Elektronischer Ruftonerzeuger, insbesondere für Telephonapparate Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Ruftonerzeuger, insbesondere für Te- lephonapparate, der z. B. durch die Rufspannung einer Telephonanlage gespeist werden kann.
Der Rufvorgang in Telephonanlagen geschieht gewöhnlich durch Aussendung einer Rufspannung auf die Teilnehmerleitung und Umwandlung dieser Spannung im Teilnehmerapparat in ein akustisches Glockensignal mit Hilfe eines elektromechanischen Umsetzers ( Wecker ). Der Wecker muss auch für ungünstige Betriebsbedingungen ein genügend lautes Glockensignal erzeugen. In vielen Fällen wird je doch die Normallautstärke des Weckers nicht be nötigt, sondern wirkt im Gegenteil störend, z. B. in ruhigen Arbeitsräumen mit mehreren Telephon- apparaten und bei grosser Gesprächsdichte. Es be stand deshalb seit langem das Bedürfnis, die Laut stärke des Rufsignals zu verringern und den jewei ligen Erfordernissen anzupassen.
Die bisherigen Lö sungsversuche, hauptsächlich durch konstruktive Massnahmen am Wecker, waren nicht durchwegs befriedigend, indem vor allem eine genügende zeit liche Konstanz der eingestellten Lautstärke nicht immer erreicht wurde.
Die Erfindung erlaubt nun, die genannten Er fordernisse unter Vermeidung der bekannten Nach teile zu erfüllen, indem die Rufspannung in eine Ton frequenzspannung umgewandelt und durch einen elektroakustischen Wandler abgestrahlt werden soll. Dabei lassen sich auf einfache Weise die verschie densten Bedürfnisse bezüglich Lautstärke, Tonhöhe und Zusammensetzung des Tonfrequenzgemisches er füllen. Der im Telephonapparat vorhandene Hörer kann z. B. als elektroakustischer Wandler für die Tonfrequenzspannung benützt werden. Um zu ver meiden, dass Schwankungen von Lautstärke und Ton- höhe auftreten - z.
B. beim Ein- und Ausschalten der Rufspannung - ist es zweckmässig, dass der Ruf tonerzeuger Schaltmittel enthält, die bewirken, dass die Schwingungserzeugung des Tongenerators nur er folgt, wenn die Rufspannung einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Die erfindungsgemässen Ruftonerzeuger können insbesondere in viele Standardmodelle von Telephon- Teilnehmerapparaten eingebaut werden, ohne Schal tungsänderungen in diesen Apparaten vornehmen zu müssen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines Ruftonerzeugers. Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines andern Rufton erzeugers.
Fig.3 zeigt eine Zusammenschaltung eines Ruf tonerzeugers mit dem Stromkreis eines Telephon- Teilnehmerapparates.
Gemäss dem Schaltbild Fig. 1 besteht ein Rufton erzeuger aus einem Speiseteil Sp, einem Steuerteil St, einem elektronischen Tongenerator TG und einem elektroakustischen Wandler W. Als Tongenerator wird hier beispielsweise ein Transistorgenerator mit einem Transistor H und einem Schwingkreis, gebildet aus der Kapazität C3 und der Induktivität der Wick lung 1 des Kopplungstranformators T verwendet. Die Rufspannung U1 - es ist dies üblicherweise eine Wechselspannung niederer Frequenz im Be reich von 20-60 Hz - liegt an den Eingangsklemmen El und E2.
Sie wird über den Vorwiderstand R1, der die Spannung auf einen für die Steuerschaltung und den Tongenerator zweckmässigen Wert herab setzt, und den Gleichrichter G - hier beispielsweise in Brückenschaltung (Graetzschaltung) dargestellt auf den Glättungskondensator C1 gegeben. An die- sein entsteht eine der Rufspannung entsprechende Gleichspannung U2. Es sei angenommen, dass die Rufspannung vorerst einen zu kleinen Wert habe und der Tongenerator nicht schwingen soll. Am Widerstand R3 des aus den Widerständen R2 und R3 gebildeten Spannungsteilers entsteht eine Span nung U3.
An der Emitterelektrode e des Transistors H herrscht praktisch das gleiche Potential wie am Verbindungspunkt P2 der Widerstände R2 und R3, da die Diode D1 und die Emitter-Basisstrecke (e-b) des Transistors<I>H,</I> die im wesentlichen eine Diodenstrecke ist, stromdurchlässig sind und einen vernachlässigbar kleinen Spannungsabfall aufweisen.
Eine Spannung gleicher Grösse wie U3 herrscht demnach auch zwischen Punkt P1 und der Emitter- elektrode e an den in Reihe liegenden Widerständen R4, R7 und R8, und es fliesst ein Strom durch diese Widerstände, der gemäss der Stromverstärkung des Transistors H zum grössten Teil über dessen Kol- lektorelektrode c durch die Primärwicklung 1 des Transformators T fliesst. Das Spannungsteilerverhält- nis der Widerstände R5 und R6 ist so gewählt, dass im beschriebenen Spannungszustand an Punkt P3 ein positiveres Potential herrscht als an Punkt P2.
Die Diode D2 ist demnach über die Rückkopp lungswicklung 2 des Transformators T in Sperr- richtung vorgespannt und verhindert das Fliessen eines Stromes durch die Rückkopplungswicklung. Die Rückkopplung ist deshalb unterbrochen, und der Tongenerator erzeugt keine Schwingungen. Die bis her beschriebene Schaltung wirkt wie eine Kombi nation von linearen Widerständen.
Parallel zu den Widerständen R5 und R6 liegt ein spannungsabhängiger Widerstand Z, beispiels weise eine Zenerdiode. Eine Zenerdiode hat bekannt lich die Eigenschaft, dass sie unterhalb einer be stimmten Spannung - der Zenerspannung - prak tisch einen unendlich grossen Widerstand hat; wenn die Spannung den Wert der Zenerspannung erreicht, so wird der Widerstand der Zenerdiode vernach- lässigbar klein, so dass die Spannung an derselben auf den Wert der Zenerspannung begrenzt wird.
Wenn nun bei wachsender Rufspannung Ul am Spannungsteiler R5, R6 die Zenerspannung erreicht wird, beginnt die Zenerdiode bei weiterer Zunahme der Rufspannung zu leiten, und die Spannung am Spannungsteiler R5, R6 wird nunmehr konstant ge halten. Die ganze weitere Zunahme der Spannung U2 muss nun am Widerstand R4 abfallen. Damit fängt die Potentialdifferenz zwischen den Punkten P2 und P3 an abzunehmen. Bei einer bestimmten Grösse der Rufspannung U1 ist die Potentialdifferenz zwischen P2 und P3 Null und bei weiterer Zunahme von U1 wechselt sie ihre Polarität, und die Diode D2 beginnt Strom zu leiten.
Damit ist jedoch der Rück kopplungskreis des Tongenerators geschlossen und die Schwingbedingung erfüllt, so dass die Schwin gungserzeugung einsetzt. Durch die Zunahme der Spannung am Widerstand R4 wird die Diode D1 gesperrt und verhindert ein weiteres Einwirken der von der Rufspannung abhängigen Spannung U3 auf die Basis des Transistors bei schwingendem Ton generator.
Bei weiterem Ansteigen der Rufspannung über den Wert, bei dem die Schwingungserzeugung be ginnt, hinaus, ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass durch die Zenerdiode die Speisespannung für den Tongenerator konstant gehalten wird.
Die gleiche Wirkungsweise der Steuerschaltung wird auch erreicht, wenn anstelle der Zenerdiode ein spannungsabhängiger Widerstand mit weniger ausgeprägter Nichtlinearität des Widerstandverlaufs verwendet wird.
Der Kondensator C2 des Tongenerators dient dem Rückschluss des in diesem entstehenden Ton frequenzstromes. Der Widerstand R8 bewirkt eine Stromgegenkopplung der Transistorschaltung. Damit wird der Einfluss von Streuungen der Transistor kennwerte herabgesetzt. Der Widerstand R7 ver hindert ein vorzeitiges Einsetzen der Schwingungs erzeugung bei raschem Anwachsen der Rufspannung <B>UI</B> und der Gleichspannung U2. In diesem Fall ist der Anstieg der Spannung am Kondensator<I>C2 ge-</I> genüber demjenigen an Cl zeitlich verzögert; die Spannung an C2 ist gegenüber derjenigen an C1 während des Anstiegs der Rufspannung kleiner als im stationären Zustand. Ohne den Widerstand R7 würde dadurch die Sperrspannung an der Diode D2 bis zur Polaritätsumkehr reduziert.
Dies hätte ein vorzeitiges Anschwingen des Tongenerators zur Folge. Durch den Ladestrom des Kondensators C2 während des Anstiegs der Spannung U2 ergibt sich ein erhöhter Spannungsabfall am Widerstand R7. Dieser überträgt sich über den Widerstand R6 auf den Punkt P3 und vergrössert die Sperrspannung an der Diode D2, wodurch die Spannungsumkehr an der Diode und damit das vorzeitige Anschwingen verhindert wird.
Die Tonfrequenzspannung, welche an der Aus gangswicklung 3 des Transformators T auftritt, wird über den Widerstand R9 an die Ausgangsklemmen Al und A2 gegeben. An diesen ist ein elektro akustischer Wandler W angeschlossen. Dieser setzt die tonfrequente elektrische Leistung in Schalleistung um. Als elektroakustischer Wandler kann der Hörer des Telephonapparates verwendet werden. Die Aus gangsklemmen A1, A2 werden in diesem Fall mit den Anschlüssen des Hörers verbunden. Der Wider stand R9 ist hauptsächlich für diesen Fall vorgese hen. Er entkoppelt den Tongenerator von dem mit den Klemmen A1, A2 verbundenen Sprechstrom kreis des Hörers und verhindert eine störende Sprachdämpfung durch den Tongenerator.
Für den Widerstand R9 kann mit Vorteil ein spannungs abhängiger Widerstand verwendet werden, der bei den Gesprächsspannungen einen sehr grossen, bei den grösseren Spannungen des Ruftones jedoch einen kleinen Widerstand aufweist.
Im Ausführungsbeispiel gemäss dem Schaltbild Fig. 2 besteht der Ruftonerzeuger ebenfalls aus Speiseteil Sp, Steuerteil<I>St,</I> elektronischem Tongene rator<I>TG</I> und elektroakustischem Wandler<I>W.</I> Im Steuerteil<I>St</I> ist einer Zenerdiode Z die Emitter- Basisstrecke eines Transistors Hl in Reihe geschal tet. Wenn die Spannung an der Zenerdiode kleiner ist als die Zenerspannung, so ist sie nichtleitend, und es fliesst kein Strom aus der Basiselektrode b des Transistors Hl.
Solange die Basiselektrode keinen Strom führt, ist der Transistor Hl vom Emitter e nach dem Kollektor c nichtleitend. Die am Wider stand R4 des Spannungsteilers R3, R4 anfallende Teilspannung U3 tritt auch zwischen dem Punkte P1 und der Emitterelektrode e des Transistors H2 auf, da die Emitter-Basisstrecke dieses Transistors und die Diode Dl leiten und praktisch keinen Span nungsabfall haben. Der Spannungsteiler R6, R7, der dem Spannungsteiler R5, R6 der Fig. 1 entspricht, ist auch in diesem Anwendungsbeispiel so gewählt, dass das Potential an P3 positiver ist als an der Basis b des Transistors H2, solange der Transistor Hl keinen Strom führt.
Unter dem Einfluss dieses Potentialunterschiedes, der über die Rückkopplungs wicklung 2 des Transformators<I>T</I> an der Diode<I>D2</I> in Sperrichtung wirkt, ist diese nichtleitend, und damit ist der Rückkopplungsweg des Tongenerators<I>TG</I> gesperrt, so dass keine Schwingungserzeugung statt findet.
Wenn bei Anwachsen der Rufspannung U1 und der Spannung U2 die Spannung an der Zenerdiode Z auf die Zenerspannung anwächst und diesen Wert übersteigen will, beginnt die Zenerdiode und die Basiselektrode des Transistors Hl Strom zu führen, und es bildet sich gemäss der Stromverstärkung von H1 ein entsprechend grösserer Kollektorstrom aus. Bei weiterem Ansteigen der Rufspannung wird der Transistor Hl rasch voll durchgesteuert und der Widerstand R4 durch die Emitter-Kollektorstrecke von Hl kurzgeschlossen.
Damit wechselt die Span nung an der Diode D2 ihre Polarität von Sperr- richtung auf Durchlassrichtung, der Rückkopplungs weg wird freigegeben, und die Schwingungserzeu gung setzt ein. Gleichzeitig findet an der Diode D1 ein Polaritätswechsel der Spannung statt, diese wird gesperrt und verhindert so einen unerwünschten Ne benschluss des Basiskreises von Transistor H2 durch den Transistor Hl.
Der Widerstand R5 dient der Erhöhung der Sperrspannung an der Diode Dl bei durchgesteuer- tem Transistor Hl.
Da die Emitter-Basisstrecke des Transistors Hl auch bei leitender Zenerdiode praktisch keine Span nung aufnimmt, ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass auch bei schwankender Rufspannung die Be triebsspannung für den Tongenerator durch die Ze- nerdiode konstant gehalten wird. Die Spannungs schwankungen der Rufspannung werden von den Widerständen R1 und R2 aufgenommen.
Anstelle des in den Schaltbildern Fig. 1 und 2 dargestellten Tongenerators<I>TG</I> mit einem Transi stor und einem Schwingkreis aus linearer Kapazität (C3) und linearer Induktivität (Induktivität der Wick lung 1 des Transformators T) können mit gleicher Wirkung auch andere Tongeneratoren verwendet werden, beispielsweise Gegentaktgeneratoren, Gene ratoren mit nichtlinearen Schwingkreisgliedern, Wechselrichter, Multivibratoren, Generatoren vom Typ des Sperrschwingers sowie Tongeneratoren,
in denen anstelle von Transistoren andere Verstärker elemente verwendet werden.
Das Schaltbild Fig. 3 zeigt als Beispiel eine be sonders einfache Zusammenschaltung eines erfin dungsgemässen Ruftonerzeugers mit einem Telephon- apparat. Die Schaltung eines Telephonapparates ge bräuchlicher Bauart mit Mikrophon M, Telephon- hörer Te, Impulskontakt J, Gabelkontakt<I>Ga</I> und Kurzschliesskontakt K ist der Wecker We über einen Kondensator an die Teilnehmerleitungsklemmen ca, <I>b</I> angeschlossen.
Meist sind zwei Klemmen <I>W l</I> und W2, die normalerweise direkt miteinander verbun den sind, zum Anschluss weiterer Ruforgane in Reihe mit dem Wecker vorgesehen. Die Eingangsklemmen <I>E1, E2</I> des Ruftonerzeugers RE sind mit diesen Klemmen W1, W2 verbunden. Als elektroakusti scher Wandler wird der Hörer Te des Telephon- apparates benützt. Die Ausgangsklemmen A1, A2 des Ruftonerzeugers sind deshalb mit den Hörer anschlüssen T1, T2 des Telephonapparates verbun den.
Die Stromaufnahme des Ruftonerzeugers kann so klein gehalten werden, dass der Wecker We beim Ruf nicht anspricht. Der Eingangskreis des Rufton erzeugers ist durch die Induktivität der Weckerspule von den Teilnehmerleitungen<I>a, b</I> entkoppelt, so dass durch dessen Anschalten keine Sprachdämpfung ent steht.
Es bestehen auch andere Anschlussmöglichkeiten des Ruftonerzeugereingangs, beispielsweise parallel zum Wecker We oder in Reihe mit einem Kondensa tor an die Teilnehmerleitungen<I>a, b.</I> Es kann auch eine Gleichspannung entgegengesetzter Polarität ge genüber der Gesprächs-Speisespannung als Rufspan nung dienen. In diesem Fall kann der Eingang des Ruftonerzeugers in Reihe mit einer Diode an die Teilnehmerleitungen angeschlossen werden.