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überwachungsschaltung für Stromversorgungsschleifen mit in Reihe geschalteten
Verbraucherwiderständen Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungsschaltung
für Stromversorgungsschleifen mit in Reihe geschalteten Verbraucherwiderständen,
mittels welcher bei Unterbrechung der Stromschleife die Hin- und Rückleitung zwischen
der speisenden Betriebsstromquelle und der Unterbrechungsstelle leitend miteinander
verbunden sind.
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In drahtgebundenen Nachrichtenübertragungssystemen, z.B.Trägerfrequenzsysteinen,werdenunbemannte
Zwischenverstärker von bemannten Ämtern aus fernstromversorgt und überwacht. Auf
der Strecke auftretende Fehler müssen geortet werden können. Für Ortungsverfahren,
die den Hochfrequenzübertragungsweg miteinbeziehen, ist Voraussetzung, daß die Zwischenverstärker
stromversorgt werden.
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Bei Systemen mit Gleichstrom-Reihen-Fernspeisung wird durch Unterbrechung
des Strompfades an einer Stelle die ganze Strecke außer Betrieb gesetzt. Derartige
Störungen müssen durch besondere Ortungsverfahren ermittelt werden, wenn man die
Verstärker nicht durch geeignete Maßnahmen behelfsmäßig bis zur Fehlerstelle hin
wieder in Betrieb nehmen kann. Ein solches Ortungsverfahren sieht z. B. vor, eine
Unterbrechung der Leitung nach der bekannten Methode der Messung der Kabelkapazität
zum Kabeleingang aus zu orten. Nach einem anderen Vorschlag werden in allen unbemannten
Ämtern Querwiderstände zwischen Hin- und Rückleitung des Fernspeisestroms eingeschaltet.
Bei Störungen kann durch Messen des Eingangswiderstandes der Strecke der Fehlerort
ermittelt werden.
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Es sind bereits eine Schaltungsanordnung mit Zenerdioden und eine
Relaisschaltung bekannt, die es ermöglichen, bei Störungen der Stromversorgung die
Strecke bis zum Fehlerort hin wieder in Betrieb zu nehmen. Die Zenerdioden werden
in den unbemannten Ämtern zwischen Hin- und Rückleitung des Speisestroms geschaltet.
Im normalen Betriebsfall sperren sie. Bei Unterbrechung des Fernspeisestroms wird
die letzte vor der Störstelle liegende Zenerdiode infolge Spannungserhöhung durchlässig
und schließt den Fernspeisestromkreis. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig, da
es vor allem sehr enge Toleranzen der Zenerspannung erfordert. Außerdem tritt in
der Zenerdiode, über die im Fehlerfall der Femspeisestrom fließt, eine so hohe Erwärinung
auf, daß mit Inkonstanz der Zenerspannung und damit mit falschen Ergebnissen der
Ortung gerechnet werden muß.
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Bei Verwendung der Relaisschaltung wird in den unbemannten Ämtern
je eine Relaiswicklung vom Fernspeisestrom durchflossen. Die Ruhekontakte
der Relais sind offen. Bei einer Unterbrechung des Stromes wirkt die Schaltung so,
daß über den Ruhekontakt des letzten vor der Störstelle liegenden Relais und einen
Widerstand der Fernspeisestromkreis geschlossen wird. Dieses Verfahren ist zwar
in jedem Fall eindeutig, wenn die verwendeten Relais einwandfrei arbeiten, hat aber
den Nachteil, daß in den Relaiswicklungen eine relativ hohe Leistung verbraucht
wird. Außerdem ist wegen der mechanisch bewegten Teile, die in nur ganz seltenen
Fällen arbeiten sollen, eine zuverlässige Kontaktgabe in Frage gestellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Schaltungen zu umgehen und eine relativ einfache Überwachungsschaltung anzugeben,
in der mechanisch bewegte Teile vermieden werden, und die außerdem einen geringeren
Leistungsbedarf als Relaisschaltungen aufweisen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe in Ab-
hängigkeit von
einer resultierenden Spannung, gebildet aus einem vom Schleifenstrom an einem im
Längszweig angeordneten Widerstand erzeugten Spannungsabfall und einer in einem
Querzweig zur Schleife erzeugten konstanten Bezugsspannung dadurch gelöst, daß wenigstens
ein zwischen der Hin- und Rückleitung eingeschalteter Transistor derart gesteuert
wird, daß die bei Schleifenunterbrechung und Fortfall der Spannung am Längswiderstand
ausschließlich wirkende konstante Bezugsspannung den Transistor öffnet, so daß Hin-
und Rückleitung leitend miteinander verbunden sind.
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Derartige Überwachungsschaltungen sind in jeder Zwischenverstärkerstelle
vorgesehen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Überwachungsschaltungen
so ausgebildet, daß der bei Schleifenunterbrechung den Betriebsstrom übernehmende
Transistor mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit einem Widerstand
unter
Umgehung des im Längszweig liegenden Widerstandes zwischen der Hin- und Rückleitung
angeordnet ist und daß dem Transistor ein Schalttransistor vorgeschaltet ist, in
dessen Steuerkreis die resultierende Spannung, bestehend aus Vergleichsspannung
und der am Längswiderstand abfallenden, entgegengesetzt gepolten Spannung, wirksam
ist.
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Um den durch die Überwachungsschaltung verursachten Schleifenstrom
so klein wie möglich zu halten, kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung zwischen dem Schalttransistor und dem bei Schleifenunterbrechung die
Hin- und Rückleitung leitend verbindenden Transistor eine Transistorstufe als Vorverstärker
eingeschaltet werden. Der gleiche Vorteil kann auch mit geringem Aufwand dadurch
erzielt werden, daß dem bei Schleifenunterbrechung die Hin- und Rückleitung leitend
verbindenden Transistor eine als Schalter und Vorverstärker arbeitende Transistorstufe
vorgeschaltet ist, wobei in den Steuerkreis des Transistors sowie in den der Transistorvorstufe
je ein in der Hin- bzw. Rückleitung liegender Längswiderstand einbezogen
ist, und der über den Transistor fließende Schleifenstrom in den Steuerkreis der
Transistorvorstufe zurückgekoppelt wird. Alle genannten Schaltungsvarianten können
so dimensioniert werden, daß bei mehreren in Kette liegenden Überwachungsschaltungen
jeweils in der letzten vor der Störstelle liegenden der Speisestromkreis geschlossen
wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele
in den F i g. 1 bis 6
näher beschrieben.
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Zur Darstellung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist in
F i g. 1 ein Fernspeisestromkreis im Prinzip dargestellt; F i g. 2,
3, 4 enthalten Schaltungsbeispiele für die Überwachungsschaltung; in F i
g. 5 und 6 sind Erweiterungen der erfindungsgemäßen Überwachungsschaltung
dargestellt, die bei hohen Querspannungen einzuführen sind.
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Der in F i g. 1 dargestellte Fernspeisestromkreis enthält eine
Anzahl von Verbraucherwiderständen Rvl ... Rvii + 1, die in
Serie an eine Spannungsquelle U angeschlossen sind. Zwischen je zwei
Wi erstände ist eine Überwachungsschaltung eingefügt. Die Überwachungsschaltunggen
sollen den Stromfluß durch die Widerstände bei ordnungsgemäßem Betrieb nicht oder
möglichst wenig beeinflussen. Wird jedoch die Serienschaltung z. B. bei X unterbrochen,
so soll sich in der vor der Trennstelle liegenden Überwachungsschaltung
- und nur in dieser -, also hier in Vi, eine Brücke bilden, -über
die der Stromkreis geschlossen wird, so daß die Widerstände R" . .
. A, j wie vorher stromdurchflossen sind.
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Ist der Serienkreis nach F i g. 1 geschlossen, so fließt durch
alle Verbraucherwiderstände und Überwachungsschaltungen der Speisestrom Js. Für
die Längsströme in der Schaltung nach F i g. 2 soll gelten: J, iz#- Js.
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Über die Dioden SD 1, SD 2 und den Widerstand R
1
fließt ein kleiner Verluststrom J, Der Widerstand Rl ist so groß,
daß J, < J, wird. Zwischen den Punkten a und b steht die
Durchlaßspannung Uab der Dioden SD1 und SD2. Der Strom J, erzeugt am Widerstand
R3 einen Spannungsabfall U",.
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An der Emitter-Basis-Strecke des npn-Transistors Tsl ergibt sich damit
die Spannung Ub, = Uab - Uae-Für U", >
Uab ist die Basis von Tsl negativ gegen den Emitter. Damit ist Tsl gesperrt, und
da die Basis des pnp-Transistors Ts2 über Tsl angesteuert wird, ist auch
Ts2 gesperrt.
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Bei intakter Serienschaltung nach F i g. 1 gehen in der Überwachungsschaltung
nur der kleine Strom J, und der Sperrstrom des Transistors Ts2, J, für den Speisestrom
der nachfolgenden Verbraucherwiderstände verloren. Es ist J, > J,
+ J,.
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Wird hinter der Überwachungsschaltung Vi der Stromkreis nach F i g.
1 unterbrochen, so fließt über R3 kein Strom mehr, und die Punkte a und c
sowie die Basis von Tsl nehmen gleiches Potential an. Zwischen Emitter und Basis
von Tsl steht damit Uab; Tsl wird durchlässig. Wird R4 so hochohmig gewählt, daß
nur ein kleiner Strom über die Basis von Tsl abfließen kann, so bleibt die Spannung
Uab erhalten und steht - vermindert um die Durchlaßspannung des Transistors
Tsl - an der Basis von Ts2; Ts2 wird damit ebenfalls durchlässig.
Über diesen Transistor und den Widerstand R2 schließt sich dann der vorher unterbrochene
Stromkreis. Es wird A #-- Js.
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Es kann zunächst jede beliebige Überwachungsschaltung der F i
g. 1, die vor der Unterbrechungsstelle liegt, in der beschriebenen Weise
reagieren. Deshalb muß R2 so gewählt werden, daß U"-,1, ausreichend groß ist, um
bei der nächstfolgenden, noch vor der Unterbrechungsstelle liegenden Überwachungsschaltung
einen Strom über die Dioden SD1, SD2 und den Widerstand R 1 zu treiben, so
daß dort Tsl und Ts2 durchlässig werden. Dann wird in dieser nächstfolgenden Überwachungsschaltung
J, -- J,3, während die vorherliegende wegen des Spannungsabfalls an
R3 wieder für den Querstrom J, gesperrt wird. Dadurch ist gewährleistet,
daß schließlich nur die letzte Überwachungsschaltung vor der Unterbrechungsstelle
für J. durchlässig bleibt.
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Da die Überwachun'gsschaltungen in F i g. 1 den Serienstrom
Js möglichst wenig beeinflussen sollen, müssen die Verlustströme J, und J, der F
i g. 2 sehr klein gehalten werden. Wenn jedoch bei Unterbrechung des Serlenkreises
der Strom J, #-- Js über den Transistor Ts2 fließen soll, dessen Schaltstromverstärkung
B, ist, so muß der Verluststrom J, > is jä7 2 sein, damit die Steuerspannung
für Ts2, U"b erhalten bleibt. Will man J, kleiner halten, so kann man gemäß
F i g. 3 einen Transistor Ts3 mit einer Schaltstromverstärkung B, einschalten.
Die Widerstände R 5 und R6 sind dabei so bemessen, daß der Strom.TI
durch Ts 3
wird. Dann kann der Verluststrom
gewählt werden.
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Im übrigen wirkt die Schaltung nach F i g. 3 wie die nach F
i g. 2.
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In der Schaltung nach F i g. 4 wirkt der npn-Transistor Tsl
zugleich als Schalter und als Vorverstärker für den pnp-Transistor Ts2. Ist der
Serienkreis nach F i g. 1 geschlossen, so fließt der Serienstrom Js -## J4
über die Widerstände R7 und R4 der Schaltun- nach F i g. 4 und erzeugt die
Spannungsabfälle U"b und Uet. Über den Querweg a-e-d fließt ein Verluststrom Js,
der sehr klein wird, wenn Rl entsprechend groß
gewählt ist
(J, < Js). An der Diode SD1 und dem Widerstand R3 steht infolge
von J, eine Spannung Ueg. Für Uci > Ued ist Tsl
gesperrt. Die Spannung U"b ist dann die einzige Steuerspannung an Ts2,
so
daß Ts2 ebenfalls gesperrt ist (J, -- 0).
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Wird hinter der Überwachungsschaltung Vi der Stromkreis nach F i
g. 1 unterbrochen, so wird J, = 0 und damit zunächst Uab
= U,& = 0. An der Emitter-Basis-Strecke von Tsl
steht nur die Spannung U",1" d. h., Tsl wird durchlässig, und es fließt ein
Strom J, über R5 - R6 - Tsl -
R4. J, ist in seiner Größe durch die Spannung U",i und den WiderstandR4 bestimmt,
kann aber auch bei gegebener Spannung Ui durch die Widerstände R 5, R
6 begrenzt sein.
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Am Widerstand R5 entsteht ein Spannungsabfall U"f. Damit wird Ts2
durchlässig. Ist die Spannung U"f größer als der Spannungsabfall Js -
R7, so wird J, -- Js. Der Spannungsabfall, den der Strom
J, an R3 erzeugt, erhöht die Steuerspannung für den Transistor Tsl, so daß
der Verluststrom J, besonders klein gehalten werden kann. Wenn der Stromfluß
durch Tsl und Ts2 nur eingeleitet ist, bewirkt die Schaltung, daß der Querstrom
J, bei gegebener Spannung Ui hauptsächlich nur durch den Widerstand R8 begrenzt
wird (R8 > R7, R4).
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Die Spannung Ub, bewirkt in der bereits oben beschriebenen Weise,
daß nur die letzte Überwachungsschaltung für J, ## Js durchlässig
bleibt.
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Die Transistoren Ts2 (F i g. 2), Ts2, 3 (F i
g. 3) und Tsl, 2 (F i g. 4) müssen bei betriebsbereiter Strecke bei
der Querspannung Ui zwischen Hin- und Rückleitung des Speisestroms sperren.
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Bei Trägerfrequenzsystemen mit Gleichstrom-Reihen-Fernspeisung kann
diese Spannung in den ersten unbemannten Ämtern einer Strecke relativ hohe Werte
annehmen. Sofern dabei die maximal zulässige Sperrspannung der Transistoren -überschritten
wird, sind Zenerdioden Z einzusetzen, die den Teil der Spannung Ui aufnehmen, der
über die zulässige Sperrspannung der Transistoren hinausgeht. Die Verwendung von
Zenerdioden bedingt hier im Gegensatz zu der vorn erwähnten bekannten Schaltung
keinen größeren Aufwand, da die Zenerspannungen sehr weit toleriert sein können.
Änderungen infolge Erwärmung bringen keine Nachteile.
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F i g. 5 zeigt, wie die Überwachungsschaltungen nach F i
g. 2 und 3 zu ergänzen sind.
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Für die Überwachungsschaltung nach F i g. 4 müssen zwei Zenerdioden
Z eingesetzt werden, wie F i g. 6 zeigt.
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In allen beschriebenen Schaltungen können an Stelle der pnp-Transistoren
npn-Transistoren verwendet werden, wenn man gleichzeitig die npn-Transistoren gegen
pnp-Transistoren austauscht und die Dioden und die Klemmenspannung umpolt.
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Für alle Schaltungen sind nur zwei stabile Schaltzustände möglich.
Die Transistoren sind entweder durchlässig oder gesperrt, je nachdem ob der
Serienstrom im Längszweig der Überwachungsschaltungen kleiner oder größer als ein
bestimmter Grenzwert ist. Dadurch ist ein eindeutiges Funktionieren der HF-Ortung
gewährleistet, unabhängig von Übergangswiderständen an der Fehlerstelle.
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In den Überwachungsschaltungen wird, wenn sie in der hier beschriebenen
Weise ausgeführt sind, bei geschlossenem Serienstromkreis wesentlich weniger Leistung
verbraucht als in entsprechenden Relaisschaltungen. Die Verlustströme, die beim
Relais nicht auftreten, können auch in den Transistorschaltungen sehr klein gehalten
werden. Außerdem werden die mechanisch bewegten Teile vermieden.