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Röhrenkipprelais zur Steuerung von sprachbeeinflußten Einrichtungen
Bekanntlich besteht in Zweiwegeübertragungssystemen die Gefahr, daß .die Verständigung
zwischen den beiden Teilnehmern durch Echoströme oder durch Pfeifen des Systems
gestört wird. Zur Vermeidung dieser Störungen müssen solchen Systemen Sperrglieder
zugeordnet werden, die durch die Sprachströme gesteuert werden. Es besteht die Möglichkeit,
die Sperren entweder nur von den Strömen eines Übertragungsweges oder von den Strömen
beider Übertragungswege steuern zu lassen. Die zuletzt genannten Sperren sind gewöhnlich
als Differentialrelais ausgebildet.
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In den F.i.g. r und 2 ist eine Sperrenanordnung dargestellt, die mit
einem bekannten Röhrenkipprelais arbeitet. In Fig. z ist die aus dem Röhrenkipprela.is
bestehende Steuerschaltung mit St bezeichnet. Die Steuerschaltung wirkt auf .die
beiden Sperrglieder .Spi und Sp., ein, die in dem Übertragungssystem zwischen den
beiden Teilnehmern A und B jeweils vor den Verstärkern V1 bzw. V. der zugehörigen
Übertragungsrichtung eingeschaltet sind. Die auf das Steuerglied St bei ca und h
einwirkenden Sprachströme sind vor den Sperrgliedern abgezweigt.
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Fig. :2 zeigt Einzelheiten des bekannten Röhrenkipprelais. Es bestellt
aus den beiden Röhren TV und V', in deren Gitterkreisen außer den Eingangsübertragern
und einer konstanten Vorspannungsquelle Ui bzw. U= eine Widerstandskondensatorkombination
R, Cl bzw. R. C. und Gleichrichter Gli und Gl. zur Beeinflussung
der Schaltzeiten eingeschaltet sind. Der Anodenkreis einer Röhre ist jeweils über
die Widerstandskondensatorkornbination im Gitterkreis der anderen Röhre geführt.
Zwischen den beiden Kathoden sind .die durch <las Rö hrenkipprelais zu steuernden
Sperrglieder Spi und Sp. in Reihe eingeschaltet.
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Die Vorspamlungen U1 und U. sind so gewählt, daß die Röhren im Ruhezustand
dicht am unteren Knick vorgespannt sind. Die
Anordnung kippt dann
in eine Lage, bei der lie eine Röhre einen geringen Anodenstrom führt. Dieser erzeugt
im Gitterkreis der anderen Röhre an dem Widerstand eine zusätzliche Gittervorspannung,
die diese Röhre völlig sperrt. so daß der Anodenstrom in dieser Röhre auf den Wert
Null zurückgeht. Dies hat zur Folge, daß durch den Widerstand der ersten Röhre kein
Strom fließt, der einen Sperrspannungsabfall erzeugen könnte. Die beiden Sperrglieder
werden <naher lediglich von dem Anodenstrom der einen Röhre in einer bestimmten
Richtung durchflossen. Diese Stromrichtung ist maßgebend für die Dämpfung der beiden
Sperrglieder, und zwar wird dabei die Dämpfung des einen Sperrgliedes auf ihren
Höchstwert und die des anderen Sperrgliedes auf ihren Kleinstwert gebracht. Spricht
einer der Teilnehmer und gelangen beispielsweise Sprechströme an den Eingang a,
so rufen die positiven Halbwellen eine entsprechende Steuerung des Anodenstromes
hervor. Dieser Anodenstrom wird durch den Kondensator C. geglättet, so daß an der
Röhre V' eine Vorspannung entsteht, die der Sprachamplitude am Eingang der Röhre
L' proportional ist. Dies hat zur Folge, daß Sprechströme der gleichen Art, die
dem Eingang b zugeführt werden, ausgesperrt werden.
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Treffen Sprechströme an dem Eingang b ein, so kippt die Schaltung
in die umgekehrte Lage, sobald diese Sprechströme größer sind als die vom Anodenstrom
der Röhre I% an dem Widerstand R= erzeugte Vorspannung. Der Anodenstrom der Röhre
V geht dann auf den Wert Null zurück, so claß lediglich durch die Röhre T"' Anodenstrom
fließt, der die beiden Sperrglieder in entgegengesetztem Sinne steuert, wie dies
bei Fließen des Anodenstromes durch die Röhre V der Fall wäre.
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Den Vorteilen dieser bekannten Kippschaltung, die in erster Linie
darin bestehen, claß sie durch ein Abwägen der Sprechströme die Möglichkeit des
Zwischensprechens geben und außerdem in der jeweils eingeschalteten Lage liegenbleiben,
stehen hauptsächlich folgende Nachteile gegenüber. Die Ansprechzeit der Sperre.
die durch die Größe der Kondensatoren Cl und C. find durch den Kennlinienverlauf
der beiden Röhren gegeben ist, hängt von der Größe der dem Eingang jeweils zugeführten
Sprachspannung ab. Dies ist aber für ein einwandfreies Arbeiten einer Sperrenanorilnung
unerwünscht, cla .die Sperrung von der Lautstärke der jeweiligen Sprachübertragung
möglichst unabhängig erfolgen soll. Desgleichen ist die Größe des durch die geöffnete
Röhre fließenden Anodenstromes von der Eingangsspannung abhängig und damit der die
Sperrglieder beeinflussende Steuerstrom. Dies kann zur Erhöhung der durch die Sperrglieder
herbeigeführten nicht linearen Verzerrungen führen.
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Es besteht außerdem die Gefahr, daß Penclelungen der Sperranordnung
eintreten. Spricht beispielsweise der Teilnehmer A, so daß das Sperrglied ,Spl geöffnet
und (las Glied Sp., gesperrt ist, so wird in bekannter Weise an dein Eingang b des
Steuergliedes eine Aussperrspannung erzeugt, welche die über die Gabelschaltung
1I verlaufenden Rückflüsse gerade aussperrt. Versucht nun der Teilnehmer B den Teilnehmer
.4 zu unterbrechen, so addieren sich seine Sprechströme zu den Rückflüssen und die
Summenspannung wird größer als die Aussperrspannung am Eingang b. Während der Teilnehmer
A weiterspricht. mindestens aber so lange, wie die Aussperrspannung am Eingang b
nachwirkt, befindet sich die Steuerschaltung in einer unstabilen Lage. Treten während
dieser Zeit Änderungen in dem Amplitudenverhältnis der von den beiden Teilnehmern
erzeugten Sprechströme auf, so pendelt die Steuerspannung, was zu einer unerwünschten
Störung der Sperrwirkung führen kann.
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Als Nachteil ist weiterhin zu werten, daß die Umschaltung des zwischensprechenden
Teilnehmers durch die Sprechströme am Eingang b, wie oben ausgeführt, frühestens
nach Ablauf der Nachivirkzeit erfolgen kann. Beginnt die Steuerschaltung gerade
die untere Richtung durchzaischalten, so können die über 1I kommenden und vorn Teilnehmer
: i herrührenden Rückflüsse als sogenannte Doppelrückflüsse über die Gabelschaltung
I gelangen und die obere Übertragungsrichtung wieder öffnen. Dieser Vorgang wird
mit Durchreißen bezeichnet. Das Durchreißen kann sich mehrmals wiederholen und ist
erfahrungsgemäß als Klappern der Pfeifsperre bekannt.
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Die Erfindung betrifft ein Röhrenkipprelais in Brückenschaltung, dessen
beide Eingänge i von den Strömen oder Spannungen zweier Übertragungsrichtungen beeinflußt
sind und das zur Steuerung von sprachbeeinflußten Einrichtungen, wie z. B. Sperrgliedern
von Echo- und/oder Pfeifsperren, bestimmt ist. Geinä ß der Erfindung «-erden zur
Beseitigung der geschilderten Nachteile als Röhren gittergesteuerte Gasentladungsröhren
(Stromtore) verwendet, von denen je nach Überwiegen der einen oder der anderen beeinflussenden
Strom-oder Spannungsgröße .die eine oder die andere Röhre gelöscht ist. Für die
Brückenschaltung gemäß der Erfindung ist es nicht erforderlich, daß in beiden Diagonalen
der Brücke ein Schaltelement eingefügt ist. Die bekannte Eigenschaft der Gasentladungsröhren,
bei einer ganz bestimmten Amplitude am Steuer-
Bitter zu zünden
und danach unabhängig von der Größe der Gitterspannung einen Anodenstrom ganz bestimmter
Größe zu erzeugen, bewirkt nicht nur eine Unabhängigkeit der Ansprechzeit von der
Größe der Steuerspannung, sondern auch eine Unabhängigkeit des die Sperrglieder
durchfließenden Steuerstromes. Außerdem kann die Ansprechzeit der Sperre infolge
des fast trägheitslosen Urnschaltens außerordentlich klein gehalten werden. Aus
demselben Grunde sind auch Pendelungen der Steuerschaltung nicht möglich. Die Anwendung
gittergesteuerter Gasentladungsröhren ermöglicht es ferner, eine Schaltung anzuwenden,
die beim Zwischensprechen gestattet, die Umschaltung vor Ablauf der Nachwirkzeit
durchzuführen.
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Die Schaltung bleibt in der jeweils eingenommenen Lage liegen, ohne
daß besondere potentialfreie Spannungen, d. h. Spannungen, deren Potentiale beliebig
wählbar sein müssen, erforderlich sind, ebensowenig ist das Zuführen einer besonderen
Hilfsfrequenz notwendig; wie dies bei einer anderen bekannten Anordnung der Fall
ist.
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Eine Brückenanordnung mit Gasentladungsröhren, die nach Art einer
Kippschaltung zusammenarbeiten, ist für die Zwecke der Ferninessung nach dem Impulsfrequenzverfahren
bekanntgeworden. Die Anordnung unterscheidet sich jedoch dadurch von dem Gegenstand
der Erfindung, daß nur ein Eingang vorhanden ist, dem Stromstöße rechteckiger Kurvenform
zugeführt werden. Beim Ansteigen des Stromstoßes nimmt die Kippschaltung .die eine
Lage und beim Absinken des anderen Stromstoßes die andere Lage ein. Eine derartige
Anordnung .ist jedoch für die Zwecke der Erfindung nicht anwendbar, da das Abwägen
. der beiden beeinflussenden Strom- und Spannungsgrößen nur beim Röhrenkipprelais
mit zwei Eingängen durchgeführt werden kann. Es konnten infolgedessen die vorteilhaften
Wirkungen, die im übrigen für die Zwecke der bekannten Anordnung keine Rolle spielen,
nicht zur Geltung kommen.
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Für Echo- und Rückkopplungssperren sind Gasentladungsröhren ebenfalls
schon angewendet worden. Jedoch wirkten .die Gasentladungsröhren nicht zu zweien
in einer Kippschaltung, sondern entweder als- Relais im Steuerkreis der Sperranordnungen
oder als gesteuertes Sperrglied, das eine veränderbare 1)iimpfung zwischen den übertragungsleitungen
bildet.
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In den Fig. 3 und 4 ist ein Ausführungsheispiel des Erfindungsgedankens
dargestellt. Fig. 3 zeigt grundsätzlich die Einschaltung lies Steuergliedes gemäß
der Erfindung in einem Übertragungssystem und Fig.4 Einzelheiten der Ausbildung
des Steuergliedes. Die Bezeichnung der einzelnen Elemente ist dieselbe wie in den
Fig. i und a. Der wesentliche Unterschied in .der Schaltung der Fig. 3 gegenüber
der Schaltung der Fig. i besteht, abgesehen von dem in dieser Figur nicht veranschaulichten
Ersatz der Hochvakuumröhren durch Gasentladungsröhren, in der Anwendung der zusätzlichen,
die Gleichrichter Gl, und Gl, enthaltenden Steuerkreise. Die Bedeutung dieser Steuerkreise
wird am besten an Hand der Wirkungsweise dieser Schaltung erläutert.
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Spricht beispielsweise der Teilnehmer A, so bewirkt er bei a *ie bisher
das Durchschalten und Liegenbleiben seiner Sprechrichtung. Die begrenzte Sperrung
der über die Gabelschaltung II verlaufenden Rückflüsse geschieht jedoch nicht wie
bei dem Röhrenkipprelais nach Fig. z durch eine in diesem, nämlich dem Steuerglied,
erzeugte Sperrspannung (Spannung am Widerstand R.), sondern getrennt über die durch
den Gleichrichter Gl, im Eingang b erzeugte Spannung. Beginnt der Teilnehmer B zu
sprechen, so schaltet die aus seinen Sprechströmen und den Rückflüssen des Teilnehmers
A bestehende Summenspannung am Eingang b der Steuerschaltung diese um, wodurch der
untere Übertragungsweg geöffnet und der obere geschlossen wird. Die jetzt über die
Gabelschaltung I möglichen Doppelrückflüsse werden durch die über den Gleichrichter
Gl. schon vorher erzeugte Sperrspannungam Eingang a der Steuerspannung ausgesperrt,
so daß ein Durchreißendes oberen übertragungsweges und ein Klappern der Sperranordnung
nicht möglich ist, ein Vorteil, der auch bei anderen Kipprelais eine wesentliche
Rolle spielen kann.
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Die Schaltung in Fig. 4. zeigt eine außerordentlich einfache und zweckmäßige
Verwirklichung des Erfindungsgedankens. Die beiden Stromtore S, und S. sind mit
den Widerständen R zu einer Brücke zusammengeschaltet. Die Anodenspannung wird an
die eine Diagonale der Brücke über die Drosselspule D angelegt. Zwischen den Endpunkten
c und rd der anderen Brückendiagonale liegen die beiden Sperrglieder Sp, und Spe
in Reihe. Diese Reihenschaltung ist durch den Löschkondensator CL überbrückt.
Die Eingänge a
und b der Steuerschaltung sind an die Gitter-. kreise der beiden
Stromtore geführt. In diesen Gitterkreisen liegen außer den festen Beharrungsspannungen
U, die Schaltelemente X, an denen die von den Gleichrichtern Gl, und Gl. erzeugten
Verriegelungsspannungen auftreten.
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Es sei angenommen, daß in der einen Ruhelage das Stromtor S, gezündet
ist und Strom
führt, während das Stromtor S= gelöscht ist. Die an
die eine Diagonale angelegte Spannungsquelle erzeugt dann einen Stromfluß in cler
durch die Pfeile angegebenen Richtung. Durch einen derartig gerichteten Stromfluß
wird das Sperrglied. Spi durchlässig und das Sperrglied Sp_ undurchlässig gemacht.
Der Löschkondensator CL wird ferner in der bezeichneten Polarität aufgeladen.
Ist die Spannung im Gitterkreis des Stromtores S., die sich aus der Beharrungsspannung
U, und der vom Gleichrichter Gli erzeugten Verriegeltingsspannung zusammensetzt,
kleiner als die Zündspannung dieses Stromtores, so kann eine Änderung im Schaltzustand
des Röhrenkipprelais-nicht eintreten. Dies ist vielmehr erst möglich, wenn die Spannungen
im Eingangskreis des Stromtores S2 die Zündspannun- erreichen. Dies ist erst der
Fall, wenn im Gitterkreis der Röhre S" eine zusätzliche Spannung, z. B. die von
einem Zwischenruf des Teilnehmers ß herrührende Sprechspannung oder die aus den
Rückflüssen und den Sprechspannungen gebildete Summenspannung, vorhanden ist. Es
wird dann die Zündung des Stromtores S_ bewirkt, so daß sich der Löschkondensator
CL über die Sperrglieder Spl und Spe und außerdem über die Stromtore S. und
S1 entladen kann. Dieser Entladestrom fließt durch das Stromtor S1 in entgegengesetzter
Richtung wie der in der Figur angedeutete Stromfluß. Er wirkt also der Brennspannung
von S1 entgegen und führt zur Löschung .dieses Stromtores. Dies hat zur Folge, daß
die Kippschaltung außerordentlich schnell in die andere Ruhelage übergeht, wodurch
der die Sperrglieder Spi und Sp. durchfließende Strom seine Richtung umkehrt. Die
Drosselspule D und der Löschkondensator CL
halten die durch den Kippvorgang
erzeugten Stromstöße von der Stromquelle zurück und bewirken gleichzeitig als innere
elektrische Kopplung, d:aß die Schaltung beim Zünden des zweiten Stromtores jeweils
in die andere der Rückflüsse wirkt sich dagegen die Ruhelage kippt. Diese Kopplung
kann, falls erforderlich, besonders im Augenblick des Kippens durch weitere Schaltmittel,
z. ß. Widerstände und Kondensatoren, übertrager, Gleichrichter in den Kathoden-,
Gitter- und Anodenkreisen der Stromtore, fester gemacht werden.
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Da die Unischaltung des Röhrenkipprelais von einem Zustand in den
anderen in dein Augenblick erfolgt, wo die Zündspannung am Gitter des die Umschaltung
bewirkenden Stromtores erreicht ist, erfolgt die Umschaltung beim Zwischensprechen
fast augenblicklich und ist nicht abhängig von der Länge der \achwirkezeit, wie
<lies hei der bekannten Anordnung der Fall ist. Für die Aussperrung der an den
Gliedern X auftretenden und von den Gleichrichtern Gli bzw. Gl.= erzeugten Aussperrspanntingen
aus. Sobald aber durch zusätzliche Spannungen die Zündspannung der Stromtore erreicht
ist, erfolgt augenblicklich die Einleitung des Umschaltevorganges.
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Wie schon erwähnt, ist auch die Größe der die Umschaltung bewirkenden
Spannung für die Geschwindigkeit des Umschaltvorganges unerheblich, solange sie
nur so groß ist, um überhaupt die Zündung zu bewirken. Dies hat zur Folge, daß Ansprech-
und Unterbrechungszeit der Kippschaltung und damit der Pfeifsperre einander gleich,
verhältnismäßig kurz und amplitudenunabhängig sind. Da für die Sperrgliedsteuerungeine
so kurze Umschlagzeit, wie sie mit der Strointorkippschaltung an sich verwirklicht
werden kann, im allgemeinen nicht erwünscht ist, kann die Umsteuerung der Sperrglieder
durch Vergrößerung des Kondensators CL verzögert werden. Die durch die Strointore
hindurchfließenden Ströme sind, nachdem die Zündung einmal erfolgt ist, unabhängig
von der Größe der am Gitter liegenden Spannung. Dies hat zur Folge, daß auch die
durch die Sperrglieder hindurchfließenden Ströme von den Steuerspannungen unabhängig
sind. Die Sperrschaltung gemäß der Erfindung zeichnet sich daher durch eine besonders
stabile, von der .Amplitude der Sprechströme unabhängige Ruhelage aus. Pendelungen
sind daher genau so wie ein Ansteigen des Klirrfaktors bei zunehmenden Steuerspannungsamplituden
ausgeschlossen.
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Die von den Stromtoren gelieferten Ströme sind wesentlich größer als
die Ströme, die sich mit Hochvakuumröhren der gleichen Steuerempfindlichkeit erreichen
lassen. Die Sperrglieder können durch diese Ströme unmittelbar gesteuert werden,
ohne daß die Zwischenschaltung von Verstärkern wie bei den bekannten Röhrenkipprelais
notwendig ist. Ferner wird es ermöglicht, die Sperrglieder an Stellen hohen. Pegels,
d. 11. in den Ausgangskreisen der Verstärker einzuschalten, wie dies aus
Fig.3 ersichtlich ist. Vgl. hierzu die Lage der Sperrglieder bei der bekannten Schaltung
in Fig. r. Da die A1>-zweigpunkte für die Steuerspannungen vor den Sperrgliedern
liegen iuüssen, ergibt sich bei dieser Nilordnung der Sperrglieder die Möglichkeit
auch diese Steuerspannungen Voln Ausgang der Verstärker abzuzweigen, so (laß besondere
Verstärker innerhalb der Steuerkreise normalerweise nicht- notwendig sind. Dies
führt gegenüber bekannten @perrenanordnungen zu einer wesentlichen Verringerung
des Aufwandes. Werden ungeheizte Stromtore verwendet, so erhält inan für die
Steueranordnung
eine außerordentlich einfache und übersichtliche Schaltungsanordnung. Bei der in
Fig. 3 dargestellten Schaltung müssen zur Vermeidung von Fehlsteuerungen die Steuerkreise
der Sperranordnung von den zu den Sperrgliedern führenden Sprechkreisen in den Ausgangskreisen
der Verstärker entkoppelt sein.
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Ein weiterer Vorteil der Schaltung gemäß der Erfindung besteht darin,
daß die in den Verstärkerausgängen vorhandenen großen Spannungen es ermöglichen,
sehr kleine Ansprechpegel zu erreichen, ohne daß es wie bei den Schaltungen mit
Hochvakuumröhren erforderlich ist, die Arbeitspunkte innerhalb des unzuverlässigen
unstabilen, stark gekrümmten Anodenstromgebietes zu wählen.
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Die zur Aussperrung der Rückflüsse dienenden Sperrspannungen sind
den Rückflüssen verhältnismäßig gut proportional, da nur die nicht linearen Eigenschaften
der Trockengleichrichter Gll und Gl= und nicht zusätzlich die von Röhren die Proportionalität
beeinflussen.
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Die Steuerschaltung gemäß der Erfindung; die nicht nur für Pfeifsperren,-sondern
auch für Echosperren mit Zwischensprechmöglichkeit in Zweidraht- oder Vierdrahtübertragungssystemen
und auch für Lautfernsprechanlagen verwendbar ist, kann zur Steuerung von Sperrelementen
verschiedener Ausbildung benutzt werden. Wenn auch in erster Linie Trockengleichrichter
als Sperrglieder verwendet werden dürften, so ist es mit denselben Vorteilen auch
möglich, die Gitterpotentiale der Sprachverstärker oder besonderer Sperr- oder Dämpfungsröhren
mit Hilfe von Röhrenkipprelais gemäß der Erfindung zu verlagern.