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PATENTANSPRÜCHE
1. Telefon-Teilnehmerstation, die an eine eine Gleichspannung zuführende zweiadrige Teilnehmerleitung (1, 2) angeschlossen ist, enthaltend elektronische Sprech- und Steuerstromkreise (3, 4), eine Rufeinrichtung (5, 8), die mittels einer über die Leitung zugeführten, der Gleichspannung überlagerten, die gleiche Grössenordnung wie die Gleichspannung aufweisenden Wechselspannung betrieben wird, einen elektronischen, eine zwischen den Adern der Teilnehmerleitung über die Sprechstromkreise verlaufende Schleife schliessenden und öffnenden Schalter (16) und enthaltend eine zwischen Leitung und Sprech- und Steuerstromkreisen angeordnete, bei auf der Schleife auftretenden Überspannungs-Störungen die an die Sprech- und Steuerstromkreise gelegte Spannung begrenzende Schaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet,
dass die begrenzende Schaltungsanordnung aus einer parallel an die Adern der Leitung angelegten Reihenschaltung aus einem gasgefüllten Überspannungs-Ableiter (18) und einem ersten spannungsabhängigen Widerstand (19), ferner einem parallel zu den Sprechund Steuerstromkreisen (3, 4) gelegten zweiten spannungsabhängigen Widerstand (21) und aus mindestens einer zwischen der Leitung und den genannten Stromkreisen in den Zug der Schleife eingefügten Drossel (20) besteht, wobei die Nennspannung des zweiten spannungsabhängigen Widerstandes (21) grösser ist als diejenige des ersten (19).
2. Telefon-Teilnehmerstation nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch dem genannten elektronischen Schalter (16) zugeordnete spannungsabhängige Schaltungsmittel (39, 32, 33, 35), denen die genannte begrenzte Spannung zugeführt wird und welche, sofern und solange diese Spannung einen bestimmten Wert übersteigt, den elektronischen Schalter (16) im Sinne der Unterbrechung der Schleife steuern.
3. Telefon-Teilnehmerstation nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten spannungsabhängigen Schaltungsmittel einen Schmitt-Trigger (32...38) enthalten.
In herkömmlichen Telefonanlagen liegt an den von einer Zentrale zu den Teilnehmerstationen führenden zweiadrigen Leitungen eine Gleichspannung, meist 48 oder 60 V, wobei die Zentrale durch die Station belegt wird, indem die beiden Adern der Leitung in der Station zu einer Schleife verbunden werden.
Die Station wird von der Zentrale angerufen durch eine der Gleichspannung überlagerte Rufspannung von meist 70 V und 23 oder 50 Hz, wobei eine in der Station enthaltene Rufeinrichtung auf die Rufspannung anspricht.
An alle Teilnehmerstationen wird die Forderung gestellt, dass sie durch kurzzeitige, zwischen den Adern der Teilnehmerleitung auftretende hohe Überspannungen weder im Ruhe- noch im Betriebszustand beschädigt werden dürfen. Die Dauer solcher insbesondere durch Blitzschläge hervorgerufenen Überspannungen kann bis zu 10 ms und deren Spannung bis zu 5 kV betragen.
In Stationen, welche keine elektronischen Teile enthalten, sind solche Anforderungen verhältnismässig leicht zu erfüllen.
In neueren Stationen sind jedoch Sprechstromkreise und - insbesondere mit der Wahl zusammenhängende - Steuerstrom- kreise angeordnet, in denen elektronische Bauelemente verwendet sind. Sofern dabei als Transistoren Video-Ausführungen mit 300 V Sperrspannung Verwendung finden, können die elektronische Bauteile enthaltenden Stromkreise durch einen spannungsabhängigen Widerstand (VDR) mit einer Nennspannung von 100 V vor Überspannungen mit höchstens 1 ms Dauer geschützt werden. Dabei muss jedoch vorausgesetzt werden, dass keine der Gleichspannung der Teilnehmerleitung überlagerte Rufspannung an den Widerstand angelegt wird, da dann Sofern eine Gleichspannung von 48 V und eine Rufspannung von 70 V vorausgesetzt werden - die höchste Spitzenspannung
148 V beträgt.
Da die Rufspannung nur in der Ruhelage der Station auftritt, d.h. wenn die Schleife durch einen Gabelschalter aufgetrennt ist, kann diese Bedingung ohne weiteres erfüllt werden, wenn die Rufeinrichtung zwischen der Leitung und dem Gabelschalter angeschlossen wird, da dann der spannungsabhängige Widerstand im Ruhezustand der Station von der Leitung abgetrennt und somit nie an die Rufspannung gelegt ist.
Gabelschalter und Rufeinrichtung müssen dabei die volle Überspannung aushalten können, was aber bei mechanischer Ausführung dieser Bauteile und -gruppen ohne weiteres erreichbar ist.
Insbesondere bei Lautsprechstationen und Stationen mit selbsttätiger Beantwortung von Anrufen, bei welchen die Schleife nicht nur in Abhängigkeit von der Betätigung einer Gabel oder einer andern mechanischen Einrichtung sondern auch in Zusammenarbeit mit elektronischen Stromkreisen geöffnet und geschlossen werden soll, ergibt sich das Bedürfnis, den Gabelschalter als elektronischen Schalter auszuführen. Ein solcher elektronischer Schalter muss - im Gegensatz zu einem mechanischen Schalter - vor schädlichen Überspannungen geschützt sein, d.h. ein Überspannungsschutz muss nicht, wie dies bei einem mechanischen Kontakt genügen würde, zwischen Schalter und elektronischen Sprech- und Steuerstromkreisen, sondern zwischen Leitung und Schalter angeordnet sein.
In diesem Falle ist jedoch zeitweise die an der Überspannungs-Schutzeinrichtung liegende Leitungs-Gleichspannung von der Rufspannung überlagert, so dass aus den früher dargestellten Gründen ein allein zwischen die Adern der Teilnehmerleitung geschalteter spannungsabhängiger Widerstand mit 100 V Nennspannung nicht in Frage kommt. Ein allein verwendeter spannungsabhängiger Widerstand mit einer Nennspannung von 220 V würde im Hinblick auf die Rufspannung genügen, und die elektronischen Bauteile könnten eine Spannung von 220 V ohne Beschädigung aushalten.
Da die von einem spannungsabhängigen Widerstand begrenzte Spannung vom durchfliessenden Strom abhängig ist und sich die Nennspannung nur auf kleine Ströme bezieht, treten bei Überspannungs-Störungen, bei denen mit Strömen von bis zu 200 A zu rechnen ist, Spannungen auf, die das doppelte der Nennspannung erreichen können, so dass ein Schutz der elektronischen Bauteile nicht mehr gewährleistet wäre.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 3 151 539 ist eine Schutzschaltung für Fernsprechleitungen bekannt geworden, bei welcher parallel zu den Eingangsklemmen ein gasgefüllter Überspannungs-Ableiter, parallel zu den Ausgangsklemmen ein Überspannungsbegrenzer mit sehr kleiner Ansprechzeit und zwischen den beiden eine Drossel angeordnet ist. Diese bekannte Einrichtung eignet sich jedoch nicht für die Anwendung bei Leitungen, an denen im Ruhezustand eine Gleichspannung liegt, welche grösser ist als die Löschspannung des gasgefüllten Überspannungsableiters, da sonst der Überspannungsableiter, sofern er einmal angesprochen hätte, nicht mehr löschen würde.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht nun auch bei Verwendung eines elektronischen Schalters zur Schliessung und Öffnung der Teilnehmerschleife, ohne Beeinträchtigung des Rufstroms und ohne Beeinträchtigung durch die auf der Leitung vorhandene Gleichspannung, die während des Arbeits- und des Ruhezustandes der Station an den elektronischen Schaltungsanordnungen auftretenden Überspannungen auf ein für die elektronischen Bauteile unschädliches Mass zu beschränken. Sie betrifft eine Telefon-Teilnehmerstation nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, deren besondere Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführt sind.
In einem weiteren Patentanspruch sind Merkmale der Station aufgeführt, welche ausser der bei Überspannung stattfindenden Spannungsbegrenzung zusätzlich einen Schutz vor Überstrom zu erreichen gestatten.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels
erklärt.
Die einzige Figur zeigt ein zum Teil als Blockschema dargestelltes Schema einer Teilnehmerstation mit den erfindungsgemässen Merkmalen.
Die Station ist an den Klemmen 1 und 2 über eine Teilnehmerleitung an eine nicht dargestellte Telefonzentrale angeschlossen. Sie enthält Sprechstromkreise 3, Steuerstromkreise 4 und Rufstromkreise 5, welche alle auf Überspannungen und Überströme empfindliche elektronische Bauteile enthalten. Die Sprechstromkreise 3 umfassen ausser einem Mikrotelefon und einem Mikrofonverstärker auch einen Lautsprecher mit zugehörigem Verstärker und gegebenenfalls Anordnungen zur Sprechrichtungs-Umschaltung. Sie sind, bezogen auf die Teilnehmerschleife, niederohmig, so dass der sie durchfliessende Strom in erster Linie durch Merkmale der Leitung und der Teilnehmerschaltung der Zentrale bestimmt ist.
Die Steuerstromkreise 4 umfassen Wähl- und Steuertasten, gegebenenfalls Anzeigeeinrichtungen und die notwendigen Speicher- und Schaltelemente. Die Steuerstromkreise 4 enthalten auch Schaltungsmittel, welche während der Ruhelage des Mikrotelefons das Schliessen und Öffnen der Teilnehmerschleife steuern. Die Steuerstromkreise 4 sind in bezug auf die Teilnehmerschleife hochohmig und beeinflussen daher den in der Schleife fliessenden Strom praktisch nicht.
Die Anruf-Kreise 5 werden von der Teilnehmerleitung über die beiden Kondensatoren 6 und die Grätz-Gleichrichterschaltung 7 gespeist und geben eine Tonfolge an den Lautsprecher 8 ab, wenn ein Ruf eintrifft. Über die Leitungen 9 melden die Rufstromkreise das Vorliegen eines Rufs an die Steuerstromkreise 4, und über die Leitungen 10 unterdrücken die Steuerstromkreise die Erzeugung von Tönen, wenn durch Schliessen und Öffnen der Schleife Spannungssprünge auf der Teilnehmerleitung auftreten.
Gabelkontakte 11 und 49 werden durch Abheben des Mikrotelefons in den leitenden und durch dessen Auflegen in den sperrenden Zustand geschaltet. Der Gabelkontakt 11 steuert dabei in später erklärter Weise direkt das Schliessen und Öffnen der Schleife, während der Gabelkontakt 49 den aufgelegten oder abgehobenen Zustand des Mikrotelefons als weiterzuverarbeitende Information an die Steuerstromkreise 4 meldet.
Eine Signaltaste 12 legt bei ihrem Niederdruck Erde an die Teilnehmerleitung, wodurch in bekannter Weise in der (entsprechend eingerichteten) Telefonzentrale Steuerfunktionen ausgelöst werden.
Eine Grätz-Gleichrichterschaltung 13 legt, unbekümmert um die Polarität der an die Klemmen 1 und 2 angeschlossenen Leitung, den positiven Pol an die Verbindung 14 und den negativen an die Verbindung 15. Mit einem Schalt-Transistor 16 wird die Teilnehmerschleife über den Widerstand 17 und die Sprechstromkreise 3 geschlossen.
Zwischen die Klemmen 1 und 2 ist eine Serieschaltung aus dem gasgefüllten Überspannungsableiter 18 und dem spannungsabhängigen Widerstand (VDR) 19 gelegt. Der Überspannungsableiter hat eine Ansprechspannung von 230 V und eine Brennspannung in der Grössenordnung von 20 V, während der spannungsabhängige Widerstand eine Nennspannung von 100 V aufweist. Die beiden Drosseln 20 mit der Induktivität von je 1,5 mH dämpfen die Sprechströme praktisch nicht, hindern jedoch hochfrequente, in der Station entstehende Störungen am Austritt auf die Leitung. Zwischen den beiden Verbindungen 14 und 15 ist ein weiterer spannungsabhängiger Widerstand 21 mit einer Nennspannung von 220 V angeordnet.
Die Transistoren 22, 23 und 24 bilden zusammen mit den Widerständen 25, 26, 27 und 28 eine Schalter-Kette, deren Schaltzustand in später erklärter Weise durch über die Widerstände 29, 30 und 31 führende Verbindungen beeinflussbar ist.
Am Kollektor des Transistors 24 ist ein Schmitt-Trigger angeschlossen, der aus den beiden Transistoren 32 und 33 und den Widerständen 34, 35, 36, 37 und 38 besteht. Bei einem solchen Schmitt-Trigger ist bekanntlich, sofern er an Spannung gelegt ist, einer der beiden Transistoren leitend und der andere gesperrt, wobei der Zustand davon abhängt, wie hoch das Potential an der Basis des Transistors 32 ist. Diese Basis ist durch einen über die Zener-Diode 39 und den Widerstand 40 fliessenden Strom beeinflussbar. Die Zener-Diode weist eine Nennspannung von ungefähr 80 V auf. Der Zustand des Transistors 16 ist durch über die Widerstände 41 und 42 zugeführte Spannungen und durch den Transistor 43 beeinflussbar.
Der Transistor 43 wird mit zunehmendem Strom im Widerstand 17 stärker leitend und bildet damit einen Nebenschluss zum Widerstand 41, wodurch sich eine Begrenzung des durch den Transistor 16 und damit durch die Sprechstromkreise 3 fliessenden Stroms ergibt.
Der von den Steuerstromkreisen 4 in den leitenden Zustand gesteuerte VMOS-Transistor 44, dessen Basis über den Widerstand 45 und den eine Verzögerung bewirkenden Kondensator 46 an die Verbindung 15 gelegt ist, schliesst die Sprechstromkreise 3 kurz und stellt damit den während einer Impulswahl erforderlichen niedrigen Widerstand der Schleife her.
Im Ruhezustand der Station ist der Gabelkontakt 11 im gesperrten Zustand, und durch die Steuerstromkreise 4 werden keine Steuersignale über die Widerstände 29 und 30 abgegeben.
Der Transistor 22 ist daher über den Widerstand 25 und der Transistor 23 über den Widerstand 26 gesperrt. Der Widerstand 28 sperrt infolgedessen den Transistor 24, wodurch die Transistoren 32 und 33 und die dazugehörenden Widerstände stromlos sind. Über den Widerstand 41 ist damit auch der Transistor 16 gesperrt, wodurch die Schleife unterbrochen ist.
Ein eintreffender Anruf speist über die Kondensatoren 6 und die Gleichrichter 7 die Anruf-Kreise 5. Die auf der Leitung auftretende Summe der Gleichspannung und der Rufspannung ist zwar höher als der Nennwert des spannungsabhängigen Widerstandes 19, jedoch niedriger als die Ansprechspannung des Überspannungsableiters 18 und des spannungsabhängigen Widerstandes 21, so dass durch die genannten Bauelemente kein Strom fliessen kann.
Wird nun durch Betätigung des Gabelkontaktes 11 oder durch die Steuerstromkreise 4 der Transistor 23 über den Widerstand 31 bzw. 30 in den leitenden Zustand gesteuert, wird auch der Transistor 24 leitend und legt den Schmitt-Trigger an Spannung. Durch die Zener-Diode 39 kann kein Strom fliessen, so dass die Basis des Transistors 32 das Potential der Verbindung 15 annimmt und somit der Transistor 32 gesperrt ist. Infolgedessen ist der Transistor 33 leitend, wodurch auch der Transistor 16 in den leitenden Zustand gesteuert und damit die Schleife geschlossen wird. Der dabei durch die Sprechstromkreise 3 fliessende Strom wird durch die Transistoren 16 und 43 nicht begrenzt.
Sofern jedoch die Signaltaste 12 gedrückt wird, vermindert sich der Gesamtwiderstand für den Schleifen-Stromkreis, und der Strom durch die Sprechstromkreise 3 würde auf eine für diese Stromkreise unzulässige Höhe ansteigen, wenn er nicht durch die Transistoren 16 und 43 begrenzt würde.
Sofern die Steuerstromkreise 4 für Impulswahl programmiert sind, geben sie über den Widerstand 29 Signale ab, welche die impulsmässigen Unterbrüche steuern. Dabei wird jeweils der Transistor 22 leitend und schliesst den Widerstand 26 kurz, wodurch die Beeinflussung des Transistors 23 über den Widerstand 30 oder 31 aufgehoben wird und somit der Transistor 16 sperrt. Während der Erzeugung einer Serie von Unterbruchsimpulsen wird von den Steuerstromkreisen 4 ausserdem der Transistor 44 in den leitenden Zustand gesteuert, wodurch der Schleifenwiderstand vermindert wird. Der Kondensator 46 sorgt dabei für eine zeitliche Verzögerung bei der Aufhebung des Kurzschlusses.
Sofern die Steuerstromkreise 4 für Tonwahl programmiert sind, werden die dort erzeugten Signale über die Verbindungen 47 den Sprechstromkreisen 3 zugeleitet und dort in die Schleife eingespeist.
Sofern nun zwischen den Klemmen 1 und 2 eine in erster Linie auf einen Blitzschlag zurückzuführende Überspannung auftritt, zündet der Überspannungsableiter 18, und es fliesst gegebenenfalls ein beträchtlicher Strom über diesen Ableiter und den spannungsabhängigen Widerstand 19, wobei die zwischen den Klemmen verbleibende Spannung Werte bis ungefähr 200 V annehmen kann. Im Gegensatz zu den spannungsabhängigen Widerständen hat der Überspannungsableiter 18 eine nicht zu vernachlässigende Ansprechzeit. Beim Auftreten einer Überspannung mit einer steilen Anstiegsflanke steigt während der Ansprechzeit des Überspannungsableiters die Spannung zwischen den Klemmen bis auf 600 V.
Wegen der grossen Steilheit des Spannungsanstiegs fliesst infolge der Wirkung der Drossel 20 während der Ansprechzeit des Überspannungsableiters 18 nicht der der Überspannung an den Klemmen entsprechende Strom durch den spannungsabhängigen Widerstand 21. Fast die ganze Überspannung liegt während der erwähnten Zeitspanne an den Drosseln 20, und der fliessende Strom lässt die Spannung am spannungsabhängigen Widerstand 21 nicht wesentlich über die Nennspannung von 220 V ansteigen. Sofern die Wirkung der Drosseln für die Begrenzung des Stroms im spannungsabhängigen Widerstand 21 nicht ausreichen sollte, kann ein nicht dargestellter Widerstand zwischen die Gleichrichter 13 und eine oder beide Verbindungen 14 und 15 eingefügt werden.
Dieser Widerstand kann auch durch einen Sperrkreis z.B. für Gebührenmelder-Ströme gebildet sein.
Nachdem der Überspannungsableiter 18 angesprochen hat, fliesst durch diesen Ableiter und den spannungsabhängigen Widerstand 19 ein Strom, der bis 200 A erreichen kann, wobei die Spannung auf einen Wert in der Grössenordnung von 250 V zusammenbricht. Die zwischen den Verbindungen 14 und 15 auftretende Spannung wird dabei, sofern notwendig zusätzlich durch den spannungsabhängigen Widerstand 21 begrenzt. Unter den beschriebenen Voraussetzungen treten dabei aber keine hohen Ströme auf, so dass die Spannung nicht über 150 V ansteigt.
Die zwischen den Verbindungen 14 und 15 angeordneten Schaltungen haben somit eine Überspannung von höchstens 250 V auszuhalten, wobei mit einer Dauer vonl0 ms zu rechnen ist.
Solange die Schleife offen ist, ergeben sich keinerlei Schwierigkeiten, da für die zuletzt genannten Schaltungen entweder Bauteile verwendet sind, welche im Ruhezustand eine Spannung von 300 V aushalten oder (in den Steuerstromkreisen) die Stromkreise derart gewählt wurden, dass an den elektronischen Bauteilen nur ein Bruchteil der zwischen den Verbindungen 14 und 15 vorhandenen Spannung auftritt.
Tritt die Überspannung jedoch auf, während die Schleife geschlossen d.h. während der Transistor 16 leitend ist, genügt die Beschränkung der angelegten Spannung auf 250 V nicht, um Schäden zu verhindern. Der hohen Spannung entspricht ein hoher durch die Sprechstromkreise fliessender Strom, welcher aber, auch wenn keine weiteren Massnahmen angeordnet wären, mit Hilfe des Transistors 43 durch den Transistor 16 auf einen für die Sprechstromkreise unschädlichen Wert begrenzt würde. Der Transistor 16 könnte jedoch die durch die Begrenzung während 10 ms auftretende Erwärmung nicht aushalten.
Eine solche Beschädigung des Transistors 16 wird verhindert, indem bei einem Anstieg der Spannung zwischen den Verbindungen 14 und 15 auf über 80 V die Zener-Diode 39 leitend wird und über die Widerstände 40 und 34 ein Strom fliesst. Das Potential der Basis des Transistors 32 wird infolgedessen angehoben und der Schmitt-Trigger ändert seinen Zustand, wodurch der Transistor 33 gesperrt wird. Der Strom durch die Widerstände 42 und 41 wird somit unterbrochen und der Transistor 16 gesperrt. Eine Überlastung wird infolgedessen vermieden.
Sofern nach dem Ende der Überspannungs-Periode die Zener Diode 39 wiederum sperrt wird die Rückkehr in den Normalzustand durch den Kondensator 48 leicht verzögert. Mit der Anwendung eines Schmitt-Triggers zur Abschaltung und des Kondensators 48 wird ein Pendeln oder Schwingen der Anordnung mit Sicherheit vermieden.
Die Erfindung ist natürlich nicht an das Ausführungsbeispiel gebunden. Insbesondere die Nennspannungen der beschriebenen Bauteile können in gewissen Grenzen vom Beispiel abweichend gewählt werden.
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PATENT CLAIMS
1. Telephone subscriber station, which is connected to a two-wire subscriber line (1, 2) supplying a DC voltage, containing electronic speech and control circuits (3, 4), a call device (5, 8), which is supplied by means of a line superimposed on the direct voltage, the same order of magnitude as the alternating voltage having the direct voltage, an electronic switch (16) which closes and opens a loop running between the wires of the subscriber line via the speech circuits and which contains a switch arranged between the line and speech and control circuits the overvoltage interference occurring in the loop, the circuit arrangement limiting the voltage applied to the speech and control circuits, characterized in that
that the limiting circuit arrangement consists of a series connection of a gas-filled surge arrester (18) and a first voltage-dependent resistor (19) applied in parallel to the conductors of the line, and also a second voltage-dependent resistor (21) connected in parallel with the speech and control circuits (3, 4) ) and consists of at least one choke (20) inserted between the line and the circuits mentioned in the train of the loop, the nominal voltage of the second voltage-dependent resistor (21) being greater than that of the first (19).
2. Telephone subscriber station according to claim 1, characterized by said electronic switch (16) associated voltage-dependent circuit means (39, 32, 33, 35) to which said limited voltage is supplied and which, if and as long as this voltage exceeds a certain value , control the electronic switch (16) in the sense of interrupting the loop.
3. Telephone subscriber station according to claim 2, characterized in that said voltage-dependent circuit means contain a Schmitt trigger (32 ... 38).
In conventional telephone systems, a DC voltage, mostly 48 or 60 V, is present on the two-wire lines leading from a central to the subscriber stations, the central being occupied by the station by connecting the two wires of the line in the station to form a loop.
The station is called by the control center by means of a ringing voltage of mostly 70 V and 23 or 50 Hz, which is superimposed on the DC voltage, a calling device contained in the station responding to the ringing voltage.
All subscriber stations are required to ensure that they are not damaged by short-term, high overvoltages occurring between the wires of the subscriber line, neither in the idle state nor in the operating state. The duration of such overvoltages, in particular caused by lightning strikes, can be up to 10 ms and their voltage up to 5 kV.
In stations that do not contain any electronic parts, such requirements are relatively easy to meet.
In newer stations, however, voice circuits and - in particular those related to the choice - control circuits are arranged in which electronic components are used. If video versions with a blocking voltage of 300 V are used as transistors, the circuits containing electronic components can be protected against overvoltages with a maximum duration of 1 ms by a voltage-dependent resistor (VDR) with a nominal voltage of 100 V. However, it must be assumed that no ringing voltage superimposed on the DC voltage of the subscriber line is applied to the resistor, since then the highest peak voltage if a DC voltage of 48 V and a ringing voltage of 70 V are required
Is 148 V.
Since the call voltage only occurs when the station is in the idle position, i.e. if the loop is separated by a hook switch, this condition can easily be met if the call device is connected between the line and the hook switch, since the voltage-dependent resistor is then disconnected from the line when the station is idle and is therefore never connected to the ringing voltage .
The hook switch and call device must be able to withstand the full overvoltage, but this can be easily achieved with the mechanical design of these components and groups.
Particularly in loudspeaker stations and stations with automatic answering of calls, in which the loop is to be opened and closed not only depending on the actuation of a fork or other mechanical device but also in cooperation with electronic circuits, there is a need to use the fork switch as electronic switch. In contrast to a mechanical switch, such an electronic switch must be protected against harmful overvoltages, i.e. Overvoltage protection does not have to be arranged between the switch and electronic speech and control circuits, as would be the case with a mechanical contact, but between the line and the switch.
In this case, however, the line DC voltage at the overvoltage protection device is sometimes superimposed on the ringing voltage, so that for the reasons described earlier, a voltage-dependent resistor with a nominal voltage of 100 V connected only between the wires of the subscriber line is out of the question. A voltage-dependent resistor with a nominal voltage of 220 V used alone would suffice with regard to the ringing voltage, and the electronic components could withstand a voltage of 220 V without damage.
Since the voltage limited by a voltage-dependent resistor is dependent on the current flowing through and the nominal voltage only refers to small currents, voltages that are twice the nominal voltage occur in the event of overvoltage faults in which currents of up to 200 A can be expected can achieve, so that protection of the electronic components would no longer be guaranteed.
From German Offenlegungsschrift 3 151 539 a protective circuit for telephone lines has become known, in which a gas-filled surge arrester is arranged in parallel with the input terminals, a surge limiter with a very short response time is arranged in parallel with the output terminals, and a choke is arranged between the two. However, this known device is not suitable for use in lines with a DC voltage in the idle state which is greater than the extinguishing voltage of the gas-filled surge arrester, since otherwise the surge arrester, if it had responded, would no longer extinguish.
The present invention now enables the use of an electronic switch for closing and opening the subscriber loop, without impairing the ringing current and without being impaired by the direct voltage present on the line, the overvoltages occurring on the electronic circuit arrangements during the working and idle state of the station to limit a dimension that is harmless to the electronic components. It relates to a telephone subscriber station according to the preamble of claim 1, the special features of which are listed in the characterizing part of claim 1.
In a further patent claim, features of the station are listed which, in addition to the voltage limitation occurring in the event of overvoltage, additionally permit protection against overcurrent.
The invention is now based on an embodiment
explained.
The single figure shows a diagram of a subscriber station, shown in part as a block diagram, with the features according to the invention.
The station is connected to terminals 1 and 2 via a subscriber line to a telephone exchange, not shown. It contains voice circuits 3, control circuits 4 and call circuits 5, all of which contain electronic components sensitive to overvoltages and overcurrents. In addition to a microphone and a microphone amplifier, the speech circuits 3 also comprise a loudspeaker with an associated amplifier and, if appropriate, arrangements for switching the direction of speech. In relation to the subscriber loop, they are low-resistance, so that the current flowing through them is primarily determined by features of the line and the subscriber circuit of the central office.
The control circuits 4 include selection and control buttons, possibly display devices and the necessary storage and switching elements. The control circuits 4 also contain circuit means which control the closing and opening of the subscriber loop while the microphone is at rest. The control circuits 4 are high-resistance with respect to the subscriber loop and therefore practically do not influence the current flowing in the loop.
The call circuits 5 are fed by the subscriber line via the two capacitors 6 and the Grätz rectifier circuit 7 and emit a tone sequence to the loudspeaker 8 when a call arrives. The call circuits report the presence of a call to the control circuits 4 via the lines 9, and the control circuits suppress the generation of tones via the lines 10 when voltage jumps occur on the subscriber line by closing and opening the loop.
Fork contacts 11 and 49 are switched into the conductive state by lifting the microphone and into the blocking state by hanging it up. The fork contact 11 directly controls the closing and opening of the loop in a manner explained later, while the fork contact 49 reports the on-hook or off-hook state of the microphone as information to be processed to the control circuits 4.
A signal button 12 applies earth to the subscriber line at its low pressure, as a result of which control functions are triggered in a known manner in the (appropriately configured) telephone exchange.
A Grätz rectifier circuit 13, regardless of the polarity of the line connected to terminals 1 and 2, applies the positive pole to connection 14 and the negative to connection 15. With a switching transistor 16, the subscriber loop is connected via resistor 17 and the speech circuits 3 closed.
A series circuit comprising the gas-filled surge arrester 18 and the voltage-dependent resistor (VDR) 19 is connected between the terminals 1 and 2. The surge arrester has a response voltage of 230 V and an operating voltage of the order of 20 V, while the voltage-dependent resistor has a nominal voltage of 100 V. The two chokes 20, each with an inductance of 1.5 mH, practically do not dampen the speech currents, but prevent high-frequency interference occurring in the station from emerging on the line. A further voltage-dependent resistor 21 with a nominal voltage of 220 V is arranged between the two connections 14 and 15.
The transistors 22, 23 and 24 together with the resistors 25, 26, 27 and 28 form a switch chain, the switching state of which can be influenced in a manner explained later by connections leading through the resistors 29, 30 and 31.
A Schmitt trigger is connected to the collector of transistor 24 and consists of two transistors 32 and 33 and resistors 34, 35, 36, 37 and 38. In the case of such a Schmitt trigger, as is known, if it is connected to voltage, one of the two transistors is conductive and the other is blocked, the state depending on how high the potential at the base of transistor 32 is. This basis can be influenced by a current flowing through the Zener diode 39 and the resistor 40. The Zener diode has a nominal voltage of approximately 80 V. The state of transistor 16 can be influenced by voltages supplied via resistors 41 and 42 and by transistor 43.
The transistor 43 becomes more conductive with increasing current in the resistor 17 and thus forms a shunt to the resistor 41, which results in a limitation of the current flowing through the transistor 16 and thus through the speech circuits 3.
The VMOS transistor 44, which is driven into the conductive state by the control circuits 4 and whose base is connected to the connection 15 via the resistor 45 and the capacitor 46 causing a delay, short-circuits the speech circuits 3 and thus provides the low resistance required during pulse selection the loop.
In the idle state of the station, the fork contact 11 is in the blocked state, and the control circuits 4 do not emit any control signals via the resistors 29 and 30.
The transistor 22 is therefore blocked via the resistor 25 and the transistor 23 via the resistor 26. The resistor 28 consequently blocks the transistor 24, as a result of which the transistors 32 and 33 and the associated resistors are de-energized. The transistor 16 is thus also blocked via the resistor 41, as a result of which the loop is interrupted.
An incoming call feeds the call circuits 5 via the capacitors 6 and the rectifiers 7. The sum of the direct voltage and the ringing voltage occurring on the line is higher than the nominal value of the voltage-dependent resistor 19, but lower than the response voltage of the surge arrester 18 and voltage-dependent resistor 21, so that no current can flow through the components mentioned.
If transistor 23 is now switched to the conductive state by actuation of fork contact 11 or by control circuits 4 via resistor 31 or 30, transistor 24 also becomes conductive and applies voltage to the Schmitt trigger. No current can flow through the Zener diode 39, so that the base of the transistor 32 assumes the potential of the connection 15 and the transistor 32 is thus blocked. As a result, the transistor 33 is conductive, which also controls the transistor 16 in the conductive state and thus closes the loop. The current flowing through the speech circuits 3 is not limited by the transistors 16 and 43.
However, if the signal button 12 is pressed, the total resistance for the loop circuit will decrease and the current through the speech circuits 3 would increase to an impermissible level for these circuits if it were not limited by the transistors 16 and 43.
If the control circuits 4 are programmed for pulse dialing, they emit signals via the resistor 29, which control the pulsed interruptions. In each case, the transistor 22 becomes conductive and shorts the resistor 26, as a result of which the influencing of the transistor 23 via the resistor 30 or 31 is canceled and the transistor 16 is thus blocked. During the generation of a series of interruption pulses, the control circuits 4 also control the transistor 44 to the conductive state, which reduces the loop resistance. The capacitor 46 provides a time delay when the short circuit is removed.
If the control circuits 4 are programmed for tone dialing, the signals generated there are fed to the speech circuits 3 via the connections 47 and fed into the loop there.
If an overvoltage primarily due to a lightning strike occurs between the terminals 1 and 2, the surge arrester 18 ignites and a considerable current may flow through this arrester and the voltage-dependent resistor 19, the voltage remaining between the terminals being up to approximately Can assume 200 V. In contrast to the voltage-dependent resistors, the surge arrester 18 has a response time that should not be neglected. If an overvoltage occurs with a steep rising edge, the voltage between the terminals increases to 600 V during the response time of the surge arrester.
Because of the great steepness of the voltage rise, due to the action of the choke 20 during the response time of the surge arrester 18, the current corresponding to the overvoltage at the terminals does not flow through the voltage-dependent resistor 21. Almost all of the overvoltage is applied to the chokes 20 during the period mentioned, and the flowing current does not cause the voltage across the voltage-dependent resistor 21 to rise significantly above the nominal voltage of 220 V. If the effect of the chokes is not sufficient to limit the current in the voltage-dependent resistor 21, a resistor (not shown) can be inserted between the rectifier 13 and one or both connections 14 and 15.
This resistance can also be achieved by a blocking circuit e.g. be formed for charge streams.
After the surge arrester 18 has responded, a current flows through this arrester and the voltage-dependent resistor 19, which current can reach up to 200 A, the voltage collapsing to a value of the order of 250 V. The voltage occurring between the connections 14 and 15 is, if necessary, additionally limited by the voltage-dependent resistor 21. Under the conditions described, however, no high currents occur, so that the voltage does not rise above 150 V.
The circuits arranged between connections 14 and 15 must therefore withstand an overvoltage of at most 250 V, with a duration of 10 ms being expected.
As long as the loop is open, there are no difficulties, since either components are used for the last-mentioned circuits which can withstand a voltage of 300 V in the idle state or (in the control circuits) the circuits have been selected such that only one on the electronic components Fraction of the voltage present between connections 14 and 15 occurs.
However, the surge occurs while the loop is closed i.e. while transistor 16 is conductive, limiting the applied voltage to 250 V is not sufficient to prevent damage. The high voltage corresponds to a high current flowing through the speech circuits, which, however, would be limited by transistor 16 to a value that is not harmful to the speech circuits, even if no further measures were arranged. However, transistor 16 could not withstand the heating that occurred due to the 10 ms limitation.
Such damage to the transistor 16 is prevented by the Zener diode 39 becoming conductive when the voltage between the connections 14 and 15 increases to above 80 V and a current flows through the resistors 40 and 34. As a result, the potential of the base of transistor 32 is raised and the Schmitt trigger changes state, thereby blocking transistor 33. The current through resistors 42 and 41 is thus interrupted and transistor 16 is blocked. As a result, an overload is avoided.
If, after the end of the overvoltage period, the Zener diode 39 turns off again, the return to the normal state is slightly delayed by the capacitor 48. With the use of a Schmitt trigger for switching off and the capacitor 48, oscillation or oscillation of the arrangement is avoided with certainty.
The invention is of course not tied to the exemplary embodiment. In particular, the nominal voltages of the components described can be chosen to differ from the example within certain limits.