CH651985A5 - Schaltung zur abgabe eines regulierten schlaufenstromes an eine 2-draht-teilnehmerleitung. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilnehmer-leitungs-Speiseschaltung gemäss dem Pberbegriff des ersten Anspruches.

Es sind bereits eine Anzahl von Schaltungen bekannt, welche zum Zweck haben, einen konstanten Schlaufenstrom für eine Telephonteilnehmerleitung abzugeben. Solche Schaltungen sind zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 3.035.122, 3.916.110,4.056.691,4.007.335,4.106.084 beschrieben. Im wesentlichen dienen die in diesen Patenten beschriebenen verschiedenen Schaltungen dazu, einen konstanten Schlaufenstrom in einer Teilnehmerleitung aufrechtzuerhalten,

deren Länge unterschiedlich sein kann und deren Widerstand daher abhängig ist von der Distanz zwischen dem Teilnehmer und der Telephonzentrale.

Die zu einer klassischen Teilnehmerleitung zugehörige Speiseschaltung ist im wesentlichen gleich einer Schaltung mit zwei Widerständen, welche als Speisewiderstände

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

651 985

bezeichnet werden und in Serie zur zentralen Batterie liegen. Die Batteriespannung liegt im Bereich zwischen 48 und 60 Volt, und die Widerstände liegen zwischen 200 und 800 ü. in Abhängigkeit des Zentralentyps. Die Speisewiderstände werden in der Zentrale so ausgewählt, dass der richtige Speisestrom bei der entsprechenden Schlaufenwiderstandskennlinie erreicht wird. Eine lange Teilnehmerleitung weist einen hohen Widerstand auf, während eine kurze Teilnehmerleitung einen geringen Widerstand aufweist. Die Speisewiderstände sind in Serie mit der Teilnehmerleitung geschaltet und werden entsprechend der gewünschten Schlaufenstromkenn-linie ausgewählt. In jedem Fall vernichten diese Widerstände eine beträchtliche Leistung und verursachen daher gewisse Wärmeprobleme in der Zentrale.

Wie erwähnt, versucht man bei verschiedenen bekannten Systemen das Verlustleistungsproblem zu überwinden, indem unabhängig von der Länge der Teilnehmerleitung ein konstanter Strom an diese angelegt wird. Bei diesen bekannten Systemen treten aber andere Probleme auf, indem die in der Zentrale angeordneten Schaltungen immer noch relativ grosse Verlustleistungen haben und vielfach nicht den ganzen Bereich der unterschiedlichen Längen der Teilnehmerleitungen, wie sie heute vorkommen, abdecken können.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Speiseschaltung für die Teilnehmerleitung vorzusehen, bei welcher die Verlustleistung in der Speiseschaltung reduziert ist und welche den erwünschten Schlaufenstrom bezogen auf die Schlaufenwiderstandskennlinie liefert. Die Schaltung soll den erforderlichen Leistungsaufwand in der Zentrale reduzieren und es gleichzeitig unnötig machen, dass der Widerstandswert der Speisewiderstände verändert werden muss. Dabei sollen Speisewiderstände mit relativ geringem Widerstandswert verwendet und gleichzeitig der richtige Schlaufenstrom abgegeben werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des ersten Anspruchs genannten Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

die Fig. 1 das bekannte Schema einer klassischen Teilnehmerspeiseschaltung ;

die Fig. 2 ein vereinfachtes Schema der erfindungsgemäs-sen Speiseschaltung;

die Fig. 3 ein Ersatzschema für die Erklärung der Arbeitsweise der vorliegenden Schaltung;

die Fig. 4 ein Schema mit mehr Einzelheiten zur Darstellung der Speiseschaltung eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung; und die Fig. 5 ein Schema eines andern Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Speiseschaltung.

Die Fig. 1 zeigt eine konventionelle Teilnehmerspeiseschaltung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Eine Batterie VB ist in der Zentrale angeordnet. Die Batterie VB weist nominell eine Spannung zwischen 48 bis 60 Volt auf und liefert einen Schlaufenstrom an die Teilnehmerschaltung, wenn in der Teilnehmerschleife der Hörer angehoben ist.

Da die Telephonteilnehmer mit unterschiedlich langen Teilnehmerleitungen an der Zentrale angeschlossen sind, ist ein Widerstand RL angegeben, welcher den typischen Widerstand der Teilnehmerleitung darstellt. Wenn die Länge der Teilnehmerleitung ansteigt, steigt der Wert von RL an. Um den richtigen Schlaufenstrom an einen Teilnehmer abzugeben, sind zwei Speisewiderstände RB in Serie mit der Leitung geschaltet und in der Zentrale angeordnet. Die Werte der Speisewiderstände liegen üblicherweise im Bereich zwischen 200 und 800 Q in Abhängigkeit des gewünschten Schlaufenstromes in bezug auf die Schlaufenwiderstandskennlinie. Es ist klar, dass die Widerstände RB Leistung vernichten und daher in der Zentrale gewisse Wärmeprobleme schaffen. Die Gleichung für den Schlaufenstrom IL in der Schaltung von Fig. 1 ist in dieser Figur angegeben und lautet:

IL = Yi_

1L 2RB+RL

In Fig. 2 ist eine aktive Ersatzschaltung für den Schlaufenstrom und die Spannungsquelle entsprechend der vorliegenden Erfindung gezeigt. In Fig. 2 sind zwei Widerstände RB' mit jedem Draht der Teilnehmerleitung verbunden, ein Eingang A eines Operationsverstärkers 20 ist mit der Teilnehmerleitung und über Widerstand RB' mit einem Bezugspotential verbunden. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers wird mit Kl angegeben. Der andere Eingang B des Verstärkers 20 ist mit dem andern Draht der Teilnehmerleitung verbunden. Der Ausgang von Verstärker 20 ist mit dem Eingang eines Summiernetzwerkes 21 verbunden, das einen weitern mit Vi bezeichneten Eingang und einen mit VR bezeichneten Ausgang aufweist. Das Ausgangssignal des Summiernetzwerkes 21 ist an den Eingang eines Verstärkers 22 angelegt, der einen Verstärkungsfaktor von Ko aufweist und einen mit Vs bezeichneten Ausgang besitzt. Der Ausgang Vs ist über einen Widerstand RB' mit der Eingangsklemme B des Verstärkers 20 verbunden. Wie aus Fig. 2 gesehen werden kann, ist die Gleichung für II in Fig. 2 gleich:

iL " RL (X-KoKi) + 2RB1

Diese Gleichung ist der Ausdruck für den Schlaufenstrom IL der einfachen Ersatzschaltung von Fig. 2 und entspricht einer Schaltung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist.

Es ist offensichtlich, dass die in Fig. 1 und die in Fig. 3 gezeigten Schaltungen den gleichen Aufbau haben und daher identisch gemacht werden können. In Fig. 3 werden die Schaltungsparameter durch die folgenden Gleichungen definiert;

IL = RL+2RE

Durch richtige Auswahl der Schaltungsparameter kann man daher sicherstellen, dass VE und RE gleich VB bzw. RB gemacht werden können.

Bei Verwendung des in Fig. 2 gezeigten Schaltungsaufbaues kann man die genauen Funktionen der bekannten, in Fig. 1 gezeigten Schaltung ausführen und dadurch den Schlaufenstrom IL entsprechend der Länge der Leitung steuern, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, dass die Speisewiderstände RB' (Fig. 2) einen kleineren Wert aufweisen als RB (Fig. 1) und dadurch eine beträchtliche Reduktion der Verlustleistung gegenüber dem Stand der Technik ermöglichen. In Fig. 4 ist ein Schema einer Schaltung zur Regulierung des Schlaufenstromes IL durch Steuerung einer Spannungsquelle Vs gezeigt. In Fig. 4 sind die üblichen Schaltungsbezeichnungen verwendet anstelle von Bezugszeichen, um die Gleichungen klarer zu machen und das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen.

In Fig. 4 wählt man die Komponenten wie folgt:

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

651 985

4

R1=R2=RB'

R3=R4

R5=R6

Der Spannungswert Vi, wie er als Eingangssignal der Summierschaltung 21 der Fig. 2 gezeigt ist, ist definiert als:

Vi =-jg- VR'

wobei VR' die an Widerstand R8 angelegte Spannung ist. Ki, d.h. der Verstärkungsgrad von Verstärker 20 von Fig. 2, ist definiert als:

y - (R5) Ml h "WI (R7)

Vs

KoVi (2RB'+RL)

+ U-KoKi) KL

2RB'

Tl Ko Vi

IL ~ RL (1-KoKi) + 2RB'

Wenn die obigen Komponenten wie angegeben definiert sind, sind der Schlaufenstrom IL und die Spannung Vs von Fig. 4 identisch mit dem Schlaufenstrom IL und der Spannung Vs von Fig. 2.

In Fig. 4 entspricht der Widerstand RL dem von der Zentrale aus gesehenen Gleichstromwiderstand der Teilnehmerschleife. Die Widerstände R1 + R2 sind Speisewiderstände und entsprechend den Widerständen RB'. In dieser Schaltung sind die Widerstände R1 und R2 so ausgewählt, dass sie einen kleineren Wert aufweisen als die üblichen Speisewiderstände, und zwar einen Wert kleiner 200 D.

Die Teilnehmerleitung ist an den Klemmen a und b in der Zentrale angeschlossen. Die Klemme a ist über den Speisewiderstand Rl, welcher zur Erreichung einer geringen Verlustleistung einen Wert von weniger als 200 Sì aufweist, mit einem Bezugssignalpunkt verbunden. Der gemeinsame Punkt von Widerstand Rl und Klemme a ist über einen den Verstärkungsgrad bestimmenden Seriewiderstand R3 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers AI verbunden. Der Verstärker AI besitzt einen zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang angeschlossenen Rückführwiderstand R5. Der Verstärker AI ist ein handelsüblicher Operationsverstärker, der als integrierter Verstärker von verschiedenen Herstellern angeboten wird.

Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers AI ist über den Widerstand R4 mit der Klemme b der Teilnehmerleitung verbunden. Dieser nichtinvertierende Eingang ist über einen Widerstand R6, dessen Veränderung den Verstärkungsgrad von Verstärker AI ebenfalls beeinflusst, mit Erde oder einem Bezugspotentialpunkt verbunden. Die Klemme b ist, wie dies noch erläutert wird, über einen Speisewiderstand R2, welcher gleich Rl ist und dadurch auch gleich RB' mit dem Ausgang eines Verstärkers A3 verbunden, der, wie noch erwähnt wird, derart arbeitet, dass er eine veränderliche Spannung Vs an die Teilnehmerleitung und an den nichtin-vertierenden Eingang des Verstärkers AI abgibt. Der in Fig. 4 gezeigte Verstärker AI ist als Differenzialverstärker geschaltet und erfüllt die folgenden Funktionen:

Da der Eingang des Verstärkers AI mit der Teilnehmerleitung gekoppelt ist, ergibt sich eine Isolierimpedanz, und dadurch wirkt der Verstärker als Pufferverstärker zwischen der Teilnehmerleitung und der Steuerschaltung in der Zentrale. Wegen des Betriebes als Differenzialverstärker überwacht der Verstärker AI die symmetrische Teilnehmerleitung mit den Eingangsklemmen a und b und wandelt die Spannung über RL in eine asymmetrische Spannung an der Aus-5 gangsklemme von AI um. Die Werte für die Widerstände R3, R4, R5 und R6 sind so gewählt, dass sich eine hohe Impedanz verglichen mit jener der Widerstände Rl und R2 ergibt. Das Verhältnis von R4 zu R6 und von R3 zu R5 ist so gewählt,

dass sich eine Betriebskennlinie für den Verstärker ergibt, io welche den richtigen Verstärkungsgrad und die Gleichvorspannung für die Schaltung ergibt.

Der Ausgang von Verstärker AI ist über den Widerstand R7 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers A2 verbunden. Der Verstärker A2 ist ebenfalls ein han-15 delsüblicher Verstärker und kann die gleiche integrierte Schaltungsauslegung aufweisen, wie sie für den Verstärker AI verwendet wurde, oder es kann irgendeine andere geeignete Schaltung verwendet werden. Wichtig ist, dass, falls ein Operationsverstärker für A2 verwendet wird, der nichtinvertie-20 rende Eingang mit Erde oder einer Bezugsspannungsquelle verbunden ist.

Wie ersichtlich, ist der invertierende Eingang von A2 über einen Widerstand R8 mit der Spannungsquelle VR' verbunden, wie das in der früher erwähnten Gleichung definiert ist, 25 so dass sich an dieser Eingangsklemme eine Summierfunktion ergibt. Der genaue Wert für Vi kann erhalten werden entweder durch Veränderung von VR oder des Verhältnisses der Widerstände R8 und R9. Widerstand R9 ist der Rückführwiderstand zwischen der Eingangs- und Ausgangsklemmen von 30 A2. Wenn der Verstärkungsgrad von Verstärker A2 entsprechend Kl gemäss den obigen Gleichungen festgelegt wird, kann man den Verstärkungsgrad durch Einstellen des Verhältnisses entweder von R9 und R7 oder R5 zu R3 oder R6 zu R4 festlegen. Der Verstärkungsgrad Kl ist bestimmt durch 35 den kombinierten Verstärkungsgrad der Verstärker AI und A2.

Durch Einstellen des Verhältnisses von R9 zu R7 kann man eine einfache Verstärkungsgradregelung erhalten, da die andern oben angegebenen Verhältnisse normalerweise durch 40 gewünschte Vorspannungen und die elektrischen Parameter der Verstärker AI und A2 festgelegt sind. Der Verstärker A2 ermöglicht auch die Entwicklung einer programmierbaren Schlaufenspeisekennlinie über die Steuerung der Spannungsquelle.

45 Wie noch erwähnt wird, verwendet man eine Schaltkennlinie in dieser Schaltung zur Erzeugung der richtigen Spannung und dadurch des richtigen Stromes in der Schlaufe. Die Schaltung erzeugt eine Schaltspannung, welche entsprechend den Leistungsanforderungen der Teilnehmerschaltung gere-5o gelt wird.

In Fig. 4 ist ein Rückführkondensator C1 vorhanden, welcher zwischen die Eingangs- und Ausgangsklemmen des Verstärkers A2 geschaltet ist und über einer Zenerdiode liegt. Der Kondensator C1 ist ausgewählt zur entsprechenden Formung 55 des Frequenzganges der Schaltung und in diesem Beispiel so ausgewählt, dass alle Wechselstromsignale ausgefiltert werden. Die Zenerdiode bewirkt eine Steuerung des Schlaufenstromes IL in bezug auf den Schlaufenwiderstand. Die Diode begrenzt die Ausgangsspannung Vs und bringt die Schaltung 60 in den Modus einer Spannungsquelle anstelle des Modus einer regulierten Stromquelle. Die Verwendung einer Zenerdiode in Zusammenhang mit einem Operationsverstärker ist an sich bekannt.

Es ist klar, dass die kombinierten Funktionen der Verstär-65 ker AI und A2 auch in einer einzigen Verstärkerschaltung realisiert werden können, z.B. in dem in Fig. 2 gezeigten Verstärker 20. Diese Lösung hat aber nicht die grosse Flexibilität für die Einstellung der Schaltungsparameter, wie sie bei Ver-

5

651 985

wendung von zwei getrennten Verstärkern AI und A2 erreicht wird.

Die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme von Verstärker A2 wird als VR bezeichnet und ist das Eingangssignal für den Verstärker A3. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist der Verstärker A3 als Schaltung gezeigt, die einen mit dem Ausgang des Verstärkers A2 gekoppelten Eingang und einen Ausgang aufweist, um eine Spannung Vs in der oben definierten Art abzugeben, welche über den Widerstand R2 mit der Klemme b der Telephonleitung gekoppelt ist. Dieser Verstärker liefert die Leistung an die Teilnehmerleitung und kann ein handelsüblicher Operationsverstärker in Kombination mit einer Leistungsstufe sein, um den nötigen Schlaufenstrom in der Telephonleitung zu bewältigen. Um jedoch, wie dies später noch erwähnt wird, eine maximale Leistungseinsparung zu erreichen, ist der Verstärker A3 eine Speiseschaltung mit variabler Spannung und hohem Wirkungsgrad. Eine solche Speiseschaltung wird als Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler bezeichnet. Beispiele von Gleichstrom/Gleichstrom-Wand-lern sind bekannt, und solche Schaltungen geben eine Ausgangsspannung ab, welche proportional ist zu einer mit der Konstanten -Ko behafteten Eingangs-Spannung. Die Verwendung einer Speisequelle mit variabler Spannung für Verstärker A3 eliminiert die Spannungsabfälle, welche bei einer üblichen Verstärkerschaltung auftreten würden.

Der Verstärker A3 in Fig. 4 kann also ein Standardverstärker oder ein Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler sein, um zusätzliche Einsparungen im Leistungsverbrauch zu erreichen.

In Fig. 5 ist die Schaltung von Fig. 4 mit gleichen Komponenten wie die Verstärker AI und A2 und die zugehörigen Komponenten und Spannungen sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Eine gestrichelte Linie 30 schliesst einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler ein, welcher als Schaltungsmodul A3 von Fig. 4 verwendet wird. Es soll nun die Schaltung innerhalb der gestrichelten Linie 30 betrachtet werden. Der nichtinvertierende Eingang eines Operationsverstärkers 31 ist mit dem Ausgang des Verstärkers A2 über einen Seriewiderstand 32 gekoppelt. Der Ausgang von Verstärker 31 ist mit dem Eingang einer Vergleichsschaltung 33 verbunden. Die Vergleichsschaltung 33 ist eine übliche Schaltung und dient dazu, einen an den invertierenden Eingang angelegten Bezugspegel mit dem am nichtinvertierenden Eingang anliegenden Spannung, die vom Ausgang des Verstärkers 31 stammt, zu vergleichen.

Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 33 gelangt an die Gatterelektrode eines FET-Transistors 34. Die Quellenelektrode von FET 34 ist mit einer Bezugsspannungsquelle gekoppelt, während die Senkenelektrode über die Primärwicklung 35 eines Transformators T1 mit einer mit Vc bezeichneten Betriebsspannungsquelle gekoppelt ist.

Der Transformator T1 arbeitet, wie noch erwähnt wird, als Rücklauftransformator, und ein an der Primärwicklung 35 aufgebautes Wechselstromsignal wird an die Sekundärwicklung 36 angekoppelt, wo es mit Hilfe einer Diode 37 gleichgerichtet wird, welche Diode mit einem Kondensator 38 zusammenwirkt, um eine Spannung Vs zum Anlegen an den nichtinvertierenden Eingang von Verstärker AI abzugeben. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist die Kathode der Diode 37 mit Erde oder einem Bezugspotential verbunden und daher sind die entsprechenden Klemmen von Widerstand Rl und Kondensator C4 ebenfalls auf diesem Potential.

Die Spannung Vs wird über einen Seriewiderstand 39 an den invertierenden Eingang von Verstärker angelegt, welcher Eingang als Summierpunkt wirkt. Dieser Eingang ist über eine aus einem Kondensator 43 und einem Widerstand 44 bestehende Serieschaltung an Erde gelegt. Der invertierende Eingang von Verstärker 31 ist über einen Widerstand 45 mit

Erde verbunden. Ein aus der Serieschaltung eines Widerstandes 40 und eines Kondensators 41 bestehendes Rückführnetzwerk ist zwischen den Eingang und den Ausgang des Verstärkers 3 ! geschaltet, um dessen Verstärkungsgrad und Fre-5 quenzgang festzulegen.

Der Verstärker 31 ist ein üblicher Operationsverstärker, welcher als Differenzialverstärker arbeitet. Der nichtinvertierende Eingang von Verstärker 31 wirkt als Summierpunkt, damit der Verstärker auf die Spannung VR und auf die Span-io nung Vs ansprechen kann. Der Verstärker dient als Pufferverstärker zwischen der Spannung Vs und der in der Zentrale vorhandenen Steuerelektronik. Auf diese Weise erzeugt der Verstärker 31 an seinem Ausgang ein Fehlersignal, um den Pegel der Spannung Vs zu steuern und festzulegen. Durch i5 richtige Wahl des Widerstandes 40 in Serie mit dem Kondensator 41 kann man den Frequenzgang der Schaltung steuern, um eine stabile Arbeitsweise zu erhalten.

Die Werte der Widerstände 39,45 und 42 sind relativ hoch gewählt, um für die Ausgangsspannung Vs eine mini-20 male Last zu ergeben. Das Verhältnis der Widerstände 45 und 42 und das Verhältnis der Widerstände 39 und 32 bilden einen symmetrischen Abschwächer. Die einzlnen Werte sind so gewählt, dass die maximale Ausgangspannung Vs verein-, bar ist mit dem Spannungsbereich der Vorspannung für Ver-25 stärker 31. Ein Ende des Widerstandes 32 ist der Summierpunkt, welcher das Bezugssignal über Widerstand 39 vom Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler erhält. Die Widerstände 32 und 44 dienen, wie festgestellt werden kann, zur Definition des Verstärkungsgrades der Fehlerverstärkung. Kondensator 30 41 und Kondensator 43 dienen zur Formung des Frequenzganges der Schaltung, um eine stabile Arbeitsweise zu erreichen.

Wie bereits erwähnt, ist der Verstärker 33 eine Vergleichsschaltung, deren positiver Eingang mit dem Ausgang des Feh-35 lerverstärkers 31 verbunden ist. Der negative Eingang ist mit einer externen Quelle 50 eines Dreieck- oder Sägezahn-Signa-les verbunden, um ein Bezugssignal für die Vergleichsschaltung 33 zu erzeugen. Der Vergleich der Signale erzeugt einen Impulszug am Ausgang der Vergleichsschaltung. Die Fre-40 quenz der Impulse ist bestimmt durch die Wiederholungsfrequenz des Sägezahnes und die Breite jedes Impulses wechselt in Funktion der Fehlerspannung, so dass am Ausgang der Vergleichsschaltung 33 ein impulsbreitemoduliertes Signal erscheint. Wie angegeben, ist dieses Signal an die Gattelek-45 trode des FET-Transistors 34 angelegt, welcher in Funktion des Impulszuges ein- und ausschaltet. Es ist klar, dass anstelle des Feldeffekt-Transistors auch eine bipolare Halbleitervorrichtung verwendet werden könnte zur Durchführung der Schaltfunktion. Der Transistor 34 schaltet also in Funktion 50 des angelegten Impulssignales ein und aus.

Wie bereits erwähnt, liegt der Transistor 34 in Serie mit der Primärwicklung 35 des Transformators Tl. Wenn der Transistor leitend gemacht wird, wird von der Speisequelle Vc Energie an das magnetische Feld des Transformators mit 55 einem Anstieg angeliefert, der bestimmt ist durch die Induktivität des Transformators und den Spannungswert der Quelle. Die im magnetischen Feld für die Dauer des Impulses gespeicherte Energie wird auf die Sekundärwicklung 36 des Transformators übertragen und im Kondensator 38 gespeichert. 60 Die Spannung über dem Kondensator 38 wird über den Widerstand 39 an den Eingang des Verstärkers 31 angelegt. Dies bewirkt das Schliessen der Schleife für die Schaltung und wegen der Gegenkopplung muss die Ausgangsspannung Vs gleich einer Konstanten multipliziert mit der Bezugsspan-65 nung VR sein. In diesem Fall ist Vs = Ko x VR. Der im Modul 30 enthaltene Gleichstrom-Wandler hat also eine effektive Schlaufenverstärkung von -10 und die Arbeitskennlinie ist dadurch festgelegt.

651 985

Es wurde eine Schaltung gemäss Fig. 5 aufgebaut unter Verwendung eines Gleichstrom-Wandlers mit einem effektiven Verstärkungsgrad Ko von -10. Dabei wurden die folgenden Werte verwendet;

Komponente

Wert

RI = R2 = RB'

100 Q

R3,R4

200 kQ

R5, R6

20 kQ

R9

6 kQ

Zener Diode

5,6 V

R7

62 kQ

R8

93 kQ

Die Schaltung mit den obigen Werten lieferte einen konstanten Strom von 42 ma an die Impedanz der Teilnehmerleitung, wobei die Impedanz ändern konnte von 0 bis 1100Q. Für Werte von RL grösser als 1100 Ci, war der Strom IL bestimmt durch die folgende Gleichung:

Bei einem zweiten Beispiel waren die obigen Werte wie angegeben, mit der Ausnahme, dass R7 gleich 8,198 kQ und R8 gleich 62,96 kQ war. Bei diesem Beispiel wurden die Schlaufenströme und die Schlaufenwiderstandskennlinien dupliziert, um eine übliche Speisung mit zwei Speisewiderständen von 400 Q und einer 48 Volt Batterie zu haben. Der tatsächliche Schfaufenstrom in diesem Fall war definiert durch die folgende Gleichung:

IL = 800 + RL

5 Der Kondensator Cl in der Rückführschaltung von Verstärker A2 wurde so gewählt, dass jede Wechselstrominterferenz eliminiert war, wobei der Wert eine Funktion des besonderen Typs von Operationsverstärker war, der für die Kompetenten AI und A2 ausgewählt wurde.

io Wie erwähnt, wurde eine Schaltung beschrieben zur Erzeugung eines regulierten Schlaufenstromes in einer Teilnehmerleitung. Die Schaltung ermöglicht die Anspeisung eines gewünschten Stromes an die Leitung durch entsprechende Schaltung einer Verstärkungsgradkonstanten in der 15 Rückführschleife. Auf diese Weise kann man Speisewiderstände von niederem Wert verwenden und eine beträchtliche Energie-Einsparung gegenüber üblichen Speiseschaltungen erreichen.

Wie aus der oben beschriebenen Konfiguration ersehen 20 werden kann, kann die Schaltung die in Fig. 1 gezeigte Schlaufenspeisung ersetzen, besitzt aber zusätzlich die Möglichkeit, den Schlaufenstrom IL mit Hilfe der Steuerung einer Spannungsquelle zu regulieren, wie dies aus den Fig. 2,4 und 5 ersichtlich ist.

25 Man könnte die oben beschriebene Funktion natürlich auch durch die Verwendung von gesteuerten Schaltern erreichen, welche durch eine geeignete Referenzfrequenzquelle synchron gesteuert und in Zusammenhang mit einem Summiernetzwerk betätigt würden, um selektiv Signale an den 30 Operationsverstärker, z.B. A2 in Fig. 4, anzulegen. Auf diese Weise kann man ein Signal VR erzeugen für die aktive Rückführschaltung A3 von Fig. 4 und Fig. 5.

G

2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

651 985

1. Schaltung zur Abgabe eines regulierten Schlaufenstromes (IL) an eine 2-Draht-Teilnehmerleitung, welche Teilnehmerleitung eine Impedanz (RL) aufweist, welche in Abhängigkeit ihrer Länge ändert, gekennzeichnet durch erste und zweite Speisewiderstände (RB') von praktisch gleicher Grösse, wobei der erste Widerstand zwischen einer Anschlussklemme der genannten Drähte und einem Bezugspotential angeschlossen ist, während eine Klemme des zweiten Widerstandes mit dem andern der genannten Drähte gekoppelt ist, durch einen Differenzialverstärker (20) mit einer ersten (A) und einer zweiten (B) Eingangsklemme,

wobei die erste Eingangsklemme mit dem mit dem ersten Widerstand verbundenen Draht verbunden ist und die zweite Eingangsklemme mit dem andern Draht, welcher Verstärker eine Ausgangsspannung (V|) abgibt, welche ein vorbestimmtes erstes Steuersignal darstellt; durch eine Bezugssignalquelle (Vj) zur Erzeugung eines Bezugssignales, welches einen bestimmten Bereich von Spannungen festlegt, welche entsprechend ihrer Länge an eine Telephonleitung angelegt werden können; durch Summiermittel (21) mit einem ersten und einem zweiten Eingang, wobei der erste Eingang auf das erste Steuersignal anspricht und der zweite Eingang auf das Bezugssignal, um ein Ausgangsrückführsignal (VR) abzugeben, das proportional ist zur Summe des Bezugssignals und des Steuersignales; und durch aktive Schaltungsmittel (22) mit einem auf das Rückführsteuersignal ansprechenden Eingang, um an einer Ausgangsklemme ein Spannungssignal (Vs) abzugeben, dass darstellend ist für den an die Telephonleitung abzugebenden Schlaufenstrom, wobei die genannte Ausgangsklemme mit dem andern Anschluss des zweiten Speisewiderstandes verbunden ist und der durch diesen Widerstand fliessende Strom in Übereinstimmung mit dem Rückführsteuersignal und dadurch mit der Länge der Teilnehmerleitung ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Summiermittel einen Verstärker (A2) aufweisen, dessen Eingangsklemme über eine erste Impedanz mit der Ausgangsklemme des Differenzialverstärkers (A|) verbunden ist und über eine zweite Impedanz mit der Bezugssignalquelle, um am Ausgang des Verstärkers das Rückführsteuersignal abzugeben.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzialverstärker (A|) ein Operationsverstärker ist, dessen erster invertierender Eingang mit der dem ersten Widerstand zugehörigen Anschlussklemme (a) der Teilnehmerleitung verbunden ist und dessen zwèiter nichtinvertieren-der Eingang mit der andern Teilnehmerleitungsklemme (b) verbunden ist, dass der Operationsverstärker an der Ausgangsklemme ein Signal abgibt, das das erste Steuersignal darstellt, und weiter zwischen die Ausgangsklemme und den ersten invertierenden Eingang geschaltete Mittel (R5) zur Festlegung des Verstärkungsgrades des genannten Verstärkers.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten aktiven Schaltungsmittel einen Verstärker (A3) aufweisen, dessen Eingang auf das Rückführsteuersignal (VR) anspricht und dessen Ausgang mit der andern Klemme des zweiten Leitungswiderstandes verbunden ist.

5. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Schaltungsmittel einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (30) aufweisen mit einem Eingang, der das Rückführsteuersignal erhält, um in Übereinstimmung mit diesem Rückführsteuersignal ein impulsbreitemoduliertes Ausgangssignal abzugeben und weiter auf das genannte Ausgangssignal ansprechende und mit der andern Klemme des zweiten Speisewiderstandes gekoppelte Mittel, um den gewünschten Schlaufenstrom abzugeben.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (30) weiter einen Eingangsverstärker (31) aufweist, der einen auf das Rückführsteuersignal und den Leitungsstrom ansprechenden summierenden Eingang aufweist und weiter einen Ausgang, um ein Fehlersignal abzugeben, das darstellend ist für die Differenz zwischen dem Rückführsteuersignal und dem gewünschten Leitungsstrom ; dass er weiter Vergleichsmittel (33) aufweist, deren einer Eingang auf das Fehlersignal anspricht und deren zweiter Eingang mit einer Quelle (50) eines periodischen Bezugssignales gekoppelt ist, um am Ausgang einen Impulszug mit einer Frequenz gleich jener des periodischen Bezugssignals und einer Impulsbreite entsprechend dem Fehlersignal abzugeben ; und endlich Schaltmittel mit einem auf den Impulszug ansprechenden Transformator (T|), um ein Ausgangssignal abzugeben, das darstellend ist für das an die Teilnehmerleitung anzulegende Spannungssignal und Mittel zum Anlegen dieses Ausgangssignales an die andere Klemme des zweiten Speisewiderstandes.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Quelle (50) eines periodischen Bezugssignales ein Sägezahnsignal abgibt.

8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Speisewiderstand je einen Wert von weniger als 200 Q besitzt und als RB' bezeichnet ist,

wobei der Differenzialverstärker (20) einen Verstärkungsgrad von Ki besitzt, das Bezugssignal mit Vi und das Rückführsteuersignal mit VR bezeichnet ist, wobei weiter die aktiven Schaltungsmittel eine mit Ko bezeichnete Schlaufenverstärkung aufweisen, um das mit Vs bezeichnete Spannungssignal abzugeben, wobei der im genannten zweiten Widerstand RB' fliessende Leitungsstrom IL durch die folgende Gleichung bestimmt ist:

T. KoVi

iL " RL (1-KoKi) + 2 RB'

wobei RL gleich dem Widerstand der Teilnehmerleitung ist.

9. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass weiter zwischen die Ausgangs- und Eingangsklemme des genannten Verstärkers (A2) gekoppelte Mittel (Rg, Q) vorhanden sind, um den Frequenzgang der Speiseschaltung einzustellen.

10. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Differenzialverstärker (A2) gekoppelte Mittel (C|) vorhanden sind, um alle Wechselstromsignale vom Ausgangssignal der Speiseschaltung zu entfernen.