DE2901699A1

DE2901699A1 - Schaltung zur kompensation eines magnetischen gleichfeldes

Info

Publication number: DE2901699A1
Application number: DE19792901699
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Inoue; Isamu Mitomo; Hirotoshi Shirasu
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-01-20
Filing date: 1979-01-17
Publication date: 1979-07-26
Also published as: FR2423044A1; GB2013000A

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Aufheben eines magnetischen Gleichfeldes, welches auf einen durch die Wicklung eines Transformators fließenden Gleichstrom zurückgeht. Im einzelnen richtet sie sich auf eine Schaltung zur Speisung einer Nachrichtenübermittlungs-Endstelle mit einem Gleichstrom.

Bei der Telephonie und Nachrichtenübermittlung über Draht muß während des Sprechens ein Gleichsbrom einer Nachrichtenübermittlungs-Endstelle zugeführt werden. Beispielsweise kann dabei an eine Gleichstrom-Speiseschall tung gedacht werden, wie sie in einer Teilnehmerschaltung für ein vollelektronisches Zeitunterteilungs- oder Raumunterteilungs-Vermittlungssystem verwendet wird.

Gewöhnlich wird in der Gleichstrom-Speiseschaltung ein Transformator verwendet. Er hat einen Aufbau derart, daß Information von einem die Nachrichtenübermittlungs-Endstelle bildenden Teilnehmer-FernSprechapparat von der Primärwicklung auf die Sekundärwicklung gekoppelt wird und gleichzeitig der Gleichstrom über die Primärwicklung dem Fernsprechapparat zugeführt wird. Mit einer einen solchen Transformator verwendenden Gleichstrom-Speiseschaltung sind die Primärseite und die Sekundärseite des Transformators nicht gleichspannungsgekoppelt, so daß nur ein Sprechstrom (Information) in der Sekundärwicklung induziert wird und der dem Telephonapparat zugeführte Gleichstrom nicht durch diese fließt.

Bei einer einen solchen Transformator verwendeten Gleichstromspeiseschaltung ist jedoch in Anbetracht der magnetischen Sättigung infolge des durch die Primärwicklung des Transformators fließenden Gleichstroms ein großer Magnetkern erforderlich. Dies macht eine Miniaturisierung der entsprechenden

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Apparatur unmöglich.

Zur Beseitigung dieses Nachteils gibt es eine Gleichstrom-Speiseschaltung, bei welcher auf der Primärseite des Transformators zur Zufuhr des Gleichstroms eine Wicklung, durch welche mir der Gleichstrom fließt und welche zur Aufhebung eines magnetischen Gleichfeldes dient, zusätzlich zur Wicklung, durch v;clche εον;ο1ι1 der Informs. Lions strom von der Nachrichtenübermittlungs-Endstelle als auch der Gleichstrom fließt, vorgesehen wird, und bei welcher der Gleichstrom durch eine Konstant-Stromquelle von einem Ende der zusätzlichen Wicklung her zugeführt wird. Bei dieser Schaltung ergibt sich jedoch ein Problem. D.h., als an das eine Ende der zusätzlich vorgesehenen Wicklung angeschlossene Stromquelle wird eine Stromquelle hoher Impedanz aufgebaut, damit ein dem Sprechstrom entsprechender Wechselstrom nicht durch die neue Wicklung fließen kann, weshalb eine elektronische Schaltung aus einem Transistor usw. an der Primärseite des Transformators oder der Teilnehmerleitung angeschlossen werden muß. Da eine solche Schaltung nur schlecht hohen Spannungen standhält, wie sie durch Blitz, einen Erdungsfehler, eine Kreuzung mit einer Starkstromleitung usw. induziert werden, sind die Einsatzmöglichkeiten für diese elektronische Schaltung begrenzt bzw. Schutzeinrichtungen notwendig.

Um den Gleichstrom mittels der zusätzlich vorgesehenen Wicklung mit hohe Genauigkeit zu kompensieren, ist es bei dieser Schaltung notwendig, die Windungszahl der Wicklung, ihren Kopplungsgrad usw. exakt einzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Probleme der bekannten Gleichstrom-Speiseschaltung zu beseitigen und eine sehr wirksame Magnetgleichfeld-Kompensations-

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schaltung für eine Gleichstrorti-Speiseschaltung zu schaffen. D.h., die Erfindung will eine Magnetgleichfeld-Kompensationsschaltung schaffen, bei welcher ein kleiner Transformator möglich ist, 'ind ferner ein Magnetgleichfeld-Kompensationsschaltung, an welche eine Detektorschaltung für den Zustand einer Schleifenleituny, die die Zuschaltung oder Wegschaltung eines Gleichstromsignals in einer Nachrichtenübermittlung-Endstelle nachweist, und eine Rufzeichen-Abbrucbschaltung zum Nachweis eines Gleichstromsignals in einem Wechselstromsignal angefügt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Magnetgleichfeld-Kompensationsscha.ltung gelöst, welche einen Transformator, welcher wenigstens eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung enthält, in welchem ein Informationssignal von der Primärwicklung auf die Sekundärwicklung übertragen wird und in welchem ein Gleichstrom durch die Primärwicklung fließt, eine Einrichtung zum Nachweis eines im Transformator erzeugten Magnetfeldes und eine Einrichtung zur Rückkopplung eines Ausgangssignals der Nachweiseinrichtung auf eine von der Primärwicklung im Transformator getrennte Wicklung umfaßt, derart, daß das durch den Gleichstrom erzeugte Magnetfeld aufgehoben wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.

Auf dieser zeigt bzw. zeigen

Fig. 1 ein Beispiel für den Aufbau einer bekannten Gleichstrom-Speiseschaltung einer Teilnehmerleitungs-Schaltung
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Fig. 2 den Aufbau einer Ausführungsform einer Magnetgleichfeldkompensationsschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Schaltunasanordnung, bei welcher die Erfindung auf eine Gleichstrom-Speiseschaltung einer Teilneh

mer leitungs- Schaltung angewandt ist,

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsforrn von wesentlichen

Teilen der Schaltungsanordnung der Fig. 3, 10

Fig. 5 eine Schaltungsanordnung, bei welcher die Erfindung auf eir>e Verbindungsleitung (zwischen Vermittlungsstellen) angewandt ist,

Fign. 6 Ausführungsformen von wesentlichen Teilen der Schal^nu tungsanordnung der Fig. 5,

Fign. 8 (a) - 8(d) Konstruktionen zur Anbringung einer HaIl-

Fign. 9(a) - 9(c) effekt-Vorrichtung auf einem Transforma-

Fign. 10(a) - 10(b) tor, und

Fign. 11 (a) - 11 (d)

Fign. 12(a) - 12(b)

Fig. 13 eine graphische Darstellung zur Demonstration eines Effekts der Erfindung.

Vor der Erläuterung von Ausführungsformen der Erfindung wird zunächst ein Beispiel einer bekannten Gleichstrom-Speiseschaltung beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein bekanntes Beispiel eines Gleichströmen Speiseschaltungteils einer Teilnehmerleitungs-Schaltung in

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einem vollelektronischen Vermittlungssystem. In der Figur bezeichnet 1 einen Teilnehmertransformator. 1a und 1b bezeichnen eine erste Wicklung und eine zweite Wicklung einer Primärwicklung des Transformators_f während 1c dessen Sekundärwicklung bezeichnet. Die Primärwicklung ist über einem Teilnehmer-Fernsprechapparat SUB als Nachrichtenübermittlungs-Endstelle in einer solchen Weise angeschlossen, daß die Leitungen L zwischen dem Wicklungs-Anfangspunkt der ersten Spule 1a und dem Wicklungs-Endpunkt der zweiten Spule 1b liegen. Ferner sind der Wicklungs-Anfangspunkt der ersten Spule 1a und der Wicklungs-Endpunkt der zweiten Spule 1b durch einen Kondensator C wechselspannungsgekoppelt, über welchem eine Spannungsquelle 3 und Widerstände 4 und 5 zur Lieferung eines Gleichstroms angeschlossen sind. Die Widerstände 4 und 5 begrenzen den Strom, wenn der Widerstand der Teilnehmerleitung niedrig ist. Der Kondensator C senkt die Impedanzen der Widerstände 4 und 5 für ein Sprechsignal, Die Sekundärwicklung 1c des Transformators 1 ist an ein Wählernetz oder dergleichen angeschlossen.

Bei einer Gleichstrom-Speiseschaltung, die einen solchen Transformator 1 verwendet, wird nur der Sprechstrom in der Sekundärwicklung 1c des Transformators 1 induziert, während der dem Teilnehmerapparat zugeführte Gleichstrom nicht durch diese fließt, da die Primärseite und die Sekundärseite des Transformators 1 nicht gleichstromgekoppelt sind. Deshalb hat der Speisestrom keinen Einfluß auf das Raumunterteilungs-Wählernetz oder das Zeitunterteilungs-Wählernetz, die beide aus elektronischen Schaltungen aufgebaut sind.

Bei einer einen solchen Transformator 1 verwendenden Gleichstrom-Speiseschaltung ist jedoch ein großer Kern erfor-

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derlich, um eine Verschlechterung der Übertragungscharakteristik des Signalstroms zu verhindern, die auf die magnetische Sättigung zurückgeht, welche durch den durch die Primärwicklung 1a, 1b des Transformators 1 fließenden Gleichstrom bewirkt wird. Dies steht einer Miniaturisierung der Schaltungsapparatur entgegen.

Fig. 2 zeigt das Prinzipschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung. In der Figur bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 gleiche Teile. 21 bezeichnet einen Transformator zur Verwendung in der Erfindung, wobei 21a und 21b eine erste Wicklung und eine zweite Wicklung seiner Primärwicklung bezeichnen, während 21c seine Sekundärwicklung bezeichnet, in welcher ein Wechselstrom, etwa ein Sprechstrom, induziert wird, und 21e eine erfindungsgemäße hinzugekommene zusätzliche Wicklung, um einen Stromfluß zur Weghebung eines magnetischen Cloichfeldes bewirken zu können. 10 bezeichnet eine Halleffekt-Vorrichtung, 11 einen Spannungsverstärker, 12 ein Filter zum Abschneiden eines Wechselstrom-Signals und 13 eine Spannungs-Stromv/andlereinrichtung, deren Ausgangsstrom einem Ende der Wicklung 21e zugeführt wird. Eine gepunktete Linie stellt die magnetische Kopplung dar.

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise dieser Schaltung dargelegt. Es sei angenommen, daß ein auf der Spannungsquelle 3 basierender Gleichstrom durch die Primärwicklung 21a, 21b fließt. Das durch den Gleichstrom erzeugte Magnetfeld wird in Form einer Spannung durch die Halleffekt-Vorrichtung 10 nachgewiesen. Nach ausreichender Verstärkung dieser Spannung durch den Spannungsverstärker 11 wird sie durch ein Tiefpaß-Filter 12 zur Dämpfung von Signalen, wie etwa von Sprechsignalen, geführt, und durch die Spannungs-Stromwandlerschaltung 13 wird

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bewirkt, daß der Magnetgleichfeld-Kompensationsstrom durch die Wicklung 21e des Transformators 21 fließt. Wenn die Verstärkung des Spannungsverstärkers 11 ausreichend hoch ist, geht hierbei das magnetische Gleichfeld des Transformators 21 gegen Null. Auf der Basis des Prinzips einer Gegenkopplungsschaltung nehmen Verstärkungsschwankungen innerhalb der aus der Halleffekt-Vorrichtung 10, dem Spannungsverstärker 11 usw. gebildeten Rückkopplungsschleife auf 1/ (Rückkopplungsschleifenverstärkung) ab, so daß ein stabiles Arbeiten auch bei Schwankungen der Charakteristik der Halleffekt-Vorrichtung gewährleistet ist. Es ist nicht nötig , die Anzahl der Windungen und den Kopplungsgrad der Wicklung 21e exakt einzustellen. Die Rückkopplungsschleifenverstärkung ist hier mit dem Verhältnis zwischen dem dem magnetischen Gleichfeld des Transformators 21 entsprechenden Strom und dem Kompensationsstrom, der durch die Wicklung 21e fließt, gleichwertig und beträgt in der Praxis günstigerweise 20 oder iaehr.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Gleichstrom-Speiseschaltung gemäß der Erfindung als Teilnehmerleitungs-Schaltung für eine elektronische Fernsprechzentrale verwendet wird. Als 'Funktionen, welche diese Schaltung besitzen muß, sind erforderlich: die erste Funktion des Zuführens eines Sprechstroms; die zweite Funktion der Widerstandfähigkeit gegen eine durch Blitzschlag, einen Erdungsfehler, eine Kreuzung mit einer Starkstromleitung usw. induzierte Spannung; die dritte Funktion des Nachweises eines Anrufs, einer Schlußzeichengabe und von Wählimpulsen; die vierte Funktion des Sendens eines Rufzeichens und des Abbruchs des Sendens bei Antwort (letzteres wird englisch "ring trip" genannt); und die fünfte Funktion des Prüfens einer Teilnehmerleitung. Es erübrigt sich zu sagen, daß die

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dritte und vierte Funktion ausgeführt werden, indem ein

Schleifengleichstrom nachgewiesen wird, der vom Zustand des Teilnehmer-Fernsprechapparats abhängt (Hörer entweder aufgelegt oder nicht aufgelegt).

In Fig. 3 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in den Fign. 1 und 2 Teile mit den gleichen Funktionen. 6 bezeichnet eine Wechselspannungsquelle einer Frequenz von 16 Hz und einer Spannung von 75 V _f4r, d.h., eine Rufzeichen-Signalquelle. 7 bezeichnet einen Relaiskontakt, welcher das Umschalten zwischen dem Senden eines Rufzeichen-Signalsund seiner Beendigung bewirkt. 8 und 9 bezeichnen ebenfalls Relaiskontakte, welche eine Teilnehmerleitung auf eine Prüfschaltung umschalten. 15 bezeichnet eine Gleichstromsignal-Detektorschaltung, wie einen Schleifenleitungsüberwachungs- und Wählimpulsdetektor, während 16 einen Ruf zeichenabbruchsignal-Detektor darstallt. Die Gleichstromsignal-Detektorschaltung 15 hat die Funktion, das Vorhandensein eines Gleichstroms und eines Gleichstromimpulses, die durch die Primärwicklung eines Transformators 21' fließen, nachzuweisen. Das Filter 12 zum Abschneiden eines Wechselstromsignals hat neben der Funktion der Dämpfung eines Sprechsignals die Funktion der Dämpfung

des Rufzeichensignals. Der Transformator 21' hat gegenüber dem Transformator 21 der Fig. 2 außerdem die Funktion einer Zweileiter-Vierleiterwandlung. 21d bezeichnet eine Sekundärwicklung zur Lieferung eines Sprechsignals, und 21d¹ eine Sekundärwicklung für den Empfang eines Sprechsignals.

Bei dieser Ausführungsform läßt sich wie bei der vorhergehenden Ausführungsform das Verhältnis zwischen dem durch den primären Gleichstrom erzeugten Magnetfeld und dem

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durch den Kompensationsgleichstrom erzeugten Magnetfeld sta- ·-- bil bei 1:1 halten, so daß eine Spannung in einem Punkt B eines Widerstands 14, durch welchen der Kompensationsgleichstrom fließt, und eine Spannung an einem Ausgangspunkt A des Spannungsverstärkers 1Ί stabil proportionale Beziehungen zu dem Primärstrom einhalten. Unter Ausnützung dieser Eigenschaft wie bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform die Spannung im Punkt A der Leitungsschleifenüberwachungs- und Wählimpulsdetektor- .bzw. der Gleichstromsignaldetektorschaltung 15 zugeführt, um den Pegelnachweis des Primärstroms entsprechend den Anruf-, Schlußzeichen- und Wählimpulsen als dritte Funktion durchzuführen, während die Spannung im Punkt B, an welchem die Wechselspannungskomponente des Rufzeichensignals ausreichend abgeschwächt ist, dem Rufzeichenabbruchsignal-Detektor 16 zugeführt wird, um den Pegelnachweis des Primärstroms eiiLsprechend einer Antwort auf den Anruf als vierte Funktion durchzuführen. Da diese Schaltungen 15 und 16 bekannt sind, sind Einzelheiten hier weggelassen.

Nach, der gerade beschriebenen Ausführungsform müssen die Gleichstromsignaldetektor-Schaltung 15, wie etwa ein Schleifenleitungsüberwachungs- und Wählimpulsdetektor, und der Rufzeichensignalabbruchdetektor 16, die aus Transistoren, Dioden usw. enthaltenden elektronischen Schaltungen aufgebaut sind, nicht mit Teilen verbunden sein, durch welche der primäre Gleichstrom fließt. Deshalb kann es nie vorkommen, daß diese Schaltungen 15 und 16 durch eine auf Blitzschlag, einen Erdungsfehler, eine Kreuzung mit einer Starkstromleitung usw. zurückgehende induzierte Spannung zerstört werden.

Eine Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 3 ist in Fig. 4 gezeigt. Diese Abwandlung ist eine Ausführungsform.

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bei welcher die Funktionen des Filters 12 zum Abschneiden des-Wechselstromsignals in der Ausführungsform der Fig. 3 geteilt sind. In Fig. 4 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in Fig. gleiche Teile. 11' bezeichnet ein Spannungsverstärkersystem und 12' einen Kondensator, der dem System 11' die Funktion eines Tiefpaßfilters zur Schwächung des Sprechsignals verleiht. Die Wirkung der abgewandelten Ausführungsform besteht darin, daß sich die Verzerrung der Form der Wählimpulse vermindern läßt, weil die Zeitkonstante des Filters, welches in die Rückkopplungsschleife eingesetzt ist, klein gemacht werden kann. Die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 12' zur Abschwächung des Sprechsignals ist beispielsweise ungefähr 0,04, und die Zeitkonstanten eines Tiefpaßfilters 12'' zur Abschwächung des Rufzeichensignals und des Filters 12 betragen beispielsweise ungefähr 2,0.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Erfindung auf eine Verbindungsschaltung angewandt ist. Die "Verbindungsschaltung" ist eine Eingabe/Ausgabeschaltung für eine Verbindungsleitung zwischen Ämtern. Ein Transformator 21' auf der rechten Seite der Fig. ist ein Transformator einer ankommenden Verbindung (ICT), während ein Transformator 21' auf der linken Seite der Fig. ein Transformator einer abgehenden Verbindung (OGT) ist. Die magnetischen Gleichfelder dieser Transformatoren werden durch Halleffekt-Vorrichtungen 10 nachgewiesen und auf Magnetgleichfeld-Kompensationswicklungen 21e über Rückkopplungsschaltungen 26 und 26'gegeben (von denen jede natürlich aus dem Spannungsverstärker, dem Filter und der Spannungs-Stromwandlereinrichtung, die weiter oben erläutert worden sind, aufgebaut ist). Die Rückkopplungsschaltung 26 kann genau denselben Aufbau haben wie in Fig. 3 bzw. 4. Die Fest-

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stellung erübrigt sich, daß die Rückkopplungsschaltung 26' so aufgebaut sein muß, daß sie sowohl Signale positiver als auch negativer Polarität erzeugen kann, da Ströme entgegengesetzter Polaritäten durch den Transformator 21' der abgehenden Verbindung fließen, weshalb die Kompensationsströme ebenfalls beide Polaritäten haben. Konkrete Beispiele dieses Aufbaus sind in den Fign. 6 und 7 dargestellt und werden später behandelt. 28 und 28' bezeichnen Symmetrierglieder, und 29 bezeichnet einen Schaltkreis zum Schalten des Sprechzustands. Obwohl bei dieser Ausführungsform auf der Seite der abgehenden Verbindung keine eigene Spannungsquelle vorhanden ist, ist die Erfindung auch in einem solchen anwendbar. 27 und 27' bezeichnen Anschlüsse zum Ableiten von Signalen an bestimmten Teilen der Rückkopplungsschaltungen 26 und 26', um Pegelnachweise durchführen zu köniiexi. Bei 30 ist ein Schalter zum Ingangsetzen eines nachfolgenden Amtes und Senden von Wählimpulsen gezeigt.

Fig. 6 zeigt die wesentlichen Teile einer Ausführungsform, welche das Ausgangssignal der Halleffekt-Vorrichtung der GegentaktverStärkung unterwirft und dann auf die Magnetgleichfeld-Kompensationswicklung gibt. In der Fig. bezeichnen gleiche Bezugszeichnen wie in Fig. 3 die gleichen Teile. D₁ und D„ bezeichnen Dioden, 13' bezeichnet eine Spannungs-Stromwandlereinrichtung entsprechend 13, 21e eine Magnetgleichfeld-Kompensationswicklung, und 33 sowie 33' bezeichnen Schwellenwertdetektoren.

Gemäß der Schaltungsanordnung liefern die zwei Schwellenwertdetektoren 33 und 33' abwechseld Ausgangssignale entsprechend den Richtungen der Ströme, die durch die Pr imärwicklung (nicht gezeigt) fließen. Damit können die Rieh-

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tungen der Ströme als diese Signale abgenommen und die Kompensationsströme, die auf Magnetgleichfeld-Kompensationswicklung 21e¹ zu geben sind, in beide Richtungen gebracht werden. Die Kompensationswicklung 21e¹ ist in der Fig. mit Mittelabgriff gezeigt, es ist jedoch durch die Verwendung eines Einzelausgangs-Gegentaktverstärkers auch möglich, eine Einzelwicklung zu verwenden.

Fig. 7 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der wesentlichen Teile aus Fig. 6. Diese Schaltung ist eine Ausführungsform, bei welcher eine einzige Schwellenwertschaltung 33 ausreichend ist. In der Fig. bezeichnet D_ Dioden und 34 sowie 34' bezeichnen UND-Schaltungen.

Durch den Einbau der Dioden D_ können bei dieser Ausführungsform die Stromstärken durch eine einzige Schwellenwertschaltung nachgewiesen werden. Damit werden Signale zum Nachweis der Stromrichtungen aus Signalen an bestimmten Teilen der zwei Strom-Spannungswandlereinriciitungen 13 und 13' hergestellt und das logische Produkt aus diesen Signalen und einem Ausgangssignal der Schwellenwertschaltung durch die UND-Schaltungen 34 und 34' genommen, wodurch Stromumkehrsignale der Schaltung erzeugt werden können. Bei den vorhergehenden Ausführungsformen wird das durch die Halleffekt-Vorrichtung 10 nachgewiesene Signal auf die Magnetgleichfeld-Kompensationswicklung 21e des Transformators 21 oder 21' rückgekoppelt. Es kann jedoch auf die Sekundärwicklung 21c oder die Sekundärwicklungen 21d und 21d¹ rückgekoppelt werden, ohne die Wicklung 21e anzuordnen.

Es wird nun eine bevorzugte Ausführungsform zum Nachweis des Magnetfelds des Transformators mit der Halleffekt-Vorrichtung bei der Erfindung beschrieben. Fig. 8(a) ist

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eine Draufsicht eines Transformators, auf welchem eine Halleffekt-Vorrichtung 10 angebracht ist, Fig. 8(b) eine zugehörige Vorderansicht, Fig. 8(c) eine zugehörige Seitenansicht und Fig. 8(d) eine perspektivische Ansicht der HaIleffekt-Vorrichtung mit einer zugehörigen Anbringungskomponente. In den Fig. bezeichnet 22 ein Teil aus magnetischem Werkstoff zum Nachweis eines Teiles des Magnetfeldes, wobei dieses Teil auch als Anbringungskomponente für die Halleffekt-Vorrichtung 10 dient, 23 bezeichnet einen Kern des Transformators, 24 eine Spule und 25 Eingangs- und Ausgangsanschlußstifte für die Halleffekt-Vorrichtung. Das Teil 22 aus magnetischem Werkstoff für den Nachweis des Magnetflusses ist so aufgebaut, daß es die Wicklungen des Transformators durchdringt und ist zuverlässig in der Lage, die Stärke des Magnetfelds des Kerns 23 auf die Halleffekt-Vorrichtung 10 zu übertragen. Falls notwendig, kann das in Fig. 8(d) gezeigte Teil 22 aus magnetischem Werkstoff in einen Aufbau gebracht werden, bei welchem zwei oder mehr Einzelstücke in enger Berührung gehalten werden.

Eine Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 8(a) bis 8(d) ist in den Fig. 9(a) bis 9(c) gezeigt. Fig. 9(a) ist eine Draufsicht der abgewandelten Ausführungsform, Fig. 9(b) eine zugehörige Vorderansicht und Fig. 9(c) eine zugehörige Seitenansicht. In den Fig. bezeichnen 22'a und 22'b Teile aus magnetischem Werkstoff, welche die gleiche Funktion wie das Teil 22 in den Fig. 8(a) bis 8(d) haben. Bei dieser Ausführungsform werden die Teile aus magnetischem Werkstoff in enger Berührung mit dem Kern 23 des Transformators gehalten, ohne daß wie bei dem Teil 22 der vorstehenden Ausführungsform aus Magnetwerkstoff zum Nachweis des Magnet-

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flussesdiese in die Wicklungen des Transformators eingesetzt "' sind, und sammeln auf diese Weise einen Teil des Magnetflusses auf. Auch mit diesem Aufbau können die Teile 22'a und 22'b aus Magnetwerkstoff zum Wachweis des magnetischen Flusses zuverlässig die Größe des Magnetfeldes des Kerns 23 auf die Halleffekt-Vorrichtung 10 übertragen.

Die Fig. 10(a) und 10{b) zeigen eine weitere Ausführungsform. Fig. 10(a) ist eine Draufsicht dieser Ausführungsform, während Fig. 10(b) eine zugehörige Seitenansicht ist. Ein Magnetwerkstoffteil 122 zum Nachweis des Magnetflusses welches das Magnetfeld einer Spule 124 auf eine Halleffekt-Vorrichtung 110 überträgt, durchdringt das Innere der Spule 124 und bildet ■ eine Schleife. An einem Ende des Magnetwerkstoffteils 122 ist ein Zwischenraum vorgesehen, in welchem die Halleffekt-Vorrichtung 110 eingesetzt ist. Gemäß der Darstellung ist die Einsetzposition der Halleffekt-Vorrichtung 110 so eingerichtet, daß die Außenabmessungen nicht groß werden. Prinzipiell kann sich diese Position jedoch überall auf der Schleife des Magnetwerkstoff teils 122 für den Nachweis des magnetischen Flusses befinden. Bei 123 ist ein Kern gezeigt.

Die Fign. 11 (a) bis 11(d) zeigen eine weitere Ausführungsform. Fig. 11(a) ist eine Vorderansicht der Ausführungsform und Fig. 11(b) eine zugehörige Seitenansicht. Ein Magnetwerkstoff teil 122a bzw. 122b ist zum Nachweis eines Magnetflusses ist so geformt, daß es eine Schleife in einer Ebene wie ein konstituierender Bestandteil eines Kerns 123 bildet. Wie dargestellt, sind zur Vereinfachung der Montage die Magnetwerkstoff teile 122a und 122b zum Nachweis des Magnetflusses in diese zwei getrennten Teile innerhalb der Spule 124 unterteilt. Hinsichtlich der Fähigkeit, ein Magnetfeld nachzuweisen (Empfind-

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lichkeit) unterscheiden sie sich jedoch kaum von dem einstükkigen Magnetwerkstoffteil zum Nachweis eines Magnetflusses, das in den Fign. 10(a) und 10(b) gezeigt ist. Die zwei Magnetwerkstoff teile 122a und 122b zum Nachweis des Magnetflusses sind als stumpf in der Spule 124 aneinanderstoßend gezeigt, es gibt jedoch auch die Möglichkeit, daß sie sich überlappen. Hinsichtlich der Form derjenigen Partien der Magnetwerkstoffteile 122a und 122b zum Magnetflußnachweis, wo die Halleffekt-Vorrichtung 110 eingesetzt wird, kann ein Aufbau vorgesehen sein, bei welchem jeweils ein Ende der Magnetwerkstoffteile für den Magnetflußnachweis rechtwinklig abgebogen ist und die Teile wie in Fig. 11(b) gezeigt, einander gegenüberliegend, ebenso ein Aufbau, bei welchem die Teile, wie in Fig. 11 (c) gezeigt, einander überlappen, oder ein Aufbau, bei welchem die Teile, wie in Fig. 11(d) gezeigt, asymetrisch gehalten sind.

Die Fig. 12(a) und 12(b) sind Ansichten einer weiteren Ausführungsform. Ein Magnetwerkstoffteil 122 zum Nachweis eines Magnetflussesdringt nicht in das Innere einer Spule 124 ein, sondern sammelt den Magnetfluß von Oberflächen, bei denen erhebliche Leckflüsse eines Kerns 123 vorliegen.

Ferner kann, obwohl nicht in der Zeichnung gezeigt, ein Aufbau vorgesehen sein, bei welchem ein Stück eines einzelnen Magnetwerkstoffteils zum Nachweis eines Magnetflusses in enger Berührung mit dem Magnetkern des Transformators gehalten Wird und das andere Stück des Magnetwerkstoffteils einen engen Spalt zwischen sich und dem Magnetkern ausbildet, in welchen die Halleffekt-Vorrichtung eingesetzt wird.

Fig. 13 gibt die folgenden Resultate wieder, wenn bei einem Aufbau gemäß der Erfindung Wechselströme bei Frequenzen von 0,1 bis 3,4 kHz auf die Primärwicklungen 21a und 21b gege-

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ben und die Einfügungsverluste von in der Sekundärwicklung 21c induzierten Wechselströmen gemessen wurden. Kurve (a) gibt einen Fall wieder, wo die RÜckkopplungsschleife gemäß der Erfindung nicht vorgesehen ist, während Kurve (b) den Fall wiedergibt_f wo die Rückkopplungsschleife gemäß der Erfindung vorgesehen ist. Wie aus der graphischen Darstellung ersichtlich, wird es mit der Erfindung möglich, die Einfügungsverluste im Niederfrequenzbereich des Wechselstromsignals, welches von der Primärwicklung auf die Sekundärwicklung übertragen wird, zu vermindern. Die wiedergegebene Kurve wurde mit der Ausführungsform der Fig. 4 und der Fign. 8(a) bis 8(d) gemessen, mit anderen Ausführungsformen wurde jedoch ähnliche Kurvenverläufe erzielt. Bei der Messung wurde die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 12' zur Dämpfung des Sprechsignals in Fig. 4 zu 0,08 gemacht. Ferner kann, wenn die Wechselstromkomponente auf die Wicklung 21e mitgekoppelt werden, der Einfügungsverluste bei noch kleineren Frequenzen vermindert werden.

Gemäß der oben im einzelnen beschriebenen Erfindung läßt sich eine Gleichstrom-Speiseschaltung in kleiner Abmessung und wirtschaftlich verwirklichen, welche gegenüber Zerstörung durch Spannungen geschützt ist, die durch Blitzschlag etc. induziert werden, so daß die praktischen Auswirkungen für eine Verbindungsschaltung, welche für die Übertragung zwischen Teilnehmerleitungen oder Telephonämtern verwendet wird, groß sind. Insbesondere, wenn es sich bei der Gleichstrom-Speiseschaltung um eine solche für eine Teilnehmerleitungsschaltung für eine vollelektronische Vermittlung handelt, läßt diese sich sicher und stabil betreiben, weil ein Schleifenleitungsüberwachungs— und Wählimpulsdetek-

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tor sowie eine Rafzexchenabbruchschaltung in vollkommener Weise von der Primärwicklung eines Transformators getrennt werden können, wobei der industrielle Vorteil groß ist.

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Claims

PATENTANWÄLTE

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHC'BtL-HCPF EBBINGhAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN 9O POSTADRESSE; POSTFACH 95 O16O, D-8OOO MÖNCHEN 95

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HITACHI, LTD. 17. Januar 1979

DEA 5778

Schaltung zur Kompensation eines magnetischen Gleichfeldes

PATENTANSPRÜCHE

Schaltung zur Kompensation eines magnetischen Gleichfeldes, gekennzeichnet durch einen Transformator (21) mit wenigstens einer Primärwicklung (21a; 21b) und einer Sekundärwicklung (21c; 21d, 21d'), wobei ein Informationssignal von der Primärwicklung auf die Sekundärwicklung übertragen wird und ein Gleichstrom durch die Primärwicklung fließt; eine Einrichtung für den Nachweis eines im Transformator er-

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zeugten magnetischen Felds; eine Einrichtung zur Rückkopplung eines Ausgangssignals der Nachweiseinrichtung auf eine von der Primärwicklung des Transformators getrennte Wicklung (2Ie) , um das durch den Gleichstrom erzeugte magnetische Gleichfeld zu kompensieren.

2„ Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die JSfachweiseinrichtung eine Halleffekt-Vorrichtung (10) ist und daß die Rückkopplungseinrichtung aus einer Einrichtung (11) zur Verstärkung der Ausgangsspannung der Halleffekt-Vorrichtung und einer Spannungs-Stromwandler-Einrichtung (13) besteht.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Transformator (21) ein Transformator zur übertragung des Informationssignals von einer Nachrichtenübermittlungsendstelle ist und eine Einrichtung zur Zufuhr des Gleichstroms an die Nachrichtenübermittlungsendstelle aufweist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachweiseinrichtung eine Halleffekt-Vorrichtung (10) ist und daß die Rückkopplungseinrichtung aus einer Einrichtung (11) zur Verstärkung der Ausgangsspannung der Halleffekt-Vorrichtung, einem Tiefpaßfilter

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(12) und einer Spannung-Stromwandler-Einrichtung (13) besteht.

5. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachrichtenübermittlungsendstelle ein Teilnehmer-Fernsprechapparat ist und ein Leitungsschleifenüberwacher und ein Wählimpulsdetektor an die Rückkopplungseinrichtung angeschlossen sind.

6. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß die Nachrichtenübermittlungsendstelle ein Teilnehmer-Fernsprechapparat ist und eine Rufzeichenabbruchdetektorschaltung(16) an die Rückkopplungseinrichtung angeschlossen ist.

7. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinrichtung eine Rückkopplungsschleife aufweist, in welche das Filter eingesetzt ist.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Transformator (21) ein Transformator innerhalb einer Verbindungsleitung zwischen Vermittlungsstellen ist.

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9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifenleitungsüberwachungseinrichtung an die Pückkopplungseinrxchtung angeschlossen ist.

10. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η ze ichnet, daß eine Strompolaritäts-Detektorschaltung an die Rückkopplungseinrichtung angeschlossen ist.

11. Schaltung zur Kompensation eines magnetischen Gleichfeldes, gekennzeichneb durch einen Transformator (21), welcher einen Magnetkern (23, 123), eine um den Magnetkern gewickelte Primärwicklung (21a, 21b) und Sekundärwicklung (21c; 21d, 21d') und eine Magnetgleichfeld-Kompensationswicklung (21e) aufweist; eine Halleffekt-Vorrichtung (10), welche auf dem Transformator angebracht ist und ein in dem Transformator erzeugtes Magnetfeld nachweist; eine Einrichtung zum Gegenkoppeln wenigstens einer Gleichspannungskomponente des Ausgangssignals der Halleffekt-Vorrichtung auf die Magnetgleichfeld-Kompensationswicklung, um das durch den durch die Primärwicklung fließenden Gleichstrom erzeugte Magnetgleichfeld aufzuheben.

12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Halleffekt-Vorrichtung (10) auf

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einem Magnetwerkstoffteil (22, 122) zum Nachweis eines Mag- ' ' netflußes angebracht ist, welches die Wicklungen des Transformators (21) durchdringt und umgibt.

13. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelnes Magnetwerkstoffteil (22) zum Nachweis eines Magnetflusses, welches die Wicklungen des Transformators (21) durchdringend eingesetzt ist, bezüglich der Wicklungen nach außen gebogen ist und Enden aufweist, die einen schmalen Zwischenraum definierend einander gegenüberliegen, in welchen die Halleffekt-Vorrichtung eingesetzt ist.

14. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Endflächen an entsprechenden Enden von zwei Magnetwerkstoffteilen (122a, 122b) zum Nachweis eines magnetischen Flusses, welche in die Wicklungen eines Transformators (21) eingesetzt sind, in enger Berührung mit einander gehalten werden, und daß die anderen Enden der beiden Magnetwerkstoffteile, die bezüglich der Wicklungen nach außen gebogen sind, einen schmalen Zwischenraum definierend einander gegenüberliegen, in welchen die Halleffekt-Vorrichtung (10) eingesetzt ist.

15. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet, daß ein Abschnitt eines einzelnen Magnet-

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Werkstoffteils zum Nachweis eines magnetischen Flusses in enger. Berührung mit dem Magnetkern des Transformators (21) gehalten wird und daß ein anderer Abschnitt des Magnetwerkstoffteils einen schmalen Zwischenraum zwischen sich und dem Magnetkern ausbildet, wobei die Halleffekt-Vorrichtung (10) .in diesen Zwischenraum eingesetzt ist.

16. Schaltung nach Anspruch 11_f dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt jedes von zwei Ma gnetwerkstoffteilen (22"a, 22'b) zum Nachweis eines Magnetflusses in enger Berührung mit dem Magnetkern (23) gehalten wird und daß andere Abschnitte der beiden Magnetwerkstoffteile einen schmalen Zwischenraum definierend einander gegenüberliegen, in welchen die Halleffekt-Vorrichtung (10) eingesetzt ist.

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