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Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer
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Betriebsspannung in einer über eine Fernmeldeleitung ferngespeiste
Teilnehmereinrichtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Betriebsspannung
in einer über eine Fernmeldeleitung ferngespeiste Teilnehmereinrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine solche ferngespeiste Teilnehmereinrichtung mit einer Leitungsanschalteinheit
ist vorgeschlagen worden (P 32 25 969.7). Die daraus bekannte Teilnehmereinrichtung
kann an eine mehradrige Fernmeldeleitung angeschlossen werden, wodurch eine Verbindung
zu einer zentralen Einrichtung, insbesondere zu einer Bildschirmtextzentrale eines
Bildschirmtext-Datenübertragungssystems hergestellt werden kann. Die Teilnehmereinrichtung
wird über die Fernmeldeleitung von einer zentralen Einrichtung aus, beispielsweise
von einem Fernmeldeamt aus, ferngespeist.
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Um einen möglichst niedrigen Gleichstrom-Eingangswiderstand und einen
definierten Wechselstrom-Eingangswiderstand der Teilnehmereinrichtung zu erreichen,
ist in der Teilnehmereinrichtung eine spannungsgesteuerte Spannungsquelle vorgesehen,
welcher eine am Ausgang eines Verstärkers auftretende Steuerspannung zugeführt wird.
Die spannungsgesteuerte Spannungsquelle enthält einen Längstransistor (d.h. Kollektor-Emitter-Strecke
längs der Fernmeldeleitung) und einen die Kollektor-Emitter-Strecke des Längstransistors
überbrückenden Widerstand. Die Steuerspannung am Ausgang des Verstärkers stellt
sich in Ab-
hängigkeit einer Referenzspannung, einer Meßspannung
(proportional zur Schleifenspannung) und dem Ausgangssignal eines Modulators ein.
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Dem Schleifengleichstrom (Schleife gebildet durch Fernmeldeamt, Fernmeldeleitung
und Teilnehmereinrichtung) sind Wechselspannungssignale (Sende- und Empfangssignal)
überlagert, mittels welchen die Information z.B. von der Bildschirmtextzentrale
übertragen wird. Werden beispielsweise Daten übertragen, so kann zur Modulation
das Verfahren der FSK-Modulation (d.h. Frequenzumtastung zwischen zwei Frequenzen
entsprechend den beiden Kennzuständen von binärcodierten Daten) -angewandt werden.
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Zum Überbrücken von Schleifengleichstrom-Unterbrechungen beim Aussenden
einer Impulsserie, entsprechend einer im Speicher der Teilnehmereinrichtung festeinprogrammierten
Rufnummer, besitzt diese einen Ladekondensator als Energiespeicher. An den An.schlußklemmen
des Ladekondensators kann die Betriebsspannung der Teilnehmereinrichtung abgegriffen
werden.
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Beim Anschalten der Teilnehmereinrichtung an die Fernmeldeleitung
fließt der Schleifengleichstrom über die spannungsgesteuerte Spannungsquelle und
eine Diode einer Gleichrichterbrücke zum Ladekondensator und lädt diesen auf. Die
Referenzspannung wird zur Einstellung des Wertes der Betriebsspannung verwendet.
Während der Wahl treten weder ein Sende- noch ein Empfangssignal (Wechselspannungssignal)
auf und die Betriebsspannung wird durch einen in der Teilnehmereinrichtung angeordneten
Shuntregler auf den durch die Referenzspannung vorgegebenen Wert geregelt. Die Referenzspannung
wird außerdem dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstär-
kers
im Verstärker zugeführt. Der Gleichspannungsanteil der Steuerspannung hängt von
der Referenzspannung und von Spannungsteilerwiderständen eines Netzwerks, welches
mit einer Ader der Fernmeldeleitung und Masse verbunden ist, ab. Die Steuerspannung
stellt sich so ein, daß die Spannung am Abgriff der Spannungsteilerschaltung der
Referenzspannung entspricht.
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Die auf der Fernmeldeleitung fließenden Schleifengleichströme nehmen
in Abhängigkeit von der Länge der Fernmeldeleitung Werte z.B. zwischen 17 mA und
60 mA an. Mit der Regelschaltung, gebildet aus Referenzspannungsquelle, Netzwerk,
Verstärker und spannungsgesteuerter Spannungsquelle, soll ein möglichst niedriger
Gleichstrom-Eingangswiderstand bei ausreichender Aussteuerung und ausreichend hoher
Betriebsspannung für alle Schleifengleichströme erreicht werden. Die maximalen Amplituden
der Wechselspannungssignale sind im Aussteuerbereich der spannungsgesteuerten Spannungsquelle
durch die Sättigungsspannung des Transistors begrenzt. Mit zunehmendem Wert des
Schleifengleichstroms steigt der Wert des Kollektorstroms durch die Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors und damit auch die Sättigungsspannung des Transistors an. Der Arbeitspunkt
des Transistors und damit der Wert der Betriebsspannung werden deshalb so festgelegt,
daß auch bei hohen Schleifengleichströmen der Aussteuerbereich nicht überschritten
wird, d.h. bei der Dimensionierung wird von der maximalen Sättigungsspannung des
Transistors ausgegangen. Diese Reserve ist für kleine Schleifengleichströme und
damit niedriger Sättigungsspannung nicht erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art derart weiterzubilden, daß die Betriebs spannung der Teilnehmereinrichtung
ei-
nen möglichst hohen Wert annehmen kann.
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Diese Aufgabe wird bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 durch dessen Merkmale im kennzeichnenden Teil gelöst.
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Die Betriebsspannung der Teilnehmereinrichtung ist in Abhängigkeit
von Referenzspannung und Ausgangsspannung des Netzwerks festgelegt und ändert sich
mit unterschiedlichen Werten der Schleifengleichströme nicht.
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Durch die Regelschaltung wird erreicht, daß der Spannungsabfall an
der spannungsgesteuerten Spannungsquelle sich in Abhängigkeit von dem auf der Fernmeldeleitung
augenblicklich fließenden Schleifengleichstrom ändert. Bei kleinen Schleifengleichströmen
ist dieser Spannungsabfall klein und wächst mit zunehmendem Schleifengleichstrom
ebenfalls. Dadurch kann auf einfache Art und Weise die ebenfalls gestiegene Sättigungsspannung
eines Transistors der spannungsgesteuerten Spannungsquelle kompensiert werden. Die
Betriebsspannung der Teilnehmereinrichtung kann entsprechend einem minimalen Spannungsabfall
an der spannungsgesteuerten Spannungsquelle höher gewählt werden. Weiterhin ist
von Vorteil, daß auf eine Selektion der Transistoren für die spannungsgesteuerte
Spannungsquelle verzichtet werden kann.
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Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1 ist im Patentanspruch 3 gekennzeichnet. Der Schaltungsaufwand ist im Vergleich
zu der in der P 32 25 969.7 vorgeschlagenen Schaltungsanordnung gleich, da lediglich
eine neue Verbindung innerhalb der Schaltungsanordnung erforderlich ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeich-
nung
dargestellten Ausführungsform näher beschrieben und erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine
bereits vorgeschlagene Schaltungsanordnung und Fig. 2 im Detail die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Betriebsspannung.
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Fig. 1 zeigt die in der P 32 25 969.7 vorgeschlagene Leitungsanschalteinheit
3, welche eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Betriebs spannung UB in einer
über eine Fernmeldeleitung (a-Ader, b-Ader) ferngespeiste Teilnehmereinrichtung
enthält. Die dort vorgeschlagene Leitungsanschalteinheit 3 enthält u.a.
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zwei spannungsgesteuerte Spannungsquellen 34 bzw. 34 (34nicht in Fig.
1 dargestellt), wodurch eine Verpolungssicherheit beim Anschluß der Leitungsanschalteinheit
3 an die Fernmeldeleitung erreicht werden kann.
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Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung sind diese Schaltungsteile,
welche zur Erzielung der Verpolungssicherheit erforderlich sind, in der Fig. 1 weggelassen.
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Die Regelschaltung zur Erzeugung der Betriebsspannung UB enthält eine
Referenzspannungsquelle 32, ein mit der Fernmeldeleitung (b-Ader) verbundenes Netzwerk
EAK, einen Verstärker 33 und die spannungsgesteuerte Spannungsquelle 34. Dem nichtinvertierenden
Eingang eines im Verstärker 33 angeordneten Operationsverstärkers wird die Referenzspannung
Uref zugeführt. Die Steuerspannung Ust am Ausgang des Operationsverstärkers im Verstärker
33 stellt sich in Abhängigkeit der Referenzspannung Uref, einer Meßspannung UM und
eines Ausgangssignals Us (Sendesignal) eines Modulators ein.
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Das Ausgangssignal U5 (Wechselgröße), die Meßspannung UM (Wechselgröße)
und ein über die Fernmeldeleitung empfangenes Empfangssignal (Wechselgröße) werden
über Koppelkondensatoren CK1, CK2 und CK3 und in der Fig. 1 nicht näher bezeichnete
Widerstände dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers im Verstärker 33
zugeführt. Die spannungsgesteuerte Spannungsquelle 34, ein Zweipol, ist mit der
einen Klemme mit einer Ader (a-Ader) der Fernmeldeleitung und mit der anderen Klemme
mit einer Klemme eines Anreizwiderstandes RA verbunden, welcher mit seiner anderen
Klemme an Masse liegt. Die spannungsgesteuerte Spannungsquelle 34 enthält einen
Transistor T und einen ersten Widerstand R1. Die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors
T wird von dem Widerstand R1 überbrückt. Der Emitter E des Transistors T ist mit
der a-Ader der Fernmeldeleitung, die Basis B des Transistors T mit dem Ausgang des
Operationsverstärkers im Verstärker 33 und der Kollektor C einerseits mit einer
Klemme des Anreizwiderstands RA andererseits mit der Anode einer Diode D1 verbunden.
Mit der Katode der Diode D1 ist ein Ladekondensator CL verbunden, dessen weitere
Klemme an Masse liegt. Weiterhin ist die Katode der Diode D1 mit einem Shuntregler
31 verbunden, welcher mit seiner weiteren Klemme an Masse liegt. Schließlich ist
die Katode der Diode D1 mit einem Widerstand R3 verbunden, dessen weitere Klemme
an einer Polklemme der Referenzspannungsquelle 32 liegt. An dieser Polklemme wird
auch das Steuersignal für den Shuntregler 31 abgegriffen.
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Die Betriebsspannung UB ist gleich der Differenzspannung zwischen
der Spannung auf der Fernmeldeleitung und der Summe aus Spannungsabfall U über der
Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T, der Meßspannung UM und dem Spannungsabfall
an Dioden D1 und D4. Der Spannungs-
abfall U wird bestimmt durch
die maximalen Amplituden des Empfangssignals und des Sendesignals Us Der Gleichspannungsanteil
des Spannungsabfalls U hängt von der Referenzspannung Uref und von Spannungsteilerwiderständen
R5 und R6 des Netzwerkes EAK ab. Der Arbeitspunkt des Transistors T und damit der
Gleichspannungsanteil des Spannungsabfalls U ist so zu wählen, daß auch für maximale
Amplituden vom Empfangs signal und Sendesignal U5 der Aussteuerbereich des Transistors
T nicht überschritten wird. Mit unterschiedlichen Schleifengleichströmen 1L auf
der Fernmeldeleitung ändert sich auch die Sättigungsspannung. Die Sättigungsspannung
des Transistors T ist für hohe Schleifengleichströme IL größer als für kleine Schleifengleichströme
IL. Für kleine Schleifengleichströme 1L ist deshalb der Spannungsabfall U größer
gewählt als für das Verhindern der Überschreitung des Aussteuerbereichs des Transistors
T erforderlich wäre. Diese Reserve, welche bei der Wahl des Arbeitspunkts mit zu
berücksichtigen ist, führt dazu, daß sich ein niedrigerer Wert für die Betriebsspannung
UB ergibt. Durch die Regelschaltung wird der Gleichspannungsanteil des Spannungsabfalls
U so eingestellt, daß die Spannung am Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände
R5 und R6 der Referenzspannung Uref entspricht.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, ist mit einer Klemme der Spannungsteilerschaltung
im Netzwerk EAK eine Klemme eines Meßwiderstandes R2, an welchem die Meßspannung
UM abfällt, verbunden. Dadurch wird der Arbeitspunkt des Transistors T auch vom
auf der Fernmeldeleitung fliessenden Schleifengleichstrom beeinflußt. Steigt der
Schleifengleichstrom IL an, so wächst auch der Spannungsabfall U, wodurch auch die
ebenfalls gestiegene
Sättigungsspannung des Transistors T kompensiert
wird.
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Durch diese einfache Maßnahme kann der Wert der Betriebsspannung UB
auf einen minimalen Spannungsabfall U ausgelegt werden, so daß eine höhere Betriebsspannung
UB für in der Teilnehmereinrichtung vorhandene andere Schaltungsteile zur Verfügung
steht.