DE2436745A1 - Elektronischer tonwecker - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. CLAUS REiMlANDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

D-8 München 60 · Orthstraße 12 · Telefon 832024/5

Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

25. Juli 1974 G7 P16 D

GTE Automatic Electric Laboratories Incorporated, Wilmington, Delaware, U.S.A.

Elektronischer Tonwecker

Priorität: 2. August 1973 - U.S.A. - Ser. No.385 134

Zusammenfassung

Es wird ein elektronischer Tonwecker zur Verwendung in Fernsprechteilnehmerapparaten beschrieben. Die Weckerschaitung spricht auf ankommende Wecksignale an und wird auch von diescii mit Strom versorgt; sie liefert hörbare, mehrtönige Signale. Die Frequenz der Aus gangs signale und die Verschieberate ζν,Ί- ' sehen den Frequenzen sind beide unabhängig von den ankommenden Wecksignalen.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Fernsprechsysteme und insbesondere einen Tonwecker zur Verwendung in einem Fernsprechteilnehmerapparat .

Früher sind die meisten Wecker für Fernsprechteilnehmerapparate elektromechanisch gewesen. Diese Einheiten bestehen gewöhnlich aus einem Elektromagneten, der aufgrund von Wecksignalen vom

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Amt arbeitet. Aufgrund dieser Signale kommt ein hammerartiger Mechanismus periodisch mit einer Glocke oder einem Gong in Berührung und dann von diesem frei. Der sich ergebende Schall kommt zum Teilnehmer und wirkt als Signal, daß ein Ruf angekommen ist. Solche elektromechanischen Einheiten haben typischerweise eine erhebliche Größe und können dementsprechend nur schwierig in moderne Fernsprechteilnehmerapparate eingebaut werden, die gegenüber früheren Apparaten erheblich verkleinert sind.

Wie die meisten mechanischen Geräte, sind elektromechanisch Wecker bei längerem Betrieb gegen Änderung der Justierung anfällig. Solche Änderungen verursachen häufig Änderungen des Tons, der Lautstärke, usw., durch die das Wecksignal für den Fernsprechteilnehmer unannehmbar wird. Um solche Justierungen zu korrigieren, werden Service-Besuche notwendig, was wirtschaftliche Nachteile hat. Die Ausgangssignale von elektromechanischen Weckern werden auch häufig mit solchen ähnlicher Geräte verwechselt, wie Türklingeln und dgl., die oft in ähnlicher Umgebung angeordnet sind wie ein üblicher Fernsprechteilnehmerapparat .

Der charakteristische Schall von elektromechanischen Weckern enthält viele hochfrequente Komponenten. Ältere Teilnehmer hören hohe Frequenzen häufig nicht mehr gut und dementsprechend haben sie oft Schwierigkeiten, übliche elektromechanische Wecke: zu hören.

In neuerer Zeit sind elektronisch aufgebaute Wecker entwickelt worden. Einige dieser Einheiten haben monofrequente Tonsignale erzeugt, die bei öffentlicher Verwendung allgemein nicht akzeptiert wurden. Um diesen Mangel in früheren elektronischen

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Tonweckern zu korrigieren, sind verschiedene Techniken entwickelt worden, um rnehrtönige Signale zu erzeugen. Eine frühe Lösung dieses Problems war es, die Tonquelle mit den ankommenden Wecksignalen zu modulieren, so daß ein zusammengesetztes Signal entstand, dessen Charakteristiken durch eine Grundfrequenz bestimmt waren, die durch die Frequenz des Wechselstrom-Wecksignals vom Amt moduliert wurde. Solche Signale haben sich ebenfalls als praktisch unannehmbar für Fernsprechteilnehmer erwiesen, weil die von Fernsprechgesellschaften benutzten Weckfrequenzen vielfältig und unterschiedlich sind. Einige der sich so ergebenden Ausgangssignale sind nicht leicht als Anzeige eines ankommenden Gespräches erkennbar. Dementsprechend wurden diese Systeme von Teilnehmern auch nicht gern akzeptiert.

Frühere elektronische Wecker haben auch unter anderen Problemen gelitten wie Änderungen der Charakteristiken durch die Länge der Teilnehmerschleife und die Verwendung mehrerer Wecker in der gleichen Leitung.

Frühere elektronische Tonwecker haben auch allgemein unzureichende Ausgangsleistung gehabt, so daß eine geringere als die erforderliche Signalstärke erhalten wurde. Verschiedene unterschiedliche Techniken sind dazu verwendet worden, diesen offensichtlichen Defekt zu korrigieren, einschließlich der Verwendung von Hörnern, Resonatoren, usw., um das Ausgangssignal des Tonweckers akustisch zu verbessern.

Viele frühere elektronische Tonwecker haben auch unter ihrer Unfähigkeit gelitten, Störsignale auf. der Leitung und Wecksignale zu unterscheiden, so daß sie entsprechend falsche

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Töne lieferten, die nicht ein tatsächlich ankommendes Gespräch anzeigten.

Dementsprechend wird durch die Erfindung ein elektronischer Wecker verfügbar gemacht, der durch ein angenehmes
Tonsignal hoher Lautstärke gekennzeichnet ist,das in den
verschiedensten Umgebungen leicht als Anzeige für ein ankommendes Telefongespräch erkennbar ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Der elektronische Fernsprechwecker nach der Erfindung wird
von ¥ecksignalen gespeist, die über die Teilnehmerleitung
von einem Amt aufgenommen v/erden. Am Teilnehmerapparat werden die ankommenden Wecksignale durch einen Kondensator eine;*: Vollweg-Brücken-Gleichrichter zugeführt, der über der Fernsprechleitung liegt. Der Ausgang des Brücken-Gleichrichters
wird gefiltert, um zu starke Welligkeit mittels eines Kondensators zu entfernen, und dann dem Eingang einer transistorisierten Reihen-Regelschaltung zugeführt, die eine Zener-Dioae als Bezug verwendet, um einen bekannten und konstanten Spannungsausgang zu liefern. Dieses Ausgangssignal wird dann dazu verwendet, Teile der zugehörigen Schaltung des erfindungsgemäßen Fernsprechweckers mit Strom zu versorgen. Bestimmte
andere Teile des V/eckers arbeiten Jedoch mit der ungeregelten Spannung unmittelbar vom Welligkeitsfilter.

Die Ausgangssignale von der Stromversorgung hängen von unterbrochenen Wecksignalen vom Amt ab und können als aufeinanderfolgende, aber deutliche und getrennte Gleichstromimpulse betrachtet werden.

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In den erfindungsgemäßen Tonwecker ist ein transistorisierter RC-Tonoszillator eingebaut, der normalerweise ein Tonsignal als erste Frequenz am Ausgang erzeugt. In die frequenzbestimmenden Bestandteile ist jedoch ein Widerstand eingebaut, der aufgrundres Ausgangssignals von einem zweiten Oszillator überbrückt werden kann. Diese Kombination von zwei Oszillatoren sorgt dafür, daß der Ausgang des ersten Oszillators zwischen zwei unterschiedlich und unterscheidbaren hörbaren Tönen hin- und herschwankt, und zwar mit einer Rate, die vorn Ausgang des zweiten Oszillators bestimmt wird. Das resultierende Aus gangs signal von den beiden Oszillatoren in Konibi-.nation wird einer Leistungsverstärkerstufe zugeführt, deren Ausgang mit einem kleinen dynamischen oder elektromagnetischen Wandler verbunden ist.

In die erfindungsgemäße Schaltung ist auch eine Schwellwertdetektorschaltung eingebaut, die in Betrieb kommt, nachdem der Ausgang der Stromversorgung eine vorgegebene Spannung erreicht, so daß die von den beiden Oszillatoren erzeugten Signale an .die Leistungsverstärker-Ausgangsstufe gelegt v/erden können. Der Schwellwertdetektor trägt dazu bei zu garantieren, daß ankommende Störsignale kein Ansprechen des erfindungsgemäßen Tonweckers verursachen. Der Schwellwertdetektor garantiert auch, daß Ausgangssignale vom erfindungsgemäßen Wecker stabile Charakteristik haben und durch variable Weckspannung und durch andere Fernsprechanlagen-Charakteristiken außer der Fernsprechteilnehmerstation relativ unbeeinflußt sind.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden, in der ein Schaltbild eines elektronischen Tonweckers zur Verwendung in einer Fernsprechteilnehmerstation nach der Erfindung dargestellt ist.

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Die dargestellte Weckerschaltimg ist durch einen Fernsprechteilnehmerapparat an eine Fernsprechteilnehmerleitung angeschlossen; der Fernsprechteilnehmerapparat ist nicht dargestellt, da er keinen Bestandteil der Erfindung darstellt.

Die über die Teilnehmerleitung ankommenden Signale werden Klemmen T1 und R1 dargeboten, wo sie über einen Koppelkondensator C1 und einen Thermistor TH1 an eine Vollweg-Dioden-Gleichrichterbrücke gekoppelt werden, die aus Dioden CR1 bis CR 4 besteht. Der Kondensator C1 isoliert die dargestellte Schaltung von irgendwelchen Gleichstrompotentialen, die auf der Fernsprechleitung vorhanden sein können. Der Thermistor Ί\;1 isoliert den Tonwecker gegen die Sendeschaltung des zugehöri^i Teilnehmerapparates. Auf diese Weise werden normale Fernsprechsignale auf niedrigem Pegel, wie Sprachsignale, Tasten-Rufsignale, usw., durch die dargestellte Schaltung des Tonweckers aufgrund der vom Thermistor TH1 dargebotenen hohen Impedanz nicht beeinflußt. Eine positive Ausgangsspannung wird an der Vereinigung der Dioden CR2 und CR4 vom Brückengleichrichter abgenommen, während negative Spannung (Masse) von der Vereinigung der Dioden CR1 und CR3 abgenommen wird.

Der Ausgang vom Brückengleichrichter liegt über Kondensator C2, der als Filter wirkt, um eine zu strke Welligkeit von der Ausgangsspannung zu eliminieren, die vorn Brückengleichrichter abgenommen wird. Die gefilterte Spannung wird dann dem Kollektor eines Transistors Q1 zugeführt, der zusammen mit dem zugehörige. Vorspannwiderstand R1 und einer Bezugs-Zener-Diode CR5 als Reihen-Regulator wirkt. Die regulierte Ausgangsspannung vorn Emittc: des Transistors Q1 an Klemme +V liegt an verschiedenen Schaltungselementen des dargestellten Tonweckers. Die speziellen Vorbindungen von Batterie und Masse sind der Übersichtlichkeit

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halber nicht dargestellt, da sie tatsächlich keinen Teil der Erfindung darstellen.

Die Grund-Tonsignale, die vom dargestellten Tonwecker erzeugt werden, werden von einer Oszillatorschaltung erzeugt, die aus Invertern 13 und 14 und den zugehörigen frequenzbestimmenden Bauelementen R6, R7 und C4 besteht. Alle Inverterschaltungen, die im dargestellten Tonwecker verwendet werden, sind in üblicher Weise aufgebaut, die Schaltungseinzelhexten ■sind deshalb nicht dargestellt. Der Oszillator weist ferner Dioden CR8 und CR9 sowie einen Widerstand R8 auf, dessen Funktion noch näher erläutert wird.

Es soll jetzt angenommen werden, daß Strom von Klemme +V und Masse an Inverter 13 und 14 gelegt ist, und wenn angenommen wird, daß die Diode CR7 nichtleitend ist, schwingt die Schaltung, die aus den Invertern 13, 14 usw. besteht, mit einer Rate, die von den beschriebenen frequenzbestimmenden Bauelementen bestimmt ist.

Während des Normalbetriebes des Oszillators, der die Inverter 13 und 14 aufweist, wird der Ausgang des Inverters 13 abwechselnd positiv und Masse, der Ausgang des Inverters 14 zwischen Masse und dann positiv wechselt. Wenn angenommen wird, daß der Ausgang von 13 positiv ist und der Ausgang von 14 auf Masse liegt, wird der Kondensator C4 vom positiven Ausgang 13 durch die Widerstände R6 und R7 geladen. Wenn der Kondensator ausreichend geladen ist (die Spannung am Eingang nach 13 hat einen vorgegebenen Pegel erreicht), schaltet der Ausgang von 13 auf. Masse um, und der Ausgang von 14 schaltet positiv. Der Kondensator C4 wird dann in der entgegengesetzten Richtung vom positiv.. Ausgang von 14 über R7 und CR8 gegen Bezugsmasse am Ausgang von

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13 geladen. Wenn C4 ausreichend geladen ist (die Spannung am Eingang von 13 ist bis zum vorgegebenen Schwellwert gefallen), schalten die Inverter in ihren Anfangszustand. Es ist hier zu erwähnen, daß die Zeitspanne, in der der Ausgang von inverter 14 positiv ist, von den Werten von R7 und C4 abhängt, während die Zeitspanne, während der 14 auf Masse liegt, eine Funktion der Werte von R6, R7 und C4 ist. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Betriebsfrequenz des Oszillators, der aus den Invertern 13, 14, usw. besteht, typischerweise im Bereich von 400 bis 2000 Hz festgelegt.

Der aus den Invertern 15 und 16 bestehende Oszillator arbeitet in ähnlicher V/eise, nur daß die Zeitspanne der beiden Hälften des Betriebszyklus durch die Werte von R9 und C5 bestimmt sind. Das Signal von diesem Oszillator wird typischrweise bei einer Frequenz fixiert, die im Bereich von 5 bis 40 Hz liegt. Der positive Spannungsteil vom Signal dieses Oszillators wird vom Ausgang des Inverters 16 abgenommen, über CR9 und R8 gekoppelt und dem aus 13 und 14 bestehenden Oszillator dargeboten, um dessen Schwingungsperiode zu ändern.

Es ist zu erwähnen, daß das Vorhandensein einer positiven Spannung am Ausgang von "16 nur eine Modifikation des halben Betriebszyklus des Oszillators 13, 14 verursacht, nämlich des Massepegel am Ausgang von 14 entsprechenden. Unter dieser Bedingung wird die Zeitspanne dieses halben Betriebszyklus des Oszillators 13, 14 durch die Werte von R6 und R9 parallel, R7 und C4 bestimmt. Es ergibt sich keine Modifikation der Betriebsweise des Oszillators 13, 14 durch Oszillator 15, 16, wenn 13 Masse führt (14 positiv ist) oder wenn 16 auf Masse liegt wegen des Nebenschlußeffektes von CR8 bzw. des Sperreffektes von CR9.

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Der Spannungsverlauf des Ausgangssignals von den Oszillatoren erscheint also am Ausgang von 14 mit einer festen, positiven Leitungspegelperiode und variabler Massepegel-Zeitspanne, die mit der Schwingungsfrequenz von 15, 16 geändert wird. Dieses Ausgangssignal wird vom Verstärker A1 verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers A1 wird einem KleinlautSprecher oder einem ähnlichen Wandler zugeführt, um die Tonsignale zu reproduzieren, die dazu verwendet werden, einen Fernsprechteilnehmer auf ankommende Wecksignale aufmerksam zu machen, die im zugehörigen Fernsprechteilnehmerapparat empfangen werden.

Der Kondensator C3, der über dem Eingang des Wandlers LSI lie^-'c, dient dazu, die Amplitude der hochfrequenten Signale zu reduzieren ρ die dem Wandler LS1 zugeführt werden, und wirkt in Vorbindung mit der Induktivität des Wandlers LS1 in dem Sinne, daß die gewünschten Ausgangssignale von den Oszillatoren nach der Erfindung akzentuiert werden.

Ein Potentiometer R2 erlaubt eine Justierung der Signalamplitude vom Wandler LS1 durch denTeilnehmer.

Gemäß Fig. 1 liegt . zwischen dem positiven Ausgang der Gleichrichterbrücke und den beiden erwähnten Oszillatoren ein Schwellwertdetektor, der aus Invertern 11, 12, Widerständen R3, R4, R5 und Dioden CR6, CR7 und CR1O besteht. Dieser Schwellwertdetektor dient dazu, die Arbeit der beiden oben beschriebenen Oszillatoren zu sperren, bis die Ausgangsspannung des Gleichrichters einen vorgegebenen Wert erreicht.

Anfänglich, -vor dem Zeitpunkt, an dem die Spannung vom Gleichrichter die vorgegebene Amplitude erreicht, ist der Ausgang des Inverters 11 positiv und der Ausgang des Inverters 12 auf

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Masse. Wenn Masse am Ausgang des Inverters 12 steht, dient die gleiche Masse dazu, über Diode CR7 einen Betrieb des Oszillators, der aus den Invertern 13 und 14 besteht, und über Diode CR10 den Betrieb des Oszillators zu verhindern, der aus den Invertern 15, 16, usw. besteht.

Wenn die Spannung vom Gleichrichter ansteigt, wird die Spannung am Eingang des Inverters 11 durch einen Spannungsteiler bestimmt, der aus Widerständen R4 und R5 parallel und aus R3 besteht. Wenn die Eingangsspannung, die durch diesen Spannungsteiler bestimmt· ist, auf einen vorgegebenen Wert ansteigt, ändern der Inverter 11 und dementsprechend der Inverter 12 ihren Betriebszustand, wobei der Inverter 11 auf Masse geht und der Ausgang von Inverter 12 positiv wird. Zu diesem Zeitpunkt spannt die positive Ausgangsspannung des Inverters 12 die Dioden CR7 und CR10 in Sperrichtung vor, so daß die oben beschriebenen Oszillatoren arbeiten können, so daß sie die beschriebenen Tonsignale erzeugen, die vom Verstärker A1 verstärkt und vom Wandler LS1 wiedergegeben werden.

Wenn das Wecksignal aufhört und der Ausgang des Gleichrichters verschwindet, verringert sich die Spannung am Eingang des Inverters 11, die Jetzt nur durch den Spannungsteiler bestimmt ist, der aus Widerständen R4 und R5 besteht (der Widerstand R5 ist von dem Zeitpunkt an nicht mehr eingeschlossen, zu dem der Ausgang des Inverters 12 positiv wurde), unter den vorgegebenen Schwellwert, und die Inverter 11 und 12 ändern wieder ihre Zustände, wobei der Ausgang des Inverters 11 wieder positiv wird und der Ausgang des Inverters 12 wieder Masse wird. Dementsprechend wird Masse am Ausgang von 12 über Dioden CR7 und CRIO an die beiden Oszillatoren in der beschriebenen Weise gelegt, so daß diese außer Betrieb gehen.

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Claims (1)

1. -It*

   Patentansprüche

   ) Tonwecker zur Verwendung in einem Fernsprechteilnehmerapparat, der an eine Fernsprechleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichrichterschaltung an die Fernsprechleitung angeschlossen ist, die auf Wecksignale anspricht, die über die Leitung empfangen werden, so daß die Wecksignale in Gleichspannungen umgewandelt werden, ein erster Oszillator an den Gleichrichter angeschlossen ist, der mehrere frequenzbestimmende Bestandteile aufweist und aufgrund der Gleichspannung vom Gleichrichter Tonsignale bei einer ersten Frequenz liefert, ein zweiter Oszillator zwischen dem Gleichrichter und dem ersten Oszillator geschaltet ist, der aufgrund der Gleichspannung vom Gleichrichter periodisch wenigstens einen der verschiedenen frequenzbestimmenden Bestandteile des ersten Oszillators überbrückt, wobei der erste Oszillator aufgrund jeder Überbrückung wenigstens eines frequenzbestimmenden Bestandteiles einen Ton bei einer zweiten Frequenz erzeugt, und ein Wandler an den ersten Oszillator angeschlossen ist, der die bei verschiedenen Frequenzen erzeugten Töne des ersten Oszillators hörbar wiedergibt.

   2. Tonwecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gleichrichter und die beiden Oszillatoren ein Schwellwertdetektor geschaltet ist, der, bei einer. Gleichspannung vom Gleichrichter, die unter einem bestimmten Wert liegt, den Betrieb der beiden Oszillatoren sperrt.

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   ■3· Tonwecker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertdetektor den Betrieb der Oszillatoren ermöglicht, wenn die Gleichspannung vom Gleichrichter wenigstens einen vorgegebenen Wert erreicht.

   4. Tonwecker nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten Oszillator und den Wandler eine Verstärkerschaltung geschaltet ist, die die Töne bei den verschiedenen Frequenzen verstärkt.

   5. Tonwecker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regulierschaltung zwischen den Gleichrichter und die beiden Oszillatoren geschaltet ist, die dazu dient, die Gleichspannung auf einen konstanten Pegel zu regeln.

   6. Tonwecker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker und der Wandler an die Regelschaltung angeschlossen sind,und daß aufgrund der konstanten Größe der Gleichspannung der Verstärker und der Wandler so betrieben werden, daß sie die Signale auf konstante Maximalamplitude verstärken und wiedergeben.

   7· Tonwecker nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Regelschaltung ein Potentiometer angeschlossen

   ist

   ist, das manuell einstellbar/; um den Gleichstrompegel einzustellen.

   8. Tonwecker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Wandler ein Kondensator liegt, der in Kombination mit dem Wandler von diesem produzierte Signale akzentuiert.

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