DE1058571B - Mehrstufiges Durchschaltenetzwerk aus elektronischen Schaltmitteln fuer Vermittlungseinrichtungen in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die im folgenden beschriebene Erfindung bezieht sich auf mehrstufige Durchschaltenetzwerke, bei denen die Durchschaltung mittels elektronischer Schaltelemente erfolgt, deren Strom-Spannungs-Charakteristik eine Spannungsschwelle aufweist. Durchschaltenetzwerke dieser Art sind bereits bekannt. Wie später an Hand der Fig. 1 und 2 noch gezeigt werden soll, weisen diese Netzwerke jedoch den Nachteil auf, daß sie einerseits nur mit einer beschränkten Zahl von aufeinanderfolgenden Schaltstufen ausgeführt werden können und daß sie andererseits in ihrer Betriebssicherheit in hohem Maße von den Toleranzbedingungen der verwendeten elektronischen Schaltmittel abhängen. Aufgabe der Erfindung ist es nun, den Einfluß der Toleranzen weitgehend unwirksam zu machen und ein einwandfreies Arbeiten der einzelnen Schaltstufen unabhängig voneinander zu gewährleisten, so daß eine größere Anzahl von Schaltstufen hintereinandergeschaltet werden können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein derartiges mehrstufiges Durchschaltenetzwerk aus elektronischen Schaltmitteln, deren Strom-Spannungs-Charakteristik eine Spannungsschwelle aufweist, derart aufgebaut wird, daß jeweils an den Knotenpunkten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaltstufen Schaltglieder mit monotoner nichtlinearer Widerstandskennlinie vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von dem elektrischen Zustand der beiden aufeinanderfolgenden Schaltstufen diese koppeln oder entkoppeln.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand der Fig. 1 bis 6 näher erläutert werden, und zwar stellt dar

Fig. 1 ein Durchschaltenetzwerk der bisher üblichen Bauart,

Fig. 2 das Spannungsdiagramm hierzu,

Fig. 3 ein zweistufiges Durchschaltenetzwerk gemäß der Erfindung,

Fig. 4 das Spannungsdiagramm hierzu,

Fig. 5 ein dreistufiges Durchschaltenetzwerk gemäß der Erfindung, Fig. 6 das Spannungsdiagramm hierzu.

Zunächst soll das in Fig. 1 gezeigte Durchschaltenetzwerk bekannter Art in seiner Wirkungsweise beschrieben werden.

Die Durchschaltung erfolgt in zwei Stufen I und II. An der Klemme N liegt das Potential UO, am Punkt P das Potential Ul und am Punkt V das Potential U2. Die Potentialdifferenz Ul—UO ist größer als die Summe der Brennspannungen zweier hintereinanderliegender Gasdioden der ersten und zweiten Schaltstufe, das Potential U2 wird so gewählt, daß die Potentialdifferenz Ul—U 2 um ein Geringes unterhalb der Zündspannung Uz liegt.

Soll nun beispielsweise Punkt 12 zum Punkt 22 Mehrstufiges Durchschaltenetzwerk

aus elektronischen Schaltmitteln

für Vermittlungs einrichtungen

in Fernmelde-,
insbesondere Fernsprechanlagen

Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz

Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhausen,

Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dipl.-Phys. Reinhold Braun, Stuttgart,
ist als Erfinder genannt worden

durchgeschaltet werden, so werden die miteinander zu verbindenden Punkte durch entsprechende Impulse gekennzeichnet, und zwar Punkt 12 durch einen an P 2 angelegten positiven Impuls Up, Punkt 22 durch einen über N2 angelegten negativen Impuls Un. Hierbei ist die Amplitude des positiven Impulses Up so bemessen, daß zwischen der Klemme P2 und der Klemme V eine Potentialdifferenz Up—i/2 auftritt, die größer ist als die Zündspannung der in der ersten Schaltstufe I vorgesehenen Gasdioden. Diese verschiedenen Potentialverhältnisse sind in Fig. 2 grafisch dargestellt, wobei α den zuvor geschilderten normalen Ruhezustand zeigt, in dem an den Dioden der Stufe I die Spannung UIr=Ul—U2 und an den Röhren der Stufe II die Spannung UHr= U2—UO liegt, b in Fig. 2 zeigt den Spannungszustand im Augenblick des Anlegens der Zündimpulse. An den Gasdioden der ersten Stufe liegt nunmehr die Spannung UIz= Up —U 2, die zumindest um den größtmöglichen Toleranzbetrag größer sein muß als die in Fig. 2 bei χ gezeigte Zündspannung Uz der Gasdioden. Sobald dementsprechend nun eine der Röhren G121, G122, G123 gezündet hat, beispielsweise die Röhre G123, verschiebt sich das Potential des Übergangspunktes zur zweiten Schaltstufe, im gewählten Beispiel also des Punktes 33, infolge des Spannungsabfalles am

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Widerstand R33. Die an der entsprechenden Röhre GII32 der Stufe II liegende Spannung steigt infolgedessen auf den in c der Fig. 2 gezeigten Wert UII s, der nun seinerseits oberhalb des höchsten Toleranzwertes der Zündspannung Uz liegt. Die Amplitude des an N 2 angelegten negativen Zündimpulses Un muß dabei so bemessen sein, daß einerseits für die zu zündende Röhre GII32 die Zündspannung überschritten wird, während die an den übrigen Röhren der Schaltstufe II liegende Spannung in keinem Fall die Zündspannung überschreiten darf. Sobald die Diode GII32 gezündet hat, herrschen die in d der Fig. 2 gezeigten Spannungsverhältnisse. An den beiden gezündeten Röhren liegen die Spannungen UI b und UII b, die der in ν der Fig. 2 angegebenen Brennspannung Ub entsprechen. An dem Widerstand Rs2 tritt außerdem der Spannungsabfall / · Rs auf. Die gewünschte Verbindung zwischen dem Punkt 12 und dem Punkt 22 ist nunmehr auf dem Wege über G123, 33 und GII32 hergestellt. Werden nun während des Bestehens dieser Verbindung andere Eingänge bzw. Ausgänge des Durchschaltenetzwerkes durch Impulse Up bzw. Un gekennzeichnet, so kann keine der übrigen am Punkt 33 liegenden Dioden mehr zünden, wie aus e der Fig. 2 hervorgeht; da das Potential des Punktes 33 durch die Brennspannungen der Röhren G123, GII32 zwangläufig auf einem festen Wert Us gehalten wird, der höher Hegt als U 2, kann die beispielsweise beim Anlegen eines Impulses Up an P 3 an der Röhre G133 auftretende Spannung L^TI s nicht mehr den Wert der Zündspannung Uc erreichen, und der Zugang zu Punkt 33 für eine zweite Verbindung bleibt gesperrt. Sinngemäß gilt für den vom Punkt 33 in der zweiten Schaltstufe weitergehenden Stromweg über GII33 das gleiche, d.h., die an ihm gegebenenfalls auftretenden, durch einen Zündimpuls Un überhöhten Spannungen Ulis können gleichfalls den Wert Us nicht erreichen.

Abgesehen davon, daß sich hierbei eine verhältnismäßig lange Durchschaltezeit ergibt, da die Röhren in den aufeinanderfolgenden Schaltstufen nur nacheinander zünden können, zeigt sich hierbei noch der bereits obenerwähnte Nachteil, daß infolge der Toleranzen für den Wert der Brennspannung UI b' die Zündspannung Ulis (Fig. 2. c) nicht mehr eindeutig bestimmt ist.

Ein Beispiel für die Ausführung eines solchen Durchschaltenetzwerkes gemäß der Erfindung, durch die diese zuletzt erwähnten Nachteile beseitigt werden, ist in Fig. 3 dargestellt. Die Bezugszeichen der Fig. 3 entsprechen denen der Fig. 1. An den Stellen, an denen die elektronischen Durchschaltemittel der Stufe I des Durchschaltenetzwerkes mit denen der Stufe II zusammengeschaltet sind, also an den Punkten 31, 32..., sind zusätzliche Schaltmittel vorgesehen, um die beiden Schaltstufen je nach ihrem elektrischen Zustand zu koppeln oder zu entkoppeln. In dem gewählten Beispiel sind hierzu die Kristalldioden D31, D32... vorgesehen. Durch sie werden also die einzelnen Ausgänge der ersten Schaltstufe (31, 32. . .) von den Eingängen der zweiten Schaltstufe (31', 32'. . .) im Ruhezustand entkoppelt. Unter Zuhilfenahme der Fig. 4 soll nun im folgenden die Wirkungsweise einer solchen Anordnung erläutert werden.

An A^r liegt das Potential Γ0, an P das Potential Ul. Die Potentialdifferenz Ul-UO muß dabei größer sein als die Summe der Brennspannungen der nach Durchschaltung hintereinanderliegenden Gasdioden. An V liegt das Potential U2, das so gewählt wird, daß die Potentialdifferenz UIr=Ul-U2 wenig kleiner als die Zündspannung Uz (Fig. 2, x) ist. Ferner liegt an V ein Potential 173, das mit dem Potential [70 einen Spannungswert 17 Hr= [73— L⁷O liefert, der gleichfalls unterhalb der Zündspannung Us bleibt. Durch die Spannung U 3— (72 werden die Dioden D 31, D 32 ... im Ruhezustand gesperrt.

Wir legen das gleiche Beispiel wie oben zugrunde, d. h., Punkt 12 soll mit Punkt 22 verbunden werden. Zu diesem Zweck wird an P 2 ein positiver Impuls Up und an N2 ein negativer Impuls Un gelegt. Hiermit ist die gewünschte Verbindung gekennzeichnet.

Die Amplitude des Impulses Up ist so bemessen, daß die an den mit dem Punkt 12 verbundenen Gasdioden der ersten Stufe G121, G122... liegende Spannung auf einen Wert ansteigt, der größer ist als die unter Berücksichtigung der Toleranzen mögliche größte Zündspannung Us. Gleichzeitig wird durch den Impuls Un auch die an den mit dem Punkt 22 verbundenen Röhren GII12, GII22 . .. liegende Spannung auf den Wert UIIz gebracht, der gleichfalls größer ist als die Zündspannung Us (vgl. Fig. 4, b). Wenn nun eine der Röhren der ersten Stufe zündet, bevor die entsprechende Röhre der zweiten Stufe gezündet hat, so ergibt sich der Spannungszustand gemäß Fig. 4, c'. Umgekehrt ergibt sich der Spannungszustand gemäß Fig. 4, c", wenn eine Röhre der zweiten Stufe bereits zündet, ohne daß die entsprechende Röhre der ersten Stufe gezündet hat. In beiden Fällen bleibt, wie aus den Diagrammen hervorgeht, die zwischen den beiden Stufen befindliche Diode gesperrt, und die beiden Stufen sind weiterhin entkoppelt. Lediglich im Falle einer Koinzidenz, d. h. wenn in der ersten und in der zweiten Stufe zwei Gasdioden zünden, die an dieselbe Übergangsstelle, beispielsweise 33, D 33, 33', angeschaltet sind, würde der in Fig. 4, c dargestellte Zustand eintreten, falls das entkoppelnde Schaltglied D33 weiterhin gesperrt bliebe. Da jedoch in diesem Falle auf Grund der nunmehr herrschenden Potentialverhältnisse die Diode D 33 öffnet, geht der Spannungszustand sofort über in den in Fig. 4, d gezeigten, und der betreffende Stromweg schaltet auf diese Weise durch, im gewählten Beispiel von 12 über G123, 33, D 33, 33', GII32 nach 22. Sobald ein Stromweg auf diese Weise durchschaltet, erlöschen die übrigen, gegebenenfalls schon gezündeten Röhren der übrigen möglichen Stromwege, im gewählten Beispiel also die Röhren G121, G122, GII12, GII22, da infolge des nunmehr an i?12 bzw. R22 auftretenden größeren Spannungsabfalles die Dioden D12 und D 22 öffnen, die Impulse Up und Un zusammenbrechen und die jeweils an diesen Röhren liegende Spannung infolge des nunmehr an den hochohmigen Widerständen R 31 bzw. i?32 und 7? 31' bzw. 32' auftretenden Spannungsabfalles unter den Wert der Brennspannung absinkt. Der Zugang zu der Verbindungsstelle 33, D 33, 33' ist für weitere Verbindungsanforderungen nunmehr in gleicher Weise gesperrt, wie dies bereits für die vorbekannten Schaltungsanordnungen an Hand der Fig. 1 und 2, e beschrieben wurde; die entsprechenden Verhältnisse gehen aus Fig. 4, e hervor.

Um unabhängig vom wirklichen Brennspannungsbedarf der einzelnen Röhren, d. h. unter Berücksichtigung der Toleranzen, deren Stromwert eindeutig festlegen zu können, können zweckmäßigerweise die Widerstände RsI, Rs2... als selbstregelnde Widerstandsanordnungen zur Konstanthaltung des Stromes ausgebildet werden. Infolge ihres hohen differentiellen Widerstandes zeigen dann diese Anordnungen [RsX, Rs2...) zudem die gleiche Wirkung wie entsprechende Induktanzen.

In dem gezeigten Beispiel sind die zwischen den beiden Schaltstufen vorgesehenen Schaltglieder D 31, Z) 32 ... als Gleichrichter, d. h. als Kristalldioden, dargestellt. Selbstverständlich können an ihre Stelle auch beliebige andere hierfür geeignete elektronische Schaltmittel treten, z. B. Gasdioden, die alsdann gleichfalls im Ruhezustand undurchlässig. sind und nach Zünden der einander entsprechenden Röhren in den beiden Schaltstufen infolge der nunmehr eingetretenen Änderung in den Potentialverhältnissen ihrerseits zünden und damit durchschalten.

In Fig. 5 ist eine 3stufige Anordnung gemäß der Erfindung dargestellt. In diesem Falle arbeiten die erste (Eingangs-) Stufe so wie die letzte (Ausgangs-) Stufe in analoger Weise wie die erste und zweite Stufe in der Anordnung gemäß Fig. 3. Für die Einleitung des Zündvorganges der Röhren in der mittleren Stufe bestehen verschiedene Lösungsmöglichkeiten. Beispielsweise kann man an V ein festes Potential t/3 anlegen, das so bemessen ist, daß dauernd, d. h. also auch im Ruhezustand, eine bestimmte Anzahl der Gasdioden dieser Stufe vorgezündet hat und in hochohmigem Betrieb brennt. Will man das dauernde Brennen von Gasdioden in der zweiten Stufe vermeiden, so kann man t/3 auch niedriger bemessen, so daß die Potentialdifferenz t/3 — t/4 etwas unterhalb der Brennspannung liegt. In diesem Falle muß man den Zündvorgang durch Anlegen eines besonderen Hilfsimpulses Uh an V etwa gleichzeitig mit dem Anlegen der Markierungsimpulse Up, Un einleiten. Aus dem in Fig. 6 dargestellten Spannungsdiagramm lassen sich die Vorgänge in gleicher Weise wie bei den zuvor gezeigten Anordnungen verfolgen. In Fig. 6, α ist der Ruhezustand gezeigt, bei dem an jeder der drei Stufen die entsprechende Ruhespannung UIr, UIIr... liegt, die jeweils um einen geringen Betrag unterhalb der Zündspannung liegt. Durch Anlegen der Impulse Up, Un, Uh werden entsprechend Fig. 6, b die an den Röhren der einzelnen Stufen liegenden Spannungen auf UIs, Ulis ... erhöht, so daß die Röhren aller drei Stufen zünden, und zwar in der ersten Stufe alle Röhren, die von dem durch den Impuls markierten Punkt, in dem bisher bereits gewählten Beispiel also Punkt 12, ausgehen, soweit sie nicht zu bereits belegten Verzweigungspunkten führen, desgleichen alle Röhren, die an dem durch den Impuls Un markierten Punkt, im gewählten Beispiel Punkt 22, ankommen, soweit sie nicht von bereits belegten Verzweigungspunkten ausgehen; in der mittleren Stufe zündet an jedem nicht belegten Verzweigungspunkt eine Röhre, soweit sie nicht ihrerseits zu einem belegten Verzweigungspunkt führt, d. h. daß an keinem der Verzweigungspunkte der zweiten Stufe mehr als eine Röhre gleichzeitig brennen kann. Wird nun angenommen, daß eine der Röhren der mittleren Stufen zuerst gezündet hat, während nun die beiden ihr entsprechenden Röhren der ersten und dritten Stufe noch nicht gezündet haben, so sind die in Fig. 6, c' dargestellten Spannungsverhältnisse gegeben. Die entsprechenden Röhren der ersten und dritten Stufe zünden nun gleichfalls und würden, falls die betreffenden Dioden, beispielsweise D 33, D 43, undurchlässig blieben, den im Diagramm Fig. 6, c dargestellten Spannungszustand herbeiführen. Da jedoch infolge der nunmehr eingetretenen Potentialverhältnisse die Dioden D 33, D 43 durchlässig werden, geht die Anordnung sofort in den in Fig. 6, d dargestellten Zustand über. Für die Sperrung des nunmehr durchgeschalteten Stromweges gegen weitere Durchschalteanforderungen gilt das in Fig. 6, e dargestellte Spannungsdiagramm in analoger Weise wie die entsprechenden Diagramme der vorbeschriebenen Figuren. Zu erwähnen bleibt nur, daß die Spannung an der Röhre der mittleren Stufe (G II33) durch das Anlegen des Hilfsimpulses Uh hierbei überhaupt nicht verändert wird, da der hochohmige Vorwiderstand, z. B. R33', im Vergleich zum Gesamtwiderstand des bereits durchgeschalteten Stromweges so groß ist, daß sich der Impuls Uh auf den durchgeschalteten Kreis überhaupt nicht mehr störend auswirken kann.

Anstatt an V einen besonderen Zündimpuls Uh anzulegen, ist es auch möglich, die beim Zünden der Röhren der ersten Stufe an dem Verzweigungspunkt der zweiten Stufe auftretende Potentialverlagerung dazu auszunutzen, um den Zündvorgang an den entsprechenden Röhren der zweiten Stufe einzuleiten. Zu diesem Zweck muß parallel zu den zwischen der ersten und zweiten Stufe vorgesehenen Schaltgliedern, beispielsweise den Dioden D 31, D 32..., jeweils ein Kondensator geschaltet werden, wie er beispielsweise für den Verzweigungspunkt 31, D 31, 31' punktiert eingezeichnet und mit Ch 31 bezeichnet ist. Eine solche Anordnung bietet zudem den Vorteil, daß auf diese Weise in der zweiten Stufe tatsächlich nur die von einem Punkt ausgehenden Glimmkathodenröhren der zweiten Stufe gezündet werden.

Die im vorstehenden beschriebenen Anordnungen stellen natürlich nur Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens dar und schließen dessen anderweitige Durchführung nicht aus.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Mehrstufiges Durchschaltenetzwerk aus elektronischen Schaltmitteln, deren Strom-Spannungs-Kennlinie eine Spannungsschwelle aufweist, insbesondere in Vermittlungseinrichtungen für Fernmelde-, vorzugsweise Fernsprechanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an den Knotenpunkten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaltstufen Schaltglieder mit monotoner nichtlinearer Widerstandskennlinie vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von dem elektrischen Zustand der beiden aufeinanderfolgenden Schaltstufen diese koppeln oder entkoppeln.

2. Durchschaltenetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangs- und der Endpunkt des durchzuschaltenden Stromweges durch gleichzeitig wirksam werdende Impulse markiert werden, und zwar der eine durch einen positiven und der andere durch einen negativen Impuls bzw. umgekehrt.

3. Durchschaltenetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltglieder zwischen den aufeinanderfolgenden Schaltstufen Kristalldioden vorgesehen sind.

4. Drei- oder mehrstufiges Durchschaltenetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eingangsseitig an den Röhren der zweiten zwischen der Eingangs- und Endstufe liegenden Stufen jeweils ein festes Potential liegt, durch das eine bestimmte Anzahl von Röhren dieser Stufen auch beim Ruhezustand des Netzwerkes mit schwachem Strom brennend gehalten werden.

5. Drei- oder mehrstufiges Durchschaltenetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den zwischen der Eingangs- und Endstufe liegenden Stufen zugeordneten Röhren bedarfsweise

durch einen Hilfsimpuls etwa gleichzeitig mit den eingangs- und ausgangsseitig angelegten Markierimpulsen gezündet werden.

6. Drei- oder mehrstufiges Durchschaltenetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils eingangsseitig an den zwischen der An-

fangs- und Endstufe liegenden Stufen vorgesehenen Schaltmittel durch einen parallel geschalteten Kondensator überbrückt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 887 219.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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