DE3530064A1 - Schaltungsanordnung zum anschliessen von fernmelde- insbesondere fernsprecheinrichtungen an ein fernmeldenetz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum An­ schließen von Fernmelde- insbesondere Fernsprecheinrichtun­ gen an ein Fernmeldenetz, mit einer Anordnung zum Schließen eines Stromkreises, die der Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes und einer Induktivität entspricht.

Fernmelde- insbesondere Fernsprechnetze werden im allge­ meinen derart betrieben, daß in den Übertragungsweg eine Gleichspannung eingespeist ist, der die eigentliche Signal­ wechselspannung überlagert wird. An den Ein- und Ausspeise­ punkten der Gleich- und der Signalwechselspannung muß dafür Sorge getragen werden, daß Gleich- und Wechselstromkreise voneinander getrennt werden. So muß beispielsweise die das Fernmeldenetz versorgende Gleichstromquelle (Ortsbatterie) über eine Wechselstromsperre wechselstrommäßig vom Fern­ meldenetz abgetrennt sein, da sie über ihren bekanntermaßen sehr niedrigen Wechselstrom-Innenwiderstand die Signalspan­ nungen kurzschließen würde.

Auf der Fernmeldeteilnehmerseite ist diese Trennung erfor­ derlich, weil zum einen über eine relativ niederohmige Gleichstromschleife z. B. der Benutzungszustand eines Teil­ nehmerendgerätes signalisiert wird, andererseits der Si­ gnalstromkreis aber nur hochohmig belastet werden soll, um möglichst hohe Signalspannungen zu erhalten.

Eine Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art muß also für Gleichstrom einen Innenwiderstand vorgegebenen Wertes und für Wechselstrom einen sehr hohen Innenwiderstand ha­ ben. Bisher hat man solche Schaltungen durch große Induk­ tivitäten verwirklicht, deren Nachteil in einem großen Vo­ lumen, großem Gewicht und hohen Kosten besteht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Nachbil­ dung der Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes und einer Induktivität anzugeben, durch die eine Induktivität überflüssig wird, so daß die mit ihr verbundenen Nachteile vermieden werden.

Eine Schaltungsanordnung eingangs genannter Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen eine Stromquelle enthaltenden Gleichstromzweig und durch einen diesem parallel geschalteten kapazitiven Stromzweig mit Tiefpaßverhalten.

Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung enthält keine Induktivität und hat doch induktive Eigenschaft, denn der ohmsche Stromzweig ermöglicht durch die in ihm vorgesehene Stromquelle das Schließen eines Stromkreises mit einem ganz bestimmten Stromwert, und gleichzeitig wird durch den parallel geschalteten kapazitiven Stromzweig mit Tiefpaß­ verhalten erreicht, daß die Schaltungsanordnung für Wech­ selstromsignale oberhalb der Grenzfrequenz des kapaziti­ ven Stromzweiges einen sehr hohen Widerstand bietet, also induktives Verhalten zeigt. Die Grenzfrequenz des kapaziti­ ven Stromzweiges kann durch einfache Dimensionierung des in diesem Stromzweig enthaltenen reellen Widerstandsanteils und der Kapazität verhältnismäßig tief gelegt werden.

Vorteilhaft ist eine steuerbare Stromquelle vorgesehen, deren Steuerspannung von dem den Gleichstrom erzeugenden Potential abgeleitet ist. Schaltungstechnisch kann dies mit einem einzigen Transistor verwirklicht werden, dessen Steuerelektrode mit einer dem Gleichstrom proportionalen Spannung angesteuert wird. Auf diese Weise wird die Span­ nung auf der den Gleichstrom führenden Leitung zur Be­ triebsspannung für die Stromquelle, die infolge der Ab­ leitung der Steuerspannung für die Stromquelle laufend ab­ gefragt wird. Dadurch ergibt sich eine Einstellung des Ar­ beitspunktes der Stromquelle proportional der Leitungs­ spannung. Der Strom der Stromquelle, also der genannte Gleichstrom, stellt sich also immer entsprechend der Lei­ tungsspannung ein, so daß dies der Wirkung eines ohmschen Stromzweiges gleichkommt, der einen konstanten Widerstand enthält. So kann also eine zu prüfende Einrichtung in einen genau definierten Arbeitsbereich gebracht werden.

Die Kapazität des kapazitiven Stromzweiges verbindet den Steuerstromkreis der Stromquelle mit deren Bezugspotential. Hierdurch wird erreicht, daß über die zu der Schaltungs­ anordnung führende Leitung übertragene Wechselstromsignale von der Steuerelektrode der Stromquelle ferngehalten wer­ den und deren Arbeitspunkt nicht beeinflussen. Gleichzeitig wird es möglich, mit den Schaltelementen, die die Steuer­ spannung für die Stromquelle aus der Leitungsspannung ab­ leiten, auch die Grenzfrequenz für den kapazitiven Strom­ zweig festzulegen, oberhalb der die Gesamtschaltung induk­ tives Verhalten zeigt.

Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung so ausgeführt sein, daß der Gleichstromzweig mit dem kapazitiven Stromzweig und dem den Gleichstrom erzeugenden Potential über einen Widerstand verbunden ist. Der besondere Vorteil dieses Wi­ derstandes liegt neben einer Schutzwirkung für den Gleich­ stromzweig darin, daß er Teil eines Hochpasses sein kann, wenn nämlich zusätzlich ein entsprechender Kondensator vor­ gesehen ist. Die Grenzfrequenz des mit dem Strombegrenzungs­ widerstand und dem Kondensator gebildeten Hochpasses kann dann so gewählt sein, daß alle oberhalb des von der Gesamt­ schaltung zu verarbeitenden Frequenzbereiches liegenden Frequenzen kurzgeschlossen werden. Die Gesamtschaltung hat dann nur für den Arbeitsfrequenzbereich eine hohe Impedanz, während sie für Gleichstrom und Wechselströme hoher Fre­ quenz eine Sperre bzw. einen Kurzschluß bildet.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figur beschrie­ ben, die ein Ausführungsbeispiel zeigt.

Die in der Figur gezeigte Schaltungsanordnung hat zwei Ein­ gangsanschlüsse 10 und 11, an die ein Spannungsteiler mit zwei ohmschen Widerständen 12 und 13 angeschaltet ist. Ein zu dem Spannungsteiler paralleler Stromzweig enthält die Reihenschaltung eines Feldeffekttransistors 14 und eines ohmschen Widerstandes 15. Dieser Stromzweig ist über eine Gleichrichterdiode 16 mit dem Schaltungseingang 10 ver­ bunden und hat die Funktion einer Stromquelle. Die Gleich­ richterdiode 16 dient als Verpolungsschutz und kann ent­ fallen, wenn die Eingangsanschlüsse 10 und 11, wie zu die­ sem Zweck an sich bekannt, mit einem Brückengleichrichter verbunden sind. Die Steuerelektrode des Feldeffekttran­ sistors 14 ist über zwei ohmsche Widerstände 17 und 18 mit dem Abgriff des Spannungsteilers zwischen den ohmschen Wi­ derständen 12 und 13 verbunden. Am Verbindungspunkt der beiden Widerstände 17 und 18 liegt ein Kondensator 19, des­ sen zweiter Anschluß mit dem Schaltungseingang 11 verbun­ den ist. Die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 14 ist ferner über einen bipolaren Transistor 20 mit dem Schal­ tungseingang 11 verbunden. Dieser bipolare Transistor 20 hat einen Basiswiderstand 21 und erhält seine Steuerspannung gleichfalls vom Abgriff des Spannungsteilers über eine Ze­ nerdiode 22.

Ist diese Schaltungsanordnung an die Leitungsadern eines Fernmeldenetzes angeschlossen, so ermöglicht sie eine Schließung des vom Netz gelieferten Schleifenstroms über ihre Eingangsanschlüsse 10 und 11. Der Schleifenstrom fließt dabei vom Eingangsanschluß 10 über die Diode 16 und den die Stromquelle mit dem Feldeffekttransistor 14 und dem Widerstand 15 enthaltenden Stromzweig sowie über den Spannungsteiler mit den Widerständen 12 und 13. Die Diode 16 ist als Schutz gegen Falschpolungen vorgesehen, so daß die Schließung des Schleifenstroms nur dann ordnungsgemäß erfolgt, wenn an dem Eingangsanschluß 10 gegenüber dem Ein­ gangsanschluß 11 positives Potential vorliegt.

An dem Abgriff des Spannungsteilers mit den Widerständen 12 und 13 wird eine Spannung abgegriffen, die der Steuer­ elektrode des Feldeffekttransistors 14 als Steuerspannung zugeführt wird. Diese Steuerspannung hängt also von der Spannung zwischen den Eingangsanschlüssen 10 und 11 ab, so daß dadurch der Arbeitspunkt der Stromquelle bzw. des Feldeffekttransistors 14 abhängig von der Leitungsspannung eingestellt wird. Dadurch kann der ohmsche Widerstand der Stromquelle weitestgehend konstant gehalten werden.

Wechselstromsignale, die über die Eingangsanschlüsse 10 und 11 auf die Schaltungsanordnung gelangen, werden an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 14 nicht wirksam, da sie durch den Kondensator 19 abgeführt wer­ den. Durch Dimensionierung des Widerstandes 18 in Verbin­ dung mit den Widerständen 12 und 13 kann die Grenzfrequenz für dieses Tiefpaßverhalten verhältnismäßig tief gelegt werden, so daß das induktive Verhalten der Gesamtschaltung für dem Schleifenstrom überlagerte Wechselstromsignale bzw. Impulssignale bei relativ niedrigen Frequenzen einsetzt.

Der Transistor 20 bildet zusammen mit der Zenerdiode 22 eine Schutzschaltung gegen überlagerte Störspannungen, Ruf­ wechselspannungen usw. Wenn die Leitungsspannung an den Eingangsanschlüssen 10 und 11 infolge solcher Einflüsse einen vorbestimmten Wert übersteigt, so gelangt die Zener­ diode 22 durch entsprechendes Ansteigen der Spannung am Abgriff des Spannungsteilers in den Durchbruchzustand, wo­ durch der Transistor 20 leitend gesteuert wird und die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 14 auf das Po­ tential des Eingangsanschlusses 11 bringt. Dadurch wird der Feldeffekttransistor 14 gesperrt und die Strom­ quelle unwirksam, d. h. der Schleifenstromschluß wird be­ seitigt. Auf diese Weise wird der Feldeffekttransistor 14 gegen zu hohe Leistungsaufnahme geschützt. Da diese Schutz­ schaltung unverzögert anspricht, muß ihre Schaltschwelle oberhalb der Leerlaufspannung bzw. Betriebsspannung des mit den Eingangsanschlüssen 10 und 11 verbundenen Netzes liegen.

An Stelle eines Feldeffekttransistors kann in der Schal­ tungsanordnung auch ein bipolarer Transistor verwendet werden, wie dies für Stromquellen an sich bekannt ist. Durch die Verwendung eines Transistors ergibt sich ein zusätzlicher Vorteil der Schaltungsanordnung. Zwischen der Steuerelektrode und dem mit dem Widerstand 15 verbundenen Anschluß des Transistors 14 existiert eine Gleichspannung, die der anliegenden Steuerspannung entgegenwirkt und bei kleiner Steuerspannung relativ großen Einfluß hat. Diese Gegenspannung führt zu einer Verringerung des Stroms der Stromquelle, wodurch wiederum der ohmsche Widerstand der Gesamtschaltung erhöht wird. Je geringer die Leitungsspan­ nung an den Eingangsanschlüssen 10 und 11 wird, desto größer wird dieser Widerstand. Bis herab zu Spannungswer­ ten in der Größenordnung von 3 bis 5 Volt bei bipolaren Transistoren und 8 bis 10 Volt bei Feldeffekttransistoren ist dieser Widerstand praktisch konstant, jedoch steigt er bei noch kleineren Spannungswerten sehr stark an. Die­ se Eigenschaft der Schaltungsanordnung tritt dann vorteil­ haft in Erscheinung, wenn die Schaltungsanordnung beispiels­ weise über eine relativ lange Leitung an eine Einrichtung angeschlossen ist und auf dieser Leitung ein erhöhter Span­ nungsabfall auftritt. Infolge des größeren Widerstandes an der Gesamtschaltung kann die Eingangsspannung wieder etwas ansteigen, da sich der Spannungsabfall auf der relativ lan­ gen Leitung durch geringeren Schleifenstrom etwas erhöht. Auf diese Weise wird verhindert, daß die im Fernmeldenetz befindliche Einrichtung in einen Grenzzustand gerät, der dadurch definiert ist, daß die Potentiale auf den beiden mit den Eingangsanschlüssen 10 und 11 verbundenen Leitungs­ adern nahezu übereinstimmen.

Eine Schaltungsanordnung der vorstehend beschriebenen Art benötigt keine eigene Stromversorgung, da ihre aktiven Elemente aus der Spannung versorgt werden, die über die Anschlüsse des Fernmeldenetzes zwecks Schleifenstromschluß zugeführt wird.

Die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung kann zu­ sätzlich eine Zenerdiode 30 enthalten, die die Basis des Transistors 20 in der in der Figur gezeigten Polung mit dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände 17 und 18 ver­ bindet. Die Zenerdiode 30 schützt den Feldeffekttransistor 14 gegen ein zu hohes Ansteigen seiner Verlustleistung auch bei Sollspannung an den Eingangsanschlüssen 10 und 11. Im Gegensatz zu dem praktisch unverzögerten Schaltvorgang, den die Zenerdiode 22 bei Überspannung bewirkt, kann die Zener­ diode 30 den Feldeffekttransistor 14 nur dann abschalten, wenn der Innenwiderstand der die Sollspannung erzeugenden Stromquelle auf einen sehr geringen Wert abfällt. Normaler­ weise tritt an diesem Innenwiderstand immer ein Spannungs­ abfall auf, wenn der Strom durch das induktive Verhalten der Schaltung mit der Zeit ansteigt. Deshalb kann die an den Eingangsanschlüssen 10 und 11 liegende Spannung norma­ lerweise den Durchbruch der Zenerdiode 30 nicht herbeifüh­ ren. Wenn jedoch der Innenwiderstand der speisenden Strom­ quelle auf einen unzulässig geringen Wert abfällt, so ist der an ihm auftretende Spannungsabfall so gering, daß die Durchbruchspannung der Zenerdiode 30 überschritten wird und diese den Feldeffekttransistor 14 ähnlich wie die Ze­ nerdiode 22 abschaltet. Abhängig von der Sollspannung an den Eingangsanschlüssen 10 und 11 sind also Zenerdioden 22 und 30 mit entsprechend den angestrebten Schalteffekten be­ messenen Durchbruchspannungen zu verwenden. Dies bedeutet, daß die Schwellenspannung des mit der Zenerdiode 30 gebil­ deten Schwellenschalters kleiner oder gleich dem Leerlauf­ wert des den Gleichstrom über die Eingangsanschlüsse 10 und 11 erzeugenden Potentials ist.

Die Basis des Transistors 20 ist mit einem Steuereingangs­ anschluß 23 verbunden. Wird dieser Eingangsanschluß über ein geeignetes Schaltelement wie z. B. einen Optokoppler oder einen Relaiskontakt mit positivem Potential wie z. B. dem Eingangsanschluß 10 verbunden, so wird der Transistor 20 leitend gesteuert und die Steuerelektrode des Feldeffekt­ transistors 14 auf das Potential des Eingangsanschlusses 11 gebracht. Der Feldeffekttransistor 14 wird dadurch gesperrt. Dieselbe Wirkung wird erzielt, wenn die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 14 über den gestrichelt dargestellten Steuereingangsanschluß 24 direkt mit dem Eingangsanschluß 11 verbunden wird. Auf diese Weise kann der Schleifenstrom geschaltet werden. An einen dieser Eingangsanschlüsse 23, 24 ist auch ein Wählimpulsgeber anschließbar, so daß bei­ spielsweise bei Einsatz der Schaltung in einem Fernmelde­ endgerät Impulswahl möglich ist.

In der Schaltungsanordnung kann auch zusätzlich ein Über­ spannungsableiter 32, also z. B. eine Funkenstrecke oder ein Varistor, vorgesehen sein, der der Reihenschaltung des Feldeffekttransistors 14 mit dem Widerstand 15 parallel geschaltet ist. Hierdurch ist ein Schutz der Schaltung ge­ gen sehr hohe Spannungen gegeben, wie sie z. B. durch Blitz­ schlag induziert werden können. Trotz der mit der Zener­ diode 22 erreichten Schutzwirkung können sehr hohe Über­ spannungen den Feldeffekttransistor 14 in den Durchbruch­ zustand bringen und zerstören. Wenn die Durchbruchspannung des Überspannungsableiters 32 unter derjenigen des Feld­ effekttransistors 14 liegt, so wird dieser auch gegen übermäßig hohe induzierte Spannungen geschützt.

Dem Gleichstromzweig aus Diode 16, Feldeffekttransistor 14 und Widerstand 15 und dem diesem parallel geschalteten Über­ spannungsableiter 32 ist ein Widerstand 31 vorgeschaltet, der einerseits den Strom durch den Überspannungsableiter 32 begrenzt, andererseits den Schalttransistor 20 im Falle eines Defekts des Feldeffekttransistors 14 gegen Überla­ stung schützt. Auch bei Ansprechen des Überspannungsablei­ ters 32 können dann in dem Fernmeldenetz keine unzulässig hohen Ströme fließen. Dies könnte der Fall sein, wenn der Überspannungsableiter 32 - wie bisher üblich - direkt an beide Eingangsanschlüsse 10, 11 angeschaltet wäre. Die Ein­ beziehung des Widerstandes 31 in den Gleichstromzweig der Schaltungsanordnung beeinflußt dabei den durch diesen Zweig fließenden Strom nicht, da sich der Source-Drain-Widerstand des Feldeffekttransistors 14 um den Wert des Widerstandes 31 vermindert.

Dem Überspannungsableiter kann zusätzlich ein Kondensator zugeordnet sein, der mit einem ohmschen Widerstand einen Hochpaß bildet. Bei der Schaltungsanordnung sind der Wi­ derstand 31 und ein Kondensator 33 als Hochpaß vorgesehen. Der Widerstand 31 ist wie oben beschrieben dem Feldeffekt­ transistor 14 bzw. dem Überspannungsableiter 32 vorgeschal­ tet, der Kondensator 33 ist ihm parallelgeschaltet. Ein solcher Hochpaß hat eine verzögernde Wirkung für Über­ spannungen hoher Flankensteilheit, auf die der Überspan­ nungsableiter 32 möglicherweise nicht augenblicklich an­ sprechen würde, weil Schaltelemente dieser Art oft ein re­ lativ träges Schaltverhalten haben. Ist ein Hochpaß vorge­ sehen, so kann die Gesamtschaltung hinsichtlich ihres in­ duktiven Verhaltens für einen interessierenden Frequenz­ bereich dimensioniert werden, da sehr tiefe Frequenzen ge­ sperrt und sehr hohe Frequenzen kurzgeschlossen werden. Für diese Ausbildung der Schaltungsanordnung ist der Überspan­ nungsableiter 32 natürlich nicht unbedingt erforderlich.

Claims (14)

1. Schaltungsanordnung zum Anschließen von Fernmelde- ins­ besondere Fernsprecheinrichtungen an ein Fernmeldenetz, mit einer Anordnung zum Schließen eines Stromkreises, die der Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes und einer Induktivität entspricht, gekennzeich­ net durch einen eine Stromquelle (14, 15) enthal­ tenden Gleichstromzweig und durch einen diesem parallel geschalteten kapazitiven Stromzweig (12, 18, 19) mit Tiefpaßverhalten.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine steuerbare Strom­ quelle (14, 15) vorgesehen ist, deren Steuerspannung von dem den Gleichstrom erzeugenden Potential abgelei­ tet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kapazität (19) des kapazitiven Stromzweigs (12, 18, 19) den Steuerstrom­ kreis der Stromquelle (14, 15) mit deren Bezugspotential verbindet.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung von einem Spannungsteiler (12, 13) abgeleitet ist, der an die den Gleichstrom erzeugende Spannung angeschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerspannung fer­ ner über einen Schwellenschalter (22) eine die Strom­ quelle (14, 15) abschaltende Schaltervorrichtung (20) ansteuert.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein zweiter Schwellen­ schalter (30) vorgesehen ist, der den an der Steuer­ spannung liegenden Belag der Kapazität (19) mit der Schaltervorrichtung (20) verbindet, und daß die Schwel­ lenspannung dieses Schwellenschalters (30) kleiner oder gleich dem Leerlaufwert des den Gleichstrom erzeugen­ den Potentials ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom­ quelle über einen Steuereingang (23, 24) schaltbar ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Strom­ quelle die Reihenschaltung eines Transistors (14) mit einem ohmschen Widerstand (15) vorgesehen ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Transistor (14) der Stromquelle (14, 15) ein Feldeffekttransistor ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwel­ lenschalter (22) eine Zenerdiode ist, die mit dem Ab­ griff des Spannungsteilers (12, 13) verbunden ist.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromzweig (14, 15) mit dem kapazitiven Strom­ zweig (12, 18, 19) und dem den Gleichstrom erzeugenden Potential über eine Gleichrichterdiode (16) verbunden ist.

12. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromzweig (14, 15) mit dem kapazitiven Strom­ zweig (12, 18, 19) und dem den Gleichstrom erzeugenden Potential über einen Widerstand (31) verbunden ist.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Kondensator (33) vor­ gesehen ist, der mit dem Widerstand (31) einen Hochpaß bildet.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gleichstromzweig (14, 15) ein Überspannungsableiter (32) parallel geschal­ tet ist.