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Système électrique de signalisation
L'invention concerne des systèmes électriques de si- gnalisation et se rapporte plus particulièrement à un sys- tème renfermant une ligne de transmission par laquelle des impulsions sont transmises dans des buts de commande à une impédance située à l'extrémité d'entrée de la ligne.
Lorsque des impulsions sont transmises par de longues lignes comme on en rencontre parfois dans les systèmes télé- phoniques, les signaux reçus tendent à être à la fois for- tement atténués et distordus de sorte que des impulsions qui ont un rapport de rupture à la fermeture dans des limi- tes déterminées lorsqu'ellès sont produites, peuvent être distordues au point d'empêcher un fonctionnement sûr de l'ap- pareil récepteur. La distorsion peut être due à la capaci- tance de la ligne, à une résistance d'isolement faible,à des impédances telleq que des sonneries de téléphone mises en connexion en travers de la ligne ou à des combinaisons de ces facteurs, l'effet général étant d'amener les impulsions à s'écarter considérablement d'une forme rectangulaire.
Dans les systèmes d'impulsions tels que ceux employés dans les sys
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ternes téléphoniques automatiques, le rapport de la période de fermeture à la période de rupture des impulsions reçues est très important et lorsqu'une tolérance est faite pour des variations de vitesse des dispcsities de manoeuvre du cadran de l'abonné, outre les sources de distorsion mention- nées ci-dessus, une restriction sérieuse est imposée à la longueur des lignes qui peuvent être employées pour la ma- noeuvre directe du cadran si les périodes de fermeture à la rupture des contacts du relais répondant aux impulsions doi- vent être maintenues dans les limites prescrites pour un fonctionnement sur de l'appareillage sélecteur.
Le but principal de la présente invention est de fournir un agencement perfectionné qui répond à des impulsions dis- tordues pour produire des impulsions reconstruites ayant le même rapport d'impulsion que la source d'impulsions.
Un autre but de l'invention est de fournir des moyens de détruire les oscillations qui sont normalement produites dans un circuit d'impulsions ayant des éléments de capaci- tance en pont sur les contacts d'impulsions.
Suivant une caractéristique de la présente invention, des impulsions arrivant par une ligne sont différenciées et appliquées à un circuit qui répond en concordance avec le taux de changement et le sens de la forme d'onde différen- ciée, et des dispositifs conducteurs asymétriques sont asso- ciés à l'impédance en vue d'empêcher un fonctionnement erron- né de l'équipement de réponse dû à des oscillations passant dans la ligne, provoquées par les caractéristiques de la ligne et/ou de l'équipement associé à celle-ci.
Suivant une autre caractéristique de l'invention lorsque les impulsions sont transmises par l'interruption, à l'extré- mité de sortie de la ligne, d'un circuit en boucle qui se termine par une impédance reliée une source de voltage, des dispositifs conducteurs asymétriques sont combinés à. l'impédance pour fournir des trajets en dérivation qui empê- chent la production d'oscillations de passage lors de l'ou- verture et de la fermeture du circuit de boucle à cause des
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caractéristiques de la ligne et/ou de l'équipement associé à la ligne.
L'invention sera mieux comprise dtaprès la description ci-dessous prise conjointement avec les dessins annexés dans lesquels :
La fig. 1 est un schéma d'un répétiteur d'impulsions construit conformément à la présente invention et destiné à être commandé par des impulsions transmisés au moyen d'une ligne téléphonique conventionnelle.
La fig. 2 est un schéma d'une variante de la fig. 1 dans laquelle un circuit d'enrayage Eccles-Jordan est substitué à la paire de tubes à décharge dans le gaz employée à la fig. l.
Décrite d'une manière brève, l'invention consiste à uti- liser le voltage développé en travers d'une impédance, qui peut être le relais usuel répondant aux impulsions, mise en connexion dans un circuit d'impulsion pour rendre conducteurs des tubes alternés d'une paire de tubes thermioniques en réponse à des changements successifs de direction opposée dans le courant s'écoulant dans le circuit d'impulsions Le voltage à travers l'impédance dans le circuit d'impulsion est d'abord amplifié et reproduit sur une variation de cou- rant dans le circuit de plaque d'un tube thermionique du type pentode.
Le courant de plaque du tube pentode passe par l'enroulement primaire d'un transformateur et provoque l'induction dans l'enroulement secondaire, d'un voltage sen- siblement égal au taux de changement dans le courant de pla- que, c'est-à-dire que les impulsions entrantes sont diffé- renciées. Deux résistances sont reliées en série en travers de l'enroulement secondaire, en série avec deux condensateurs Deux tubes à décharge dans le gaz ont leurs cathodes reliées à la jonction entre les deux résistances et chacun possède une électrode de commande reliée à l'autre côté d'une des résistances, de sorte qu'un tube est allumé lorsque le cou- rant primaire du transformateur est augnenté rapidement et
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que l'autre tube est allumé lorsque le courant primaire du transformateur diminue rapidement.
Chacun des tubes à décharge dans le gaz a son anode relire une source de potentiel en série avec une résistance qui ost individuelle pour craque tube, et également en sérieavec uns impédance qui est commune à la paire de tubes. Un condensateur est
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2?eli,l directement entre les anodes des tubes de i1àgiJx. li amener l'un ou l'autre des tubes à être désionisé lorsque l'autre tube est allumé.
Un relais répétant les impulsions
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est également monte en série avec le circuit Il'8.11,)(LG 0."Vl des tubes. Des oscillations dans le circuit d'impulsion ent empêchées au moyen de redresseurs qui sont montes de faon à absorber la saute de voltage inductif produite par l'im-
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pdance, ou 1.e r 1 ,.., dans le circuit d' :Uuyulsion '. l'ins- tant où le circuit d'impulsion est ouvert, ce qui empêche tout condensateur qui peut être mis en pont en travers des contacts d'impulsion d'être chargé àun potentiel plus grand que celui de la source de potentiel dans le circuit d'im- pulsion.
Dans la variante de l'invention, les tubes à dé- charge dans le gaz sont remplacés par lecircuit d'enrayage bien conne Eccles-Jordan dans lequel une paire de tubes thermioniques est montée de façon à être dans un état ins- table sauf lorsque le courant de plaque d'un des tubes est coupé et que le courant de plaque de l'autre tube à une va- leur maxima.
Les voltages développés en travers des rés istan- ces qui sont reliées au secondaire du transformateur comme on l'a indiqué précédemment sont employés pour amener le circuit d'enrayage à passer d'un état stable dans l'autre ce qui amène les tubes à être rendus conducteurs alternati- vement en réponse à un changement successif de courant dans lE les sens opposés dans l'enroulement primaire du transforma- tour,
L'invention va maintenant être décrite en détail avec ré- férénce aux dessins annexés. On a représenté à la fig. 1 un
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pose d'abonné 1 comportant un dispositif d'impulsion qui est relié par la ligne 2 à une source de potentiel en série avec le relais 3.
Le condensateur 4- et la résistance 5 sont montés en série en multiple avec l'ennoulement inférieur du relais 3. La partie inférieure de la résistance 5 est mise en connexion entre la grille et la cathode du tube à vide 6.
Le circuit d'anode du tube 6 est couplé au moyen d'un transformateur 7 aux grilles de commande des tubes à dé- charge dans le gaz 8 et 9. Un répétiteur d'impulsion 10 est monté en circuit avec le circuit d'anode du tube 9; un des conctacts 11 peut être employé pour répéter les impul- sions correspondant à celles produites par le dispositif d'impulsion 1 à un appareillage de commutation tel que celui qui serait normalement commandé par le relais de ligne 3.
La ligne 2 a été représentée comme un réseau en H d'élé- ments de résistance. En réalité le résistance en série de la ligne est répartie uniformément mais la résistance en dérivation peut être répartie ou placée par blocs, vu qu'elle peut être produite par un défaut en un ou plusieurs points (le la ligne ou peut être une résistance de fuite inévitable répartie. ligne aura également une capacité répartie.
L'équipement du. poste comprend la sonnerie usuelle du télé- phone 12 qui est montée en travers de la ligne 2 en série avec lecondensateur 13 Bien qu'on n'ait représenté qu'un équipement de poste, il doit être bien entendu qu'on peut monter jusqu'à 20 équipements d'une manière analogue en travers de la ligne. Ils peuvent être répartis le long de la ligne ou bien un certair. nombre peuvent être reliés au même point. Des valeurs typiques pour de semblables lignes télé- phoniques sont de 0 à 1200 ohms de résistance en série et de 5000 ohms à l'infini de résistance en dérivation.
Les sonneries telles que 12 peuvent avoir une résistance de 1600 ohms et les condensateurs tels que 13 peuvent avoir une capacitance de un microfarad. Le relais 3 a habituelle- ment une résistance de-200 ohms par enroulement et le vol-
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tage de batterie a habituellement une valeur nominales
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48 volts. Par suite de la charge et de la décharge des
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oon:::Sl1.Se:Í:;ç;"7.1"2 ,:8 sc"jj.dri ('r,c"1ot l'envoi d'irapulsions, le courant ciroulant dans le relais 3 est fortement distordu.
La forme réelle de l'onde dépend des constantes de la ligne et du nombre et de la répartition des sonneries. Fréquem- ment, l'oscillation d'un courant de ligne se produit cha- que fois que les contacts d@ dispositif d'impulsion s'ou-
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vrent.A l'instant oû les contacts s' ;:;1X1j:r(:-¯J¯, 1- .',', C"h.- de sonnerie commencent h se charger en série avec les sonneries, la résistance en série de la 1:> e, J. es r>- ,w,.¯c:- mentfj CD relais ,3 et la batterie. Le flux dans le noyau au relais .1 co:el-¯c.. e..x -:c c qui provoque l'induction d'un voltage dans les enroulements du relais 3, qui tendà main- tenir le courant circulant dans la ligne.
Par suite de ce
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voltage de sel îi>;1.àction é.ai :, le relais j, le potentiel e:i travers de la ligne 2 à l'endroit du relais peut devenir plus élevé que le voltage de la batterie. Lorsque ceci se produit le cordensateur de sonnerie continue à se charger jusqu'à ce qu'il atteigne un potentiel égal à celui existant en travers de la ligne au relais xxxxxxlxtxxxk 3 et à ce moment le condensateur commence à se décharger, ce qui provoque un renversement dans le courant de ligne et un flux dans la direction opposée à la normale dans le noyau du re- lais 3. Le condensateur de sonnerie continue à so décharger jusqu'à ce qu'il atteigne de nouveau un potentiel égal à celui règnant en travers de la ligne 2 au relais 3, lequel potentiel sera à ce moment moindre que le pote tiel de at- terie.
Le courant de ligne se renverse alors de nouveau et le même cycle d'événements se répète mais avec une amplitude ré- duite. Ordinairement, la valeur d'amortissement existant dans un semblable circuit d'impulsion est suffisamment élevée pour. réduire l'amplitude du premier renversement de courant de ligne pour empêcher le refonctionnement du relais épon-
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dant à l'impulsion. Le présent répétiteur d'impulsion est toutefois destiné répondre au taux de changement du cou- rant de ligne plutôt qu'à la grandeur du courant et il de- vient par conséquent nécessaire d'éliminer ces oscillations.
Ceci est réalisé au moyen de redresseurs 14 et 15 dont cha- cun est relié en travers d'un des erroulements du relais 3 de façon à être normalement non-conducteur. Lorsqu'alors les contacts du dispositif d'impulsion 1 s'ouvrent, les deux enroulements du relais 3 sont en fait mis en court-circuit, ce qui empêche le potentiel en travers de la ligne 2 au relais 3 de dépasser la batterie par suite de la chute du flux dans le noyau du relais 3. Comme le condensateur de sonnerie est empêché de se charger à un potentiel plus élevé que le voltage de batterie, aucun renversement du courant de ligne n'a lieu. La mise en court-circuit du relais 3 le rend lent à se libérer et peut l'empêcher de répondre com- plètement à l'impulsion.
Comme la fonction des contacts d'im- pulsion normalement commandés par le relais 3 est maintenant reprise au moyen du contact 11, l'action de lenteur à la li- bération du relais 3 n'est pas un inconvénient et en fait elle sera avantage us ement dans le cas où. un relais lient à se libérer, tel que le relais de retenue employé dans le système téléphonique doit être maintenu actionné par des contacts du relais 3 pendant l'envoi d'impulsions. Par suite de l'ac- tion décrite ci-dessus du redresseur, le courant de ligne diminue toujours exponentiellement lorsque les contacts d'im- pulsion s'ouvrent. Le courant de ligne s'élève par conséquent ëxponentiellement lorsque les contacts d'impulsions se fer- ment.
Si tout le courant de ligne passait par le relais 3, le voltage en travers du relais 3 serait maximum à l'instant où les contacts d'impulsion s'ouvrent et diminuerait expo- nentiellement. Ce voltage serait également opposé, en pola- rité, au voltage normal en travers du relais. Comme les re-
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dresseurs empêchent un enmblable renversement de polarité
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du voltage en. travers c¯r¯ relaiE 3, le olt2e teL;..1:,:,ro. réelle- ment sensiblement à zéro à l'instant où les contacts d'impul- sion s'ouvrent et peut plus tard s'élever lentement suivant une loi exponentielle jusqu'à la valeur d'état stable du cir- cuit ouvert qui est déterminée par la valeur de la résistance de dérivation de la ligne.
Lorsque les contacts d'impulsion se ferment, le voltage en travers de chacun des enroulements du relais 3 s'élève instantanément à la moitié du voltage de la batterie et descend exponentiellement à la valeur d'état stable de circuit fermé qui est déterminé par la résistance de la ligne. On voit donc que des changementsrapides dans le po- tentiel en travers de l'un ou l'autre des enroulements du re- lais 3 ont lieu aux instants de fermeture et de rupture des contacts d'impulsion. Ces changements dans le potentiel en travers de l'enroulement inférieur du relais 3 apparaissent également en travers de la résistance 5. Le condensateur 4 sert de condensateur de blocage pour empêcher la chute de vol- tage constante qui apparait normalement en travers du relais 3 d'affecter le tube amplificateur 6.
La cathode du tube 6 est reliée à la borne négative de la batterie au moyen de la résistance 17 pour fournir la sollicitation convenable pour le fonctionnement du tube comme amplificateur linéaire.
La résistance de cathode 17 est surmontée d'un condensateur en dérivation l8 pour empêcher la dégénération des fronts abrupts d'onde qui doivent être amplifiés par le tube. Une par- tie du voltage du signal développé en travers de la résistance 5 par le fonctionnement du dispositif d'impulsion 1 est appli- quée à la grille du tube 6 par la résistance 19. Le but de la résistance 19 est d'empêcher un courant de grille excessif de s'écouler dans le cas où la prise réglable sur la résis- tance 5 est placée suffisamment haut pour faire que la grille est parfois actionnée positivement. La grille-écran du tube 6 est reliée à une prise réglable sur la résistance 20 qui est
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en pont en travers de la batterie.
La grille-écran est éga- lement surmontée d'une dérivation vers la cathode par le condensateur 21. L'anode du tube 6 est reliée à la borne po- sitive de la batterie qui est habituellement mise à la terre au moyen de la résistance 22. L'enroulement primaire du trans- formateur 7 est relié en travers de la résistance 22, en sé- rie avec le condensateur 23. Par suite de la résistance de plaque élevée des pentodes, le courant de plaque du tube 6 aura sensiblement la même forme d'onde que le voltage du si- gnal. Le voltage induit dans l'enroulement secondaire du trans- formateur 7 sera proportionnel au taux de changement du cou- rant dans le primaire et consistera donc en des. impulsions à pointe aiguë qui se produisent aux instants de fermeture et de rupture des contacts d'impulsion.
La polarité de ces im- pulsions sera également opposée pour des fermetures et des ruptures du circuit d'impulsion. Le secondaire du transfor- mateur 7 est relié à des résistances 24 et 25 en série, au moyen des condensateurs 26 et 27. Les valeurs de ces conden- sateurs et de ces résistances sont choisies de façon à four- nir une très courte constante de temps de sorte que la gran- deur du courant de déplacement les traversant sous l'effet d'une impulsion de voltage en pointe dans le secondaire du transformateur 7 sera importante mais que le courant de dé- placement qui circule par suite d'autres signaux tels que des courants de parole, sera petit.
Le point dejonction entre les résistances 24 et 25 est relié à la borne négative de la , batterie et les autres extrémités des résistances 24 et 25 sont reliées aux électrodes de commande des tubes 8 et 9 res- pectivement par des résistances 28 et 29. Les cathodes des tubes 8 et 9 sont reliées à une prise réglable sur la résis- tance 30 qui est montée en pont sur la bat terie. La chute de voltage en travers de la section supérieure de la résistance 30 sollicite ainsi les électrodes de commande des tubes 8 et 9 négativement par rapport aux cathodes. Cette section
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de la résistance 30 est surmontée d'une dérivation par le condensateur L'anode du tube 8 est reliée par la résista@ce 31 et l'impédance 32 à la terre ou à la batterie positive.
L'anode du tube 9 est reliée par le relais 10, la résistance 33 et l'impédance 32 à la terre ou à la batterie positive.
L' impédance 32 peut avantageusement prendre la forme d'un re- lais semblable au relais 10 mais sans ressorts. Un des tubes 8 ou 9, qui sont du type à décharge dans le gaz, est toujours ionisé. On a supposé au dessin que le tube 9 est celui qui est ionisé lorsque le circuit d'impulsion est fermé.
Lorsque le circuit d'impulsion est ouvert, le courant de déplacement résultant circulant dans les résistances 24 et 25 tend à rendre positive l'électrode de commande du tube 8 et à rendre plus négative l'électrode de commande du tube Par conséquent, le tube 8 devient ionisé. Pendant le temps où le tube 8 était désionisé le condensateur 34 s'était chargé à un potentiel égal à la chute de voltage produite en travers du relais 10 et de la résistance 33 hwr le courant d'anode du tube 9.
Lorsque le tube 8 devient ionisa il produit une chute de voltage dans la résistance 31 qui abaisse le potentiel d'a- node du tube 9 momentanément vu que le potentiel en travers du condensateur 34 no peut pas changer instantanément. L--, tube 9 devient ainsi désionisé et le condensateur 34 se décharge et se recharge dans la direction inverse, à un potentiel égal à la chute du voltage produite dans la vésistance 31 par le courant d'anode du tube 8. L'élément d'impédance 32 contribue à abaisser le potentiel d'anode du tube 8 lorsque le tube 9 s'allume vu qu'il est commun aux deux tubes.
Le circuit peut, fonctionner sars impodar ce 32n, maie on obtient un fonction- nement plus sûr lorsqu'elle est employée.
Lorsque le circuit d'impulsion est fermé, le courant de déplacement résultant circulant dans les résistances 24 et 25 tend à rendre positive l'électrode de commande dubtube 9 et plus négative l'électrode de commande du tube 3.Par conséquent; le tube 9 devient ionisé et provoque la désionisation de tube 8,
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d'une manière analogue à celle décrite antérieurement pour l'ionisation du tube 8 et la désionistion du.tube 9.
Il apparait clairement que le tube 9 est conducteur pen- dant le temps où les contacts du dispositif d'impulsion 1 sont fermés et que le tube 9 sera non-conducteur pendant le temps où les contacts du dispositif d'impulsion 1 sont ouverts.
Comme le répétiteur est commande par le taux de changement du courant de ligne plutôt que par la grandeur du courant, les périodes de conduction et de non-conduction seront sensible- ment les mêmes que les périodes de rupture et de fermeture des contacts d'impulsion, indépendamment de 'la distorsion intro- duite par la ligne où les impédances mises en pont en travers de la ligne. Le courant d'anode du tube 9 peut être employé pour commander un commutateur à avancement saccadé ou un au- tre appareil de commutation de sélection directement, ou bien il peut commander un relais comme on l'a représenté.
Comme le courant d'anode du tube 9 est une onde carrée le relais 10 reproduira avec précision des impulsions correspondant aux périodes de fermeture et de rupture du dispositif d'impul- sion 1, à ses contacts 11.
On a trouvé dans un essai effectif qu'aucune variation perceptible dans le rapport d'impulsion des contacts 11 ne pouvait être observée sur un mesureur de rapport d'impulsion lorsque les caractéristiques de la ligne 2 et le nombre de sonneries, tel que 12, étaient modifiés dans les limites ma- xima rencontrées dans la pratique téléphonique. Dans cet essai les valeurs suivantes de circuit ont été employées.
Tube 6 - 6AC7 Transformateur 7 - 2 à 1 de rapport montée Tubes 8 & 9- 2050 Relais 10 - ' 30 ohms tours. nsateur 18-10 mf Impédance 32 - 200 " " 21-10 " Résistance 5 - 50.000 " " 23- 1 " " 19 -100.000 " " 26-0,04mf 17- 300 " " et 27 31 et 33 " 35-10 " 20 - 1. 000 " " 34- 5 " " 22,24 - 10.000 "
25, 28 et 29 " 30 - 500 "
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Si l'on se reporte maintenant à la fig. 2, on a repré- senté un circuit d'enrayage conventionnel Eccles-Jordan qui est destiné à commander le relais 10 en concordance avec l'impulsion induite dans l'enroulement secondaire du trans- formateur 7 par le courant d'anode du tube 6, d'une manière analogue à celle décrite pour les tubes à décharge dans le gaz 8 et 9 de la fig.
1. Chacun des tubes 36 et 37, qui sont du type à vide élevé, comporte une impédance séparée de char- ge de plaque. L'impédance de charge de plaque pour le tube 37 est le relais 10 et celle pour le tube 36 est unc im- pédance analogue 38 qui peut être un relais semblable au re- lais 10 mais sans ressorts. Les plaques de chacun des tubes sont couplées aux grilles de l'autre tube par des résistan- ces 39 et 40 qui sont surmontées de petits condensateurs 41 et 42 respectivement. Les connexions entre les plaques et les grilles des tubes tendent à rendre chacune des gril- les positive par rapport aux cathodes. A cette sollicitation positive sur les grilles, égale aux chutes de voltage dans les résistances 24 et 25, s'oppose la chute de voltage dans la section supérieure de la résistance 30.
Les courants de plaques des tubes 36 et 37 ne peuvent pas rester égaux parce que le circuit est instable. Toute augmentation légère du potentiel de grille d'un des tubes provoque une augnentation de son courant de plaque. La chute du voltage dans sa charge de plaque augmente et réduit ainsi le potentiel sur la gril- le de l'autre tube. Le courant de plaque de l'autre tube di- minue alors en provoquant une décroissance de la chute du voltage dans sa charge de plaque, ce qui augnente davantage le voltage de grille du premier tube. Cette action continue jusqu'à ce que le courant de plaque du premier tube atteigne une valeur maxima et que le courant de plaque de l'autre tube soit coupé.
L'action est accélérée par les condensateurs 41 et 42 parce qu'ils augmentent le changement instantané du
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voltage appliqué à la grille d'un tube par un changement du courant de plaque dans l'autre tube. Si les constantes du circuit sont convenablement choisies, le potentiel de grille du tube non-conducteur peut être rendu plus grand que la valeur d'interruption, de sorte que des changements minimes dans son voltage de grille n'ont pas pour résultat un pas- sage de courant de plaque et qu'on empêche ainsi le fonction- nemtnt comme multivibrateur.
Au contraire, une augnentation du potentiel de grille qui est suffisante pour produire un écoulement de courant de plaque dans le tube antérieurement coupé a pour résultat l'action cumulative décrite ci-dessus, qui continue jusqu'à ce que le tube qui est antérieurement conducteur soit coupé. Pour l'application de la présente in- vention le transfert peut être considéré comme se produisant instantanément. Si l'on suppose que le tube 37 est conducteur, ce qui est l'état normal lorsque le circuit d'impulsion est fermé; l'impulsion de voltage induite dans le secondaire du transformateur 7 par le changement du courant de plaque du tube 6 sous l'effet de l'ouverture du contact d'impulsion amène le voltage de grille du tube36 à augmenter, et celui du tube 37 à. diminuer.
Le tube 36 devient alors conducteur et le tube 37 est coupé. Cet état est maintenu jusqu'à ce qu'une nouvelle impulsion de polarité inverse soit induite dans le secondaire du transformateur 7 sous l'effet de la fermeture des contacts d'impulsion. Le courant de plaque du tube 37, étant sensiblement une onde carrée, fait que le re- lais 10 répète avec précision les impulsions correspondant aux périodes de fermeture et de rupture du dispositif d'im- pulsion 1. Il est à remarquer que les valeurs de résistance 40 et 24 sont tellement élevées qu'un courant inappréciable est attiré à travers le relais 10 et ne gêne par conséquent pas la libération du relais.
Des valeurs appropriées pour les constituants des circuits de la fig. 2 sont indiquées ci- dessous:
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Tubes 36 et 37 6N7 Condensateurs 26 et 27 0,002 mf " 41 et 42 50 mmf.
Résistances 24,25, 39 et 40 250,000 ohms " 30 l,000 " Relais 10 30,000 " Impédance 38 30,000 "
Bien que l'invention ait été représentée sous sa forme la plus simplifiée, il est évident que de nombreuses modifi- cations sont possibles. Par exemple au lieu que le répéti- teur d'impulsion soit associé à une seule ligne, il peut être rendu disponible pour n'importe quelle ligne d'un cert tain nombre de lignes ayant chacune des caractéristiques différentes. Dans ce cas l'indépendance des impulsions ré- pétées par rapport aux caractéristiques de la ligne devient un attribut extrêmement désirable du répétiteur. Bien qu'on n'ait représenté qu'un seul équipement de poste d'abonnéà l'extrémité de la ligne, on voit immédiatement qu'on peut employer plusieurs équipements de ce genre situés en des pointe différents le long de la ligne.
Il est bien entendu naturellement qu'un seul poste peut être employé à la fois, le transmetteur d'impulsions de chaque poste étant décon- necté lorsqu'il n'est pas en usage par le crochet-commutateur usuel. Les sonneries de chacun des équipements sont toujours reliées à la ligne. La distorsion dans le courant de ligne sera différente pour chaque situation du dispositif d'im- pulsion mais le fonctionnement du relais 10 ne sera pas af- fecté par ces variations.
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Electrical signaling system
The invention relates to electrical signaling systems and more particularly relates to a system including a transmission line through which pulses are transmitted for control purposes at an impedance located at the input end of the signal. line.
When pulses are transmitted over long lines such as are sometimes encountered in telephone systems, the received signals tend to be both strongly attenuated and distorted so that pulses which have a break-to-close ratio within specified limits when they are produced, may be so distorted as to prevent safe operation of the receiving device. The distortion may be due to line capacitance, low insulation resistance, impedances such as ringing telephones connected across the line, or combinations of these factors. general being to cause the pulses to deviate considerably from a rectangular shape.
In pulse systems such as those employed in sys
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dull automatic telephones, the ratio of the closed period to the break period of the received pulses is very important and when a tolerance is made for variations in the speed of the operating dispcsities of the subscriber's dial, besides the sources of distortion mentioned above, a serious restriction is imposed on the length of the lines which can be employed for the direct operation of the dial if the closing periods on breaking of the contacts of the relay responding to the pulses are to be maintained within. the limits prescribed for operation on the selector switchgear.
The main object of the present invention is to provide an improved arrangement which responds to distorted pulses to produce reconstructed pulses having the same pulse ratio as the pulse source.
Another object of the invention is to provide means for destroying the oscillations which are normally produced in a pulse circuit having capacitor elements bridged to the pulse contacts.
In accordance with a feature of the present invention, pulses arriving through a line are differentiated and applied to a circuit which responds in accordance with the rate of change and direction of the differentiated waveform, and asymmetric conductor devices are associated. - linked to the impedance in order to prevent erroneous operation of the response equipment due to oscillations passing through the line, caused by the characteristics of the line and / or of the equipment associated with it .
According to another characteristic of the invention when the pulses are transmitted by interrupting, at the output end of the line, a loop circuit which ends with an impedance connected to a voltage source, devices asymmetric conductors are combined with. impedance to provide shunt paths which prevent the generation of pass oscillations when opening and closing the loop circuit due to
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characteristics of the line and / or the equipment associated with the line.
The invention will be better understood from the description below taken together with the appended drawings in which:
Fig. 1 is a diagram of a pulse repeater constructed in accordance with the present invention and intended to be driven by pulses transmitted over a conventional telephone line.
Fig. 2 is a diagram of a variant of FIG. 1 in which an Eccles-Jordan clutch circuit is substituted for the pair of gas discharge tubes employed in FIG. l.
Briefly described, the invention consists in using the voltage developed across an impedance, which may be the usual relay responding to pulses, connected in a pulse circuit to make alternating tubes conductive. of a pair of thermionic tubes in response to successive changes in opposite direction in the current flowing in the pulse circuit The voltage across the impedance in the pulse circuit is first amplified and reproduced on a current variation in the plate circuit of a pentode type thermionic tube.
The plate current from the pentode tube passes through the primary winding of a transformer and causes induction in the secondary winding of a voltage roughly equal to the rate of change in the plate current, c ' that is, the incoming pulses are differentiated. Two resistors are connected in series across the secondary winding, in series with two capacitors Two gas discharge tubes have their cathodes connected to the junction between the two resistors and each has a control electrode connected to the other side one of the resistors, so that a tube is ignited when the primary current of the transformer is increased rapidly and
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that the other tube is on when the primary current of the transformer decreases rapidly.
Each of the gas discharge tubes has its anode back to a potential source in series with a resistance which is individual for tube cracking, and also in series with an impedance which is common to the pair of tubes. A capacitor is
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2? Eli, l directly between the anodes of the i1àgiJx tubes. Li cause either tube to be deionized when the other tube is turned on.
A relay repeating the pulses
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is also mounted in series with the circuit Il'8.11,) (LG 0. "Vl of the tubes. Oscillations in the impulse circuit are prevented by means of rectifiers which are mounted so as to absorb the surge in inductive voltage produced by im-
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pdance, or 1.e r 1, .., in the circuit of: Uuyulsion '. the instant the pulse circuit is open, preventing any capacitor which can be bridged across the pulse contacts from being charged to a potential greater than that of the potential source in the circuit of impulse.
In the variant of the invention, the gas discharge tubes are replaced by the well-known Eccles-Jordan clutch circuit in which a pair of thermionic tubes is mounted so as to be in an unstable state except when the plate current of one of the tubes is cut off and the plate current of the other tube is at a maximum value.
The voltages developed across the resistances which are connected to the secondary of the transformer as indicated previously are used to cause the clutch circuit to go from one stable state to the other which causes the tubes to shut down. be made alternately conductive in response to a successive change of current in the opposite directions in the primary winding of the transformer,
The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. There is shown in FIG. 1 one
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subscriber 1 installation comprising an impulse device which is connected by line 2 to a potential source in series with relay 3.
The capacitor 4- and the resistor 5 are connected in series in multiple with the lower winding of the relay 3. The lower part of the resistor 5 is connected between the grid and the cathode of the vacuum tube 6.
The anode circuit of the tube 6 is coupled by means of a transformer 7 to the control gates of the gas discharge tubes 8 and 9. A pulse repeater 10 is connected in circuit with the anode circuit. tube 9; one of the contacts 11 can be used to repeat the pulses corresponding to those produced by the pulse device 1 to a switchgear such as that which would normally be controlled by the line relay 3.
Line 2 has been represented as an H-shaped network of resistance elements. In reality the series resistance of the line is distributed uniformly but the shunt resistance can be distributed or placed in blocks, since it can be produced by a fault in one or more points (the line or can be a resistance of Inevitable Distributed Leak The line will also have a distributed capacity.
The equipment of the. set comprises the usual ringing of telephone 12 which is mounted across line 2 in series with the condenser 13 Although only one set of post equipment has been shown, it must be understood that one can climb up to 'to 20 equipments in a similar way across the line. They can be distributed along the line or else a certair. number can be connected at the same point. Typical values for such telephone lines are 0 to 1200 ohms of series resistance and 5000 ohms to infinity of shunt resistance.
Ring tones such as 12 can have a resistance of 1600 ohms and capacitors such as 13 can have a capacitance of one microfarad. Relay 3 usually has a resistance of -200 ohms per winding and the vol-
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battery stage usually has a nominal value
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48 volts. As a result of the charging and discharging of
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oon ::: Sl1.Se:Í:;ç;"7.1"2,: 8 sc "jj.dri ('r, c" 1ot sending irapulsions, the current flowing in relay 3 is strongly distorted.
The actual waveform depends on the line constants and the number and distribution of rings. Frequently, the oscillation of a line current occurs whenever the impulse device contacts open.
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At the instant when the ringing contacts s';:; 1X1j: r (: - ¯J¯, 1-. ',', C "h.- start to charge in series with the ringing tones, the resistance in series of the 1:> e, J. es r> -, w, .¯c: - mentfj CD relay, 3 and the battery. The flux in the nucleus to the relay .1 co: el-¯c .. e ..x -: dc which causes the induction of a voltage in the windings of relay 3, which tends to keep the current flowing in the line.
As a result of this
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sel voltage îi>; 1.Action é.ai :, relay j, the potential e: i across line 2 at the location of the relay may become higher than the voltage of the battery. When this happens the ringing cordensor continues to charge until it reaches a potential equal to that existing across the line at relay xxxxxxlxtxxxk 3 and at this time the capacitor begins to discharge, causing a reversal in the line current and a flow in the opposite direction to the normal in the core of the relay 3. The ringing capacitor continues to discharge until it again reaches a potential equal to that prevailing in through line 2 to relay 3, which potential will at this time be less than the attery terminal.
The line current is then reversed again and the same cycle of events is repeated but with a reduced amplitude. Usually, the amount of damping existing in such a pulse circuit is high enough to. reduce the amplitude of the first line current reversal to prevent re-operation of the spur relay.
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dant to impulse. The present pulse repeater, however, is intended to respond to the rate of change of the line current rather than the magnitude of the current and it therefore becomes necessary to eliminate these oscillations.
This is achieved by means of rectifiers 14 and 15, each of which is connected across one of the coils of relay 3 so as to be normally non-conductive. When the contacts of impulse device 1 then open, the two windings of relay 3 are in fact shorted, preventing the potential across line 2 to relay 3 from exceeding the battery as a result. of the flux drop in the core of relay 3. As the ringing capacitor is prevented from charging to a potential higher than the battery voltage, no reversal of the line current takes place. Shorting relay 3 makes it slow to release and may prevent it from fully responding to the pulse.
As the function of the pulse contacts normally controlled by relay 3 is now taken over by means of contact 11, the slowness action on releasing relay 3 is not a disadvantage and in fact it will be an advantage. usually in the event that. a relay bind to release, such that the hold relay employed in the telephone system must be kept actuated by contacts of relay 3 while sending pulses. As a result of the rectifier action described above, the line current always decreases exponentially when the pulse contacts open. The line current therefore rises exponentially when the pulse contacts close.
If all line current was passed through relay 3, the voltage across relay 3 would be maximum the instant the pulse contacts open and would decrease exponentially. This voltage would also be opposite, in polarity, to the normal voltage across the relay. As the re-
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blockers prevent an enmblable reverse polarity
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voltage in. through c¯r¯ relay 3, the olt2e teL; .. 1:,:, ro. actually substantially zero at the instant the impulse contacts open and may later slowly rise exponentially to the steady state value of the open circuit which is determined by the value of the shunt resistance of the line.
When the pulse contacts close, the voltage across each of the windings of Relay 3 instantly rises to half the battery voltage and drops exponentially to the steady state closed circuit value which is determined by the line resistance. It can therefore be seen that rapid changes in the potential across one or the other of the windings of the relay 3 take place at the closing and breaking instants of the pulse contacts. These changes in the potential across the lower winding of relay 3 also appear across resistor 5. Capacitor 4 serves as a blocking capacitor to prevent the constant voltage drop that normally occurs across relay 3d. 'assign the amplifier tube 6.
The cathode of the tube 6 is connected to the negative terminal of the battery by means of the resistor 17 to provide the suitable bias for the operation of the tube as a linear amplifier.
Cathode resistor 17 is topped with a bypass capacitor 18 to prevent the degeneration of the steep wave fronts which are to be amplified by the tube. Part of the signal voltage developed across resistor 5 by the operation of impulse device 1 is applied to the grid of tube 6 by resistor 19. The purpose of resistor 19 is to prevent a Excessive gate current will flow in the event that the adjustable tap on resistor 5 is set high enough that the gate is sometimes positively actuated. The screen grid of the tube 6 is connected to an adjustable socket on the resistor 20 which is
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in bridge across the battery.
The screen grid is also surmounted by a bypass towards the cathode by the capacitor 21. The anode of the tube 6 is connected to the positive terminal of the battery which is usually earthed by means of the resistor. 22. The primary winding of transformer 7 is connected across resistor 22, in series with capacitor 23. Due to the high plate resistance of the pentodes, the plate current of tube 6 will have substantially the same amount. same waveform as signal voltage. The voltage induced in the secondary winding of transformer 7 will be proportional to the rate of change of the current in the primary and will therefore consist of. sharp-peaked pulses that occur at the closing and breaking instants of the pulse contacts.
The polarity of these pulses will also be opposite for shutdowns and breaks of the pulse circuit. The secondary of transformer 7 is connected to resistors 24 and 25 in series, by means of capacitors 26 and 27. The values of these capacitors and resistors are chosen so as to provide a very short constant of time so that the magnitude of the displacement current passing through them under the effect of a peak voltage pulse in the secondary of transformer 7 will be large but the displacement current which flows as a result of other signals such as speech currents, will be small.
The junction point between resistors 24 and 25 is connected to the negative terminal of the battery and the other ends of resistors 24 and 25 are connected to the control electrodes of tubes 8 and 9 respectively by resistors 28 and 29. cathodes of tubes 8 and 9 are connected to an adjustable tap on resistor 30 which is bridged to the battery. The voltage drop across the top section of resistor 30 thus stresses the control electrodes of tubes 8 and 9 negatively relative to the cathodes. This section
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resistor 30 is surmounted by a bypass by the capacitor The anode of tube 8 is connected by resistor 31 and impedance 32 to earth or to the positive battery.
The anode of tube 9 is connected by relay 10, resistor 33 and impedance 32 to earth or to the positive battery.
The impedance 32 can advantageously take the form of a relay similar to relay 10 but without springs. One of the tubes 8 or 9, which are of the gas discharge type, is always ionized. It has been assumed in the drawing that the tube 9 is the one which is ionized when the pulse circuit is closed.
When the pulse circuit is open, the resulting displacement current flowing through resistors 24 and 25 tends to make the control electrode of the tube 8 positive and to make the control electrode of the tube more negative. Therefore, the tube 8 becomes ionized. During the time that tube 8 was deionized capacitor 34 had charged to a potential equal to the voltage drop produced across relay 10 and resistor 33 hwr the anode current of tube 9.
When tube 8 becomes ionized it produces a voltage drop across resistor 31 which lowers the node potential of tube 9 momentarily as the potential across capacitor 34 cannot change instantly. L--, tube 9 thus becomes deionized and the capacitor 34 discharges and recharges in the reverse direction, to a potential equal to the voltage drop produced in the resistance 31 by the anode current of the tube 8. The element impedance 32 contributes to lowering the anode potential of tube 8 when tube 9 ignites since it is common to both tubes.
The circuit can operate without impoding this 32n, but safer operation is obtained when used.
When the pulse circuit is closed, the resulting displacement current flowing through the resistors 24 and 25 tends to make the control electrode of tube 9 positive and the control electrode of tube 3 more negative. Therefore; tube 9 becomes ionized and causes deionization of tube 8,
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in a manner analogous to that previously described for the ionization of tube 8 and deionistion of tube 9.
It clearly appears that the tube 9 is conductive during the time when the contacts of the impulse device 1 are closed and that the tube 9 will be non-conductive during the time when the contacts of the impulse device 1 are open.
As the repeater is controlled by the rate of change of the line current rather than the magnitude of the current, the conduction and non-conduction periods will be substantially the same as the break and close periods of the pulse contacts. regardless of the distortion introduced by the line or the impedances bridged across the line. The anode current from tube 9 can be used to drive a jerk switch or other selector switch device directly, or it can drive a relay as shown.
As the anode current of tube 9 is a square wave, relay 10 will accurately reproduce pulses corresponding to the on and off periods of pulse device 1, at its contacts 11.
It was found in an actual test that no noticeable variation in the pulse ratio of contacts 11 could be observed on a pulse ratio meter when the characteristics of line 2 and the number of rings, such as 12, were modified within the maximum limits encountered in telephone practice. In this test the following circuit values were used.
Tube 6 - 6AC7 Transformer 7 - 2 to 1 of mounted ratio Tubes 8 & 9 - 2050 Relay 10 - '30 ohms turns. nsateur 18-10 mf Impedance 32 - 200 "" 21-10 "Resistance 5 - 50,000" "23- 1" "19 -100,000" "26-0.04mf 17- 300" "and 27 31 and 33" 35-10 "20 - 1,000" "34- 5" "22.24 - 10,000"
25, 28 and 29 "30 - 500"
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If we now refer to fig. 2, there is shown a conventional Eccles-Jordan clutch circuit which is intended to control relay 10 in accordance with the pulse induced in the secondary winding of transformer 7 by the anode current of tube 6. , in a manner analogous to that described for the gas discharge tubes 8 and 9 of FIG.
1. Each of tubes 36 and 37, which are of the high vacuum type, have a separate plate load impedance. The plate load impedance for tube 37 is relay 10 and that for tube 36 is a similar impedance 38 which may be a similar relay to relay 10 but without springs. The plates of each of the tubes are coupled to the grids of the other tube by resistors 39 and 40 which are surmounted by small capacitors 41 and 42 respectively. The connections between the plates and the grids of the tubes tend to make each of the grids positive with respect to the cathodes. To this positive stress on the gates, equal to the voltage drops in resistors 24 and 25, opposes the voltage drop in the upper section of resistor 30.
The plate currents of tubes 36 and 37 cannot remain equal because the circuit is unstable. Any slight increase in the grid potential of one of the tubes causes an increase in its plate current. The voltage drop across its plate charge increases and thus reduces the potential on the grill of the other tube. The plate current of the other tube then decreases causing the voltage drop in its plate charge to decrease, further increasing the gate voltage of the first tube. This action continues until the plate current from the first tube reaches a maximum value and the plate current from the other tube is turned off.
The action is accelerated by capacitors 41 and 42 because they increase the instantaneous change of
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voltage applied to the grid of one tube by a change in plate current in the other tube. If the circuit constants are properly chosen, the gate potential of the non-conductive tube can be made greater than the interrupt value, so that minimal changes in its gate voltage do not result in a step of the plate current and thus prevents operation as a multivibrator.
On the contrary, an increase in the gate potential which is sufficient to produce a flow of plate current in the previously cut tube results in the cumulative action described above, which continues until the tube which is previously conductive be cut. For the purposes of the present invention, the transfer can be considered to occur instantaneously. Assuming that the tube 37 is conductive, which is the normal state when the pulse circuit is closed; the voltage pulse induced in the secondary of transformer 7 by the change of the plate current of tube 6 under the effect of the opening of the pulse contact causes the grid voltage of tube 36 to increase, and that of tube 37 at. decrease.
Tube 36 then becomes conductive and tube 37 is cut. This state is maintained until a new pulse of reverse polarity is induced in the secondary of transformer 7 under the effect of the closing of the pulse contacts. The plate current of tube 37, being substantially a square wave, causes relay 10 to accurately repeat the pulses corresponding to the on and off periods of pulse device 1. Note that the values resistance 40 and 24 are so high that an invaluable current is drawn through relay 10 and therefore does not interfere with releasing the relay.
Appropriate values for the constituents of the circuits of fig. 2 are shown below:
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Tubes 36 and 37 6N7 Capacitors 26 and 27 0.002 mf "41 and 42 50 mmf.
Resistors 24,25, 39 and 40 250,000 ohms "30 l, 000" Relays 10 30,000 "Impedance 38 30,000"
Although the invention has been shown in its most simplified form, it is evident that many modifications are possible. For example instead of the pulse repeater being associated with a single line, it can be made available for any line of a certain number of lines each having different characteristics. In this case the independence of the repeated pulses from the characteristics of the line becomes an extremely desirable attribute of the repeater. Although only one subscriber station equipment has been shown at the end of the line, it is immediately apparent that several such equipment located at different points along the line can be employed.
Of course, only one station can be used at a time, the pulse transmitter of each station being disconnected when it is not in use by the usual hook-switch. The bells of each device are always connected to the line. The line current distortion will be different for each pulse device situation, but the operation of relay 10 will not be affected by these variations.