DE1940558A1 - Schaltungsanordnung fuer einen sprachgeschuetzten Tastwahlempfaenger - Google Patents

Description

Dipl.Phys. Leo Thul
Patentanwalt

7 Stuttgart-Feuerbaeh
Kurze Str.8

T.H.Flowers-4 .

INTERNATIONAL STANDARD ELEGTRIG CORPORATION, NEW YORK

Schaltungsanordnung für einen sprachgeschützten Tastwahlempfänger."'

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen sprachgeschützten Tastwahlempfänger in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen, mit tonfrequenter Zeichengabe, bei der die einzelnen Wählzeichen in einem Code unter Benutzung der Frequenzen zweier getrennter Frequenzbänder gebildet werden.

Es ist Aufgabe der"vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung für einen sprachgeschützten Tastwahlempfänger anzugeben, bei der unter Beibehaltung des in bisherigen., bekannten Tastwahlempfängern erreichten Schutzes gegen Sprachbeeinflusaing und Zeichenimitationen eine wesentliche Verminderung des Aufwandes für die Sprachschutzweise möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäss der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass am Eingang des Empfängers ein Verstärker mit hohem Ausgangswiederstand vorgesehen ist, der parallel eine scheinbar unendliche Reihe von Resonanzkreisen speist, dass die auf die einzelnen Zeichenfrequenzen abgestimmten Resonanzkreise in der scheinbar unendlichen Reihe enthalten sind, dass das am Eingang des Empfängers anstehende Signal eine Sprach-

7.August 1969
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schutzspannung erzeugt* die von der am Eingang der scheinbar unendlichen Reihe von Resonanzkreisen anstehenden Wechselspannung abgeleitet ist und dass die Sprachschutzspannung den am Ausgang, der einzelnen, auf die Zeichenfrequenzen abgestimmten Resonanzkreisen anstehenden Signalspannungen entgegengeschaltet ist.

Gemäss einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist vorgeshen, dass in der die scheinbar unendliche Reihe von Resonanzkreisen die auf die einzelnen Zeichenfrequenzen

sind , .

abgestimmten Resonanzkreise enthaltaa|dass weiterhin ein Hilfsresonanzkreis vorgesehen ist, dessen Resonanzfrequenz dem geometrischen Mittelwert aus der höchsten Frequenz des unteren. Frequenzbandes und der niedrigsten Frequenz des obe^ren Frequenzbandes entspricht, dass zwei weitere Hilfsresonanzkreise vorgesehen sind, deren Resonanzfrequenzen an .den äusseren Enden der beiden Frequenzbänder liegen und dass die zusätzlicJien Resonanzkreise eine Vervollständigung der scheinbar unendlichen Reihe von Resonanzkreisen jedes Frequenzbandes darstellen."

BAD ORiGINAL

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Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 bis 5 zeigen Prinzipschaltbilder bekannter Anordnungen mit Schutzkreisen.

Fig.6a zeigt ein in diesen Anordnungen verwendeten Grundschaltkreis.

Fig.7a zeigt einen im Rahmen der Erfindung benützten Schaltkreis. ^;

Fig.7b und 7c zeigen Resonanzkurven für verschiedene Werte der Güte Q eines Schaltkreises nach Fig.7a·.

Fig.8 ist eine verbesserte Resonanzkurje eines Schältkreises nach Fig. 7a.

Fig.9 zeigt eine Anordnung von parallel geschalteten Resonanzkreisen, die eil« scheinbar unendliche Reihe von Resonanzkreisen bilden.

In Fig.Io ist die Schaltungsanordnung eines Empfängers gemäss der Erfindung dargestellt.

Fig.11 zeigt die Schaltungsanordnung eines Verstärkers mit Dynamikregelung wie er im Empfänger nach Fig.Io eingesetzt

ist. - ' -

Fig. 12 zeigt eine Schaltungsanordnung für ein phasendrehendes Schaltglied.' Dieses wird in einem Empfänger nach Fig.Io dazu benutzt, Induktivitäten zu ersetzen.

Fig.XJa und IJb. zeigen einige Schaltungsdetails des Empfängers nach Fig.Io. '

Fig.l4 zeigt die Schaltungsanordnung des Schutzkreises für einen Empfänger gemäss Fig.Io.

Der hier beschriebene Empfänger dient zum Empfang tonfrequenter

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Tastwahlkjfennzeichen. Zur Bildung dieser Zeichen werden zwei Frequenzgruppen zu je vier Frequenzen benutzt, die z.B. aiflts den Frequenzen 697, 77o, 852, 9^1 Hz und 12o9, 1536, 14-77, sowie 1633 Hz bestehen. Ein vollständiges Zeichen besteht demnach aus zwei Frequenzen, wobei jeweils eine Frequenz aus einer Gruppe gewählt ist.

Die Frequenzen jeder Gruppe bilden eine geometrische Reihe mit einem Abstand der durch den Faktor I,lo5 bestimmt ist. Dieser Faktor gewährleistet, dass keine der harmonischen jeder Frequnz oder das Produkt der Modulation zweier Frequenzen mit einer Signalfrequenz übereinstimmt.

Die Schwierigkeiten beim Entwurf eines Empfängers für tonfrequente Tastwahlzeichen werden nunmehr im einzelnen erläutert:

1. Am Eingang eines solchen Bpfangers stehen Zeichen an, die grosse Amplitudenunterschiede haben. Diese Amplitudenunterschiede werden einmal durch die Frequenzgefaeratoren und

durch die Verbindungsleitungen zwischen Generator und Vermittlungsstelle verursacht. Diese Amplitudenunterschiede können bei verschiedenen Frequenzen bis nahezu 2o dB und zwischen zwei Frequenzen eines Signals bis zu 6 dB betragen.

2. Dadurch dass die Tastwahlkennzeichen aus Frequenzen innerhalb des Spracttandes bestehen, kann es eintreten, dass durch Sprachsignale ein Empfänger beeinflusst wird, der mit einer Teilnehmerleitung verbunden ist. Das Anstehen von Sprachsignalen während der Zeichengabe entspricht jedoch nicht dem Normalfall, jedoch ist es nicht ohne weiteres auszuschliessen. Ausser der Störung regulärer Tastwahlcodezeichen könen durch die Sprache solche Tastwahlcodezeiden auch simuiuliert werden. Dies bedeutet in einem öffentlichen Fernsprechnetz,

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dass dem Teilnehmer Gebühren für Fehlverbindungen entstehen. ..-"■"-■■"-

3. Die schnelle Arbeitsweise von TastwahlVermittlungssystemen ist bestimmend für ihre Anwendung bzw. ihre Vorteile. Nimmt man an, dass für jedes Zeichen etwa 4o ms zur Verfügung stehen, so bleibt für Schutzmassnahmen gegen Signalimitation nur ein geringer Spielraum.

4. Die Arbeitsweise eines Empfängers wird weiterhin dadurch gestört, dass die Wähltöne, die aus dem Amt heraus erzeugt werden, an den Eingang des Empfängers gelangen können. Bei der Betätigung einer Wähltaste wird das Mikrophon der Teilnehmerstation abgeschaltet, um Störungen von dieser Quelle zu unterbinden. Die darüberhinaus auftretenden Nachwirkungseffekte können dabei ausser Acht gelassen werden. Der vom Amt ausgesandte Wählton muss abgeschaltet werden, bevor eine Wähltaste betätigt werden kann. Trotzdem kann es vorkommen, dass ein Wählton reflektiert wird und auf diese Weise zum Empfänger gelängt, wobei die Ansprechschwelle des Empfängers infolge der Amplitudenhöhe des ankommenden Signals überschritten wird. Das Ansprechen des Empfängers kann nur dadurch, verhindert, werden, dass für den Wählton eine entsprechende Frequenz, die den Empfänger nicht beeinflusst» benutzt wird.

Ein Zeichen, das nur aus einer einzigen Frequenz besteht, wird in befriedigender Weise mit einem Empfänger, wie er in Fig.1 dargestellt ist, ausgewertet. Der Eingang-des Empfängers ist mit zwei Filtern verbunden, von denen das Filter WFl die Zeichenfrequenz durchlässt, während dal^wFIlfer WF2 die Zeichenfrequenz sperrt. Die Ausgangssignale beider Filter werden gleichgerichtet und in Bezug auf ihre Amplitude miteinander verglichen, wobei das Zeichen nur dann ausgewertet und weitergegeben wird» wenn das Verhältnis zwischen Zeiehenfrequens und Ausgangssignal des Schutzkreises einen bestimmten Wert überschreitet·- Die Wirksamkeit eines Schutzkreises ist begrenzt bezüglich der Harmoni-

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sehen der Zeichenfrequenz und die Charakteristik der Bandsperre des Filter WF2 darf die Auswertung eines originären Zeichens nicht beeinflussen. Für die Praxis bedeutet dies eine weitgehende aber nicht vollkommene Störausschaltung. Als Richtwert ist eine J5o ms dauernde Störung während loo Sprechstunden zugelassen. Mit einer Anordnung, die aus Empfängern gemäss Fig.l besteht, können zwar eine Anzahl von Zeichen verschiedener Frequenz empfangen werden, aber jedes Zeichen darf nur aus einer einzigen Frequenz bestehen. Als Alternative dazu, ist wie in Fig.2 gezeigt, auch eine Anordnung deütoar, die einen gemeinsamen Schutzkreis besitzt, bei dem die Bandsperren in Serie geschaltet sind. Diese Anordnung ist zwar nicht weniger aufwendig als die zuerst genannte, jedoch kann mit einer solchen Anordnung tew. einem solchen Empfänger auch ein Zeichen empfangen werden, das aus einer Anzahl von mehreren Frequenzen besteht, z.B. aus zwei gleichzeitig ausgesandten Frequenzen, jedoch , dies ist leicht einzusehen, ist die Wirksamkeit des Schutzkreises entsprechend geringer. In der Praxis entstehen bei den Anordnungen gemäss Fig.l oder 2 dann Schwierigkeiten, wenn der Amplitudenunterschied Io dB übersteigt. In diesem Fall wird nämlich ein entqjechend empfindlicher Verstärker oder ein entsprechend empfindliches Auswertemittel überlastet. Eine Lösung dieser Schwierigkeit ist die Anordnung eines Regelverstärkers vor dem Eingang des Empfängers, der die Amplituderiunterschiede auf ein verträgliches Mass herabsetzt. Im Zusammenhang mit einem Regelverstärker treten aber ProtJeme auf, die seine Anwendung in bestimmten Fällen unmöglich machen. Erstens, die Steuerung der Verstärkung muss eine bestimmte Verzögerung besitzen, um Änderungen des Kurvenverlaufes auszugleichen, damit die Verstärkung einen mittleren Wert erreicht. Wenn ein Signal, das aus den beiden -Frequenzen fl und f2 besteht, ansteht, dann kann der Wert des zeitlichen Verlaufs der Amplitude zwischen der Summe und der Differenz der Jeweiligen Amplitude eigener Frequenz schwanken, w©bei die

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Periodendauer der Differenzfreqatenz f 1 - f2 ein Drittel der Zeitkonstanten des Regelverstärkers nicht überschreiten darf» Aus diesen Gründen könnte. SL ch die Verstärkersteuerung als Zuträge erweisen gegenübei?6em auszuwertenden Signal. Zweitens: wenn grosse Amplitudenunterschiede zwischen den einzelnen Elementen eines Zeichens auftreten, dann ist für die Verstärkung der obere Grenzwert massgebend, d.h. das Element mit dem unteren Grenzwert ist zu schwäch, um das Auswerteschal tmittel zu beeinflussen. Wenn also das zur Auswertung anstehende Element auf χ dB verstärkt werden muss, um ausgewertet werden zu können, uiö der Regelfaktor r beträgt, dann muss das Eingangssignal um den Paktor χ erhöht und mit dem Faktor r multipliziert werden. Dies ist oft unmöglich.

Wegen der oben geschilderten Schwierigkeiten, die durch die Abweichungen der Amplitudenwerte verursacht werden, hat man das in Fig.5 gezeigte Ausführungsbeispiel benutzt. Diese Anordnung umfasst SchaltungseLemente wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, denen ein Netzwerk, das später beschrieben wird .vorgeschaltet ist,ebenso ist diesem Empfänger ein Verstärker und ein Begrenzer vorgeschaltet, wobei der Begrenzer jedwedes Sinussignal auf eine Rechteckform begrenzt, dessen Amplitude unabhängig von der Amplitude des am Eingang anstehenden Signals ist, das aber noch die Eingangsfrequenzen enthält. Die Wirksamkeit der Schutzkreise wird reduziert durch die Harmonischen der Zeichenfrequenzen, die durch den Begrenzungsprozess erzeugt werden. Das vorher erwähnte Netzwerk dient dazu, den Einfluss des Begrenzers zu reduzieren, indem es die Signalfrequenzen in Bezug auf andere Frequenzen zunächst einmal anhebt. Es ist jedoch nicht möglich., einen Empfänger zu haben, der mehr als eine Frequenz zugleich auswertet, wie z.B. der Empfänger in Fig.2, da die Signalverformüng infolge der Begrenzung zu stark ist. Der Empfang mehrerer gleichzeitig auf· tretender Zeichenfrequenzen mit Hilfe einer Anordnung gemäss

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Fig..3 ist nur dann möglich, wenn für jede Frequenz eine solche Anordnung vorgesehen wird, die an einen gemeinsamen Eingang geschaltet werden. Eine Aufwandsverminderung bei dieser Anordnung lässt sich allenfalls noch dadurch erreichen, dass die vor den frequenzselektiven Kreisen liegenden Schaltungsteile durch eine gemeinsame Anordnung ersetzt werden, die allen frequenzselektiven Kreisen gemeinsam zugeordnet ist. Allerdings ist diese Konzentration verschiedener Schaltungsteile, die den frequenzseLektiven Kreisen vorgeschaltet sind, mit einer weiteren Verminderung des Sohutzfaktors verbunden. Ausserdem ist die Zuordnung je eines Sprachschutzkreises pro Frequenz aus Kostengründen nicht diskutabel. In Fig.4 ist eine Anordnung dargestellt, die keine frequenzindividuellen Sprachschutzkreise mehr enthält, sondern es ist ein gemeinsamer Schutzkreis vorgesehen, der den Scheitelwert des Begrenzerausgangssignal mit dem Ausgangsignal eines jeden frequenzaiektiven Kreises vergleicht.Auch damit ist selbstverständllcherweise eine weitere Reduzierung des Sprachschutzfaktors verbunden, d.h. es müssen weitere Massnahmen getroffen werden, um einen erträglichen Sprachschutzfaktor zu erhalten. Wegen der Kürze der Dauer eines jeden Tastendrucks scheidet dabei eine Zeitschaltung aus. Durch die Forderung, dass jedes Zeichen aus den Signalen zweier Frequenzen bestehen muss, erhält man zwar eine wirksame Mögliehkeit|die Imitation eines Zeichens zu verhindern, aber mit einer Anordnung gemäss Fig.4 ist dies wie beschrieben nicht möglich. Im Bewusstsein der vorher geschilderten Schwierigkeiten und Probleme hat man jedoch für die Zeichengabe einen sogenannten zweimal eins aus vier-Code gewählt. Dabeiteräen zwei Frequenzgruppen gebildet, die jeweils vier Frequenzen haben, wobei ein Zeichen aus je einer Frequenz jeder Gruppe besteht. Als Emp&nger dient eine Anordnung mit zwei Gruppen von Empfängern gemäss Flg.4, denen jeweils, wie in Fig.5 gezeigt, ein Sperrfilter vorgeschaltet ist. Das Filter Jeder Gruppe sperrt Jeweils das Frequenzband der anderen Gruppe. Die wechselseitige Beeinflussung beider Frequenzgruppen wird dadurch vejündert. Bei einem Empfänger dieser Art ist zwar die Sicherheit gegen eine Imitation eines Teilzeichens, d.h. einer Frequenz , wegen der Art der Sperrfilter ge- '.

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ringer als bei dem Empfänger nach Pig.4, aber insgesamt ist die Sicherheit'gegen die Imitation eines ganzen Zeichens wegen der notwendigen Gleichzeitigkeit zweier Frequenzen aus jeweils unterschiedlichen Gruppen höher.

Da der Abstand zwischen zwei Frequenzen einer Gruppe relativ gering ist ( I,lo5 im angegebenen Beispiel) und da die Notwendigkeit besteht, die Empfängerkosten niedrig zu halten, werden als Frequenzfil.^er üblicherweise einfache Resonanzkreise mit hoher Güte verwendet. Eine solche Anordnung ist in Fig.6a dargestellt. Die auf die einzelnen Frequenzen abgestimmten LC Resonanzkreise sind parallel an einen Verstärker angeschlossen, der eine konstante Ausgangsspannung hat (z.B. der Begrenzer in Fig.4). Die Resonanzkrven für zwei Resonanzkreise sind in Fig.6b dargestellt, wobei für verschiedene Gütewerte Q einmal 5o und einmal 25 angenommen wurde. Als von der Spitzenspannung des Eingangssignals e abgeleitete Ansprechgrenze ist einmal für eine minimale Bandbreite der obere

* i

* zwei fcöi

Wert Gl eingezeichnet, bedingt durch Toleranzen ist ein unterster Wert G2 angenommen. Wenn man bedenkt, dass die Resonanzkreise beispielsweise in-folge von Fertigurigfcoleranzen Abweichungen von o,25 % haben und dass der Gütefaktor Q sowohl frequenz- als auch fertSgingsabhängig ist, dann müssen entweder die Bandbreite der Resonanzkreise entsprechend gross gewählt werden oder die Empfänger müssen in allen Einzelheiten individuell abgestimmt werden, was aber fertigungstechnisch höchst unerwünscht ist.

Die Signalquelle gemäss Fig.7a für die parallel geschalteten, frequenzselekt^iven Kreise ist ein Linearverstäfcker mit hohem Innenwiderstand. Die Auswerteschaltmittel werden von der Spannung an den Induktivitäten der Resonanzkreise betätigt oder vorzugsweise von dem Strom der Resonanzkreise und die Sehutzspannung wird von der Gesamtspannung der Signalquelle abgeleitet.

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Unter der Annahme, dass eine unendliche Zahl von Resonanzkreisen in einem Empfänger vorhanden ist, deren Frequenzabstände eine geometrische Reihe bilden, dass der Empfänger für den gleichzeitigen Empfang zweier Frequenzen eingerichtet 1st, dass die Schutzspannung zur Sperrung des Empfängers am Eingang der frequenzselektiven Kreise abgegriffen .wird und der maximale Amplitudenunterschied zwischen zwei gleichzeitig auszuwertenden Frequenzen 6 dB beträgt, zeigen Fig.7b und 7c für zwei verschiedene Gütefaktoren Q den Höchstwert der Schutzspannung, die den Spannungen der auszuwertenden Frequenzen entgegengesehaltet werden kann, das heisst also die sogenannte Sprachschutzgrenze. Dies gilt für eine Toleranz von - 2% bezüglich der auszuwertenden Frequenzen und der frequenzselektiven Kreise, Die Kurven sind in einem normierten Masstab dargestellt, wobei gemäss Kuve 1 der Wert der Amplitude der Resonanzfrequenz eines Resonanzkreises als Einheit gewählt ist. Dabei sind die Kurven für die entsprechenden Frequenzen in einem logarithmischen Masstab aufgetragen. Die Kurve 1 zeigt den Verlauf der Amplitude über der Frequenz für eine bestimmte Resonanzfrequenz und die Kurve 2 zeigt einen entsprechenden Verlauf für eine um sechs dB niedrigere Eingangsspannung. Da die Sperrspannung die Summe der Spannungen mehrerer Frequenzen ist, die sich unabhängig voneinander ändern können, erheben sich fü-r deren Verlauf unendlich viele Möglichkeiten, Die Sperrspannung wird so erzeugt, dass die am Eingang der Resonanzkreise anstehende Wechselspannung verstärkt und anschliessend gleichgerichtet wird und der Spannung der auszuwertenden Frequenzen entgegengesehaltet wird. Der Wert der gleichgerichteten Spannung hängt dabei von der Ausbildung des jeweiligen Gleichrichters ab. Man bevorzugt dabei eine Doppelweggleichrichtung, da sich hieraus eine deutlichere Unterscheidung zwischen dem Sprach- und dem auszuwertenden Signal ergibt, da die Sperrspannung für zwei Eingänge

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verschiedener Frequenz/proportional der Summe ihrer Amplituden

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Die Kurven 3 in Pig.7 gelten für den frequenzabhängigen Verlauf der Sperrspannungen zweier Frequenzen, die sich bei gleicher Amplitude im Bereich um bestimmte Zeichenfrequenzen gemeinsam ändern.

Kurve 4 stellt eine bestimmte Frequenz im Bereich einer Zeichenfrequenz und eine zweite, die einen-um 6 dB höheren Pegel hat und sich ändert. Die Kurven 2 und 4 gelten für die schwierigsten Bedingungen, unter, denen die Frequenz mit dem Meineren.. Eingangspegelauszuwerten ist und die so' ausgelegt sind, dass die nötige Toleranz von - 2% zugelassen ist. Für die Kurve 3 gelten die für Kurve 4 gemachten Voraussetzungen und in Verbindung mit Kurve 1 gilt dies für die schwierigsten Bedingungen bei der Auswertung von zwei Frequenzen mit gleichem Eingangspegel-

Aus den Fig.7b und 7c wird deutlich, dass die Wirksamkeit des Sprachschutzes von der Güte Q der Resonanzkreise attfingt. Das Erfordernis einer genügenden Wirksamkeit hängt gegenüber der Anordnung gemäss Fig.6 stärker von einem Mindestwert der Güte Q, ab»aber insgesamt ist die Anordnung wesentlich einfacher, da der Aufwand an eingangsseitigen Bandsperren nicht mehr nötig ist.

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Darüberhlnaus bestehen zwei weitere Schwierigkeiten. Die korrekte Arbeitsweise des Schutzkreises im Bereich der Zeichenfrequenz hängt sehr stark davon ab, ob das empfangene Signal im Zuge der übertragung einer.Verformung unterworfen ist. Begrenzerschaltungen sind daher schlecht dazu geeignet, die am Eingang des EmpSngers auftretenden Amplitudenunterschiede auszugleichen, und es kann eine Art Dynamikregler notwendig werden, der aber keine nennenswerte Verformung des Eingangssignals verursacht. Das zweite Problem betrifft die fre- · quenzselektiven Kreise, da die acht erforderlichen Kreise für die gemäss dem Beispiel auszuwertenden Frequenzen keine unendliche Reihe darstellen. Eine praktische Lösung,dieses Problems ist in Fig.9 gezeigt=. Der Zwischenraum zwischen den ' ^f zwei Frequenzgruppen beträgt eftes meh^^eine Frequenzstufe innerhalb der Reihenschaltung, sodass ein zusätzlicher Resonanzkreis vorgesehen ist, der auf die Frequenz fx abgestimmt 1st, die dem geometrischen Mittelwert zwischen der oberen Frequenz des unteren Bandes und der niedrigsten Frequenz des oberen Bandes abgestimmt ist und der für beide Frequenzbänder eine Ergänzung derart darstellt, dass die Forderung der unendlichen Reihe erfüllt ist.· Zwei weitere Resonanzkreise mit den Frequenzen fy und fz zusätzlich zu den bisher erwähnten neun Kreisen vervollständigen zwar die Reihenschaltung, trotzdem macht sich aber das Fehlen von weiteren Resonanzkreisen zu beiden Seiten der Reihenschaltung bemerkbar. Wenn die ausserhalb der eigentlichen Signalbänder liegenden Resonanzkreise verdoppelt werden ( d.h. wenn der Wert der Induktivität halbiert und der Wert der Kapazität verdoppelt wird ), dann erhält man dadurch eine grössere Annäherung an den Effekt einer unendlichen Reihe zu beiden Seiten des Signalfrequenzbandes und das tatsächliche Fehlen der weiteren Resonanzkreise macht sich nicht so stark \, bemerkbar. Durch diese Massnahme arbeiten diefilgentlichen Slgnalfrequenzkreise angenähert als ob sie Teil einer unendlichen Reihe wären, jedoch ist der Sprachschutz um den Umfang der drei zusätzlichen Kreise mit den Frequenzen fx , fy, fz vermindert ΐ

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Dies lässt sich aber dadurch ausgleichen, dass die Ausgangsspannungen dieser Kreise, wie später beschrieben wird, als zusätzliche Sperrspannungen benutzt werden.

Eine Grundfrage für eine weitere Schutzeinrichtung kann darin bestehen, dass man von der vorstehend beschriebenen Sperrspannngidie an den Eingängen der Resonanzkreise abgegriffen wird, eine Spannung ableitet, die proportional dem Strom i des Eingangssignals ist. Diese Sperrspannung erhält man, indem man die Eingangs spannung des Vers timers , der den Signalstrom 1 erzeugt und gleichrichtet. Vorzugsweise erhält man vom Gleichrichter einen Mittelwert der Spannung, der bei einer Eingangsspannung mit zwei verschiedenen Frequenzanteilen proportional dem stärkeren Teil der beiden Eingangstellspannungen und unabhängig vorder Frequenz ist. Die relativen GrSssenordnungen der Mden Sperrspannungen sind so eingestellt, dass die gesuchte Arbeitsbandbreite bei dem niedrigeren der beiden Eingangspegel, der den grö'ssten Amßlitudenunterschied hat, liegt. Das Ergebnis Ist aus Fig.8 zu ersehen, und zwar ist die Sehtzwirkung ausserhalb der Arbätsbandbreite erhöht, d.h. sie wird grosser als die Sperrspannung. Eine Grenze Ist nurfale Harmonischen der Signalspannungen gegeben.

Wenn der Eingangspegelbereich denjenigen übersteigt, bei dem die Auswerteschaltmlttel ordnungsgemäss arbeiten, dann muss, wie bereits beschrieben, ein" Regelverstärker benutzt werden, wobei wiederum die gleichfalls beschriebenen Schwierigkeiten zu besaohten slnd^ wenn Insbesondere die Ämplitudendlf ferenz zwisclieis den beides. Frequenzen eines Zeichens einen Maximalwert e^rele^t- Dübel ist das Verhältnis zwischen den Ausgangsslgnaien der RösonaKzkrel se ähnlich demjenigen.* das bei einer im Fail ©ines Verhältnisses yon SsI genommen wird, Lösung fife* dieses Problem ist ein Verstärker mit

¥ei?stä^in$sfaktör^ Äso ohne Dynamikregelung und dies polimigeri_# &!s-".<tiö; ApiÄtude einer Frequenz eines Zeichens . ■ " '..-"■.".■":.■"■.■■ ■-—/-

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die an der Grenze der Ansprechschwelle liegt, sich nicht vom Amplitudenwert der anderen Zeichenfrequenz um mehr als 6 dB ,, . , unterscheidet, oberhalb dieser Differenz setzt dann eine, Dynamikregelung ein. Die Auswerteschaltmlttel müssen daher über einen Differenzbereich von 6 dB arbeiten, wobei in der Praxis Io bis 15 dB erreicht \e*den. Der maximale Pegelbereich in öffentlichen Vermittlungsanlagen, deren Schleifenwiderstände 12oo Ohm erreichen können, ist 16 dB:; daraus folgt, dass der Dynamikregler Pegelschwankungen von (l6-6)dB - Io dB auf 4 bis 5 dB vermindern muss, was einem Faktor von 2 bis 3 zu 1 entspricht und keine Schwierigkeiten bereitet.

Fig. 11 zeigt einen Verstärker mit Dynamikregelung, bei dem es bekannt ist, dass das Ausgangs signal des Verstärkers gleichgerichtet und Über zwei Dioden D5 , D6 zu gleichen Teilen aufgeteilt wird, um den Verstärkungsfaktor in dem Masse zu verkleinern, wie der Äusgangspegel ansteigt. Neu dabei ist, dass der über die Diodsi fliessende Strom nicht vor Erreichen eines bestimmten Ausgangspegel einsetztιdies wird durch eine Vorspannung am Emitter des Transistors VT 8 erreicht. Dieser Transistor erzeugt einen Steuerstrom für die Dioden unter den vorstehend gemachten Bedingungen. Damit erreidfc man den gewünschten Effekt bei der beschriebenen Amplitudendifferenz der beiden Zeichenfrequenzen.

Da der Wähl ton einen bestimmten Pegel haben muss, wird er in die Vermittlungsstelle reflektiert und ist dann einem echten Wählzeichen überlagert. Der Wählton besitzt sein Energiemaximum bei Frequenzen um 5oo bis 4oo Hz und hat einen Maximalpegel am Empfänger eingang von -12 dB im Vergleich zu -15 dB des niedrigesten Zeichenpegels ( elektronische Nebenstellenanlage) oder -12 dB ( öffentliche Vermittlungsanlagen). Man benötigt daher einen Hochpass mit zumindest 12 oder l8 dB Dämpfung bei 4oo Hz und praktisch keiner Dämpf ung bei der niedrigsten Wählzeichenfrequenz von beispielsweise 697 Hz und als solches muss der Hochpass eine ganz bestimmte Anordnung haben. Ein normales LC Filter ist in der Figur dargestellt»

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Ein aktives Filter ohne Spule ist 'möglich.

Mit der bisher beschriebenen Anordnung können zwei (oder mehr) Frequenzen gleichzeitig verarbeitet werden. Die hier gewünschte Arbeitsweise betrifft eine Frequenz aus der Gruppe fl, f2, f2, f4, zusammen mit einer Frequenz aus der Gruppe f5* f6, T¹J, f8. Ein echtes Wählzeichen besteht natürlich nur aus zwei Frequenzen,aber ein Sprachsignal kann aus einer ganzen Anzahl* von Frequenzen jedes Bandes bestehen. Es ist also daher zu beachten, dass die Ausgangsignale mehrerer Resonanzkreise gleichzeitig anstehen können und weil die Eingangspegel über einen weiten Bereich schwanken können, schwanken also auch in ähnlicher Weise die Ausgangspegel und der Auswertepegel muss in gleicher Weise mit dem Eingangspegel sich ändern. Die einfachste Methode ifäre die, dass man alle Ausgangssignale beider Gruppen fy, fl, f2, -f'3, f4 ,fx und fx , f5, f6, 17, f8, fz empfängt und~ aus jeder Gruppe die Frequenz mit dem höchsten Pegel auswertet. Auf diese Weise ist nicht nur der Auswertepegel auf den Signalpegel abgestimmt, sondern die Frequenzen fχ , fy und · fz, die aus dem normalen Sprachschutz herausgenommen sind, erzeugen einen eigenen Sprachschutz, indem sie den Auswertepegel direkt beeinflussen. Der Sprachschutzkreis begrenzt die Auswertung bezüglich der Differenz zwischen den beiden Maximal -amplituden beider Gruppen. Durch diese Betriebsweise mit mehrfachem Schutz wird der Empfang von Wählzeichen sehr zuverlässig gemacht und die Möglichkeiten einer Fehlbetätigung werden sehr vermindert, d.h. man erhält einen höchst zuverlässigen Empfänger, der kaum Fehlauswertungen zulässt.

Da die Vermittlungsanlagen für reineNebenstellenanlagen oder Nebenstellenanlagen mit Amtsverkehr stets in einem Gebäude untergebracht sind, ist die Dämpfung so gering, dass ein einfacher linearer Verstärker ohne Dynamikregelung für den Empfang der Tastwahlζeichen benügt. In Fig.Io ist ein s>Icher Empfänger dargestellt. Wenn die DampSingsunterschiede ein bestimmtes Mass überschreiten, z.B. in gegenwärtigen Vermittlungsan- } ,lagen, und der Verstärker des Empfängers gemäss Fig.Io nicht mehr ausreicht, so kann der Verstäker gemäss Fig. 11 in den

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Empfänger nach Fig.Io eingesetzt werden. Dies ist durch die unterbrochene Linie XX angedeutet. Fig.Io zeigt weiterhin eine Reihe von Induktivitäten , die z.Z. noch verwendet werden, die aber sehr aufwendig und teuer sind. Es ist aber durchaus denkbar, in Zukunft diese Spulen durch Anordnungen mit integrioten Schaltkreisen zu ersetzen. Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 12 angedaitet.

Im Folgenden werden noch Einzelheiten der Anordnung gemäss Fig.Io erläutert werden.

Der obere Teil der Fig.ljja zeigt im Prinzip den Ausgang der Auswertesehaltmittel, die als integrierte,logische Schalt- '

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kreise arbeiten und einen Transistor VTl enthalten, dessen Emitter geerdet ist und dessen Kollektor über einen Widerstand an die +5,5 Volt der allen integrierten Schaltkreisen zugeordneten Sammelschiene angeschlossen ist. Der normale logische Ausgangspegel ist O, was dem gesättigten Zustand des Transistors entspricht und durch den Basisstrom über einen Widerstand mit 22 Kilo-Ohm gegen die 5,5 Volt der Sammelschjaie bewirkt wird. Wenn der Transistor gesperrt ist, so entspricht dies der logischen Aussage 1. Der Transistor wird gesperrt, wenn ein genügend hoher Strom von einem Kondensator über den Basiswiderstand fliesst, wobei der Kondensator über den Transistor VT2 durch die Spitzen der an der Induktivität abgegriffenen Wechselspannung geladen wird. Die Emitter der Transistoren einer Gruppe von Resonanzkreisen sind gemeinsam an einen Widerstand Rl angeschlossen, zu dem ein Kondensator Gl parallel-geschaltet ist, der durch die Eiritterströme geladen wird und dessen Entladungszeit gross ist im Vergleich zu der Periodendauer der niedrigeten Zeichenfrequenz. Die Spannung am Kondensator Cl wird nahezu ebenso-hoch wie der ' Spitzenwert des stärksten Signals, d.h. nur die Frequenz mit der höchsten Amplitude jeder Gruppe wird ausgewertet. Wenn z.B. die Sprach? zwei Signalfrequenzen mit natau gleicher Amplitude

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enthält, die beiden Frequenzen aber einer Gruppe angehören, dann wird durch eine logische Sperrschaltung verhindert, dass dieses Signal als Tastwahlkennzeichen ausgewertet wird.

In der Praxis bestehen drei Schwierigkeiten bei einer Anordnung gemäss Pig.15a: 1. der Strom durch den Transistor VT2 besteht aus kurzen Impulsen hoher Stromstärke, der in den Basiskreis reflektiert wird und eine Störbeelnfiussüng der Resonanzkreise darstellt. Dies verursacht dann Storspitzen an den gemeinsamen Eingang der Resonanzkreise, was wiederum zur Folge hat, dass diese Störspannungen fälschlicherweise als Sperrspannungen ausgewertet werden. 2. Durch die Wechselspannung an der Basis des Transistors kann es vorkommen, dass durch die negativen Spitzenwerte die maximal zuliisige Sperrspannung zwischen Basis und Emitter überschritten wird. j5. Der Transistor VT2 wird beim höchsten, empfangenen Zeichenpegel gesättigt, wenn das Auswerteschaltmittel beim geringsten Pegelwert anspricht: dadurch wird die Spannung an der Induktivität festgehalten und die am Eingang auftretende Rückwirkung führt zum Einsprechen des Sprachschutzes.

Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, müssen einige Änderungen vorgenommen werden die aus Fig.13b ersichtlich sind. Zwischen die Induktivität und den Transistor VT2 ist ein weiterer Transistor VT? angescshaltet und in Reihe mit dem kondensBfcor Cl ist ein kleiner Widerstand eingeschaltet. Der Spitzenwert des Stromes wird durch den Widerstand, begrenzt und der ursprüngliche Basisstrom des Transistors VT2 ist weiterhin vermindert auf den Wert des Basisstromes des Transistors VTJ um die Belastung des Resonanzkrftis.es su vermindern., Eine Diode Dl, die in Reihe mit den Emittern der Transistoren VT2, VTJ geschaltet ist, schützt die Emitter vor Gegenspamrangen* dl© Hebensohlusswiderstände zwischen dem Emitter und dem Ausgang des Resonanzkreises verhindern, dass sich die llektrodenkajj&sität der Transistoren störend bemerkbar macht. Ein Spannungsteiler inifc den Widerständen R2 bis R5 erzeugt an dem

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Widerstand R2 eine Spannung, an die die Kollektoren der Transistoren VT2 und VTJ5 über Dioden D2 angeschlossen werden, wodurch die Transistoren nicht in den Sättigungszustand gelangen, bis das Eingangssignal diese Vorspannung übersteigt. Auf diese Weise wird der maximale Pegelbereich , innerhalb dessen die Auswerteschaltmittel ansprechen festgelegt und dies wird noch dadurch unterstützt, dass eine positive Vorspannung über die Resonanzkreisinduktivität angelegt ist, die an den Widerständen R4 und R5 abgegriffen wird und die eine teilweise Kompensation der Spannungsäbfälle zwischen Basis und Emitter der Transistoren VT2 und VT3 und der Dioden Dl bewirkt. Die Vorspannung an dem Widerstand R$ wird an die dem Sprachschutz dienenden Resonanzkreise angeschaltet, denengegenUber den Resonanzkreisen für die Zeichenfrequenzen ein Transistor weniger nachgeschaltet ist.

Als Sprachschutz dient der Strom der Spachschutzkreise* der den Widerstand Rl durchfliegst und dadurch die Spannung an dem Kondensator Cl so erhöht, dass ein Ansprechen der Auswerteschaltmittel verhindert wird.

Diese Einzelheiten der Pig. 13b kann man auch der Anordnung nach Fig.Io entnehmen.

Wie in Pig.Io dargestellt und bereits vorher erwähnt wurde, sind ,alle Resonanzkreise des Empfängers an einen gemeinsamen Eingang angeschlossen. Es gibt zwei Gruppen von Resonanzkreisen für die Zeichenfrequenzen» Weiterhin sind die Sprachschutzkreise mit den Resonanzfrequenzen'1065 Hz, 6j51 Hz und 1805 Hz vorgesehen, die insgesamt eine unendliche Reihe von Resonanzkreisen darstellen, wie schon vorher beschrieben wurde.

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Die Ausgänge der Auswerteschaltmittel sind in zwei Gruppen aufgeteilt, die voneinander unabhängig sind, bis auf die Schutzspannung, die beiden Gruppen in gleicher Weise zugeführt wird. Die Ausgänge der Schutzkreise, die auf 63I Hz und I065 Hz abgestimmt sind und diejenigen der Zeichenfrequenz der Resonanzkreise mit den Frequenzen 69I Hz, 77o Hz, 852 Hz und 9¹H Hz bilden eine Gruppe und ein zweiter Ausgang des I065 Hz-Schutzkreises, der des I805 Hz-Schutzkreises sowie die Zeichenfrequenzresonanzkreise für die Frequenzen 12o9 Hz, 1336 Hz, 1477 Hz und 1633 Hz bilden die andere Gruppe. Die Ausgangssignale der Auswerteschaltmittel werden in nichtdargestellter Weise logischen Schaltkreisen zugeführt.

Das Wähltpnfliter ist ein Hochpass , der aus einem M-Grundglied abgeleitet ist und eine Grenzfrequenz von 5oo Hz und eine Spitzendimpfung bei 4oo Hz besitzt. Das Filter ist fehlabgeschlossen mit einem Widerstand , der grosser als der Nennwert ist, um einen Spitzendurchlass bei 500 Hz zu erhalten,· da in diesem Frequenzbereich ein starker Sprachschutzanteil enthalten ist.

Der Ausgang dieses Filters ist mit den Eingängen zweier Verstärker verbunden, von denen einer die Zei chenfrequenzresonanzkreise speist, während das Ausgangssignal des anderen gleichgerichtet wird und dem Sprachschutzkreis zugeleitet wird. . .

Der Sprachschutzkreis ist auszugsweise in Fig.14 dargestellt, an den zwei Eingangssignale angelegt sind. Eines ist die an allen Zeichenfrequenzresonanzkreisen anstehende Spannung, das andere ist ein Strom, der nach einer Einfachgleichrichtung an den gleichen Punkt angeschaltet ist. Das erste' Signal wird der Basis des Transistors VT4 direkt zugeleitet, das zweite Signal ist der geglättete Gleichstommittelwert, der durch den Transistor VT5 verstärkt wird. Die an den Transistor VT4 angelegte Spannung

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wird verstärkt um den Paktor k und die resultierende Spitzen-' ^; spannung wird an die Basis des Transistors VT6 angelegt, wo- ■·>■■■?■: bei der Kondensator C2 und die Diode Dj5 die gewünschte Spitzen-·, spannung erzeugen. Wegen der Verluste, die bei der Diode D? _; ;.-« und bei dem Transistor auftreten, ist die Spitzenspannung JTBbesondere bei schwachen Signalen geringer als gewünscht, · . Daher wird die Diode Dj5 positiv vorgespannt. Der Nebenschluss-^ widerstand R6 ist für die Entladung des Kondensators C2 not- "j_ wenig, der normalerweise einen StabilisierungSEbrom über die Diode treibt, deren Spannungsstabilität sonst von dem instabilen Basisstrbm abhängig wäre. Der Spitzenstro|n_f,ü}?ex^s den Transistor VT6 steuert den Sprachschutz, indem er eine Spannung an der Basis des Emitterfolgertransistors VT7 erzeugt, die den Kondensator im Emitterkreis des Transistors auf die Spitzenspannung auflädt. Die Kondensatorspannung wird anderen Tran- _; sistören zugeführt, die einen Strom durch den Widerstand Rl ( Fig.13) verursachen, der das Ansprechen der Auswerteschaltmittel verhindert. Die zwischen der Basis und dem Emitter der Transistoren auftretenden Spannungsabfälle stellen eine Störspannung dar, deren Wirkung teilweise durch die negative Vorspannung an der Basis des Transistors VT7gemildert wird. Der über den Transistor VT6 erzeugte , als Sprachschutz wirkende Strom ist der Quotient aus der an der Basis angelegten Spannung und dem Emitterwiderstarid R7* vermindert um den Kollektorstrom des Transistors VT5. Die willkürlich gewählte Voraussetzung des Entwurfes ist, dass der als Sprachschutz wirkende Strom den Wert O hat, wenn ein Eingangssignal nur aus der Zeichenfrequenz besteht. Die sich daraus ergebenden Bedingungen entsprechen denjenigen gemass Pig.8.

Wenn der Strom einer einzigen Signalfrequenz, der an die Resonanzkreise angelegt ist, den Wert i hat, so beträgt der Mittelwert der Einfachgleichrichtung -^e- .Dieser Wert wird multiiiL-ziert mit dem Faktor j, der dem Transistor VT5 zugeordnet ist,

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i IRT wobei der Strom eine Spannung mit dem Betrag _: erzeugt. Der Strom i erzeugt eine Spannung vom Betrage an der Basis des Transistors VT4, wobei die Spannung nach der Ver-Stärkung den Wert hat.

i 1R7 12kwL Darüberhinaus ist gefordert, dass ■ = ■=·=£—■ oder jL_L _ , · py_r (j_en ResonanzKreis wird angenommen, dass

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wL = 75oo und der Gütefaktor 2o ist, Darüberhinaus sei ' > 2550,

Der Faktor k wird festgelegt auf 4,4 um eine Spannung geeigneter Grosse an der BeeLs des Transistors VT6 zu haben.

Für den Widerstand R7 wird der Wert von 2,2 ΚΏο Ohm als geeignet angesehen. Damit wird der Wert S » 4,7.

Mit diesem errechneten Wert ergibt sich für die Bandbreite eine Toleranz von +■ 2%_t wenn alle übrigen Schaltungsteile ihren Nennwert haben. Um trotzdem alle Ungenauigkeiten ausj^zuschalten,die sonst möglicherweise eine Verengung der Bandbreite verursachen, wird der Faktor J um 5ο5δ grosser angenommen. Dennoch dstf bei der Vielzahl der einzelnen Bauelemente nicht ohne weiteres angenommen werden, dass die Toleranzen für die Bandbreite auf - 2$ ohne spezielle Abgleichmethoden eingehalten Werden kann. Weiterhin ergibt sich bei der Betrachtung der Fig.8i dass die Kurven j und 4 vertikal verschoben werden können» ohne dass eine Veränderung der Bandbreite um i 2,556 über-Söhritten wird» Auf dieser Basis wird bezüglich der Schutzspannungen ,. die über den Transistor VT5 erzeugt werden, eher eine f©FgrBsserung dieser Spannung zugelassen, die aber dann niöht EU ernsten Schwierigkeiten beim Betrieb eines Empfingers führen wird, Die Widerstände R8 und R9 werden so gewählt«dass eher der Gleichrichter Überlastet wird, bevor man eine Überlastung der Söhutzkreise zulässt. Die Diode Ö4 kompensiert cteft Spannungsabfail zwischen Basis und Emitter

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des Transistors VT5 , was ein wichtiger Gesichtspunkt für \ den Fall ist, dass das Eingangssignal klein ist.

Ein hoher Sprachpegel überlastet sowohl den Verstärker wie auch die Zeichenfrequenz und Sprachschutzkreise. Dabei ist es wichtig, dass die Sprachschutzkreise als letzte überlastet werden, um stets einen sicheren Schutz gegen Sprachbeeinflussung zu haben. ■ ^v .

5 Patentansprüche,

5 Bl.Zeichnungen,14 Fig.

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Claims (1)

1. - 23 - .

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   Patentansprüche

   Schaltungsanordnung für einen sprachgeschützten Tastwahlempfänger in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen, mit tonfrequenter Zeichengabe, bei der die einzelnen Wählzeichen in einem Code unter Benutzung der Frequenzen zweier getrennter Frequenzbänder gebildet wer-- *- den, dadurch gekennzeichnet, dass am Eingang des Empfängers ein Verstärker mit hohem Ausgangswiderstand vorgesehen ist, der parallel eine scheinbar unendliche Reihe von Resonanzkreisen speist, dass die auf die einzelnen Zeichenfrequenzen abgestimmten.Resonanzkreise in der scheinbar unendlichen Reihe enthalten sind, dass das am Eingang des Empfängers anstehende Signal eine Sprachschutzspannung erzeugt, die von der am Eingang der scheinbar unendlichen Reihe von Resonanzkreisen anstehenden Wechselspannung abgeleitet ist und dass die Sprachschutzspannungen den am Ausgang der einzelnen, auf die Zeichenfrequenzen abgestimmten Resonanzkreisen anstehenden Signalspannungen entgegengeschaltet ist.

   2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Spannung , die proportional dem Signalstrom ist, abgeleitet ist, dass diese weitere Spannung, von der Sprachschutzspannung, die am Eingang der scheinbar unendlichen Reihe von Resonanzkreisen abgegriffen wird, abgezogen wird, und dass die Amplitude der Sprachschutzspannung zur Erhöhung ihrer Wirksamkeit verstärkt wird.

   J5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der die scheinbar unendliche Reihe von Resonanzkreisen die auf die einzelnen Zeichenfrequenzen abgestimmten Resonanzkreise enthalteMjdl&s weiterhin ein Hilfsresonanzkreis \crgesehen ist, dessen Resonanzfrequenz dem geometrischen Mittelwert aus der höchsten Frequenz des unteren Frequenzbandes und der niedrigsten Frequenz des oberen Frequenzbandes entspricht, dass zwei weitere Hilfsresonanz-

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   kreise vorgesehen sind, deren Resonanzfrequenzen an den äusseren Enden der beiden Frequenzbänder liegen und dass die zusätzlichen Resonanzkreise eine Vervollständigung der scheinbar unendlichen Reihe von Resonanzkreisen 'jedes Frequenzbandes darstellen.

   4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, dass die Wählzeichen in einem (2x1 aus. 4)-Code' gebildet werden.

   5i Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Empfänger ein Verstärker vorgeschaltet ist, der in einem ersten Bereich, der durch eine vorgegebene maximale Differenz des Eingangspegels der ein Wählzeichen bildenden Frequenzen festgelegt ist, mit konstantem Verstärkungsfaktor betrieben wird, und der bei Überschreitung dieser Differenz als Verstärker mit Dynamikregelung betrieben wird.

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