DE1055052B - Amplitudenbegrenzungsglied - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Amplitudenbegrenzungsglieder, die in der Nachrichtentechnik allgemein verwendet werden und beispielsweise die Aufgabe haben, ein Anwachsen eines Spannungspegels über eine bestimmte Schwelle möglichst vollkommen zu verhindern, unterhalb dieser Schwelle jedoch keinen Einfluß auf die zu übertragende Spannung auszuüben.

Derartige Amplitudenbegrenzungsglieder werden in der Fernmeldetechnik insbesondere dort verwendet, wo es notwendig ist, eine Nachrichtenübertragungsleitung vor dem Einfluß von Knackgeräuschen oder ähnlichen Störimpulsen zu schützen, deren Amplituden im allgemeinen wesentlich über dem Pegel der normalen Sprachfrequenzen liegen.

Es sind bisher Begrenzungsglieder bekanntgeworden, die im allgemeinen Schaltungsanordnungen nichtlinearer Schaltelemente darstellen und entweder als Zweipol oder als Vierpol ausgebildet und entsprechend in den Zug einer Leitung eingeschaltet sind.

In den Fig. 1 und 3 sind solche bekannten Ausführungsformen von Amplitudenbegrenzungsgliedern dargestellt, wobei ihre Wirkungsweise an Hand der Fig. 2 und 4 erläutert wird.

Der Begrenzungszweipol nach Fig. 1 besteht aus zwei antiparallel geschalteten Gleichrichtern und wird beispielsweise in eine Leitung des Nachrichtenübertragumgskanals eingefügt. Falls man den Leitungspegel in dem Nachrichtenübertragungskanal ohne Einschaltung des Begrenzungszweipols mit Pl, den Leitungspegel bei eingeschaltetem Begrenzungszweipol mit P2 bezeichnet, so ergibt sich die in Fig. 2 dargestellte Begrenzungskurve. Man erkennt daraus, daß bis zu einem bestimmten Schwellwert der Leitungspegel durch den Begrenzungszweipol nicht beeinflußt wird. Von diesem Schwellwerk an, der den Begrenzungseinsatz kennzeichnet, geht die Kurve jedoch in einen mehr oder weniger flachen Verlauf über, um schließlich bei entsprechend hohem Pegel wieder mit dem Pegel P1 anzusteigen.

Die bekannten Begrenzungsvierpole lassen sich hauptsächlich auf eine Brückenschaltung zurückführen, in deren Zweigen nichtlineare Schaltelemente angeordnet sind (Fig. 3). Die Vierpolbegrenzungskurve zeigt dabei einen von der Zweipolbegrenizungskurve grundsätzlich verschiedenen Verlauf. Die Kurve steigt zunächst linear an, wird dann beim Begrenzungseinsatz flacher und sinkt im weiteren Verlauf plötzlich wieder ab, da die nichtlinearen Widerstände bei einem bestimmten momentanen Wert der Spannung den Widerstand erreichen, bei dem ein Brückenabgleich vorliegt. Bei weiterem Anwachsen des Pegels P1 wird der Brückenabgleich überschritten, und' P 2 steigt wieder mit Pl an (Fig. 4).

Amplitudenbegrenzungsglied

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Hans Herkert, Pullach bei München,
ist als Erfinder genannt worden

Derartigen Begrenzungsschaltungen sind demnach wesentliche Nachteile gemeinsam, wie aus den Schaubildern nach Fig. 2 und 4 hervorgeht. Von einer bestimmten Größe des Leitungspegels P1 an wind die Wirkung des Begrenzungsgliedes wieder aufgehoben, so daß sich Störimpulse mit sehr großer Amplitude weiterhin störend bemerkbar machen. Außerdem ist der Begrenzungseinsatz im allgemeinen ziemlich unbestimmt, was eine exakte Anwendung erschwert.

Bei einer weiteren bekannten Schaltungsanordnung sind parallel zum Eingang und Ausgang eines vorzugsweise leitungssymmetrischen Vierpols Gleichrichterbrücken in Graetz-Schaltung derart angeordnet, daß ihre Wechselstromanschlüsse jeweils mit den Vierpoleingangs- bzw. -ausgangsklemmen zusammenfallen, während ihre Gleichstromamschlüsse in der Weise miteinander verbunden sind, daß die eingangs angeordnete Gleichrichterbrücke mittels des von der Vierpoleingangsspannung abgeleiteten Gleichstromes die ausgangs angeordnete Gleichrichterbrücke niederohmig steuert. Hierbei wird die Begrenzungswirkung auch bei sehr hohen Eingangspegeln nicht aufgehoben, da sie auf einer Vergrößerung der Querableitung auf der Ausgangsseite der Begrenzungsschaltung durch Steuerung der dort vorgesehenen Gleichrichterelemente mittels der Eingangsspannung in den niederohmigen Bereich beruht. Es ist jedoch bei dieser Schaltungsanordnung der Brgrenzungseinsatz relativ unbestimmt, so daß eine Anwendung überall dort, wo es auf eine exakte Begrenzung auf einen bestimmten, vorzugsweise wahlweise einstellbaren Pegel ankommt, nicht möglich ist.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Amplitudenbegrenzunigsglied zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile vermieden sind. Dies wird bei einem Amplitudenbegrenzungsglied, welches als Vierpol in einen Leitungszug einschaltibar ist, unter Verwendung von zwei parallel zwischen Eingang und

80S 790/359

Ausgang eines vorzugsweise leitungssymmetrischen Vierpols angeordneten Gleichrichterbrücken in Graetz-Schaltung, deren Wechselstromanschlüsse jeweils mit den Vierpoleingangs- bzw. -ausgangsklemmen zusammenfallen und deren Gleichstromanschlüsse derart miteinander verbunden sind, daß die eingangs angeordnete Gleichrichterbrücke mittels des von der Vierpoleingangsspannung abgeleiteten Gleichstromes die ausgangs angeordnete Gleichrichterbrücke niederohmig steuert, gemäß vorliegender Erfindung dadurch erreicht, daß als Schwelle für den abgeleiteten Gleichstrom wirkende Schaltelemente in den Gleichstromweg zwischen den beiden Gleichrichterbrücken eingeschaltet sind.

Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung sind in den Gleichstromweg zwischen den beiden Gleichrichterbrücken entweder Gleichrichter mit definierter Spannungsschwelle geschaltet, oder es ist eine vorzugsweise regelbare Gleichspannungsquelle derart eingeschaltet, daß die Gleichrichterelemente der Gleichrichterbrücken eine vorzugsweise einstellbare Vorspannung erhalten.

Eine der Erfindung zugrunde liegende, als Ausführungsbeispiel zu wertende Begrenzungsschaltung ist in Fig. 5 dargestellt. Der leitungssymmetrisch ausgebildete, aus den Widerständen 1, 2 bestehende Vierpol ist dabei durch zwei Gleichrichterbrücken 3, 4 ergänzt, von denen die eine parallel zum Vierpoleingang, die andere parallel zum Vierpolausgang angeordnet ist. Beide Gleichrichterbrücken sind dabei als Graetz-Schaltung ausgebildet und in der Weise angeschlossen, daß die Wechselstromanschlüsse der Gleichrichterbrücke 3 mit den Eingangsklemmen 5, die der Gleichrichterbrücke 4 mit den Ausgangsklemmen 6 des Vierpols verbunden sind. Die Gleichstromanschlüsse der Gleichrichterbrücken 3 und 4 sind untereinander in der Weise verbunden, daß der an der Gleichrichterbrücke 3 entstehende Gleichstrom alle Gleichrichterelemente der Gleichrichterbrücke 4 in gleicher Richtung durchfließt und sie dabei niederohmig steuert.

Die Wirkungsweise der Anordnung läßt sich wie folgt näher erläutern:

Solange der an den Eingangsklemmen 5 bestehende Leitungspegel P1 eine gewisse Größe nicht überschreitet, tritt infolge der Sperrwiderstände der einzelnen Elemente der Gleichrichterbrücke 3 keine gleichrichtende Wirkung auf, so daß auch die Widerstandselemente der Gleichrichterbrücke 4 hohe Sperrwiderstandswerte aufweisen. Da in diesem Fall beide Gleichrichterbrücken 3,4 für den in Fig. 5 dargestellten Vierpol 5, 6 lediglich Querableitungen von vernachlässigbar kleinem Leitwert darstellen, findet keine Beeinflussung des an den Klemmen 5 bestehenden Leitungspegels statt. Dieses Verhalten ist in Fig. 6 durch den linear ansteigenden Ast der Begrenzungskurve bis zum Begrenzungseinsatz 7 angedeutet. Beim Erreichen des zu dem Punkt 7 (Fig. 6) gehörenden Leitungspegels P1 wird die Gleichrichterbrücke 3 stromdurchlässig und erzeugt einen von der an den Klemmen 5 auftretenden Wechselspannung abhängigen Gleichstrom, der mittels der Gleichstromverbindungsleitungen 8, 9 gleichfalls über die Gleichrichterbrücke 4 geführt ist. Dabei werden deren Brückenelemente in den niederohmigen Bereich gesteuert, so daß der Leitwert der durch die Gleichrichterbrücke 4 gebildeten, vor den Ausgangsklemmen 6 des Vierpols liegenden Querableitung bedeutend vergrößert wird. Die dadurch bestehende Begrenzungswirkung wird durch den abgeflachten Teil der Begrenzungskurve in Fig. 6 angedeutet.

Da bei Vergrößerung des Leitungspegels P1 an den Klemmen 5 die gleichrichtende Wirkung der Gleichrichterbrücke 3 stetig zunimmt, so daß der die Gleichrichterbrücke 4 steuernde Gleichstrom ansteigt und die Elemente der Gleichrichterbrücke 4 demzufolge immer niederohmiger werden, nimmt die begrenzende Wirkung (vgl. Fig. 6) ebenfalls stetig zu. Dadurch wird erreicht, daß auch bei einem beliebig großen Eingangspegel P1 oberhalb des Begrenzungseinsatzpunktes 7 eine Begrenzungswirkung mit Sicherheit auftritt. Zweckmäßig werden als Gleichrichterelemente solche mit einer ausgeprägten Spannungsschwelle verwendet, wie z. B. Selengleichrichter oder Siliziumdioden, um einen definierten Begrenzungseinsatz zu erhalten.

Dieser Begrenzungseinsatz läßt sich nach vorliegender Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch nach oben verschieben, daß man z. B. in die Gleichstromverbindungsleitung 9 zwischen den Verbindungsklemmen 10 einen oder mehrere entsprechend gepolte zusätzliche Gleichrichter 11 (Selengleichrichter oder Siliziumdioden) einfügt. Das Maß der Verschiebung des Begrenzungseinsatzes hängt dabei von der Anzahl der eingeschalteten Gleichrichter 11 ab.

Bei Verwendung von Gleichrichterelementen ohne definierte Schwellspannung läßt sich der Begrenzungseinsatz vorteilhaft durch eine Vorspannung der Gleichrichter in Sperrichtung nach oben verschieben. Dies kann durch Zwischenschaltung eines Widerstandes 12 sowie einer Gleichspannungsquelle 13, wie in Fig. 5 angedeutet, zwischen die Verbindungsklemmen 10 in einfacher Weise erreicht werden.

Wie aus dem Verlauf der Begrenzungskurve nach Fig. 6 hervorgeht, wirkt das AmpiMtudenbegrenzungs-

glied nach Fig. 5 bei hohen Leitungspegeln. P1 in der Weise, daß hohe Spannungsspitzen nicht nur bei einem bestimmten Wert abgeschnitten, sondern auch infolge der absinkenden Begrenzungskurve eingedrückt werden.

Eine spezielle Anwendungsmöglichkeit des Amplitudenbegrenzungsgliedes nach der Erfindung ergibt sich bei Trägerfrequenzsystemen mit Wechselstromrufschaltungen zwischen den Vermittlungsämtern.
Der in Fig. 7 dargestellte Teil eines solchen Systems

umfaßt eine Gabelschaltung 14, an welche die zu einem Vermittlungsamt hin führende, für beide Verkehrsrichtungen benutzte Verbindungsleitung 15 sowie die Leitung 16 für den abgehenden und die Leitung 17 für den ankommenden Verkehr angeschlossen sind. An

die Klemmen 16 und 17 schließt sich der eigentliche Übertragungsweg an, der am anderen Ende von einer gleichartig aufgebauten Schaltung abgeschlossen ist, welche ihrerseits über eine Verbindungsleitung mit dem gegenüberliegenden Vermittlungsamt verbunden

ist. Dabei ist lediglich zu beachten, daß die Leitung 16 für den abgehenden Verkehr auf der in Fig. 7 dargestellten Seite des Übertragungssystems mit der Leitung für ankommenden Verkehr auf der Gegenseite verbunden ist, und umgekehrt.

Eine gleichfalls an die Gabelschaltung 14 angeschlossene Leitungsnachbildung 18 sorgt dafür, daß durch unerwünschte Rückkopplungen keine Störungen der Übertragungseigenschaften des gesamten Systems auftreten.

Bei derartigen Anlagen können Rufschaltungen vorgesehen sein, die eine Teilnehmerwahl von Vermittlungsamt zu Vermittlungsamt ermöglichen. Dabei wird im allgemeinen ein Rufrelais R vom Vermittlungsamt aus durch Wechselstromknpulse von z.B.

25 Hz betätigt, welches über einen Kontakt r die Im-

pulse an das eigentliche Übertragungssystem weitergibt. Dabei werden entsprechende Tonfrequenzimpulse erzeugt, die meist außerhalb des betrachteten Trägerfrequenz'kanals übertragen werden. Über das System ankommende Rufimpulse werden von einem Empfangs relais W aufgenommen und durch Betätigung der Kontakte w 1, w2 als Wechselstromruf signale an die zum Vermittlungsamt führende Verbindungsleitung 15 weitergegeben.

Es muß nun dafür Sorge getragen werden, daß die vom Vermittlungsamt zur Betätigung des Rufrelais R ausgesendeten sowie die über das Empfangsrelais W empfangenen, über w\ und zu 2 auf die Verbindungsleitung 15 gegebenen WechselstromimpuL&e, die einen wesentlich größeren Pegel aufweisen als die übertragenen Sprachfrequenzen, keinen störenden Einfluß über die Gabelschaltung 14 hinweg auf die für den abgehenden Verkehr bestimmte Leitung 16 ausüben. Dies wird bei den bekannten Schaltungsanordnungen durch einen in die Verbindungsleitung 15 geschalteten Rufsperrkondensator 19 bewirkt, der für die Ruffrequenzen einen sehr großen Widerstand darstellt, und durch einen Relaiskontakt, der die für den abgehenden Verkehr bestimmte Leitung 16 beim Auftreten der Ruffrequenzen kurzschließt. Dieser Relaiskontakt veranlaß te jedoch häufig Betriebsstörungen, da er bei den auftretenden kleinen Kurzschlußströmen zur Bildung eines hohen Übergangswiderstandes neigt. Ein fehlerfreier Betrieb wird nun durch die Anwendung eines Amplitudenbegrenzungsgliiedes nach der Erfindung ermöglicht.

Das Amplitudenbegrenzungsglied wird hierbei derart in die Schaltung eingefügt, daß eine Gleichrichterbrücke 20 parallel zum Eingang der Gabelschaltung 14 in die Verbindungsleitung 15 und eine Gleichrichterbrücke 21 parallel zum Ausgang der Gabelschaltung 14 in die Leitung 16 für den abgehenden Verkehr gelegt wird. Bei einer gleichstrommäßigen Verbindung der eingangs und ausgangs angeordneten Gleichrichterbrücken 20, 21 nach dem in Fig. 5 dargestellten Prinzip kann eine starke Dämpfung irgendwelcher über den Rufsperrkondensator 19 gelangter Störspannungsspitzen von der Leitung 16 für den abgehenden Verkehr erreicht werden. Zweckmäßig werden dabei in den Gleichstromweg des Amplitudenbegrenizungsgliedes einige zusätzliche Gleichrichter 22 mit einem derartig hohen Begrenzungseinsatz eingefügt, daß der Pegel der Sprachfrequenzen unverzerrt weitergegeben wird. Durch eine derartige Maßnahme wird die Störfreiheit derartiger Übertragungssysteme wesentlich vergrößert.

Eine zusätzliche Verbesserung der Begrenzungswirkung bei der in Fdg. 7 dargestellten Anlage läßt sich durch eine Schaltungsänderung nach Fig. 8 erreichen, wobei gleichartige Schaltelemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei wird die parallel zum Ausgang der Gabelschaltung 14 in die Leitung 16 für den abgehenden Verkehr geschaltete Gleichrichterbrücke 21 nicht nur durch den von der Gleichrichterbrücke 20 gelieferten Gleichstrom gesteuert, sondern auch von dem zur Betätigung des Rufrelais R benötigten, durch die Gleichrichteranordnung 23 erzeugten Gleichstrom. Da sich dieser Gleichstrom, wie durch die Strompfeile angedeutet, dem von der Gleichrichterbrücke 20 herrührenden Steuergleichstrom gleichsinnig überlagert, tritt an der Gleichrichterbrücke 21 eine verstärkte Steuerwirkung auf, die eine Verbesserung der Begrenzungswirkung mit sich bringt. Bei dieser Schaltung werden Knackspannungen in der gleichen Weise wie bei der Anordnung nach Fig. 7 begrenzt, während bei Wechselstromruf vom Vermittlungsamt über die Verbindungsleitung 15 der über das Rufrelais R fließende Gleichstrom die störende Geräuschspannung in der Leitung 16 noch stärker dämpft.

In gleicher Weise wird bei Wechselstromruf in Richtung zum Vermittlungsamt, wobei das Empfangsrelais W anspricht und über seine Kontakte wl, κ/2 den Ruf auf die Verbindungsleitung 15 weitergibt, die störende Geräuschspannung von der Leitung 16 ferngehalten, da die Gleichrichterbrücke 23 mittels w 2 in den Rufstromkreis der Verbindungsleitung 15 eingeschaltet wird und ebenso wie die Gleichrichterbrücke 20 einen steuernden Gleichstrom liefert, der über die Gleichrichterbrücke 21 geleitet wird und somit die Leitung 16 stark bedämpft.

Um jedoch bei einem Ruf in Richtung zum Vermittlungsamt ein Ansprechen des Rufrelais R sicher zu verhindern, wird es für die Dauer des über W empfangenen Rufes mittels eines Kontaktes w 3 überbrückt.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Amplitudenbegrenzungsgliedes nach der Erfindung im Hinblick auf eine Verwendung bei Trägerfrequenzsystemen mit Wechsel Stromrufs chaltungen ist in Fig. 9 dargestellt. Hierbei wird die bereits in der Wechselstromruf schaltung vorhandene Gleichrichterbrücke 23, die zur Gleichrichtung des vom Vermittlungsamt über die Leitung 15 kommenden Rufstroms und zur gleichstrommäßigen Erregung des Rufrelais R dient, gleichzeitig als die genannte, eingangsseitig zum Vierpol angeordnete Gleichrichterbrücke verwendet. Der die Gleichrichterbrücken voneinander trennende Vierpol wird dabei von der Gabelschaltung 14 zusammen mit dem Kondensator 19 gebildet, während die gleichstrommäßige Verbindung zwischen der eingangs angeordneten Gleichrichterbrücke 23 und der ausgangs angeordneten Gleichrichterbrücke 21 entsprechend dem Prinzip nach Fig. 5 ausgeführt ist. Die Gleichrichterbrücke 23 ist dabei zwischen die beiden Adern der Verbindungsleitung 15 geschaltet, wenn der Wechselstromruf über die Verbindungsleitung 15 vom Vermittlungsamt zum Ruf relais R erfolgt, wobei die Kontakte w\, w2, w3 die in Fig. 9 gezeichnete Stellung einnehmen. Wird ein vom Emp fangs relais W aufgenommener Ruf über die Verbindungsleitung 15 zum Vermittlungsamt durchgegeben, so schalten die Kontakte zu 1 und w 2 den Wechselstromruf an die Verbindungsleitung 15, wobei 'die Gleichrichterbrücke 23 angeschaltet bleibt, während der Kontakt w 3 das Rufrelais R kurzschließt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Amplitüdenbegrenzungsgiied, welches als Vierpol in einen Leitungszug einschaltbar ist, unter Verwendung von zwei parallel zum Eingang und Ausgang eines vorzugsweise leitungssymmetrischen Vierpols angeordneten Gleichrichterbrücken in Graetz-Schaltung, deren Wechselstromanschilüsse jeweils mit den Vierpoleingangs- bzw. -ausgangsklemmen zusammenfallen und deren Gleichstromanschlüsse derart miteinander verbunden sind, daß die eingangs angeordnete Gleichrichterbrücke mittels des von der Vierpoleingangsspannung abgeleiteten Gleichstromes die ausgangs angeordnete Gleichrichterbrücke niederohmig steuert, gekennzeichnet durch die Einschaltung von als Schwelle für den abgeleiteten Gleichstrom wirkenden Schaltelementen in den Gleich-

strom weg zwischen den beiden Gleichrichterbrücken (3, 4 in Fig. 5).

2. Amplitudenbegrenzungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gleichstromweg zwischen den beiden Gleichrichterbrücken (3,4) Gleichrichter (11) mit definierter Spannungsschwelle geschaltet sind.

3. Amplitudenbegrenzungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gleichstromweg zwischen den beiden Gleichrichterbrücken (3, 4) eine vorzugsweise regelbare Gleichspannungsquelle (13) derart eingeschaltet ist, daß die Gleichrichterelemente der Gleichrichterbrücken (3,4) eine vorzugsweise einstellbare Vorspannung erhalten.

4. Amplitudenbegrenzungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung an der Gabel (14) von Trägerfrequenzsystemen, indem die parallel zum Vierpoleingang angeordnete Gleichrichterbrücke (20) auf der Zweidrahtseite der Gabel (14) liegt, während die parallel zum Vierpolausgang angeordnete Gleichrichterbrücke (21) auf der Vierdrahtseite der Gabel (14) in der Leitung (16) für den abgehenden Verkehr liegt (Fig. 7).

5. Amplitudenbegrenzungsglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den die am Vierpoleingang und am Vierpolausgang angeordneten Gleichrichterbrücken (20^ 21) gleichstrommäßig verbindenden Leitungen beide Halbwellen des gleichgerichteten, bei abgehendem Ruf über das Rufrelais (R) geführten Rufwechselstroms derart zugeführt sind, daß die Steuerwirkung der am Vierpoleingang angeordneten Gleichrichterbrücke (20) verstärkt wird (Fig. 8).

6. Amplitudenbegrenzungsglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zum Vierpoleingang angeordnete Gleichrichterbrücke durch die zur Gleichrichtung des Rufwechselstroms dienende, vor dem Rufrelais (R) für abgehenden Ruf angeordnete Gleichrichterbrücke (23) gebildet wird, welche mittels entsprechend vorgesehener Kontakte (wl, w2) des Rufempfangsrelais (W) sowohl beim Ruf vom als auch beim Ruf zum Vermittlungsamt an die zu diesem Amt führende Verbindungsleitung (15) angeschaltet ist (Fig. 9).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 947 807.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©809'79Ο/35ϊ 4.59