DE2021754C3 - Schaltungsanordnung zur Umsetzung von Gleichstrom-Telegrafiezeichen - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Schaltungsanordnung zur Umsetzung von Gleichstrom-Telegrafiezeichen, insbesondere /ur Umsetzung der von einem Teilnehmeranschluß über eine Zweidrahtleitung einlaufenden Einfachstromsignale in für die Ansteuerung einer Doppelstromubertragungsschaltung geeignete Doppelstromsignale.

In Telegrafiesystemen geschieht die Übertragung auf Teilnehmeransehlußleitungen meist nach dem Einweg-Einfachstrom-Prinzip, Amts- bzw. Fernleitungen hingegen werden mit Doppelstromzeichen in Zweiwegschaltung betrieben. Der Übergang erfolgt mittels Umsetzerschaltungen in den Vermittlungsstellen.

Gebräuchlich sind Umsetzerschaltungen unter Verwendung von elektromagnetischen Relais. Eine Schaltung dieser Art zeigt in vereinfachter Form Fig. !. Der Teilnehmeranschluß besteht hier aus einer Fernschreibmaschine FsM mit dem Empfangsmagneten EM und dem Senkekontakt Sk. Diese ist über eine Zweidrahtleitung ZL und einen Leitungsergänzungswiderstand AL· an die Umsetzerschaltung US der Vermittlungsstelle angeschlossen. Die wesentlichen Bestandteile einer solchen Umsetzerschaltung sind das Senderelais A und das Empfangsrelais B mit den zugehörigen Schaltkontakten α und b. Das Senderelais A verfügt hier über zwei Wicklungen Al und AW. Die zweite Wicklung AW dient im Zusammenwirken mit einem Nachbildstromkreis RN der Erzeugung von in der Richtung wechselnden Durchflutungen des Relais A entsprechend den über die Leitung ZL ankommenden Einfachstromzeichen. Der Nachbildstromkreis ist dabei zwecks individueller Teilnehmeranpassung in seinem Widerstandswert variabel ausgebildet. In Abhängigkeit von der Durchflutung der Wicklung Al werden durch den Schaltkontakt a Doppelstromzeichen auf den abgehenden Leitungsweg gegeben. Auf das Relais B gelangende Doppelstromzeichen bewirken umgekehrt durch Kurzschlußtastung über Schaltkontakt b Einfachstromzeichen auf der zum Teilnehmer führenden Zweidrahtleitung. Über den Leitungsersatzwiderstand RH fließt während der Tastung ein Haltegleichstrom, der kapazitive Zweig mit dem Haltekondensator CH bewirkt einen Strom während der Umschaltphasen.

Neuerdings sind an Stelle von polarisierten Relais vielfach kontaktlosc elektronische Schaltungen üblich. Solche sogenannte elektronischen Relais, für die die Erfindung mit Vorteil anzuwenden ist, sind unter anderem aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1945 240 bekannt. Ihr Einsatz macht jedoch eine Schaltungsmodifikation notwendig. Gebräuchlich ist

eine Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2, wobei das elektronische Empfangsrelais hier vereinfacht durch den Kontakt /> angedeutet ist. Die Umsetzerschaltung enthält an Stelle der Relaiswicklungen'.-1I und AU dieohmscheii Widerstände Rl, Rl, denen über einen Tiefpaß L, C der Steuereingang des elektronischen Senderelais AE parallel geschaltet ist. Der in diesen Widerständen durch den Leitungsstrom /, b/w. den NachbildstroiTi /_v zustandekommende Spannungsabfall wechselt entsprechend den über die Zweidrahtleitung ZL ankommenden Einfachstromsignalen die Polarität. Das LC-Glied dient zur Abflachung der Flanken der durch die Spannungen an der Widerstandsbrücke definierten an den Eingang des elektronischen Relais AE gelangenden Stromsignale und ermöglicht so die Einstellung des Nachbildwiderstandes RN bei kurzer Leitung ZL. Darüber hinaus bewirkt das LC-Glied eine Unterdrückung kurzer Störimpulse und vermindert Beeinflussungsverzerrungen.

Die fiir linienstromgespeiste elektronische Tele- ^: grafierelais erforderlichen Werte des Fingangsstroms lassen sich durch eine solche Widerstandsbrückc jedoch nur sehr schwer erreichen. Einerseits dürfen die Widerstände nicht zu hochohmig sein, damit die Einbuße an Leitungslänge nicht zu groß wird und der relativ niedrige nichtlineare Eingangswiderstand des elektronischen Relais ohne störenden Einfluß bleibt, andererseits sollen sie hohe Werte aufweisen, damit beim Strom-Nulldurchgang am Eingang der Relais infolge einer starken Abflachung der Signale die Verweilzeit in der Mittellage beim Übergang aus der einen in die andere Schaltstellung, d.h. die der Flugzeit bei elektromechanischen Relais entsprechende Undefinierte Phase, die zu einer Signalverzerrung fuhrt, nicht zu groß wird. Bei Einfachstromtastung haben große Flugzeiten eine Verlängerung der startpolaren Impulse zur Folge. Weiter tritt in der Ortsübertragung, d.h. bei Einfachstrom - Einfachstrom-Ubertragung die Gefahr auf, daß die Relais in beiden Richtungen in die Mittellage gehen, was zu einer Verbindungsauslösung führt. Schließlich kann es hierbei für bestimmte Leitungsarten und Leitungslängen unter Umständen zu Rückkopplungsschwingungen kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, eine zweckmäßigere Lösung für die Umsetzung von Gleichstrom-Telegrafiezeichen, insbesondere von Einfachstromsignalen, in für die Ansteuerungeiner Doppelstromübertragungsschaltung geeignete Doppelstromsignale zu finden. Hierbei sollten eine Erhöhung der übertragungsgüte, d.h. eine größere Reichweite durch größere überbrückbare Leitungslängen, kleinere Verzerrungen und ein stabilerer rückschlagsfreier Betrieb erzielt werden.

Im einzelnen werden durch die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung die folgenden Anforderungen erfüllt:

1. bistabiles Verhalten,

2. hohe Eingangsempfindlichkeit bei großem Eingangswiderstand und guter Entkopplung der Ströme im Eingangskreis,

3. Versorgung mit Gleichstrom aus der Betriebsstromquelle- TB bei kleinem Eigenstrombedarf und genügend abgegebenem Steuerstrom am Ausgang,

4. Gefahrlosigkeit von Kurzschlüssen, d.h. keine Überlastung im Rahmen der für Umsetzerschaltungen geforderten Festigkeit infolge von Kurzschlüssen im Eingangsstromkreis,

5. Rechtfertigung schaltungstechnischen Mehraufwandes durch Einsparungen an anderer Stelle.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß Widerständen in den Zweigen einer an sich bekannten aus dem Teilnehmeranschlußkreis einerseits und einem Nachbildstromkreis andererseits bestehenden Brückenschaltung über ein symmetrisches, der Zeichenabflachung ι« dienendes Impedanzglied und über eine diesem nachgeschaltete Impedanzwandlerstufe der Eingang einer bistabilen Kippstufe parallel geschaltet ist, daß die Impedanzwandlerstufe aus gleichartig ausgebildeten, je einem der Widerstände in den Brückenzweigen zu-'5 geordneten Teilschaltungen besteht, die in Kollektorbasisschaltung betriebene Transistoren enthalten, deren Fußpunkte unmittelbar leitend verbunden sind mit dem der Betriebsstromquelle - TB einerseits und den Widerständen andererseits gemeinsamen Schal'ungspunkt und daß die bistabile Kippstufe aus über Widerstände wechselseitig ruckgekoppelten Transistoren symmetrisch aufgebaut ist, die abhängig vor. der Polarität der eingangsseitig anliegenden Gleichspannungsdifferenz das über die Impedanzwandlerstufe an as tien Kippstufeneingang gelangende Potential der Betriebsstromquelle derart auf die eine oder andere ■ Ausgangsklemme durchschalten, daß über kollektorseitig vorgesehene an Masse geführte Widerstände an ihrem mit dem Eingang der Doppelstromübertragungsschaltung gekoppelten Ausgang ein Gleichstrom wechselnder Richtung zustande kommt.

Vorteilhaft weisen die dem Eingang der Kippstufe über ein Impedanzglied und über eine Impedanzwandlerstufe parallelen Widerstände der Brückenschaltung gegenüber herkömmlichen Schaltungen wesentlich niedrigere Ohmwerte auf, so daß die Leitungsstromverluste in der Brückenschaltung gering gehalten werden und eingangsseitig entsprechend größere Leitungslängen verwirklicht werden können. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind diese Widerstände der Brückenschaltung unterschiedlich dimensioniert, wobei vorzugsweise der Widerstand des NachbildstromKreises zwecks Verringerung der Verlustleistung durch den Nachbildstrom gegenüber dem Widerstand des Leitungsstromkreises höherohmig gewählt wird.

Eine zweckmäßige und einfache Ausbildung erfährt die hier vorliegende Erfindung dadurch, daß das der Impedanzwandlerstufe vorgeschaltete der Zeichen- SQ abflachung dienende Impedanzglied aus kapazitiven und ohmschen Schaltelementen gebildet ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Transistor der Teilschaltung der Impedanzwandlerstufe, die dem mit dem Einfachstromsignal beauf-55 schlagten Widerstand der Brückenschaltung zugeordnet ist, mit einem spannungsbegrenzenden Element verbunden, daß in einer speziellen Ausführung aus einer zwischen Basis und Kollektor des Transistors geschalteten Zenerdiode bestehen kann. Die Zener-6o diode verhindert bei ansteigendem Leitungsstrom das Überschreiten der für den Transistor höchstzulässigen Basis-Emitter-Spercspannung und stellt somit einen wirksamen Schutz gegen eventuelle Kurzschlüsse im Leitungsstromkreis dar.

65 Die mit ihrem Eingang an dem Ausgang der Kippstufe geschaltet? Doppelstromübertragungsschaltung besteht vorzugsweise aus einem elektronischen Telegrafenrelais. Hierbei ergibt sich als besonderer Vor-

teil, daß der bei elektronischen Relais im Vergleich zu elektromechanischen Relais erforderliche höhere Haltegleichstrom über den Leitungsersatzwiderstand und demzufolge höherer Verlustleistung verringert werden kann. Entsprechend kann auch der kapazitive Haltestrom durch andere Dimensionierung des HaI-tekondensatorzweiges wesentlich verkleinert werden, wodurch ein geringerer Volumenbedarf zu erzielen ist.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sei an einem Ausführungsoeispicl gemäß Fig. 3 erläutert: Die Schaltung besteht eingangsseitig aus einer symmetrisch aufgebauten Kollektorbasis-Vorstufe mit den beiden Transistoren Tl und 7'2. Ein in Kollektorbasisschaltung betriebener Transistor hat bekanntlich die Eigenschaft eines Impedanzwandlcrs. wobei die Ausgangsspannung die gleiche Phase und annähernd die gleiche Höhe wie die Steucreingangsspaniuing hat. Hierdurch ergibt sich ein großer Eingangswiderstand und damit eine guie Entkopplung gegenüber den beiden Brückenwiderständen Rl, Rl, die den Linien- bzw. Nachbildstrom führen. Außerdem entsteht sr> ein sehr kleiner Innenwidersland der Stcuerspannungsquclle für die Kippstufe. Diese ist mit zwei Transistoren bestückt und hat die Eigenschaften eines Schmitt Triggers. Ist f.. B. der Eimitter des Transistors Tl positiver als der des Transistors Tl, so wird der Transistor T3 leitend und der Transistor T4 gesperrt. Dieser Vorgang wird durch die Rückkopplungsströme über die Widerstände RIO und RS bzw. über die Widerstände R9 und R6 beschleunigt. Geht nämlich der Transistor T4 aus dem leitenden in den gesperrten Zustand über, dann fließt über den Kollektorwiderstand R8 und den Rückkopplungswiderstand RIO ein erhöhter Strom, der seinerseits an dem Widerstand RS einen Spannungsabfall erzeugt 'welcher sich zu der Emitterspannung des Transistors Tl in dem Sinne addiert, daß eine positive Rückkopplung entsteht, indem der Basis-Steuerstrom des Transistors T3 erhöht wird. Gleichzeitig wird der vorher an den Widerstand R6 aufgetretene Spannungsabfall bei dem in den leitenden Zustand umgesteuerten Transistor T3 verkleinert, wodurch für den Transistor TA der Übergang in den Sperrzustand beschleunigt wird. Der Eingang der angesteuerten Doppelstromübertragungsschaltung ist über einen Widerstand Rl an die Kollektoren der Transistoren T3 und T4 geschaltet.

Vor der Kollektorbasisstufe Tl, Tl liegt ein symmetrisches RC-Glied, womit durch Abflachung der Zeichen Sicherheit vor kurzzeitigen Störspitzen erzielt wird. Die zwischen Basis und Kollektor des Transistors Tl liegende Zenerdiode SZ schützt diesen vor unzulässig hoher Basis-Emitter-Sperrspannung; deren zulässiger Grenzwert könnte nämlich andernfalls bei einer zu hohen Differenzspannung an der Widerstandsbrücke, d.h. insbesondere bei ζω hohem Leitungsstrom I₁ (z.B. infolge Erdschluß) überschritten werden. Der Mittelabgriff der Widerstandsbrücke ist unmittelbar mit den Kollektoren der Transistoren Tl und Tl verbunden; dieser gemeinsame Anschlußpunkt für die Betriebsspannung muß bei der Transistorbestückung (Vorstufe: pnp-Transistoren, Kippstufe: pnp-Transistoren) nach Fig. 3 Htets negatives Potential haben. Bei umgekehrter Peilung der Betriebsspannung muß umgekehrte Bestückung erfolgen. Da diö F.ingangswiderständc der Vorstufe sehr hochohmig sind, ist es möglich, die Brückenwiderstände unterschiedlich groß zu machen und dies durch ein umgekehrt proportionales Verhältnis der Ströme /. und /_v wieder auszugleichen. Dadurch kann an Nachbildstrom gespart werden.

F i g. 4 zeigt eine vereinfachte Gesamtschaltung für die Einfachstrom-Doppelstrom-Umsetzung, wobei die angesteuerte Doppelstromübertragungsschaltung aus einem elektronischen Telegrafenrelais AE besteht. Eingangsseitig ist die Transistorschaltung ge-

»o maß Fig. 3 KS an die Abgriffe einer Widerstandsbrückc mit den Widerständen Rl und R2 geführt, deren Zweige einerseits durch den Tcilnehmeranschluß FsM und die Zweidrahtleitung ZL. andererseits durch den Nachbildstromkreis RN gebildet wer-

¹S den. Die Brückcnwidcrslande können sein niedcmhmig gewählt werden. In einem ausgeführten Heispiel betragen ihre Werte je 68 Ohm. Zwecks Einsparung von Nachbildstrom kann hier jedoch der von diesem diirchflossene Brückenwiderstand Rl auf /.B. IXO

^J° Ohm erhöht werden. Damit erniedrigt sich der erforderliche mittlere Wert des Nachbildstromes auf ca. 7.5 ηιΛ. Diese Maßnahme beeinflußt wegen der sehr hochohmigen Eingangswiderstände ( "6 kOhm) der Transistorschaltung deien Eigenschaften nicht naeh-

^a5 teilig. dagegen soll der vom Leitungsstrom durchflossene Brückcnwiderstnnd Rl niedcrohmig sein (68 Ohm), um einen Verlust ;ni Leitungslänge zu vermeiden.

Der in der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 vorhandenc /,C'-Tiefpaß entfallt, seine Funktion wird durch das symmetrische RC-Glied in Fig. 3 übernommen. Bei einer Betriebsspannung U_H — 60 V erfolgte beispielsweise die Ansteuerung des elektronischen Relais AE mit einem definierten Rechleckstrom von /, = ± 6 mA bzw. /, = ± 5 mA bei U₁₁ = 48 V. Hierbei ergab sich der in Fig. 5 gezeigte Zusammenhang zwischen Eingangsstrom /, und Steuerstrom I_h. Für /. = 0 ... 21 mA wird das nachgeschaltetc elektronische Relais AE mit I₁= — 6 mA ( - 5 mA) angesteuert, bei /_; = 21.1 mA tritt der Kippvorgang ein und es fließt ein Steuerstrom /, = 4 6 mA (+5 mA). Bei Verringerung von /, kippt die Transistorschaltung bei /, = 19,7 mA in die ursprüngliche Lage zurück. Die Ansprcchsichcrheit ist also, bezogen auf den mittleren Wert von /, = 20 mA, sehr groß Die Flankensteilheit von /_f beim Kippvorgang bei angeschlossenem Relais ergab Werte -.; 1 m A (.see. Eine Flug/.eitvergrößerung bei abgeflachten Telegrafiezei· chen kann damit nicht auftreten.

Auf Grund der sehr großen Ansprechsicherheit dei Transistorschaltung ermöglicht sie große Reichweiter und kleine Verzerrungen. In dem geschilderten Aus führungsbeispiel wurden z. B. bei den jeweils angege benen Textverzerrungen ό die folgenden Leitungs längen überbrückt:

85 km 1,4 mm Kabelleitung bei 50-Bd-Unter brechunsstastung mit δ s 2,5 Ci-,

35 km 0,9 mm Kabelleitung bei 200-Bd-Gegen spannungstastung mit bso^c.

•c Die Rückschlagsicherheit beim Senden von de Umsetzerschaltung zum Teilnehmer war in der Ver suchsschaltung auch noch bei um 30 % erhöhter Nachbildstrom gewährleistet. Auch eine Einfach strom-Ortsübertragung zeigte keinerlei Neigung ζ

«5 Instabilitäten. Als Haltegleichstrom über den Lei tungsersatzwiderstand RH sowie als kapazitive Haltestrom über den Haltekondensator CH genügte je 40 mA. bei einem Wert der Kapazität CH vo

°'⁶Die^Fals \uführungsbeispiel oben geschilderte Schaltung erwies sich auf Grund ihres völlig; symmetrischen Aufbaus von Schwankungen der Betriebsspannung (±10*) und der Temperatur (bis + 80^J C) praktisch unabhängig. Zusätzliche Steuei vorgänge (z.B. Besetztzeichen-Signalisierung) sin wegen des hochohmigen Eingangswiderstandes d< Kippschaltung einfach und mit kleinen Steuerströme durchführbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Umsetzung von Gleichstrom-Telegrafiezeiehen, insbesondere zur Umsetzung der von einem Teilnehmer-Anschluß über eine Zweidrahtleitung einlaufenden Einfachstromsignale in für die Ansteuerung einer Doppelst rom übertragungsschaltung geeignete Doppelstromsignale, dadurch ge kenn- to zeichnet, daß Widerständen (Rl, R2) in den Zweigen einer an sich bekannten aus dem Teilnehmeranschlußkreis einerseits und einem Nachbildstrumkreis andererseits bestehenden Brükkenschaltung über ein symmetrisches, der Zei- i_u chenabflachung dienendes Impedanzglied und über eine diesem nachgeschaltete Impedanzwandlerstufe der Eingang einer bistabilen Kippstufe parallel geschaltet ist, daß die Impedanzwandlerstufi; aus gleichartig ausgebildeten, je einem der Widerstände in den Brückenzweigen zugeordneten Teilschaltungen besieht, die in Kollektorbasisschaltung betriebene Transistoren (Tl, T2) enthalten, deren Fußpunkte unmittelbar leitend verbunden sind mit dem der Betriebsstromquelle (— TB) einerseits und den Widerstanden (Rl, R2) andererseits gemeinsamen Schaltungspunkt, und daß die bistabile Kippstufe aus über Widerstände wechselseitig rückgekoppelten Transistoren ' Γ3, 74) symmetrisch aufgebaut ist, die abhängig von der Polarität der eingangsseitig anliegenden Gleichspannung ,differenz das über die Impedanzwandlerstufe an den Kippstufeneingang gelangenden Potential uer Betriebsstromquelle derart auf die eine oder andere Ausgangsklemme durchschalten, daß über kollektorseitig vorgesehene an Masse geführte Widerstände (Rl, R8) an ihrem mit dem Eingang der Doppelstromübertragungsschaltung gekoppelten Ausgang ein Gleichstrom wechselnder Richtung zustande kommt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Eingang der Kippstufe über ein Impedanzglied und über eine Impedanzwandlerstufe parallelen Widerstände (Rl, R2) der Brückenschaltung gegenüber herkömmlichen Schaltungen niedrigere Ohmwerte aufweisen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und

2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Eingang der Kippstufe über ein Impedaiizglied und über eine Impedanzwandlerstufe parallelen Widerstände (Rl, R2) der Brückenschaltung unterschiedlich dimensioniert sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Impedanzwandlerstufe vorgeschaltete Impedanzglied aus kapazitiven und ohmschen Schaltelementen (Cl₁ A3, R4) gebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (71) der Teilschaltung der Impedanzwandlerstufe, die dem mit dem Einfachstromsignal beaufschlagten Widerstand (Rl) zugeordnet ist, mit einem spannungsbegrenzenden Element verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das spannunjjsbegrenzende Element aus einer zwischen Basis und Kollektor des Transisiors geschalteten Zenerdiode (SZ) besteht.

7. Schallungsanordnung nach Anspruch 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß die mit ihrem Eingang an den Ausgang der Kippstufe geschaltete Doppelstmmiiberiragiingsschaltung aus einem elektronischen Relais (AE) besteht.