DE2551816C3 - Teiinehmerleitungs-Anschlußschaltung - Google Patents

Description

— die beiden Adern (14, 15) der Teilnehmerleitung sind über je einen Trennkondensator (21,22) mit den beiden Eingängen eines ersten Differenzverslärkers (25) verbunden, dessen einer Ausgang über eine Leitung (26) mit einem Eingang eines zweiten Differenzverstärkers (44) verbunden ist,

— der eine Ausgang (17) des zweiten Differenzverstärkers (44) ist mit der Vermittlungseinrichtung (16) verbunden,

der Ausgang (52) der Vermittlungseinrichtung (16) ist über eine Leitung (58) mit einem Eingang eines dritten Differenzverstärkers (27) und mit dem Eingang eines Ausgangsnetzwerkes (45) verbunden, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang des zweiten Differenzverstärkers (44) verbunden ist,

die beiden Differenzausgänge des dritten Differenzverstärkers (27) sind über Leitungen (28, 29) über je einen Trennkondensator (30,31) mit dem ersten Eingang (82, 82') je eines der beiden Differenzverstärker (80, 80') in den beiden Speiseschaltungen (34,35) verbunden,
der andere Ausgang des ersten (25) und des zweiten Differenzverstärkers (44), sowie der andere Eingang des dritten Differenzverstärkers (27) sind mit einem Referenzpotential (Masse) verbunden,

die beiden Eingänge (Leitungen 23,24) des ersten Differenzverstärkers (25), sowie die beiden Ausgänge (Leitungen 28, 29) des dritten Differeüzverstärkers (27) sind über Begrenzerdioden (36 bis 43) mit festen Potentialpunkten verbunden.

Die Erfindung betrifft eine Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung (Leitungsschaltung) gemäß Oberbegriff

jo des Anspruchs 1.

In Vermittlungsanlagen für Nachrichtenübertragungswege ist für jede zu einer Außenstelle, z. B. zu einem Telefonapparat führende Zweidrahtleitung eine Anschlußschaltung vorgesehen, die verschiedene Aufgaben zu erfüllen hat, dazu gehören, je nach Art der Vermittlung: Herstellung einer festgelegten Abschiußimpedanz für die Teilnehmerleitung; Obertragen der Nutzsignale zwischen Teilnehmerleitung und Vermittlungsanlage; Stromversorgung der Außenstelle; Maßnahmen zur Siebung in der Stromversorgung, um Nebensprechen zu vermeiden; Schutz der Vermittlungsanlage gegen Hochspannungen und Kurzschlüsse auf der Teilnehmerleitung; Richtungstrennung der Signale (Gabelschaltung für Zweidraht-/Vierdraht-Umsetzung); Eliminierung von Störsignalen usw.

Üblicherweise wird in der Leitungsschaltung ein Übertrager zur Kopplung der Nutzsignale zwischen Teilnehmerleitung und Vermittlung sowie zur Einspeisung des von der Außenstelle benötigten Gleichstroms

verwendet. Der Übertrager wirkt dabei zugleich als induktives Siebglied.

Die Verwendung von Übertragern ist jedoch aufwendig und erfordert einen hohen Platzbedarf. In einer bekanntgewordenen Anordnung (IBM TDB September 1973, Seite 1173) wurden daher die Sprechsignale vom Teilnehmer über Kapazitäten an die Vermittlungsanlage angekoppelt. Diese Einrichtung muß jedoch zur Speisung eigene Speiseschaltungen verwenden, die einen vorgeschriebenen Speisewider-

t,o stand aufweisen müssen. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß Störsignale ungehindert in die und aus der Gleichstromquelle übertragen werden (Nebensprechen) und daß zur Erreichung einer guten Erdsymmetrie diese Speiseschaltungen sehr genau abgeglichen sein

_h, müssen.

Zur Einspeisung des Spciscgleichstromes in Leitungen von Nachrichtenanlagen wurden auch schon Induktivitäten als Speiseschaltungen verwendet (Bell

STJ, Oktober 1969, Seile 2697). Hierbei ergibt sich zwar eine gute Wechselstromtrennung zur Gleichstromquelle und damit ein vermindertes Nebensprechen; die hierzu notwendigen Induktivitäten sind jedoch ebenso aufwendige und unhandliche Bauelemente wie die vorher erwähnten Übertrager.

Eine Speiseschaltung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US-PS 36 49 769 bekanntgeworden.

Darin begeht der Verstärker aus einem Transistor, der als Emitterfolger betrieben wird, wobei die Basis des Verstärkertransistors mit dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen und der Emitter mit der Basis des Speisetransistors verbunden ist Der Verstärkertransistor wirkt also als Stromverstärker und hat die Aufgabe einen konstanten Strom in die Basis des Speisetransistors einzuspeisen. Durch den Speisetransistor fließt hierdurch ein Speisestrom, der um den Stromverstärkungsfaktor als der obengenannte, in die Basis eingespeiste Strom ist. Der Widerstand im Emitterkreis des Speisetransistors wirkt als Strombegrenzungswiderstand. Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß der Speisestrom in hohem Maße von den Stromverstärkungsfaktoren der beiden Transistoren abhängig ist Bekanntlich ist dieser Stromverstärkungsfaktor seinerseits wieder von dem Absolutwert des fließenden Stromes abhängig. Außerdem hängt der Speisestrom auch in starkem Maße von der jeweiligen Potentialdifferenz zwischem dem Emitter und der Basis der beiden Transistoren ab. Diese Potentialdifferenz ist bekanntlich temperaturabhängig. Insgesamt ist also mit der genannten Schaltung ein konstanter Stromwen schwer einzuhalten. Außerdem dient die beschriebene Schaltung lediglich der Stromeinspeisung, so daß zusätzliche Einrichtungen vorgesehen werden müssen, um die anderen eingangs geschilderten Funktionen einer Anschlußschaltung erzielen zu können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine spulenlose Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung mit allen eingangs genannten, notwendigen Eigenschaften einer solchen Schaltung anzugeben, die zur Herstellung in integrierter Halbleiter-Schaltungstechnik geeignet ist und eine Richtungstrennung der Signale erleichtert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 beschriebene Schaltungsanordnung gelöst

Der Hauptvorteil der Erfindung liegt darin, daß sie eine Gesamtkonzeption einer Teilnehmerschaltung gestattet, die ohne Induktivitäten auskommt. Die Herstellungskosten und der Raumbedarf können dadurch ganz wesentlich gesenkt werden, da einerseits die teuren Induktivitäten wegfallen und andererseits die Schaltung in integrierter Halbleitertechnik ausgeführt werden kann.

Die Erfindung ermöglicht außerdem auf einfache Weise eine Richtungstrennung der Nutzsignale und eine rückwirkungsfreie Einspeisung der zum Teilnehmer auszugebenden Signale in die Speiseschaltung. Durch das induktive Verhalten der Speiseschaltung wird ein ansonsten durch den Innenwiderstand der Speisespannungsquelle verursachtes ! icbsüaprechen verhindert. Die scheinbare Induktivität wirkt dabei als Siebglied. Die Ausführung gemäß der Erfindung der Leitungsschaltung ergibt außerdem durch die Verwendung von konstanten und leicht beherrschbaren Schaltelementen eine gute Erdsymmetrie und einen hohen Störabstand gegenüber Störsignalen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Kapazität jeder Speiseschaltung eine Zenerdiode angeordnet ist. mit deren Hilfe die Spannung über die Kapazität und damit der durch die Speiseschaltung fließende Gleichstrom begrenzt wird. Hierdurch wird auf einfache Weise eine Kurzschlußsicherung, d. h. eine Begrenzung des Speisestromes erzielt

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den restlichen Patentansprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der ίο Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung in teilweiser Blockdarstellung, im Zusammenhang mit eine¹- Vermittlungseinrichtung und weiteren Teilnehmeranschlüssen,

F i g. 2 Einzelheiten der Speiseschaltungen aus F i g. 1 und weiterer Schaltungselemente für Hilfsfunktionen,

F i g. 3A und 3B Einzelheiten einer im Zusammenhang mit der Speiseschaltung verwendeten Versorgungs-2« spannungs-Auswahlschaltung; und

Fig.4 ein Strom/Spannungskennliniendiagramm zur Erläuterung der Auswirkungen einer Versorgungsspannungs-Umschaltung.

Fig. 1 zeigt die Anordnung einer Leitungsanschluß-Schaltung und ihrer Umgebung. Zweck der Leitungsanschlußschaltung ist die Verbindung einer Teilnehmer-Zweidrahtleitung a/b, an der z. B. ein Telefonapparat angeschlossen ist, mit einer Vermittlungseinrichtung. Die Vermittlungseinrichtung kann eine Nebenstellenanjo lage sein, oder eine Vermittlungszentrale eines öffentlichen Fernsprechnetzes. Eine große Anzahl von Teilnehmerleitungen ist über je eine Leitungsanschlußeinheit mit der Vermittlungseinrichtung verbunden.

Eine Leitungsanschlußeinheit erfüllt je nach Art der j-) Vermittlungseinrichtung einen Teil oder alle der folgenden Funktionen:

— Teilnehmerleitungsabschluß

— Zweidraht-/Vierdrahtumsetzung

— Umwandlung symmetrisch-unsymmetrisch

— Feststellung des Leitungszustandes (Betriebszustandes)

— Kurzschlußschutz für Gleichspannungsquelle und Leitungsanschlußeinheit

— Hochspannungsschutz der Vermittlungseinrichtung

— Rufstromeinspeisung

— Energieeinspeisung für die Außenstelle (Telefonapparat)

Der prinzipielle Aufbau der als Ausführungsbeispiel

so gewählten Leitungsanschlußeinheit wird nun anhand von Fig. 1 beschrieben. Ein Telefonapparat 11 ist über die beiden Adern 12 und 13 (a- und 6-Ader) mit der Leitungsanschlußeinheit verbunden, deren beide Eingangsleitungen mit 14 und 15 bezeichnet sind. Für die Verbindung der Leitungsanschlußeinheit mit der Vierdraht-Vermittlungseinrichtung 16 sind eine Eingabeleitung 17 (Eingangssignale Sl nur in Richtung von der Teilnehmerleitung zur Vermittlungseinrichtung) und eine Ausgabeleitung 18 (Ausgangssignale S2 nur in Richtung von der Vermittlungseinrichtung zur Teilnehmerleitung) vorgesehen.

Die beiden Leitungen 14 und 15 sind durch eine /?C-Kombination 19/20 verbunden, um den für die Teilnehmerleitung vorgeschriebenen Abschlußwiderstand zu erreichen.

Die Ankopplung der Teilnehmerleitung an die Eingabe- und Ausgabeleitung der Vermittlungseinrichtung erfolgt hier nicht, wie bisher meist üblich, durch

einen Transformator, sondern durch kapazitive Elemente. Über je eine Kapazität 21 bzw. 22 sind die beiden Leitungen 14 und 15 mit den Eingangsleitungen 23 und 24 eines Verstärkers 25 verbunden, dessen einer Ausgang 26 üK-r einen Differenz-Verstärker mit der ^r> Eingabeleitung 17 verbunden ist, während der andere an Erde liegt. Das Eingabesignal 51 erscheint also auf der Eingabeleitung 17 als Spannung gegen Erde.

Das Ausgabesignal auf Leitung 18 ist eine Spannung gegen Erde. Leitung 18 ist mit einem Eingang eines to Verstärkers 27 verbunden, der andere mit Erde. Das Ausgabesignal 52 erscheint auf den Ausgangsleitungen 28 und 29 des Verstärkers 27 als Spannungsdifferenz, die symmetrisch gegen Erde ist. Die beiden Leitungen 28 und 29 sind über je eine Kapazität 30 bzw. 31 mit den Leitungen 32 und 33 verbunden, welche die auszugebenden Signale zur Teilnehmerleitung (a/fr-Leitung) übertragen. Die Leitungen 32 und 33 sind aber nicht direkt mit der a-Ader 14 bzw mit der fc-Ader 15 verbunden, sondern über die Speiseschaltungen 34 bzw. 35. Einzelheiten hierüber folgen später.

Die Leitungen 23, 24, 28 und 29 sind durch je zwei Dioden 36/37, 38/39, 40/41 und 42/43 mit zwei Potentialquellen + V max. 1 und - Vmax. 2 verbunden, so daß die Spannung auf diesen vier Leitungen auf jeden Fall auf einen Beireich begrenzt bleibt, der zwischen den durch die Potentialquellen gegebenen unteren und oberen Grenzwerten — Vmax. 2 und + Vmax. 1 liegt. Diese Werte liegen etwa an den Grenzen der Linearbereiche der beiden Verstärker 25 und 27. jo

Zur Vermeidung einer Rückführung des Ausgabesignals 52 über die Speiseschaltungen 34 und 35 sind ein Differenzverstärker 44 und ein Ausgleichsnetzwerk 45 vorgesehen. Der Ausgang des Differenzverstärkers 44 ist mit der Eingabeleitung 17, sein erster Eingang mit dem Ausgang 25 des Verstärkers 25 und sein zweiter Eingang mit den Ausgang des Ausgleichsnetzwerks 45 verbunden. Der Eingang des Ausgleichsnetzwerkes 45 ist mit der Ausgabeleitung 18 verbunden. Diese Anordnung bewirkt, daß der auf der Leitung 26 durch Rückführung de:s Ausgabesignals 52 hervorgerufene Signalanteil im Verstärker kompensiert wird, und zwar dadurch, daß das Netzwerk 45 das Ausgabesignal 52 in gleicher Weise verändert wie die Elemente auf dem Rückkopplungsweg vom Verstärker 27 zum Verstärker 25, und das so gewonnene Korrektursignal auf den Subtraktionseingang des Differenzverstärkers 44 gibt. Auf diese Weise: wird eine vollständige Richtungstrennung erreicht.

Die Speiseschaltungen 34 und 35 sind vorgesehen, um die a- und ö-Adern Ϊ4/Ϊ5 bzw. i2/ί3 mit einer Gleichstromquelle zu verbinden. Sie sollen einen bestimmten (vorgeschriebenen) Gleichstromwiderstand haben, und für Wechselströme eine möglichst hohe Impedanz. Es sind also Schaltungen mit Tiefpaßcharakteristik vorzusehen. Speiseschaltung 34 verbindet die a-Ader 14 mit Erde, d. h. mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle. Speiseschaltung 35 verbindet die fc-Ader 15 mit dem negativen Pol der Gleichspannungsversorgung. Im Ausführungsbeispiel ist noch eine Auswahlschaltung 46 vorgesehen, die aufgrund von Steuersignalen A, Z und RC an ihren Eingängen 47, 48 und 49 den Anschlußpunkt 50 der Speiseschaltung 35 entweder mit einer — 48V-Versorgungsleitung oder mir einer — 30V-Versorgungsleitung verbindet. Einzelheiten der Speiseschaltungen 34 und 35 sowie der Auswahlschaltung 46 und ihrer Arbeitweise werden SDäter beschrieben.

Das Steuersignal A wird durch eine Testschaltung 51 erzeugt, die mit der Speiseschaltung 34 verbunden ist um eine Anzeige für die Größe des Speisestromes zu erhalten. Einzelheiten der Schaltung 51 werden später beschrieben.

Das Steuersignal Z ist binär und wird durch den Betriebszustandsdetektor 52 erzeugt als Anzeige für den Betriebszustand des Teilnehmerapparates 11. Zwei Eingänge des Betriebszustandsdetektors 52 sind direkt mit der a-Ader 14 bzw. mit der 6-Ader 15 verbunden. Der Detektor 52 stellt den Impedanz-Unterschied in der Teilnehmerleitungsschleife zwischen dem aufgelegten und abgehobenen Zustand fest, indem er den durch das Fließen oder Nichtfließen des Speisestromes in der Teilnehmerschleife bedingten Gleichspannungsunterschied entdeckt, und je nach dem Ergebnis den einen oder anderen Binärwert als Ausgangssignal Zabgibt.

Das Steuersignal RC ist ein binäres Impulssignal, welches als Rufkommando von der Vermittlungseinrichtung über eine Leitung 53 abgegeben wird. Die Vermittlungseinrichtung gibt außerdem über Leitungen 54 und 55 zwei komplementäre Rufwechselspannungen RSX und RS2 ab. Mit Hilfe einer Schaltereinheit 56 werden bei Bedarf Rufstrome auf die Adern 14 und 15 der Teilnehmerleitung gegeben. Im Takte der Impulse des Rufkommandosignals RC, das am Eingang 57 der Schaltereinheit 56 eingegeben wird, wird das Rufsignal RS1 vom Eingang 58 über Ausgang 59 auf die a-Ader 14 und das Rufsignal RS2 vom Eingang 60 über Ausgang 61 auf die i>-Ader 15 weitergegeben.

Die Schaltereinheit 56 kann z. B. zwei TRIAC-EIemente zwischen den Eingängen 58 und 60 einerseits und den Ausgängen 59 und 61 andererseits enthalten, sowie eine Leuchtdiode (LED), die an den Steuereingang 57 angeschlossen ist. Durch jeden /?C-lmpuls am Eingang 57 wird dann infolge eines Lichtimpulses auf die TRIACs eine Verbindung für die Signale RS 1 und RS2 durchgeschaltet.

Speiseschaltungen (gyratorähnlich)

Einzelheiten der beiden in Fig. 1 gezeigten Speiseschaltungen 34 und 35 werden nun anhand von F i g. 2 beschrieben. Die Beschreibung beschränkt sich auf die Speiseschaltung 34, weil die zweite Speiseschaltung 35 analog aufgebaut ist (allerdings mit komplementären Transistoren, für komplementäre Spannungen, usw.). Einander entsprechende Bauelemente sind in beiden Speiseschaltungen mit der gleichen Buchstaben/Zifferkombination bezeichnet, wobei die Bezeichnungen in Schaltung 35 zur Unterscheidung einen Strich haben (z.B. Di in 34, D Γ in 35).

Der gestrichelte eingerahmte Bereich in F i g. 2 entspricht der Speiseschaltung 34. Sie hat das Verhalten einer Reihenschaltung von ohmschem Widerstand und Induktivität, was die gewünschte Tiefpaßcharakteristik ergibt. Dieses Verhalten wird erreicht durch eine Kapazität Ci (Bereich 34b) und eine damit verbundene gyratorähnliche Schaltung (Bereich (34a), durch welche die Kapazität Ci bezüglich ihrer Wirkung auf die a-Ader 14 in eine Induktivität transformiert wird.

Die gyratorähnliche Schaltung ist folgendermaßen aufgebaut:

Zwei in Reihe geschaltete Widerstände R 1 und R 2 bilden einen Spannungsteiler zwischen Erde und der a-Ader 14. Ein mit Erde verbundener Widerstand R 3, ein mit seinem Emitter an den Widerstand R 3 angeschlossener Transistor Ti, und eine mit dem Kollektor des Transistors Ti einerseits und der a-Ader

14 andererseits verbundene Diode D1 bilden eine zweite Reihenschaltung. Ein Differenzverstärker 80 ist mil seinem ersten Eingang an den Verbindungspunkt zwischen Widerstand RZ und Transistor TX angeschlossen (Punkt 8t), und mit seinem zweiten Eingang > (Punkt 82) an einen Widerstand /?4, der seinerseits mit seinem anderen Ende an den Verbindungspunkt (Punkt 83) zwischen den Widerständen R 1 und R 2 angeschlossen ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers ist mit der Basis des Transistors TX verbunden. Die Widerstände RX und R 2 sind beide sehr groß gegen den Widerstand/? 3.

Durch die Kombination des Verstärkers und des Transistors werden die Punkte 81 und 82 auf etwa gleichem Potential gehalten. Bei reiner Gleichspannung r> über der Speiseschaltung 34 wird kein Strom durch CX fließen, und die Spannung wird sich auf RX und R 2 verteilen. Damit wird sich im Zweig RZITXIDX ein Strom einstellen, der einem Widerstand entspricht von

wobei RF der geforderte Speisewiderstand ist. Der Strom durch R X und R 2 ist dagegen vernachlässigbar.

Bei Anlegen einer Wechselspannung auf der Leitung 14 an die Speiseschaltung 34 dagegen wird die Spannung im Punkt 82 durch den durch CX fließenden Strom wesentlich mitbestimmt. Um die Spannung im Punkt 81 auf einen entsprechenden Wert zu bringen, muß durch den Zweig RZITXIDX ein induktiver Strom 3d fließen.

Für die Impedanz der Speiseschaltung 34 gilt folgende Formel:

D "1

Zs= ₆AR\ +K 2)+./VL

H. I

L = R3Ä2fl

35

Hierbei sind die im folgenden beschriebenen, außerhalb der gestrichelten Kästchen 34a und 346 liegenden Elemente nicht berücksichtigt.

Zur Erreichung zusätzlicher Funktionen sind an die beschriebene Speiseschaltung 34 (das gleiche gilt für Speiseschaltung 35) noch weitere Elemente anzuschließen, die im folgenden kurz beschrieben werden.

Ein Transistor 7"2 verbindet als Kurzschlußschalter den Punkt 82 mit Erde (bzw. den Punkt 82' mit dem Anschiußpunkt 5ö für die negative Versorgungsspannung). Durch ein binäres Steuersignal RX an der Basis des Transistors kann der Punkt 82 zwangsweise auf Erdpotential gebracht werden. Dies ist bei Rufstromeinspeisung nützlich, wie später noch kurz erläutert wird.

Parallel zur Kapazität CX (und zum Widerstand R X) ist eine Zenerdiode ZX vorgesehen. Sie begrenzt die Spannung über CX und damit auch den durch die Speiseschaltung fließenden Strom. Somit kann durch die Zenerspannung von ZX der maximale durch, die Teilnehmerleitung fließende Kurzschlußstrom festgelegt werden.

Ebenfalls parallel zur Kapazität CX ist eine Reihenschaltung aus einem Transistor TZ und einem Widerstand R 5 vorgesehen, deren Verbindungspunkt 85 über eine Zenerdiode Z2 mit einer Hilfsspannung + VZ verbunden ist (für die Zenerdiode Z2' beträgt die Hilfsspannung -30V— VZ). Zenerdiode Z2 und Widerstand R 5 sind in Reihe zwischen der positiven Hilfsspannung + VZund Punkt 83 geschaltet. (Zenerdiode und KZbestimmen die Lage des Kennlinienknicks P in Fig. 4. Der Emitter des Transistors TZ ist an Erde, sein Kollektor an den Verbindungspunkt 85 zwischen Zenerdiode Z2 und Widerstand R5 angeschlossen. Die Basis des Transistors TZ ist mit einem Steuereingang 84 verbunden. Dieses Netzwerk ermöglicht eine Anpassung der gyratorähnlichen Schaltung (Änderung der Gleichstromkennlinie) bei Umschaltung der Versorgungsspannung. Das Verhalten des Zusatznetzwerks wird gesteuert durch Anlegen eines Signals B über den Steuereingang 84 an die Basis des Transistors TZ (bzw. eines Signals B 1 über Steuereingang 84' an die Basis des Transistors TZ'). Die Wirkung dieser Anpassung durch Wirksammachen bzw. Unwirksammachen der Zenerdiode Z2 wird später noch etwas genauer erläutert (F ig. 4).

Schließlich sind in Fig. 2 noch Einzelheiten der Testschaltung 51 gezeigt, durch die das Signal A erzeugt wird, welches die Größe des über die a-Ader 14 bzw. 12 fließenden Speisestroms anzeigt. Die Testschaltung 51 besteht aus einem Differenzverstärker 90, dessen einer Eingang mit Erde, und dessen anderer Eingang über einen Widerstand 91 mit dem Anschlußpunkt 81 verbunden ist. Der Ausgang 93 des Differenzverstärkers, an dem das Signal A abgenommen werden kann, ist über einen Widerstand 92 mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers verbunden.

Wie bereits früher gesagt, sind die beiden Speiseschaltungen 34 und 35 analog aufgebaut. Sie dienen nicht nur zur Verbindung der a-Ader 14 und der 6-Ader 15 mit Erde bzw. mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle zwecks Energieversorgung, sondern auch zur Verbindung der Signalausgabeleitung 32 bzw. 33 mit der a- bzw. ύ-Ader. Zu diesem Zweck ist Leitung 32 mit dem Punkt 82 verbunden, und Leitung 33 mit dem Punkt 82'. Die an die Teilnehmerstelle zu sendenden Signale werden also in die gyratorähnlichen Schaltungen eingegeben und gelangen auf diesem Wege auf die Zweidraht-Teilnehmerleitung.

Umschaltbare Stromversorgung

Anhand von Fig. 3A und Fig. 3B werden nun Einzelheiten der Auswahlschaltung 46 aus Fig. 1 beschrieben, welche eine umschaltbare Stromversorgung ermöglicht. Die umschaltbare Stromversorgung soll es erlauben, in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, statt der normalen Versorgungsspannung (z. B. -48 V) bei bestimmten Zuständen (z. B. kurze Leitung) eine niedrigere Spannung (z. B. —30 V) zu verwenden, um dadurch Verlustenergie einzusparen.

Die Bedingungen bzw. Zustände, welche die Spannungsauswahl beeinflussen, sind folgende:

1) Gabelschalter ein oder aus:

Bei aufgelegtem Hörer soll die niedrige Spannung (-30V) angelegt werden, weil dies im Ruhezustand genügt.

2) Rufstrom ein oder aus:

Wenn Rufstrom auf die Leitung gegeben wird, soll die niedrige Spannung (— 30 V) angelegt sein (unter der Annahme, daß der Gleichstrom-Mittelwert des Rufsignals auf der £>-Ader —30 V beträgt, siehe weiter vorn), damit die Spannungsdifferenz zwischen Rufsignal und Speisespannung gering bleibt.

3) Strom auf der Leitung über oder unter Schwellenwertbereich:

Wenn der Strom über dem Schwellenwertbereich ist, soll die niedrigere Spannung ( — 30 V) angelegt werden, weil das offenbar ausreicht; wenn der Strom unter dem Schwellenwertbereich ist, soll die höhere Spannung (-48 V) angelegt werden, damit ein ausreichender Strom zustande kommt.

Die Steuersignale, welche diese Zustände angeben, wurden bereits bei der Beschreibung von F i g. 1 genannt: Signal Zstellt die Stellung des Gabelschalters dar:

Z=! : aufgelegt Z=O: abgehoben

Signal /?Cstellt den Zustand des Rufsignals dar:
RC= 1: Rufsignal aktiv /?C=0:Ruhe

Signal A stellt, in Form einer analogen (kontinuierlich veränderlichen) Spannung den durch die Leitung fließenden Strom dar.

Es gelten nun folgende logische Bedingungen, welche durch die Auswahlschaltung verwirklicht werden:

I)WENN Z=1ODER/?C=1ODER4> VH
DANN -30 V einstellen

2) WENN Z=0UNDA<VZ.
DANN -48 V einstellen

Dabei bezeichnet VW den oberen und VXden unteren Wert des Schwellenbereichs oder Umschalt-Toleranzbereichs.

Die oben dargestellten Bedingungen sind in der Schaltung der Fig. 3A verwirklicht. Für die drei Steuersignale Z, A und /?Csind die drei Eingangsleitungen 101,102 und tO3 vorgesehen. Die Leitung 101 ist mit je einem Eingang zweier ODER-Glieder 104 und 105 verbunden. Die Leitung 102 ist mit den positiven Eingängen zweier Differenzverstärker (Vergleicher) 106 und 107 verbunden. Der negative Eingang des Differenzverstärkers 106 liegt an einer Referenzspannung VH, der negative Eingang des Differenzverstärkers 107 liegt an einer Referenzspannung VL Beide Differenzverstärker geben am Ausgang ein »!«-Signal ab, wenn das /4-Signal am positiven Eingang größer ist als die Referenzspannung VH bzw. VL Wenn A kleiner ist als die Referenzspannung, wird ein »0«-Ausgangssignal abgegeben. Die Werte der Referenzspannungen werden so gewählt, daß durch Versorgungsspannungsumschaltung jeweils ein ausreichender, aber nicht unnötig großer Strom auf der Teilnehmerleitung fließt.

Der Ausgang des Dirferenzverstärkers 106 ist mii einem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 104, und der Ausgang des Differenzverstärkers 107 mit einem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 105 verbunden. Die Eingangsleitung 103 für das ÄC-Signal ist mit einem dritten Eingang des ODER-Gliedes 104 verbunden. Sie ist außerdem mit dem Steuereingang eines Pegelumsetzers 108 verbunden, der weiter unten genauer beschrieben ist.

Der Ausgang des ODER-Gliedes 104 ist mit dem Setz-Eingang 5 eines bistabilen Kippgliedes 109 verbunden. Der Ausgang des ODER-Gliedes 105 ist über einen Inverter 110 mit dem Rückstelleingang R des bistabilen Kippgliedes 109 verbunden. Die Ausgänge Ul und 112 des bistabilen Kippgliedes geben die Steuersignale für die Versorgungsspannungs-Umschaltung ab. Der Pegel dieser binären Steuersignale, die im Ausführungsbeispiel entweder den Wert 0 V oder + 5 V annehmen (TTL-Schaltungen), muß aber noch verschoben werden, damit die direkt an —30 V bzw. an -48 V liegenden Schalttransistoren mit ihnen direkt angesteuert werden können.

■> Zu diesem Zwecke sind die Pegelumsetzer 113, 114 und 115 (und ebenso 108) vorgesehen, deren Einzelheiten weiter unten anhand von Fig. 3B beschrieben werden. Ausgang 111 des Kippgliedes 109 ist mit dem Steuereingang der Pegelumsetzer 113 und 114 verbunden, Ausgang 112 mit dem Steuereingang des Pegelumsetzers 115.

Der Pegelumsetzer 113 hat zwei Ausgänge 116 und 117, auf denen die pegel verschobenen und komplementären binären Steuersignale Bund B'erscheinen. Diese beiden Ausgänge sind mit den in Fig. 2 gezeigten Steuereingängen 84 bzw. 84' der Kennlinienänderungs-Zusatznetzwerke bei den Speiseschaltungen verbunden.

Der Pegelumsetzer 114 hat auch zwei Ausgänge,

wovon einer unbenutzt und der andere mit der Basis eines Schalttransistors 118 verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors liegt an der — 48V-Leitung einer Spannungsquelle, sein Kollektor ist über eine Diode 118a mit einer Stromversorgungsleitung 119 verbunden.

Der Pegelumsetzer 115 hat ebenfalls zwei Ausgänge,

2^r) wovon einer nicht benutzt und der andere mit der Basis eines Schalttransistors 120 verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors liegt an der -30V-Leitung einer Spannungsquelle, sein Kollektor ist über eine Diode 120a mit der Stromversorgungsleitung 119 verbunden.

jo Der Pegelumsetzer 108, dessen Steuereingang mit der /?C-Signaleingangsleitung 103 verbunden ist, hat zwei Ausgänge 121 und 122, auf denen die pegelverschobenen und komplementären Steuersignale RX und RX' erscheinen. Diese beiden Leitungen sind mit den Basen

3·) der Transistoren T2 bzw. 7~2' in F i g. 2 verbunden, um diese ein- oder auszuschalten und damit die gyratorähnlichen Speiseschaltungen entweder stillzulegen, wenn ein Rufsignal ausgesendet wird, oder andernfalls zu aktivieren.

Die Stromversorgungsleitung 119, welche entweder an —30 V oder an -48 V liegt, ist mit dem Anschlußpunkt 50 der Speiseschaltung 35 in Fig. 2 (auch in Fig. 1) verbunden. Die Stromversorgungsleitung 119 ist außerdem mit je einem ersten Versorgungsanschluß der vier Pegelumsetzer 108, 113, 114 und 115 verbunden. Je ein zweiter Versorgungseingang aller Pegelumsetzer liegt über eine Leitung 123 an einer Hilfsspannung von —12V.

Fig. 3B zeigt den Schaltungsaufbau der Pegelumsetzer. Zwischen dem Steuereingang 124 und dem — i2V-Versorgungseingang i25 ist die Reihenschaltung mehrerer hintereinandergeschalteter Dioden 126, 126a und eines Widerstandes 127 angeordnet. Am Verbindungspunkt dieser beiden Elemente ist der erste Ausgang 128 des Pegelumsetzers angeschlossen. Zwischen dem Steuereingang 124 und dem —30V/ —48V-Versorgungseingang 129 ist ein Inverter 130 sowie die Reihenschaltung eines ersten Widerstandes 131, eines Transistors 132 und eines zweiten Widerstandes 133

bo angeordnet. Die Basis des Transistors ist mit Erde verbunden, der Verbindungspunkt zwischen Kollektor und Widerstand 133 mit dem zweiten Ausgang 134 des Pegelumsetzers.

Bei einem binären Eingangssignal mit den Binärwerten OV und +5V wirkt der Pegelumsetzer wie folgt: Wenn die Spannung am Steuereingang 124 gleich 0 V ist, fließt ein Strom durch den Widerstand 127, wobei jedoch auch ein geringer Spannungsabfall an den

Dioden 126, 126a auftritt, so daß der erste Ausgang 128 ungefähr die Spannung -0,7 V annimmt, wenn (wie gestrichelt dargestellt), ein Transistor (oder mehrere) angeschlossen ist (sind), der (die) dadurch leitend wird (werden). Am Ausgang des Inverters 130 liegt der Komplementwert des Eingangssteuersignals, also + 5V. Durch die Widerslände 131 und 133 fließt ebenfalls ein Strom, und der zweite Ausgang 134 nimmt die Spannung -30 V +Δ V bzw. -48 V + Δ Van. Die Widerstände sind so gewählt, daß der Spannungsabfall Δ V, also die Spannung des Ausgangs 134 gegenüber dem Anschlußpunkt 129, ausreicht, um den (bzw. die) angeschlossenen (gestrichelt dargestellten) Transistor leitend zu machen.

Wenn dagegen am Steuereingang 124 die Spannung + 5V anliegt, fließt ein größerer Strom durch den Widerstand 127, so daß die Spannung am Ausgang 128 positiv wird und damit der angeschlossene Transistor oder die angeschlossenen Transistoren gesperrt wird bzw. werden. Gleichzeitig ist aber das Ausgangssignal des Inverters 130 auf 0 V, so daß Transistor 132 gesperrt wird und dadurch kein Strom durch den Widerstand 133 fließt. Infolgedessen liegt der zweite Ausgang 134 auf -30 V bzw. —48 V. Das Signal am ersten Ausgang 128 entspricht also bis auf geringe Spannungsänderungen dem Eingangssignal, während das Signal am zweiten Ausgang 134 invertiert und außerdem um —30 V bzw. um —48 V pegel verschoben ist.

Die Arbeitsweise der Auswahlschaltung 46, die anhand von F i g. 3A und 3B beschrieben wurde, sei nun kurz erläutert:

Sobald Z= 1 (Hörer aufgelegt), A > VH (großer Strom auf der Leitung) oder RC= 1 (Aussendung Rufsignal), gibt ODER-Glied 104 ein »!«-Signal ab, und damit wird Kippglied 109 gesetzt, und ein »!«-Signal erscheint am Ausgang 111. Die Signale ß/ß'auf Leitung 116/117 (F ig. 3A) und am Eingang 84/84' (F i g. 2) werden aktiviert und damit die Transistoren Γ3/Γ3' gesperrt. Die Zenerdioden Z2/Z2' werden wirksam (Erklärung der Wirkung im Zusammenhang mit F i g. 4). Der Transistor 118 wird gesperrt, der Transistor 120 wird leitend, so daß die niedrigere Spannung vor, — 30 V an die Speiseschaltung angelegt wird.

Die Signale RX/RX' an den Ausgängen 121/122 werden nur bei Rufsignalabgabe (RC= 1) aktiviert, und machen dann die Transistoren T2/T2' (F i g. 2) leitend, um so während des Rufstroms die Speiseschaltungen 34 und 35 zu sperren.

Wenn irgendwann bei abgehobenem Hörer (Z=O) der Wert des Testsignals A kleiner als VL ist, liegt an beiden Eingängen des ODER-Gliedes 105 ein »0«-Signal, das komplementiert als »1 «-Signal an den /?-Eingang des Kippgliedes 109 gelangt und dieses zurückstellt. Ausgang 111 erhält nun ein »0«-Signal. Dadurch werden die Steuersignale B/B'deaktiviert, die Transistoren T3/T3' werden leitend und überbrücken die Zenerdioden Z2/Z2'. Außerdem wird (wegen der Komplementierung im Pegelumsetzer 114) der Transistor 118 leitend, so daß nunmehr die Spannung —48 V über Leitung 119 und Punkt 50 an die Speiseschaltung 35 gelangt. Der Transistor 120 wurde gleichzeitig gesperrt, da auf dem Ausgang 112 des Kippgliedes 109 ein »1 «-Signal liegt.

Die Gesamtwirkung ist also wie erwünscht:

Bei aufgelegtem Hörer oder bei relativ hohem Speisestrom (kurze Leitung, niedriger Schleifenwiderstand) wird die niedrige Versorgungsspannung von — 30 V angelegt, um die Verlustleistung niedrig zu

halten. Wenn bei abgenommenem Hörer jedoch der Speisestrom zu niedrig ist (lange Leitung, hoher Schleifenwiderstand), wird die Spannung von —48 V benutzt. Außerdem wird bei Einspeisung des Rufwechselstroms die Speisespannung auf —30 V gesetzt, um keine unerwünscht hohen Spannungen infolge Überlagerung der Gleichspannung und der Rufwechselspannung zu erhalten.

Auswirkung der Spannungsumschaltung

Anhand der Kennlinien in F i g. 4 und des Schaltbildes in Fig. 2 werden nun die Auswirkungen beschrieben, welche eine Umschaltung des Versorgungsspannungs-

I¹I wertes durch die Auswahlschaltung 46 hat. Es sind zwei Fälle zu unterscheiden, je nachdem, ob im Telefonapparat eine Regelung des Sprachs'.roms aufgrund des Pegelwertes des Leitungsgleichstroms mit Hilfe einer Varistorschaltung erfolgt oder nicht. Wenn keine solche Regelung vorgesehen ist, kann der Speisestrom von der Zentrale her beliebig geändert werden, und beim Umschalten der Versorgungsspannung braucht keine Anpassung der Spßiseschaltungskennlinie zu erfolgen (Fall a). In dieseTfTFall können die Elemente Z2, T3 und

r> R 5 bei der Speiseschaltung 34 und Z 2'. T 3' und R5⁽ bei der Speiseschaltung 35 fortgelassen werden. Ebenso werden die Steuersignale ß und B' und die sie erzeugenden Elemente (113, 116, 117 in Fig. 3A) nicht benötigt.

jo Wenn eine Varistorregelung der Tclefonapparaic vorhanden ist, muß der Speisestrom bei konstanter Leitungslänge trotz Versorgungsspannungsumschaltung konstant bleiben, um die Varisiorregelung wirksam zu belassen. In diesem FaIIe(FaII b) muß eine Anpassung

j-, der Speiseschaltung durch Kennlinienänderung erfolgen, und dafür sind die bereits oben angegebenen Elemente Z2, 7"3 und R 5 bzw. Z 2'. T3' und R 5' sowie die Steuersignale B und B' vorgesehen. Ihre Wirkung wird später noch kurz beschrieben.

M) F i g. 4 zeigt vier Strom/Spannungskennlinien für die Teilnehmerleitung mit angeschlossenem Telefonapparat, und zwar für die Leitungslängen 0, 1, 2 und 3 km. Der Apparatewiderstand ist mit 250 0hm. der Leitungswiderstand mit 150 Ohm/km angenommen. Die anderen

4·ϊ Kennlinien (links oben nach rechts unten) zeigen c;e Strom/Spannungscharakteristik der Stromquelle einschließlich Speiseschaltungen.

a) Spannungsumschaltung ohne Varistorregelung im

>i> Telefonapparat:

Für diesen Fall gellen die Kennlinien I und II. Nimmt man eine Umschaltung bei etwa 35 niA an (Punkt Pirn Diagramm), so ergeben sich folgende Unterschiede bei einer Leitungslänge von 1 km: Bei —43 V würde sich der Arbeitspunkt X einstellen,

das bedeutet 40 mA Strom und

48 V -16 V = 32 V Spannungsabfall in der Stromversorgung. Die Verlustleistung würde hier also 4OmA ■ 32 V = 1.28 W betragen. Infolge

bo Umschaltung auf —30 V stellt sich jedoch der

Arbeitspunkt Vein, das bedeutet 25 mA Strom und 30 V - 10 V = 20 V Spannungsabfall. Die Verlustleistung beträgt damit nur noch 25 mA -20V = 0.5 W. Es ergibt sich also pro

b5 Teilnehmerleitung eine Einsparung von

1,28 W - 0,5 W = 0.78 W Verlustleistung in der Zentrale. Das bedeutet weniger abzuführende Wärme, weniger Anforderungen an die Raucle-

mente in der Leitungsapschlußschaltung, und eine Verminderung des Energiebedarfs der Zentrale,
b) Spannungsumschaltung bei vorhandener Varistorregelung im Telefonapparat:
In diesem Falle gilt bei einer Einstellung auf -48 V die gesamte Kennlinie 1, bei einer Einstellung auf 30 V dagegen nur noch der obere Teil der Kennlinie I (oberhalb P) sowie die Kennlinie III. Kennlinie Il ist nicht mehr gültig. Die geknickte Kennlinie bei —30 V kommt folgendermaßen zustande:

Beim Einschalten von —30 V werden gleichzeitig die Steuersignale B und B' aktiv und sperren die Transistoren Ti und Γ3' (Fig. 2). Damit werden die Zenerdioden Z2 und Z2' wirksam. Sie sorgen dafür, daß trotz einer Spannungsverminderung auf — 30 V der gleiche Speisestrom in die Teilnehmerleitung fließt wie bei -48 V, so daß die Varistorregelung ungestört funktioniert.

Bei großer Leitungslänge, d. h. bei Speisestrom unter mA, wird dagegen die —48 V-Versorgung eingeschaltet. Dies bedeutet Inaktivierung der Signale B und ß'und Leitendmachen der Transistoren Γ3 und 73', so daß die Zenerdioden Z2 und Z2' unwirksam werden.

Es ergeben sich nunmehr folgende Unterschied« wieder für eine angenommene Leitungslänge von 1 kn Bei Einschaltung von —48 V würde sich Arbeitspunkt
einstellen: Strom 40 mA, Spannungsabfall in de Stromversorgung 48 V — 16 V = 32 V. Das ergibt wie der eine Verlustleistung von 1,28 W. Bei Verwendunj von —30 V dagegen stellt sich zwar auch de Arbeitspunkt X ein, d. h. der Strom wird 40 mA. De Spannungsabfall an der Stromversorgung beträgt abe

ίο nur noch 30 V- 16V= 14 V. Das ergibt eine Verlust leistung von 4OmA -14V = 0,56 W. Die Verlustlei stung wird also in diesem Fall durch die Umschaltung um 1,28 W - 0,56 W = 0,72 W vermindert. Die Vortei Ie wurden bereits beim Fall a angegeben.

Es ergeben sich also sowohl im Fall a als auch im Fa b erhebliche Verminderungen der abzuführenden (uni vorher aufzubringenden) Verlustleistungen in de Speiseschaltungen, wobei der Unterschied zwischen dei beiden Fällen sehr gering ist.

In F i g. 4 ist noch die Wirkung der Strombegrenzer Zenerdioden Zl und ZY (Fig. 2) eingetragen: Be einem Kurzschluß in der Teilnehmerleitung nimmt de Strom höchstens bis zum Punkt M zu (ca. 54 mA) unc bleibt dann kon-'.ant (gestrichelte Linie).

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung (Leitungsschaltung) ohne Übertrager zur Verbindung einer zweiadrigen Teilnehmerleitung mit einer Vermittlungseinrichtung und zur Energieversorgung der Teilnehmerleitung durch je eine Speiseschaltung pro Sprechader mit jeweils einer Serienschaltung aus einem mit dem entsprechenden Batteriepol verbundenen ersten Widerstand und einem mit seinem Kollektor mit der entsprechenden Ader verbundenen Transistor, der vom Potential des Verbindungspunktes zweier in Serie liegender weiterer Widerstände zwischen der entsprechenden Ader und dem Batteriepol über einen Verstärker gesteuert wird, wobei der Emitter des Transistors mit dem ersten Widerstand verbunden ist und der zwischen Batteriepol und Verbindungspunkt gelegene Widerstand der beiden weiteren Widerstände durch eine Kapazität überbrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (80; 80') als Differenzverstärker ausgebildet ist, dessen erster Eingang (82; 82') mit dem Verbindungspunkt (83; 83') zwischen den beiden in Serie liegenden weiteren Widerständen (Al, R2; Al', R2') und dessen zweiter Eingang (81, 81') mit dem Emitter des Transistors (7"1; TV) verbunden ist, wobei der Ausgang des Differenzverstärkers (80; 80') mit der Basis des Transistors (Ti; TV) verbunden ist, daß das Signal von der Vermittlungseinrichtung (16) zum Teilnehmer (11) am ersten Eingang (82; 82') des Differenzverstärkers (80; 80') eingespeist wird und daß die beiden Adern (14,15) der Teilnehmerleitung mit der Vermittlungseinrichtung (16) über einen Zweidraht/Vierdrahtumsetzer (25,27,44) verbunden sind.

2. Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Transistors (Ti; TV) über eine in Durchlaßrichtung betriebene Diode (Dl; DV) mit der Ader (14,15) verbunden ist.

3. Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Kapazität (Cl; Cl') eine Zenerdiode (Zi; ZV) geschaltet ist.

4. Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang (82; 82') des Differenzverstärkers (80; 80') einerseits mit Masse bzw. mit dem Batteriepol über die Hauptstrecke eines weiteren Transistors (Tl; T2') und andererseits mit dem Verbindungspunkt (83; 83') zwischen den beiden Widerständen (R 1, R2;RV, R 2') über einen weiteren Widerstand (R 4; Λ 4') verbunden ist.

5. Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: