dem der Kondensator eines an der Energieübertragung beteiligten Anschlusses erfindungsgemäss ergänzt ist. Fig. 5 verdeutlicht die konkrete Realisierung eines solchen Zweipols gemäss Fig. 4 mit Hilfe eines Widerstandskonverters. Die Fig. 6 und 7 lassen dabei unterschiedliche Möglichkeiten des schaltungstechnischen Aufbaues im einzelnen erkennen.
Wie bereits erwähnt, verdeutlicht die Fig. l das der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung zugrunde liegende, schaltungstechnische Prinzip der impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen. In der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind zwei An- schlüsse--AG und AV--vorgesehen, die jeweils mit einem Kondensator--COG bzw. COV--versehen sind und zwischen denen eine Energieübertragung über einen periodisch betätigbaren Scha1ter--S--mög- lich ist.
Der Kondensator-CoG-liegt quer zum Anschluss und der Kondensator-Co--
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liegt quer zum Anschluss-Ay-. Von dem Anschluss--AG--her möge eine langsam vor sich gehende Aufladung des Kondensators--CoG-erfolgen ; wenn dann kurzzeitig der Schalter--S--geschlossen
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-COY-- hin- -COY-- entladen ist, so geht bei einem kurzzeitigen Schliessen des Schalters--S--die halbe Ladung des Kondensators --COG-- auf den Kondensator --COV-- über, womit dann beide Kondensatoren die gleiche Spannung von der halben Grösse der ursprünglich am Kondensator --COG-- auftretenden Spannung aufweisen und jeweils ein Viertel der ursprünglich im Kondensator-CoG-gespeicherten Energie speichern ;
die restliche Hälfte der Energie ist in nie ganz zu vermeidenden Widerständen des den Schalter
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tragungsrichtung. Damit nun ein grösserer Energiebetrag, insbesondere so viel Energie, wie ursprünglich von dem An-
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Parallelschaltungen-KG und Ky-jeweils zu einem wenigstens eine Zusatzreaktanz sowie eine zusätzliche Energiequelle zusammen mit einem Verstärkerelement enthaltenden Zweipol ergänzt, in dem die zusätzliche Energiequelle zusammen mit demVerstärkerelementwährend der vor der Energieübertragung liegenden Zeitspanne in Abhängigkeit von der dem Kondensator zugeführten Energie die Reaktanzen des Zweipols derart mit Energie versorgt, dass in solchen Reaktanzen eine der Energiezuführung bzw.-entnahme entsprechende Energie bereitgestellt wird,
die sich dann bei der anschliessenden kurzzeitigen Energieübertragung mitauswirkt. Wie eine solche Energiebereitstellung vor sich gehen kann, wird bereits in der österr. Patentschrift Nr. 246 803 beschrieben, so dass an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht. Es sei lediglich erwähnt, dass in der genannten Patentschrift eine entsprechende Schaltung angegeben ist, die es gestattet, im Zuge einer kurzzeitigen Energieübertragung über den impulsweise geschlossenen Schalter eine Ladung gerade von der vollen Grösse der zuvor auf dem Kondensator --COG-- befindlichen Ladung zu übertragen und im Ergebnis auch dem Kondensator --COV-- eine Ladung dieser Grösse zuzuführen.
Grundsätzlich können die Kondensatoren --COG und COV--der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 aber auch zu Zweipolen ergänzt sein, in denen mehr oder auch weniger Energie bereitgestellt wird, wobei im Grenzfall auch der Betrag der bereitgestellten Energie vemachlässigbar klein sein kann.
In jedem Falle wird nun nach Lieferung einer bestimmten Energie vom Anschluss--AG--zum Kondensator --COG-- hin und nach impulsweiser Energieübertragung durch kurzzeitiges Betätigen des Schalters--S-- die Weitergabe eines gleich grossen oder bei Bedarf auch grösseren-oder auch kleineren-Energiebe- trages zum Anschluss-Ay-hin bzw. in der Gegenrichtung bei Lieferung von Energie durch den Anschluss --AV-- zum Anschluss --AG-- hin, dadurch ermöglicht, dass in der Schaltungsanordnung nach Fig.
1 die Kondensatoren--COG und COV--jeweils in der erfindungsgemässen Weise zu einem solchen Zweipol ergänzt sind, dessen Impedanz durch eine Funktion Z (p) mit p = p + j w bestimmt ist, die bei
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