DE1293873B - Schaltungsanordnung zur Auswertung des Schleifenzustandes und zur Unterscheidung von Schleifenwiderstaenden einer Fernmelde-, insbesondere Fernsprechleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Auswertung des Schleifenzustandes und zur Unterscheidung von Schleifenwiderständen einer gleichstromgespeisten Fernmelde-, insbesondere Fernsprechleitung bei der Gleichstromzeichengabe (z. B. Belegen, Auslösen, Wählzeichen).

Die Zeichengabe mit Gleichstrom erfolgt allgemein durch definierte Änderungen des Schleifenstromes. So ändert sich beispielsweise beim Abheben des Handapparates eines Fernsprechapparates der Schleifenwiderstand von einem sehr hohen Wert — entsprechend dem Isolations- oder Ableitwiderstand bei offener Schleife — auf einen geringen Wert — entsprechend dem Widerstand der geschlossenen Schleife. Zur Wählimpulsgabe wird der Widerstand der Schleife für jeden Wählimpuls auf den hohen Wert gebracht; zur Wählzeichengabe bei Tastwahl, insbesondere bei der Gleichstromtastwahl können verschiedene Widerstände und/oder verschiedene Spannungsquellen in die Schleife eingeschaltet werden. Die Empfangsschaltung soll feststellen, welcher Schleifenzustand besteht.

Bei der praktischen Anwendung des Verfahrens zeigt es sich, daß die Auswertung des Zeichenzustandes nicht nur von den Bedingungen auf der Sendeseite der Leitung abhängt, sondern auch von induzierten Störspannungen, den Ableitwiderständen, den Schwankungen der Batteriespannung usw.

Dem festen Wert des Schleifenabschlußwiderstandes auf der Sendeseite entspricht als Meßgröße, die auf der Empfangsseite der Leitung zur Auswertung gelangt, allenfalls ein Wert, der abhängig von den obengenannten Einflüssen in einem gewissen Bereich schwankt. Für eine statische Auswertung des Augenblickswertes ist Voraussetzung, daß die zu unterscheidenden Bereiche der Meßgröße nicht ineinander fließen, sondern durch einen Zwischenraum getrennt sind.

üblicherweise wird in der Auswerteschaltung eine Vergleichsgröße vorgesehen, im folgenden Schwellenwert genannt, die zwischen den Bereichen der Meßgröße liegt. Es wird in der Auswerteeinrichtung festgestellt, ob die Meßgröße in dem Bereich oberhalb oder unterhalb des Schwellenwertes liegt.

Es wird eine Auswerteschaltung gefordert, die weitgehend unabhängig von Störeinfiüssen und Toleranzen der Leitungselemente ist und die das Auswertemittel gegen Überspannungen (z. B. Blitzschläge) schützt. Dabei soll die Meßgenauigkeit bzw. die Auswertesicherheit optimal sein.

Die bisher bekannten Schaltungen sind im wesentlichen unsymmetrische Empfangsschaltungen; bei den unsymmetrischen Empfangs- oder Auswerteschaltungen wird zur Auswertung der vom Strom einer Ader herrührende Spannungsabfall an dem jeweiligen Speisewiderstand mit einem entsprechend gewählten Teil der Batteriespannung verglichen. Die Nachteile der unsymmetrischen Empfangsschaltungen ergeben sich daraus, daß der von der induzierten Längsstörspannung über die Ader-Erde-Kapazität verursachte Längsstörstrom voll in das Meßergebnis eingeht und daß diese Schaltungen durch erforderliche Schutzmaßnahmen gegen Überspannungen unempfindlich werden, d. h., die Auswerteunsicherheit wird größer.

Die wenigen bekannten symmetrischen Empfangsschaltungen sind entweder sehr aufwendig oder haben, wie beispielsweise die symmetrischen Relaisschaltungen, wesentliche Nachteile. Diese hinreichend bekannten Relaisschaltungen zeichnen sich einerseits dadurch aus, daß der Aussteuerbereich praktisch unbegrenzt ist, daß sie kaum Schutz gegen kurzzeitige Überspannungen benötigen und eine vollkommene Potentialtrennung zwischen der zu überwachenden Schleife, dem Eingangskreis und dem Auswertemittel im Ausgangskreis gewährleisten. Aber andererseits sind folgende Nachteile zu beachten. Als Folge der starken Exemplarstreuungen des oben schon erwähnten Schwellenwertes und der großen Temperaturabhängigkeit des Wicklungswiderstandes ergibt sich: eine Auswerteunsicherheit. Werden mehrere Meßbereiche vorgesehen, dann müssen für die entsprechenden Schwellenwerte jeweils andere Relaiswicklungstypen verwendet werden; dazu kommt die begrenzte Schaltgeschwindigkeit der Relais.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich, wenn im praktischen Betrieb variable Bedingungen vorgefunden werden, die einen Abgleich erforderlich machen. Auch ist ein Relais aus konstruktiven Gründen, z. B. Drahtdurchmesser, nicht beliebig ausbildbar und daher nicht für jede Betriebsbedingung (z. B. geringe Ströme) geeignet. Die' Entwicklung auf dem Gebiet der Fernsprechtechnik zeigt, daß man in Zukunft größere Schleifenwiderstände bei geschlossener Schleife zulassen wird, und zwar infolge längerer Leitungen, geringeren Drahtdurchmessers, der Verwendung von transistorisierten Hör- und Sprechverstärkern beim Teilnehmer usw. Durch diese Maßnahmen wird der Einsatz von Relais in zunehmendem Maße erschwert. Ähnliches gilt auch für den Einsatz von Magnetkernen mit vom Schleifenstrom beeinflußten Steuerwicklungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache, symmetrische Auswerteschaltung anzugeben, welche die genannten Nachteile vermeidet.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Auswerteeinrichtung über eine oder mehrere Hilfsspannungsquellen, deren Summenspannung der Speisespannung entgegengerichtet ist, mit den Leitungsanschlußklemmen verbindbar ist und daß die Hilfsspannungen so bemessen sind, daß bei einem gewünschten Schwellenwert der zwischen den Leitungsanschlußklemmen herrschenden Spannung und/ oder bei einem gewünschten Schwellenwert des Schleifenwiderstandes zwischen den Anschlußklemmen der Auswerteeinrichtung eine Spannung mit einem vorbestimmten Wert liegt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird so vorgegangen, daß die Auswerteeinrichtung jeweils zwischen den Widerständen eines aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteilers angeschlossen ist und daß der eine Spannungsteiler mit einem Widerstand an den negativen Pol der Speisespannungsquelle und mit dem anderen Widerstand an die positive Leitungsklemme, der andere Spannungsteilei mit einem Widerstand an den positiven Pol der Speisespannungsquelle und mit dem anderen Widerstand an die negative Leitungsklemme angeschlosser ist.

Damit wird beim Vorhandensein mehrerer Leitungsschleifen und zugehöriger Auswerteschaltungen dei Aufwand von Hilfsspannungsquellen Tür jede Auswerteschaltiing vermieden. Außerdem wird auf diesi Weise eine Brückenschaltung geschaffen, die den Vor teil hat, weitgehend unabhängig von Schwankungei der Speisespannung zu sein.

Der Vorteil, einen Schutz gegen Uberspannungei zu haben, wird gemäß weiterer Ausbildung der Erfin

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dung dadurch erreicht, daß der Widerstandswert der Spannungsteilerwiderstände der Schutzforderiing entsprechend groß gewählt wird. Diese Maßnahme hat den weiteren Vorteil, daß der Spannungshub an den Anschlußklemmen der Auswerteeinrichtung größer wird.

Eine Vereinfachung durch Verminderung des Aufwandes läßt sich bei der Auswerteeinrichtung in Verbindung mit der symmetrischen Auswerteschaltung erreichen.

Besteht keine Notwendigkeit den Schleifenzustand dauernd anzuzeigen und genügt es demnach in einem vorgegebenen Zeitintervall einmal den augenblicklichen Schleifenzustand festzustellen, dann kann gemäß einer Ausbildung der Erfindung so verfahren werden, daß die Auswerteeinrichtung eine Diode ist. Weiterhin ist vorgesehen, daß diese Diode gleichzeitig Teil eines mit Wechselstrom oder impulsen gespeisten Abtastkreises ist, wobei in jede Zuleitung des Wechselstromkreises zur Diode ein Kondensator eingeschaltet ist, und daß eine Leseeinrichtung mehreren Abtastkreisen in zeitlicher Folge zugeordnet ist. Die Schaltungen sollen nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Fig.! zeigt eine gleichstromgespeiste Leitungsschleife;

F i g. 2 zeigt die Leitungsschleife mit der Schaltungsanordnung zur Auswertung des Schieifenzuslandes:

F i g. 3 zeigt die Auswerteschaltung mittels Spannungsteilern;

F i g. 4 zeigt das Strom-Spannungs-Diagramm der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 und in normierter Darstellung nach Fig. 3;

F i g. 5 zeigt die Schaltungsanordnung zur Auswertung mehrerer Bereiche mitteis Hilfsspannungsquellen;

F i g. 6 zeigt die Schaltungsanordnung zur Auswertung mehrerer Bereiche mittels Spannungsteilern;

F i g. 7 zeigt die umschaltbare Auswerteschaltung zur Erkennung unsymmetrischer Belastungen in den Adern;

F i g. 8 zeigt einen zur Auswertung benutzten Differenzverstärker;

F i g. 9 zeigt die als Auswerteeinrichtung verwendete Diode im Wechselstromkreis.

In F i g. 1 ist eine Leitungsschleife gezeichnet, mit zwei Adern, der Speisequelle U, den Speisewiderständen RSl und RS2, den Erdkapazitäten CV und dem Schleifenwiderstand R. Dazu kommen die in beiden Adern induzierten Störspannungen IiL. Durch die Richtungspfeile wird angedeutet, daß die Störspannungen gleichsinnig und gleichphasig sind, woraus folgt, daß der über die Erdkapazitäten fließende Störstrom Ist den Aderstrom I-sch in der einen Ader um den Beirag vergrößert, um den der Strom in der anderen Ader gleichzeitig verringert wird. Es handelt sich um die überlagerung eines Gleichstromes und eines Wechsel-(stör-)stromes.

in Fig. 2 ist eine Auswerteschaltung dargestellt, die mit beispielsweise zwei in Reihe geschalteten Hilfsspannungsquellen Ua und Uh betrieben wird, wobei die Auswerteeinrichtung AE zwischen den beiden Hilfsspannungsquellen an die Klemmen α und h angeschlossen ist. Die Reihenschaltung von Ua, AE und Uh ist parallel zur Leitungsschleife an den Leitungsanschlußklemmen A und B angeordnet. In den beiden Zuführungsleitungen von der Speisequelle zu den Leitungsschleifenanschlußklemmen liegen die Speisewiderstände RSl und RS2. Die gezeigte Darstellungsart wurde nur aus didaktischen Gründen gewählt. Die Hilfsspannungen können auch anders eingeschaltet sein, z. B. beide (oder nur eine oder auch mehr als zwei) zwischen die Auswerteeinrichtung AE und eine der Klemmen α und b. Es gilt nur die Symmetriebedingung, daß die Potentiale 7 a und 7 b an den Anschlußklemmen der Auswerteeinrichtung AE gleiche Störspannungsanteile enthalten. Die Hilfsspannungsquellen können z. B. als Zenerdioden ausgebildet sein, die wie allgemein üblich über geeignete Vorwiderstände aus beliebigen Spannungsquellen versorgt werden können.

Die F i g. 3 zeigt die Auswerteschaltung, in der die Auswerteeinrichtung AE an den Abgriffen α und b jeweils zwischen den Widerständen RI und R 2 der Spannungsteiler Tl und Tl angeschlossen ist. Die Spannungsteiler sind über ihre Widerstände R 2 unmittelbar mit der Speisequelle und über ihre Widerstände jR 1 mit den Leitungsanschlußklemmen A und B verbunden. Es handelt sich demnach um eine Brücke, die von der Speisespannung U gespeist wird, mit dem Schleifenwiderstand (nicht gezeigt) abgleichbar ist und in deren Nullzweig die Auswerteeinrichtung AE liegt.

Für die in F i g. 2 und F i g. 3 gezeigten Schaltungen läßt sich mit Hilfe der Kirchhoffschen Gesetze an Hand eines Maschenumlaufes beweisen, daß die Potentiale 7 α und 7 b in den Punkten a und b in gleicher Weise von den Störspannungen beeinflußt werden und daß sich die Wirkungen des Störstromes bei der Differenzbildung </a — i)b gegenseitig auflieben.

Der in F i g. 4, dem Strom-Spannungs-Diagramm der Schaltung nach F i g. 2 bzw. in normierter Darstellung für Schaltung nach F i g. 3 eingetragene Schwellenwert Io des Schleifenstromes und der diesem

Wert in der normierten Darstellung =- entsprechende

Wert -n^ ist seiner Definition nach ein ideeller Wert.

Das bedeutet, der Schleifen widerstand Ro selbst tritt nicht auf. Für Widerstände größer Ro, also I-sch kleiner Ιο, ist bei den angegebenen Verhältnissen 7 a kleiner 7/»; für Widerstände kleiner Ro, also I-sch größer Ιο, ist 7 α größer 7 b. Für den in F i g. 2 beispielsweise angegebenen Schleifenabschluß RI — 0 erreicht der Schleifenstrom ein Maximum, unter

idealen Verhältnissen I-sch = ,-^.

Für die Darstellung des Potentialverlaufes bei Anwendung der Schaltung nach F i g. 3 wählt man zweckmäßigerweise den auf die Speisespannung normierten Maßstab jj. Es ist dabei leicht einzusehen,

daß die Schaltung nach F i g. 3 besondere Vorteile bei Speisespannungsschwankungen bietet.

In F i g. 5 und 6 sind die sinngemäßen Erweiterungen der Schaltungen nach F i g. 2 und 3 zur Unterscheidung von mehr als zwei Strombereichen des Schleifenstromes dargestellt. Die Anwendung wird entweder dann erfolgen, wenn verschiedene Leitungsabschlüsse in einer Schleife ausgewertet werden sollen oder wenn ein bestimmtes Zeichen in einer Anzahl von Schleifen mit verschiedenen Widerständen, was z. B. die Folge unterschiedlicher Schleifenlänge ist, ausgewertet werden soll. Welche Schwelle im zweiten

Fall einzustellen ist bzw. an welche Abgriffe (a_;, fr, ... a„, b„) die Auswerteeinrichtung anzuschalten ist, wird durch Ausmessen im Augenblick des Belegens jeweils entschieden oder nach Abruf einer für jede Schleife gespeicherten, charakteristischen Information.

Für das Verständnis der Schaltung nach F i g. 6 ist die rechnerische Ableitung der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 von Nutzen. Das Ergebnis läßt sich durch eine Gleichung der Form

7 a — qb

IO

beschreiben.

Darin ist U die Spannung der Speisequelle, Ro, wie oben erwähnt, der ideelle Schwellenwert des Schleifenwiderstandes, Rx ist der tatsächlich vorhandene Gesamtwiderstand der Schleife, und zwar sowohl Ro als auch Tür Rx einschließlich der Speisewiderstände RSl und RS 2, der Faktor k das Teilverhältnis der Spannungsteiler Tl und Tl.

über den Faktor k läßt sich auch die Größe der Hilfsspannungsquellen bzw. deren Summenspannung in der Schaltung nach F i g. 2 und 5 bestimmen.

Man ersieht aus der angegebenen Gleichung, daß mit der gewünschten Schwelle, für die gilt (/ a — qb = 0, bei vorgegebenem Schwellenwert Ro das Teilverhältnis k festgelegt ist.

Werden beim Betrieb der Leitungsschleife auch unsymmetrische Kriterien verwendet, so kann durch eine Umschaltung mit Hilfe der Schalter Sa und Sb, wie in F i g. 7 dargestellt ist, die Auswerteeinrichtung wahlweise einer einzelnen Ader zugeordnet werden. Für die Auswertung eines Zeichens in der α-Ader wird der Schalter Sb an den Kontakt d geschaltet, für die Auswertung eines Zeichens in der ft-Ader wird der Schalter Sa an den Kontakt c gelegt. Die Kontakte c und d sind die Abgriffe von Spannungsteilern 73 und TA, die zur Bildung eines Bezugspotentials dienen. An Stelle der beiden Spannungs- teiler 73 und TA kann natürlich auch ein Spannungsteiler mit drei Widerständen in einem entsprechenden Teil Verhältnis gewählt werden, an dem die Bezugspotentiale der Kontakte c und d abgegriffen werden.

In F i g. 8 ist ein als Auswerteeinrichtung verwendbarer Differenzverstärker gezeichnet. Abhängig von den, infolge verschiedenen Schleifenwiderstandes, unterschiedlichen Potentialen 7 α und 7 b an den Basen der Transistoren TrI und 7r2 sind diese in leitendem oder nichtleitendem Zustand. Der Ausgang, in diesem Beispiel zwischen dem Widerstand Rc und dem Kollektor von 7>2 angeschlossen, erhält, entsprechend den Zuständen der Transistoren, verschiedenes Potential.

In F i g. 9 ist eine Auswerteeinrichtung mittels einer in Zeitabständen mit Wechselstrom oder Impulsen abgetasteten Diode gezeigt. In den Wechselstromkreis sind Kondensatoren eingeschaltet, die verhindern, daß in diesem Kreis ein Gleichstrom fließt. Der dynamische Widerstand der Diode ändert sich, je nachdem ob durch die Potentialdifferenz 7 a — 7 b die Diode in Durchlaß- oder in Sperrrichlung vorgespannt ist.

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   I. Schaltungsanordnung zur Auswertung des Schleifenzustandes und zur Unterscheidung von Schleifenwidersländen einer gleichstromgespeisten Fernmelde-, insbesondere Fernsprechleitung bei der Gleichstromzeichengabe (z. B. Belegen, Auslösen, Wählzeichen), dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinrichtung (AE) über eine oder mehrere Hilfsspannungsquellen (Ua ... Un), deren Summenspannung der Speise-' Spannung entgegengerichtet ist, mit den Leitungsanschlußklemmen (A, B) verbindbar ist und daß die Hilfsspannungen so bemessen sind, daß bei einem gewünschten Schwellenwert der zwischen den Leitungsanschlußklemmen (A, B) herrschenden Spannung und/oder bei einem gewünschten Schwellenwert des Schleifenwiderstandes (Ro) zwischen den Anschlußklemmen (α, b) der Auswerteeinrichtung (AE) eine Spannung (7α — qb) mit einem vorbestimmten Wert (z. B. 0 V) liegt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (AE) jeweils zwischen den Widerständen eines aus zwei Widerständen (Rl, R2) bestehenden Spannungsteilers angeschlossen ist und daß der eine Spannungsteiler mit einem Widerstand (R 2) an den negativen Pol der Speisespannungsquelle und mit dem anderen Widerstand (Rl) an die positive Leitungsklemme (B), der andere Spannungsteiler mit einem Widerstand (R 2) an den positiven Pol der Speisespannungsquelle und mit dem anderen Widerstand (R 1) an die negative Leitungsklemme (A) angeschlossen ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Unterscheidung mehrerer Strombereiche und damit zur Bildung mehrerer Schwellenwerte des Schleifenwiderstandes, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Anzahl der gewünschten Schwellenwerte entsprechende Zahl von Hilfsspannungsquellen (UaI, UbI... Uan, Ubn) eingefügt sind, an deren gestufte Potentiale (7al, qbl ... 7a«, qbn) führende Klemmen (al, bl ... an, bn) die Auswerteeinrichtungen (AEl ... AEn) angeschaltet sind.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3 zur Unterscheidung mehrerer Strombereiche und damit zur Bildung mehrerer Schwellenwerte des Schleifenwiderstandes, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteiler mehrere Widerstände (Rl ... Rn + 1) enthalten und die Auswerteeinrichtungen (AEl ... AEn) zwischen die gestufte Potentiale (7 α 1, 7 M ... 7 α», qbn) führenden Spannungsteilerabgriffe (al, bl ... an, bn) geschallet sind.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 4 zum Schutz der Auswerteeinrichtung gegen Überspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteilerwiderstände (Rl... Rn + \) entsprechend groß gewählt sind.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannungsquellen (Ua, Ub) in an sich bekannter Weise als im Zenerbereich betriebene Zenerdioden ausgebildet sind.
7. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur wahlweisen Erkennung unsymmetrischer Belastungen in den Adern, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zwei Spannungsteiler, die zueinander und zur Gesamtschleife parallel liegen, unmittelbar an die Speisespannungsquelle angeschlossen sind und an deren Mittelabgriffe (z.B. zwischen den Widerständen R31

   und R32 bzw. .R41 und R42) die Auswerteeinrichtung (AE) jeweils über Umschalter (Sa und Sb) angeschaltet werden kann.
8. 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur dauernden Anzeige des Schleifenzustandes, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (AE) ein Verstärker, vorzugsweise ein im wesentlichen aus zwei Transistoren gebildeter Differenzverstärker (DV) ist.
9. 9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (AE) eine Diode ist.
10. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, da-

    durch gekennzeichnet, daß die Diode gleichzeitig Teil eines mit Wechselstrom oder Impulsen gespeisten Abtastkreises ist und in jede Zuleitung des Wechselstromkreises zur Diode ein Kondensator geschaltet ist und daß eine Leseeinrichtung mehreren Abtastkreisen in zeitlicher Folge zugeordnet ist.
11. 11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ' Widerstandswerte der Spannungsteiler und die Kapazität (C) der Kondensatoren mit den daraus folgenden Zeitkonstanten in Abhängigkeit von der vorgegebenen Abfragezeit bemessen sind.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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