DE2551916C3 - Verfahren und Anordnung zur Verminderung der Speisestromverlustleistung bei Teilnehmeranschlüssen einer Nachrichtenvermittlungsanlage - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Verminderung der Speisestromverlustleistung bei Teilnehmeranschlüssen einer NachrichtenvermittlungsanlageInfo
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Description
Bei Nachrichtenvermittlungsanlagen sind die Außenstellen oder Teilnehmerstationen a;i Teilnehmerleitungen
angeschlossen, die ihrerseits in der zentralen Vermittlung in Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltungen
enden. Bei vielen Anlagen werden die Teilnehmerstationen von der zentralen Vermitthing 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. 48 V. Der auf der Teilnehmerleitung fließende Strom ist vom
Innenwiderstand des Teilnehmerapparates, aber auch von der Leitungslänge abhängig. Während der Innenwiderstand
des Apparates in engen Grenzen festliegt, kann der Leistungswiderstand 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 Leitungslänge, 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 Teilnehmerleilungs-Anschlußschaltung,
vor allem in den Speisewiderständen der Anschlußschaltung.
Diese Verlustleitung wird in Wärme 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 möglichst gering zu halten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ϊ
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 Vermittlungseinrich- ι ο tung mindestens ein vom Schleifengleichstrom abhängiges
Steuersignal erzeugt und zur Steuerung der Auswahl eines von mindestens zwei verschiedenen
Versorgungsspannungswerten verwendet wird.
Die erfmdungsgemäße Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in
jeder Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung zwei Speiseschaltungen für die beiden Einzelleitungen 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 verbundf τ ist, und daß die Auswahlschaltung mindestens einen Steuereingang
aufweist für ein aus dem Schleifenstrom 2-,
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 geringen Wärmeerzeugung für kleinere Leistung ausgelegte und damit
billigere Bauelemente verwendet werden. Zweitens wird eine größere Packungsdichte möglich. Drittens
erspart man Vorrichtungen zur Wärmeabfuhr. Und r> 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
Schaltungstc :hnik ausgeführt werden. Außerdem kann
man durch Umschaltung auf niedrigere Versorgungsspannung bei Rufsignalgabe erreichen, daß weniger
hohe Spannungsspitzen auftreten. Dies trägt zur Erhöhung der Sicherheit bei. 4 j
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden mhand von Zeichnunge.i beschrieben. Es
zeigt
F i g. 1 eine Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung
mil umschaltbarer Versorgungsspannung, in einem w
System mit einer Vernr'nlungseinrichtung und einer
Mehrzahl von Teilnehmerstationen,
Fig. 2 Einzelheiten dtr Speiseschaltungen gem.
Fi g 1 mit zusätzlichen Schalterelementen zur Verwendung
bei der Spannungsumschaltung. r>
Fig. 3A und 3B Einzelheiten der Auswahlschaltung gem. Fig. 1 zur Auswahl jeweils einer der zwei
Versorgungsspannungen fiir die Gleichstremeinspeisung und
F i g. 4 Strom/Spannungikennlinien zur Erläuterung wi
der Wirkung der Umschaltung der Versorgungsspannung zwischen zwei Werter«.
Fig. 1 zeigt die Anordnung einer Leitungsanschluß-
»chaltung und ihrer Umgebung. Zweck der Leitungsanichlußschaltung
ist die Verbindung einer Teilnehmeriweidrahtleitung a'b, an der z. B. ein Telefonapparat
ingeschlossen ist, mit einer Vermittlungseinrichtung. Die Vermitttlungseinrichiiing kann eine Nebenstellenanlage
sein, oder eine Vermittlungszeritrale eines
öffentlichen Fernsprechnetzes. Eine große Anzahl von Teilnehmerleitungen ist über je eine Leitungsanschlußeinheit
mii der Vermittlungseinrichtung verbunden.
Eine Leitungsanschlußeinheit erfüllt je nach Art der
Vermittlungseinrichtung einen Teil oder alle der folgenden Funktionen:
— Teilnehmerleitungsabschluß
— Zweidraht-/Vierdrahtumsetzung
— Umwandlung symmetrisch/unsymmetrisch
— Feststellung des Leitungszustandes
(Beiriebszustandes)
(Beiriebszustandes)
— KurzschJußschutz für Gleichspannungsqueile und
Leitungsanschlußeinheit
Leitungsanschlußeinheit
— Hochspannungsschutz der Vermittlungseinrichtung
— Rufstromeinspeisung
— Energieeinspeisung für die Außenstelle
(Telefonapparat)
(Telefonapparat)
Der prinzipielle Aufbau der als Ausführungsbeispie! gewählten Leitungsanschlußeinheit wird nun anhand
von Fig. 1 beschrieben. Ein Telefonenparat 11 ist über
die beiden Leitungen 12 und 13 (a- und ^Leitung) 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 (Eingangssignal 51 nur in Richtung von der
Teilnehmerleitung zur Vermittlungseinrichtung) und eine Ausgabeleitung 18 (Ausgangssignale 52 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.
Über je eine Kapazität 21 bzw. 22 sind die beiden Lei"ingen 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 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
Verstärkers 27 verbunden, der andere mit Erde. Das Ausgabesignal 52 erscheint auf den Ausgangsleitungen
28 und 29 des Verstärkers 27 als Spannungsdifferenz, die symmetrisch geger! Erde ist. Die beiden Leitungen U
und 29 sind über je eine Kapazität 30 bzw. 31 mit den 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 spe'er.
Die Leitungen 23, 24, 28 und 29 sind durch je zwei Dioden 36/37, 38/39, 40/41 und 42/43 mit zwei
Potentialquellen + Vmax. 1 und - Vmax, 2 verbunden, so daß die Spannung auf diesen vier Leitungen auf jeden
Fall auf einen Bereich begrenzt bleibt, der zwischen den durch die PotenliaUjuellen 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.
Zur Vermeidung einer Rückführung des Ausgabesignals S 2 über die Speiseschaltungen 34 und 35 sind ein
Differenzverstärker 44 und ein Ausgleichsnetzwerk 45 vorgesehen. Der Ausgang des Differerizvefstärkers 44
ist mit der Eingabeleitung 17, sein erster Eingang mit dem Ausgang 26 des Verstärkers 25 und sein zweiter
Eingang mit dem Ausgang des Ausgleichsnetzwerks 45 verbunden. Der Eingang des Ausgleichnetzwerkes 45 ist
mit der Ausgabeleitung 18 verbunden. Diese Anordnung bewirkt, daß der auf der Leitung 26 durch Rückführung
des Ausgabesignals S 2 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 kichlungstrennung erreicht.
Die Speiseschaltungen 34 und 35 sind vorgesehen, um die a- und ^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 Tiefpaßcharakteristk
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 Auswahlschaltung 46 vorgesehen, die aufgrund von
Steuersignalen A. Zund RCan ihren Eingängen 47, 48,
und 49 den Anschlußpunkt 50 der Speiseschaltung 35 entweder mit einer — 48-V-Versorgungsleitung oder mit
einer -30-V-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 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 Telefonapparates 11. Zwei Eingänge des Betriebszustandsdetektors 52 sind direkt
mit der a-Leitung 14 bzw. der ö-Leitung 15 verbunden. Der Detektor 52 stellt den Impedanz-Unterschied in der
Teilnehmerleitungsschleife zwischen dem aufgelegten und abgehobenem 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 Zab.
Das Steuersignal RC ist ein binäres Impulsstgnal.
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 RS 2 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 RS t 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. /^'ei 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 /?C>impuIs am Eingang
57 wird dann infolge eines Lichtimpulses auf die TRIAC eine Verbindung für die Signale RSi und RS2
durchgeschaltet,
Speiseschaltungen 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-ZZifferkombination
bezeichnet, wobei die Bezeichnungen in Schaltung 55 zur Unterscheidung einen Strich haben
(z.B. Di in 34, DV in 35).
Der gestrichelte eingerahmte Bereich in Fig.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 Cl (Bereich 34b) und eine damit verbundene
Gyratorschaltung (Bereich 34a), durch welche die Kapazität C1 bezüglich ihrer Wirkung auf die a-Leitung
14 in eine Induktivität transformiert wird.
Die Gyratorschaltung ist folgendermaßen aufgebaut: Zwei in Reihe geschaltete Widerstände R 1 und R 2
bilden einen Spannungsteiler zwischen Erde und der a-Leitung 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 Π einerseits und der a-Leitung 14 andererseits verbundene Diode D1 bilden
eine zweite Reihenschaltung. Ein Differenzverstärker 80 mit seinem ersten Eingang an den Verbindungspunkt
zwischen Widerstand R3 und Transistor Ti angeschlossen
(Punkt 81), und mit seinem zweiten Eingang (Punkt 82) an einen Widerstand R 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 7"I verbunden. Die Widerstände
R1 und R 2 sind beide sehr groß gegen den
Widerstand R 3.
Durch die Kombination des Verstärkers und des Transistors werden die Punkte 81 und 82 auf etwa
gleichem Potential gehalten. Bei reiner Gleichspai\nung
über der Speiseschaltung 34 wird kein Strom durch C1
fließen, und die Spannung wird sich auf R 1 und R 2 verteilen. Damit wird sich im Zweig R3/TI/DI ein
Strom einstellen, der einem Widerstand entspricht von
RF= Λ3
wobei RF der geforderte Speisewiderstand ist Der
Strom durch R 1 und R 2 ist dagegen vemachlässigbar.
Bei Anlegen einer Wechselspannung auf der Leitung 14 an die Speiseschaltung 34 dagegen wird die
Spannung im Punkt 82 durch den durch C i fließenden Strom wesentlich mitbestimmt Um die Spannung im
Punkt 81 auf einen entsprechenden Wert zu bringen, muß durch den Zweig R 3/Ti/D 1 ein induktiver Strom
fließen.
Für die Impedanz
folgende Formel:
folgende Formel:
der Speiscschaltung 34 gilt
Rl)
wobei
/. = Rl
Rl ■ Cl.
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 gill für
Speiseschaltung 35) noch weitere Elemente anzuschlie
Ben. die im folgenden kurz beschrieben werden.
Em Transistor T2 verbindet als Kurzschlußschalter den Punkt 82 mit Erde (bzw. den Punkt 82' mit dem
Anschlußpunkt 50 für die negative Versorgungsspan nung). 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 R 1) 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 Zl der maximale durch die Teilnehmerleitung
fließende Kurzschlußstrom festgelegt werden.
Ebenfalls parallel zur Kapazität Cl ist eine Reihenschaltung aus einem Transistor Γ3 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 -30 V-VZ). Zenerdiode Z2 und
Widerstand /?5 sind in Reihe zwischen der positiven Hilfsspannung + VZ und Punkt 83 geschaltet. (Zenerdiode
und VZbestimmen die Lage des Kennlinienknicks Pin F i g. 4.) Der Emitter des Transistors 7~3 ist an Erde,
sein Kollektor an den Verbindungspunkt 85 zwischen Zenerdiode Z2 und Widerstand R 5 angeschlossen. Die
Basis des Transistors Γ3 ist mit einem Steuereingang 84 verbunden. Dieses Netzwerk ermöglicht eine Anpassung
der Gyratorschaltung (Änderung der Gleichstromkennlinie) bei Umschaltung der Versorgungsspannung.
Das Verhalten des Zusatznetzwerkes wird gesteuert durch Anlegen eines Signals S über Steuereingang 84 an
die Basis des Transistors TZ (bzw. eines Signals B1 über
Steuereingang 84' an die Basis des Transistors Γ3'). Die V/irkung dieser Anpassung durch Wirksammachen bzw.
Unwirksammachen der Zenerdiode Z 2 wird später hoch etwas genauer erläutert (F i g. 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 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.
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
ft-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 ύ-Leitung. Zu diesem Zweck ist Leitung 32 imt dem Punkt 82 verbunden, und Leitung 33
ί mit dem Punkt 82'. Die an die Teilnelimefstelle zu
sendenden Signale werden also in die Gyratorschalliingen
injiziert und gelangen auf diesem Wege auf die Zweidraht-Teilnehmerleitung.
|0 Umschaltbare Stromversorgung
Anhand von F i g. 3A und 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
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 £>-Leitung -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, weiche diese Zustände angeben, wurden bereits bei der Beschreibung von Fig. 1
genannt: Signal Z stellt die Stellung des Gabelschalters dar:
Z= 1 aufgelegt
Z=O abgehoben
Z=O abgehoben
Signal /fCstellt den Zustand des Rufsignals dar:
RC= 1 Rufsigna! aktiv
KC=O Ruhe
Signal A stellt, in Form einer analogen (kontinuierlich veränderlichen) Spannung den durch die Leitung
κ fließenden Strom dar.
Es gelten nun folgende logische Bedingungen, weiche durch die Auswahlschaltung verwirklicht werden:
1) WENN Z= 1 ODER RC= 1 ODER A > VH,
DANN -30 V einstellen.
DANN -30 V einstellen.
2) WENN Z= 0 UND A < VL,
DANN -
DANN -
Dabei bezeichnet VT/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, .4 und KCsind die drei Eingangsleitun-
gen 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 ufid 107 verbunden. Der negative Eingang des
Differenzverstärkirs 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 Λ-Signal am positiven Eingang größer 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.
Der Ausgang des Differenzverstärkers 106 ist mit einem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 104, und der
der Transistoren T2 bzw. T2' in F i g. 2 verbunden, um
diese ein- oder auszuschalten Und damit die Gyralon-Speiseschaltungen
entweder stillzulegen, wenn ein Rufsignal ausgesendet wird, oder andernfalls zu aktivieren.
Die Stroniversorgungsleitung 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 - 12 V.
F i g. 3B zeigt den Schaltungsaufbau der Pegelumsetzer. Zwischen dem Steuereingang 124 und dem
-12-V-Versorgungseingang 125 ist die Reihenschaltung
mehrerer hintereinandergeschalteter Dioden 126,
1Q7 rnit C !HStT! I—SB U Γ!ί3 oinpc VViH^rctanHpc iO7 an cxprvrrln At
rweiten Eingang des ODER-Gliedes 105 verbunden. Die Eingangsleilung 103 für das /?C-Signal ist mit einem
dritten Eingang des ODER-Gliedes 104 verbunden. Sie ist außerdem mit dem Steuereingrng 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 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 angeiteuert
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' erscheinen. Diese beiden Ausgänge sind mit den in F i g. 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 Hegt an der -48-V-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 — 30-V-Leitung einer Spannungsquelle, sein Kollektor ist über eine Diode
120a mit der Stromversorgungsleitung 119 verbunden.
Der Pegelumsetzer 108, dessen Steuereingang mit der ÄC-Signaleingangsleitung 103 verbunden ist, hat z\vei
Ausgänge 121 und 122, auf denen die pegelverschobenen und komplementären Steuersignale RX und RX'
erscheinen. Diese beiden Leitungen sind mit den Basen Verbindungspunkt dieser beiden Elemente ist der erste
Ausgang 128 des Pegelumsetzers angeschlossen. Zwischen dem Steuereingang 124 und dem -30-V/-48-V-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 0 V ist, Rießt 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, der dadurch leitend wird. Am Ausgang des Inverters 130 liegt der Komplemenlwert
des Eingangssteuersignals, also +5V. Durch die Widerstände 131 und 133 fließt ebenfalls ein S'rom, und
der zweite Ausgang 134 nimmt die Spannung - 30 V + ΔV bzw. - 48 V + ΔV an. Die Widerstände sind
so gewählt, daß der Spannungsabfall /4V, 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 oder die angeschlossenen
Transistoren gesperrt werden. Gleichzeitig ist aber das Ausgangssignal des Inverters 130 auf 0 V, so daß
Transistor 132 gesperrt wird und dadurch kein Strom
5> 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 pegelverschoben ist
Die Arbeitsweise der Auswahlschaltung 46, die anhand von F i g. 3A und 3B beschrieben wurde, sei nun
kurz erläutert:
Sobald Z=I (Hörer aufgelegt), A>VH (großer
Strom auf der Leitung) oder RC= 1 (Aussendung Rufsignal), gibt ODER-Glied 104 ein »1«-Signal ab, und
damit wird Kippgüed 109 gesetzt und ein »!«-Signal
erscheint am Ausgang 111. Die Signale ß/ß'auf Leitung
116/117 (Fig.3A) und am Eingang 84/84' (Fig.2) werden ak'iviert und damit die Transistoren T3/T3'
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 von - 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=Q) der Wert des Teslsignals A kleiner als VL ist. liegt an Ii
beiden Eingängen des ODER-Gliedes 105 ein »O«-Signal,
das komplementiert als »1 «-Signal an den Ä-Eingang des Kippgliedes 109 gelangt und dieses
zurückstellt. Ausgang ! 11 erhalt nun ein »0« Signa!.
Dadurch werden die Steuersignale B/B' deaktiviert, die Transistoren Γ3/Τ3' 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 Speiseschaltung35
gelangt. Der Transistor 120 wurde gleichzeitig gesperrt, da auf dem Ausgang 112 des Kippgliedes 109 ein
»1 «-Signal liegt.
Die Gesamtwirkung ist also wir 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 Versorgungsspannungswertes 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 Versofgungsspannung braucht keine Anpassung der Speiseschalrungskennlinie zu erfolgen
(Fall a). In diesem Fall können die Elemente Z 2, T 3 und R 5 bei der Speiseschaltung 34 und Z2', T3' und 5' bei
der Speiseschaltung 35 fortgelassen werden. Ebenso werden die Steuersignale B und B' und die sie
erzeugenden Elemente (113, 116, 117 in Fig.3A) nicht co
benötigt
Wenn eine Varistorregelung der Telefonapparate vorhanden ist muß der Speisestrom bei konstanter
Leitungslänge trotz Versorgungsspannungsumschaltung konstant bleiben, um die Varistorregelung wirksam
zu belassen. In diesem Falle (Fall b)mu& eine Anpassung
der Speiseschaltung durch Kennlinienänderung erfolgen, und dafür sind die bereits oben angegebenen
Elemente Z2, Γ3 und R5 bzw. Z2', T 3' und R 5' sowie
die Steuersignale B und B' vorgesehen. Ihre Wirkung wird später noch kurz beschrieben.
F i g. 4 zeigt vier StronWSpannungskennlinien für die
Teilnehmerleitung mit angeschlossenem T°lefonzpparat,
und zwar für die Leitungslängen 0 1,2 und 3 km. Der Apparatewiderstand ist mit 250 Ohm, der LeitURgswiderstand
mit 150 Ohm/km angenommen. Die anderen Kennlinien (links oben nach rechts unten) zeigen die
Stronv/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 -48 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 40 mA · 32 V= 1,28 W betragen. Infolge Umschaltung auf -JO V stellt sich jedoch der Arbeitspunkt Ϋ ein, 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 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 Bauelemente in der Leitungsanschlußschaltung, und eine Verminderung des Energiebedarfs der Zentrale.
Bei -48 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 40 mA · 32 V= 1,28 W betragen. Infolge Umschaltung auf -JO V stellt sich jedoch der Arbeitspunkt Ϋ ein, 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 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 Bauelemente in der Leitungsanschlußschaltung, und eine Verminderung des Energiebedarfs der Zentrale.
b) Spannungsupischaltung bei vorhandener Varistorregelung
im Telefonapparat:
In diesem Falle gilt bei einer Einstellung auf -48 V die gesamte Kennlinie I, bei einer Einstellung auf
30 V dagegen nur noch der obere Teil der Kennlinie I (oberhalb P) sowie die Kennlinie III.
Kennlinie II 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 T3 und T3' (F i g. 2). Damit werden
die Zenerdioden Z 2 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 S'und Leitendmachen der Transistoren T3 und 7"3\ so
daß die Zenerdioden Z2 und Z2' unwirksam werden.
Es ergeben sich nunmehr folgende Unterschiede, wieder für eine angenommene Leitungslänge von I km.
Bei Einschaltung von -48 V würde sich Arbeitspunkt X einstellen: Strom 40 mA, Spannungsabfall in der
Stromversorgung 48 V— 16 V = 32 V. Das ergibt wieder eine Verlustleistung von 1,28 W. Bei Verwendung von
-30 V dagegen stellt sich zwar auch der Arbeitspunkt X ein, d. h. der Strom wird 40 mA. Der Spannungsabfall
an der Stromversorgung beträgt aber nur noch V— 16 V= 14 V. Das ergibt eine Verlustleistung von
mA - 14 V = 046 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
ZX und ZY (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).
Es ist selbstverständlich möglich, die Spannungsumschaltung der Speisestromquelle auch bei anderen als
den im Ausführungsbeispiel gezeigten Speiseschaltungen vorzusehen. Die Einsparungen an Verlustleistung
können aach erreicht werden, wenn die Einspeisung des Gleichstroms in die Teilnehmerleitung durch einen
Koppeltransformator, durch separate Speiseinduktivitäten oder Speisewiderstände oder auf andere Weise
in erfolgt.
Hier/u 4 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zur Verminderung der SpeisestromverlustJeistung
bei Teilnehmeranschlüssen einer Nachrichtenvermittlungsanlage, dadurch gekennzeichnet,
daß in jeder Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung (Fig.2 und 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. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
daß in der Leitungsanschlußschaltung sowohl ein zum Schleifengleichstrom proportionales
analoges Steuersignal (A) als auch ein die Betriebszusiände
»aufgelegt/abgehoben« anzeigendes binäres Steuersignal (Z) erzeugt wird; daß das analoge
Steuersignal (A) mit mindestens einem Referenzwert vergehen 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 Steuersi- :5
gnal über dem Referenzwert liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einspeisen eines Rufwechselstromes
in die Teilnehmerleitung durch das die Einspeisung bewirkende Signal (RC) auf jeden Fall in
die niedrigere von zwei verschiedenen Versorgungsipannungen ausgewählt und an die Speiseschaltung
angelegt wird.
4. Verfahren nach /.nspruc:, 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das analoge Steuersignal (A) mit zwei Referenzwerten (VH, VL)vergh nen wird, die einen
Toleranzbereich einschließen; daß eine Umschaltung auf den niedrigeren von zwei Versorgungsipannungswerten
nur erfolgt, wenn das analoge Steuersignal größer als der größere Referenzwert w
ist, und daß eine Umschaltung auf den höheren von zwei Versorgungsspannungswerten nur erfolgt,
wenn das analoge Steuersignal kleiner als der kleinere Referenzwert ist.
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 w
Masse verbunden ist, die andere dagegen mit einer Auswahlschaltung (46), die ihrerseits mit mindestens
zwei Anschlüssen verschiedener Betriebsspanriungswerte
( -30 V, -48 V) der Speisegleichstromquelle verbunden ist. und daß die Auswahlschaltung
Steuereingänge (47, 48, 49) aufweist und für ein aus dem Schleifenstrom abgeleitetes Steuersignal (A. /)
und für das Rufsteuersignal (RC).
6. Anordnung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswahlschaltung (Fig. 3A) für fio
den Fall von zwei verschiedenen Betriebsspannungen zwei Schalterelemente (Ü8, 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 Verküpfungsschaltungen (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 Signals (A) mit zwei Referenzspannungen (VH, VL) und zur
Erzeugung zweier die Vergleichäergebnisse darstellender Binärsignale; und daß die Verküpfungsschaltungen
mit Signaleingängen für binäre Zustandssignale (Z, RC) und mit den Binärsignalausgäugen der
Vergleichsschaltungen verbunden sind und aus diesen Eingangssignajen nach gegebenen logischen
Beziehungen die Steuersignale für die Schalterelemente erzeugen.
7. Anordnung naeii Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß bei jeder der beiden Speiseschaltungen (34, 35) zusätzliche Schaltungsmittel (Z2, 73, R 5,
ZI', TZ', R 5') 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. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Schaltungsmittel aus
der Reihenschaltung eines Widerstandes (R 5) mit einer Zenerdiode (Z2) bestehen, die jedoch durch
einen von der Kippstufe (109) gesteuerten Schalter (T3) unwirksam geschaltet werden kann.
9. Anordnung nach Anspruch 5, 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 (Ti) und einen Widerstand (R 3) verbunden sind, wobei die Basis
des Transistors vom Rufsteuersignal (RC, RX) und von der Kippstufe (109, B) gesteuert wird.
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