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Schaltungsanordnung zur elektronischen Nachbildung eines
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in einer Wechselstromübertragung eingesetzten bistabilen Relais, insbesondere
Telegrafenrelais Die im Zuge einer Fernsprechübertragungseinrichtung ausgesendeten
Wechselstromzeichen, wie sie z.B. Wahlimpulse, Belegimpulse oder Zählimpulse darstellen,
werden in den Wechselstromübertragungen durch normalerweise in der Wechselstromtelegrafie
eingesetzte hochempfindliche mechanische Telegrafenrelais aufgenommen.
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Diese mit einer Frequenz von 25 bzw. 50 Hertz übertragenen Wechselstromzeichen
steuern nach dem Passieren einer entsprechend ausgelegten Filteranordnung und anschliessender
Gleichrichtung das Relais, über dessen Umschaltekontakt dann nachfolgende Einrichtungen,
wie sIe Relais, Impulswiederholer und dergleichen darstellen, beeinflnsst werden.
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Diese empfindlichen Empfangsrelais bedürfen nun wegen der mechanischen
Abnutzung ihrer Kontaktwerkstoffe während des Betriebes einer regelmässigen Wartung
bzw. Erneuerung. Wegen dieser sich bezüglich der Einstellung, dem Verschleiss und
dem Kleben der beweglichen Kontakte ergebenden Probleme geht das Bestreben dahin,
diese Relais durch wartungsfreie Schaltungen zu ersetzen.
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Es sind nun schon elektronische Nachbildungen für speziell in Wechselstromtelegrafieeinrichtungen
verwendete Telegrafenrelais bekannt, die die Trennung von negativen und positiven
Impulsen ermöglichen. Sie sind entweder auf der Grundlage einer Brückenschaltung
aufgebaut oder sie enthalten mindestens einen Oszillator, der gesteuert durch das
Eingangssignal aufgrund seines Schwingungszustandes einen Ausgangstransistor beeinflusst.
Um eine galvanische Trennung zu erhalten, sind bei einer bekannten elektronischen
Nachbildung
der Eingangs- und .4usgangskreis über'euiteMhVTinsformator voneinander magnetisch
entkoppelt. Die Umschalbng des Ausgangskreises erfolgt also nicht mehr unmittelbar
durch das Eingangssignal, sondern er wird durch ein von dem vorhandenen Oszillator
geliefertes Signal bewirkt, wobei dessen Betrieb vom Eingangssignal abhängig ist.
Die Steuerung des Oszillators durch das Eingangssignal dient auch dem Zweck, die
Auswirkung von Störungen oder Verzerrungen des auszuwertenden Signals herabzusetzen.
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Um zu vermeiden, dass sich der Steuerstromkreis und der Schaltstromkreis
gegenseitig beeinflussen, wird bei einer elektronischen Relaisnachbildung zur Trennung
ein optoelektronisches Koppelelement verwendet, das dann in Abhängigkeit von der
gewünschten Schaltfunktion im Ausgangskreis unmittelbar einen Transistor steuert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die anstelle des elektromechanischen
Relais in Wechselstromübertragungen einzusetzende elektronische Nachbildung derart
auszugestalten, dass ein Austausch nur eine geringfügige Änderung in den Ubertragungen
erfordert und gleichzeitig die hinsichtlich der Störbefreiung und Auswertesicherheit
zu stellenden Anforderungen ohne Einschränkung erfüllt werden.
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Dies wird bei einer Schaltungsanordnung zur elektronischen Nachbildung
eines in einer Wechselstromübertragung eingesetzten bistabilen Relais, insbesondere
eines Telegrafenrelais, bei der die Ruhe- und Arbeitskontaktlage jeweils durch einen
Transistor gebildet wird und eine galvanische Trennung des die übertragenen und
gleichgerichteten Wechselstromzeichen aufnehmenden Eingangskreises und des Ausgangsschaltkreises
vorgenommen wird dadurch erreicht, dass die Eingangssignalimpulse in Abhängigkeit
von einem den Sende- bzw. Empfangszustand der übertragung kennzeichnenden Signal
ein optoelektronisches Koppelelement steuern, dass dessen Ausgangssignale erst nach
Ablauf einer auf den unverzerrten Einzelimpuls eines Zeichens bezogenen Zeitspanne
zur
Aus steuerung des der Arbeitslage zugeordneten Transistors wirksam
werden, dass dadurch gleichzeitig über eine in Abhängigkeit von den Ausgangs impulsen
gesteuerte Zeitstufe jeweils eine zumindest die Zeitdauer zwischen den einzelnen
Impulsen überbrückendes und mit dem Wirksamwerden des ersten Signalimpulses des
Zeichens freigegebenes Aussteuerpotential zusätzlich zugeführt wird und dass mit
Beginn des Aussteuersignals der der Ruhelage zugeordnete Transistor gesperrt wird.
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Durch die verzögerte Auswertung der Ausgangsimpulse des der galvanischen
Trennung zwischen Eingangskreis und Ausgangsschaltkreis dienenden elektronischen
Koppelelementes ist sichergestellt, dass kurze Störimpulse unterdrückt werden. Da
die Aus steuerung dieses Koppelelementes abhängig von einem durch die übertragung
gelieferten Signal erfolgt, wird bei einer durch die übertragung vorgenommenen Aussendung
von Zeichen ein fälschliches Ansprechen der Schaltungsanordnung durch Rückentladungsvorgänge
auf der Leitung vermieden. Durch die Zeitstufe wird erreicht, dass be einem eintreffenden
stark verzerrten Zeichen, das im Grenzfall also nur eine auswertbare Halbwelle der
Wechselspannung enthält, der abgegebene Ausgangsimpuls eine für das einwandfreie
Ansprechen einer nachgeschalteten Einrichtung erforderliche Mindestlänge aufweist.
Gleichzeitig werden dadurch die bei einem längeren Zeichen zwischen den einzelnen
Impulsen vorhandenen Lücken überbrückt.
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Neben dem Einfluss von Störungen entstehen diese Signallücken dadurch,
dass für das aufgenommene und gleichgerichtete Wechselstromzeichen bedingt durch
bereits in der Ubertragung vorhandene Bauelemente zusätzliche Schwellwerte vorhanden
sind.
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Durch eine entsprechende Verknüpfung ist sichergestellt, dass die
Zeitstufe erst dann in die Aussteuerung eingreifen kann, wenn von einem anliegenden
Zeitzeichen die zeitliche Ansprechschwelle überwunden wird.
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Erfindungsgemäss wird da.zusätzliche Aussteuerungspotential durch
einen in der Zeitstufe enthaltenen und mit dem nach dem überwinden der Ansprechverzögerung
wirksam werdenden Impuls aufgesteuerten
Transistor geliefert, wobei
dieser Transistor mit dem Erreichen einer vorgegebenen Ladespannung eines Kondensators
gesperrt wird.
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Diese Ladespannung stellt den Schwellwert eines Transistorschalters
dar, durch den der Ansteuerkreis des aufgesteuerten Transistors kurzgeschlossen
wird. Durch die Wahl der Zeitkonstante des Umladekreises für den Kondensator ist
sichergestellt, dass innerhalb der wirksamen Zeichendauer dieser Schwellwert nicht
erreicht wird.
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Sollte eine externe Spannungszuführung für die Versorgung der elektronischen
Baueinheiten nicht erwünscht sein, so kann erfindungsgemäss als Versorgungsspannung
der an einer Diodenstrecke auftretende Spannungsabfall dienen, wobei diese Diode
in Reihe zum Laststromkreis angeordnet ist.
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Dadurch ist ein Austausch des vorhandenen Empfangsrelais ohne jegliche
Änderung in der übertragung möglich, da in diesem Fall kein zusätzlicher Anschlusskontakt
für die Spannungszuführung vorgesehen werden muss.
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Erfindungsgemäss wird die durch die Zeitstufe verursachte Verlängerung
des Ausgangssignals bei einem empfangenen Zeichen grösserer Zeichendauer verkürzt.
Dadurch wird erreicht, dass bei einem störbehafteteten Zeichen ein Ausgangsimpuls
der vorgegebenen Mindestlänge entsteht und gleichzeitig durch die eintretende Reduzierung
der Verlängerungszeit die Gefahr von Verzerrungen vermindert wird.
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Nähere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand eines
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbe-+spiel der Erfindung beschrieben.
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Die Fig. 1 zeigt ein modifiziertes Blockschaltbild der erfindungsgemässen
Schaltungsanordnung und Fig. 2 ein Zeitdiagramm der an einzelnen Schsltungspunkten
aufçretenden Impulse.
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Die im Blockschaltbild nach der Fig. 1 dargestellten Baueinheiten
bilden die elektronische Nachbildung für das bisher in einer Wechselstromübertragung
zur Verarbeitung der Wechselstromzeichen eingesetzte Telegrafenrelais. Die Anschlusspunkte
El bis E3 entsprechen den in der Wechselstromübertragung bereits vorhandenen und
mit den Wicklungen des zu ersetzenden Relais verknüpften Schaltungspunkten. Die
an den dem Eingang E3 entsprechenden Anschlusspunkten bisher vorhandenen Bauelemente
werden durch die mit N bezeichnete ohmsche Nachbildung ersetzt.
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Die übertragenen Wechselstromzeichen mit einer Frequenz von 25 bzw.
50 Hertz gelangen über die Sprechadern, einen zur Abriegelung der Sprechfrequenzen
vorhandenen Tiefpass und einer nachfolgenden Gleichrichteranordnung auf den Eingang
El. Die nachgeschaltete Schutzschaltung S1, die wie angedeutet aus Dioden und Widerständen
aufgebaut ist, bietet Schutz gegen auftretende überspannungen.
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Die anliegenden Eingangssignale steuern nun über diese Schutzschaltung
und das UND-Verknüpfungsglied G1 ein optoelektronisches Koppelel-ement Ki. Dieses
Koppelelement dient zur galvanischen Trennung des Eingangskreises vom Ausgabeschaltkreis.
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Durch den in der Schutzschaltung S1 vorhandenen Kondensator c wird
in Abhängigkeit vom Steuerstrom eine Verlagerung der Ansprechschwelle des Koppelelementes
und somit eine Verkürzung der abgegebenen Ausgangsimpulse erreicht. Die UND-Bedingung
am zweiten Eingang des UND-Gliedes G1 soll immer dann erfüllt sein, wenn aus der
Wechselstromübertragung keine Aussendung von Zeichen erfolgt. Durch das unmittelbar
nach einem derartigen Sendevorgang an den Eingang E2, dem ebenfalls eine Schutzschaltung
S2 nachgeschaltet ist, angelegte Signal wird über das dadurch angesteuerte und gleichfalls
der galvanischen Trennung dienende optoelektronische Koppelelement K2 durch dessen
Ausgangssignal das Gatter G1 gesperrt. Zur Nachbildung des Umschaltkontaktes sind
die beiden Ausgangstransistoren T1 und T2 vorhanden, wobei T1 der Ruheseite und
T2 der Arbeitsseite zugeordnet ist.
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In der Hauptstromstrecke des Transistors T2 liegt der vorhandene Lastwiderstand
L, der eine Relaiswicklung darstellen kann.
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über die Kontakte dieses Relais können dann nachgeschaltete Ein-
richtungen
gesteuert werden. Im Ruhezustand ist der Transistor T1, in dessen Ausgangskreis
gleichfalls ein Lastwiderstand angeordnet sein kann, leitend gesteuert. Die aufgrund
eines empfangenen Zeichens am Ausgang des optoelektronischen Koppelelementes K1
entstehenden Signalimpulse beeinflussen nun nicht unmittelbar die Transistoren der
Ausgangsstufe, sondern es findet erst durch die Einheit AV eine zeitliche Bewertung
statt. Ein anliegender Signalimpuls wird erst dann wirksam weitergeleitet, wenn
er länger als eine vorgegebene, auf die Zeitdauer eines Einzelimpulses des vorschriftsmässigen
Zeichens abgestimmten Zeitspanne andauert. Dadurch können sich kurzzeitig auftretende
Störimpulse nicht auswirken.
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Diese Ansprechverzögerung ergibt sich durch die Umladung des Kondensators
C1 über den Widerstand R2 und die durch ein Eingangssignal leitend gesteuerte Hauptstromstrecke
des in dem Koppelelement K1 enthaltenen Transistors. Erst wenn die Spannung am Kondensator
die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T3 überschreitet, gelangt dieser in den
leitenden Zustand und steuert über das Gatter G2 den der Arbeitsseite zugeordneten
Ausgangstransistor T2 durch. Gleichzeitig wird dadurch der im Ausgangszustand leitende
Transistor T1, der der Ruhelage des Umschaltekontaktes entspricht, gesperrt. Diese
Funktion ist durch die Verknüpfung seines Eingangssteuerkreises mit dem Ausgang
des ODER-Gatters G2 über das Sperrgatter G3 angedeutet.
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Da aufgrund von Einschwingvorgängen das am Eingang El anliegende Signal
im Grenzfalle auf einen einzigen durch das Koppelelement K1 in einen rechteckigen
Impuls umgewandelten Einzelimpuls verkürzt wird, muss das über den angesteuerten
Transistor T2 abgegebene Ausgangs signal die für das Ansprechen nachgeordneter Elemente
erforderliche Mindestlänge aufweisen. Diese notwendige Impulsverlängerung wird durch
die Zeitstufe Z erreicht. Die Impulsverlängerung darf jedoch nur dann wirksam werden,
wenn die vcrgegebene Verzögerungszeit für das Ansprechen überwunden wurde. Dies
wird dadurch erreicht, dass die Steuerspannung für den in der
Zeitstufe
enthaltenen Transistor T6, der im leitenden Zustand über den anderen Eingang des
ODER-Gatters G2 Aussteuerpotential für den Transistor T2 liefert, am Ausgang des
der Ansprechverzögerungsstufe nachgeschalteten Gatters G2 abgenommen wird. Der das
zuzätzliche Aussteuerpotential liefernde Transistor T6 bleibt leitend, solange der
seine Basis-Emitter-Strecke überbrückende und von der Spannung am Kondensator C2
beeinflusste Transistor T5 sich im gesperrten Zustand befindet. Der Ladezustand
dieses Kondensators C2 ist abhängig von den Ausgangsimpulsen des elektronischen
Koppelelementes K1. Während eines Ausgangsimpulses wird nämlich über den Widerstand
R3 der Transistor T4, dessen Basis-Vorspannung durch den Widerstand R4 erzeugt wird,
in den leitenden Zustand gesteuert. Bezogen auf einen Einzelimpuls erhält nun der
Transistor T6 über die Diode D3 und den Widerstand R6 so lange Basisstrom, bis die
Spannung an dem mit Beendigung eines Ausgangsimpulses erneut geladenen Kondensator
C2 die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T5 erreicht. Mit dem Durchsteuern
des Transistors T5 entfällt die zusätzliche Aussteuerung durch den Transistor T6,
so dass der Transistor T2 gesperrt wird.
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Bei einem längeren, mehrere Wechselstromhalbwellen umfassenden Zeichen
werden durch eine derartige Impulsverlängerung somit auch die zwischen den einzelnen
Wechselstromhalbwellen vorhandenen Signallücken überbrückt, so dass eine kontinuierliche
Aussteuerung des der Arbeitsseite zugeordneten Transistors T2 gegeben ist.
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Die zwischen den einzelnen Signal impulsen eines empfangenen Zeichens
bestehenden Lücken werden unter anderem durch zusatzliche Schwellspannungen verursacht,
die durch m Aufnahmekreis liegende Diodenstrecken bedingt sind.
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Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird nun eine
Korrektur dieser Impulsverlängerung dahingehend vorgenommen, dass bei einem längeren,
mehrere Impulse umfassenden Zeichen die vorgenommene Impulsverlängerung zeitlich
verkürzt wird. Es muss natürlich sichergestellt sein, dass die Überbrückung der
Einzeiimpulse erhalten bleibt. Diese Verkürzung erfolgt mit Rücksicht auf eine geringere
Impulsverzerrung. Dies wird durch die Anhebung
des Emitterpotentials
des Transistors T4 über den aus den Widerständen R7 und R8 bestehenden Spannungsteiler
nach dem Ansprechen des Transistors T2 erreicht. Der Kondensator C2 erhält nämlich
dadurch bereits während der Dauer der einzelnen Impulse eine geringe: Ladespannung,
so dass dadurch nach Beendigung eines aufgetretenen auswertbaren Einzelimpulses
bzw. nach dem letzten Einzelimpuls eines empfangenen Zeichens die Zeit bis zum Erreichen
des vorgegebenen Schwellwertes verkürzt wird.
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Bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Versorgungsspannung
für die in der Schaltung vorhandenen elektronischen Bauelemente extern zugeführt.
Es kann hierfür die vorhandene Batteriespannung von z.W. 60 Volt verwendet werden,
die dann über den an den Zenerdioden D1 und D2 entstehenden Spannungsabfall als
Speisespannung für die elektronischen Bauelemente bzw.
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Baueinheiten dient. Dazu ist es jedoch erforderlich, dass beim Ersatz
des mechanischen Relais durch eine elektronische Nachbildung ein zusätzlicher Anschlusspunkt
A für diese Spannung zuführung vorgesehen wird.
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Sollte dies nicht erwünscht sein, so kann auch die Versorgungsspannung
für die elektronischen Bauelemente ohne jegliche Anderung in der vorhandenen Uoertragung
bereitgestellt werden. Dies kann dadurch erfolgen, dass der erforderliche Strom
als Fehlstrom über den an der Arbeits- und/oder Ruhe seite vorhandenen Lastwiderstand
gezogen wird. Dies ist in der Figur 1 durch den mit dem Last-Widerstand verbundenen,
den Widerstand R11 bzw. R12 und die Dioden D4 bis D6 enthaltenen Stromkreis angedeutet.
Durch diese Dioden wird die daran abnehmbare Versorgungsspannung stabilisiert.
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Für die in der Schaltungsanordnung vorhandenen Bauteile bzw.
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Baueinheiten muss dann eine Anordnung gewählt werden, bei der sich
geringe Steuerströme und Restspannung ergeben.
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In den Zeilen a bis g des Impulsdiagramms nach der Fig. 2 sind diejenigen
Impulse dargestellt, die an den mit den gleichen Bezugszeichen versehenen Schaltungspunkten
der Fig. 1 auftreten.
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Die Zeile a zeigt beispielshaft zwei am Eingang El anliegende und
aus der Gleichrichtung des übertragenden Wechselstromzeichens abgeleitete Signalformen.
Bedingt durch Einschwingvorgänge in den vorhandenen Filtern kann das empfangene
Zeichen so stark verzerrt sein, dass im Grenzfall eine Halbwelle voll erhalten ist.
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Diejenigen Anteile eines am Eingang anliegenden und aus einzelnen
Impulsen bestehenden Zeichen, die die Ansprechschwelle des optoelektronischen Koppelelementes
überschreiten, führen dann entsprechend der Zeile b zu einem Ausgangssignal mit
annähernd Rechteckform. Durch die auf die Dauer eines Einzelimpulses eines vorschriftsmässigen
Zeichens abgestimmte Ansprechverzögerung keinen also dann kurzzeitige Störimpulse
ausgeschieden werden. In der Zeile c sind die aus den Eingangssignalen abgeleiteten
Impulse eines Zeichens nach Durchlaufen der Ansprechverzögerung gezeigt.
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In der Zeile d ist der Spannungsverlauf am Kondensator C2 der Zeitstufe
Z und in der Zeile e die am Ausgang erscheinende und der zusätzlichen Aus steuerung
des bereits aktivierten Transistors T2 dienende Impulsfolge dargestellt. Bei einem
nur aus einem auswertbaren Einzelimpuls bestehenden Zeichen wird die Aussteuerung
des Transistors durch eine Verlängerung dieses Impulses solange aufrecht erhalten,
dass sich ein Ausgangssignal mit einer erforderlichen Mindestzeitdauer ergibt. Diese
wird durch diejenige Zeit bestimmt, in der die Ladespannung des Kondensators C2
den zum Durchsteuern des Transistors T5 erforderlichen Wert erreicht.
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In dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 wird nun nicht diese Impulsverlängerung
für alle auswertbaren Zeichen beibehalten, sondern bei einem aus mehreren Einzelimpulsen
bestehenden Zeichen wird die mit dem letzten Impuls dieses Zeichens vorgenommene
Verlängerung mit Rücksicht auf mögliche Verzerrungen reduziert.
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Es findet eine Korrektur dahingehend statt, dass durch eine verbleibende
Restspannung am Kondensator die Zeit bis zum Erreichen des den Transistor T5 durchsteuernden
Schwellwertes verkürzt ist.
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Es ist jedoch zu beachten, dass durch die vorgesehene Verlängerur.gszeit
in jedem Fall die zwischen den einzelnen Impulsen vorhandenen
Lücken
überbrückt werden. In diesen zeitlichen Lücken wird durch die Ladespannung der vorgegebene
Schwellwert nicht erreicht und der Kondensator durch jeden Impuls auf die vorgegebene
Restspannung entladen.
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In der Zeile f ist das über den Ausgang des ODER-Gatters G2 zur Aussteuerung
des Transistors vorhandene Signal dargestellt, während die Zeile g das zur Steuerung
des der Ruhe seit zugeordneten Transistors T1 vorhandene Signal zeigt.
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