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Ein weltweit verbreitetes Kennzeichenübertragungsverfahren zwischen
zweidrähtig verbundenen Vermittlungsstellen ist die Schleifenzeichengabe durch Gleichstrom
über die Sprechadern. Durch hohen Schleifenstrom ist ein sicherer Zeichenaustausch,
insbesondere über größere Entfernungen gewährleistet. Bekannte Systeme arbeiten
bei 48 V Betriebsspannung im niederohmigen Zustand mit einem Strom von 30 bis 60
mk Dies ergibt etwa 0,7 bis 1,4 W Verlustleistung pro Übertragung. Die Ablösung
der bisher üblichen
Relais durch Halbleiter ermöglicht eine wesentlich
kompaktere Bauweise. Deren Realisierung scheiterte jedoch an zu großer Erwärmung
infolge der relativ hohen Verlust leistung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine gehende und eine kommende Übertragung
zu realisieren, die intern nur wenig Verlustleistung erzeugen, aus Kompatibilitätsgründen
sich jedoch nach außen in ihren elektrischen Eigenschaften von denen der bisher
verwendeten Relaisschaltungen nicht unterscheiden.
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Ausgehend von einer Anordnung der einleitend geschilderten Art wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der gehenden Übertragung zwischen
dem ersten Tiefpaßfilter und einer zweiten Betriebsspannungsversorgung mit einer
Vielzahl angeschlossener Verbraucher eine Kettenschaltung, bestehend aus einer Gleichrichterbrücke
und aus einem über eine erste Ansteuereinrichtung mit dem ersten Eingang fremdgesteuerten
Sperrwandler, dessen Eingangswiderstand durch die Taktpulslänge einstellbar ist
und der die von der kommenden Übertragung aufzunehmende Leistung in die zweite Betriebsspannungsversorgung
schickt, und weiter ein erster Geber mit dem ersten Ausgang für ein Feststellen
einer Bildung eines hochohmigen Schleifenschlusses und ein zweiter Geber mit dem
zweiten Ausgang für ein Feststellen einer Umpolung vorgesehen sind, und in der kommenden
Übertragung zwischen dem zweiten Tiefpaßfilter und der ersten Betriebsstromversorgung
eine Kettenschaltung, bestehend aus zwei Drosseln, aus einem elektronischen Umpoler
mit einer zweiten Ansteuereinrichtung mit dem zweiten Eingang und aus einem Schaltregler
für konstanten Strom, und weiter ein dritter Geber mit dem dritten Ausgang für ein
Feststellen eines Stromflusses vorgesehen sind.
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Aus der Zeitschrift »Radio mentor« (1958)1, Seiten 27 bis 32 ist
zwar bereits ein Sperrwandler bekannt, jedoch handelt es sich um keinen fremdgesteuerten.
In den Zeitschriften »Electronics«, 16. 2. 1970, Seite 76 und »Enatechnik«, Dez.
1969, Heft 7, Seiten 7 bis 9 wurde zwar bereits ein Schaltregler beschrieben, dieser
erzeugt jedoch konstante Spannung und nicht konstenten Strom.
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Für die praktische Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist es vorteilhaft,
wenn der fremdgesteuerte Sperrwandler einen Übertrager enthält, dessen Primärwicklung
über einen ersten Transistorschalter mit dem Eingang und dessen Sekundärwicklung
über eine erste Diode mit dem Ausgang derart verbunden sind, daß die im leitenden
Zustand des ersten Transistorschalters durch den Übertrager aufgenommene Leistung
während des nicht leitenden Zustandes des ersten Transistorschalters über die erste
Diode in die am Ausgang angeschlossene zweite Betriebsspannungsversorgung eingespeist
wird.
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Vorteilhaft ist es dabei, wenn als Ansteuereinrichtung eine Gatteranordnung
vorgesehen ist, die den ersten Transistorschalter über einen ersten Optokoppler
steuert.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn als erster Geber eine an einer
Anzapfung der Sekundärwicklung des Übertragers angeschlossene und einen ersten Kondensator
ladende zweite Diode vorgesehen ist und wenn als zweiter Geber ein in die Gleichrichterbrücke
eingeschleifter zweiter Optokoppler vorgesehen ist.
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Für die praktische Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist es schließlich
vorteilhaft, wenn im Schaltregler in Richtung des zu regelnden Stromes ein zweiter
Transistorschalter und ein Meßwiderstand vorgesehen sind und wenn ferner ein Operationsverstärker
vorgesehen ist, der den zweiten Transistorschalter in Abhängigkeit vom Spannungsabfall
über dem Meßwiderstand steuert.
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Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachstehend
näher erläutert.
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F i g. I zeigt eine bekannte gehende und kommende Übertragung, F
i g. 2 zeigt einen Zeichenablauf bei Schleifenzeichengabe, F i g. 3 zeigt eine erfindungsgemäße
gehende Übertragung, F i g. 4 zeigt die Prinzipschaltung eines erfindungsgemäßen
fremdgesteuerten Sperrwandlers, F i g. 5 zeigt den Verlauf des Stromes in der Prinzipschaltung
nach F i g. 4 über der Zeit, F i g. 6 zeigt eine erfindungsgemäße kommende Übertragung,
Fig. 7 zeigt den Stromverlauf in der Drossel Dr5 bzw. Dr6 in der kommenden Übertragung
nach F i g. 6 und F i g. 8 zeigt den Verlauf der Frequenz in Abhängigkeit vom Verhältnis
der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung am Schaltregler der kommenden Übertragung
nach F i g. 6.
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Fig. 1 zeigt eine bekannte Anordnung mit einem Sprechadernpaar a
und b mit einer gehenden Übertragung Ug an einem Ende und einer kommenden Ubertragung
Ük am anderen Ende.
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Die gehende Übertragung Üg enthält sprechadernseitig einen ersten
Tiefpaß mit zwei Drosseln Dr 1 und Dr2 sowie mit einem Kondensator Ct. Weiter enthält
sie ein Relais M mit einer 20-kn-Wicklung und einem Arbeitskontakt m, ein Relais
N mit einem Wicklungswiderstand von 400 Q und einem Arbeitskontakt n, ein Relais
0 mit einer 400-n-Wicklung und einem Arbeitskontakt o, zwei Dioden D t und D 2,
einen Schalter S1, einen Eingang El und zwei Ausgänge A 1 und A 2.
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Die kommende Übertragung Ük enthält einen Tiefpaß mit zwei Drosseln
Dr3 und Dr4, sowie einen Kondensator C2. Weiter enthält sie zwei Schalter S3 und
S4, ein Relais P mit zwei 205-n-Wicklungen und einem Arbeitskontakt r, einen Eingang
E2, einen Ausgang A 3 und zwei Anschlüsse für eine Betriebsstromversorgung UB 1.
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Liegt am Eingang El kein vermittlungstechnisches Kennzeichen an,
ist der Schalter S1 offen. Liegt jetzt an der Sprechader a eine negative Spannung
und an der Sprechader b eine positive Spannung, so erfolgt eine hochohmige Schleifenbildung
von 20,4 kl über die Diode D 1, das Relais N und das Relais M Erscheint jetzt am
Eingang El ein vermittlungstechnisches Kennzeichen, so wird der Schalter S1 geschlossen
und die Schleifenbildung erfolgt über die Diode D 1, das Relais N und den Schalter
S1. Die Schleife weist jetzt einen Widerstandswert von nur 400 Q auf. Durch Umtasten
vom hochohmigen in den niederohmigen Schleifenzustand ergeben sich die Vorwärtszeichen.
Der Ausgang A 1 wird über den Kontakt m geerdet, wenn die Schleife hochohmig ist.
Nach Abfallen des Relais M wird der Erdschluß durch den Kontakt n aufrechterhalten.
Wird die Spannung an den Adern a und b umgepolt, so fließt der Schleifenstrom über
das Relais O und die Diode D 2 und der Ausgangs A 2 wird geerdet.
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Die Erdpotentiale an den Ausgängen A 1 und A 2 stellen vermittlungstechnische
Kennzeichen dar.
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Die Gleichspannung zwischen den Sprechadern a und b wird von der
Betriebsstromversorgung UB 1 geliefert Über den Eingang E2 wird die Stellung der
Schalter S3 und S4 und damit die Polarität bestimmt, Mit der Polarität werden Rückwärtszeichen
signalisiert, Liegt in der gehenden Übertragung Üg ein niederohmiger Schleifenschluß
vor, so zieht in der kommenden Übertragung Ük das Relais P an, und der Ausgang A
3 wird über den Kontakt p an Masse gelegt, was ein vermittlungstechnisches Kennzeichen
ergibt Die Tief.
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pässe verhindern eine Bedämpfung der Sprechfrequenzen.
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Fig.2 zeigt einen Zeichenablauf bei Schleifenzeichengabe mit Vorwärtszeichen
und RückwHrtszeichen F i g. 3 zeigt eine erfindungsgemäße gehende Übertragung Üg
mit einem Tiefpaß TP 1, mit einer Gleichrichterbrücke OB, mit einem fremdgesteuerten
Sperrwandler SW, mit einer Ansteuerschaltung AE 1, mit einem ersten Geber Gb 1 und
mit einem zweiten Geber Gb 2.
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Der Tiefpaß TYP 1 entspricht dem in der gehenden Übertragung zug
in F i g. 1.
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Die Gleichrichterbrücke enthält Dioden D 5 bis D 8.
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Der fremdgesteuerte Sperrwandler enthält einen Transistor Tr 1, einen
Widerstand R 1, einen Übertrager Ü, eine Diode D 3, einen Kondensator C3 sowie Anschlußklemmen
für eine Betriebsstromversorgung UB2.
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Die Ansteuerschaltung AE 1 enthält einen Optokoppler K 1, UND-Gatter
G1 und G2 sowie einen Inverter 11. Ein Eingang des UND-Gatters G ist unmittelbar
und ein Eingang des UND-Gatters G2 ist über einen Inverter 11 mit dem Eingang El
verbunden. Der Takt Tl am anderen Eingang des UND-Gatters G1 enthält lange Impulse
und dient zur Einstellung des niederohmigen Schleifenschlusses; der Takt T2 am anderen
Eingang des UND-Gatters 0 2 besteht aus kunen Impulsen und dient der Einstellung
des hochohmigen Schleifenschlusses.
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Der erste Geber Gb 1 enthält eine Diode D4, einen Kondensator C4
und den Ausgang A 1.
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Der Geber Gb 2 enthält einen Optokoppler K 2 und den Ausgang A 2.
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An seinen Ein- und Ausgängen verhält sich die gehende Übertragung
Üg genauso wie die bekannte gehende Übertragung Ügnach Fig. 1.
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F i g. 4 zeigt eine Prinzipschaltung des Sperrwandlers SW Der Übertrager
Üist durch eine Spule L ersetzt, Ue sei die vom Sprechadernpaar anliegende Spannung,
UO sei die übersetzte Spannung der Betriebsstromversorgung. Für den als Schalter
dargestellten Transistor Tr I gilt im geschlossen (etc) bzw. offenen (tJZustand:
Den Verlauf des Stromes IL der Spule L über der Zeit tzeigt Fig. 5.
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Der mittlere Eingangsstrom ist
Der Eingangswiderstand
kann bei konstanter Frequenz durch die Einschaltzeit bestimmt werden.
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Die Einschaltzeit müßte also auf etwa 1/7 reduziert werden, um den
Eingangswiderstand von 400 kl auf 20kQ umzuschalten. Diese wichtige Eigenschaft
des fremdgesteuerten Sperrwandlers ist jedoch nur dann gewährleistet, wenn der Spulenstrom
7L auf Null gegangen ist, ehe ein neuer Zyklus beginnt: t+ t< T für jeden Betriebsfall.
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In der gehenden Übertragung 0g schaltet der Transistor 7>1 periodisch
die Primärwicklung des Übertragers Ü über die Gleichrichterbrücke GB und den Tiefpaß
TYP 1 an das Sprechadernpaar a, b. Der Transistor Tr1 wird über die Ansteuerschaltung
ATE 1 entsprechend dem erregten Eingang E 1 von einem der in seinem Pulspauseverhältnis
unterschiedlichen Takt T gesteuert. Damit werden zwei verschiedene Eingangswiderstände
zwischen den Sprechadern a und b sichergestellt Die jeweils im leitenden Zustand
des Transistors Tr1 durch den Übertrager Üaufgenommene Leistung wird in der Schaltpause
des Taktes T von der Sekundärseite über die Diode D 3 in die Stromversorgung UB
2 eingespeist. Die Schaltfrequenz muß so hoch sein, daß der Tiefpaß TP 1 die Störspannung
genügend unterdrückt. Am Ausgang A 1 des Gebers Gb 1 wird das Schleifenschlußkennzeichen
abgenommen. Der Geber Ob 2 liefert bei Polaritätswechsel am Sprechadernpaar a, b
ein Signal an den Ausgang A 2.
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Um die Steuerleistung des Transistors Tr1 für den Fall zu reduzieren,
daß ein sehr hochohmiger Schleifenwiderstand erforderlich ist, kann der Transistor
Tr1 durch einen Darlington-Transistor ersetzt werden. Eine andere Möglichkeit liegt
darin, den Transistor Tr 1 über einen Übertrager, dessen Sekundärwicklung zwischen
Basis und Emitter liegt, anzusteuern.
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F i g. 6 zeigt eine erfindungsgemäße kommende Übertragung, die sich
an den Anschlußklemmen genauso verhält, wie die bekannte kommende Übertragung Uknach
F i g. 1.
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Die kommende Übertragung Ük nach F i g. 6 enthält einen Tiefpaß TP2,
einen Umpoler U einen Schaltregler SR, eine Ansteuerschaltung AE2 und einen Geber
Gb3.
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Der Tiefpaß TP2 entspricht den in der kommenden Übertragung Oknach
Fig. 1.
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Der Umpoler U enthält Transistoren Tr5 bis Tr8 sowie die Widerstände
R 11 bis R 14.
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Der Schaltregler SR enthält Transistoren Tr2 bis Tr4, Drosseln Dr5
und Dr6, eine Diode D9, Widerstände R 2 bis R9, einen Operationsverstärker OPund
Anschlußklemmen für die Betriebsstromversorgung UB 1.
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Die Ansteuerschaltung AE2 enthält zwei Optokoppler K 3 und K4, einen
Inverter 12 und den Eingang E 2.
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Der Fühler F3 enthält einen Widerstand R 10, einen Kondensator C5
und den Ausgang A 3.
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Die Grundlage für eine verlustarme Realisierung der kommenden Übertragung
Sk ist der Schaltregler SR.
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Der Transistor Tr2 sei zunächst leitend. Der Strom steigt und fließt
über die aus Symmetriegründen in zwei Wicklungen Dr 5 und Dr 6 aufgeteilte Drossel
und den Verbraucher. Der Widerstand R 8 dient zum Abgriff einer dem Strom proportionalen
Spannung. Diese steuert den Transistor Tr4, dessen Kollektorstrom am Widerstand
R 7 eine Spannung erzeugt, die durch den Operationaverstärker OP mit der Spannung
Uref verglichen wird. Erreicht der Strom den vorgeschriebenen Wert, so wird über
die Transistoren Tr3 und Tr2
der Strom aus der Stromversorgung UB
1 unterbrochen. Der Stromfluß wird über die Diode D9 aus der in der Drossel Dr5
und Dr6 gespeicherten Energie aufrechterhalten. Bei einem unteren Grenzwert, der
durch die Rückkopplung mit dem Widerstand R 6 bestimmt ist, wird der Transistor
Tr2 wieder eingeschaltet und der Zyklus beginnt erneut.
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F i g. 7 zeigt den Stromverlauf in der Drossel Dr5 und Dr6. Für den
geschlossenen bzw. offenen als Schalter wirkenden Transistor Tr2 ergeben sich folgende
Zusammenhänge:
Damit ist
Das Spannungsverhältnis ist durch das Schaltverhältnis bestimmt.
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Aus der Periodendauer te+ pa ergibt sich die Frequenz
F i g. 7 zeigt den Verlauf der Frequenz
Die maximale Frequenz ist
Zur Berechnung der Ströme TL und 1 muß die Referenzspannung Uref und deren Schwankung
Urer berechnet werden. Dabei ist zu berücksichtigen, daß der Widerstand R 6 bei
als geschlossenem Schalter wirkenden Transistor Tr2 an der Spannung - U9 und bei
als offenem Schalter wirkenden Transistor 7>2 an der Spannung + Ua liegt. Für
die Ströme Ajund IL ergeben sich dann folgende Formeln, wobei UBE die Basis-Emitter-Spannung
des Transistors Tr4 ist.
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Die Störspannung am Kondensator C kann mit folgender Näherung bestimmt
werden
In F i g. 6 erfolgt die Durchschaltung über die Drossel Dr3 und Dr4 auf die Sprechadern
a und b über den Umpoler U, der aus einer Brückenschaltung mit Transistoren Tr5
bis Tr8 besteht. Wird der Eingang E2 erregt, so werden die Transistoren Tr6 und
Tr7 über den Optokoppler K 4 leitend und die Sprechader a erhält negatives und die
Sprechader b positives Potential. Entfällt die Erregung an E2, so kehrt sich die
Polarität um, weil die Transistoren Tr5 und Tr8 über den Optokoppler K 3 leitend
werden. Ober den Ausgang A3 kann das Schleifenschlußkriterium entnommen werden.