DE2234501A1 - Schaltungsanordnung fuer ein elektronisches telegrafenrelais - Google Patents

Schaltungsanordnung fuer ein elektronisches telegrafenrelais

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Description

Patentanwalt
Dipl.-Phys. Leo Thul
Stuttgart
M.J.CIerc 5-1
INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK
Schaltungsanordnung für ein elektronisches Telegrafenrelais.
Bei der Telegrafieübertragung werden üblicherweise Grundsignale, genannt Schritte, nacheinander über eine Leitung übertragen. Die Dauer jedes Schrittes hängt von der verwendeten Übertragungsgeschwindigkeit ab. Sie beträgt bei 50 Baud 20ms. Bei der Übertragung mit Doppelstrom kann jeder Schritt positiv oder negativ sein. Der Sender verbindet die Leitung mit positivem Potential oder mit negativem Potential, wobei die Rückleitung über Erde erfolgt.
Bei bekannten Anwendungen ist die. Sendeeinrichtung ein elektromechanisches Senderei.ais mit einer Steuerwicklung, die die zu übertragenden Signale empfängt, und einem Umschaltkontakt, um die Leitung entweder mit dem positiven oder mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle zu verbinden, deren Mitte geerdet ist. Derartige Spannungsquellen werden Telegrafenbatterien genannt. Um die beiden Pole der Batterie gegen Kurzschlüsse zu schützen werden.zwei Lastlampen zwischen diesen Polen und dem Sendekontakt' eingefügt. Weiterhin ist zum Schutz des Kontaktes gegenüber Intensitäten und Überspannungen ein Funkenlöschkreis, bestehend aus Spulen und Kondensatoren vorgesehen. Weiterhin ist zum Ausgleich von Differenzen in den Kennlinien der Leitungen und der Änderungen der Kennlinien auf der gleichen Leitung ein einstellbarer Widerstand vorgesehen, der zwischen dem Sendekontakt und der Leitung liegt. Es sind periodische Messungen notwendig, um den positiven oder negativen Leitungstrom auf einem gleichen genormten Wert (20 mA) zu halten.
Die mit einer Leitung verbundene Sendeanordnung enthält also ein Relais, zwei Lastlampen, eine Funkenlöschung und einen einstellbaren Widerstand. Diese Elemente
30.Juni 1972
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sind umfangreich und teuer. Ihre Lebensdauer ist relativ gering, insbesondere die des Relais.
Es ist auch ejne Einfachstromübertragung möglich, bei der über die Leitung' nur eine einzige Polarität übertragen wird. Der andere Pol der Batterie, die dann ohne Mittelpunkt ist, ist mif Erde verbunden. Das Senderelais gleicht demjenigen für die Doppel strom übertragung und hat die gleichen Nachteile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für ein elektronisches Telegrafenrelais zum Schutz gegen Leitungskurzschlüsse und auf der Übertragungsleitung auftretende Überspannungen, bei dem, gesteuert durch Telegrafensignale, an die Übertragungsleitung Ströme angelegt werden, zu schaffen, das die Nachteile der mechanischen Relais vermeidet und die günstigen Eigenschaften des mechanischen Relais weiterhält oder sogar verbessert. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch die Verwendung einer getasteten Konstantstromquelle im Ausgangskreis zum Schutz gegen Leitungskurzschi Usse und einer Überwachungsschaltung für die Elemente der Konstantstromquelle gefährdende Fremdpotentiale, durch die bei Ansprechen diese Elemente stromlos gemacht werden. Die Lebensdauer dieser Anordnung ist deutlich besser als die der bestehenden elektromechanischen Relais, während der Preis etwa in der gleichen Größenordnung ist. Andere Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nun anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausfuhrungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig.l das Prinzipschema eines Telegrafenrelais für Doppelstrom gemäß der
Erfindung und
Fig.2 die Schaltungsanordnung für ein Ausfuhrungsbeispiel des Relais nach Fig.l
Es wird zuerst das Prinzip der Arbeitsweise des Relais gemäß der Erfindung anhand der Fig. 1 erläutert. Das Relais enthält einen Steuerkreis CD, der die Steuersignale Über die Leitung ENT empfängt, eine Treiberstufe CM, die einmal
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mit einem Steuerkreis CGI für eine Konstantstromquelle GH, die mit dem Pol +V einer Telegrafenbatterie BT verbunden ist, und zum anderen mit dem Steuerkreis CG2 für eine Konstantstromquelle G12, die mit dem Pol -V der Telegrafenbatterie BT verbunden ist, sowie zwei Dioden Dl und D2, eine Telegrafenleitung LT, die in der Form eines Lastwiderstandes dargestellt ist, einen Schutzkreis CPl für die Konstantstromquellen GIl und einen Schutzkreis CP2 für die Konstanistromquelle G12.
Der Steuerkreis CD enthält eine Lichtquelle D3, die die über die Leitung ENT empfangenen elektrischen Signale im Lichtsignale umwandelt, und eine Fotozelle QO, die diese Lichtsignale in elektrische Signale umwandelt. Man erhält so eine vollständige Isolierung zwischen dem Eingangskreis und den Sendekreisen. Die Speisespannung für die Lichtquelle D3 kann unterschiedlich zu der Speisespannung für die Fotozelle QO sein. Alle Elemente, die hinter (rechts) der Fotozelle QO liegen, wenden von der Telegrafenbatterie BT gespeist.
Wenn kein Signal am Eingang ENT des S?teuerkreises CD anliegt, sperrt die Treiberstufe CM den Steuerkreis CG2 der Konstantstromquelle GI2, die dann kernen Strom abgibt. Der Steuerkreis CGI ist durchgeschaltet und steuert die Konstantstromquelle GIl an, die einen positiven Strom Il abgibt. Die Konstantstromquelle GI2 ist gesperrt und stellt damit einen sehr großen Widerstand dar, der als unendlich betrachtet werden kann. Das gleiche gilt für den Schutzkreis CP2. Der Konstantstrom 11 wird deshalb vollkommen an die Telegrafenleitung LT abgegeben.
Wenn ein Signal am Eingang ENT des Steuerkreises CD auftritt, gibt die Fotozelle QO ein Signal an die Treiberstufe CM ab, die dann den Steuerkreis CGI der Konstantstromzelle GIl sperrt. Die Konstantstromquelle gibt dann keinen Strom mehr ab. Gleichzeitig wird der Steuerkreis CG2 entsperrt und schaltet die Konstantstromquelle G12 ein, die einen negativen Strom 12 abgibt. Die Konstantstromquelle CGI ist gesperrt und stellt damit einen praktisch unendlichen Widerstand dar. Das gleiche gilt für Schutzkreis CPl. Der Konstantstrom 12 wird
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dann nur über die Telegrafenleitung LT Übertragen.
Es soll jetzt angenommen werden, daß eine dauernde positive Überspannung zufällig auf der Telegrafenleitung LT auftritt. Die Diode Dl ist gesperrt und die Diode D2 ist leitend. Wenn angenommen wird, daß die Konstantstromquelle GI2 gesperrt ist, ist der Widerstand, gesehen von der Kathode der Diode D2 sehr groß. Es kann dann infolge des Auftretens dieser Leitungspannung praktisch kein Strom über D2, GI2 und BT fliessen. Es ist ausreichend, wenn die Diode DI eine maximale Gegenspannung aushält, die Über dieser Leitungspannung liegt und wenn die Ausgangsstufe der Konstantstromquelle G12 diese Spannung aushält. Wenn man jedoch annimmt, daß die Konstantstromquelle GI2 den Strom 12 abgibt, überlagert sich der durch das Auftreten der Spannung auf der Leitung erzeugte Strom demStrom 12. Dieser Strom wird jedoch durch den Schutzkreis CP2 festgestellt. Der Schutzkreis CP2 wirkt auf den Steuerkreis CG2 ein, der die Konstantstromquelle G12 dann sperrt. Die Lage ist damit wieder auf den vorhergehenden Fall zurückgeführt. Das oben geschriebene elektronische Telegrafenrelais ermöglicht so die Aussendung eines konstanten Stromes über die Telegrafenleitung, wobei weder ein Funkenlöschungskreis noch Regelwiderstände vorgesehen werden müssen.
Anhand der Fig.2 wird jetzt ein Ausfuhrungsbeispiel beschrieben, das entsprechend dem Prinzipschema in Fig. 1 arbeitet.
Der Steuerkreis CD enthält eine Elektroluminizenzdiode D3 und einen Fototransistor QO, dessen Kollektor über einen Spannungsteiler, der aus den Widerständen R2, R3 und R4 besteht, mit dem positiven Pol +V der Telegrafenbatterie BT verbunden ist und dessen Emitter über einen Widerstand Rl an Erde liegt.
Die Treiberstufe CM enthält einen npn Transistor Ql und einen Widerstand R5 zur Erzeugung der Vorspannung für den Kollektor des Transistors Ql. Die Basis des Transistors Ql ist mit dem Emitter des Fototransistors QO verbunden und
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der Emitter mit Erde.
Der Steuerkreis CGI enthält einen npn Transistor Q2, die Widerstände R9 und R8 zur Erzeugung der Vorspannung für den Emitter, die Widerstände Ro und R7 zur Erzeugung der Vorspannung für den Kollektor und eine Basisschal tdiode D4. Die Basis des Transistors Q2 ist über einen Widerstand Rio mit dem Kollektor des Transistors Ql der Treiberstufe CM verbunden.
Der Steuerkreis CG2 ist identisch mit dem Steuerkreis CGI mit der Ausnahme, daß der Transistor Q5 vom pnp Typ ist und daß die Leitrichtung der Basisschal tdiode D5 umgekehrt ist.
Die Konstantstromquelle GIl enthält einen pnp Transistor Q6, dessen Emitter mit dem positiven Pol der Telegrafenbatterie BT verbunden ist, einen einstellbaren Widerstand RX, eine Diode D6, einen Widerstand Rl7 und einen Verstärker, der durch die zwei Transistoren Q8 und Q9 gebildet ist, wobei die letztere ein npn Leitungstransistor ist.
Die Konstantstromquelle GI2 ist identisch mit der Konstanistromquelle GIl mit der Ausnahme, daß der Transistor Q3 vom npn Typ ist und daß der Ausgangstransistor QlO den Verstärker Q8, Q9 ersetzt.
Die Konstantstromquelle G12 muß einen Strom abgeben, der einjsni^gegengesetztes Vorzeichen zu dem Strom von der Konstantstromquelle Gl] hat. Zu diesem Zweck kann der Ausgangstransistor ein npn Leistungstransistor sein, wie es auch der Transistor Q9 der ersten Konstantstromquelle GIl ist, ohne daß es jedoch notwendig ist, einen Zwischentransistor vom pnp Typ zu verwenden wie den Transistor Q8 der ersten Konstantstromquelle.
Der Schutzkreis. CPl enthält einen npn Transistor Q4, eine aus den Widerständen R20 und R21 bestehenden Kreis zurErzeugung der Vorspannung für den Emitter und einen Kollektorwiderstand R19; Der Schutzkreis CP2 istdem Schurzkreis CPl identisch mit der Ausnahme, daß der Transistor Q7 vom pnp Typ ist.
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Wenn kein Signal am Eingang ENT des Steuerkreises CD anliegt, gibt die Lumunizenzdiode D3 kein Lichtsignal ab und der Fototransistor QO ist gesperrt. Dann ist auch der Transistor Ql der Treiberstufe CM7 bei dem Emitter und Basis an Erde liegen, gesperrt. Der Wert der Widerstände R5-R15-R11 ist so, daß die an den Kollektor des Transistors Ql angelegte Spannung positiv ist. Der Transistor Q2 des Steuerkreises CGI ist leitend und der Transistor Q5 des Steuerkreises CG2 ist gesperrt.
Durch' den Kollektorstrom des Transistors Q2 entsteht an den Anschlüssen des Widerstands R6 eine Potentialdifferenz und es fließt ein Basisstrom im Transistor Q6, der leitend wird. Es fließt weiterhin ein Strom in dem nachfolgenden Stromkreisrpositiver Pol +V der Batterie BT, Diode Do, Widerstand Rl7, Erde. Durch diesen Strom wird eine bestimmte Potentialdifferenz an den Anschlüssen der Diode D6 erzeugt. Da der Transistor Q6 leitend ist, liegt diese Potentialdifferenz, verringert um den Emitter-KoIlektorschwelIwert des Transistors Q6 und den Basis-Emitterschwellwert des Transistors Q8, an den Anschlüssen des Widerstandes RX. Es fließt dann" ein Strom, der nur durch den Wert des Widerstandes RX bestimmt ist, im Transistor Q8, dessen Kollektorstrom eine lineare Funktion des Basisstromes ist und nicht von der Last im vorgesehenden Arbeitsbereich abhängt. Die Verstärkerstufe Q8-Q9 gibt so über die Diode Dl einen Leitungsstrom Ilvon 2OmA ab, unabhängig von den Leitungsbedingungen zumindest in vorgegebenen Grenzen.
Sobald ein Signal am Eingang ENT des Steuerkreises CD eintrifft, gibt die Elektroluminizenzdiode D3 ein Lichtsignal zum Fototransistor QO ab, der dann leitend wird. Es fließt dann ein Strom über die Widerstände R3, R2, Rl und den Fototransistor QO zur Basis des Transistors Ql in der Treiberstufe CM. Der Transistor Ql wird leitend und sein Kollektor liegt dann etwa auf Erde. Die positive Vorspannung an der Basis des Transistors Q2 des Steuerkreises CGI verschwindet. Dieser Transistor wird gesperrt. Andererseits wird am gemeinsamen Punkt der Widerstände R15 und RIl das Potential negativ, sodaß der Transistor Q5
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leitend wird. Durch den Kollektorstrom des Transistors Q5 wird eine Potentialdifferenz an den Anschlüssen des Widerstandes R14 erzeugt und ein Basisstrom im Transistor Q3, der dann leitend wird. Gemäß dem schon oben beschrieben Verfahren wird dann ein Strom I2#der nur von dem Wert des Widerstandes R7X abhängt und nicht von der Last, über die Diode D2 abgegeben. Der Leitungstrom 12, der gegenüber dem Strom Il ein entgegengesetzes Vorzeichen hat, hat eine Stärke von 2OmA, unabhängig von den Leitungsbedingungen innerhalb vorgegebener Grenzen.
Das beschriebene elektronische Telegrafenrelais enthält zwei Konstantstromquellen. Man braucht deshalb keinen Schutzkreis gegenüber Intensitäten vorzusehen, sondern nur Schutzkreise gegenüber Spannungen. Es wird nachfolgen die Arbeitsweise dieser Schutzkreise beschrieben, deren Zweck ist, die Ausgangselemente gegen eventuelle Zerstörung zu stützen, die sich aus dem Anlegen erhöhter Spannungen über die Telegrafenleitung ergeben können. Wenn als Beispiel angenommen wird, daß an die Telegrafenleitung LT eine Spannung in der Größenordnung von +200V angelegt wird, ist die Diode Dl, die eine entgegengesetzte Leitrichtung hat, gesperrt. Sie muß jedoch diese Gegenspannung aushalten. Dioden mit kleinen Dimensionen, die diese Gegenspannungen aushalten, sind allgemein bekannt. Es sind jetzt zwei Fälle möglich: Die Konstantstromquelle GIl oder die Konstantstromquelle G12 gibt einen Strom ab. Wenn die Konstantstromquelle GIl den Strom Il abgibt, ist die Konstantstromquelle G12 gesperrt. Der Widerstand, gesehen von der Diode D2 und dargestellt durch die Konstantstromquelle GI2 und den Schutzkreis CP2 ist sehr groß. Durch diese Überspannung kann dann praktisch kein Strom auftreten und der Ausgangstransistor QlO der Konstantstromquelle GI2 muß diese Spannung aushalten. Ein sehr kleiner Teil dieser Spannung (maximal ein Hundertstel)w?rd an den Transistor Q7 des Schutzkreises über den Spannungsteiler R23-R24 angelegt. Dieser Transistor !<ann auch leicht diese Vergrößerung der Spannung aushalten.
Wenn die Konstantstromquelle GI2 den Strom 12 abgibt, ist die Konstantstromquelle GIl gesperrt. Die Diode D2 ist leitend und die Spannung wird an den Kollektor des Transistors QlO angelegt. Wenn kein Schutzkreis vorgesehen wäre,
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müßte der Ausgangstransistor QlQ für einen normalen Sendestrom von 2OmA auf einer Telegrafenleitung LT mit einem Widerstand von 3k £L eine Leistung in der Größenordnung von 5W aufnehmen.
Diese Überspannung wird auch an den Eingang eines aus den Widerständen R23 und R24 gebilden Spannungsteilers angelegt, dessen Verbindungspunkt mit dem Emitter des Transistors Q7 im Schutzkreis CP2 verbunden. Dieser Transistor wird leitend und es fließt ein Strom über den Transistor Q7, den Widerstand R22 und den Widerstand RIl im Steuerkreis CG2. Das Potential am gemeinsamen Punkt der Widerstände R15 und RIl wird positiv und damit der Transistor Q5 gesperrt, der dann, wie schon oben geschrieben, den Transistor Q3 der Konstantstromquelle GI2 sperrt. Damit ist die Konstantstromquelle G12 gesperrt und man ist auf dem schon beschriebenen Fall zurückgeführt.
Es soll Jetzt angenommen werden, daß eine Spannung von -200 V auf der Telegrafenleitung LT auftritt. Die in Gegenrichtung polarisierte Diode D2 sperrt. Es wurde schon oben erläutert, daß es Dioden gibt, die Gegenspannungen dieser Größenordnung aushalten. Die Diode Dl ist leitend und, wie schon oben beschrieben, ist der einzige kritische Fall derjenige, daß die Konstantstromquelle GIl den Strom Il abgibt. Ein Teil dieser Spannung wird an den Emitter des Transistors Q4 des Schutzkreises CPl angelegt. Der Transistor wird leitend und es fließt ein Strom über den Transistor Q4, den Widerstand Rl9, die Diode D4 und den Widerstand R8 des Steuerkreises CGI. Das Potential an der Basis des Transistors Q2 im Steuerkreis CGI wird gegenüber dem Emitter negativ und der Transistor Q2 sperrt und leitet damit über die Sperrung des Transistors Q6 die Sperrung der Konstantstromquelle GIl ein.

Claims (5)

M.J.CIerc5-l 2234SU1 Ansprüche
1. Schaltungsanordnung für ein elektronisches Telegrafenrelais zum Schutz gegen Leitungskurzschlüsse und auf der Übertragungsleitung auftretende Überspannungen, bei dem, gesteuert durch Telegrafensignale, an dfe Übertragungsleitung Ströme angelegt werden, gekennzeichnet durch die Verwendung einer getasteten Konstantstromquelle (GI2) im Ausgangskreis zum Schutz gegen Leitungskurzschlüsse und einer Überwachungsschaltung (CP2) für die Elemente der Konstantstromquelle gefährdende Fremdpotentiale, durch die bei Ansprechen diese Elemente stromlos gemacht werden.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für DoppeIstrombetrieb zwei Konstantstromquellen (GIl, GI2) und zwei Überwachungsschaltungen (CPl, C.P2) vorgesehen sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch opto-elektronische Mittel (D3, QO) zur Potentialtrennung zwischen Steuerkreis und Sendekreis,.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangskreis der Konstantstromquelle (G 12) die Kollektor-Emitterstrecke eines als Schalter betriebenen Steuertransistors (Q3), ein Widerstand (R'X) und die Kollektor-Emitterstrecke eines Leistungstransistors (QlO) in Reihe mit der Last (LT) an die Betriebsspannungsquelle (BT) angeschaltet sind und daß die Basis des Leistungstransistors (QlO) an einem Abgriff eines an die Betriebsspannungsquelle (BT) angeschlossenen Spannungsteilers aus einem Widerstandstand (Rl8) und einer Diode (D7) angeschlossen ist, wobei die Diode (D7) zwischen dem Emitter des Steuertransistors (Q3) und der Basis des Leistungstransistors (QlO) liegt.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für Doppelstrombetrieb zwei im Gegentakt arbeitende Konstantstromquellen vorgesehen sind, daß in beiden Gegentaktkreisen Leistungstransistoren (Q9, QlO) des einen Leitfähigkeitstyps verwendet werden und daß dem einen Leistungstransistor (Q9) eine einen Transistor (Qo) des anderen Leitfähigkeitstyps enthaltende Vorstufe vorgeschaltet ist.
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