DE2313075C3 - Schaltungsanordnung zur optischen Anzeige von Betriebszuständen in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur optischen Anzeige von Betriebszuständen in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen, mit Leuchtanzeigeoiganen, vornehmlich lichtemittierenden Dioden (LED). Liegen solche Leuchtanzeigeorgane in einer Ader einer langen Fernspeiseleitung, so ist die Leuchtstärke von der Leitungsschleife, der Speisespannung und dem etwaigen Schluß des weiterführenden Lcitungstcils abhängig. Ein Anwendungsfall liegt vor, wenn eine Leuchtdiode in die a- oder fc-Ader einer Fernsprechleitung eingeschleift ist, um in einem vorgeschalteten Fernsprechapparat durch Aufleuchten anzuzeigen, daß ein nachgcschaltctcr Fernsprechapparat abgehoben ist. also die Schleife schlicht.

Dm die Leuchtstärke der optischen Leuchtanzeigeorgane möglichst unabhängig von der Länge der Speiseleitung zu machen ist es bekannt, die Leitung mit Konstantstromquellen zu speisen. Diese sind aber aufwendig und haben den Nachteil, daß im Leerlauf die Betriebsspannung an der Leitung stark ansteigt

Selbstregelnde Widerstände mit hohen positiven oder negativen Temperatur-Koeffizienten (NTC, PTC) zur Ausregelung von Überspannungen oder Oberströmen zu verwenden, ist wegen der großen Zeitkonstante dieser Widerstände nicht möglich; besonders eine lichtemittierende Diode kann in Millisekunden durch Überlastung zerstört sein. Diese Dioden werden wegen ihrer gegenüber Glühlampen wesentlich längeren Lebensdauer zur Leuchtanzeige vorteilhaft angewendet Sie besitzen auch eine größere Betriebssicherheit uis die in ihrer Mechanik störanfälligen Drehschauzeichen.

Hinreichend trägheitslos arbeiten Halbleiterwiderstände, z. B. gesteuerte Transistoren, mit denen bereits Spannungsregler mit Parallelregelung gebaut werden (»Schaltungen mit Halbleiterbauelementen«, Bd. 2, Seite 2i5 bis 2!6 und Bild 11.11, Siemens & Halske AG, Wernerwerk für Bauelemente, München 1965). Steigt bei derart geregelten Netzgeräten wegen einer Verringerung der Last die Ausgangsspannung an, so steigt auch der Strom durch die an der Ausgangsspannung liegende Serienschaltung einer Zenerdiode und eines Widerstandes an. Der erhöhte Spannungsabfall an dem Widerstand steuert nach hinreichender Verstärkung die Basis eines mit Collector und Emitter parallel zur Ausgangsspannung geschalteten Leistungstransistors so lange auf höheren Querstrom, bis die Sollspannung wieder erreicht ist. Die so stabilisierte Sollspannung könnte zwar zur Speisung eines Leuchtanzeigeorgans, z. B. einer lichtemittierenden Diode mit einer eingeprägten Spannung von z.B. 1,8 Volt dimensioniert und verwendet werden. Die Referenzdiode mit Steutrverstärker stellen aber einen zusätzlichen Aufwand dar; außerdem verbrauchen sie einen Querstrom, der — im Falle Her b.:i der Erfindung vorgesehenen Speisung aus der Leitungsschleife — den Strom durch das Leuchtanzeigeorgan und damit dessen Leuchtkraft vermindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Schaltungsanordnung anzugeben, die bei geringstem Aufwand den zur Verfügung stehenden Leitungsstrom bis zu dem Nennstrom mögliche vollständig durch das Leuchtanzeigeorgan leitet und schädliche Überströme vcrhindert.

Die Aufgabe löst die Erfindung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches I.

Eine besonder·; vorteilhafte Ausführung der Erfindung verwendet als Spannungsreferenz die Durchlaßspannung einer gleichzeitig zur Leuchtanzeige dienenden lichtemittierenden Diode.

Eine ebenfalls wenig aufwendige weitere Ausbildung der Erfindung sieht die Verwendung einer Zenerdiode zur Überstromableitung vor.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegen in der vollen Ausnutzung des zur Verfugung stehenden Leitungsstromes zur Leuchtanzeige und dem mit geringem Aufwand erreichten Schul/ des Leuchtanzeigeorgans vor Überströmen aus der Leitung. Dieser Schutz ist besonders gut bei der erfindungsgemäßen Verwendung der lichtemittierenden Diode gleichzeitig zur Leuchtanzeige und als Spannungsreferenz-Eiement. Der scharfe Knick der

Strom-Spannungs-Kennlinie bedingt bei der Überschreitung der eingeprägten LED-Spannung von ca. 1,8 Volt einen plötzlichen Anstieg des Spannungsabfalls an dem in Serie geschalteten Widerstand und damit eine plötzliche Steuerung des Paralleltransistors von Leerlaufauf Laststrom,

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt; es zeigt

Fig. 1: Die Anwendung auf eine lichtemittierende Diode in einem vorgeschalteten Fernsprechapparat, die anzeigt, daß der in der gleichen Schleife nachgeschaltete Apparat sich im Sprechzustand befindet.

F i g. 2: Die zwischen die Punkte 1 und 2 der F i g. 1 einfügbare Schaltung mit einer lichtemittierenden Diode, die gleichzeitig Spannungsreferenzelement der Strom regelschaltung mit Shunttransistor ist.

Fig.3: Die Stromaufnahme der lichtemittierenden Diode und des Regeltransistors der Schaltung nach F i g. 2 abhängig vom Leitungsstrom.

In Fig.! sind über die Leitungen a und b die Fernsprechwählapparate A 1 und A 2 mit der Zentrale Z verbunden. An den Punkten 1 und 2 der Leitung b ist im vorgeschalteten Apparat A 1 eine Leuchtiriizeige in Form einer lichtemittierenden Diode eingefügt; diese leuchtet, wenn im nachgeschalteten Apparat der Gabelumschaltkontakt GU2 betätigt ist; dem Teilnehmer A 1 wird damit angezeigt, daß er seinen Handapparat nicht abheben darf, weil der Teilnehmer A 2 spricht.

Dabei fließt, entsprechend der Verbindung der ö-Ader in der Zentrale über die untere Wicklung des Speiserelais / mit dem Pluspol der Batterie B, ein Strom über b\, GU \, 1-2 (R 1, LED, Z) b2, A2, GU2, al, GU1, a 1 und über die zweite Wicklung des Speiserelais /zurück zur Batterie B.

Solange dieser Strom mit z. B. 50 mA dem Nennstrom der LED entspricht, leuchtet sie auf und ihre eingeprägte Spannung von etwa 1,8 Volt zusammen mit der am Widerstand R 1 abfallenden Spannung erreichen zusammen gerade noch nicht die Zenerspannung der Zenerdiode Z;die Zenerdiode ist stromlos.

Steigt der Leitungsstrom weiter an. z. B. wenn die nachgeschaltete Leitung a2lb2 einen Kurzschluß bekommt, dann übernimmt die Zenerdiode den Überstrom und schützt damit die lichtemittierende Diode vor Zerstörung.

Im Fall einer versehentlichen Verpolung der Leitungen η und b fällt an der Zenerdiode Z nur die niedrige Kniespannung von etwa 0,7 Volt ab. Damit ist die LED, die zumeist nur eine Sperrspannung von 3 Volt verträgt, auch gegen Spannungsduichbruch geschützt.

Die F i g. 2 zeigt eine LED, die zusammen mit dem Serienwidecstand /?2 und die Emitter-Collector-Strekke des Transistors Γ zwischen die Punkte 1 und 2 der Fi g. 1 geschaltet ist. Die Basis des Transistors liegt am Verbindungspunkt /?2-LED und führt gegenüber dem Emitter im Normalfall eine so geringe Spannung, daß der Transistor hochohmig ist; der gesamte Leitungsstrom durchfließt die LED und wird zur L.ichterzeugung ausgenutzt. Der Widerstand R 2 ist im Vergleich zum Widerstand der übrigen Leitungsschleife mit ungefähr 10 Ohm so gering, daß er auf die Lichterzeugung sowie die tonfrequente Einfügungsdämpfung (Tonfrequenz-Scheinwiderstand und Mikrofonstromschwächung) praktisch keine Rückwirkung hat.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig.2 sei anhand der Fig,3 erläutert. Im Diagramm ist auf der Abszisse der Schleifenstrom, der der Summe von dein Strom durch die lichtemittierende Diode (Iled) und dem Strom durch den Transistor (It) entspricht, aufgezeichnet. Die Ordinate trägt die Skala für die Einzelströme h und !led- Bei 50 mA ist gestrichelt eine horizontale Linie eingezeichnet, die den Grenzstrom Iled angibt, der auch bei höheren Schleifenströmen nicht überschritten

ίο werden darf. Demnach soll — ebenfalls gestrichelt gezeichnet — der Transistorstrom It erst ab 50 mA Schleifenstrom beginnen und der Differenz zwischen dem Schleifenstrom und dem Strom von 50 mA durch die lichtemittierende Diode entsprechen.

Die schwarz ausgezogenen Kurven für It und Iled entsprechen der Messung an einer lichtemittierenden Diode für 50 mA und einem pnp-Transistor. Bei hohen Leitungswiderständen und bis zu Leilungsströmen von 40 mA geht praktisch der gesamte Leitungsstrom durch die LED. Dann beginnt der Transistor leitfähig zu werden; bei z. B. 80 mA Leitungsstrc·■:. führt er 30 mA, d. h. der Iled bleibt auf 50 mA begrenzt. Dieser Strom Iled wird auch kaum überschritten, wenn im ungünstigsten Fall sich der vorgeschaltete Apparat ohne Leitungswiderstand ganz am Anfang der Leitung befindet und gleich hinter ihm ein Leitungskurzschluß auftritt. Dann fließt ein Leitungsstrom von z. B. 120-13OmA, der sich aus dem Widerstand der Relaiswicklungen /ergibt. Der jeweilige Basis-Emitter-Strom ist bei der Messung nicht berücksichtigt, weil er gegenüber dem um den Stromverstärkungsfaktor des Transistors höheren Collectorstrom zu vernachlässigen ist.

Das Diagramm zeigt die besondere günstige Auswirkung der Schaltung in Verbindung mit einer LED, die nach Fig.2 sowohl als Spannungsreferenzelement als auch als strombegrenzte Lichtquelle Verwendung findet. Nach Erreichung des mit dem Widerstand R 2 einstellbaren Schwellwertes des Transistorstrorries /r wirkt sich die geringste weitere Stromerhöhung durch die Serienschaltung der LED und des R 2 an dem Wi('2rstand R 2 in Richtung Erhöhung der Durchlaßspannung zn der Basis des Transistors T aus. Damit steigt der Emitter-Collector-Strom des Transistors an und hält den LED-Strom konstant. Die stromstabilisierende Wirkung ist besser als bei der Zencrdiodenanordnung nach Fig. 1, weil die Strom-Spannungskennlinien von Zenerdioden nicht die Güte der Durchlaßkennlinien von lichtemittierenden Dioden erreichen.

Als Leuchtanzeigeorgane lassen sich mit Vorteil auch Glühlampen in den angegebenen Schaltungen verwenden. Es macht sich dann eine gewisse Einschaltverzögerung beim Leuchteinsatz bemerkbar, weil der geringe Kaltwiderstand des Glühfadens beim Einschalten an dem Serienwiderstand eine Durchlaßspannung für den Transistor erzeugt, p.uch wenn der Schleifenstrom den zulässigen Lampenstrom noch nicht übersteigt.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Leuchtanzeigeorgane nicht mit Gleichstrom, sondern mit Umpolstrom o.ier Wechselstrom zu betreiben. Dazu ist lediglich die zwischen den Punkten 1 und 2 liegende Schaltung zu verdoppeln; unter Fortlassung des Umpolschutzes sind beide Schaltungen entgegengesetzt gepolt einzusetzen.

Hierzu 1 BIaU Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche;

1. Schaltungsanordnung zur optischen Anzeige von Betriebszuständen in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen, mit aus der Leitungsschleife gespeisten Leucntanzeigeorganen, vornehmlich lichtemittierenden Dioden (LED), dadurch gekennzeichnet, daß dem Leuchtanzeigeorgan (LED) ein Widerstand (Al, R 2) vorgeschaltet und dieser Serienschaltung ein selbstregelnder Halbleiterwiderstand (Z, T) parallel geschaltet ist, wobei den selbstregelnden Widerstand (Z, T) erst ab einem vorbestimmten Wert des die Parallelschaltung durchfließenden Speisestromes ein Teilstrom durchfließt, so daß der Teilstrom durch das Leuchtanzeigeorgan (LED) in etwa konstant bleibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leuchtanzeigeorgan eine lichtemittierende Diode (LED) ist, deren Verbindungsleitung zu dem vorgeschalteten Widerstand (R2, Fig.2)mit Steuerelektrode eines gesteuerten Halbleiters (Transistor T) verbunden ist und daß die gesteuerte Halbleiterelektrode (Collector-Emitter des Transistors T) ab dem vorbestimmten Wert des Stromes durch die lichtemittierende Diode (LED) von hochohmig auf niederohmig schaltet.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtemittierenden Diode (LED) und dem ihr vorgeschalteten Widerstand (R 1, F i g. 1) eine Zenerdiode (Z) so parallel geschaltet ist, daß der Leitungsstrom die lichtemittierende Diode (LED) in Hurchlaß- und die Zenerdiode in Zenerrichtung durchfließt.

4. Schaltungsanordnung nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das l.euch'anzeigeorgan eine Glühlampe ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß statt eines Leuchtanzeigeorgans mehrere in Serie verwendet sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verpolungsschutz eine im normalen Betriebsfall in Sperrichtung beaufschlagte Diode (D, F i g. 2) der Leuchtanzeigc-Schaltungsanordnung (Punkt 1 und 2) parallel geschaltet ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleiche Leuchtanzeige-Schaltungsanordnungen (Punkt I und 2) umgepolt parallel geschaltet verwendet sind.