DE2427042B2 - Schaltungsanordnung zum umwandeln eines elektrischen wechselstromsignals relativ niedriger frequenz in ein akustisches signal davon abweichender frequenz in fernmeldeanlagen - Google Patents

Description

signals niederer Frequenz in ein akustisches Signal ergibt, das bei wenig Energieaufwand und bei Verwendung kleindimensionierter elektroakustischer Wandler ein bezüglich der Hörbarkeit günstiges Tonspektrum aufweist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Schaltungsanordnung ergibt, ausgehend von einem Zeitpunkt to, am Ende , einer ersten Ladezeitspanne t\ für den ersten Kondensator einen vorgegebenen Wert der Spannung an den Klemmen der Zener-Diode und den Beginn der Ladung des zweiten Kondensators. Wenn am Ende einer zweiten Zeitspanne h die Ladespannung des zweiten Kondensators einen bestimmten Wert erreicht hat, wird der Transistor leitend und schaltet den Thyristor durch. Über den Thyristor entlädt sich der erste Kondensator, und wenn die Spannung an den Klemmen des Transistors zu klein wird, entlädt sich auch der zweite Kondensator, und die Entladung des ersten Kondensators ist im Zeitpunkt i₃ beendet. Daraus ergibt sich, daß das Signal, das den elektroakustischer. Wandler durchläuft, nicht wie bei bekannten Anordnungen die Summe der Ladeanstiegszeit, ausgehend von Null bis zu einer vorgegebenen Spannung, und der Entladeabstiegszeit, ausgehend von der gegebenen Spannung bis Null, eines und des gleichen Kondensators ist, sondern eine Dauer hat, die absinkt von der Ladezeit f₂-fi eines zweiten Kondensators, der freigegeben wird, wenn die Ladung des ersten Kondensators einen bestimmten Spannungswert ergibt.

Um die Stärke der Rufvorrichtung unabhängig von der Frequenz regeln zu können, ist ein Gleichstromkonstanthalter zwischen die Gleichrichterbrücke und die aus dem Kondensator und dem elektroakustischen Wandler gebildete Reihenschaltung, die durch den Schalter kurzschließbar ist, eingeschaltet.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Im einzelnen zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltdiagramm der Schaltungsanordnung,

F i g. 2 eine Ausführungsform des Gleichrichterschaltkreises der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung,

F i g. 3 eine Ausführungsform des Stromkonstanthalters der Schaltungsanordnung nach F i g. 1,

F i g. 4 eine Detailschaltung der Schaltungsanordnung nach F ig. 1.

In allen Zeichnungen sind die gleichen Schaltelemente mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In der in F i g. 1 dargestellten Blockschaltung wird ein Rufwechselsignal an die Klemmen 11 und 12 des Gleichrichters 1 gelegt. Der Gleichrichter 1 speist über die Leitungen 13 und 14 und den Stromkonstanthalter 2 den in Reihe mit dem Wandler 4 und dem Kondensator 5 liegenden Oszillator 3, zu denen der Schalter 6 parallel angeordnet ist. Diese Teile bilden die Last LW des Stromkonstanthalters 2. Der Schalter 38 ist ein Thyristor, und der elektroakustische Wandler 4 kann beispielsweise der Lautsprecher eines Telefonhörers sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher den Ergebnissen einer großen Zahl von Versuchen Rechnung getragen worden ist, die unter Berücksichtigung der Kriterien der Wirksamkeit und der Klangannehmlichkeit elektronischer Läutwerke für Telefonapparate durchgeführt worden sind, verwendet man als Übertrager einen oder mehrere übliche Telefonhörer.

Gemäß diesen Versuchen wird ein ausreichender Wirkungsgrad erreicht, wenn die ausgestrahlte akustische Leistung in der Größenordnung von einem Milliwatt ist. Ein ausreichender Wohlklang wird erreicht, wenn die auf den Wandler gegebenen Impulse einen gleichmäßigen Abstand haben mit einer Periode, die zwischen 0,5 und 4 Millisekunden liegt, und wenn sie eine gleichmäßige Amplitude haben. Es bringt hinsichtlich des Wohlklangs oder des Wirkungsgrades tatsächlich nichts, wenn man durch eine wahrnehmbare Frequenzmodulation die Amplitude oder die augenblickliche Frequenz der Impulse ändert. Dagegen ist es für den Benutzer interessant, die vom Wandler gelieferte Lautstärke regeln zu können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden in dem Gleichrichter 1 der Schaltung nach F i g. 1 die bekannten Eigenschaften der »Spannungsverdoppelung« mit einer Schaltung nach F i g. 2 ausgenutzt. Diese Schaltung ist besonders für Telefonapparate geeignet. Sie weist zwei Dioden 112 und 113 und zwei Kondensatoren 111 und 114 auf. Der Kondensator 111 verhindert, daß die Speisegleichspannung des Apparates das akustische Signal auslöst. Dagegen ist die zwischen den Klemmen 13 und 14 erhaltene Gleichspannung gleich dem doppelten Wert der Amplitude des Rufwechselstromsignals. Dadurch wird, angesichts des geringen Gleichstromverbrauchs durch den Rest der Schaltung, ein einwandfreies Arbeiten der Rufvorrichtung über einen breiten Amplitudenbereich des Rufwechselstromes gewährleistet. Der Kondensator 114 bewirkt das Ausfiltern der Wechselspannungskomponenten, die sich bei der Gleichrichtung ergeben.

F i g. 3 zeigt das Schema des Stromkonstanthalters 2 nach Fig. 1. Der Kondensator 5 der Last LW nach F i g. 1 wird mit Hilfe des über den Transistor 222, die Zenerdiode 223 und die Widerstände 224 und 225 gelieferten Gleichstromes geladen. Der Ladestrom /des Kondensators hat annähernd den Wert:

Ill:

wobei V223 die konstante Spannung an den Klemmen der Diode 223, Vbe den Spannungsabfall zwischen Emitter und Basis des Transistors 222 im leitenden Zustand des Transistors und Ä225 den Wert des Widerstandes 225, der mit dem Emitter des Transistors 222 verbunden ist, bedeutet.

F i g. 4 zeigt die vollständige Schaltung einer bevorzugten Ausführungsform der Rufvorrichtung gemäß der Erfindung. In dieser Schaltung sind die Blockschaltteile 1,2, L Wm\\. 3,4,5 und 6 der Blockschaltung nach F i g. 1 mit gestrichelten Linien umrahmt. Als Schalter 6 dient ein Thyristor.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Während der Zeitspanne, in welcher der Schalter 6 geöffnet ist (der Thyristor keinen Strom durchläßt), fließt der Strom /, der von dem durch die Elemente 222 bis 225 gebildeten Stromkonstanthalter geliefert wird, fortlaufend durch den elektroakustischen Wandler 4 und die Diode 31 des Oszillators 3 in den Kondensator 5, der sich auflädt. An den Klemmen der Diode 31, die eine Zenerdiode ist, erscheint dabei eine konstante Spannung V₃₁, die das Laden des Kondensators 33 über den Widerstand 32 erlaubt. Die Spannung an den Klemmen

des Kondensators 33 steigt mit der Zeit an und erreicht einen Wert, der ausreicht/um den Transistor 34 leitend zu machen. Dieser nimmt nun einen Teil des Stromes / auf und läßt einen Strom durch die Widerstände 36,37 in seinem Kollektor-Emitter-Kreis fließen. Wenn die Spannung an den Klemmen des Widerstandes 36 einen ausreichenden Wert erreicht, wird der Thyristor plötzlich leitend und erlaubt das Entladen des Kondensators 5 über den durch den Thyristor, die Diode 31, den Wandler 4 und den Kondensator 5 gebildeten Stromkreis. Dieser Entladestrom fließt auch über die Diode 31, an deren Klemmen somit eine Spannung mit einem der Spannung V31 entgegengesetzten Vorzeichen und einem dergegenüber wesentlich kleineren Wert auftritt, was das Entladen des; Kondensators 33 über die Basis-Kollektor-Strecke des Transistors 34 bewirkt. Nach dem Entladen des Kondensators 5 ist auch der Kondensator 33 entladen. Der Schalter 6 wird wieder nichtleitend, und der Zyklus beginnt von neuem.

Die Frequenz der Steuerimpulse des Schalters 6 hängt in erster Annäherung nur von V31, von der Steuerspannung des Schalters 6 und von der Bemessung

der Schaltelemente 32,33,36 und 37 ab. Dagegen hängt die Energie der auf den Wandler 4 gegebenen Impulse allein von der im Kondensator 5 gespeicherten verfügbaren Elektrizitätsmenge ab, bei gegebener Frequenz also vom Strom /. Der veränderliche

Widerstand 225, von welchem / abhängt, erlaubt also eine leichte Veränderung der Energie der Impulse, unabhängig von der Frequenz, wodurch sich die Lautstärke des erzeugten akustischen Signals fortlaufend verändern läßt, ohne daß seine Tonhöhe oder sein Klangbild verändert wird. Der Widerstand 8, dessen Wert die Wirksamkeit der Vorrichtung nicht wesentlich ändert, verbessert seine Betriebsstabilität.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung zum Umwandeln eines elektrischen Wechselstromsignals relativ niedriger s Frequenz in ein akustisches Signal davon abweichender Frequenz in Fernmeldeanlagen, insbesondere eines Rufstromsignals in ein vom Telefonhörer abgestrahltes Tonfrequenz-Rufsignal in Fernsprechanlagen, in denen das elektrische Wechselstroms!- ι ο gnal in ein Gleichstromsignal umgewandelt wird, dessen Energie zum Speisen eines auf einen elektroakustischen Wandler wirkenden Sägezahn-Oszillators dient, und der elektroakustische Wandler durch den Entladestrom eines durch das urngewandelte Gleichstromsignal aufgeladenen Kondensators über einen zu diesem parallelgeschalteten elektronischen Schalter betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der elektroakustische Wandler (4) in Reihe mit dem Kondensator (5) und einer den Ladestrom des Kondensators (5) auf einem lür das Ansprechen des elektroakustischen Wandlers (4) nichtausreichenden konstanten Wert haltenden Stromregeleinrichtung (2) am Ausgang der das elektrische Wechselstromsignal in ein Gleichstromsignal umwandelnden Einrichtung (1) liegt, daß der elektronische Schalter (6) parallel zu der Reihenschaltung aus dem Kondensator (5) und dem elektroakustischen Wandler (4) liegt und daß der Sägezahnoszillator (3) den den aufgeladenen Kondensator (5) und den in Reihe damit liegenden elektroakustischen Wandler (4) vorübergehend kurzschließenden Schalter (6) über eine Verzögerungseinrichtung steuert, die aus einem den Spannungsanstieg am Kondensator (6) verzögert weiter- gebenden Integrierglied (32, 33) mit nachgeschaltetem Transistorverstärker (34,37,36) besteht.

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   Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1. Mit einer solchen Schaltungsanordnung soll beispielsweise ein Wechselstromsignal von 50 Hz oder weniger in ein akustisches Signal umgewandelt werden, das besser hörbar ist und das aus einem elektroakustischen Wandler kleiner Abmessungen erzielt werden kann.

   Die meisten der bekannten und in Telefonapparaten verwendeten Rufvorrichtungen arbeiten praktisch alle auf elektromechanischer Grundlage: Der vom Rufgenerator gelieferte niederfrequente Wechselstrom durchläuft die Spule eines Elektromagneten und bewirkt eine hin- und hergehende Bewegung eines magnetischen Ankers. Dieser Anker trägt einen beweglichen Harnmer, der auf eine Sichlagglocke, eine Klingel oder irgendeinen anderen mechanischen Resonator schlägt und so den gewünschten Rufton erzeugt, wenn er Hammerschläge im Rhythmus des Wechselstroms erhält. Diese Rufvorrichtungen haben zahlreiche Nachteile.

   In erster Linie ist der elektrische Energieaufwand dieser bekannten Rufvorrichtungen relativ hoch. Es; müssen Metallteile bewegt werden, und der größte Teil der erforderlichen Energie geht durch Reibungen oder durch den Jouleschen Effekt verloren. So ist der Wirkungsgrad dieser Vorrichtungen, der durch das Verhältnis der ausgestrahlten akustischen Energie zur verbrauchten elektrischen Energie gekennzeichnet ist, im allgemeinen kleiner als ein Tausendstel.

   An zweiter Stelle steht der Nachteil, daß die Abmessungen der verwendeten Tonerzeuger (Glocken, Klingeln usw.) relativ groß sind, wenn man eine große akustische Wirksamkeit oder ein akustisches Signal erzielen will, dessen Frequenzspektrum ausreichend tiefe Frequenzen aufweist, durch welche der Klang der Rufvorrichtung angenehmer wird und Wohnungswände oder andere Wände leichter durchdringt.

   An dritter Stelle muß der Nachteil aufgeführt werden, daß das Prinzip der bekannten Rufvorrichtungen sich nicht für eine einfache Regelung des erzielten Klangniveaus eignet und noch weniger zu einer Regelung der Frequenz des akustischen Signals, die gleich der Frequenz des Rufstromes ist.

   Es sind auch Telefonrdfvorrichtungen bekannt, die eine geeignete akustische Charakteristik haben und die zu ihrer Funktion nur passend zerhackten Gleichstrom benötigen. In diesen Rufvorrichtungen wird der Rufwechselstrom durch eine Gleichrichterbrücke wieder gleichgerichtet und dient zum Laden eines Kondensators. Der Entladegleichstrom dieses Kondensators speist einen Schaltkreis, der einen Unterbrecher in Form eines Thyristors hat, dessen Steuergitter polarisiert ist oder nicht, je nachdem ob die Gleichspannung an den Klemmen des Kondensators größer oder kleiner ist als eine durch eine Zener-Diode definierte Bezugsspannung. Der Kondensator, die Zener-Diode und der Thyristor bilden einen Oszillator, dessen Frequenz im wesentlichen von der Kapazität des Kondensators und der Zenerspannung der Zener-Diode abhängt. Im Augenblick, in welchem der Ladestrom einen dem Wert dieser Zener-Spannung entsprechenden Wert erreicht, erfolgt die plötzliche Entladung des Kondensators über den Thyristor. Man kann die Tonstärke, die von der Stärke des das Ruforgan durchfließenden Stromes abhängt, folglich die Kapazität des Kondensators und die Grundfrequenz des Tones, die im wesentlichen von der Kapazität des Kondensators und der Zener-Spannung der Zener-Diode abhängt, nicht unabhängig voneinander regeln. Das Ruforgan wird durch Impulse gespeist, deren stirnseitige Flanke der relativ flache Anstieg eines Ladestromes ist und deren hintere Flanke der relativ steile Abfall eines Entladestromes ist. Es gibt keine Zwischenimpulsintervalle in dem Sinne, daß der Kondensator mit der Wiederaufladung beginnt, sobald er seine Entladung beendet hat.

   Es ist festgestellt worden, daß man von einem kleinen elektroakustischen Wandler mit kleiner elektrischer Impedanz, beispielsweise einem Telefonhörer, einen höheren akustischen Leistungspegel erhalten könnte, wenn man ihm elektrische Impulse großer Amplitude (mehrere Volt bis zu mehreren zehn Volt), aber gleichzeitig zur Vermeidung einer Überlastung sehr kurze Impulse aufdrückt. Die Leistung und die Wiederholungsfrequenz der Impulse bilden somit die Parameter, mit denen getrennt operiert werden muß, um eine Rufvorrichtung zu erhalten, die wirkungsvoll und regelbar ist. Die in den Wandler gegebenen Impulse sind nicht mehr unmittelbar aufeinanderfolgend, wie dies bei bekannten Rufvorrichtungen der Fall ist, sondern sind durch Intervalle voneinander getrennt, in denen keine Speisung der Rufvorrichtung erfolgt.

   Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Rufvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine Umwandlung eines elektrischen Wechselstrom-