DE1282728B

DE1282728B - Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieuebertragung, insbesondere fuer Zeitmultiplex-Vermittlungssysteme

Info

Publication number: DE1282728B
Application number: DES102967A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Poschenrieder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-12-20
Filing date: 1966-03-31
Publication date: 1968-11-14
Also published as: BE657316A; NL6412729A; NL151234B; US3303286A; CH517420A; GB1034560A; SE347623B; GB1164337A; CH433441A; DE1227079B; FI41661B; NL6703295A; BE696410A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H04m

H04q

Deutsche Kl.: 21 a3 - 46/10

Nummer: 1282 728

Aktenzeichen: P 12 82 728.0-31 (S 102967)

Anmeldetag: 31. März 1966 _x

Auslegetag: 14. November 1968

Gegenstand des Hauptpatents ist eine Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Querkondensatoren versehenen Anschlüssen, insbesondere zwischen zwei zu Zeitmultiplex-Fernsprechvermittlungsanlagen gehörenden Leitungsabschnitten über mindestens einen periodisch betätigbaren Kontakt mit vorgeschaltetem Tiefpaß, dessen Grenzfrequenz kleiner ist als die halbe Betätigungsfrequenz des Kontaktes und dem der die während der Betätigungsdauer des Kontaktes zu übertragende Energie vorübergehend aufnehmende Querkondensator nachgeschaltet ist, bei der zumindest bei den Energie liefernden Anschlüssen Zusatzkondensatoren parallel zu den Querkondensatoren vorgesehen sind und bei der eine zusätzliche Stromquelle während der vor der Energieübertragung liegenden Zeitspanne jeden Zusatzkondensator über ein an den betreffenden Querkondensator angekoppeltes und durch dessen Ladezustand steuerbares Verstärkerelement derart mit Energie versorgt, daß an dem betreffenden Zusatzkondensator eine der am Querkondensator angelegten Spannung entsprechende Spannung auftritt und während der demgegenüber kurz dauernden jeweils späteren Energieübertragung die in dem Zusatzkondensator enthaltene Energie sich mitauswirkt.

Der Schaltungsanordnung liegt also das Prinzip zugrunde, daß zur impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen über mindestens einen periodisch betätigbaren Schalter bei zumindest einem Anschluß der Kondensator zu einem wenigstens eine Zusatzreaktanz sowie eine zusätzliche Energiequelle zusammen mit einem Verstürkerelcmcnt enthaltenden Zweipol ergänzt ist, bei dem die zusätzliche Energiequelle zusammen mit. dem Verstärkerclcment während der vor der Energie-Übertragung liegenden Zeitspanne in Abhängigkeit von der dem Kondensator zugeführten bzw. entnommenen Energie die Reaktanzen des Zweipols derart mit Energie versorgt, daß in solchen Reaktanzen eine der dem Kondensator zugeführten Energie entsprechende Energie bereitgestellt wird und daß während der anschließenden kurzzeitigen Energieübertragung die in den Reaktanzen enthaltene Energie sich milauswirkt.

Die Erfindung bezweckt eine Weiterbildung der im Hauptpatent angegebenen Schaltungsanordnung, die es gestaltet, die Anwendungsmöglichkeiten solcher nach dem angegebenen Prinzip arbeitenden Schaltungsanordnungen auf Grund einer besonders zweckmäßigen Dimensionierung einer solchen Schaltungsanordnung zu erweitern.

Die Erfindung betrifft somit eine Schallunusanord-Schaltüngsanordnung zur impulsweisen
Energieübertragung, insbesondere für
Zeitmultiplex-Vermittlungssysteme

Zusatz zum Patent: 1 227 079

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Werner Poschenrieder, 8000 München

nung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen über mindestens einen periodisch betätigbaren Schalter, insbesondere in Zeitmultiplex-Fernsprechvermittlungsanlagen, bei der zumindest bei einem Anschluß der Kondensator zu einem wenigstens eine Zusatzreaktanz sowie eine zusätzliche Energiequelle zusammen mit einem Verstärkerelement enthaltenden Zweipol ergänzt ist, in dem die zusätzliche Energiequelle zusammen mit dem Verstärkerelement während der vor der Energieübertragung liegenden Zeitspanne in Abhängigkeit von der dem Kondensator zugeführten Energie die Reaktanzen des Zweipols derart mit Energie versorgt, daß in solchen Reaktanzen eine der dem Kondensator zugeführten Energie entsprechende Energie bereitgestellt wird und bei der während der anschließenden kurzzeitigen Energieübertragung die in den Reaktanzen enthaltene Energie sich mit auswirkt. In dieser Schaltungsanordnung ist erfindungsgemäß der genannte Kondensator zu einem solchen Zweipol ergänzt, dessen Impedanz durch eine Funktion Zip) mit ρ = η +jo> bestimmt ist. die bei einer jeweiligen Schließungszeitspanne τ und einer zwischen einer Betätigung des mit dem Zweipol verbundenen Schalters und der jeweils nächsten Betätigung eines solchen mit dem Zweipol verbundenen Schalters liegenden Betätigungsperiode T' Pole im Bereich

\\ρ\<γτ' < < 0

809 637/810

der p-Ebene sowie im Bereich

£0

der p-Ebene aufweist, bei denen die-Summe der Residuen zumindest "dei" im Bereich ' ^; ■; ^;;

liegenden Pole nach Maßgabe der "elektrischen Eigenschaften des betreffenden 'Anschlusses (Ay) gewählt ist und die Summe der Residuen der im Bereich

ρ < 0

liegenden Pole und der mit einer durch den "Quotienten aus einem gewünschten Verstärkungsfaktor und dem um 1 verringerten. Verstärkungsfaktor . gebildeten, von 0 und von +1 verschiedenen, positiven, endlichen schiüß praktisch- abgdsfefilossen, sind und somit auch . in dieser Hinsicht unerwünschte Energierückübertragungen, d. h. Reflexionen, vermieden werden. Zugleich ist sichergestellt, daß die während der jeweiligen

kurzzeitigen «Schließung des periodisch beijätigbaren Schalters- zii Übertrageride Energie- tatsächlich-auch übertragen und an den betreffenden Anschluß weitergegeberiiwird, wobei in jedem Falle auch die Proportionalität zwischen dieser übertragenen Energie und der in dem genannten Ausgleichsvorgang zusätzlich bereitgestellten Energie gewahrt bleibt.

Mit der Wahl der erwähnten Konstante K wird dabei der Verstärkungsfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der während der Energieübertragung am Zweipol auftretenden Zweipolspannungsänderung und der dann bis zum Ende des erwähnten Ausgleichsvorganges erreichten Zweipolspannungsänderung, festgelegt. Die Konstante K erhält in weiterer Ausgestal· tung der'Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung

zweckrriäßigerwejse einen Wert, der größer als + -ψ

ist, womit in jedem Falle eine Energieverstärkung erzielt wird. Insbesondere wird bei einer Wahl einer Konstanten K, die größer als 1 ist,-ein Verstärkungsfaktor erzielt, der größer als +1 ist, während bei einer Wahl'der Konstariten K, deren Größe kleiner als +1 ist,' ein" Verstärkungsfaktor erzielt wird, der negativ ist; die genahnte, am Zweipol während der Energieübertragung auftretende 'Spannungsänderung

Konstante X multiplizierten Residuen der im Bereich 30 weist dann das entgegengesetzte Vorzeichen von

der dann bis zum Ende des Ausgleichsvorganges vor-

■- '■ . handenen Spannungsänderung auf. Handelt es sich

insbesondere um eine impulsweise Energieübertragung zwischen gleichartigen, mit Querkondensatoren versehenen Anschlüssen, so erhält die erwähnte Konstante K zweckmäßigerweise zumindest angenähert

den Wert +2 oder +^r', hiermit wird dann erreicht,

daß ein an sich bei dem Energieaustausch zwischen solchen Kondensatoren auftretender Verlust von Energie wieder ausgeglichen wird, so daß an den empfangsseitigen Anschluß gerade so viel Energie weitergegeben wird, wie vor der kurzzeitigen Energieübertragung an den sendeseitigen Kondensator angeliefert worden war.

Die Erfindung bringt übrigens noch den besonderen Vorteil mit sich, daß der Zweipol, zu dem der erwähnte Kondensator ergänzt ist und dessen Impedanz durch eine Funktion der angegebenen Art bestimmt

in dem ein dem Betrag der übertragenen "Energie 5° ist, im einzelnen durch eine Vielzahl von Schaltungsproportionaler Betrag an Energie zur Abgabe an konfigurationen realisiert werden kann, so daß auch den betreffenden Anschluß bereitgestellt—oder auch in dieser Hinsicht der Anwendungsbereich der erverniehtet — wird, die kurzzeitige Energieübertragung findungsgemaß ausgebildeten Schaltungsanordnung durch Reflexionserscheinungen störend beeinflussen erweitert wird und diese Schaltungsanordnung durch könnte. Darüber hinaus ergibt sich der weitere Vorteil, 55 Wahl der jeweiligen Schaltungskonfiguration gegebedaß dieser Ausgleichsvorgang im wesentlichen nach nenfalls auch noch weiteren Forderungen angepaßt einer Zeitspanne beendet ist, die kurz gegenüber werden kann. Der Zweipol kann beispielsweise in der zwischen einer Betätigung des mit dem Zweipol an sich bekannter Weise (vgl. Cauer, »Theorie der verbundenen Schalters und der jeweils nächsten linearen Wechselstromschaltungen«) als eine Reihen-Betätigung eines solchen mit dem Zweipol verbun- 60 schaltung von jeweils einem Pol entsprechenden denen Schalters liegenden Zeitspanne T" und damit RC-Parallelgliedern gebildet sein, in denen jeweils kurz gegenüber jener Zeit ist, die bis zur Beendigung die Kapazität C_v gleich dem Reziprokwert des der Abgabe von Energie an den betreffenden Anschluß Residuums' A_v dieses Poles ist und der Widerstand bzw. Aufnahme von Energie von dem betreffenden R_y gleich dem Quotienten aus dem Residuum A_v Anschluß zur Verfügung steht, so daß selbst bei ⁶5 und derjenigen Frequenz p = ρ, bei der der bereffende mehr oderweniger starken Schwankungen der momen- Pol der Impedanzfunktion Z (p) liegt. Eine besonders tanen Betätigungsperiode T der Ausgleichsvorgang einfache und zweckmäßige HC-Schaltung erhält man, und die Energieweitergabe an den betreffenden An- wenn die den Zweipol bestimmende Funktion Z(p)

liegenden Pole gleich Null ist.

Die erfindungsgemäß dimensionierte Schaltungsanordnung bringt zunächst einmal den Vorteil mit sich, daß mit Sicherheit die kurzzeitige Energieübertragung in einer Zeitspanne vor sich geht, die kurz gegenüber der jeweiligen Schließungszeitspanne τ des Schalters ist, so daß die Schließungszeitspanne gegebenenfalls auch mehr oder weniger stark schwanken kann, ohne daß ein an die kurzzeitige Energieübertragung sieh anschließender Ausgleichsvorgang,

gerade nur einen Pol bei der Frequenz ρ = 0 und gerade nur einen Pol im Bereich

aufweist, wie dies später auch noch im einzelnen erläutert werden wird. Es sei in diesem Zusammenhang besonders bemerkt, daß die Erfindung es gestattet, den Zweipol so zu dimensionieren, daß die Kondensatoren, keine Kapazitäten unerwünscht extremer Größenordnungen aufzuweisen brauchen. Es ist aber auch möglich, den Zweipol durch eine Reihenschaltung von jeweils einem Pol entsprechenden RL-Parallelgliedern zu bilden, in denen jeweils der Widerstand gleich dem Residuum ist und die Induktivität gleich dem Quotienten aus dem Residuum und der Frequenz ρ = ρ, bei der die Impedanzfunktion den betreffenden Pol hat. Schließlich ist es auch möglich, den Zweipol mit Widerständen und Reaktanzen beider Reaktanzarten aufzubauen.

Nachdem erfindungsgemäß der bei einem Anschluß vorgesehene Kondensator zu einem solchen Zweipol ergänzt ist, dessen Impedanz durch eine Funktion Z(p) bestimmt ist, bei der die Summe der Residuen zumindest der im Bereich

1
T

Q < 0

liegenden Pole nach Maßgabe der elektrischen Eigenschaften des betreffenden Anschlusses (A_y) gewählt ist und die Summe der Residuen der im Bereich

IpI «

ι
T⁷

ρ < 0

liegenden Pole und der mit einer durch den Quotienten aus einem gewünschten Verstärkungsfaktor und dem um 1 verringerten Verstärkungsfaktor gebildeten, und von 0 und von +1 verschiedenen, positiven, endlichen Konstante multiplizierten Residuen der im Bereich

-1	^ α) -4
<
T	. 1

τ

liegenden Pole gleich Null ist, wird man zumindest in einem der Bereiche Residuen positiven Vorzeichens und zumindest in dem jeweils anderen Bereich Residuen negativen Vorzeichens haben, wobei dann die den betreffenden Polen entsprechenden Impedanzen auch negative Kapazitäten bzw. Induktivitäten und negative Widerstände aufweisen können. Solche negativen Impedanzen lassen sich in an sich bekannter Weise mit Hilfe von sogenannten Impedanzkonvertern realisieren. Dabei bildet dann zweckmäßigerweise in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das in dem Zweipol enthaltene Verstärkerelement zusammen mit der zusätzlichen Energiequelle einen Bestandteil eines solchen Impedarizkonverters. - ~ ' ■

' An Hand der Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutert. Dabei verdeutlicht

F i g. 1 das schaltungstechnische Prinzip, das der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zugrunde liegt;

F ig. 2 zeigt die Bereiche der p-Ebene,' in der die Pole der den erfindungsgemäß vorgesehenen Zweipol bestimmenden Impedanzfunktiön zu liegen haben; F i g. 3 verdeutlicht die Funktionsweise einer in

der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten Schaltungsanordnuhg;

Fig.4 zeigt einen einfachen und zweckmäßigen Aufbau eines Zweipols, zu dem der Kondensator eines an der Energieübertragung beteiligten Anschlusses erfindungsgemäß ergänzt ist;

F i g. 5 verdeutlicht die konkrete Realisierung eines solchen Zweipols gemäß F i g. 4 mit Hilfe eines Widerstandskonverters;

F i g. 6 und 7 lassen dabei unterschiedliche Möglichkeiten des schaltungstechnischen Aufbaues im einzelnen erkennen;

F i g. 8 zeigt eine Abwandlung der nach dem erfindungsgemäßen Prinzip aufgebauten Schaltungsanordnung.
Wie bereits erwähnt, verdeutlicht die Fig. 1 das der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zugrunde liegende, schaltungstechnische Prinzip der impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen. In der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind zwei An-Schlüsse A_G und A_v vorgesehen, die jeweils mit einem Kondensator C_{0 G} bzw. C₀ _v versehen sind und zwischen denen eine Energieübertragung über einen periodisch betätigbaren Schalter S möglich ist. Der Kondensator C_{0 G} h'^egt quer zum Anschluß A₀, und der Kondensator C₀ _v liegt quer zum Anschluß Ay. Von dem Anschluß A_G her möge eine langsam vor sich gehende Aufladung des Kondensators C_{0 G} erfolgen; wenn dann kurzzeitig der Schalter S geschlossen wird, wird entsprechend dem Ladungszustand des Kondensators C₀₀ Energie zu dem Kondensator C₀ _v hin übertragen, von wo aus dann die Energie z. B. über ein Tiefpaßfilter langsam zu dem Anschluß A_v hin weitergeleitet werden kann. Wie in F i g. 1 angedeutet ist, sind die beiden Kondensatoren C₀ _G und C₀ _Y jeweils zu einem wenigstens eine Zusatzreaktanz sowie eine zusätzliche Energiequelle zusammen mit einem Verstärkerelement enthaltenden Zweipol ergänzt. Läßt man indessen zunächst einmal die die Kondensatoren C₀₀ und C₀ _Y jeweils zu einem solchen Zweipol ergänzenden Parallelschaltungen K_G und K_v außer Betracht, so hat eine (nicht allzu) kurzzeitige Schließung der periodisch betätigbaren Schalters S lediglich zur Folge, daß die vor einem Schließen des Schalters S etwaigen unterschiedlichen Kondensatorspannungen der beiden Kondensatoren C₀ Q und C₀ y sich einander angleichen. Nimmt man beispielsweise an, daß die beiden Kondensatoren C₀ _G und C₀ ν gleiche Kapazitäten haben und daß zunächst der Kondensator C_{0 G} geladen und der Kondensator C₀ _v entladen ist, so geht bei einem kurzzeitigen Schließen des Schalters S die halbe Ladung des Kondensators C_{0 G} auf den Kondensator C₀ γ über, womit dann beide Kondensatoren

die gleiche. Spannung von der halben Größe der ur-f sprüngh'ch am Kondensator C₀₀ auftretenden Spannung 'aufweisen .und jeweils ein. Viertel der ursprüng-r Hch im Kondensator C_{0 G}. gespeicherten Energie speichern; die,testliche Hälfte der Energie ist in nie ganz zu vermeidenden Widerständen des .den Schalter S enthaltenden Energieübertragungsweges, vernichtet worden. Nur ein Viertel der ursprünglich vom Anschluß A_c her gelieferten Energie kann also zum Anschluß A_y hin wcitergelcitet werden. In entsprechender Weise arbeitet die Schaltungsanordnung nach F i g, 1 dann auch in der umgekehrten übertragungsrichtung. .

Damit nun ein größerer Energiebetrag, insbesondere so viel Energie, wie ursprünglich von dem Anschluß A_G her dem Kondensator C_{0 G} zugeführt woriden war, nach ,der impulsweisen Energieübertragung auch zum Anschluß A_v hin weitergeleitet, werden kann, sind nun -in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 zunächst einmal die Kondensatoren C₀₀- und C₀,- durch die schon erwähnten Parallelschaltungen Kq und K,■ jeweils zu einem wenigstens eine Zusatzreaktanz sowie eine zusätzliche Energiequelle zusammen mit einem Verstärkerelement enthaltenden Zweipol ergänzt, in dem die zusätzliche Energiequelle zusammen mit dem Verstärkerelement während der vor der Energieübertragung liegenden Zeitspanne in Abhängigkeit von der dem Kondensator zugeführten Energie die Reaktanzen des Zweipols derart mit Energie versorgt, daß in solchen Reaktanzen eine der Energiezuführung bzw. -entnahme entsprechende Energie bereitgestellt wird, die sich dann bei der anschließenden kurzzeitigen Energieübertragung mitauswirkt. Wie eine solche Energiebereitstellung vor sich gehen kann, wird bereits in der deutschen Patentschrift 1 227 079 beschrieben, so daß an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht. Es sei lediglich erwähnt, daß in der genannten Patentschrift eine entsprechende Schaltung angegeben ist, die es gestattet, im Zuge einer kurzzeitigen Energieübertragung über den impulsweise geschlossenen Schäker eine Ladung gerade von der vollen Größe der zuvor auf dem Kondensator C₀ G befindlichen Ladung zu übertragen und im Ergebnis auch dem Kondensator C„ ,· eine Ladung dieser Größe zuzuführen.

Grundsätzlich können die Kondensatoren C_{n (;} und C₀₁- der .Schaltungsanordnung nach F i g. 1 aber auch zu Zweipolen ergänzt sein, in denen mehr oder auch weniger Energie bereitgestellt wird, wobei im Grenzfall auch der Betrag der bereitgestellten Energie vernachlässigbar klein sein kann. In jedem Falle wird nun nach Lieferung einer bestimmten Energie vom Anschluß A_a zum Kondensator C₁₁₀-hin und nach impulsweiser Energieübertragung durch kurzzeitiges Betätigen des Schalters S die Weitergabe eines gleich großen "oder bei Bedarf auch größeren -=- oder auch kleineren - Energiebetrages zum Anschluß A_x- hin bzw. in der Gegenrichtung bei Lieferung von Energie durch den Anschluß A₁ zum Anschluß A_G hin dadurch ermöglicht, daß in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 die Kondensatoren C_{0 o}- und C₀ ,jeweils in der crTindungsgemäßeii Weise zu einem solchen Zweipol ergänzt sind, dessen Impedanz durch eine Funktion Ζ(/>ϊ mit:'p = η + jo> bestimmt ist. die bei einer jeweiligen Schlicßungszeilspanne τ und Betätigungsperiode Γ des Schalters S Pole im Bereich

der /3-Ebene sowie im Bereich

ω -4

der p-Ebene aufweist, bei denen die Summe der Residuen zumindest der im Bereich

\\p\<Y
ι < O

liegenden Pole.nach Maßgabe der elektrischen Eigenschaften des betreffenden Anschlusses (A_r) gewählt ist. d. h. so, daß der Zweipol an den betreffenden Anschluß zumindest angenähert angepaßt ist und die Summe der Residuen der im Bereich

< O

liegenden Pole und der mit einer durch den Quotienten aus einem gewünschten Verstärkungsfaktor und dem um 1 verringerten Verstärkungsfaktor gebildeten, von O und von +1 verschiedenen, positiven, endlichen Konstante K multiplizierten Residuen der im Bereich

-τ

τ¹

liegenden Pole gleich O ist.

Ein in dieser Weise bemessener Zweipol spricht auf eine.impulsweise Energiezuführung durch kurzzeitiges Schließen des Schalters S in der Weise an. daß sich an ihm-während des Energieübertragungsvorgangeseineder übertragenen Energie entsprechende und der Summe der Residuen proportionale Spannung L'(r) ausgebildet, die dann unmittelbar im Anschluß an den Energieübertragungsvorgang stetig in einen der Summe der Residuen lediglich des erstgenannten Bereiches

^f, 1

\pi< f-

IJ < O

der /»-Ebene proportionalen, praktisch zeitunabhängigen Spannungswert U{T) übergeht. Eine dieser letztgenannten Spannung V(T). entsprechende Energie steht dann zur Weitergdbe; an den Anschluß A₁-zur Verfugung. Durch passende Wahl der erwähnten

■" Konstante K= ^l_ ι · worin .ι·· = .. -der gewünschte Verstärkungsfaktor ist. kann dabei erreicht werden, daß der Betrag der /um Anschluß/.-j, weiter-

geleiteten Energie gerade gleich der zuvor vom Anschluß A_a her gelieferten Energie bzw. größer oder kleiner als dieser Betrag ist. Dabei hat die positive Konstante K endlich und von Null verschieden zu sein, da anderenfalls jeweils einer der beiden erwähnten Bereiche keinen Pol enthalten würde; mit Rücksicht auf die Stabilität des Zweipols hat ferner die Konstante von +1 verschieden zu sein.

Wie die F i g. 3 zeigt, kann die sich schließlich einstellende Spannung U(T) ein der Spannung U (τ) entgegengesetztes Vorzeichen besitzen. Dies ist der Fall, wenn die Konstante K einen positiven Wert erhält, der kleiner als +1 ist. In diesem Fall wird also unter Zuhilfenahme von durch die Energiequelle des Verstärkerelementes des Zweipols gelieferter Energie nicht nur erreicht, daß in dem sich an die kurzzeitige Energieübertragung anschließenden Ausgleichsvorgang gegebenenfalls eine Verstärkung erzielt wird, sondern daß zugleich die sich schließlich einstellende Spannung U[T) das umgekehrte Vorzeichen wie die Spannung U (τ) besitzt. Eine solche Vorzeichenumkehr ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ohnehin eine Umladung des bei dem betreffenden Anschluß vorgesehenen Kondensators erforderlich ist, wie dies z. B. in einer bereits vorgeschlagenen Weiterbildung der Schaltungsanordnung gemäß dem Hauptpatent der Fall ist.

Der in F i g. 3 gestrichelt angegebene Bereich des Spannungsverlaufcs zwischen dem Zeitpunkt τ, an welchem die Betätigung des Schalters beendet ist, und jenem Zeitpunkt, an welchem sich die endgültige, praktisch zeitunabhängige Spannung U (T) eingestellt hat, verläuft entweder nach Art einer Exponentialfunktion, wie hier dargestellt, oder auch nach Art von abklingenden sinusförmigen Schwingungen, welche zu jenem Zeitpunkt, bei dem der in F i g. 3 gestrichelt eingezeichnete Spannungsverlauf beendet ist. ebenfalls ihrerseits praktisch völlig abgeklungen sind, was durch eine erfindungsgemäße Dimensionierung des Zweipols zu erreichen ist.

Die Bereiche, in denen die Pole der Impedanzfunklion des erfindungsgemäß ausgebildeten Zweipols zu liegen haben, sind in der schematisch die p-Ebene zeigenden F i g. 2 durch Schraffur hervorgehoben. F i g. 2 zeigt solche Pole beispielsweise mit den durch Kreuze bezeichneten Polen P₀₁. P₀₂, P_n, P₁₂ und P_n. Im Bereich

Halbebene bzw. auf deren Rand. Die Größe der zugehörigen Residuen wurde bereits oben angeben; es muß gelten EA₀ + K ■ EA₁ = 0, worin A₀ jeweils ein Residuum eines im Bereich

p\

T⁷

< ο

liegenden Pols und A₁ jeweils ein Residuum eines im Bereich

O) 4:

liegenden Pols darstellt.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Zweipols erreicht man dadurch, daß alle Pole auf der reellen Achse der linken Halbebene der p-Ebene liegen, wodurch einerseits erreicht wird, daß die Spannung am Zweipol während des Ausgleichsvorganges entsprechend der Darstellung in F i g. 3 exponentiell verläuft, und wodurch andererseits erreicht wird, daß der Zweipol durch in integriertcr Bauweise herstellbare Widerstände, Kapazitäten und Verstärkerelemente realisiert werden können. Eine weitere, zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zweipols erreicht man dadurch, daß man überhaupt nur je einen einzigen Pol in jedem der beiden in Fig. 2 angegebenen Bereiche vorsieht. Insbesondere kann dabei zweckmäßigerweise der im Bereich

\\ρ\<γτ

ο < O

[M « f I

ι < 0

besitzen die Pole einen Abstand vom Nullpunkt, der viel kleiner als j. ist. Im Bereich

T T

besitzen die Pole von der reellen /7-Achse einen Abstand, der viel kleiner als ist und von der ima-

ginüren /»-Achse einen Abstand, der groß gegen γ- und klein gegen ist. Alle Pole liegen in der linken liegende Pol so gewählt werden, daß er im Nullpunkt der p-Ebene liegt. Dadurch, daß man, wie angegeben, nur je einen Pol in jedem der Bereiche vorsieht, erhält man besonders einfache Schaltungsanordnungen für den erfindungsgemäßen Zweipol. Dadurch, daß man den einen Pol in genannter Weise in den Nullpunkt legt, erreicht man zusätzlich, daß die am Ende des Ausgleichsvorgangs sich einstellende Zweipolspannung U (T') lange Zeit aufrechterhalten bleibt, so daß gegebenenfalls die nächste Betätigung eines mit dem Zweipol verbundenen Schalters, über den die dann im Zweipol zur Verfügung stehende Energie weiterzuübertragen ist, erst nach entsprechend langer Zeit zu erfolgen braucht.

F i g. 4 zeigt eine einfache und zweckmäßige Mög-Iichkeit, einen erfindungsgemäßen Zweipol zu realisieren, welcher nur je einen Pol in jedem der beiden in F i g. 2 angegebenen Bereiche besitzt, wobei der eine der beiden Pole im Nullpunkt der p-Ebene liegt. Gemäß Fi g. 4 enthält der Zweipol den Querkondensator C₀ des an der Energieübertragung beteiligten Anschlusses A sowie ein ihn ergänzendes KC-Netzwerk C₁, C₃ und R, bestehend aus einem ßC-Parallelglied R, C₃ und einem dazu in Serie

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'■\p\<M

11 12

geschalteten, einfachen C-Glied C₁. Dieser Zweipol bildung der Schaltungsanordnung empfiehlt sich insist bestimmt durch eine Funktion besondere dann, wenn der Kondensator C₀ mit positiver Kapazität fest vorgegeben ist. Die erforderlichen

7{ \ — ^o ι ^i negativen Impedanzen können in an sich bekannter

P' - ρ — Qi ' 5 Weise mit Hilfe eines Impedanzkonverters erzeugt

werden, wie dies schematisch in F i g. 5 für das RC-

Die Impedanzfunktion Z(p) dieses Zweipols hat Parallelglied angedeutet ist. Der Impedanzkonverter also gerade einen Pol im Bereich ist in Fig. 5 mit NIC bezeichnet. Dabei bildet in

weiterer Ausgestaltung der Erfindung das im Zweipol io enthaltene Verstärkerelement zusammen mit der zu-

~T I sätzlichen Energiequelle einen Bestandteil dieses Impe-

. - Γ danzkonverters.

ρ < O J In den F i g. 6 und 7 sind zwei konkrete Ausfüh

rungsbeispiele derartiger Schaltungen mit an sich

bei der Frequenz p = 0 und gerade einen Pol im 15 bekannten Impedanzkonvertern dargestellt, wobei Bereich · hier die Konfiguration der Schaltungsanordnung nach

— 1—1"| Fig. 5 realisiert ist. Es sei jedoch bemerkt, daß auch τ ^ β ^ j· andere Impedanzkonverter vorgesehen sein können,

wobei gegebenenfalls auch durch entsprechende Ände-

— 1 1 20 rung der Schaltungsanordnung erreicht werden kann, _T ^ ^ω ^ _T J . daß nicht das RC-Parallelglied, sondern das dazu in

Reihe liegende Glied C₁ mit einer negativen Impedanz bei - der Frequenz ^₁. Das Residuum des bei. ρ = O wirksam ist.

liegenden Pols hat den Wert . Die Ausgestaltung des Zweipols gemäß F i g. 5

25 bis 7 besitzt insbesondere die oft vorteilhafte Eigen-

■ ^ _, 1 . schaft, daß den Klemmen durch die Energiequelle

⁰ C₀ + C₁ ' des Verstärkerelementes keine Gleichspannung als

Vorspannung aufgeprägt wird, weswegen hier eine

Das Residuum des bei ρ = & liegenden Pols hat solche Vorspannung bei dem Entwerfen von gleich-

den Wert 30 zeitig mehrere erfindungsgemäße Zweipole enthalten-

- 2 ■ ■' ^^en Schaltungsanordnungen nicht berücksichtigt zu

A C₁ werden braucht; insbesondere werden auch als elek-

¹ (Co + C₁) [C₀Ci + C₀C₃ + C₁C₃) ' ironische Schalter ausgebildete Schalter S nicht durch

Vorspannungen in ihrer Wirkungsweise beeinträchtigt.

Qi hat dabei den Wert 35 Die erfindungsgemäß aufgebaute Schaltungsanord-

nung kann in Abweichung von den vorstehenden

-(C₀+ Ci) Erläuterungen auch dahingehend abgewandelt werden,

R (C₀Ci + C₀C₃ + CiC₃) ' daß in einer solchen Schaltungsanordnung zur impuls

weisen Energieübertragung zwischen mit Konden-

Hierbei ist ρ_χ so zu wählen, daß die Bedingung 40 satoren versehenen Anschlüssen ein Zweipol, dessen

Impedanz durch eine FunktionZ(p) mit den oben

Jzi <ξ „ <g Zl! angegebenen Eigenschaften bestimmt ist, dem be-

τ ^β T . treffenden Kondensator C₀ parallel geschaltet wird.

Eine solche Parallelschaltung eines solchen Zweipols

eingehalten ist; die Residuen A₀ und A₁, für deren 45 zu dem Kondensator C₀ ist dann zweckmäßig, wenn Dimensionierung im übrigen die mit dem Zweipol der betreffende Anschluß mit einem Kondensator C₀ zusammenhängende Schaltungsanordnung, insbeson- vernachlässigbar kleiner Kapazität versehen ist. Hierdere der zugehörige Anschluß, maßgebend ist, sind in bei kann es sich insbesondere auch nur um die nie ihrem gegenseitigen Verhältnis so zu wählen, daß die ganz zu vermeidende Eigenkapazität der betreffenden Bedingung A₀+ KA₁ = 0 erfüllt ist. Aus dieser Be- 5° Anschlußleitung handeln.

dingung folgt, daß ein größerer Energiebetrag, als Die Anschlußleitung kann dabei z.B. über ein

im Zuge der impulsweisen Energieübertragung über Tiefpaßfilter zu einer als Generator und/oder Verden Schalter S dem Kondensator C₀ zugeführt worden braucher wirkenden Schaltung hinführen, wobei dann war, nur dann an den betreffenden Anschluß A weiter- diese Schaltung relativ langsam Energie zu dem geleitet werden kann, wenn das Residuum A₀ oder 55 betreffenden Zweipol hin liefert, die dann von dort das Residuum A_x negativ ist. Wie sich aus den an- im Zuge der kurzzeitigen Energieübertragung weiter gegebenen Beziehungen für die Größe des Residuums zu übertragen ist bzw. solche weiterübertragene und der betreffenden Frequenz der Polstelle einerseits Energie relativ langsam von dem Zweipol her auf- und für die Kapazität und des Widerstandes des nimmt. Es ist aber auch möglich/daß der betreffende betreffenden KC-Parallelgliedes andererseits ergibt, 60 Anschluß seinerseits ebenfalls in einem Vorgang kann man die erfindungsgemäße Dimensionierung einer kurzzeitigen Energieübertragung weiterzuübereiner Schaltungsanordnung nach F i g. 4 grundsätz- tragende Energie anliefert bzw. in umgekehrter Richlich z. B. dadurch erreichen, daß man eine Reaktanz C₁ hing zu dem Zweipol hin übertragene Energie von mit _einer entsprechend hohen negativen Kapazität dorthin aufnimmt. Der Anschluß A₀ bzw. A_v in vorsieht oder in dem RC-Parallelglied eine Reak- ⁶5 F i g. 1 kann dazu seinerseits wiederum einen impulstanz C₃ mit einer entsprechenden negativen Kapazität weise zu betätigenden Schalter enthalten, womit dann sowie eine Resistanz Λ mit einem entsprechenden also jeweils zwei solche impulsweise betätigte Schalter negativen Widerstand vorsieht. Eine solche Aus- mit ein und demselben Zweipol verbunden sind. Die

zwischen einer Betätigung des mit dem Zweipol verbundenen Schalters S (vgl. Fig. 1) und der jeweils nächsten Betätigung eines solchen mit dem betreffenden Zweipol verbundenen Schalters liegende, oben angegebene Betätigungsperiode T" ist dann gegebenenfalls diejenige Zeitspanne, die zwischen dem Betätigungszeitpunkt des Schalters S und dem darauffolgenden bzw. vorangehenden Betätigungszeitpunkt des in dem betreffenden Anschluß A₀ bzw. A_v vorgesehenen Schalters liegt.

In diesem Zusammenhang sei besonders bemerkt, daß bereits eine eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung gemäß dem Hauptpatent darstellende Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung, zwischen mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen über mindestens einen periodisch betätigbaren Schalter vorgeschlagen ist, bei der ein solcher Kondensator gleichzeitig mit einem weiteren solchen periodisch impulsweise betätigbaren Schalter verbunden ist. Es handelt sich hierbei um eine Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Querkondensatoren versehenen Anschlüssen, in welcher bei den Energie liefernden Anschlüssen den Querkondensatoren parallelliegende Zusatzkondensatoren vorgesehen sind und ein Zusatzkondensator jeweils mit Hilfe eines an den betreffenden Querkondensator angekoppelten Verstärkerelementes während der vor der übertragung liegenden Zeitspanne aus der Betriebsstromquelle des Verstärkerelementes derart mit Energie versorgt wird, daß an ihm stets eine Spannung liegt, welche der am Querkondensator angelegten Spannung entspricht, wobei sich bei der jeweils späteren, demgegenüber kurz dauernden Energieübertragung die im Zusatzkondensator enthaltene Energie mitauswirkt, wobei diese Schaltungsanordnung zu einem Kondensatoren aufweisenden Reaktanznetzwerk gehört, in welchem durch Schalter gesteuerte Energieübertragungen zwischen zugehörigen Kondensatoren staiizunn - ;n haben und die davon betroffenen Kondensatoren mit Zusatzkondensatoren versehene Querkondensatoren sind. Eine solche Schaltungsanordnung erfährt ebenfalls eine zweckmäßige Weiterbildung, wenn in ihr erfindungsgemäß der genannte Kondensator zu einem solchen Zweipol ergänzt ist, dessen Impedanz durch eine Funktion Z (p) bestimmt ist, deren Frequenzen der Polstellen und deren Residuen den oben angegebenen Bedingungen genügen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen zwei mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen kann auch noch eine Abwandlung dahingehend erfahren, daß beide Kondensatoren durch ein gemeinsames Netzwerk zu einem in der gewünschten Weise wirkenden Zweipol ergänzt sind. Dieses Netzwerk enthält, wie F i g. 8 zeigt, insbesondere ein gemeinsames KC-Parallelglied mit negativer Kapazität und negativem Widerstand, das mit seinen beiden Klemmen jeweils über einen Serienkondensator an die dem periodisch betätigbaren Schalter zugewandte Belegung jedes der bei den beiden Anschlüssen vorgesehenen Kondensatoren angeschlossen ist. Eine solche Abwandlung ist in F i g. 8 dargestellt. Hier sind bei zwei Anschlüssen A_G, Ay zwei Kondensatoren C₀ G und C_{0 v} vorgesehen, zwischen denen kurzzeitige Energieübertragungen über einen periodisch betätigbaren Schalter S möglich sind. Für beide Kondensatoren C_{0 G} und C₀ γ ist ferner ein durch ein normales i?C-Netzwerk und einen Impedanzkonverter NIC gebildetes, gemeinsames RC-Parallelglied mit negativer Kapazität und negativem Widerstand vorgesehen, das mit seiner einen Klemme über einen Serienkondensator C₁ _a an die dem Schalter S zugewandte Belegung des Kondensators C_{0 a} und mit seiner anderen Klemme über einen Serienkondensator C₁ γ an die dem Schalter S zugewandte Belegung des Kondensators C₀ _v angeschlossen ist. Diese Schaltungsanordnung wirkt wiederum in der Weise, daß während eines kurzzeitigen Schließens des Schalters S eine dem jeweiligen Ladungszustand des bei dem einen Anschluß vorgesehenen Kondensators entsprechende Energie zu dem anderen Kondensator hin übertragen wird und daß dann unmittelbar im Anschluß an den Energieübertragungsvorgang ein Ausgleichsvorgang stattfindet, der durch das mit dem impulsweisen Schließen des Schalters S verbundene Kurzschließen des Netzwerkes ausgelöst wird und bewirkt, daß im Anschluß an die über den Schalter 5 vor sich gehende, kurzzeitige Energieübertragung zusätzliche Energie an die Kondensatoren C₀ _ü und C₀ _v geliefert wird, so daß die beiden Kondensatoren über den während des Schließens des Schalters S erfolgten Spannungsausgleich hinaus eine weitere Umladung erfahren.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen über mindestens einen periodisch betätigbaren Schalter, insbesondere in Zeitmultiplex-Fernsprechvermittlungsanlagen, bei der zumindest bei einem Anschluß der Kondensator zu einem wenigstens eine Zusatzreaktanz sowie eine zusätzliche Energiequelle zusammen mit einem Verstärkerelement enthaltenden Zweipol ergänzt ist, in dem die zusätzliche Energiequelle zusammen mit dem Verstärkerelement während der vor der Energieübertragung liegenden Zeitspanne in Abhängigkeit von der dem Kondensator zugeführten Energie die Reaktanzen des Zweipols derart mit Energie versorgt, daß in solchen Reaktanzen eine der dem Kondensator zugeführten Energie entsprechende Energie bereitgestellt wird und bei der während der anschließenden kurzzeitigen Energieübertragung die in den Reaktanzen enthaltene Energie sich mitauswirkt, insbesondere nach Patent 1 227079, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C₀) zu einem solchen Zweipol ergänzt ist, dessen Impedanz durch eine Funktion Z(p) mit ρ = <j+j(» bestimmt ist, die bei einer jeweiligen Schließungszeitspanne τ und einer zwischen einer Betätigung des mit dem Zweipol verbundenen Schalters (S), und der jeweils nächsten Betätigung eines solchen mit dem Zweipol verbundenen Schalters, liegenden Betätigungsperiode T' Pole im Bereich

1 T'

t> < 0

der /7-Ebene sowie im Bereich

der /»-Ebene aufweist, bei denen die Summe der Residuen zumindest der im Bereich

ι < O

liegenden Pole nach Maßgabe der elektrischen Eigenschaften des betreffenden Anschlusses [Ay) gewählt ist und die Summe der Residuen der im Bereich

< 0

15

liegenden Pole und der mit einer durch den Quotienten aus einem gewünschten Verstärkungsfaktor und dem um 1 verringerten Verstärkungsfaktor gebildeten, von 0 und von +1 verschiedenen, endlichen, positiven Konstante K multiplizierten Residuen der im Bereich

25

liegenden Pole gleich 0 ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Zweipol durch eine Funktion Zip), die nur auf der linken Hälfte der reellen Achse der/»-Ebene liegende Pole aufweist, bestimmt ist,

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Zweipol durch eine Funktion Z[p). die im Bereich

45

der /»-Ebene und oder im Bereich

-1
—

1 —

der /»-Ebene jeweils nur einen Pol aufweist, bestimmt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweipol durch eine Funktion Z(p). die einen Pol bei der Frequenz ρ = 0 aufweist, bestimmt ist. :

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das im Zweipol enthaltene Verstärkerelcment zusammen mit der zusätzlichen Energiequelle einen Bestandteil eines Impedanzkonverters bildet.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein solcher Zweipol dem Kondensator (C₀) parallel geschaltet ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Konstante K größer als + , ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante K größer als + 1 ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante K zumindest angenähert gleich -1-2 ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die positive Konstante K kleiner als + 1 ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante K zu-

³⁰ mindest angenähert gleich + " ist.

1-2. Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen zwei mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei über einen periodisch betätigbaren Schalter (S) miteinander verbundenen Kondensatoren (C„(;. C₁₁,- in Fig. 8) mit Hilfe eines beiden Kondensatoren gemeinsamen Netzwerkes, das mit seinen beiden Klemmen an die dem periodisch betätigbaren Schalter (S) zugewandte Belegung jedes der beiden Kondensatoren (C_{0 (;}. C_n.ι-)- angeschlossen ist, jeweils zu dem Zweipol ergänzt sind.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12. dadurch gekennzeichnet, daß Tür die zwei über einen periodisch betätigbaren Schalter miteinander verbundenen Kondensatoren ein gemeinsames RC-Parallelglied mit negativer Kapazität und negativem Widerstand [NIC und RC in F i g. 8) vorgesehen ist. das mit seinen beiden Klemmen jeweils über einen Serienkondensator an die dem periodisch betätigbaren Schalter zugewandte Belegung jedes der bei den beiden Anschlüssen vorgesehenen Kondensatoren angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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