DE2250859C2

DE2250859C2 - Schaltungsanordnung für den Übergang von Zwei- auf Vierdrahtbetrieb für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen

Info

Publication number: DE2250859C2
Application number: DE2250859A
Authority: DE
Inventors: Joel Serge Creteil Colardelle; Pierre Paris Girard; Claude Paul Henri Maurepas Lerouge
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1971-10-20
Filing date: 1972-10-17
Publication date: 1984-05-24
Also published as: FR2157150A5; BE790216A; AU4739172A; DE2250859A1; GB1389559A; US3886322A; AU474545B2

Description

a) zwischen den Adern (A, B) des Zweidrahtanschlusses eine Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand (R 1) und einem ersten Kondensato. (Cl) liegt,

b) der erste und de^r vierte Transistor (Tl, TA) dem einen Leitfähipkeitstyp und der zweite und der dritte Transistor (T2, ^3) dem dazu komplementären Leitfähigkeitsiyp angehören,

c) die Emitteranschlüsse des ersten und des zweiten Transistors (Ti, 72) über eine Reihenschaltung, bestehend aus einem zweiten Widerstand (R 2) und einem zweiten Kondensator (C2). miteinander verbunden sind und der Kollektoranschluß des zweiten Transistors (T2) mit dem Massepol (Erde) verbunden ist,

d) die Basisanschlüsse des dritten und vierten Transistors (Ti, T4) unter Verwendung eines dritten Widerstandes (R 3) miteinander verbun- ·τ> den sind, wobei der Basisanschluß des vierten Transistors (T4) mit einem das ankommende vierdrahtseitige Signal aufnehmenden Anschluß (D) verbunden ist,

e) das abgehende vierdrahtseitige Signal über ei- ^r,o nen als ersie Urstromquelle wirkenden, in Basisgrundschaltung mit geerdeter Basis betriebenen Transistor (T 7) an seinem Kollektoranschluß abgegeben wird, dessen Emilteranschluß mit dem Basisap.schluß des dritten Transistors (T3) und mit dem Kollektoranschluß des ersten Transistors (Tl) verbunden ist,

f) für die Signalübertragung die Stromsteuerung auf der Seite des Koppelfeldes dadurch erreicht ist. daß die im abgehenden Vierdrahizweig sich mi befindende Urstromquelle (T7) mit der Reihenschaltung aus dem Längswiderstand (Rds) des Koppelfcldes und einem vierten Widerstand (R 12) belastet ist und daß dem im ankommenden Vierdrahtzweig befindlichen Reihen- ti¹» längswiderstand (Rds) des Koppclfeldes eine /weite Urstromquelle (Tl I) vorgeschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis R 2/r 1 = π und das Verhältnis r3IR 4 = η + 1 gewählt ist, wobei r 1 die Eingangsimpedanz des Zweidrahtanschlusses, r 3 die Impedanz zwischen den Basen des dritten und vierten Transistors (T3, T4), R 2 der zweite Widerstand. R 4 der zwischen den Emittern des dritten und vierten Transistor! (T3, T4) liegende Widerstand und π das Übersetzungsverhältnis ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, in Verbindung mit einem in jeder Übertragungsrichtung nur einadrig durchzuschaltenden Koppelfeld, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stromversorgungsanschlüssen der Schaltungsanordnung und den Versorgungsstromquellen jeweils ein Filter angeordnet ist, welches durch einen elektronischen, das Nebensprechen reduzierenden und den Kurzschlußstrom begrenzenden Zweipol (F i g. 7) gebildet ist.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für den Übergang von Zwei- auf Vierdrahtbetrieb für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der DE-OS 20 61 954 bekannt.

Gattungsgleiche Schaltungsanordnungen sind bereits bekannt (DE-OS 20 50 742) oder vorgeschlagen worden (P 22 23 8615). Diese Schaltungsanordnungen sind insbesondere für die Verwendung in solchen Vermittlungsanlagen angepaßt, die Koppelfelder mit elektroinischen Koppelpunkien verwenden, deren Widerstände in Durchschallzustand nicht vernachlässigbar sind. Diese Anpassung wird durch die Anwendung einer Siromstcuerung erreicht, bei der der Wert des Stromes unabhängig vom Belastungswidersiand. C. h. von den im Verbindungsweg liegenden Widerständen, ist. In diesen Schaltungsanordnungen wird der Übergang von Zweiauf Vierdrahtbetrieb mit einem Gabelübertrager bewerkstelligt, durch den gleichzeitig eine galvanische Trennung der Teilnchmeranschlußleiiung von der Vermittlungsstelle erreicht wird.

Die von einer derartigen Schaltungsanordnung zn erfüllenden Funktionen sind im einzelnen folgende:

1. die Teilnehmerleitung muß vom Koppelfeld in solcher Weise getrennt werden, daß ein Kurzschluß auf der Teilnehmerleitung keinen Schaden in der Vermiulungsanlage anrichtet:

2. der Übergang soll von symmetrischem Zweidrahtbetrieb auf unsymmetrischem Vierdrahtbetrieb erfolgen und die Signalübertragung soll in beiden Übertragungsrichtungen möglich sein;

3. die Signalübertragung soll unabhängig vom Wert der Belastungswiderstände auf der Vierdrahtseite sein;

das Nebensprechen soll verringert werden, insbesondere jenes Nebensprechen, das aufgrund der Kopplung über die Stromversorgung entsteht.

Durch die bereits erwähnte DE-OS 20 bl 954 ist eine Gabelschaltung bekannt, die mit Diffcren/.vcrstärkern ims Transistoren arbeitet. Dabei ist ein erster Verstärker unter Verwendung von Koppclkondcnsaiomt mit seinem Eingang an den iinkummcndcn Vicrdrahian-

schluß und mit seinem Ausgang an den Zweidrahtanschluß angeschlossen und mit einem symmetrischen gleichspannungsgekoppelten Ausgang versehen, ein Gleichspannungsdifferentialverstärker mit seinem Eingang über ein Dämpfungsnetzwerk an den Zweidrahtansehluß und mit seinem Ausgang an den abgehenden Vierdrahtanschluß angeschlossen und ein dritter Verstärker mit seinem Eingang an den ankommenden Vierdrahtanschluß und mit seinem Ausgang an den abgehenden Vierdrahtanschluß angeschlossen. Diese Gabelschaltung ist an übliche Signalisierungs- und Leitungsspeiseverfahren angepaßt und gegen die auf der Teilnehmerleitung auftretenden Induktionsspannungen geschützt. Allerdings ist naciiteilig, daß die Gabelschaltung mit Koppelkondensatoren arbeitet, da diese durch ihre geringe Impedanz relativ hohe Kapazitätswerte aufweisen und deshalb einer Ausführung in integrierter Schaltkreisteehnik entgegenstehen. Ferner ist der Aufwand an Bauelementen verhältnismäßig hoch.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der keine Koppelkondensatoren verwendet werden, bei der der Aufwand an Bauelementen gering gehalten ist und bei der auch eine Anpassung an die Belastungswiderstände auf der Vierdrahtseite erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine weitere, einfache Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis R2lr\ = π und das Verhältnis r 3/« 4 = η + 1 gewählt ist, wobei r 1 die Eingangsimpedanz des Zweidrahtanschlusses, r 3 die Impedanz zwischen den Basen des dritten und vierten Transistors (T3, 74), R 2 der zweite Widerstand, R 4 der zwischen den Emittern des dritten und vierten Transistors (T3, T4) liegende Widerstand und π das Übersetzungsverhältnis ist.

Wenn ein in jeder Übertragungsrichtung nur einadrig durchzuschaltendes Koppelfeld vorliegt, so kann gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung zwischen den Stromversorgungsanschlüssen der Schaltungsanordnung und den Versorgungsstromquellen jeweils ein Filter angeordnet werden, welches durch einen elektronischen, das Nebensprechen reduzierenden und den Kurzschlußstrom begrenzenden Zweipol gebildet ist.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung eines Sprechweges in Übersichtsdarstellung.

Fig.2 eine ausführliche Schaltungsanordnung für den Übergang von Zwti- auf Vierdrahtbetrieb und eines Verbindungssatzes,

Fig.3 ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung der Gleichstromverteilung,

F i g. 4 ein ausführlicher dargestellter Teil der F i g. 3,

F i g. 5 eine vereinfachte Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 zur Darstellung des Wechselstrombetriebes,

Fig.6 eine Schaltungsanordnung zur Erläuterung der Signalreflektionen und

Fig.7 einen in die Stromversorgungszuleitung geschalteten Zweipol.

I.Allgemeine Beschreibung

Die Fig. 1 zeigt ein Übersichtsschaltbild für einen Verbindungsweg, der von einer zweiadrigen Teilnehmerleitung A, B über ein Koppelfeld zu einer andere.ι zweiadrigen Teilnehmerleitung A', B'führt. Dieser Verbindungsweg weist zwei Fernsprechapparate SS. SS', zwei Schaltungsanordnungen LC. LC'ffirden Übergang von Zwei- auf Vierdrahtbetrieb, einen Verbindungssatz / und unsymmetrische Verbindungsteilwege C— E D-F. C-E' und D'—F auf. Diese Verbindungsteilwege werden durch elektronische Koppelpunkte innerhalb eines Koppfeldes gebildet.

Die Koppelpunkte können durch MOS-Transistoren gebildet sein, so wie es in den französischen Patentschriften 15 55 813 (entspricht P 18 13 580) und

lu 69 44 164 (entspricht P 20 61 990) beschrieben ist. Diese mit Q l.<?2, Q 3. Q 4 bezeichneten Transistoren werden an ihren GaieElektroden Pbzw. fgesteuert.

Generell weist ein Koppelfeld η Koppelstufen auf, und jeder Transistor in F i g. 1 symbolisiert dann η

H MOS-Transistoren, die in Reihe geschaltet sind und einen Gesamtwiderstand Rds haben.

In Fig. 1 und in den Fig. 2 und 5 zeigt das Symbol -?die Richtung der Signalübertragung an.

In Fig.2 ist eine ausführliche Schaltungsanordnung

LC für dew Übergang von Zwei- auf Vierdrahtbetrieb und eines Verbindungssatzes / dargestellt, die durch zwei Spannungsquellen + Vund — Vmi. einer Potentialdifferenz von 2 V gespeist werden. Diese Spannungsquellen sind mit den Stromversorgungsanschlüssen der Schaltungsanordnung über Zweipole Pl, Pl. PW verbünde:;, wie sie beispielsweise in der französischen Patentanmeldung 7125 013 (entspricht P 22 32 986) beschrieben sind. Die Arbeitsweise eines solchen Zweipoles wird unter Ziffer 4 nochmals beschrieben.

jo Im folgenden werden die wichtigsten Komponenten der Schaltungsanordnung LCangegeben. Es ist ein Differenzverstärker aus zwei komplementären, emitterrückgekoppeltcn Transistoren Ti, 72 vorgesehen. Die Differentialverbindung und die Rückkopplung werden

j5 wechselstrommäßig dadurch erreicht, daß zwischen den Emittern der Transistoren die Reihenschaltung aus einem Widerstand R2 und einem Kondensator C2 liegt. Von der Gleichstromversorgungsseite her gesehen wird, jeder Transistor als Konstantstromgeneniior betrieben, da seine Basis-Emitter-Spannung durch eine Z^nerdiode D I bzw. D 2 bestimmt wird. Diese Zenerdioden DX.D2 sind untereinander gleich, und die Widerstände R 5, /?6 haben denselben Wert, so daß die zwei Transistoren gleiche konstante Strömt /1 und /2 führen. Dieser Differenzverstärker wird für dip Signalübertragung in der abgehenden Übertragungsrichtung M benutzt. Ferner ist ein weiterer Differenzverstärker aus zwei komplementären, emitterrückgekoppelten Transistoren 73, 74 vorgesehen, deren Emitter durch einen Widerstand R 4 miteinander verbunden sind. Dieser zweite Differenzverstärker wird unmittelbar über die Zenerdioden DI, D 2 gespeist und wird von eir.~m Gleichstrom /34 durchflossen. Er wird zur Signalübertragung in der ankommenden Übertragungsrichtung N benutzt. Ferner ist eine Stromverzweigungsanordnung für den Strom /1 zwischen den Adern m und η vorgesehen. Ein Teil /7 des Stromes /1 fließt über die Ader m zur Spannungsquei'ie — V im Verbindungssatz /. Der übrigbleibende ~eil /11 des Stromes /1 fließt durch als Diodengcschaltete Transistoren 75. 76 und über die Ader η zur Spannungsquelle — Vim Verbindungssatz / Der Verbindungssatz / besteht aus zwei identischen, miteinander verbundenen Hälften, die wechselstrommäßig durch Kondensatoren CiI, (.'12 gekoppelt sind.

b5 Die mit der Schaltungsanordnung LC(1.C) zusammenarbeitende Verbindungssatzhalfte weist einen Transistor (Tii, (7Ί2), eine Diode DII, (D 12) und Widerstände R 12. R 13. (R 15, R 16) auf. Wcchselstrommäßig

Lt.

liegen die einen Anschlüsse dieser Widerstände über einen Kondensator C 13 an Erde.

I■'i g. i zeigt ein Ersatzschaltbild für die gesamte Schaltungsanordnung in 1-i g. 2. womit die Verteilung der Gleichströme in den verschiedenen Zweigen verdeutlicht werden kann. In diesem Ersatzschaltbild sind die Ausgangsspannungen der Stromversorgungszweipole mit + V". — V und — V" bezeichnet. Der Ersatzwiderstand eines Transistors, beispielsweise der des Transistors Ti, ist übrigens mit R(T I) be/.eiehnel worden. Ein solcher Widerstand ist bekanntlich gleich dem Verhältnis von Kollektor-Eniittcr-Spanming zum Kollcktorstrom.

Man kann folgende Ströme unterscheiden:

a) den in der Impedanz der leitung //. fließenden Strom //. und den im Differenzverstärker Ti — T 4 fließenden Strom /34.

b) den von der Ürslromqueiie Ti abgegebenen Strom /1.

c) die Strome/7 und / I !.wobei/7 +/1I = /list,

d) den durch den Transistor T2 fließende Strom /2, dessen Aufgabe es ist. ilen durch die Spannungsquelle V und V" hervorgerufenen Stiom im Gleichgewicht zu halten.

2. Gleichstrombetrieb

Es wird zunächst die Gleichstromarbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 beschrieben, wobei vorausgesetzt ist, daß in jedem Transistor der Kollektorstrom und der Emitterstrom gleich sind und daß der Basisstrom gegenüber diesen Strömen vernachlässigbar ist. Der durch diese Näherung hervorgerufene Fehler ist vernachlässigbar (1% für hfe — 100. wobei mit Me der Verstärkungsfaktor in F.mittergrundschaltung bezeichnet wird).

Wie aus F i g. 2 zu erkennen ist. sind der Widerstand « 1 mit dem Kondensator Cl und der Widerstand R 2 mit dem Kondensator C2 in Reihe geschähet, so daß diese Widerstände den Gleichsimmbetrieb nichl beeinflussen.

Wie vorher schon erwähnt, rufen die Spannungsqucllcn + V und — V einerseits konstante Ströme / I und /2 und andererseits die Strome /34 und //, hervor, wobei der letztgenannte Strom vom Wert der Leitungsimpedanz ZL abhängt. Du die Stromversorgungszweipole einen nicht vernachlässigbaren Innenwiderstand haben (siehe unter Ziffer 4). sind die Spannungen + V und — V nicht konstant. Die Spannung V/an den Anschlüssen der Zenerdiode D 1 ist jedoch konstant und wird als Basis- r.miiier-Spannung für den Transistor Tl benutzt. Durch diesen Transistor fließt deshalb ein konstanter Strom

/1 =

V-

Durch den Differenzverstärker T3—T4 fließt ein konstanter Strom /34. Der Wert des Widerstandes RA ist deran gewählt, daß die Transistoren einen geeigneten dynamischen Betriebsbereich für den Ändcrungsbcreich der Impedanz /L h.iben

Der Strom / 1 teilt vieh gemäß dem Schaltbild in Γ i j:. 4 juf die Adern m und η auf: in dieser Figur sind die ■ils Dioden geschalteten Transistoren Ti. 76 weggelassen worden. Es sei angenommen, daß der Spannungsabfall an der Diode D 11 und der Spannungsabfall an der Basis-Lmitter-Diode des Transistors TW srleich sind. Es ist dann zu erkennen, daß die Spannung am Punkt E gegenüber dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände R 12 und R 13 den Wert VE = R 12 · /7 hat und daß der Emitierstrom des Transistors Tl I den Wert

/11

R 12 Π

RM/hfe + Rli

hat. Man kann auch schreiben:
/7 _ RU/hfe + RU

/11

Ä12

Die Ader m ist der abgehenden Übertragungsrichtung M zugeordnet, während die Ader η der ankominenden Übertragungsrichtung N zugeordnet ist: es ist das Bestreben,

/7

zu machen. Es muß auch R 12 = R 13 für den Wcchscistrombettieb sein.

Um die Ströme /7 und /11 gleichzumachen, muß sein: Ri l/hfc + «13 .^ «12. Damit diese Gleichung

2'. erfüllt wird, genügt es, den Widerstand R 12 gleichstroinmiißig um die Menge R 11/hfe größer zu machen als den Widerstand R 13. Dies kann dadurch erreicht werden, iaß zwischen dem Punkt fund der Diode D 11 entweder eine gesonderte Diode oder eine Parallel-

«i schaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator geschallet wird.

Die die Adern m und π durchfließenden Ströme /7 und /11 sind durch die mit /2 und /3 bezeichneten Informationsströme moduliert, wie noch weiter unten beschrieben wird. Um eine richtige Arbeitsweise der Schaltungsanordnung zu erreichen, genügt eine derartige Speisimg der Schaltungsanordnung unter der Spannungsdifferenz von 2 V. daß unter Berücksichtigung der Widerstände Rds die Kollektor-Emitter-Spannungen der Transistoren T7 und TH groß genug sind, um den dynamischen Bereich der Informationssignale zu bewältigen.

Beispielsweise können folgende Parameter gewählt werden: Ii = 12= 1OmA. /7 = /11 =5mA.

4--I + V = 18 V und - V = 18 V. Rds kann zu 600Ω angenommen werden.

Die Ströme /7 und /11 der beiden Verbindungssatzhälften fließen über den gleichen Stromversorgungszweipol Pll zur Spannungsquelle — K wobei dieser

">» Zweipol durch den Kondensator C13 entkoppelt ist.

3. Wcchselstrombetrieb

Die F i g. 5 gibt das Wechselstromverhaiten des zwisehen zwei Fernsprechapparaten liegenden Verbindungsweges wieder. In dieser Figur sind — wie auch in der F i g. 2 — Schaltungsanordnungen LC. LC für den Übergang von Zwei- auf Vierdrahtbetrieb, der durch zwei miteinander verbundene Verbindungssatzhäiften M) gebildete Verbindungssatz J und der durch die Widerstände Rds symbolisierte Koppelfeldweg gezeigt.

Beim Vergleich der F t g. 5 mit der F i g. 2 ist zu erkennen, daß in Fig. 5 folgende Komponenten weggelassen worden sind:

a) die Widerstände R 5. R 6 und die Zenerdioden D 1. D 2: praktisch haben die Zweipole P\ und P2 eine hohe Wechselstromimpedanz, derart, daß die

Punkte A und Ii vom iirdpoiential getrennt sind; übrigens liegen den Basis-Emiltcr-Strecken der Transistoren ΓΙ und Γ2 Zcncrclioilcn p;ir;illcl. deren Impedanz praktisch 0 ist, so daß keine Wechselspannung an den Widerständen R 5 und R 6 auftreten kann;

die als Dioden geschalteten Transistoren 75 und 7*6, welche eine vernaehiässigbarc Wcchselstrominipedanz haben;

die Kondensatoren C 1 und C2. C11 und C 12; die Widerstände R 11 und R 12.

Es wird nun die Wechselstromarbeitsweise der Schaltungsanordnung für den Übergang von Zwei- auf Vicrdrahtbetrieb beschrieben, wobei vorausgesetzt ist. daß:

a) der Schaltungsanordnung LC ein Eingangsstrom zugeführt wird,

b) die Information am Ausgang der Ader in ein Strom /2 ist, welcher über die Urstromquelle 77 hoher Impedanz (Transistor in Basisgrundschaltung) zugeführt wird;

c) die Eingangsinformation auf der Ader η ein Strom / 3 ist. der über die Urstromquelle 7" 11 hoher Impedanz zugeführt wird.

Es sei hier angenommen, daß die benutzten Transistoren einen sehr hohen Stromverstärkungsfaktor hfe für Emittergrundschaltung haben (hfe > 100). Diese Vereinfachung erlaubt dann eine Betrachtungsweise, bei der wie beim Gleichstrombetrieb der Emittersirom und der Kollektorstrom eines Transistors gleich sind und bei der der Basiskreis eines Transistors keinen Strom verbraucht.

3.1 Parameter der Übergangsschaltung

Die an den Anschlüssen A, B in die Übergangsschaltung hineingesehene Impedanz ZAB wird durch die Parallelschaltung der folgenden Widerstände und Impedanzen gebildet:

n;ing /wischen ihren Emittern ist. Dann ist:

R4 ■ /4 = rl ■ /3 oder: /4 = -— · /3.

R4

(1)

Schließlich wird der Strom i 1 der Schaltung Lt'/.ugeführt, und dieser Strom /4 addieri sich im Widerstand R I. Die Spannung an den Anschlüssen A. ßist dann:

ίο ν 1 = /1(71 + /4) (2')

3.2 Die Grundgleichungen der Schaltung LC

Die Spannung ν 1 wird an die Basen der Transistoren ι". 71 — 7'2 angelegt und tritt auch an den Anschlüssen des Widerstandes R 2 auf. Daher ist:

vl = K 2(73- /2)

Es ist außerdem oben gezeigt worden, daß diese Spannung an den Anschlüssen des Widerstandes R 1 erscheint. Daher ist:

ν 1 = /1(71 + /4)

Wenn diese Gleichung mit der Gleichung (1) kombiniert wird, ergibt sich:

JO vl = rl

RA

(3)

Wenn die Gleichungen (2") und (3) gleichgesetzt werden, ergibt sich:

35

40 RH3- RHI- rlil -rl /3 — = 0

A4

Rl ., Rl ., ., ., rl .
»3 — ti - 11 - /3 —— = 0

r\

a) Widerstand R 1,

b) Eingangswiderstand des Differenzverstärkers

71 - Γ2, der gleich hfe ■ R 2(hfe ■ R 2 > R 1) ist.

c) die Ausgangsimpdeanz des Differenzverstärkers Γ3— Γ4. die sehr groß ist.

Man kann dann schreiben: ZAB = R1. wobei ZAB = rl ist.

Die vom Koppelfeld her gesehene Impedanz ZGH zwischen den Anschlüssen G und H kann in derselben Weise angegeben werden, und es ergibt sich diese Impedanz zu ZGH a R 3 oder ZGH = r 3.

Im folgenden werden die die Widerstände R 1 bis R 4 durchfließenden Ströme definiert. Der Strom /2 fließt durch den Transistor 77, und der Strom /3 fließt durch den Widerstand R 3 (vernachlässigt wird, wie oben angegeben ist, der Teil des Stroms /3, der über die Basis des Transistors 74 fließt). Am Stromknotenpunkt G gilt folgende Gleichung: ix + /2 — /3 = 0 oder ix = /3 — /2. Dieser Strom ix fließt über den Transistor 71, den Widerstand R2 und den Transistor 72 zur Erde.

Wenn angenommen wird, daß ein Strom / 4 durch den Transistor 73, den Widerstand R 4 und den Transistor 74 fließt, kann geschrieben werden, daß die Spannung zwischen den Basen der Transistoren gleich der Span- Rl r\

ri

/2+ /3

\R4

A4

_ _R2\ _
rl J

Es sei angenommen, daß die Widerstände solche Werte haben, daß folgende Gleichungen erfüllt werden:

Ä2

Dabeiist:
Rl rl

ri
A4

Rl r\

= 0.

(4)

(5)

1,

■R3

2 und vl -Ä2(/3-/2) (2")

vl = Rl (/3-/2)

(2)

Das Gleichungspaar (2) und (5) bestimmt die Arbeitsweise der Eingangsschaltung.

Die Werte der Widerstände in Gleichung (4) können auch so gewählt werden, daß das Verhältnis von 1 abweicht. In diesem FaIj verhält sich die Schaltung LC wie ein symmetrischer Übertrager, dessen Übersetzungsverhältnis von I abweicht.

5.3 (Jbcrtragungscigcnschiiftcn

Zunächst wird die Signalübertragung zwischen der Schaltung LC und der Schaltung LC' beschrieben, wobei mit ;' 1. i'2, i'3 die die Schaltung LC betreffenden Ströme bezeichnet werden. Diese Ströme haben in Fig. 5 die gleiche Richtung wie die entsprechenden Ströme in der Schaltung LC.

Die zwei Schaltungen LC und LC sind über einen Verbindungssatz / miteinander verbunden, der Transistoren T M, 712 und Widerstände R 12, R 13, R 15, R 16 aufweist, die alle den gleichen Wert haben.

Daraus ergibt sich, daß ein Ausgangsstrom des Verbindungssatzes, beispielsweise der Strom /'3, gleich dem entsprechenden Eingangsstrom /2 ist. Da aber die Richtungen der Ströme entgegengesetzt zu denen der in der Figur dargestellten Richtungen ist, erhält man:

ϊϊ = - /2

i'2 = - /3

(7)

Wenn die Gleichungen (2) und (5) in der Schaltung LC'angewendet werden, ergibt sich:

Vl = r\(i3 - i'2) (8)

/Ί + i'2 + i'3 = 0 (9) Aus den Gleichungen (2) und (8) ergibt sich:

Vl = - vl (10) Aus den Gleichungen (5) und (9) ergibt sich:

Die Gleichungen (10) und (11) zeigen, daß der von der Schaltung LCüberden Verbindungssatz J zur Schaltung LC hergestellte Verbindungsweg die Wechselstromsignale nach Amplitude und nach Phase überträgt. Diese Eigenschaft der »Transparenz« bleibt gültig, gleichgültig, ob die an die Anschlüsse A. B und A', S'angeschlossenen Impedanzen komplex oder nicht komplex und auf der Sendeseite oder der Empfangsseite sind.

3.4 Analyse der Gabelfunktion der Übergangsschaltung

In der obigen Beschreibung sind nicht die Reflektionen von der einen Übertragungsrichtung auf die andere Übertragungsrichtung berücksichtigt worden. Daher muß man das Verhalten des Signalübertragungssweges betrachten, wenn ein Signalgenerator und ein Signalempfänger an die Anschlüsse A, B bzw. A'. B' und umgekehrt angeschlossen sind. Diese Betrachtung wird anhand der F i g. 5 angestellt.

3.41 Anschluß des Signalgenerators

an die Anschlüsse A, B durch den Widerstand R 1 nur der Strom / 1 fließt. Daher ist: ν I = R \ · /1. Diese Spannung findet sich auch an den Anschlüssen des Widerstandes R 2. Daher ist: vl = - R 2 ■ il (siehe Gleichung 2"). Da R \ = R 2 ist, so ist /1 = — /2. Der von der Urstromquclle 77 gelieferte Strom /2 wird dem Verbindungssatz / zugeführt, dessen Widerstände folgende Werte haben: R 12 = R 13 = R 15 = R 16 = 300 Ω und RH = R 14 = 12 kfi. Ein Teil des Stromes /2 wird in der Schaltung LC reflektiert, und die F i g. 6 zeigt die von dieser Reflektion betroffenen Schaltungen.

Im Verbindungssat/. / teilt sich dieser Strom /2 in einen über den Widerstand R 12 fließenden Strom und in einen über eine Schaltung fließenden Strom, welche die Komponenten RlI, Λ 14. Λ 15, CIl und C12 aufweist. Da die Impedanzen der Kondensatoren CIl und C12 als vernachlässigbar bei der betrachteten Frequenz der Wechselstromsignale angesehen worden sind, leitet diese Schaltung etwa 5% des Stromes /2 ab. so daß Hie Spannung an den Anschlüssen des Widerstandes R 12 folgenden Wert hat: e = 0,95 · R 12 · /2.

Diese Spannung ist über den Kondensator C11 an die Basis des Transistors 712 angelegt und gelangt über dessen Emitter an die Anschlüsse des Widerstandes R 16, so daß —/'3 = 0.95 · /2 ist. Andererseits ist ein D ις

Teil ^: (etwa 2,5%) dieser Spannung c an die

K11 + /c 15

Basis des Transistors 711 angelegt, der somit einen Reflektionsstrom in der Übertragungsrichtung N abgibt, dessen Amplitude folgenden Wert hat:

/2Cr; = 0,95 · 0,025 · /2 = 0,025 · /2.

Dieser Strom wird im Punkt G der Ader M mit gegenüber dem Strom /2 entgegengesetzter Phase zugeführt, wobei der Strom /3 erneut, wenn auch mit sehr geringer .Amplitude, verringert wird. Wenn es notwendig sein sollte, so kann diese Amplitudenverringerung dadurch kompensiert werden, daß der Wert des Widerstandes R 12 oder der Wert des Widerstandes R 16 größer gewählt wird.

3.42 Anschluß des Signalempfängers an die Anschlüsse A. B

Es sei angenommen, daß nun ein Empfänger mit der Impedanz ZL deren Nominalwert gleich der des Widerstandes R 1 bei idealer Anpassung gewählt ist, an die Anschlüsse A, B angeschlossen ist und daß ein Strom /3 der Schaltung LC zugeführt wird. Im allgemeinen ist

Die Informationssignalübertragungsrichtung ist die Richtung N. Aus der Gleichung (1) ergibt sich: /4 = 2/3, und dieser Strom kehrt zur Parallelschaltung aus der Impedanz ZL und dem Widerstand R 1 zurück.

Im folgenden wird das Verhalten der Schaltung LC auf den Nichtanpassungsgrad hin untersucht:

Es sei angenommen, daß ein Generator mit der elektromotorischen Kraft ν 1 und einem Innenwiderstand ZL an die Anschlüsse A. B angeschlossen ist, und daß ein Empfänger mit dem Widerstand ZL an die Anschlüsse A'. eingeschlossen ist. Die Informationsübertragungsrichtung ist die Richtung M, und daher ist /3 = 0. Aus den Gleichungen (1) und (4) ist zu erkennen, daß eine vollständige Anpassung besteht dann, wenn ZL-RX ist. In diesem Fall ist jede Impedanz R 1 bzw. ZL von einem Strom mit dem Wert /3 durchflossen, und die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen A und ßbeträgt:

ν S = R 1 /3

Da R 1 = R 2 ist, ergibt sich aus den Gleichungen (2") und (12): /3 - /2 = /3 und daher /2 = 0. Im

Full der vollständigen Anpassung verursacht der Empfänger daher keine Reflexion von der Übertragungsrichtung N auf die Übertragungsrichtung M.

b) Der erste Grenzfall der Fehlanpassung ist ZL = 0. Dieser Fall entspricht einem Kurzschluß an den Anschlüssen A, B. Es ist daher ν 1 = 0, und aus der Gleichung (2") ergibt sich: /2 = /3. Im Kurzschlußfall der Eingangsanschlüsse A. B ist daher erkennbar, daß es eine Totalreflektion von der Übertragungsrichtung N auf die Übertragungsrichtung M gibt.

c) Der zweite Grenzfall der Fehlanpassung ist ZL = oo. Dieser Fall entspricht der Abtrennung des Empfängers. Durch den Widerstand R 1 fließt dann ein Strom 2/3, so daß ν 1 = 2 R 1 · /3 ist, während sich aus der Gleichung (2") ergibt: /2 = — /3. In diesem Fall der Nichtbelastung ist/U erkennen, daß eine Totalrcflektion von der Übertragungsrichtung N auf die Übertragungsrichtung M auftri'.l. daß aber die reflektierten Signale gegenüber d.'Ti reflektierten Signalen im Kurzschlußfall entgegengesetzte Phase haben. Es ist auch zu erkennen, daß der Reflektionsstrom bei einem Mittelwert der Fehlanpassung zwischen 0 und ±/'3 variiert, was im klassischen Sinn einer Gabelschaltung entspricht.

Wenn die Impedanz ZL komplex ist, erlauben die oben angegebenen Gleichungen, den Wert des Strompaares /2, /3 zu berechnen, durch welch die analoge Übertragung des Werts der Impedanz ZL über den die Anschlüsse A, B mit den Anschlüssen A', B' verbindenden Verbindungsweg erreicht wird. Diese Übertragung gewährleistet die dauernde Gültigkeit der Gleichungen 12
4.1 Gleichst romarbeitsweise

Wenn allein die den Gyrator betreffenden Komponenten betrachtet werden und auch der Kondensator C21 außer Acht gelassen wird, fließt durch den Transistor T21 ein folgender Strom:

U)

wobei r = Ä21 +

RlZ+ hie hfe

2(1 I ransistors in ist K 21 -

ist (hie ist die Eingangsimpeclan/, des Emiucrgrundschaltune, und es R'21 + R- 21).

Wenn beispielsweise /· = 200 Ω und V = 20 V gewählt werden, dann ist der Kurzschlußstrom des Zweipols 100mA (dies ist der Fall, wo Rc = 0 ist). Wenn R2\ = 100Ω gewählt wird, beträgt die Verlustleistung in dem Zweipol 2 W.

Wenn nun der Strombegrenzungstransistor 722 in die Betrachtung mit einbezogen wird, wird dieser leitend, wenn R"2\ ■ ic > u ist, wobei u der Schwellwert für den Leitungszustand des Transistors ist. Es ist dann eine konstante Spannung u am Emitter des Transistors T21 vorhanden, so daß der Strom auf einen Wert u/R"2\ begrenzt ist. Es ist dann zu erkennen, daß diese

30

(10) und(H), die die Transparenz des genannten Verbin- 35 Schaltung eine Regelung des Stromes (IcJw den Fall dungswegescharakterisieren. gewährleistet, in dem R"2\ ■ Io u ist. Wenn

u = 0,6 V und R"2\ = 20 Ω gewählt werden, tritt die Regelung dann ein. wenn der Strom Ic den Wert von 30 mA erreicht. Die Verlustleistung im Kurzschlußfall des Zweipols ist dann etwa 0,6 W. so daß sich ein Wert ergibt, der gegenüber dem vorhergehenden Fall dreimal so klein ist.

Der Wert des Widerstandes /?21 ist abhängig von dem gewählten Strombegrenziingswert. Man itann je-

4. Stromversorgungszweipol

In F i g. 7 ist die Schaltungsanordnung eines Gyrators mit Strombegrenzungsfunktionen dargestellt, wie er in der bereits genannten französischen Patentschrift 25 013 beschrieben ist. Die Zweipolc P1. P2 (F i g. 2)

sind in den Übergangsschaltungen LC, LC zwischen 45 doch auch den Innenwiderstand rdes Zweipols dadurch den Stromversorgungsanschlüssen dieser Schaltungen verringern, daß anstelle des Transistors Γ21 die be- und der Spannungsquelle + V bzw. — V angeordnet,
während der Zweipol Pll im Verbindungssatz J zwi-

kannte Darlington-Schaltung gesetzt wird, bei der

= Ä21

sehen dem Stromversorgungsanschluß dieses Verbindungssatzes und der Spannungsquelle — V liegt. Jeder Zweipol hat folgende Aufgaben:

a) die Gleichstromversorgung über eine möglich klei- ist. ne Impedanz,

b) die Verringerung des Nebensprechens zwischen den Leitungen und den Verbindungssätzen.

c) den Schutz vor Kurzschlüssen auf der Teilnehmerleitung.

Der in F i g. 7 dargestellte Zweipol weist zwei Schaltungsteile auf:

a) den Gyrator mit einem Transistor T21, mit Wider- L - R 22 ständen R'2t, R"2i, R22 und mit einem Kondensator C21. 65

b) die Strombegrenzungsschaltung mit einem Transistor Γ22.

RU hfe

= Ä21

4.2 Wechselstromarbeitsweise

In dem genannten französischen Patent ist die Wechselstromarbeitsweise des Zweipols beschrieben und es ist gezeigt, daß der Zweipol wie ein Gyrator mit einer Induktivität wirkt, die dem Wert

c 21

äquivalent ist und daß der Zweipol bei mittleren Frequenzen 1 bis 100 kHz) einen Widerstand hat, der der Parallelschaltune aus dem Widerstand R 22 und einem

Widerstand mit d°Ti Wert

ve \ l + hie/R2lJ

hoe

äquivalent ist. Es ist zu erkennen, daß diese zwei Parameter verhältnismäßig unabhängig von den Parametern
des Transistors 7"21 sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen io

15

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25

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35

40

feO

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für den Obergang von Zwei- auf Vierdrahtbetrieb mit einem an eine Teilnehmeranschlußleitung angeschlossenen Zweidrahtanschluß (A, ßjund einem abgehenden Vierdrahtanschluß (C) sowie einem ankommenden Vierdrahtanschluß (D), wobei die Vierdrahtanschlüsse (C, D) mit weiteren Vierdrahtanschlüssen (C, D'), anderer Einrichtungen für den Übergang von Vier- auf Zweidrahtbetrieb über ein Koppelfeld mit einem Verbindungssatz (J) verbindbar sind und wobei die am Zweidrahtanschluß (A, B) ankommenden Signale den Basisanschlüssen eines ersten und eines zweiten Transistors (Ti, T2), die zu einem ersten Differenzverstärker gehören, zugeführt werden und die am Zweidrahtanschluß (A, B) abgehenden Signale an den Kollektoranschlüssen eines dritten und eines vierten Tipnsistors (T3, T4), die zu einem zweiten Differenzverstärker gehören, abgenommen werden, wobei ferner die Emitteranschlüsse des dritten und des vierten Transistors (T3, T4) ohmisch miteinander verbunden sind, für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsaniagen, dadurch gekennzeichnet, daß