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Impedanznetzwerk, insbesondere LeitungsschleifenüberwacbunRs-
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schaltung fUr Fernsprechanlagen.
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Die Erfindung betrifft ein Impedanznetzwerk der im Obertegriff des
Anspruchs 1 angegebenen Art. Dieses Impedanznetzwerk. ist insbesondere ftir Fernsprechanlagen
vorgesehen.
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Ein derartiges Impedanznetzwerk fUr Fernsprechanlagen ist durch die
deutsche Auslegeschrift 13 01 841 bekannt. Die dort besehriebene LeitungsschleifenUberwachungsschaltung
fUr eine Fernsprechvermittlungsstelle enthält eine Bruckenschaitung mit einem ersten
Diagonalanschlußpaar, das Uber die riellnehmeran schlußleitung mit einer den veränderlichen
Widerstand darstelEetaden Teilnehmerstation verbindbar ist, mit einem an die genannte
Stromquelle angeschlossenen zweiten Diagonalanschlußpaar> wobei der Wechselspannungsanteil
durch die Rufstromquelle der Vermittlungsstelle erzeugt wird, und mit einem an die
Basis-Emitter-Strecke eines normalerweise nichtleitenden Detektor Transistors angeschlossenen
dritten Diagonalansehlußpaar, wobei der Kollektor dieses Transistors auf festem
Potential liegt; Die Basis und der Emitter dieses Transistors sind jeweils Uber
Kondensatoren mit dem Erdanschluß verbundene die zusammen mit Reihenwiderständen
der BrUckenschaltung ein Filter fUr das Rufstromsignal bilden.
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Nachdem ein durch einen Fernsprechteilnehmer veranlaßter Ruf in der
Vermittlungsstelle festgestellt und die gewählte Nummer des gerufenen teilnehmers
empfangen worden ist, wird die genannte Stromquelle Uber die Brtlckenschaltung mit
der Ueilnehmeranschlußleitung verbunden, so daß der Wecker der gerufenen Station
durch das Rufsignal erregt wird. Wenn daraufhin der gerufene eilnehmer den Handapparat
abhebt, so wird die die Teilnahmeranschlußleitung und die Station umfassende Leitungsschleife
galvanisch
geschlossen, so daß der mit dem ersten Diagonalanschlußpaar der Brückenschaltung
gekoppelte veränderliche Widerstand wesentlich verringert wird. Demzufolge wird
der Detektor-Transistor leitend gesteuert, so daß das Rufsignal abgeschaltet werden
kann. Im Prinzip arbeitet dabei das Filter in der Weise, daß das Rufsignal keinen
Einfluß auf die Arbeitsweise des Detektor-Transistors ausübt. Es ist jedoch festgestellt
worden, daß aufgrund der Wert toleranzen der Kondensatoren und Widerstände die an
die Basis-Emitter-Strecke des Detektor-Transistors angelegten, gefilterten Wechselstromsignale
eine solche Phasenverschiebung und Amplitude haben können daß der Transistor unter
dem Einfluß allein dieser Wechselstromsignale doch kurzzeitig leitend wird. Dieser
Transistor soll aber nur durch den Gleichspannungsanteil der Stromquelle ansprechen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, ein Impedanznetzwerk
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei der das geschilderte
Fehlansprechen des Detektors vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird mittels der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst. Dadurch, daß am Detektorausgarig ein Kompensationswechselspannungssignal
zur VerfUgung gestellt wird, wird ein Fehlansprechen des Detektors sicher vermieden.
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Weitere vorteilhafte Merkmale sind insbesondere im Anspruch 5 angegeben,
die die besondere Ausbildung des Differenzverstärkers betreffen. Ein Impedanznetzwerk
mit einem Detektor, der aus einem mit zwei Transistoren versehenen Differenzverstärker
aufgebaut ist, ist bereits aus der deutschen Auslegeschrift 12 93 873 bekannt.
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Als besonders vorteilhaft wird auch die im Anspruch 9 dargelegte,
besondere
Ausbildung des Filters angesehen.
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Ferner werden vorteilhafte Ausbildungen der Brückenschaltung und eines
Begrenzers vorgeschlagen.
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Die Erfindung wird nun anhand eines AusfUhrungsbeispiels naher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 ein Impedanznetzwerk gemäß der Erfindung und Fig. 2 aen Verlauf
von Signalspannungen an den Anschlüssen A, B, F und G der Fig. 1.
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Das Impedanznetzwerk umfaßt eine Brückenschaltung BC, ein filter FC,
einen Gleichstrom-Detektor DC und einen Begrenzer CC.
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Die Brückenschaltung BC weist zwei gegenüberliegende erste Brückenzweige,
die jeweils aus einer Reihenschaltung ii bzw.
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T>2 aus zwei Widerständen R1, R2 bzw. R3, R4 gebildet sind, und
zwei gegenüberliegende zweite Brtickenzweige auf, in denen jeweils ein sogenannter
Speisewiderstand R liegt. Die BrUckenschaltung weist ferner ein erstes Diagonalanschlußpaar
P, Q, ein zweites Diagonalanschlußpaar S, U und ein drittes Diagonalanschlußpaar
M, N auf, das durch die Abgriffpunkte an den genannten Reihenschaltungen gebildet
ist. Das erste Anschlußpaar P, Q ist mit einer Fernsprechstation TS mittels Schalter
SM1, SM2 und einer Anschlußleitung L1, L2 verbindbar. Die Station TS weist u.a.
eine Parallelschaltung aus zwei Schaltungszweigen auf, deren erster durch eine Reihenschaltung
aus einem Kondensator CS und einem Wecker RI und deren zweiter durch eine Reihenschaltung
aus einem Gabelumschalterkcntakt HS und einem Widerstand RS gebildet ist.
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Der Anschluß S ist mit dem geerdeten positiven Pol einer Gleichstromquelle
E verbunden, deren negativer Pol an dem einen Anschluß einer Rufsignalquelle RSS
liegt. Beide Quellen E und RSS sind in Reihe geschaltet und können somit als eine
einzige Quelle mit einer Gleichstromkomponente und einer Wechselstromkomponente
angesehen werden (Fig 2). Der Anschluß U ist an den anderen Anschluß der Rufsignaiquelle
RSS angeschlossen.
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Die Anschlüsse M und N sind einerseits mit Anschlüssen D und E des
Filters FC und andererseits huber Widetstände R5 und R6 mit der Gleichstromquelle
E verbunden.
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Wie in dem genannten belgischen Patent hervorgehoben ist, besteht
der Hauptvorteil der Brückenschaltung in der Kompensierung von in der Anschlußleitung
L1, L2 induzierten Längsspannungen.
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Das Filter FC weist neben den genannten Eingangsanchlüssen D, E auch
AusgangsanschlUsse F und G auf, die mit dem Detektor DC verbunden sind. Das Filter
FC enthält ein bekanntes T-Glied mit Widerständen R7, R8 R9 und Kondensatoren C1,
C2, C3 und ein aus einem Widerstand R10 und einem diesem parallelgeschalteten Kondensator
C4 bestenhendes, parallel zum Filterausgang liegendes RC-Glied.
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Das Filter FC ist so bemessen, daß R7 = R8 sowie C1 = C2 sowie R7
C3= 4R9 C1 = 2T ist.Die Ubertragungsfunktion des 9 Filters FC kann dann wie folgt
geschrieben werden:
Darin ist:
T12 = T.C1.R1 ,
p = Jw, wobei w die Kreisfrequenz ist.
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Aufgrund des RC-Gliedes R10, C4 arbeitet das Filter FC als Tiefpaßfilter,
das das Rufsignal beträchtlich dämpft. Das Rufsignal hat die Frequenz f und relativ
hohe Amplitudenspitzenwerte sowie geringe Anteile höherer Frequenzen. Die größte
Dämpfung
wird bei der Frequenz f1 = 1/T1 erzielt.
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Da der Wert dieser Frequenz f1 mit den Toleranzänderungen der Werte
der verschiedenen Komponenten sich ändern kann, ist die Frequenz f1 so gewählt worden,
daß sie unter allen Umständen nahe der Frequenz f des Rufsignals bleibt. Damit ist
sichergestellt, daß das letztere Signal unabhängig von den Toleranzänderungen der
Komponentenwerte fast vollständig gedämpft wird.
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Das bedeutet, daß die Wechselspannung am Ausgangsanschluß F im wesentlichen
die gleiche Amplitude und Phase wie die Wechselspannung am Ausgangsanschluß G hat.
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Aufgrund des RC-Gliedes R10, C4 dreht das Filter FC die Phase.
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Diese Phasenumkehr findet nicht wie normalerweise bei einem parallelen
T-Netzwerk bei der Frequenz fl, sondern bei der Frequenz fo = T statt. Da wieder
der Wert dieser Frequenz fO sich mit den Togeranzänderungen der Komponentenwerte
ändert, ist die Frequenz f0 so gewählt worden, daß sie unter allen Umständen beträchtlich
kleiner als die Frequenz f des Rufsignals bleibt. Damit ist gesichert, daß die Phasenumkehr
nicht bei der Ruffrequenz oder bei höheren Frequenzen erfolgt.
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Aus Obigem folgt, daß der höhere Sperrbereich des TieRpaßfilters FC
die Frequenz f des Rufsignals beinhaltet und verschieden von der Frequenz f0 ist,
bei der das Filter eine Phasenumkehr von 1800 ausfUhrt zwischen dem an seine EingangsanschlUsse
D, E angelegten Signal VN - VM und dem an seinen AusgangsanschlUssen F, G auftretenden
Signal VF - VG.
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Der Detektor DC ist durch einen Differenzverstärker mit zwei pnp-Transistoren
TR1,
mit den AusgangsanschlUssen F und G des Filters FC verbunden sind. Die Emitter dieser
Transistoren sind Uber einen hochohmigen Widerstand R11 und
und
den Ausgangsanschluß II an den Ausgangsanschluß A des Be grenzers CC angeschlossen,
während die Kollektoren dieser 7Iransistoren mit dem Ausgangs anschluß B des Begrenzers
CC vertunden sind, wobei der Kollektor des Transistors TR1 ueber den Asgangsanschluß
J direkt und der Kollektor des Transistors TR Uber einen Widerstand R12 und den
Ausgangsanschluß J mit dem Anschluß B verbunden sind. Der Kollektor des Transistors
TR2 stellt den Ausgangsanschluß 0 der Schaltung dar, Ein Differeiizverstärker ist
deshalb benutzt worden, weil er einen hohen Eingangswiderstand aufweist, so daß
der Basisstrom des Transistors TR1 oder des Transistors TR2 im wesentlichen weder
die BrVekenschaltung BC noch das Filter FC beeinflußt. Andererseits ist dieser Basisstrom
im wesentlichen konstant, weil entweder dsr Transistor TR1 oder der Transistor TR2
leitend ist, Die Aufgabe des Detektors DC besteht darin, eine Gleichspannungsumkehrung
zwischen den AusgangsanschlUssen M und N der BrUckenschaltung BC festzustellen,
wenn ein gerufener Teilnehmer seinen Handapparat abhebt und damit der Gabelumsc}1alterkontakt
NS geschlossen wird, d.h. wenn der Widerstand der an das Diagonalanschlußpaar Q,
P angeschlossenen Schaltung verändert wird.
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Der Begrenzer CC weist zwei Paare Dioden D1, D2 und D3, D4 auf.
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Die miteinander verbundenen Kathoden der Dioden D1 und D2 sind an
den Ausgangsanschluß A des Begrenzers CC angeschlossen, während ihre Anoden mit
dem Erdanschluß und mit dem gleichstromquellenfernen Pol der Rufsignalquelle RSS
verbunden sind. Die Gleichspannung an der Anode der Diode D2 beträgt E Volt, während
der Effektivwert der Wechselspannung an diesem Punkt gleich V Volt ist, so daß die
begrenzte Spannung VA (Fig, 2) am Ausgangsanschluß A , die an den Emittern der riransistoren
YR1 und 1R2 liegt, durch positive Halbwellen gebildet ist, deren Amplitudenwerte
zwischen 0 Volt und E + Volt liegen (Fig 2)* Die miteinander verbundenen Anoden
der Dioden D3 und D4 sind
an den Ausgangsanschluß B des Begrenzers
CC angeschlossen, während ihre Kathoden mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle
E bzw.mit einem Abgriff W von in Reihe geschalteten Widerständen R13, R14 verbunden
sind. Diese Widerstände R13 und R14 liegen der Rufsignalquelle RSS parallel und
haben untereinander gleiche Werte. Die Gleichspannung am Abgriff W beträgt E Volt,
während der Effektivwert der Wechselspannung an diesem Punkt gleioh V/2 Volt ist,
so daß die begrenzte Spannung VB am Ausgangsanschluß B, die an den Kollektoren der
Transistoren TR1 und TR2 liegt, durch negative Halbwellen gebildet wird, deren Amplitudenwerte
zwischen E Volt und E - V/V2 Volt liegen (Fig.
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2).
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Aus dem Obigen folgt gemäß Fig. 2, daß a) während der positiven Halbwellen
des Rufsignals V die Spannung VB an den Kollektoren der Transistoren TR1 und TR2
gleich E Volt ist, während sich die negativen Halbwellen in ihrer Amplitude zwischen
den Werten E Volt und E -Volt ändern, b) während der oberen Teile der positiven
Halbwellen des Rufsignals die Spannung VA an den Emittern der Transistoren TR1 und
TR2 diesen Teilen folgt, während die Emitterspannung während der Ubrigen Teile dieser
positiven Halbwellen und während der negativen Halbwelle des Rufsignals V den Wert
0 hat.
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Die Komponenten der obigen Schaltung haben vorzugsweise folgende Werte:
R = 0,2 kl Rg = 8,9 k R1 = 27 k# Cl 3 C2 - 0,68 pF R2 = R3 = R4 = 30 k C3 = 1,5
>iF R5 = R6 = 300 k C4 = 1 µF R7 = R8 = 16,2 kJ2 f = 16 Hz R10 - R11 = 100 kJz
V = 90 V R12 = R13 = R14 = 10 k52 E = - 48 V
Die Arbeitsweise der
oben beschriebenen Schaltung ist folgende.
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Im Ruhezustand der Schaltung, d.h. wenn der Gabelumschalterkontakt
HS in der Teilnehmerstation ris ofren ist, ist die Difrerenz zwischen den Gleichspannungen
an den FilterausgangsanschlUssen F und G nicht Null, sondern gleich einem vorgegebenen
Vorspannungswert. Mit den oben angegebenen Komponentenwerten ist der Vorspannungswert
so gewählt, daß das Gleichspannungssignal am Anschluß F kleiner als am Anschluß
G ist Die Rufsignalquelle RSS möge im aktiven Zustand sein, so daß das Rufsignal
mit der Frequenz f und der effektiven Spannung V an der Reihenschaltung aus der
Gleichspannungsquelle E und dem zwischen dem Diagonalanschlußpaar S, U liegenden
Netzwerk anliegt. Das Rufsignal V erscheint gedämpft an dem Diagonalanschlußpaar
M, N und gelangt von dort zu den Basen G und F der Transistoren TR1 und TR2 Uber
das Filter FC. Da die GesamUspannung VF am Anschluß F kleiner als die Gesamtspannung
VG ani Anschluß G ist und die Spannung an den Emittern sich zwischen den Werten
0 und E + V.V2 Volt sowie die Spannung an den Kollektoren sich zwischen den Werten
E und E - VX s /olt ändern, wird der Transistor TR1 leitend, wogegen der Transistor
TRS gesperrt wird, so daß der Ausgang 0 der Schaltung nicht aktiviert wird.
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In Fig. 2 haben die Signale VF und VG beide den gleichen Wert E/2
+ V/2, wenn die zwischen dem Diagonalanschlußpaar Q, P liegende Impedanz unendlich
ist, obgleich diese Signale leicht voneinander abweichen diese Differenz ist genügend
groß, um den Transistor TR1 leitend zu machen und den Transistor TR2 im gesperrten
Zustand zu halten.
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Es sei darauf hingewiesen, daß ein Filter FC mit hoher Dampfunz -
- /von des Rufsignals und höherfrequenten Signalen verwendet wird, weil die Amplitude
des Rufsignals eine verhältnismäßig holme Amplitude hat und weil Störsignale mit
solchen höheren Frequenzen am Filtereingang liegen können.
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Wenn ein von einem Teilnehmer stammender Ruf in der Vermittlungsstelle
festgestellt worden ist, die gewählte Nummer einer gerufenen Teilnehmerstation wie
TS empfangen worden und diese Stantion gefunden worden ist, werden die Schalter
SM1 und SN betätigt, so daß das Diagonalanschlußpaar Q, P mit der Anschlußleitung
L1, L2 dieser Station verbunden ist.
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Hierbei bleibt der Transistor TR1 im leitenden Zustand und der Transistor
TR2 im gesperrten Zustand.
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Die letztgenannten Zustände der Transistoren TR1 und TR2 werden nicht
durch die an ihren Basen liegenden Wechselstromsignale VF und VG beeinflußt. Es
liegen nämlich folgende Verhältnisse vor (Fig. 2): a) während der positiven Halbwellen
des Signals VF, das an die Basis des leitenden pnp-Transistors TR1 angelegt wird
und das diesen Transistor zu sperren sucht, liegt an seinem Kollektor eine Spannung
von E Volt an, während sein Emitter entweder auf O Volt liegt oder sich mit dieser
Basisspannung ändert; die Emitterspannung VA bleibt Jedoch immer größer als die
Basisspannung VF, so daß der Transistor TR1 leitend bleibt; b) während der negativen
Halbwellen des Signals VG, das an der Basis des nichtleitenden pnp-Transistors TR2
anliegt und das diesen Transistor in den leitenden Zustand zu bringen sucht, liegt
sein Emitter auf 0 Volt, während sein Kollektor sich zusammen mit der Basisspannung
ändert, Jedoch immer kleiner als diese bleibt, so daß der Transistor TR2 gesperrt
bleibt.
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Das Wechselspannungssignal an den Kollektoren ist mittels der Widerstände
R13 und R14 vermindert worden, damit die Transistoren TR 1 und TR2 keim zu hohe
Emitter-Kollektor-Spannung erhalten.
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Da die Wirkung der Wechselspannungssignale an den Basen der Transistoren
TR1 und TR2 mittels geeigneter kompenSierender Wechselspannungssignale, die - wie
in Fig. 2 gezeigt - an ihre Emitter und Kollektoren angelegt sind, erfolgt auch
keine Phasenumkehrung des Rufsignais f, das den Basen dieser Transistoren zugefUhrt
wird. Das ist der Grund, warum die Rufsignalfrequenz f Uber die erwähnte Frequenz
£0 gelegt wurde, bei der eine solche Phasenumkehrung im Filter FC stattfindet.
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Wenn der gerufene Teilnehmer nach Empfang der Rursignale seinen Handapparat
abhebt, wird die Leitungsschleife geschlossen.
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Da die Leitungsschleifenimpedanz dann unter einen vorbestimmten Wert
abfällt, fällt auch die Spannung VG unter die Spannung VF um einen solchen Wert,
daß der Transistor TR2 leitend wird, während der Transistor TR1 gesperrt wird.
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Wenn der Transistor TR2 leitend wird, wird der Ausgangsanschluß 0
der Schaltung aktiviert. Die an diesem Anschluß auftretende ansteigende Spannung
wird zur Öffnung der Schalter SM1 und SM2 in nicht dargestellter Weise verwendet.
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Obgleich es nicht unbedingt notwendig ist, können Dioden zwischen
dem Widerstand R11 und den Emittern der Transistoren TR1 und TR2 angeordnet sein,
um diese Transistoren zu schUtzen, wenn zum Beispiel der Begrenzer defekt ist.
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ffi aufgehoben ist,