DE2613597C3 - Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Leitung, insbesondere einer Fernmeldeleitung - Google Patents

Description

mittels einer an die Basis des Transistors T angelegten Spannung gesteuert Der Ausgang des Hall-Elements E ist über ein Widerstandsnetzwerk mit den Eingängen eines Operationsverstärkers OA 1 verbunden, dessen Ausgang an die zwei Eingänge zweier weiterer Operationsverstärker OA 2 und OA J, angeschlossen ist Die Operationsverstärker OA 2 und OA 3 bilden zwei Schwellwertschaltungen.

Beim NichtVorhandensein eines Stromes in der Wicklung L weist der Ausgang des Operationsverstärkers OA 1 eine Gleichspannung von 2 V auf. Das den Eingängen des Operationsverstärkers OA 1 zugeordnete Widerstandsnetzwerk dient zur Entkopplung, wobei der Operationsverstärker OA 1 zur Kompensation der Dämpfungsverluste oder zur Verstärkung der Hall-Spannung benutzt wird. Die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers OA 1 wird über gleiche Widerstände Λ 1, Λ 2 an den negativen bzw. positiven Eingang der Operationsverstärker OA 2 und OA S angelegt. Die Vergleichsspannung am positiven Eingang des Operationsverstärkers OA 2 ist zu 1,67 V gewählt. Diese Vergleichsspannung wird am Abgriff eines an die Speisespannungsquelle angeschlossenen Spannungsteilers aus Widerständen R 3, R 4 abgenommen. Die Vergleichsspannung am negativen Eingang des Operationsverstärkers OA 3 ist zu 2,39 V gewählt und wird am Abgriff eines an die Speisespannungsquelle angeschlossenen Spannungsteilers aus Widerständen R 5, R 6 abgenommen. Da die Operationsverstärker OA 2, OA 3 in entgegengesetzter Weise angeschlossen sind, weisen ihre Ausgänge im Ruhezustand, d. h. beim Nichtvorhandensein eines Magnetisierungsstroms, eine Spannung nahe 0 V, beispielsweise 0,25 V, auf.

Wenn nun Strom durch die Wicklung L fließt, wird ein das Element £ durchsetzender Magnetfluß erzeugt, der wiederum eine Hall-Spannung erzeugt. Dadurch werden die Eingänge des Operationsverstärkers OA 1 angesteuert. Liegt die eine Stromrichtung in der Wicklung L vor, so wird eine positive Spannung am Hall-Generatorausgang und demnach eine zunehmende Spannung am negativen Eingang des Operationsverstärkers OA 1 auftreten. Da dieser als Umkehrstufe arbeitet, nimmt dabei seine Ausgangsspannung ab. Wenn diese Ausgangsspannung unter den Schwellwert von 1,67 V des Operationsverstärkers OA 2 fällt, so beginnt dieser Verstärker zu leiten, und am Ausgang des Operationsverstärkers OA 2 tritt dann eine Spannung von etwa 3 V auf. Damit ist der logische Zustand am Ausgang V1 von 0 auf 1 geändert worden. Am positiven Eingang des Operationsverstärkers OA 3 läuft die Spannung vom Schwellwert von 2,39 V fort, so daß die Ausgangsspannung auf 0,25 V gehalten und somit der logische Zustand 0 bestehen bleibt.

Wenn der Strom in der Wicklung L nun in der entgegengesetzten Richtung fließt, so erzeugt der Hall-Generator eine negative Ausgangsspannung. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers OA 1 kehrt sich damit um. Wenn diese Ausgangsspannung den Schwellwert von 2,39 V des Operationsverstärkers OA 3 überschreitet, so leitet rf'eser Operationsverstärker, und an seinem Ausgang tritt dann eine Spannung von etwa 3 V auf. Damit ist der logische Zustand am Ausgang V2 von 0 auf 1 geändert worden. Gleichzeitig wird der Operationsverstärker OA 2 unter seinen Schwellwert gesteuert, so daß sein Ausgang 0,25 V bzw. den logischen Zustand 0 aufweist. Für eine empfindliche Stromüberwachungsschaltung kann der Minimalstrom kleiner als 16 mA sein, wozu eine Verstärkungserhöhung des Operationsverstärkers OA1 nötig wäre. Damit könnte die Stromüberwachungsschaltung auf kleinere Hall-Spannungen ansprechen. Dies erfordert eine Erhöhung des Wertes des Gegenkopplungswiderstandes R 7. Wenn eine solche Änderung vorgenommen wird, muß zur Kompensation im Ruhezustand des Operationsverstärkers OA 1 der Wert des Widerstandes R 8 entsprechend geändert werden. Für jeden Wert des Widerstandes R 7 ist ein anderer Wert des Widerstandes R 8 erforderlich.

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltungsanordnung entspricht im wesentlichen der der Fig. 1. Der einzige Unterschied besteht nur in der Verwendung eines Transistors Tanderen Leitfähigkeitstyps. Anstelle eines npn-Transistors wird ein pnp-Transistor benutzt. Die Steuerstufe mit dem Transistor T ist übrigens in beiden Schaltungsanordnungen als Stromkonstanthalter ausgebildet. Die Verwendung eines pnp-Transistors (Fig.2) hat den Vorteil, daß beim Aufbau der Überwachungsschaltung in TTL-Logik der TTL-Nullwert besser bestimmt ist und daß Spannungsschwankungen der Speisespannungsquelle 5 V keine entsprechende Änderungen der Hall-Spannung hervorrufen, weil die Hall-Spannung auf Erdpotential bezogen ist. Ebenso werden die nötigen Widerstandsänderungen des Widerstandes RS. und des Widerstandes R 7 wesentlich vermindert.

In F i g. 3 ist eine im wesentlichen der F i g. 2 ähnelnde Schaltungsanordnung zur Verbindungswegüberwachung dargestellt. In dieser Figur ist der Hall-Geneator schematisch dargestellt und mit HED bezeichnet, während das Hall-Element mit E bezeichnet ist. Wie aus den Verbindungen zum Hall-Generator HED zu entnehmen ist, weist der Hall-Generator zwei Magnetisierungswicklungen auf.

Die Aufgabe der Verbindungsüberwachungsschaltung.in einer Fernsprechanlage ist die, einen abgehenden Verbindungsweg darauf zu überwachen, ob eine Batterie von 50 V über Widerstände von 2 χ 200 Ω in der ankommenden Schaltung der fernen Vermittlungsstelle angeschaltet ist. Es wird ein hoher Eingangswiderstand von beispielsweise 1OkQ der Überwachungsschaltung gefordert, so daß der über den Eingangswiderstand der Überwachungsschaltung fließende Strom im Freizustand des Verbindungsweges unterhalb der Arbeits- und/oder Halteschwelle der fernen Schleifenerkennungsschaltung in der fernen ankommenden Schaltung gehalten werden kann. Wenn eine Verbindung über einen Leitungsübertrager zum abgehenden Verbindungssatz hergestellt ist, wird die Verbindungswegüberwachungsschaltung abgetrennt; es wird dann ein Belegungssignal aus einer Signalquelle mit niedrigem Quellwiderstand in die abgehende Leitung eingespeist, oder die abgehende Leitung wird kurzgeschlossen, um die ferne Vermittlungseinrichtung zu belegen. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Erkennungsschaltung für die Leitungsstromumkehr rieht ansprechen, weil die Leitungspotentiale die den Freizustand kennzeichnenden Werte behalten, bis der ferne Antwortzustand durch eine Richtungsumkehr dieser Potentiale signalisiert wird. Die Richtungsumkehr dieser Potentiale veranlaßt das Ansprechen der Erkennungsschaltung für die Leitungsstromumkehr, die die Wiederholung der Antwortsignale vornimmt und damit eine ggf. notwendige Gebührenzählung veranlaßt.

Fig. 3 zeigt, wie eine im wesentlichen gleiche Schaltungsanordnung wie die der Fig. 2 zur Erfüllung der Funktionen der zwei genannten Erkennungsschal-

tungen benutzt werden kann. Der Hall-Generator HED weist zwei Wicklungen auf, die an die abgehende Seite des Verbindungsweges, und zwar an den Leitungsübertrager TB, über einen Widerstand R 10 angeschlossen sind. Der Widerstand R 10 soll den Gesamtempfangswiderstand der Überwachungsschaltung auf 1OkQ bis 15 kQ bringen. Dieser Bereich wird für die Überwachungsfunktion benötigt.

Wenn der abgehende Verbindungssatz belegt wird, läßt eine Steuereinrichtung CVein Relais B ansprechen. Diese Steuereinrichtung ist ein »Miniprozessor«, wie er in der US-Patentanmeldung 5 80 274 beschrieben ist. Wenn das Relais B anspricht, öffnet sein Kontakt Bi, wodurch der über den Widerstand R 10 zum Hall-Generator führende Weg aufgetrennt wird. Unmittelbar danach läßt die Steuereinrichtung CP ein Relais SA ansprechen, das durch Schließen seines Kontaktes SA 1 einen niederohmigen Weg zu einer der Wicklungen des Hall-Generators HED herstellt. Die Herstellung dieses Weges veranlaßt, daß die ferne Schaltung belegt wird. Der Kontakt SA 2 des Relais SA wird ebenfalls geschlossen, so daß der abgehende Wechselstromkreis des Leitungsübertragers TB geschlossen wird. Die Steuereinrichtung CP steuert über die Zuführung des Speisestroms zum Hall-Element E über den Transistor T.

Wie in den Fig. 1 und 3 weist die mit dem Hall-Generator HED verbundene, elektronische Schaltung Operationsverstärker OA 1, OA 2 und OA 3 auf. Der Operationsverstärker OA 1 hat lediglich eine Verstärkungsaufgabe, wobei die Verstärkung durch einen Gegenkopplungswiderstand bestimmt wird. Die Verstärker OA 2 und OA 3 bilden Schwellwertschaitungen: der eine zeigt positive Spannungsänderungen an, während der andere für negative Spannungsänderungen bestimmt ist.

Die Ausgänge der Verstärker OA 2 und OA 3 liefern jeweils den logischen Zustand 0, wenn die Eingangsspannung unterhalb des Schwellwertes liegt, und den logischen Zustand 1, wenn die Eingangsspannung über dem Schwellwert liegt. Diese Schwellwerte werder mittels Spannungsteiler wie bei den Fig. I und Ί gewonnen, wo an den Abgriffen dieser Spannungsteiler die Vergleichspannungen abgenommen werden. Eine Spannung VR 1 stellt den Arbeitspunkt im Ruhezustanc des Verstärkers OA 1 her. Daher wird auf einen von dei Steuereinrichtung CP zum Transistor T übertragener Abtastimpuls hin eine entsprechende Zunahme odei Abnahme der Ausgangsspannung des Verstärkers OA 1 bewirkt, die von der Dauer und der Größe de: Magnetflusses im Hall-Generator HED abhängt. Zi beachten ist, daß der Speisestrom so von dei Steuereinrichtung CP gesteuert werden kann, daß den Hall-Element E über den Transistor T Impulsström« zugeführt werden können, womit ein wirtschaftiichei Stromverbrauch gesichert ist.

Da für die Verbindungswegüberwachungsfunktior und für die Antwortumkehrfunktion entgegengesetzt! Stromrichtungen im Verbindungsweg nötig sind, trit am Ausgang des Operationsverstärkers OA 2 eir logischer Zustand auf, der der Verbindungswegüberwa chungsfunktion zugeordnet ist und der über einer Eingang G der Steuereinrichtung CPmitgeteilt wird.

In ähnlicher Weise tritt am Ausgang des Operations Verstärkers OA 3 ein logischer Zustand auf, der dei Antwortumkehrfunktion zugeordnet ist und der übei einen Eingang D der Steuereinrichtung CP mitgeteill wird. Die Steuereinrichtung CP verknüpft die an den Eingängen C und D vorliegenden logischen Zustände mit den gesamten logischen Funktionen des abgehenden Verbindungssatzes. Die Steuereinrichtung CP kann auch die an den Eingängen G und D eintreffender Signale erst dann zur Auswertung zulassen, wenn sie eine Mindestdauer vorhanden gewesen sind, usw.

Der Unterschied der Empfindlichkeit zwischen der zwei Erkennungsfunktionen wird durch zusätzliche Windungen im Hall-Generator HED bewirkt, wöbe zwei Wicklungen für die Verbindungswegüberwachungsfunktion in Reihe geschaltet werden und nur eine Wicklung für die Antwortumkehrfunktion benutzt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Leitung, insbesondere Fernmeldeleitung, auf Stromnuß und Richtung des Stromflusses mit einem Hall-Generator mit nachgeschaltetem Verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsstrom der Erregerwicklung (L) bzw. den Erregerwicklungen eines Hall-Generators (HED) zugeführt ist, daß der Arbeitspunkt des dem Hall-Generator (HED) nachgeschalteten Verstärkers (OA 1) derart eingestellt ist, daß der Verstärker (OA 1) beim Nichtvorhandensein seiner Steuerspannung eine bestimmte erste Ausgangsspannung und bei einer Steuerspannung positiver bzw. negativer Polarität eine zweite höhere bzw. dritte niedrigere Ausgangsspannung als die bestimmte erste Ausgangsspannung abgibt und daß ferner der Ausgang des Verstärkers (OA 1) mit zwei Schwellwertschaltungen (OA 2, OA 3) verbunden ist, von denen die eine (OA 3) ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers (OA 1) mindestens um einen vorgegebenen Wert höher als die bestimmte erste Ausgangsspannung liegt, und von denen die andere (OA 2) ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers (OA 1) mindestens um einen vorgegebenen Wert niedriger als die bestimmte erste Ausgangsspannung liegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (OA 1) ein Operationsverstärker ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schwellwertschaltung (OA 2, OA 3) durch einen Opeationsverstärker gebildet ist, dessen erster Eingang mit einem Ausgang des vorgeschalteten Verstärkers (OA 1) verbunden ist und dessen zweitem Eingang ein Vergleichspotential (VR 2, VR 2) zugeführt ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisestrom für den Hall-Generator (HED) über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors (T) zugeführt ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T) durch Impulse gesteuert ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ihre Anwendung zur Überwachung einer Fernsprechleitung in einem Verbindungssatz, wobei zwei Steuerwicklungen für den Hall-Generator vorgesehen sind, wobei ferner im Freizustand des Verbindungssatzes diese zwei Steuerwicklungen mit den beiden Adern des Verbindungsweges verbindbar sind und die Steuerwirkung der beiden Steuerwicklungen in diesem Fall derart ist, daß durch die Überwachungsschaltung eine Änderung aufgrund der Belegung des Verbindungsweges in einer fernen Vermittlungsstelle oder eine aufgrund eines Fehlers im Verbindungsweg erfolgende Änderung des Leitungsleckstromes angezeigt wird und wobei im Belegungszustand des Verbindungssatzes für eine abgehende Verbindung nur eine Steuerwicklung mit dem Verbindungsweg verbindbar ist, die eine Anzeige der in der fernen Vermittlungsstelle vorgenommenen Leitungsstromumkehrung veranlaßt.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Leitung, insbesondere einer Fernmeldeleitung, auf Stromfluß und Richtung des Stromflusses mit einem Hall-Generator mit nachgeschaltetem Verstärker. Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt (US-PS 32 26 640).

Schaltungsanordnungen zur Überwachung einer Leitung, insbesondere einer Fernmeldeleitung, auf Stromfluß und Richtung des Stromflusses werden beispielsweise in Fernsprechanlagen zur Erkennung der Leitungsstromumkehrung benutzt, die für Zwecke der Gebührenzählung und der Leitungs- bzw Verbindungswegbelegung stattfindet Bisher sind solche Überwachungsschaltungen mit Relais und vorgespannten

Dioden aufgebaut worden; diese Überwachungsschaltungen brauchen aber sehr viel Raum und arbeiten sehr langsam.

Ee ist durch die Siemens-Druckschrift »Hallgeneratoren«, Technische Erläuterungen und Typenübersicht,

März 1957, S. 13, bekannt, zur Überwachung des Stromflusses Hallgeneratoren zu verwenden, wobei der Strom in einer vorbestimmten Richtung fließt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Feststellung der zwei verschiedenen Stromrichtungen auf einfache und sichere Weise möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zur Anzeige der Flußrichtung eines überwachten Leitungsstromes;

F i g. 2 eine zweite Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zur Anzeige der Flußrichtung eines überwachten Leitungsstromes und

F i g. 3 eine erweiterte Schaltungsanordnung der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 zur Verbindungsweg-Überwachung und Schleifenschlußerkennung in einer Fernsprechvermittlungsanlage.

Bei dem hier benutzten Hall-Generator wird der zu überwachende Strom der oder den Erregerwicklungen zugeführt. Dadurch wird ein senkrecht zur Ebene des Hall-Elements stehendes magnetisches Feld erzeugt. Das Hall-Element ist im Luftspalt einer magnetischen Einrichtung angeordnet, die aus einem E-förmigen Magnetkern und einem angelegten I-förmigen Magnetkern bestehen kann, so daß sich daraus ein geschlossener, dreischenkliger Kern mit einem kleinen Luftspalt für das Hall-Element ergibt. Ein Speisestrom fließt durch das Hall-Element, und es wird eine Ausgangsspannung (Hall-Spannung) quer zur Speisestromrichtung erzeugt. Die Ausgangsspannung, der Speisestrom und das magnetische Feld stehen dabei also senkrecht zueinander. Das Hall-Element hat eine Einkristallstruktur oder ist ein aufgedampfter, dünner Film aus Halbleitermaterial, vorzugsweise mit einer verhältnismäßig temperaturunabhängigen Kennlinie. Die magnetische Einrichtung kann einen Weicheisenkern, einen modernen Ferritkern oder einen Kern aus sonstigem, geeignetem Material aufweisen.

Gemäß F i g. 1 wird der zu überwachende Strom einer Wicklung L des Hall-Generators HED zugeführt,

<■- dessen Element Ein Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors Tan der Speisespannung 5 V liegt. Über diesen Transistor wird dem Hall-Element E der Speisestrom zugeführt. Dieser Speisestrom wird