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Vorrichtung zum Empfang und zur Weitergabe der Rufsignale in Fernsprechleitungen
mit Zwischenverstärkerstationen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum Empfang und zur Weitergabe der niederfrequenten (25 :bis 5o Hertz) Rufzeichen
in Fernsprechleitungen mitZwischenverstärkerstationen. Die Übertragung 'von niederfrequenten
Rufströmen längs einer Fernsprechleitung bietet zahlreiche Schwierigkeiten, von
denen u. a. folgende zu nennen sind: z. Die zur Verstärkung von Sprechströmen, d.
h. von Strömen, deren Frequenzen zwischen 300 und rooo Hertz liegen, ausgebildeten
Zwischenverstärker sind weder in der Lage, niederfrequente Rufströme von etwa 2o
bis So Hertz zu verstärken noch zu übertragen, falls sie nicht mit Umformern und
Spezialfiltern ausgerüstet sind, wodurch diese Verstärker sehr teuer und umfangreich
werden würden.
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2. Während die Spannung der Sprechströme von der Größenordnung vön
einem Volt ist, ändert sich die Spannung der Rufströme von ro bis 6o Volt; so daß
im Falle, wo man diese Rufströme durch .die Verstärkerröhren der Zwischenverstärker
übertragen wollte, letztere gesättigt und rasch zerstört werden würden, falls man
nicht umständliche und kostspielige Vorrichtungen vorsieht, die es gestatten, gefahrlos
so hohe Spannungen zu verstärken.
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So hat man bereits vorgeschlagen, als Rufstrom einen Strom von Tonfrequenz;
beispielsweise von 5oo Hertz, zu benutzen, der mit 2o Hertz moduliert ist, derart,
daß er durch die Zwischenverstärker übertragen werden kann. An jedem Ende der Leitung
ordnet man in diesem Falle einen besonderen Umsetzer, einen sogenannten Tänfrequenzumsetzer,
an, dessen Aufgabe darin besteht, eine Frequenz von 25 Hertz zu senden, wenn er
einen Rufstrom von 5oo Hertz, der mit 2o Hertz moduliert ist, empfängt, oder umgekehrt.
Diese
Vorrichtung, die vom Verstärker der Fernsprechleitung vollständig unabhängig ist,
ist recht umnständlich und teuer, und man benutzt sie nur bei langen Leitungen,
die mehrere Zwischenverstärkerenthalten, durch welche der Strom hindurchgehen muß.
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Eine andere bekannte Lösung besteht darin, daß ,der niederfrequente
Rufstrom am Eintritt in jede Verstärkerstation unter Umgehung der Sprechstromverstärkerröhren
zu einer Weitergabevorrichtung umgeleitet wird, die eigene Verstärker und gegebenenfalls
eigene Gleichrichter enthält, die völlig von den Organen der eigentlichen Zwischenverstärker
unabhängig sind. Diese Weitergabe-Z, orrichtungen enthalten im allgemeinen schwingende,
mechanisch auf die Frequenz des Rufstromes abgestimmte Systeme oder auch Gleichstromsteuerrelais,
die durch den gleichgerichteten Rufstrom betätigt werden und Rufstromerzeuger steuern,
welche diesen Strom auf die folgende Station übertragen.
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Diese beiden Lösungen bieten den Nachteil, d.aß sie besondere Umsetzer
und Zeichengeber erfordern, die von dem eigentlichen Verstärkerkreis der Fernsprechleitung
völlig unabhängig sind.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist, alle vorstehenden Nachteile
zu vermeiden; dies wird dadurch erreicht, daß die niederfrequenten Rufspannungen
unmittelbar oder nach Gleichrichtung auf das Gitter der Verstärkerröhre für die
Sprechströme einwirken und durch Beeinflussung der Gleichstromkomponente des Anodenstromes
dieser Röhre das in ihrem Anodenkreis liegende SteuerreIais auslösen.
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Wird die Rufspannung unmittelbar @in das Gitter der V erstärkerröhre
angelegt, so findet die Gleichrichtung der niederfrequenten Rufspannung in der Verstärkerröhre
statt, während er letzteren eine Schutzvorrichtung zur selbsttätigen Amplitudenhegrenzun.g
der an das Gitter angelegten Rufspannungen vorgeschaltet wird. Wird dagegen die
Rufspannung nach erfolgter Gleichrichtung an das Gitter der Verstärkerröhre angelegt,
so wird sie in solcher Weise zur Wirkung auf die Vorspannung des Gitters gebracht,
daß der Anodenstrom abnimmt, wenn die gleichgerichtete Spannung zunimmt.
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Auf diese Weise vermeidet man zugleich die Nachteile, die einerseits
mit den besonderen. die Übertragung der Niederfrequenz durch den Fernsprechverstärker
gestattenden Vorrichtungen und andererseits mit den besonderen Zeichengebern oder
Umsetzern verbunden sind, die im Nebenschluß an den Zwischenverstärker angeschlossen
sind.
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Außerdem bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung folgende Vorteile:
Auf der Fernsprechleitung wird jegliche Abzweigung vermieden, die eine Schwächung
oder eine Erzeugung von Schwingungen in dem Zwischenverstärker dadurch hervorrufen
könnte, daß Gleichgewichtsstörungen der Impedanzen entstehen.
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Es wird ferner ein sehr einfaches Gesamtsystem zur Verstärkung der
Sprechströme und Weitergabe der Rufströme benutzt, woraus sich eine ; rhebliche
Ersparnis an Anlagekosten soirie eine Verminderung des Raumbedarfs ergibt.
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Endlich wird eine große Sicherheit der Wirkungsweise erreicht.
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Beispielshalber werden nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnungen
mehrere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.
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Fig. i zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung
Fig. 2, 3 und .4 zeigen Abwandlungen der Schutzeinrichtung des Verstärkers: Fig.5
zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform; Fig.6 zeigt eine Abwandlung der Vorrichtung
gemäß Fig. 5; Fig.7 und 8 zeigen vollständige Schaltschemata einer Verstärkerstation
mit zwei Drähten, die mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen ausgerüstet ist.
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Bei der in Fig. i gezeigten NTorrichtung werden durch die Leitung
L die ankommenden Rufzeichen ebenso wie die Sprechströme durch den Spannungsteiler
i und den Vortransformator 2 auf das Gitter des Verstärkers 3 übertragen, in dessen
Anodenkreis einerseits ein Nachübertrager 4 und andererseits ein Gleichstromrelais
5 liegen, welch letzteres die Verbindung des Rufstromerzeugers mit der Leitung I_'
steuert und dessen Wicklung mit starker Selbstinduktion als eine Drosselspule für
die Sprechfrequenzen wirkt, die durch den Kondensator 6 zur Erde abgeleitet werden;
auf diese Weise wird die Z'erwendung einer besonderen Drosselspule oder einer Spulenkette
vermieden.
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Die verhältnismäßig erhebliche Spannung des Rufzeichens, welche an
cla:: Gitter des Verstärkers gelangt, bewirkt infolge der üblichen negativen Vorspannung
des Gitters eine Gleichrichtung am unteren Knie der Charakteristik der Röhre und
entsprechen;l eine Steigerung der Gleichstromkomponente des Anodenstroms, was zur
Folge hat, daß das Relais 5 in Tätigkeit tritt, welches die Übertragung des Rufzeichens
auf die Leitung steuert.
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Sollte itn Gegenteil wegen einer weniger negativen Vorspannung des
Gitters der Röhre 3 die Gleichrichtung der Rufspannung am oberen Knie der Charakteristik
stattfnden,
so wird das Relais 5 so angeordnet, um bei einer Abnahme
der Gleichstromkomponente des Anodenstromes die Verbindung des Rufstromerzeugers
mit der Leitung L' zu bewirken.
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Um die Verstärkerröhre 3 gegen die Beschädigung@n zu schützen, welche
die Rufspannungen, die erheblich höher als die Sprechspannungen sind, in der Röhre
hervorrufen können, ist die Vorrichtung mit einer selbsttätigen Schutzvorrichtung
versehen, die beispielsweise mit einem Netz gebildet werden kann, das aus entsprechend
polarisierten Gleichrichtern, z. B. Metalloxydgleichrichtern, besteht, .die in den
Pr.i@märkreis des Vortransformators a in der Weise geschaltet sind, daß die durch
dieses Netz bewirkte Schwächung mit der angelegten Spannung wächst, wenn diese Spannung
einen gegebenen Grenzwert überschreitet. Bei .dem Beispiel der Fi.g. i enthält dieses
Netz drei Trocken-(.Metalloxy d-) Gleichrichter 7, 7' und 8, die mittels eines in
den Anodenkreis der Röhre 3 eingeschalteten Widerstandes 9 polarisiert werden; der
Primärkreis des Transformators ist :dabei in seiner Mitte durch einen Kondensator
io unterbrochen, um den Durchgang des Gleichstroms zu verhindern. Das Ende einer
Hälfte dieser Primärwicklung ist mit einem Punkt i i des Polarisationswiderstands
9 verbunden, während das Ende der anderen Hälfte über eitlen Widerstand 12
ge-
erdet ist.
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Die Wirkungsweise dieser selbsttätigen Schutzvorrichtung geht aus
folgendem hervor: eine Trockengleichrichterzellebildet einen Widerstand, der je-
nach Richtung und Stärke des sie durchfließenden Stromes zwei @bestimmte verschiedene
Werte annimmt. Bei einer gegebenen Richtung des Stromes, der sog. positiven oder
Durchlaßrichtung ist der Widerstand der Zelle von einem bestimmten Grenzwert des
Stromes ab gering und ändert sich wenig, wenn der Strom anwächst. h@immt der Strom,
ausgehend von diesem Grenzwert, ab, so steigt der Widerstand plötzlich an und erreicht,
wenn der Strom verschwindend klein wird, einen hohen Wert, den er # auch unverändert
.behält bei einem in umgekehrter (negativer) Richtung durch die Zelle fließenden
Strom (Rückstrom). Diese Widerstandsänderung erklärt nämlich die Gleichrichtung
eines Wechselstromes durch eine Zelle dieser Art. Wird nun einem die Zelle durchfließenden
Wechselstrom I," ein Gleichstrom Ig überlagert, so daß,die Zelle von einem Strom
Ig -I- I," durchflossen wird,- so wird der Widerstand der Zelle offensichtlich gering,
solange I° -I- I", positiv ist, und hoch. bei negativen Werten von Ig -f- h". In
Fzg. i verhalten sich die Zellen y und 8 wie ein geringer Widerstand und die Zelle
7' dagegen wie ein sehr hoher Widerstand. Das Netz übt also auf den Stromkreis praktisch
keine Dämpfung aus, solange die angelegte Wechselspannung gering ist. Wenn aber
der Anodenstrom des Verstärkers 3 und demnach der Spannungsabfall im Widerstand
9 zufolge der .ankommenden Rufsignale zunimmt, so wird an das Gl.eichrichternetz
;, ;', 8 eine durch die Röhre 3 gleichgerichtete Spannung angelegt. Erreicht diese
Spannung einen Wert, bei dem eine Änderung des Vorzeichens des die Zellen durchfließenden.
Stromes I, -f- I," stattfindet, so geht der Widerstand der Zellen 7 und 8 auf den
höchsten Wert und derjenige der Zelle 7' auf dien niedrigen Wert über, so daß das
Netz eine starke Dämpfung ausüben und die Röhre gegen jede gefährliche Überspannung
schützen wird.
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Die Fig. z bis 4. zeigen Abwandlungen dieser Schutzeinrichtung mit
einer symmetrischen Schaltung von zwei Gruppen von Zellen 7 und 8, die durch eine
Batterie 13 derart polarisiert werden, daß die Zellen einer Gruppe einen kleinen
Scheinwiderstand und die Zellen der anderen Gruppe einen großen Scheinwiderstand
aufweisen. Solange der in den Zellen der ersten Gruppe durch die am Eintritt in
das Netz angelegte Spannun-erzeugte Strom schwächer als der Polarisationsstrom :ist,
ruft jenes Netz in denn ganzen Kreis nur diejenige Schwächung hervor, welche auf
die Impedanzen der Zellen 7 und 8 zurückzuführen ist. Sobald die angelegte Spannung
genügend wächst, wird idie Wirkung der Polarisation zerstört und lediglach lein
kleiner Teil der Energie von dem Gittertransformator aufgenommen. Die Grenze, von
der an :die Schwächung des Netzes sich ändern soll, kann durch die Stärke des Polarisationsstromes
eingestellt werden.
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Bei .der zweiten Ausführungsform der Erfindung, :die in Fig.5 dargestellt
ist, wird der Rufstrom beispielsweise mittels eines Filters 14 vorn Telefonstrom
abgetrennt und in einem Kreis 15 gleichgerichtet, der mit den Klemmen dieses Filters
verbunden ist und beispielsweise zwei in Brückenschaltung angeordnete Gleichrichterzellen
enthält. Der in dieser Weise gleichgerichtete Strom wird zur Polarisation des Gitters
des Verstärkers 3 mittels eines Widerstands 16 benutzt, und zwar erfolgt dies vorzugsweise
in einem Sinn, @daß das Auftreten des Rufstromes eine Verkleinerung der Gleichstroriikomponente
des Anodenstromes des Rohres 3 hervorruft; diese negative Änderung .des Anodenstromes
führt dabei das das Rufzeichen auslösende Relais 5 in die Ruhelage zurück.-- Auf
diese
Weise wird jegliche Gefahr einer Zerstörung der Verstärkerröhren
durch eine zu starke Rufspannung selbsttätig ausgeschaltet.
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Bei einer Anordnung, in welcher nur eine 5 Detektorröhre -benutzt
wird, werden die Zellen in Gier Weise angeordnet, daß die gleichgerichtete Spannung
des Signals eine Verstärkung des Anodenstromes hervorruft.
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Fig.6 zeigt ein Schema, das sich etwas von den vorhergehenden unterscheidet,
indem die Polarisationsspannung der Röhre durch eine Spannungsteilerschaltung geliefert
wird, die sich aus einer Gruppe von Gleichrichterzellen 15 und einem Widerstand
16 zusammensetzt. Durch Anlegung einer Spannung in das Gleichrichtersystein wird
die Größe seines Widerstandes im Verhältnis der direkten und umgekehrten Widerstände
der Zellen geändert. Die in das Gitter eingelegte Polarisationsspannung nimmt einen
zweiten Wert an, der den Anodenstrom der Röhre 3 :beeinfluß t.
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Fig.7 zeigt die vollständige Schaltung einer Zweidrahtverstärkerstation,
wobei die Ankunftsleitung L in an sich bekannter Weise mit einem Ausgleichstransformator
17, einer Leitungsnachbildung 18, einem Anpaßfilter 14 und einem Spannungsteiler
i versehen ist, der über den Transformator 2 den Verstärker 3 speist, dessen Anodenkreis
mit dem Ausgleichstransformator 17' der Ausgangsleitung L' gehoppelt ist, in der
die entsprechenden Schaltelemente i g', T4', 1', 2', 3' vorgesehen sind.
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Die beiden Verstärker 3 und 3' sind mit der in Fig. i gezeigten Vorrichtung
ausgerüstet, insbesondere mit den- Netzen zur selbsttätigen Tonstärkekontrolle 7,
7', 8, 8' und den Gleichstromrelais 5 und 5', die in Form von Differentialrelais
ausgebildet sind, welche normalerweise angezogen sind und im Augenblick des Empfangs
des Rufstroms in die Ruhelage kommen.
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Durch das Arbeiten der Relais 5, 5' werden zwei weitere Relais ig,
ig' in die Ruhelage -zurückgeführt, welche folgende Vorgänge steuern: einerseits
unterbrechen sie durch ihre Anker 2o, 21 und 20', 21' die Ankunftsleitungen
L, L' der Verstärker, um sie mit den Leitern 22, 22' zu verbinden, andererseits
setzen sie durch ihre Anker 23, 23' das Relais 24 in Tätigkeit, dessen Anker 25
die Verbindung zwischen den Klemmen 26 des Generators für den Rufstrom und den Leitern
2a; 22' herstellen sowie infolgedessen auch mit der einen oder der anderen
Leitung L. L'.
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Wenn infolge Versagens der einen Speisespannung oder Unterbrechung
eines Leiters die zwei Relais 5, 5' beide abfallen oder wenn infolge des Einsetzens
von Schwingungen das Relais 27 angezogen wird, so tretet die Relais ig, ig' ebenfalls
alle beide in Tätig keit, was zur Folge hat, daß unmittelbar dii Leitungen L, L'
durch die Leiter 22, 22' un tereinander verbunden werden, so daß diE Gespräche ohne
Verstärkung ausgetauscht werden können.
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Gleichzeitig wird eine Erdung durch die Kontakte 2g und 2g' auf einem
Alarmkren: 28 hergestellt.
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Fig.8 zeigt die vollständige Schaltung einer Zweidrahtverstärkerstation,
deren Verstärker 3 und 3' mit einer analog der in Fig. $ gezeigten Anordnung ausgebildeten
Vorrichtung, insbesondere mit einem Bandfilter und mit einer Gleichrlchters@chaltung,
versehen sind. Die im Nebenschluß zu den Spulen 14 mit gegenseitiger Induktion und
mit vier Wicklungen angeschlossenen Kapazitäten machen die Anordnung zu einem Tiefpaß.
Die in Reihe zwischen den beiden Elementen der Selbstinduktionsspule angeordnete
Kapazität bildet mit diesen Spulen einen Resonanzkreis für die Ruffrequenz. Die
an den Klemmen der Kapazität abgenommene Spannung ist um so größer, je größer die
Selbstinduktionsspule ist. Die Empfindlichkeit des Systems, kann also bequem sehr
groß gemacht werden. Die mit dem Gleichrichtersystem in Reihe geschaltete Kapazität
isoliert den Leitungskreis von dem Polarisationskrens für den Gleichstrom. Eine
schwache, an den Klemmen des Filters angelegte Rufspannung wird auf diese Weise
erhebl.ich durch Resonanz verstärkt, dann gleichgerichtet und an das Gitter der
Röhre 3 oder 3' angelegt. Die Polarisation dieser Röhren ruht dabei aus, um den
Arbeitspunkt dieser Röhren auf ihrer Charakteristik zu verschieben und den Anodenstrom
aufzuheben. Die Kontakte der Relais 5 und 5', die normalerweise geschlossen sind,
setzen die Relais ig und ig' in Tätigkeit. Die Vorgänge der Übertragung erfolgen
darauf in der an Hand er Fig. 7 gezeigten Weise. -