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Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung, insbesondere für Zeitmultiplex-Vermittlungssysteme
In verschiedenen Gebieten der modernen Elektrotechnik werden Schaltungsanordnungen zur impulsweisen Energieübertragung benötigt. Hiebei wird in der Regel die Energie von einem mit einemQuerkondensator versehenen Anschluss zu einem andern ebenfalls mit einemQuerkondensator versehenen Anschluss übertragen. Derartige Schaltungsanordnungen werden z. B. als Bestandteilevon Impulsgeneratoren benötigt.
Von grosser Bedeutung sind derartige Schaltungsanordnungen auch in der Vermittlungstechnik, u. zw. insbesondere als Bestandteile von Zeitmultiplex-Vermittlungssystemen, wo sie für die Verbindung von Leitungsabschnitten benutzt werden. Auch in der Übertragungstechnik sind derartige Schaltungsanordnungen von Bedeutung. So sind sie in einer Übertragungseinrichtung für Mehrkanalprogramme für Rundfunkzwecke benutzbar, wo sie die zu zwei verschiedenen Stereo-Kanälen gehörenden Signale richtig an die betreffenden Leitungsabschnitte verteilen.
Um Verluste bei den vorstehend erw ähnten Schaltungsanordnungen bei der Energieübertragung zu vermeiden, ist dort zwischen die Querkondensatoren eine mit Induktivität behaftete Längsspule eingefügt.
Der Übertragungsweg zwischen zwei Querkondensatoren wird mit Hilfe von Schaltern jeweils für eine bestimmte Zeitspanne geschlossen, während der die gesamte auf einem Querkondensator befindliche Ladung durch eine Halbschwingung mit der Resonanzfrequenz des dabei gebildeten Schwingkreises in den andern Querkondensator übertragen wird. Dies stellt zugleich die angestrebte Energieübertragung dar.
Damit bei diesen bekannten Schaltungsanordnungen die beabsichtigten impulsweisen Energieübertragungen in der beabsichtigter Weise stattfinden, sind zur Durchschaltung und Unterbrechung des betreffenden Übertragungsweges dort Schalter vorgesehen, deren Betätigungszeiten an die Dauer der stattfindenden Halbschwingung genau anzupassen sind. Ist die Betätigungszeit jeweils zu kurz, so bleibt die betreffende Energieübertragung unvollständig, da ein Teil der zu übertragenden Ladung im zu entleerenden Querkondensator zurückbleibt. Ist die Betätigungszeit zu lang, so kann eine Rückübertragung von einem Teil der bereits übertragenen Ladung an den schon vorher entleerten Querkondensator stattfinden.
Bei Benutzung der nachstehend angegebenen Erfindung, die ebenfalls eine Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung darstellt, werden an die Betriebsbedingungen der zu benutzenden Schalter geringere Anforderungen als bei den bekannten vergleichbaren Schaltungsanordnungen gestellt. Für die Betätigungszeit dieser Schalter liegen dann nämlich nicht genau einzuhaltende zeitliche Bedingungen vor.
Auch der Widerstand der Schaltstrecken der benutzten Schalter muss nicht unbedingt verschwindend klein sein, wie es bei den bekannten Schaltungsanordnungen zu fordern ist, damit dort Dämpfungsverluste vermieden werden, da diese nicht ohne weiteres zu kompensieren sind.
DieErfindung stellt also eineSchaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen An- schlüssen dar, die mit Querkondensatoren versehen sind. Diese Schaltungsanordnung ist insbesondere für die Verbindung von Anschlüssen in einem Zeitmultiplex-Vermittlungssystem bestimmt.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass bei den Energie liefernden Anschlüssen denQuerkondensatorel1 parallel liegende Zusatzkondensatoren angeschaltet sind und dass an diese Querkondensatoren jeweils ein Verstärkerelement
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angekoppelt ist, so dass aus dessen Betriebsstromquelle während der vor der Übertragung liegenden Zeit- spanne ein Zusatzkondensator jeweils derart mit Energie versorgt wird, dass an ihm stets eine der am Quer- kondensator angelegten entsprechende Spannung liegt, und dass bei der jeweils späteren demgegenüber kurz dauernden Energieübertragung die im Zusatzkondensator enthaltene Energie sich mit auswirkt.
Die am Zusatzkondensator liegende Spannung stimmt mit der am Querkondensator angelegten über- ein, abgesehen von einer gegebenenfalls vorhandenen besonderen Spannung, die z. H. durch den Span- nungsabfall an einen zum Zusatzkondensator zusätzlichen Schaltelement oder durch eine zusätzliche kon- stante Vorspannung gebildet ist. Wie noch gezeigtwerdenwird, beeinträchtigt eine derartige Spannung die
Anwendbarkeit der Schaltungsanordnung aber nicht.
Benutzt man einen Zusatzkondensator, der eine wesentlich grössere Kapazität als der zugehörige Querkondensator hat, so ergibt es sich, dass nach der Schliessung des zwischen den beiden Querkondensa- toren liegenden Schalters an dem die Energie aufnehmendenQuerkondensator praktisch die gleiche Span- nung auftritt wie am andern Querkondensator. Es ist daher dorthin ein Energiebetrag übertragen worden, der dem im andern Querkondensator ursprünglich befindlichen Energiebetrag entspricht. Auch wenn die am andern Querkondensator liegende Spannung sich zwischen den verschiedenen Übertragungen ändert, ergibt sich jeweils am beliefertenQuerkondensatorpraktisch die gleiche Spannung wie sie gerade am an- dern Querkondensator liegt.
Auch wenn ein Zusatzkondensator benutzt wird, der die gleiche Kapazität wie der zugehörige Querkondensator hat, lässt sich die erfindungsgemässe Schaltung mit Vorteil anwenden, insbesondere dann, wenn beide Querkondensatoren mit Zusatzkondensatoren versehen sind. Es lässt sich dann ermöglichen, wie noch im einzelnen gezeigt werden wird, dass auch in diesem Fall der belieferteQuerkondensator dieselbe Spannung und damit dieselbe Energie erhält wie sie der andere Querkondensator vorher aufwies.
In all diesen Fällen findet lediglich ein aperiodischer Ladungsaustausch zwischen den beteiligten Kon- densatoren statt. Hiebei ist nur die Bedingung einzuhalten, dass die für den Ladungsausgleich massgebende Zeitkonstante klein gegen die Dauer der Betätigungszeit der im Übertragungsweg liegenden Schalter ist. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, kann die Betätigungszeit erheblich schwanken, ohne dass der Ladungsausgleich merklich behindert wird. Er hat bekanntlich denselben Verlauf wie sie eine e-Funktion aufweist, die sehr schnell nach Null konvergiert.
Der Widerstand von Schaltstrecken, die im Übertragungsweg liegen, hat hiebei nur Einfluss auf die Zeitkonstante, gemäss der der Ladungsausgleich stattfindet, dagegen nicht auf den Wirkungsgrad der Übertragung. Schaltet man nämlich z. B. einem ersten Kondensator, der die Spannung U aufweist, einen zweiten Kondensator über einen Widerstand parallel, so weisen nach hinreichend langer Zeit beide Kondensatoren die Spannung U/2 auf, unabhängig davon, wie gross der dazwischen liegende Widerstand ist. Dieser Widerstand kann nämlich keine Ladung aufnehmen. Die Ladung des ersten Kondensators verteilt sich daher in jedem Fall unvermindert auf beiden Kondensatoren, was zur Folge hat, dass die angegebenen Spannungen auftreten.
In entsprechender Weise hat auch bei der erfindungsgemässe ! Schaltungsanordnung der Widerstand der Schaltstrecke keinen Einfluss auf die an den betreffendenQuerkondensatoren auftretenden Spannungen. Dieser Widerstand hat infolgedessen auch keinen Einfluss auf den Wirkungsgrad dieser Schaltungsanordnung, sofern er nicht eine zu grosseEntladezeitkonstante zur Folge hat. Als Schalter können daher hier auch solche verwendet werden, deren Widerstand nicht verschwindend klein ist.
Für die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung werden im folgenden mehrere Schaltungsbeispiele angegeben und im einzelnen an Hand der Fig. 2 - 9 beschrieben.
Die ausserdem vorgesehene Fig. l stellt eine Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung dar, die in an sich bekannter Weise eine Induktivität aufweisende Längsspule hat. Die Fig. 2 zeigt dagegen eine Prinzipschaltung für die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung.
Die Fig. 3 zeigt eine Prinzipschaltung, bei der auch die Arbeitsweise des Denutzten Verstärkerelemen- tes erkennbar ist. Ausserdem sind hier beide vorgesehenen Querkondensatoren mi1 Zusatzkondensatoren ausgestattet. Die Fig. 4 zeigt die Benutzung der in Fig. 3 angegebenen Schaltung für die Verbindung zweier Teilnehmer in einem Zeitmultiplex-Vermittlungssystem. Ausserdem sind hier die Verstärkerelemente durch Transistoren vertreten.
Die Fig. 5 zeigt eine weitere für ein Zeitmultiplex-Vermittlungssystein benutzbare Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung, die zusätzliche Ausgestaltungen aufweist.
Die Fig. 6-8 stellen Ersatzschaltbilder dar, die für die Erläuterung der Funktion der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung in der Beschreibung benutzt werden.
Die Fig. 9 zeigt Diagramme für den Verlauf des Stromes und der Spannungen in Abhängigkeit von der
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Wie bereits erwähnt, zeigt Fig. l eine Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung, bei der hiefür eine besondere mit Induktivität behaftete Spule vorgesehen ist. Es ist dies die Spule L. Sie
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weigder Schaltung und damit zwischen den beiden Querkondensatorenzum Anschluss AV. De- Anschluss AG ist hier über die Einrichtung FG noch mit dem Generator G verbunden, von dem der Querkondensator gegebenenfalls geladen wird. Wenn der Schalter S, derin Reihe zur Spule L im Längszweig liegt, geschlossen wird, so entlädt sich der Querkondensator COG, indem die in ihm befindliche Ladung in Form einer Halbschwingung zum Querkondensator COV wan- dert.
Damit die Ladung dort bleibt, muss der Schalter S genau am Ende der Halbschwingung wieder geöffnet werden. Die Ladung kann dann von dort über den Anschluss AV zum Verbraucher V abflie- ssen. Die Anordnung FG ist vielfach als Tiefpassfilter ausgebildet und verhindert unter anderem, dass die Halbschwingung durch den Generator G gestört wird. Die Aufladung des Querkondensators COG erfolgt langsam im Verhältnis zu seiner Entladung. Bei manchen Anwendungszwecken empfiehlt es sich, auch zwischen dem Anschluss AV und dem Verbraucher V ein Tiefpassfilter vorzusehen.
Die Fig. 2 zeigt nun eine Prinzipschaltung für die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung. Hier fehlt die Spule L. Statt dessen ist demQuerkondensator COG die Anordnung K parallelgeschaltet, wel- che einen parallel zum Querkondensator COG liegenden Zusatzkondensator und ein Verstärkerelement enthält. Während der Ladung des Querkondensators COG steigt die an ihm auftretende Spannung. Der parallelliegendeZusatzkondensator wird dabei mit Hilfe des an den Querkondensator angekoppelten Ver- stärkerelementes derart mit Energie und damit mit Ladung versorgt, dass er stets praktisch dieselbe Span- nung wie derQuerkondensator hat. Ein diese Spannung wesentlich verändernder Spannungsabfall oder eine besondere Vorspannung sei hier z. B. nicht vorhanden.
Diese Energie wird aus der nicht gezeichneten Be- triebsstromquelle des Verstärkerelementes geliefert. Für die später erfolgende impulsweise Energieüber- tragung steht daher mehr Energie zur Verfügung, als wenn der Zusatzkondensator nicht vorhanden und nicht geladen wäre. Diese zusätzliche Energie hat sich nun bei der Energieübertragung derart auszuwirken, dass der Querkondensator COV mehr Energie als sonst aufnimmt. Dies ist sicher dann der Fall, wenn gegenüber dem Ladevorgang die Energieübertragung zumQuerkondensator COV nur sehr kurz andauert.
Vom Querkondensator COG und vom zugehörenden Zusatzkondensator wird dann sehr schnell ein Teil der bereitstehenden Energie entnommen, ohne dass sie Zeit hätte, in unerwünschter Weise zu andern Stellen zu gelangen.
Sind z. B. die Querkondensatoren COG und COV gleich gross und ist der Zusatzkondensator gross gegen den Querkondensator COG, so ergibt sich wegen der bereits beschriebenen Effekte, dass der zu belieferndeQuerkondensator COV praktisch die gleiche Spannung annimmt, die ursprünglich am Querkondensator COG lag. Ohne Mitwirkung der Anordnung K würde dagegen am Querkondensator COV nur eine halb so grosse Spannung auftreten. Auch wenn der Zusatzkondensator kleiner ist, als vorstehend angenommen wurde, tritt am Querkondensator COV offensichtlich eine grössere als die halb so grosse Spannung auf. In jedem Fall wird die Energieübertragung durch die Anordnung K verbessert. Dabei werder vorteilhafterweise keine grossen Anforderungen an die zeitliche Schaltgenauigkeit des Schalters S gestellt.
Auch wenn die Querkondensatoren COG und COV untereinander nicht gleich sind, wird mehr Energie bei Mitwirkung der Anordnung K als sonst zum Querkondensator COV übertragen. Die übrigen Vorteile der Schaltungsanordnung bleiben auch erhalten. Die vorstehend beschriebenen Vorgänge können wiederholt abgewickelt werden. Dabei kann derQuerkondensator COV vorher von dem Generator G jeweils während des Ladevorganges auf eine andere Spannung geladen worden sein. Eine dieser Spannung entsprechende Spannung tritt nach der Energieübertragung jeweils am Querkondensator COV auf, der dementsprechend den Verbraucher V speist.
Es wird nun die in Fig. 3 gezeigte Prinzipschaltung erläutert, welche auch die Arbeitsweise des benutzten Verstärkerelementes erkennen lässt. Bei diesem Schaltungsbeispiel ist bei der mit K bezeichneten Anordnung ausser einem Zusatzkondensator auch ein Koppelkondensator vorgesehen. Das Verstär- kerelement ist mit Hilfe dieses in Reihe zum Zusatzkondensator C1G gelegten Koppelkondensators C2G an den zugehörigen Querkondensator COG angekoppelt. Der Koppelkondensator C2G liegt hiebei parallel zum Eingang des Verstärker elementes, der durch dessen Eingangswiderstand Ri in der Schaltung vertreten ist.
Hiebei ist ein solches Verstärkerelement zu benutzen, dass sich ein Eingangswiderstand zustande bringen lässt, der so klein ist, dass er während der gegenüber der Energieübertragung langsam stattfindenden Ladung des Querkondensators COG für den zugehörigen Kondensator C2G als Kurzschluss wirkt. Am Koppelkondensator tritt dann praktisch kein Spannungsabfall auf. Mit der Ladung des Querkondensators ist dann nur eine verhältnismässig kleine Spannungsänderung pro Zeiteinheit verbunden. Zunächst
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sei nun der Eingangswiderstand des Verstärkerelementes ausser Acht gelassen.
Der überdenKoppelkonden- sator fliessende Strom wäre dann proportional der jeweilsvorhandenen Änderung pro Zeiteinh ei r der an ihm liegendenspannung, welche sich in diesem Fall mit der am Querkondensator liegenden Spannung ändern würde. Auch diese Spannungsänderung pro Zeiteinheit ist klein und damit auch der über den Koppelkon- densator fliessendestrom. Es ergibt sich, dass wegen der relativen Langsamkeit des hier betrachteten Vorganges der Koppelkondensator sich wie ein grosser Widerstand auswirkt. Es lässt sich daher die angegebene
Vorschrift einhalten, welche angibt, dass der Eingangswiderstand Ri desVerstarkerelementesalsKurz- schluss für denKoppelkondensator C2G zu wirken hat.
Der über den Zusatzkondensator CIG fliessen- de Strom fliesst daher bei Berücksichtigung des Eingangswiderstandes Ri im wesentlichen über diesen und steuert dabei das Verstärkerelement. Es ist hier ein derartiges Verstärkerelement zu benutzen, dass dadurch infolge seiner Wirkung durch seinen Hauptstromkreis ein mindestens nahezu gleich grosser Strom getrieben wird. Diese Wirkung des Verstärkerelementes als Stromquelle ist durch das mit i bezeichnete Schaltsymbol in Fig. 3 angedeutet. Der von der Stromquelle i gelieferte Strom speist nun hier zugleich auch denEingangskreisdesVerstärkerelementes, in dem derEingangswiderstand Ri liegt.
Die Stromquelle i ist nämlich auch an die Reihenschaltung aus Zusatzkondensator C1G und Eingangswiderstand Ri angeschlossen. Es sei daran erinnert, dass vorstehend stets Ströme betrachtet wurden, die durch sich ändernde Spannungen hervorgerufen werden und deren Wege. durch Kondensatoren nicht unterbrochen werden. Der von der Stromquelle i gelieferte Strom ist daher imstande, die Stromentnahme des Eingangskreises des Verstärkerelementes bei der Ladung des Querkondensators aufzuheben.
Wie diese Aufhebung im einzelnen zustande kommt, ist noch an Hand der Fig. 6 verdeutlicht, wo der Querkondensator CO mit dem zugehörigenZusatzkondensator Cl und mit dem über denkoppelkon- densator C2. angekoppelten Verstärkerelement dargestellt sind, das den Eingangswiderstand Ri und Stromquelle i aufweist. Die Fig. 6 ist ein Ersatzschaltbild, daher ist die das Verstärkerelement speisende Betriebsstromquelle hier nicht dargestellt. Der Koppelkondensator C2 ist gestrichelt gezeichnet, um anzudeuten, dass der die Parallelschaltung aus dem Koppelkondensator C2 und dem Eingangswiderstand Ri speisende Strom i3 allein den Eingangswiderstand Ri durchfliesst.
Der daraufhin von der Stromquelle i durch den Hauptstromkreis des Verstärkerelementes getriebene Strom i3 kann als Fortsetzung des über den Eingangswiderstand Ri fliessenden Stromes aufgefasst werden. Es ergibt sich ein in sich geschlossener Stromkreis. Dieser ist durch die vier mit i3 bezeichneten Strompfeile angedeutet.
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Unter der Ladung eines Kondensators wurde bisher nur eine Aufladung verstanden. Es wird nun noch kurz betrachtet, was sich abspielt, wenn der Querkondensator CO entladen wird. In diesem Falle hat der den Querkondensator durchfliessende Strom die entgegengesetzte Stromrichtung als vorher.
Dementsprechend hat auch der den Zusatzkondensator und den Eingangswiderstand Ri durchfliessende Strom die entgegengesetzte Stromrichtung als vorher. Alle Strompfeile im Ersatzschaltbild sind daher umzukehren. Es wird also auch der Zusatzkondensator entladen. Seine Entladung trägt jedoch zu dem nach aussen abfliessenden Strom il nicht bei. Die am Zusatzkondensator Cl auftretende Spannung entspricht daher sowohl während einer Aufladung als auch während einer Entladung des Querkondensators CO stets der hier herrschenden Spannung. Der den Querkondensator CO speisende Generator wird zur Einstellung der am Zusatzkondensator Cl auftretenden Spannung aber nicht belastet, da diese durch die Wirkung des Verstärkerelementes eingestellt wird.
Dies gilt aber nur, sofern der Entladevorgang nicht zu schnell abläuft und der Koppelkondensator auch in diesem , Falle als grosser Widerstand wirkt, weshalb über den Koppelkondensator C2 kein merklicher Strom fliesst.
DieStromquelle i des Verstarkerelementes hat gemäss der vorstehenden Beschreibung jeweils einen Strom zu liefern, der gerade so gross ist, wie der ihr zugeführte Steuerstrom. Dabei hat die Stromquelle i
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Ein Verstärkerelement, welches eine Stromquelle mit dieser Eigenschaft und überdies auch einen sehr kleinen Eingangswiderstand hat, wird nun durch einen Transistor in Basisschaltung dargestellt. Wenn ein Flächentransistor verwendet wird, so ist der von der Stromquelle gelieferte Strom praktisch so gross wie der über den Eingangswiderstand fliessende Strom. Die Abweichung ist kleiner als 2tub. Diese kleine Abweichung beeinträchtigt die Funktion der Schaltung nicht merklich.
In Fig. 4 ist bei der dort dargestellten Anordnung K ein p-n-p-TransistorfürdasVerstärkerelementverwendet. Hiebei liegt die Emitter-Basis- Strecke des Transistors Ti parallel zum Koppelkondensator C2 und die Emitter-Kollektor-Strecke
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auch die Ladung Q/2 auf. Dies ist der Fall, wenn die Kapazität des Koppelkondensators C2 so gross ist, dass dieser Kondensator während der gegenüber der vorherigen Ladung des Querkondensators kurz dauerndenEnergieübertragungalsKurzschluss für den Eingang des Verstärkerelementes wirkt, der durch den Eingangswiderstand Ri dargestellt wird. Bei der Energieübertragung handelt es sich nun um einen im Vergleich zur vorherigen Ladung sehr kurzen Vorgang.
Der Koppelkondensator C2 wirkt daher diesmal als ein wesentlich kleinerer Widerstand. Dies hat zur Folge, dass über den Koppelkondensator C2 ein wesentlich grösserer Stromanteil als vorher fliesst, während über den Eingangswiderstand Ri nur ein sehr kleiner Stromanteil abgeleitet wird. Dieser Stromanteil wird übrigens von der Stromquelle i zum Koppelkondensator C2 zurückgeliefert. Es ergibt sich, dass auch dem Koppelkondensator C2 die Ladung Q/2 zugeführt wird.
Zunächst wird danach der Schalter S wieder geöffnet. Ausserdem findet dann gemäss der durch den Eingangswiderstand Ri und der verhältnismässig grossen Kapazität des Kondensators C2 gegebenen Zeitkonstante die Entladung des Kondensators C2 über den Eingangswiderstand Ri statt, wobei über diesen Widerstand dieLadung Q/2 abfliesst. Diese Entladung geht wesentlich langsamer vor sich als die vorherige-Energieübertragung. Es ist dieser Vorgang im Ersatzschaltbild nach Fig. 8 gezeigt, wo auch die Richtungen der infolgedessen auftretenden Ströme eingezeichnet sind. Das Fliessen der Ladung über den Eingangswiderstand Ri stellt einen Strom dar, der zur Folge hat, dass der gleiche Strom von der Stromquelle i. durch den Hauptstromkreis getrieben wird. Mit diesem Strom wird daher insgesamt ebenfalls dieLadung Q/2 transportiert.
Diese Ladung fliesst zurHälfte zumQuerkondensator CO und zur Hälfte
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über den Koppelkondensator C2, sondern im wesentlichen nur über den Eingangswiderstand Ri. Die Entladung geht nämlich, wie bereits angegeben wurde, langsam gegenüber einer Energieübertragung vor sich, so dass die Stromänderung pro Zeiteinheit bei diesem Strom klein ist und daher der Eingangswiderstand Ri wieder alsKurzschluss für den Koppelkondensator C2 wirkt. Der die eine Hälfte der Ladung Q/2 durch den Eingangswiderstand Ri transportierende Strom hat zur Folge, dass von der Stromquelle i durch den Hauptstromkreis ein Strom getrieben wird, mit dem ebenfalls die gleiche Ladung, also die Ladung Q/4, transportiert wird. Auch von dieser Ladung Q/4 gelangt wieder die eine Hälfte zum Querkondensator CO und die andere Hälfte zum Zusatzkondensator Cl.
Damit ist aber auch wieder ein Ladungstransport durch den Eingangswiderstand Ri verbunden, wobei diesmal dort die Ladung Q/8
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durch den Hauptstromkreis getrieben. Man erkennt, dass bei Weiterverfolgung dieser Vorgänge es sich ergibt, dass sowohl dem Querkondensator CO als auch dem Zusatzkondensator Cl jeweils insgesamt noch die Ladung Q/4 + Q/8 + Q/16 +... = Q/2 zugeführt werden. Diese Ladungen fügen sich den dort jeweils bereits befindlichen Ladungen Q/2 (s. Fig. 7) noch hinzu, so dass dort nunmehr jeweils die Ladung Q vorhanden ist. Der Koppelkondensator C2 ist dagegen ganz entladen.
Es hat sich demnach ergeben, dass der zum mit Energie belieferten Anschluss gehörende Querkondensator nach Abschluss des Vorganges dieselbe Ladung aufgenommen hat, wie sie der zum liefernden Anschluss gehörende Querkondensator enthalten hatte, nämlich dieLadung Q. Vom aufgeladenen Querkondensator wird dann der mit dem zugehörigen Anschluss verbundene Verbraucher mit Energie beliefert.
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liefert. Diese wurde zur Hälfte vom Querkondensator COG und zur Hälfte vom Zusatzkondensator C1G abgegeben. Jeder dieser beiden Kondensatoren hat daher nun nur noch dieLadung Q/2. Der Koppelkondensator C2G war nun vorher bei derAufladungderKondensatoren COG und C1G nicht geladen wor- den, wie bereits beschrieben wurde.
Wenn der Zusatzkondensator C1G die Ladung Q/2 abgibt, fliesst nun, da es sich hier um einen schnell ablaufenden Vorgang handelt, der diese Ladung transportierende Strom auch über den Koppelkondensator C2G, der diesmal als kleiner Widerstand wirkt. Der Koppelkondensator wird dabei, da er zunächst ladungsfrei war, negativ mit der Ladung Q/2 aufgeladen. Darauf folgt die Entladung des Koppelkondensators C2G, die ganz ähnlich erfolgt, wie die des Kondensators C2, die an Hand des Ersatzschaltbildes nach Fig. 9 beschrieben wurde. Jedoch wird diesmal eine negative Ladung vom Koppelkondensator abgeführt. Dies hat zur Folge, dass der Eingangswiderstand Ri in umgekehrter Richtung als bei der vorher betrachteten Schaltung vom Strom durchflossen wird.
Infolgedessen wird auch von der Stromquelle i ein Strom umgekehrter Richtung als vorher über die andern beiden Kondensatoren C1G und COG getrieben, die daher hiedurch weiter entladen, statt wie vorher aufgeladen werden. Insgesamt wird von jedem dieser Kondensatoren noch einmal die Ladung 3/2 abgeführt, was zur Folge hat, dass sie nach Abschluss des Entladungsvorganges für den Koppelkonden-
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Kondensatoren vom Generator V erfolgt dann entsprechend wie bereits beschrieben, jedoch nimmt der Zusatzkondensator C1G eine grössere Ladung als sonst auf. Wenn der Schalter S geschlossenwird, wird daher auch eine grössere Ladung als sonst vom Anschluss AG zum Anschluss AV transportiert.
Wegen der Symmetrie der Schaltungsanordnung tritt an den dortigen Kondensatoren die gleiche Spannung
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Der Zusatzkondensatordaher von der zugehörigen Stromquelle i die-gleiche Ladung durch den Hauptstromkreis getrieben. Der eine Teil dieser Ladung gelangt zum Querkondensator COV, der andere Teil gelangt zum Zusatzkondensator C1V und fliesst dabei über den Eingangswiderstand Ri. Nun sind diesmal diese beiden Teile nicht gleich, sondern ihre Grössen verhalten sich wie Kapazitäten des Querkondensators COV und des Zusatzkondensators C1V. DerQuerkondensator COV erhältzwarweniger als dieHälfte dieser Ladung.
Diese Ladung ist aber
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woderZusatzkondensator CIV dieselbeKapazitätwiederQuer-dern statt dessen zum Zusatzkondensator C1V gelangt, dabei auch über den Eingangswiderstand Ri fliesst und daher von der Stromquelle i abermals durch deren Hauptstromkreis getrieben wird, ergibt es sich, dass
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befand. Sie ist in dem hier betrachteten Fall aber grösser als in dem Fall, wo der Zusatzkondensator C1V die gleiche Kapazität wie der Querkondensator COV hatte.
Daher gelangt zum Querkondensator COV diesmal eine grössere Ladung als sonst und es tritt dem- gemäss dort auch eine grössere Spannung als sonst auf. Dies bedeutet, dass im Zuge der Energieübertragung eine Verstärkung stattgefunden hat. Diese ist umso grösser, je grösser die Kapazität der Zusatzkondensatoren im Vergleich zur Kapazität der Querkondensatoren ist. Zweckmässigerweise wird diese Verstärkung dazu ausgenutzt, um in der Anordnung auftretende Energieverluste auszugleichen. Es ist dann die Kapazität der Zusatzkondensatoren gegenüber der Kapazität der Querkondensatoren gerade um so viel grösser zumachen, dass die in der Anordnung auftretenden Energieverluste ausgeglichen werden.
Es sei noch bemerkt, dass in dem Fall, wo die Zusatzkondensatoren eine kleinereKapazität als die Querkondensatoren haben, statt einer Verstärkung eine Abschwächung auftritt.
Die Eigenschaften der in den Fig.3 und 4 mit K bezeichneten Anordnung werden nun noch einmal in Zusammenfassung angegeben. Wenn diese Anordnung derart gespeist wird, dass sich die auftretende Spannung nur wenig in der Zeiteinheit ändert, also eine langsame Ladung stattfindet, wirkt nur der zugehörige Querkondensator als Belastung (Aufladung vom Generator her). Findet ein relativ schneller Vorgang statt, also eine schnelle Ladung, so wirkt sowohl der Querkondensator als auch der Zusatzkondensator als Belastung (Energieübertragung). Die vom Zusatzkondensator aufgenommene Ladung wird danach noch durch die Wirkung des Verstärkerelementes von dort in den Querkondensator transportiert.
Wenn die Anordnung K zusammen mit den zugehörigen Querkondensatoren selber als speisende Quelle wirkt, so wird bei langsamer Entladung nur die im Querkondensator enthaltene Ladung abgegeben (Entladung über den Verbraucher). Bei schneller Entladung wirkt dagegen sowohl die im Querkondensator als auch die im Zusatzkondensator enthaltene Ladung mit (Energieübertragung). Danach wird der Zusatzkondensator ganz entladen, ebenfalls ein gleich grosser Querkondensator. Falls Einwegübertragung mit Verstärkung vorzusehen ist, ist es zweckmässig, nur bei dem durch die Energieübertragungen gespeisten Anschluss dem Zusatzkondensator eine grössere Kapazität als dem Querkondensator zu geben. Bei der Energieübertragung nehmen beim gespeisten Anschluss dann beide erwähntenKondensatoren eine grössere Ladung als sonst auf.
Die im Zusatzkondensator befindliche wird danach noch durch die Wirkung des Verstärkerelemcntes in den Querkondensatorhineintransportiert, so dass dieser insgesamt eine grössere Ladung als sonst aufnimmt.
Es wird nun die in Fig. 5 gezeigte Schaltungsanordnung betrachtet. Über diese Schaltungsanordnung ist dieTeilnehmerstation Ta mit derMultiplexschiene M verbindbar. In der gleichen Weise können andere nicht dargestellte Teilnehmerstationen mit dieser Multiplexschiene verbunden werden. Am An-
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geschlossen. Zum Verstärkerelement gehört der Transistor Ti. Er hat den Emitterwiderstand Re, über den sich das positivepotential +U1 auswirkt. Der Kollektor steht unter dem Einfluss des negativen Poten- tials-Ul,. welches sich dort über die eineWicklungdesÜbertragers Pl undüberdieDrossel D auswirkt. Die Drossel D bildet zusammen mit dem Querkondensator CO und dem ausserdem noch vor- gesehenen Kondensator IC ein Tiefpassfilter.
Diesem Tiefpassfilter werden über den Übertrager Pl von der Teilnehmerstation Ta her Sprechwechselspannungen zugeführt, die mit Hilfe der Schaltungs- anordnung über die Multiplexleitung M zu einer zweiten derartigen dort angeschlossenen Schaltungs- anordnung mit einer Teilnehmerstation zu übertragen sind. Diese zweite Schaltungsanordnung ist hier jedoch nicht gezeigt. Das negative Potential-Ul wirkt sich hier derart aus, dass die Kondensatoren CO
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selspannungen vergrössert oder verkleinert werden. Es können also dann den Augenblickswerten dieser Wechselspannungen entsprechende Energieübertragungen über die Schaltungsanordnung stattfinden.
ZurBegrenzung der amQuerkondensator CO auftretendennegativenSpannungistnochdieBegren- zerdiode Ggl mit einem Pol dort angeschlossen. Der anderePol dieser Begrenzerdiode liegt am Poten- tial -U2, das etwas negativer als das negative Potential -Ul ist. Zur Begrenzung der am Querkondensator CO eventuell auftretenden positiven Spannungen ist die Begrenzerdiode Gg2 vorgesehen, die mit einem Pol am Querkondensator CO angeschlossen ist und deren anderer Pol am Potential +U2 liegt, das etwas positiver als Masse ist. Die Funktion dieser Begrenzerdiode kann hier aber auch durch den Transistor Ti mit übernommen werden, da dessenKollektor-Basis-Strecke mit gleichsinniger Polung in die Schaltung eingefügt ist.
Wenn die Begrenzerdiode Gg2 weggelassen wird, wird nämlich ihre Funktion durch diese Kollektor-Basis-Strecke übernommen. Eine derartige zusätzliche Ausnutzung eines Transistors zur Begrenzung kann auch bei andern Schaltungsanordnungen vorgesehen werden. Sie ist eine nicht naheliegende Massnahme von selbständiger Bedeutung. Es kann auch von der bereits erwähnten nicht dargestellten zweiten Schaltungsanordnung her zu der in Fig. 5 gezeigten Schaltungsanordnung über die Multiplexschiene M impulsweise Energie übertragen werden. Alle diese Energieübertragungen bilden eine Impulsfolge, die entsprechend den von den Teilnehmerstationen gelieferten Sprechwechselspannungen moduliert ist. Aus dieser Impulsfolge werden dann durch die Tiefpassfilter die zu empfangenden Sprechwechselspannungen wieder ausgesiebt.
Diese Sprechwechselspannungen gelangen dann zu der an das betreffende Tiefpassfilter angeschlossenen Teilnehmerstation.
Der Anschluss Aa gehört bei der in Fig. 5 gezeigten Schaltungsanordnung zu einer mit dem Übertrager Pl abgeschlossenen Teilnehmerleitung. Diese Teilnehmerleitung hat in an sich bekannter Weise eine Gleichstromspeisung, die mit Hilfe der Spannungsquelle Ul vorgenommen ist. Der Speisegleichstrom fliesst infolgedessen über die Primärwicklung des Übertragers Pl und hat einen Magnetfluss und damit eine Vormagnetisierung des Übertragers zur Folge. Eine derartige Vormagnetisierung ist aber unerwünscht, da. sie die Übertragereigenschaften verschlechtert.
Diese Vormagnetisierung und der dazu gehörigeMagnetfluss sind bei der in Fig. 5 gezeigten Schaltungsanordnung aber kompensiert, u. zw. dadurch, dass der von der Betriebsstromquelle mit dem Potential-Ul und +Ul für den Transistor Ti gelieferte Ruhestrom über die Sekundärwicklung des Übertragers Pl geführt ist. Dieser Ruhestrom hat ebenfalls einen Magnetfluss zur Folge. Es ist nun hier für einen derartigen Wicklungssinn der Sekundärwicklung gesorgt, dass dieser Magnetfluss dem vom Speisestrom erzeugten Magnetfluss entgegengerichtet ist, was die beabsichtigte Kompensation ermöglicht. Dabei sind noch die Windungszahlen von Primär- und Sekundärwicklung zu berücksichtigen. Die Stärke des Ruhestromes kann durch Wahl des Arbeitspunktes für den Transistor Ti beeinflusst werden.
Der zu kompensierende Speisestrom ist nun nur vorhanden, wenn bei der zugehörigen Teilnehmerstation der Hörer abgehoben ist. Es wird daher nur dann der Ruhestrom des Transistors zur Kompensation benötigt. In einem Zeitmultiplex-Vermittlungssystem wird nun auch nurwährend dieser Zeit dü. der Teilnehmerstation zugeordnete Schalter durch Steuerimpulse periodisch betätigt, damit die zur Verbindung erforderlichen Energieübertragungen stattfinden können. Dies lässt sich nun dazu ausnutzen, den Transistor Ti lediglich während dieser Zeit unter Strom zu setzen. Dadurch wird der Ruhestrom in der übrigen Zeit und damit auch eine unnötige Belastung der Betriebsstromquelle unterbunden. Es wird dann also jeweils erst mit dem Einsetzen von zur Verbindung von Teilnehmern dienenden Energieübertragungen der Transistor Ti mit Hilfe der Steuerimpulse entsperrt.
Hiezu werden bei der in Fig. 5 gezeigten Schaltungsanordnung diese Steuerimpulse in den Basisstromkreis mit hiezu geeigneter Polarität eingekoppelt. Sie wirken sich dort unter Mitwirkung eines die Impulsabstände überbrückenden Speichergliedes aus. Die Einkopplung der Steuerimpulse findet hier über den Übertrager Ps statt. Die Steuerimpulse US wer- denderprimärwicklung dieses Übertragers zugeführt. DieSekundärwicklung ist über den Gleichrichter Gb
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mit der R-C-Kombination Cb//Rb verbunden, welche als Speicherglied dient und im Basisstromkreis des Transistors Ti liegt. Das eineEndeder R-C-Kombination ist mit der Basis des Transistors Ti verbunden.
Am andem Ende ist das Potential +U1 angelegt. Wenn kein Steuerimpuls vorhanden ist, so ist der Transistor Ti gesperrt, da sich auf Emitter und Basis das gleiche Potential, nämlich das Potential +U1 auswirkt. Wenn ein Steuerimpuls auftritt, fliesst über den Gleichrichter Gb und den Widerstand Rb ein Strom, der so gerichtet ist, dass dort ein Spannungsabfall auftritt, durch den die Basis negativer als vorher gemacht wird. Der Transistor Ti wird daher leitend. Der Kondensator Cb ladet sich dabei auf. Während der Impulspausen entladet er sich nur wenig. Daher erhält die an ihm liegende Spannung den Transistor Ti während der Impulspausen leitend. Erst beim Ausbleiben von Steuerimpulsen entlädt sich der Kondensator Cb ganz, so dass der Transistor Ti wieder gesperrt, wird.
Der Übertrager Ps ist hier auch zugleich als Bestandteil eines elektronischen Schalters ausgenutzt, der den Übertragungsweg vom Anschluss Aa zur Multiplexschiene M durchschaltet. Der Übertrager Ps weist noch eine Tertiärwicklung auf, deren Enden über die Gleichrichter Gsl und Gs2 verbunden sind, welche durch die Vorspannungsquelle Uv unter Sperrspannung gelegt sind. Zwischen die Gleichrichter Gs1 und Gs2 ist die Multiplexschiene angeschlossen. Der Anschluss Aa ist über den Blockkondensator Ck an den Mittelanzapf der Tertiärwicklung angeschlossen. Solange die Gleichrichter Gsl und Gs2 gesperrt sind, könnenkeineEnergieübertragungenvomAnschluss Aa über die Multiplexschiene hin stattfinden, ebensowenig können in umgekehrter Richtung Energieübertragungen auftreten.
Wenn da- gegen ein Steuerimpuls US auftritt, wird in der Tertiärwicklung ein Spannungsimpuls induziert, der einen Strom zur Folge hat, der die Gleichrichter Gsl und Gs2 in Durchlassrichtung durchfliesst. Es können dann Energieübertragungen von und zum Anschluss Aa stattfinden. Der betrachtete Steuerimpuls wirkt sich in der Schaltungsanordnung in anderer Weise nicht aus.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen mitQuerkondensatoren versehenen Anschlüssen, insbesondere für die Verbindung von Anschlüssen in einem Zeitmultiplex-Vermitt- lungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Energie liefernden Anschlüssen (AG, AV ;
Fig. 3) den Querkondensatoren (COG, COV) parallel liegende Zusatzkondensatoren (C1G, C1V) ange- schaltet sind und dass an diese Querkondensatoren jeweils ein Verstärkerelement (Ri - i) angekoppelt ist, so dass aus dessen Betriebsstromquelle während der vor der Übertragung liegenden Zeitspanne ein Zusatzkondensator jeweils derart mit Energieversorgtwird, dass an ihm stets eine der am Querkondensator angelegten entsprechende Spannung liegt, und dass bei der jeweils späteren demgegenüber kurz dauernden Energieübertragung die im Zusatzkondensator enthaltende Energie sich mit auswirkt.
EMI10.1