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Schaltungsanordnung zum verzögerten Einschalten von Verbrauchern in
elektrische Stromkreise von Fernmeldeanlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine
Schaltungsanordnung zum verzögerten Einschalten von Verbrauchern in elektrische
Stromkreise von Fernmeldeanlagen, insbesondere zum verzögerten Einschalten von Mehrfrequenzcodegeneratoren
an Teilnehmerstellen in Teilnehmerleitungen von Fernsprechanlagen, mit einem Transistor,
vorzugsweise einem Siliziumtransistor, in Selbsterregerschaltung, bei der die für
die Selbsterregung erforderliche Kopplung zwischen Arbeits- und Steuerstromkreis
über einen Übertrager hergestellt wird, dessen Primärwicklung in Reihe mit dem Verbraucher
im Arbeitsstromkreis und dessen Sekundärwicklung im Steuerstromkreis des Transistors
angeordnet ist und bei der das Einsetzen der durch die Selbsterregung erzeugten
Schwingungen durch ein RC-Glied verzögert wird und der Schwingungsvorgang nach seinem
Einsetzen durch eine in Reihe mit der Sekundärwicklung des Übertragers geschaltete
Diode aufrechterhalten wird.
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Die Anwendung der Selbsterregerschaltung hat gegenüber anderen bekannten
Verzögerungsschaltungen den Vorteil, daß der Verbraucher bei richtiger Wahl des
Rückkopplungsgrades nach Ablauf der Verzögerungszeit spontan eingeschaltet wird,
da schon bei der ersten Schwingungshalbwelle über die Rückkopplung eine die Entsperrung
des Transistors unterstützende Wirkung im Steuerstromkreis einsetzt, die einen sehr
schnellen Stromanstieg im Arbeitsstromkreis bewirkt. Wird als nachgeschalteter Verbraucher
beispielsweise ein Mehrfrequenzcodegenerator einer Tastaturwahlteilnehmerstation
verwendet, so muß der Einschaltvorgang selbst spontan erfolgen, damit nach Ablauf
der Verzögerungszeit ein einwandfreies Anschwingen des Generators für die jeweils
eingetasteten Frequenzen gewährleistet ist.
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Bei einer bekannten Verzögerungsanordnung mit einem Transistor in
Selbsterregerschaltung, die in der Impulstechnik Verwendung findet, wird als nachgeschalteter
Verbraucher ein Relais benutzt. Ein besonderer Kontakt dieses Relais wird zur Entladung
des im Steuerstromkreis angeordneten Verzögerungskondensators verwendet, damit die
Schaltungsanordnung bei jedem neuen Schaltvorgang die gleiche Verzögerungszeit liefert.
In der Verwendung dieses Relaiskontaktes für die Entladung des Verzögerungskondensators
liegt ein wesentlicher Nachteil. Wird z. B. eine elektronische Anordnung als Verbraucher
nachgeschaltet, so ist die Verwendung eines Relais mit einem besonderen Entladekontakt
in den meisten Fällen als zu großer Aufwand nicht tragbar. Auch dürfte eine solche
Anordnung bei der Verwendung in Tastaturwahlanlagen, in denen unter anderem das
Problem besteht, vor der Aussendung eines Tastaturwahlsignals auf der Teilnehmerleitung
eine Strompause oder zumindest eine starke Stromabsenkung zu erzeugen, die als Kriterium
für die Anforderung eines Tastaturwahlempfängers im Amt gewertet wird, nicht die
erforderliche Sicherheit hinsichtlich der Konstanz der Verzögerungszeit liefern,
da ein mechanisch beeinflußter Entladestromkreis für den Verzögerungskondensator
bei schnell aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen eine vollkommene Entladung des
Kondensators nicht mehr gewährleistet. Außerdem ist bei. der bekannten Schaltungsanordnung
eine Steuerung des Schwingungsvorganges durch eine besondere, an einem Spannungsteiler
abgegriffene Spannung erforderlich, wobei der Arbeitspunkt der Schaltung durch einen
besonderen Widerstand eingestellt werden muß.
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Die Erfindung vermeidet alle diese Nachteile bei gleichzeitiger Herabsetzung
des in der bekannten Anordnung erforderlichen Aufwandes. Dies geschieht dadurch,
daß der zu dem RC-Glied gehörende, zur Schaltverzögerung dienende Kondensator in
Reihe mit der Sekundärwicklung des Übertragers und parallel zu der Diode geschaltet
ist. Durch die Parallelschaltung von Kondensator und Diode in Reihe mit der Sekundärwicklung
des Übertragers ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß der Kondensator bei jeder
erneuten Einschaltung der Schaltungsanordnung auch bei schneller Folge der Schaltvorgänge
vollkommen entladen ist. Dies ist deshalb möglich, weil die Stromrichtung der während
der Verzögerungszeit erfolgenden Aufladung des Kondensators der Stromrichtung des
durch den Schwingungsvorgang im Steuerstromkreis fließenden pulsierenden Gleichstromes
entgegengesetzt ist. Nach Ablauf der Verzögerungszeit, also
bei
Aufsteuerung des Transistors und Einsatz der Schwingungen, wird der Verzögerungskondensator
daher entladen, und zwar bis zu einem Wert, der durch den Spannungsabfall am Durchgangswiderstand
der zu ihm parallelgeschalteten Diode bestimmt ist. Dieser Spannungsabfall ist jedoch
sehr gering. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich weiterhin durch
sehr geringen Leistungsverbrauch im Vergleich zu bekannten Anordnungen aus. Besondere
Spannungsteiler und Steuereinrichtungen zur Aufrechterhaltung der Schwingungen sind
nicht erforderlich. Eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist dadurch zur
Verwendung als Verzögerungsschalter zur verzögerten Einschaltung von Wechselstromgeneratoren
über lange Leitungen in Tastaturwahlanlagen der Fernsprechtechnik besonders geeignet.
Der während der Verzögerungszeit in der Teilnehmerleitung fließende Ladestrom für
den Verzögerungskondensator ist so gering, daß dieser Zustand mit einer als Vorsignal
zu verwendenden Stromabsenkung gleichgesetzt werden kann. Nach Einsatz der Schwingungen
wird für die gesamte Anordnung lediglich die Energie benötigt, die zur Aufrechterhaltung
des Schwingungsvorganges erforderlich ist. Eine besonders große Stromaufnahme durch
die Einfügung einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung in Tastaturwahlanlagen
ist demnach nicht gegeben.
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In F i g. 1 ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dargestellt.
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Die F i g. 2 und 3 zeigen Beispiele für die Anwendung der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung in Tastaturwahlanlagen.
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Im folgenden wird die Wirkungsweise der in den Figuren gezeigten Schaltungsanordnungen
beschrieben.
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Die in F i g. 1 gezeigte Schaltungsanordnung besteht im wesentlichen
aus dem in Selbsterregerschaltung geschalteten Transistor V mit den Verzögerungsschaltgliedern
R 1 und C 1 sowie dem nachgeschalteten Verbraucher R 2. Zur
Herstellung der Kopplung zwischen Arbeitsstromkreis und Steuerstromkreis des Transistors
dient der Übertrager T mit den Wicklungen W 1 und W2. Der Verzögerungskondensator
C1 im Steuerstromkreis ist durch die Diode G überbrückt. Parallel zu der Reihenschaltung
von Emitter-Kollektor-Strecke und Primärwicklung W 2
des Übertragers T ist
der Kondensator C2 geschaltet, der zur Glättung der im Arbeitsstromkreis auftretenden,
durch den Schwingungsvorgang bedingten pulsierenden Gleichspannung dient. In Reihe
mit dem Widerstand R 1 ist gestrichelt die Zenerdiode Z gezeichnet, bei deren
Einfügung die gesamte Schaltungsanordnung erst bei Erreichen der Zenerspannung zu
arbeiten beginnt.
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Durch Schließen des Kontaktes a t wird die Betriebsspannung
- U an die Punkte 1 und 2 der Schaltungsanordnung angelegt. Der Kondensator C
1 lädt sich über den Widerstand R 1 auf und erzeugt so an der Basis des Transistors
V eine gegen den Emitter exponentiell ansteigende negative Spannung, durch die bei
Erreichen eines bestimmten Wertes der Transistor V in den leitenden Zustand versetzt
wird. Die für die Aufladung des Kondensators C 1 bis zum Öffnen des Transistors
V benötigte Zeitspanne stellt die Verzögerungszeit der Schaltungsanordnung dar.
Sie kann durch geeignete Dimensionierung des Widerstandes R 1 bzw. des Kondensators
C 1 in weiten Grenzen eingestellt werden. Der Übergang des Transistors V
in den leitenden Zustand erfolgt nun durch die Selbsterregung sehr schnell, da mit
öffnen des Transistors V im Arbeitsstromkreis über die Emitter-Kollektor-Streeke
und die Primärwicklung W 2 des Übertragers T ein Strom fließt, bei dessen
Ansteigen eine Spannung in der Sekundärwicklung W 1 des Übertragers T induziert
wird, die im Steuerstromkreis den Öffnungswinkel für den Transistor V unterstützt.
Dies wird durch geeignete Polung der beiden Übertragerwicklungen erreicht. Die in
der Wicklung W 1 des Übertragers T auftretende Spannung erzeugt
einen Stromfluß im Steuerstromkreis des Transistors V, dessen Richtung der Richtung
des während der Verzögerungszeit geflossenen Ladestromes für den Kondensator C l
entgegengesetzt ist. Die Diode G ist für diesen durch den Schwingungsvorgang erzeugten
Stromfluß in Durchlaßrichtung geschaltet. Der Kondensator C 1, der während der Verzögerungszeit
gegenüber dem Punkt 3 der Schaltungsanordnung negativ aufgeladen wurde, wird bei
Einsatz der ersten Schwingungshalbwelle über den jetzt geringen Gesamtwiderstand
des Steuerstromkreises sofort entladen. An dem Kondensator C 1 bildet sich nach
seiner Entladung eine geringe positive Spannung gegen den Punkt 3 aus, die an der
Basis den Arbeitspunkt für den Transistor V während des weiteren Schwingungsvorganges
bestimmt. Der Schwingungsvorgang wird aufrechterhalten durch die Diode G, da diese
für die den Transistor sperrenden Schwingungshalbwellen nicht durchlässig ist. Durch
geeignete Dimensionierung des Übertragers T kann für die Schaltungsanordnung das
Verhalten einer Sperrschwingerschaltung erreicht werden. In diesem Falle sind im
Arbeitsstromkreis die positiven Halbwellen des Schwingungsvorganges gegenüber den
negativen Halbwellen wesentlich vergrößert, wodurch auch die Schaltzeiten für die
positiven Halbwellen gegenüber denen der negativen Halbwellen vergrößert sind. Durch
die Glättungswirkung des Kondensators C2 im Arbeitsstromkreis entsteht an der Reihenschaltung
des Transistors V und der Primärwicklung W 2 des übertragers T eine
mittlere Gleichspannung, die im Vergleich zu der während des gesperrten Zustandes
des Transistors V herrschenden Gleichspannung sehr gering ist. Der schwingende Zustand
der Schaltung kann also mit dem Durchschalten eines Kontaktes an der Stelle des
Transistors V verglichen werden. Der an Stelle des Widerstandes R 2 eingeschaltete
Verbraucher, beispielsweise ein Wechselstromgenerator, wird also während der Schwingzeit
der Schaltungsanordnung mit Gleichstrom beliefert. Die Einschaltung dieses Gleichstromes
erfolgt spontan, und zwar nach Ablauf der durch die Schaltglieder R 1 und
C 1 eingestellten Verzögerungszeit mit Einsatz der ersten Schwingungshalbwelle.
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In F i g. 2 ist auf der rechten Seite eine Tastaturwahl-Teilnehmerstationsschaltung
dargestellt. Sie ist über die mit a und b bezeichneten Sprechadern
mit der zugehörigen Vermittlungsstelle verbunden. Zur Teilnehmerstationsschaltung
gehört die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung S mit den Anschlußklemmen 1, 2 und
3. Zur Teilnehmerstationsschaltung gehört ferner der Arbeitskontakt a2, der hier
die Funktion des in F i g. 1 gezeigten Kontaktes a 1 hat. Über den Ruhekontakt r2
steht der übrige Teil R 3 der Teilnehmerstationsschaltung mit der Sprechader a in
Verbindung. Außerdem ist noch der Hakenumschalter HU gezeigt. Auf der linken
Seite der
F i g. 2 sind lediglich diejenigen zur Vermittlungsstelle
gehörenden Schaltelemente gezeigt, die hier von Interesse sind. Dazu gehört die
Betriebsspannungsquelle Q, die über das Relais Y mit den beiden Sprechadern
a und b verbunden ist. über dieses Relais wird der Teilnehmerstation
der Speisestrom zugeführt. Es wird während der vorgesehenen begrenzten Unterbrechung
des Speisestromes stromlos. Dadurch werden bestimmte, hier nicht dargestellte Kontakte
dieses Relais betätigt, wodurch die Lieferung eines Mehrfrequenzcodezeichens angekündigt
wird und worauf eine Zuteilung eines Mehrfrequenzcodezeichenempfängers erfolgt.
Dieser Empfänger E wird über den Kontakt x des Relais y an die beiden Sprechadern
angeschaltet. Der Empfänger E nimmt das dann gelieferte Mehrfrequenzcodezeichen
auf.
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Zweckmäßigerweise bilden die beiden Kontakte a2 und
r2 einen Folge-Arbeits-Ruhe-Kontakt. In der Teilnehmerstation wird dann bei
Tastendruck zunächst der Arbeitskontakt a2 und unmittelbar darauf der Ruhekontakt
r 2 betätigt. Die von der Spannungsquelle Q über die Spechadern a und
b gelieferte Spannung liegt somit an der Verzögerungsschaltung. Der Widerstand
R 1 ist zweckmäßig so bemessen, daß er wesentlich größer ist als die Widerstände
der Teilnehmerstationsschaltung, die über den Ruhekontakt r2 mit den Sprechadern
a und b verbunden werden. Infolgedessen fließt über die Teilnehmerschleife statt
des Speisestromes nur noch der Ladestrom für den Kondensator Cl. Dieser Strom
kann ohne weiteres so klein gehalten werden, daß er kleiner als der Haltestromwert
des Relais Y ist. Wie bei einer Schleifenunterbrechung fällt dieses Relais- dann
ab. Dadurch wird der Empfänger E innerhalb der vorgesehenen Verzögerungszeit über
den Kontakt x an die Sprechadern a und b angeschaltet. Wenn die Aufladung des Verzögerungskondensators
C 1 so weit fortgeschritten ist, daß über den Transistor Y Schwingungen einsetzen,
wird mit diesen Schwingungen der im Arbeitsstromkreis des Transistors Y liegende
Mehrfrequenzcodegenerator R 2 angeschaltet. Die vorübergehende starke Absenkung
des Speisestromes ist damit beendet. Mit der Anschaltung des Generators R2 erfolgt
die Lieferung eines Mehrfrequenzcodezeichens zum Empfänger E in der Vermittlungsstelle.
Bei Rückstellung der gedrückten Taste in ihre Ruhelage wird der Ruhekontakt r2 wieder
geschlossen und unmittelbar darauf der Arbeitskontakt a2 geöffnet. Durch Betätigung
weiterer Tasten können andere Mehrfrequenzcodezeichen in entsprechender Weise geliefert
werden. Statt einer vollständigen Unterbrechung des Speisestromes erfolgt dabei
jeweils eine starke Absenkung.
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Bei ungenauer Justierung der Kontakte a2 und r2 kann eine Aufladung
des Verzögerungskondensators C1 vor der Betätigung des Kontaktes r2 und damit eine
Verfälschung der Verzögerungszeit erfolgen. Um dies zu vermeiden, ist dem Widerstand
des RC-Gliedes in der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 die Zenerdiode Z vorgeschaltet,
an der ein Spannungsabfall auftritt, der mindestens so groß ist wie die vor Öffnung
des Ruhekontaktes r2 an der Teilnehmerstationsschaltung liegende Spannung. Da im
Falle einer ungenauen Justierung der Kontakte a2 und r2 die gesamte an der Teilnehmerstationsschaltung
liegende Spannung dann an der Zenerdiode Z abfällt, steht keine Spannung mehr für
eine Voraufladung des Kondensators C 1 zur Verfügung, wodurch eine unerwünschte
Voraufladung des Kondensators C 1 verhindert ist.
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Bei Verwendung einer Zenerdiode kann die Klemme 1. der Verzögerungsschaltung
S statt mit der Klemme 2 auch mit dem Verbindungspunkt der beiden Kontakte a2 und
r2 verbunden werden. Dies ist in F i g. 2 durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
Die Funktion der Schaltung wird durch diese Maßnahme nicht beeinträchtigt.
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In F i g. 2 ist eine Variante der in F i g. 2 gezeigten Anordnung
dargestellt. Durch den Arbeitskontakt a3 wird hier der über die übrigen Widerstände
der Teilnehmerstationsschaltung führende Stromzweig R 3 kurzgeschlossen. Der Ruhekontakt
r3 ist hier derartig in die Schaltung eingefügt, daß er in Ruhelage die Verzögerungsschaltung
S mit nachgeschaltetem Generator kurzschließt.
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Bei Betätigung einer Taste wird zuerst der Arbeitskontakt
a 3 und danach der Ruhekontakt r 3 betätigt. Damit wird der Teil R
3 der Teilnehmerstationsschaltung kurzgeschlossen. Die Verzögerungsschaltung S wird
erst unter Spannung gesetzt, wenn der Ruhekontakt r3 geöffnet wird. Erst zu diesem
Zeitpunkt setzt daher die Aufladung des Verzögerungskondensators C1 ein. Gleichzeitig
wird der über die Teilnehmerstation fließende Speisestrom stark abgesenkt, da er
nur noch zur Aufladung des Kondensators C1 dient. Bei Einsatz der Schwingungen in
der Verzögerungsschaltung S fließt wieder ein wesentlich größerer Speisestrom über
die Teilnehmerstationsschaltung, womit die vorübergehende starke Absenkung bzw.
Unterbrechung des Speisestromes beendet ist.
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Bei Rückkehren der betätigten Taste in ihre Ruhelage wird zunächst
der Ruhekontakt r3 wieder geschlossen, wodurch die Verzögerungsschaltung S wieder
kurzgeschlossen wird. Danach wird der Arbeitskontakt a 3 geöffnet, wonach der übrige
Teil R 3 der Teilnehmerstationsschaltung wieder mit den Sprechadern a und
b derart verbunden ist, daß der weitere Betrieb ablaufen kann.
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Bei der in F i g. 3 gezeigten Anordnung können die vorgesehenen Kontakte
r3 und a3 auch in umgekehrter Reihenfolge als bisher angenommen betätigt werden.
Wird zuerst der Kontakt r3 betätigt, so wird auch zu diesem Zeitpunkt die Verzögerungsschaltung
S unter Spannung gesetzt. Gleichzeitig wird auch der Speisestrom, wie bereits beschrieben
wurde, stark abgesenkt. Wenn der Kontakt a3 dann geschlossen wird, so hat dies nur
noch zur Folge, daß der Teil R 3 der Teilnehmerstationsschaltung kurzgeschlossen
wird. Die mit dem Öffnen des Kontaktes r3 begonnende Aufladung des Kondensators
C 1 wird dadurch nicht wesentlich beeinflußt. Nach der vorgesehenen Verzögerungszeit
setzt mit dem Einsetzen der Schwingungen in der Verzögerungsschaltung S wieder der
ursprüngliche und wesentlich stärkere Speisestrom ein.
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Bei Rückkehr der betätigten Taste in ihre Ruhelage wird zunächst der
Kontakt a3 geöffnet. Die Sprechadern a und b sind dann in der Teilnehmerstation
über die durchgeschaltete Schaltstrecke der Verzögerungsschaltung S und über den
in Reihe dazu liegenden übrigen Teil R 3 der Teilnehmerstationsschaltung verbunden.
Der Widerstand der Schaltstrecke und der Widerstand R 3 des übrigen Teiles der Teilnehmerstationsschaltung
sind verhältnismäßig klein gegenüber den übrigen im Speisestromkreis liegenden Widerständen.
Daher wird durch Öffnung des
Kontaktes a 3 der Speisestrom nicht
wesentlich verringert. Danach wird der Ruhekontakt r 3 geschlossen, womit die Verzögerungsschaltung
S wieder kurzgeschlossen ist und die Teilnehmerstationsschaltung wieder ihren vorherigen
Betriebszustand einnimmt.
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Die erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung kann auch bei der Erzeugung
von Nummernscheibenimpulsen in Teilnehmerstationen verwendet werden. Nummernscheibenimpulsserien
müssen jeweils Impulse und dazwischenliegende Pausen von bestimmter Länge aufweisen.
Durch Ausnutzung der bei der erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung vorgesehenen
Verzögerung der Durchschaltung einer Schaltstrecke läßt sich die Länge von erzeugten
Impulsen bzw. die Länge von dazwischenliegenden Pausen begrenzen, so daß die dafür
vorgeschriebenen Werte eingehalten werden.