DE2551916A1 - Verfahren und anordnung zur verminderung der speisestromverlustleistung bei teilnehmeranschluessen einer nachrichtenvermittlungsanlage - Google Patents

Description

Böblingen, den 27- Oktober 1975 lw-f e

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504 .

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: SZ 9JH 006

Verfahren und Anordnung zur Verminderung der Speisestromverlustleistung bei Teilnehmeranschlüssen einer Nachrichtenvermittlungsanlage

Bei Nachrichtenvermittlungsanlagen sind die Außenstellen oder Teilnehmerstationen an Teilnehmerleitungen angeschlossen, die ihrerseits in der zentralen Vermittlung in Teilnehmerleitungs-An-

schlußschaltungen enden. Bei vielen Anlagen werden die Teilnehmerstationen von der zentralen Vermittlung her mit Energie versorgt. Die Anschlußschaltung erfüllt neben anderen Funktionen auch die Funktion der Einspeisung des Gleichstroms in die Teilnehmerleitung

Bisher war es üblich, für diese Gleichstromversorgung eine feste Spannung zu benutzen, z.B. 48V. Der auf der Teilnehmerleitung fließende Strom ist vom Innenwiderstand des Teilnehmerapparates,

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aber auch von der Leitungslänge abhängig. Während der Innenwiderstand des Apparates in engen Grenzen festliegt, kann der Leitungs widerstand erheblich variieren. Die Versorgungsspannung muß nun
auf jeden Fall so groß sein, daß auch bei hohem Leitungswiderstand noch ein ausreichender Gleichstrom fließt.

Das bedeutet aber bei allen Verbindungen mit kürzerer Leitungslän ge, daß ein größerer Strom fließt als notwendig wäre. Mit dem
Strom sind immer LeistungsVerluste verbunden, und zwar nicht nur
auf der Leitung, sondern auch in der Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung, vor allem in den Speisewiderständen der Anschlußschaltung.

Diese Verlustleistung wird in Wär/me umgesetzt und verhindert dadurch eine Erhöhung der Packungsdichte und bedingt die Verwendung wärmefester, d.h. teurer Bauelemente. Es ist daher wünschenswert, die durch den Speisestrom hervorgerufene Verlustleistung möglichs gering zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Anordnung anzugeben, mit denen eine Verminderung dieser Verlustleistung möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung bei der zentralen
Vermittlungseinrichtung mindestens ein vom Schleifengleichstrom

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abhängiges Steuersignal erzeugt und zur Steuerung der Auswahl eines von mindestens zwei verschiedenen Versorgungsspannungswerten verwendet wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung zwei Speiseschaltungen für die beiden Einzelleitun gen der Teilnehmerleitung vorgesehen sind, wobei die eine Speiseschaltung mit Masse verbunden ist, die andere dagegen mit einer Auswahlschaltung, die ihrerseits mit zwei Anschlüssen verschiedener Betriebsspannungswerte der Speisegleichstromquelle verbunden ist, und daß die Auswahlschaltung mindestens einen Steuereingang aufweist für ein aus dem Schleifenstrom abgeleitetes Steuersignal.

Durch die Anpassung der Versorgungsspannung kann die Verlustleistung erheblich vermindert werden, z.B. um 0,75 Watt pro Teilnehmerleitung, was bei großen Vermittlungen zu einer bedeutenden Verbesserung führt. Erstens können, wegen der gringen Wärmeerzeugung für kleinere Leistung ausgelegte und damit billigere Bauelemente verwendet werden. Zweitens wird eine größere Packungsdichte möglich. Drittens erspart man Vorrichtungen zur Wärmeabfuhr. Und schließlich ergibt sich noch eine Einsparung des Gesamtenergieverbrauchs der Anlage, und damit eine Reduzierung der Stromversorgungsanlage .

Die für die Spannungsumschaltung notwendigen zusätzlichen Schaltungsteile können in integrierter Schaltungstechnik ausgeführt

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werden. Außerdem kann.man durch Umschaltung auf niedrigere Versorgungsspannung bei Rufsignalgabe erreichen, daß weniger hohe Spannungspitzen auftreten. Dies trägt.zur Erhöhung der Sicherheit bei.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. ι eine Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung mit

umschaltbarer Versorgungsspannung, in einem System mit einer Vermittlungseinrichtung und einer Mehrzahl von Teilnehmerstationen;

Pig. 2 Einzelheiten der Speiseschaltungen gem. Pig. I

mit zusätzlichen Schalterelementen zur Verwendun bei der Spannungsumschaltung;

Fig. 3A und 3B Einzelheiten der Auswahlschaltung gem. Fig. 1

zur Auswahl jeweils einer der zwei Versorgungsspannungen für die Gleichstromeinspeisung; und

Fig. l\ Strom/Spannungskennlinien zur Erläuterung der

Wirkung der Umschaltung der Versorgungsspannung zwischen zwei Werten.

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Fig. 1 zeigt die Anordnung einer Leitungsanschlussschaltung 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 Nebenstellenanlage 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 Vermittlungseinrichtung einen Teil oder alle der folgenden Funktionen:

- Teilnehmerleitungsabschluss

f Zweidrahtr/Vierdrahtumsetzung

- Umwandlung symmetrisch-unsymmetrisch '

- Feststellung des Leitungszustandes (Betriebszustandes)

r Kurzschlussschutz für Gleichspannuagsquelle und Leitungsanschlüsseinheit

- Hochspannungsschutz der Vermittlungseinrichtung

- Rufstromeinspeisung

- Energieeinspeisung für die Aussensteile (Telefonapparat)

Der prinzipielle Aufbau der als Ausführungsbeispiel gewählten Leitungsanschlusseinbeit wird nun anhand von Fig. 1 beschrieben. Ein Telefonapprirat 11 ist über die beiden Leitungen 12 und 13 (a- und b-Leitung) mit der Leitungsanschlusseinheit verbunden, deren beide Eingangsleitungen mit

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und 15 bezeichnet sind. Für die Verbindung der Leitungsanschlusseinheit mit der Vierdraht-Vermittlungseinrichtung 16 sind eine Eingabeleitung (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 RC-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. Ueber je eine Kapazität 21 bzw. 22 sind die beiden Leitungen 14 und 15 mit den Eingängen 23 und 24 eines Verstärkers 25 verbunden, dessen einer Ausgang 26 über einen Differenz-Verstärker mit der Eingabeleitung 17 verbunden ist, während der andere an Erde liegt. Das Eingabesignal Sl erscheint also auf der Eingabeleitung 17 als Spannung gegen Erde.

Das Ausgabesignal auf Leitung 18 ist eine Spannung gegen Erde. Leitung ist mit einem Eingang eines Verstärkers 27 verbunden, der andere mit Erde. Das Aus^3besignal S2 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

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Leitungen 32 und 33 verbunden, weiche die auszugebenden Signale zur Teilnehmerleitung (a/b-Leitung) übertragen.· Die Leitungen 32 und 33 sind aber nicht direkt mit a-Leitung 14 bzw. b-Leitung 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 -V max. 2 verbunden, so dass die Spannung auf diesen vier Leitungen auf jeden Fall auf einen Bereich begrenzt bleibt, der zwischen den durch die Potentialquelien gegebenen unteren und oberen Grenzwerten -V max. 2 und +V max. I liegt. Diese Werte liegen etwa an den Grenzen der Linearbereiche der beiden Verstärker 25 und 27.

Zur Vermeidung einer Rückführung des Ausgabesignals S2 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 26 des Verstärkers 25 und sein zweiter Eingang mit dem Ausgang des Ausgleichsnetzwcrks 45 verbunden. Der Eingang des Ausgleichnetzwerkes 45 ist mit der Ausgabeleitung 18 verbunden. Diese Anordung bewirkt, dass der auf der Leitung 26 durch Rückführung des Ausgabesignals S2 hervorgerufene Signalanteil im Verstärker kompensiert wird, und zwar dadurch, dass das Netzwerk 45 das Ausgabesignal S2. in gleicher Weise verändert wie die Elemente auf dem Rückkoppluugsweg vom Verstärker 27 zum Verstärker 25, und das so gewonnene Korrektursignal auf den Subtraktionseingang des Differenzverstärkers 44 gibt. Auf diese'

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Weise wird eine vollständige Richtungstrennung erreicht.

Die Speiseschaltungen 34 und 35 sind vorgesehen, um die a- und b-Leitung 14/15 bzw. 12/13 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-Leitung 14 mit Erde, d.h. mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle. Speiseschaltung 35 verbindet die b-Leitung 15 mit dem negativen Pol der Gleichspannungsversorgung. Im Ausführungsbeispiel ,ist noch eine Auswahl-6chaltung46 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 mit einer -30V-Versorgungsleitung verbindet. Einzelheiten der Speiseschaltungen 34 und 35 sowie der Auswahlschaltung 46 und ihrer Arbeitsweise werden später beschrieben.

Das Steuersignal A wird durch eine Testschaltung 51 erzeugt, die mit der Speiseschaltung 34 verbunden ist, um eine Anzeige für die Grosse ''es 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 Telefonapparates 11. Zwei Eingänge des Betriebszustandsdetektors 52 sind direkt mit der a~Leitung 14 bzw. der b-Leitung 15 verbunden. Der Detektor 52 stellt den

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Impedanz-Unterschied in der Teilnehmerleitungsschleife zwischen dem aufgelegten und abgehobenen Zustand fest, indem er den durch das Fliessen oder Nichtfliessen des Speisestromes bedingten Gleichspannungsunterschied entdeckt, und gibt je nach dem Ergebnis den einen oder anderen Binärwert als Ausgangssignal Z ab.

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 RSl und RS2 ab. Mit Hilfe einer Schaltereinheit 56 werden bei Bedarf Rufströme auf die Leitungen 14 und 15 gegeben. Im Takte der Impulse des Rufkommandosignals RC, das am Eingang 57 eingegeben wird, wird das Rufsignal RSl vom Eingang 58 über Ausgang 59 auf die Leitung 14 und das Rufsignal RS2 vom Eingang 60 über Ausgang 61 auf die Leitung 15 weitergegeben.

Die Schaltereinheit kann z.B. zwei TRIAC-Elemente 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 RC-Impuls am Eingang 57 wird dann infolge eines Lichtimpulses auf die TRIACs eine Verbindung für die Signale RSl und RS2 durchgeschaltet.

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Speis&schaltungen mit Gyrator

Einzelheiten der beiden in Fig. 1 gezeigten Speiseschaltungen 34 und 35 werden nun anhand von Fig. 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. Dl in 34, Dl' in 35).

Der gestrichelte eingerahmte Bereich in Fig. 2 entspricht der Speiseschaltung 34. Sie hat das Verhalten einer Reihenschaltung von ohm'schein Widerstand und Induktivität, was die gewünschte Tiefpasscharakteristik ergibt. Dieses Verhalten wird erreicht durch eine Kapazität Cl (Bereich 34b) und eine damit verbundene Gyratorschaltung (Bereich 34a), durch welche die Kapazität Cl bezüglich ihrer Wirkung auf die a-Leitung 14 in eine Induktivität transformiert wird.

Die Gyratorschaltung ist folgendermassen aufgebaut: ■■■■■■■ Zwei in Reihe, geschaltete Widerstände Rl und R2 bilden einen Spannungsteiler zwischen Erde und der a-Leitung 14. Ein mit Erde verbundener Widerstand R3,. ein mit seinem Emitter an den Widerstand R3 angeschlossener •Transistor Tl, und eine mit dem Kollektor des Transistors Tl einerseits und der a-Leitung 14 andererseits verbundene Diode Dl bilden eine zweite

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Reihenschaltung. Ein Differenzverstärker 80 ist mit seinem ersten Eingang an den Verbindungspunkt zwischen Widerstand R3 und Transistor Tl angeschlossen (Punkt 81), und mit seinem zweiten Eingang (Punkt 82) an einen Widerstand R4, der seinerseits mit seinem anderen Ende an den Verbindungspunkt (Punkt 83) zwischen den Widerständen Rl und R2 angeschlossen ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers ist mit der Basis des Transistors Tl verbunden. Die Widerstände Rl und R2 sind beide sehr gross gegen den Widerstand R3. .< ' . '.i-·: ..! läi ul« * " . -.-. 1 - ·..,.-..;. ... ..'

Durch die Kombination des Verstärkers und des Transistors werden die Punkte 81 und 82 auf etwa gleichem Potential gehalten. Bei reiner Gleichspannung über der Speiseschaltung 34 wird kein Strom durch Cl' fliessen, und die Spannung wird sich auf Rl und R2 verteilen. Damit wird sich im Zweig R3/T1/D1 ein Strom einstellen, der einem Widerstand entspricht von

R2

RF » R3 (1 + ~), wobei RF der geforderte Speisewiderstand ist. Der Strom Kl

durch Rl und R2 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 Cl fliessenden Strom wesentlich mitbestimmt. Um die Spannung im Punkt 81 auf einen entsprechenden Wert zu bringen, muss durch den Zweig R3/T1/D1 ein induktiver Strom fliessen.

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Für die Impedenz der Speiseschaltung 34 gilt folgende Formel:

Zs - ~- (Rl + R2) + jwL vobei

L = R3 · R2 · Cl

Hierbei sind die im folgenden beschriebenen, ausserhalb der gestrichelten Kästchen 34a und 34b 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 T2 verbindet als Kurzschlussschalter den Punkt 82 mit Erde (bzw. den Punkt 82' mit dem Anschlusspunkt 50 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'Cl (und zum Widerstand Rl) ist eine Zenerdiode Zl vorgesehen. Sie begrenzt die Spannung über Cl und damit auch den durch die Gyratorschaltung, d.h. den durch die Speiseschaltung fliessenden Strom. Somit kann durch die Zenerspannung von Zl¹ der maximale durch die Teilnehmerleitung fliessende Kurzschlussstrom festgelegt werden.

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Ebenfalls parallel zur Kapazität 'Cl ist eine Reihenschaltung aus einem Transistor T3 und einem Widerstand R5 vorgesehen, deren Verbindungspunkt 85 über eine Zenerdiode Z2 mit einer liilfsspannung +VZ verbunden ist (für die Zenerdiode Z2* beträgt die HilfsSpannung -30V-VZ). Zenerdiode Z2 und Widerstand R5 sind in Reihe zwischen der positiven llilfsspannung +VZ und Punkt 83 geschaltet.(Zenerdiode und VZ bestimmen die Lage des Kennlinienknicks P in Fig. 4.) . Der Emitter des Transistors T3 ist an Erde, sein Kollektor an den Verbindungspunkt 85 zwischen Zenerdiode Z2 und Widerstand R5 angeschlossen. Die Basis des Transistors T3 ist mit einem Steuereingang 84 verbunden. Dieses Netzwerk ermöglicht eine Anpassung der Gyratorschaltung (Aenderung der Gleichstromkennlinie) bei Umschaltung der Versorgungsspannung. Das Verhalten des Zusatznetzwerks wird gesteuert durch Anlegen eines Signals B über Steuereingang 84 an die Basis des Transistors T3 (bzw. eines Signales Bl über Steuereingang 84" an die Basis des Transistors T3¹). Die Wirkung dieser Anpassung durch Witksammachen bzw. Unwirksammachen der Zenerdiode Z2 wird später nocht etwas genauer erläutert. (Fig. 4).

Schliesslich sind in Fig. 2 noch Einzelheiten der Testschaltung 51 gezeigt, durch die das Signal A erzeugt wird, welches die Grosse des über die Leitung 14 bzw. 12 fliessenden Speisestroms anzeigt. Die Testschaltung 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.

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Wie bereits früher gesagt, sind die beiden Speiseschaltungen 34 und 35 analog aufgebaut. Sie dienen nicht nur zur Verbindung der a-Leitung 14 und der b-Leitung 15 mit Erde bzw. mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle zwecks Energieversorgung, sondern auch zur Verbindung der Signalausgabeleitung 32 bzw. 33 mit der a- und b-Leitung. Zu diesem Zweck ist Leitung 32 mit dem Punkt 82 verbunden, und Leitung 33 mit dem Punkt 8.2'. Die an die Teilnehmerstelle zu sendenden Signale werden also in die Gyratorschaltungen injiziert und gelangen auf diesem Wege auf die Zweidraht-Teilnehnicrleitung. .

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. -48V) bei bestimmten Zuständen (z.B. kurze Leitung) eine niedrigere Spannung (z.B. -30V) 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 ganügt.

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2) Rufstrom ein oder aus:

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

3') Strom auf der Leitung über oder unter Schwellenwertbereich:

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

Die Steuersignale, .welche diese Zustände angeben, wurden bereits bei der •Beschreibung von Fig. 1 genannt: Signal Z stellt die Stellung des Gabelschal ters dar: ·

Z = I : aufgelegt Z=O : abgehoben

Signal RC stellt den Zustand des Rufsignals dar:

RC « 1 : Rufsignal aktiv RC «= 0 : Ruhe

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

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

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1) WENN Z = 1 ODER RC = 1 ODER A > VH DANN -30V einstellen

2) WENN Z = O UND A < VL
DANN -48V einstellen

Dabei bezeichnet VH den oberen und VL den 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 RC sind die drei Eingangsleitungen 101, 102 und 103 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 "1"-Signal ab, wenn das A-Signal am positiven Eingang grosser ist als die Referenzspannung VH bzw. VL. Wenn A kleiner ist als die Referenzspannung, wird ein "O"-Ausgangssignal abgegeben. Die Werte der Referenzspannungen werden so gewählt, dass durch Versorgungsspannungsumschaltung jeweils ein ausreichender, aber nicht unnötig grosser Strom auf der Teilnehmerleitung fliesst.

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Der Ausgang des Differenzverstärkers"106 ist mit einem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 104, und der Ausgang des Differenzverstärkers 107 mit einem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 105 verbunden. Die Eingangs leitung 103 für das RC-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 S eines bistabilen Kippgliedes 109 verbunden. Der Ausgang des ODER-Gliedes 105 ist über einen Inverter 110 mit Rückstelleingang R des bistabilen Kippgliedes 109 verbunden. Die Ausgänge 111 und 112 des bistabilen Kippgliedes geben die Steuersignale für die Versorgungsspannungs-Umschaltung ab. Der Pegel dieser binären Steuersignale, die im Ausführungsbeispiel entweder den Wert OV oder +5V annehmen (TTL-Schaltungen), muss aber noch verschoben werden, damit die direkt an -30V bzw. an -48V 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 den die pegelverschobenen und komplementären binären Steuersignale B und B^f erscheinen. Diese beiden Ausgänge sind mit den in Fig. 2 gezeigten Steuereingängen 84

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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, 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.

Der Pegelumsetzer 108, dessen Steuereingang mit der RC-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 der Transistoren T2 bzw. T2' in Fig. 2 verbunden, um diese ein- oder auszuschalten und damit die Gyrator-Speiseschaltungen entweder stillzulegen, wenn ein Rufsignal ausgesendet wird, oder andernfalls zu aktivieren.

Die Strojwersorgungleitung 119, welche entweder an -30V oder an -48V liegt, ist mit dem Anschlusspunkt 50 der Speiseschaltung 35 in Fig.

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(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 -12V-Versorgungseingang 125 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 -SOVZ-Aev-Versorgungseingang 129 ist ein Inverter 130 sowie die Reihenschaltung eines ersten Widerstandes 131, eines Transistors 132 und eines zweiten Widerstandes 133 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 OV 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-0.7V annimmt, wenn (wie gestrichelt dargestellt), ein Transistor (oder mehrere) angeschlossen ist, der dadurch leitend wird. Am Ausgang des Inverters 130 liegt der Komplementwert des Eingangssteuersignals, also +5V. Durch die Widerstände 131 und 133 fliesst ebenfalls ein Strom, und der zweite Ausgang 134 nimmt die Spannung

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-30V + Δ V bzw. -48V + ^V an. Die Widerstände ;;ind 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 poritiv wird und damit der oder die angeschlossenen Transistoren gesperrt werden. Gleichzeitig ist aber das Ausgangssignal des Inverters auf OV, so dass Transistor 132 gesperrt wird unddadurch kein Strom durch den Widerstand 133 fliesst. Infolgedessen liegt der zweite Ausgang 134 auf -3GV bzw. -48V. 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 -30V bzw. um-48V pegelverschoben ist. · . ·

Die Arbeitsweise der Auswahlschaltung 46, die anhand von Fig. 3A uud 3B beschrieben wurde, sei nun kurz erläutert:

Sobald Z=I (Hörer aufgelegt), A 7 VH (grosser Strom auf der Leitung) oder RC=I (Aussendung Rufsignal), gibt ODER-Glied 104 ein "1"-Signal ab, und damit wird Kippglied 109 gesetzt, und ein "1"-Signal erscheint am Ausgang 111. Die Signale B/B' auf Leitung. 116/117 (Fig. 3A) und am Eingang 84/84* (IP ig. 2) werden aktiviert und damit die Transistoren T3/T3¹ gesperrt, Die Zenerdioden Z2/Z2¹ werden wirksam (Erklärung der Wirkung im Zusammen-

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hang mit Fig. 4). Der Transistor 118 wird gesperrt, der Transistor 120 wird leitend, so dass die niedrigere Spannung von -30V an die Speiseschaltung angelegt wird.

Die Signale RX/RX¹ an den Ausgängen 121/122 werden nur bei Rufsignalabgabe (RG=I) aktiviert, und machen dann die Transistoren T2/T2¹ (Fig. 2) leitend, um so während des Rufstroms die Speiseschaltungen 34 und 35 zu sperren. . .

Wenn irgendwann bei abgehobenem Hörer (Z==0) der Wert des Testsignals A kleiner als VL ist, liegt an beiden Eingängen des ODER-Gliedes 105 ein "O"-Signal, das komplementiert als "1"-Signal an den R-Eingang des Kippgliedes 109 gelangt und dieses zurückstellt. Ausgang 111 erhält nun ein "(^'-Signal. Dadurch werden die Steuersignale B/B' deaktiviert, die Transistoren T3/T3¹ werden leitend und überbrücken die Zenerdioden Z2/Z2¹. Ausserdem wird (wegen der Kompelementxerung im Pegelumsetzer 114) der Transistor 118 leitend, so dass nunmehr die Spannung -48V über Leitung 119 und Punkt 50 an die Speiseschaltung 35 gelangt. Der Transistor 120 wurde gleichzeitig gesperrt, da auf dem Ausgang 112 des Kippgliedes ein "1"-Signal liegt.

Die Gesamtwirkung ist also wie erwünscht:

Bei aufgelegtem Hörer oder bei relativ hohem Speisestrom (kurze Leitung, niederiger Schleifenwiderstand) wird die niedrige Versorgungsspannung von -30V angelegt, um die Verlustleistung niedrig zu halten. Wenn bei abge-

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

Auswirkung der Spannungsumschaltung

Anhand der Kennlinien in Fig. 4 und des Schaltbildes in Fig. 2 werden nun die Auswirkungen beschrieben, welche eine Umschaltung des Versorgungsspanmmgswertes durch die Auswahlschaltung 46 hat. Es sind zwei Fälle zu unterscheiden, je nachdem, ob im Telefonapparat eine Regelung des Sprachstroms 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 Speiseschaltungskennlinie zu erfolgen (Fall a). In diesem Fall können die Elemente Z2, T3 und R5 bei der Speiseschaltung 34 und Z2¹, T3¹ und 5' bei der Speiseschaltung 35' fortgelassen werden. Ebenso werden die Steuersignale B und B^f und die sie erzeugenden Elemente (113, 116, 117 in Fig. 3A) nicht benötigt.

Wenn eine Varistorregelung der Telefoiiapparate vorhanden ist, muss der Speisestrom bei konstanter Leitungslänge trotz Versorgungsspannungsum-

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schaltung konstant bleiben, um die Varistorregelung wirksam zu belassen. In diesem Falle (Fall b) muss eine Anpassung der Speiseschaltung durch Kennlinienänderung erfolgen, und dafür sind die bereits oben angegebenen Elemente Z2, T3 und R5 bzw. Z2¹, T3¹ und R5' sowie die Steuersignale B und B¹ vorgesehen. Ihre Wirkung wird später noch kurz beschrieben.

Fig. 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 2.50 Ohm, der Leitungswiderstand mit 150 Ohm/km angenommen. Die anderen Kennlinien (links oben nach rechts unten) zeigen die Strom/Spannungscharakteristik der Stromquelle einschliesslich Speiseschaltungen.

a) Spannungsumschaltung ohne Varistorregelung im Telefonapparat: Für diesen Fall gelten die Kennlinien I und II. Nimmt man eine Umschaltung bei etwa 35 mA an (Punkt P im Diagramm), so ergeben sich folgende Unterschiede bei einer Leitungslänge von 1 km: ■ Bei -48V würde sich der Arbeitspunkt X einstellen, das bedeutet 40 mA-Strom und 48V - 16V = 32V Spannungsabfall in der Stromversorgung. Die Verlustleistung würde hier also 40 mA · 32V = 1.28 W betragen. Infolge Umschaltung auf -30V stellt sich jedoch der Arbeitspunkt Y ein, das bedeutet 25 mA Strom und 30V - 10V = 20V Spannungsabfall. Die Verlustleistung beträgt damit nur noch 25 r.iA · 20V = 0.5 W. Es ergibt sich also pro Teilnehmerleitung eine Einsparung von 1.28 W - 0.5 W = 0.78 W Verlustleistung in der

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Zentrale. Das bedeutet weniger abzuführende Wärme, weniger Anforderungen an die Bauelemente in der Leitungsanschlussschaltung, und eine Verminderung des Energiebedarfs der Zentrale.

b) Spannungsumschaltung bei vorhandener Varistorregelung im Telefonapparat:

In diesem Falle gilt bei einer Einstellung auf -48V die gesamte Kennlinie_ I, bei einer Einstellung auf 30V dagegen nur noch der obere Teil der Kennlinie I (oberhalb P) sowie die Kennlinie ITI. Kennlinie II i.°t nicht mehr gültig. Die geknickte Kennlinie bei -30V kommt folgendermassen zustande:

Beim Einschalten von -30V werden gleichzeitig die Steuersignale B und B¹ aktiv und sperren die Transistoren T3 und T3¹ (Fig. 2). Damit werden die Zenerdioden Z2 und Z2¹ wirksam. Sie sorgen dafür, dass trotz einer Spannungsverminderung auf -30V der gleiche Speisestrom in die Teilnehmerleitung fliesst wie bei -48V, so dass die Varistorregelung ungestört funktioniert.

Bei grosser Leitungslänge, d.h. bei Speisestrom unter 35 mA, wird dagegen die -48V-Versorgung eingeschaltet. Dies bedeutet Inaktivierung der Signale B und B^! und Leitendmachen der Transistoren T3 und T3¹, so dass dia Zenerdioden Z2 und Z2^f unwirksam werden.

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Es ergeben sich nunmehr folgende Unterschiede, wieder für eine angenommene Leitungslänge von 1 km." Bei Einschaltung von -48V würde sich Arbeitspunkt X einstellen: Strom 40 mA, Spannungsabfall in der Stromversorgung 48V - 16V = 32V. Das ergibt wieder eine Verlustleistung von 1.28 W. Bei Verwendung von -30V dagegen stellt sich zwar auch der Arbeitspunkt X ein, d.h. der Strom wird 40 mA. Der Spannungsabfali an der Stromversorgung beträgt aber nur noch 30V - 16V = I4V. Das ergibt eine Verlustleistung von 40 mA · 14V = 0.56 W. Die Verlustleistung wird also in diesem Fall durch die Umschaltung um 1.28 W - 0.56 W = 0.72 W vermindert. Die Vorteile wurden bereits beim Fall a angegeben.

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

In Fig. 4 ist noch die Wirkung der Strombegrenzer-Zenerdioden Zl und Zl¹ (Fig. 2) eingetragen: Bei einem Kurzschluss in der Teilnehmerleitung nimmt der Strom höchstens bis zum Punkt M zu (ca. 54 mA) und bleibt dann konstant (gestrichelte· Linie).

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Es ist selbstverständlich möglich', die Spannungsumschaltung der
Speisestromquelle auch bei anderen als den im Ausführungsbeispiel gezeigten Speiseschaltungen vorzusehen. Die Einsparungen an Verlustleistung können auch erreicht werden, wenn die Einspeisung des Gleichstroms in die Teilnehmerleitung durch einen Koppeltransformator, durch separate Speiseinduktivitäten oder Speisewiderstände oder auf andere Weise
erfolgt.

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Claims (9)

1. 255191Ö

   PATENTANSPRÜCHE

   IJ Verfahren zur Verminderung der Speisestromverlustleistung bei Teilnehmeranschlüssen einer Nachrichtenvermittlungsanlage,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß in jeder Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung (Fig. 2, Fig. 3) bei der zentralen Vermittlungseinrichtung mindestens ein vom Schleifengleichstrom abhängiges Steuersignal (A) erzeugt und zur Steuerung der Auswahl eines von mindestens zwei verschiedenen Versorgungsspannungswerten verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß in der .Leitungsanschlußsehaltung sowohl ein zum Schleifengleichstrom proportionales analoges Steuersignal (A) als auch ein die Betriebszustände "aufgelegt/abgehoben" anzeigendes binäres Steuersignal (Z) erzeugt wird; daß das analoge Steuersignal (A) mit mindestens einem Referenzwert verglichen wird, und daß beim Zustand "aufgelegt" immer die niedrigere von zwei verschiedenen Versorgungsspannungen ausgewählt und an die Speiseschaltung angelegt wird, beim Zustand "abgehoben" nur dann, wenn das analoge Steuersignal über dem Referenzwert liegt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, ' .

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   dadurch gekennzeichnet,
   daß beim Einspeisen eines Rufwechselstromes in die Teilnehmerleitung durch das die Einspeisung bewirkende Signal (RC) auf jeden Fall die niedrigere von zwei verschiedenen Versorgungsspannungen ausgewählt und an die Speiseschaltung angelegt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß das analoge Steuersignal (A) mit zwei Referenzwerten (VH, VL) verglichen wird, die einen Toleranzbereich einschließen; daß eine Umschaltung auf den niedrigeren von zwei Versorgungsspannungswerten nur erfolgt, wenn das analoge Steuersignal größer als der größere Referenzwert ist, und daß eine Umschaltung auf den höheren von zwei Versorgungs spannungswert en nur erfolgt, wenn das analoge Steuersignal kleiner als der kleinere Referenzwert ist.
5. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß in jeder Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung zwei Speiseschaltungen (34, 35) für die beiden Einzelleitungen (a, b, 14, 15) der Teilnehmerleitung vorgesehen sind, wobei die eine Speiseschaltung mit Masse verbunden ist, die andere dagegen mit einer Auswahlschaltung (46), die ihrerseits mit mindestens zwei Anschlüssen verschiedener Be-

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   triebsspannungswerte (-3OV, -48V) der Speisegleichstromquelle verbunden ist, und daß die Auswahlschaltung Steuereingänge (47, 48, 49) aufweist für ein aus dem Schleifenstrom abgeleitetes Steuersignal (A, Z) und für das Rufsteuersignal (RC).
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Auswahlschaltung (Pig. 3A) für den Fall von zwei verschiedenen Betriebsspannungen zwei Sehalterelemente (118, 120) aufweist, welche einerseits mit je einem anderen Betriebsspannungsanschluß der Speisegleichstromquelle verbunden sind, und andererseits gemeinsam mit dem Verbindungspunkt (50) zu einer (35) der beiden Speiseschaltungen; daß Verknüpfungsschaltungen (104, 105) und eine davon gesteuerte bistabile Kippstufe (109) vorgesehen sind zur Erzeugung komplementärer Signale (111, 112) zur Steuerung der beiden Schalterelemente; daß Vergleichsschaltungen (106, 107) vorgesehen sind zum Vergleich eines aus dem Leitungsstrom abgeleiteten Signales (A) mit zwei Referenzspannungen (VH, VL) und zur Erzeugung zweier die Vergleichsergebnisse darstellender Binärsignale; und daß die Verknüpfungsschaltungen mit Signaleingängen für binäre Zustandssignale (Z, RC) und mit den Binärsignalausgangen der Vergleichsschaltungen verbunden sind und aus diesen EingangsSignalen nach gegebenen logischen Beziehungen die Steuersignale für die Schalterelemente erzeugen.

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7. 7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder der beiden Speiseschaltungen (34, 35) zusätzliche Schaltungsmittel (Z2, T3₃ R5, Z2', T3¹, R5') vorgesehen sind, welche bewirken, daß bei einer Umschaltung des Versorgungsspannungswertes nur eine Änderung des Spannungsabfalles über den Speiseschaltungen, jedoch keine Änderung des Speisegleichstroms erfolgt.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Schaltungsmittel aus der Reihenschaltung eines Widerstandes (R5) mit einer Zenerdiode (Z2) bestehen, die jedoch durch einen von der Kippstufe (109) gesteuerten Schalter (T3) unwirksam geschaltet werden kann.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 5₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmerleitungen (z.B. 14) mit der Speisespannung (z.B. Masse) über eine in Vorwärtsrichtung gepolte Diode, die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors (Tl) und einen Widerstand (R3) verbunden sind, wobei die Basis des Transistors vom Rufsteuersignal (RC, RX) und von der Kippstufe (109, B) gesteuert wird.

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   Le e rs e i te