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Schaltungsanordnung zur Regelung des Ubertragungspegels für Fernsprechteilnehmerstellen
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Regelung das Übertragungspegels
für Fernsprechteilnehmerstellen mit Zentralbatteriespeis-ung.
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Eine Aufgabei der Erfindung besteht darin, den Übertragungspegel an
den Leitungsklemmen der Fernsprechteilnehmerstelile konstant zu halten.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung des Rückhörens
bei einer Fernsprechteilnehmerstelle, und zwar unabhängig von der Länge der Fernsprechleitung.
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Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, sowohl den Übertragungspegel
an der Fernsprechteilnehmerstelle konstant zu halten als auch einen verhältnismäßig
konstanten: Rückhörausgleich aufrechtzuerhalten, und zwar unabhängig von der Länge
der Fernsprechleitung.
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Allen Aufgaben der Erfindung i)st der Wunsch gemeinsam, den Preis
und den Umfang der Einzelteile einer Fernsprechteilnehmerstelle unter mit Vermeidüng
des Rückhörens und unter Erzielung eines hohen Wirkungsgrades ,als Ausgleich für
die Impedanz der Fernsprechleitung zu verringern. Obgleich es bei einem System möglich
ist, die anfängli.'chen Kosten durch Anwendung gewisser Verbesserungen lediglich
an den Stellen, wo sie am meisten erforderlich sind, zu verringern, ergeben sich
zahlreiche Vorteile bei- der Planung, Herstellung und Installation, wenn universell
verwendbare Geräte vorliegen. Bei einem universell verwendbaren
Gerät
werden die Kosten pro Einheit wichtiger. Wenn man sich vor Augen hält, daß bei einem
umfangreichen Telefonsystem mehrere Millionen Telefongeräte in einem Jahr hergestellt
und installiert werden, erkennt man die Wichtigkeit selbst kleiner Einsparungen
pro Gerät.
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Obgleich Rückhören in weiterem Sinne in der Telefontechnik -alle Energiekomponenten
umfaßt, die einen Ton am Ohr -des Sprechenden infolge seiner eigenem Sprache hervorbringen,
ist mit dem hier genannten Rückhören nur die Komponente der Sprache des Sprechenden
gemeint, die über die Fernsprech.apparatschalturng vom Mikrophon zum Fernhörer elektrisch
gekoppelt ist, wenn der Teilnehmer spricht.
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Fernsprechteilnehmerstellen sind im allgemeinen durch Übertragungsleitungen
miteinander vertun-. den, die entweder zu einem Zentralamt oder zu einem anderen
Fernsprechamt führen, z. B. zu einem privaten Nebenamt. Bei einem Zentralbatteriesy
stein wird der Gleichstrom vom Zentralamt oder Fernsprechamt über die Verhindungsleitungen.an
die Ferusprechtei.lnehmerstellegeliefert. Im allgemeinen sind die Abstände der Teilnehmer
vom Zentralamt oder Fernsprechamt !sehr verschieden. Dementsprechend sind bei "
Ver wendung eines universellen Fernsprechgeräts die Pegel der von den Teilnehmern,
abgegebenen und aufgenommenen Signale sehr verschieden, wenn nicht Mittel für die
Kompensation der Unterschiede der Fernsprechleitungslängen verwendet werden. Wenn
in der Fernsprechapparatschaltün.g eine Rückhördämpfungssch:altung vorgesehen ist,
ergibt dieSchaltungsanordnung zum Ausgleich (des Rückhörens einen optimalen Ausgleich
nur für einen einzigen Wert der Fernsprechleitun:gsimpedanz. wenn nicht Kompensationsmittel
vorgesehen werden.
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Der Erfinder hat gefunden, daß ein Konstanthalten bei Fernsprechapparatschaltungen
dadurch erreicht wenden kann, daß Bein stromabhängiger Widerstand an die Leitungsklemmen
.der Teilnehmerstelle :angeschlossen wird. Wenn sich die Fernsprechleitungslänge
und damit die Leitungsimpedanz ändert, ändert sich auch der durch die Fernsprechleitung
fließende Gleichstrom. Wenn der stromabhängige Widerstand einen geeigneten Grad
an. Nichtlinearität besitzt, werden der ankommende und der abgehende Pegel an den
Klemmen der Fernsprechapparatschaltung im wesentlichen konstant gehalten, wenn man
konstante Eingangswerte an den Mikrophonen. annimmt.
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Ein veränderlicher Widerstand parallel zur Fernsprechapparatschaltung
bedeutet eine zusätzliche Erschwerung für den Rückhörausgleich, da die Impedanz
der Fernsprechleitung; von den Leitungsklemmen her betrachtet, sich über einen größeren
Bereich ändert als ohne den veränderlichen Widerstand. Jedoch hat der Erfinder gefunden,
daß diese zusätzliche Erschwerung dadurch gemildert wird, daß zusammen mit dem Konstanthaltekreis
ein veränderlicher Leitungsausgleich verwendet wird, z. B. eine Schaltung mit einem
zweiten stromabhängigere Widerstand. Wenn dieser zweite stromabhängige Widerstand-ebenfalls
auf den Gleichstrom der Fernsprechleitung anspricht und wenn er ebenfalls den geeigneten
Grad an Nichtlinearität besitzt, wird der Rückhörpegel unabhängig von der Länge
der Fernsprechleitung niedrig gehalten. Bei der beschriebenen Kombination wird es
unnötig, in den Leitungsausgleich Induktivitäten einzuschalten, die sonst notwendig
sein- würden, um dem induktiven Verhalten verhältnismäßig kurzer Fernsprechleitungen
entgegenzuwirken, die eine niedrige Impedanz haben und vorherrschend ohmisch und
nicht induktiiW erscheinen. Das Weglassen dieser Induktivität erlaubt eine erhebliche
Einsparung sowohl an Kosten als auch an Aufwand.
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Nichtlineare oder stromabhängige Widerstände, die bei den unten beschriebenen
Schaltungen angewandt werden, sind allgemein bekannt.
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Aufgaben und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden,
ins einzelne gehenden Erläuterung und den Zeichnungen.
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Fig. i ist eine vereinfachte schematische Zeichnung einer . Ferns.prechteilnehmerstelle,
welche die Prinzipien der Erfindung verkörpert; Fig.2"stellt eine vollständigere
Schaltung dar, die der vereinfachten, Schaltung nach Fig. i ähnlich ist.
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In Fig. i ist eine Fernsprechteilnehmerstelle mit Anordnungen zum
Vermeiden des Rückhörens an ein Zentralamt oder .an ein anderes Fernsprechamt i
i über eine Telefonleitung i 2 angeschlossen.
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Für -die Erläuterung ist es ausreichend, im Zentralamt oder Fernsprechamt
nur die zentrale Gleichstromversorgung darzustellen, die- aus der Batterie 13 und
den Batteriespulen 14 besteht. Die Fernsprechapparatschaltung enthält ein Mikrophon
15 und einen Fernhörer 16, die in Rückhördämpfungsschaltunig miteinander verbunden
sind, und zwar durch die drei Wicklungen 17, 18 und icg der Induktionsspule, deren
Windungsverhältnisse geeignet gewählt und die geeignet gepolt sind.
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Die verschiedenen Fernsprechapparate, die an ein vorhandenes Zentralamt
angeschlossen sind, besitzen gewöhnlich verschiedene Abstände vom Amt, so -daß Wijderstand,
Induktivität und Kapazität der Teilnehmerfernsprechleitung sich von Teilnehmer zu
Teilnehmer ändern können und es normalerweise auch tun. Unter Fernsprechleitung
ist hier der Verbindungsweg verstanden, der die Fernsprech.apparatschaltung io,
die Übertragungsleitung ii und das Zentralamt 12 enthält. Wenn keine Kompensationsmittel
verwendet werden, wären die Übertragungspegel, d. h. der ankommende und der abgegebene
Pegel, an den Leitungsklemmen 2o der Fernsprechapparatschaltung groß bei kurzen
Fernsprechleitungen und klein bei langen Fernsprechleitungen. Du die Fernsprechappäratschaltung
als Einrichtung mit hohem Wirkungsgrad entworfen ist, um auch bei längeren Fernsprechleitungen
die Signalre klar aufnehmen zu können, kann der Amplitudeupegel am Fernhörer bei
kurzen Fernsprechleitungen unerwünscht groß werden.
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Nach einem ersten Prinzip der Erfindung ist an die Fernsprechleitung
i2 an den Leitungsklemmen
2o der Fernsprechapparatschaltung ein
stromabhängiger Widerstand ai in Reihe mit einem Widerstand 22 antigeschlossen.
Der nichtlineare Widerstand 2 1 hat vorzugsweise eine solche Widerstandskennlinie,
d`aß :der Übertragungspegel an den Leitungsklemmen der Fernsprechapparatschaltung
unabhängig von , der Impedanz der Teilnehmerfernsprechleitung leidlich konstant
ist. Bekanntlich ändert sich der Wirkungsgrad .des Mikrophons 15, d. h. d!er Wirli:ungsgrad
der Schaltung im Gegensatz zum elektroakustischen Wirkungsgrad, mit dem durchfließenden
Gleichstrom. Da das nichtlineare Element 21 einen Nebenschluß mit veränderlichen
Stromstärken für das Mikrophon 15 bildet, ist in Reihe mit dem Mikrophon ein Widerstand
23 geschaltet, um die Änderung des Wirkungsgrads in Prozent niedrig zu halten. Die
an den Leitungs-I:1°mmen 2o der Fernsprechapparatschaltung bei kurzen Fernsprechl;ei-tungen
entstehende niedrige VGTechselstrom-impedaniz vermindert die übertragene Leistung
auf kurzen Fernsprechleitungen und verringert außerdem -den ankommenden Leistungspegel
am Gerät, wenn das stromabhängige Elem-ent2i den gewünschten Koeffizienten besitzt.
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Das, parallel liegende Element ai zum Konstanthalten kann irgendein
nichtlinearer Widerstand sein, der eine solche Kennlinie hat, daß der Übertragungspegel
an den Leitungsklemmen konstant bleibt. Ein zusätzliches Merkmal ergibt sieh aus
der Verwendung eines nichtlinearen Widerstands, z. B. aus Sil!iciumkarb:iid, dessen
Strom-Spannungs-Kennlin.ie einem Potenzgesetz folgt, da die Wechselstromimped:anz
eines solchen Elements ein Bruchteil des Gleichstromwiderstands ist, insbesondere
ein Bruchteil in der Potenz.
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Zum Beispiel hat ein typischer Siliciumkarbidwiderstand in seinem
nichtohmischen Bereich eine solche Kennlinie, daß der Strom sich' mit der vierten
Potenz der angelegten Spannung ändert. In diesem Bereich beträgt die Wechsieils.tromimp,e.danz
den vierten Teil des Gleichstromwiderstands, wobei sich das Merkmal ergibt, daß
verhältnismäßig geringe Gleichströme von der Leitung abgeleitet werden müssen, um
die gewünschte Wechselstromimpedanz zu erhalten. Kupfe!roxydwi.der,stände können
mit einem viel höheren Grad von Nichtlinearitäthergestellt werden. Es ist bei ihnen
jedoch erforderlich, wegen ihrer Gleichrichtereigenschaft zwei Einheiten zu verwenden,
die entgegengesetzt gepolt sind. Verfahren.zurHersteLlungvonSiliciumkarbid-,viderständen,
die für die Elemente 21 und/oder 24 geeignet-, Kennlinien aufweisen, sind beraits
bekannt.
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Die Änderung der Impedanz an den Leitungsklemmen bringt eine zusätzliche
Erschwerung für die Rückhörd mpfung. Mit anderen Worten, der Rückhörausgleich ist
bei einer Konstanthaltungseiiirichturng weniger @virkungsvoll als ohne diese Einrichtung.
Weiterhin sind die Anforderungen an den Rückhörausgleich bei der vorliegenden Schaltung
größer als z. B. bei den bereits bekannten. Schaltungen, bei denen sowohl zum Mikrophon
als auch zum Hörer ii:ichtli.neare Widerstände parallel geschaltet sind, da bei
diesen: Schaltungen der Wirkungsgrad des Hörers un;d des Mikrophons und damit der
Rückhörpegel durch die parallel liegenden niedrigen Impiedanzen bei kürzeren Fernsprechleitungen.
kleiner ist.
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Nach :einem anderen Prinzip der Erfindung ist zusammen mit dem parallel
liegenden Konstanthaltungskreis ein veränderlicher Ausgleich für die Leitung vorgesehen,
der aus .dem stromabhängigen Widerstand: a4. und :dem Kondensator 25 besteht,. Das
Schaltelement 24 kann z. B. durch einen symmetrischen; Widerstand, älinl.ich demSchalt,elem@ent2i,
gebildet werden.. Es kann auch aus irgendeiner anderen geeigneten Stromabhängigen
Einrichtung bestehen. Wenn Kupferoxydwiderstände verwendet werden, sind, wiee oben
erwähnt, infolge der Gleichrichtereigenschaft zwei Einheliten erforderlich. Um den
Impedan.zbereich, in dem der Rückhörausgleich arbeiten soll, zu umfas,sen, hat es
sich als notwendig herausgestellt, mehrere Kupferoxydeinheiten hin.terein:anderzuschalten,
was den Umfang und den Preis des Schaltelements weiter erhöht. Siliciumkarbdd andererseits
kann als einfache Scheibe hergestellt werden, die nicht nur im gewünschten Impedanzbereich
arbeitet, sondern auch den geeigneten Grad an Nichtlinearität aufweist. Es@ kann
z. B. vorkommen, daß :das Schaltelement 24 einen zu hohen Grad an; Nichtlinearitüt
aufweist, d. h. der Widerstand kann zu schnell mit wachsender Spannung steigen.
Dann kann aber ein Widerstand 26 parallel zum Hörer 16 und zur Wicklung i9 geschaltet
werden, wobei der Grad der Nichtl;inearität wirkungsvoll verändert wird. Ferner
wird der Kondensator 27, der zum Fernhalten des Gleichstroms vom Hörer vorgesehen
ist, so angeschlossen werden, daß der Widerstanid 26 gegen den Gleichstrom isoliert
ist, um unerwünschte Gleichstromleistungsverluste zu vermeiden.
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Aus der Fig. i ist ersichtlich, da,ß es zur Vermeidung des Rückhörens
im hier verwandten Sinn erforderlich ist, daß der Strom im Hörer 16 in b ,ezug auf
die Energie des Mikrophons 15 Null ist. Dies bedeutet, daß die in der Wicklung i9
in, duzierte Spannung gleich und entgegengesetzt der Spannung vom Punkt 2;8 zum
Punkt 29 für die vom Mikrophon 15 ausgehende Energie ist. Der Leitungsausgleich
ist vorgesehen, um das-Gleichgewicht unabhängig von der Impedanz der Fernsprechleitung
aufrechtzuerhalten. Es, wirkt in der Tat der Fernsprechleitungsimpedanz entgegen.
Wenn der Widerstand. der Fernsprechleitung wächst und der Strom in der Fernsprechleitung
abnimmt, wird der Widerstand des Schaltelements 24 größer. Wenn dieser einen geeigneten
Grad an Nichtlinearität aufweist, wird das. richtige Widerstandsgleichgewicht aufrechterhalten.
Bekanntlich besitzen kurze Fernsprechleitungen eine Blindkamponeute, die hauptsächlich
induktiv ist. Diese induktive Komponente ist bei Fernsprechappara.tschaltungen bisheriger
Art mit niedrigem Wirkungsgrad nicht besonders unangenehm, da die An.-forderungen
an den Rü:clchörausgleicli bei diesen
Schaltungen nicht so hoch
sind. Jedoch sind bei Geräten mit höherem Wirkungsgrad die Anforderungen, an den
Rückhörausgleich entsprechend höher. Bisher hat es sich oftmals als wünschenswert
herausgestellt, eine Indüktivität in den Leitungsausgleich einzuschalten., um diese
Komponente zu kompensieren, damit das gute Gleichgewicht auch bei kurzen Fernsprechleitungen
aufrechterhalten wird. Bei der vorliegendenSchaltungist jedoch eine Induktivität
im Leitungsausgleich nicht notwendig, da das, Schaltelement 21 bei kurzen Fernsprechleitungen
einen: Ne#benschluß zur Leitung mit niedrigem Widerstand darstellt und die induktive
Wirkung im wesentlichen eliminiert. Eine umfangreiche und verhältnismäßig teuere:
Induktivität ist daher unnötig geworden. Bei längeren Fernsprechleitungen ist- die-,
Blindkomponente, kapazitiv. Da das Schaltelement 21 dabei eine hohe Impedanz darstellt,
ist. ein Kondensator 25 im Leitungsausgleich eingeschaltet, um dieser Kapazität
entgegenzuwirken und das Gleichgewicht bei längeren Fernsprechleitungen- aufrechtzuerhalten.
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Eine Schaltung mit mehr Einzelheiten, welche die Prinzipien der Erfindung
verkörpert, ist in. Fig. 2 dargestellt. Zusätzlich zu den bei Fig. i beschriebenen
Schaltelementen, die in Fig.2 iii gleicher Weise beziffert sind, ist an die Leitung
in .der Nähe der Eingangsklemmen ein Wecker 30 ih Reihe mit einem Kondensator
3 i angeschlossen. In beiden, Leitungen .sind Schaltkontakte 32 vorgesehen. Ein
weiterer Schaltkontakt 33 befindet sich parallel zum Hörer 16. In bekannter Weise
sind die Schaltkontakte 32 normalerweise offen, während ,der Scliältkontakt33 -im
Normalzustand geschlossen ist, wobei! der Hörer überbrückt ist. Wenn der Hörer von
der Gabel abgenommen wird, werden z. B. zuerst die Kontakte 32 geschlossen und dann
der Kontakt 33 geöffnet. Wenn, der Hörer wieder auf die Gabel aufgelegt wird, wird
der Hörer 16 zuerst durch Schließen. des Kontakts 33 kurzgeschlossen, dann werden
die Leitungskontakte 32 geöffnet. Der Kontakt 34 stellt den normalerweise geschlossenen,
Wählscheibennimpulskontakt nsi dar, der durch Betätigung der Wählscheibe geöffnet
und geschlossen wird, um Wahlimpulse zum Zentralamt zu geben. Der Hörer wird durch
den Wählscheibenruhekontakt nsa 35 kurzgeschlossen, wenn die Wählscheibe
aus ihrer normalen Ruhelage gebracht. ist. Die mechanischen Mittel, mit denen die
Kontakt--- 32, 33, 34 und 35 betätigt werden, sind in der Technik bekannt.
Ihre Darstellung im einzelnen: wird für die vorliegende Erläuterung nicht für notwendig
gehalten. Der Kondensator 36 und der Widerstand 2a bilden einen Filter an den Wählscheibenimpulskontakten.
Die übrigen Teile der Schaltung sind, obschon etwas anders elektrisch im wesentlichen
die gleichen wie bei der Schaltung der Fig. i.
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Obgleich die Erfindung an Hand besonderer Ausführungsbeispiele beschrieben
wurde, werden von ihr zahlreiche andere Ausführungsformen und Abänderungen: erfaßt.
Sie werden dem mit dem Stand der Technik vertrauten Fachmann leicht einfallen.