DE1196246B - Pilotgesteuerter Pegelregler mit kontinuierlicher Daempfungsaenderung fuer Traegerstromtelephoniesysteme - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESGHRIFT

Int. α.:

H04m

Deutsche Kl.: 21 a2-36/14

Nummer; 1196 246

Aktenzeichen: D 39108 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 7. Juni 1962

Auslegetag: 8. Juli 1965

Pilotgesteuerter Pegelregler

mit kontinuierlicher Dämpfungsänderung

für Trägerstromtelephoniesysteme

Die Erfindung bezieht sich auf einen pilotgesteuerten Pegelregler mit kontinuierlicher Dämpfungsänderung für Trägerstromtelephoniesysteme, dessen Stellglied aus einem passiven Vierpol mit über den Regelbereich "annähernd konstanter Eingangs- und Ausgangsimpedanz besteht, der einen Übertrager und zwei ■Widerstandszweige aufweist, von denen wenigstens einer einen indirekt geheizten Thermistor enthält, dessen Heizelement durch ein Fehlersignal gesteuert wird, das durch Vergleich des gleichgerichteten Pilotsignals mit einer Bezugsspannung erhalten wird.

Bei Trägerstromlelephoniesystemen sind im allgemeinen folgende Anordnungen vorgesehen:

1. Temperaturkorrekturanordnungen, die am Ende jedes Verstärkungsabschnittes eingefügt sind und die Aufgabe haben, den Einfluß von Temperaturschwankungen auf die Dämpfung des Kabels zu kompensieren;

2. Pegelregler, die im allgemeinen in den Endstellen an den Umsetzungspunkten in Primär-, Sekundär- oder Tertiärgruppen angeordnet sind und die Aufgabe haben, die Restschwankungen der Dämpfung des Kabels und die zufälligen Verstärkungsschwankungen der Verstärker zu kompensieren.

Bei den meisten Pegelreglern erfolgt die Regelung
dadurch, daß die Fernsprechströme einer Gruppe von 2

Kanälen und ein als Gruppenpilotsignal bezeichnetes

Wechselstromsignal durch einen passiven oder aktiven 3o Thermistoren verwendet werden, deren Widerstand Vierpol mit annähernd konstanter Eingangs- und Aus- bekanntlich temperaturabhängig ist und deren Heizgangsimpedanz geschickt werden, der auch als Regelvierpol bezeichnet wird und dessen Dämpfung um

Anmelder:

Albert Deracinois, L'Hay-les-Roses, Seme;
Henri Francois Germain Lassaigne,
Gometz-la-Ville, Seine-et-Oise (Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Albert Deracinois, L'Hey-les-Roses, Seine,
Gometz-la-Ville, Seine-et-Oise (Frankreich)
Henri Frangois Germain Lassaigne,

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 14. November 1961 (878 933)

einen geeigneten Betrag so verändert werden kann, element das Fehlersignal zugeführt wird. Eine bekannte Schaltung dieser Art besteht aus in Kaskade geschalteten Vierpolen, von denen jeder wenigstens zwei

daß die Spannung des Pilotsignals und dement- 35 Thermistoren enthält. Die Vierpole müssen dann vorsprechend auch der Pegel aller Kanäle der Gruppe zugsweise durch einen irreversiblen Trennverstärker an den Ausgangsklemmen auf den Nennwert gebracht
wird, wenn sich die Spannung des Pilotsignals an den

Eingangsklemmen des Regelvierpols ändert. Zu diesem voneinander getrennt werden. Eine andere bekannte Schaltung, bei der nur zwei Thermistoren ohne Trennverstärker erforderlich sind, enthält im wesentlichen

Zweck wird das Pilotsignal nach dem Durchgang 40 einen Vierpol in Form eines überbrückten T-Gliedes durch den Regelvierpol von den Fernsprechsignalen mit einem Thermistor im Überbrückungszweig und durch eine Filterschaltung abgetrennt und zu einem einem Thermistor im Querzweig sowie mit zwei Meßorgan geleitet, welches seine Spannung mit einer gleichen Festwiderständen in den überbrückten Längs-Bezugsspannung vergleicht. Das sich aus diesem Ver- zweigen, welche gleich der Eingangsimpedanz und der gleich ergebende Fehlersignal wird zu einer Steuer- 45 Ausgangsimpedanz sind.

schaltung geschickt, die auf die einstellbaren Teile Diese beiden bekannten Anordnungen haben den

wesentlichen Nachteil, daß es zur Erzielung einer großen Dämpfung oder einer Dämpfungsänderung in breiten Grenzen notwendig ist, daß der im Längszweig liegende Thermistor einen sehr geringen und der im Querzweig liegende Thermistor einen sehr hohen Widerstand hat, oder umgekehrt. Es ist daher not-

des als Stellglied wirkenden Regelvierpols einwirkt und dessen Betriebsdämpfung verändert, bis die Spannung an den Ausgangsklemmen wieder auf den vorgegebenen Nennwert gebracht ist.

Es sind auch Pegelregler der eingangs angegebenen Art bekannt, bei denen zur Änderung der Dämpfung 509 599/287

3 4

wendig, diese Widerstände in sehr breiten Grenzen zu werden zwar zwei Thermistoren benötigt; im Ververändern, was voraussetzt, daß die Heizströme in gleich zu den bekannten Anordnungen mit zwei oder

bestimmten Zeitpunkten sehr stark werden. Dies mehr Thermistoren brauchen sich dabei aber die erfordert eine beträchtliche Steuerenergie und bringt Widerstände der Thermistoren unter sonst gleichen

die Gefahr nichtlinearer Verzerrungen mit sich. 5 Umständen nur in sehr viel engeren Grenzen zu

Außerdem ergibt das Vorhandensein von Festwider- ändern. Insbesondere kann auch eine unendlich

ständen in der überbrückten T-Schaltung die Folge, große Dämpfung mit zwei Thermistoren von gleichem

daß die Empfindlichkeit der Anordnung gegenüber Widerstand erreicht werden, beispielsweise bei zwei

einer geringen Änderung des Widerstandes der Ther- gleichen Thermistoren mit einem sehr geringen Heiz-

mistoren herabgesetzt wird, denn diese Festwider- io strom oder einem Heizstrom Null,

stände führen eine Grunddämpfung ein, welche die Eine andere Ausführungsform der Erfindung mit

Auswirkungen der Änderungen der übrigen Elemente nur einem Thermistor besteht darin, daß die beiden

abschwächt. Wicklungen des Phasenumkehrübertragers in Serie

Das Ziel der Erfindung ist demgegenüber die Schaf- mit dem ersten Widerstandszweig parallel zu den fung eines Pegelreglers der eingangs angegebenen Art, 15 Eingangsklemmen bzw. den Ausgangsklemmen des der mit geringem Schaltungsaufwand eine Dämpf ungs- Vierpols geschaltet sind und daß der zweite Wideränderung in einem großen Bereich mit verhältnis- Standszweig das beheizte Element des Thermistors mäßig kleiner Steuerenergie ermöglicht. Nach der enthält und parallel zu der Primärwicklung des Pha-Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Über- senumkehrübertragers geschaltet ist.
trager ein Phasenumkehrübertrager mit dem Über- ao Schließlich ist es auch möglich, die Schaltung so Setzungsverhältnis (—1) ist, der in an sich bekannter auszubilden, daß die beiden Wicklungen des Phasen-Weise mit den beiden Widerstandszweigen in einer umkehrübertragers in Serie mit dem ersten Wider-Differentialschaltung zu einem einer X-Schaltung Standszweig parallel zu den Eingangsklemmen bzw. äquivalenten Vierpol zusammengeschaltet ist, dessen den Ausgangsklemmen des Vierpols geschaltet sind Dämpfung von dem Verhältnis der Widerstände in 25 und daß der zweite Widerstandszweig das beheizte den beiden Zweigen abhängt und bei einem bestimmten Element des Thermistors enthält und nach Art einer Wert dieses Verhältnisses unendlich groß wird. überbrückten T-Schaltung eine Eingangsklemme und

Bei dem erfindungsgemäßen Pegelregler wird die eine Ausgangsklemme des Vierpols verbindet.
Widerstandsänderung des Thermistors zur Änderung In allen Fällen ist es möglich, eine Überwachungsder Dämpfung eines einer X-Schaltung äquivalenten 30 schaltung vorzusehen, in welcher das beheizte Element Vierpols mit einem Übertrager und zwei Widerstands- des Thermistors in einer Meß- und Überwachungszweigen benutzt. Dadurch läßt sich die Dämpfung brücke liegt, die mit einem Meßstrom von geringer mit verhältnismäßig kleinen Widerstandsänderungen Stärke gespeist wird und so ausgebildet ist, daß sie des Thermistors in einem breiten Bereich ändern, abgeglichen ist, wenn die Dämpfung des Vierpols wobei die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen mit 35 einen vorbestimmten Bezugswert hat.
guter Annäherung konstant bleiben. Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen bei-

Der erfindungsgemäße Pegelregler kann auf ver- spielshalber erläutert. Darin zeigt
schiedene Weisen mit einem einzigen Thermistor Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten Pegelausgeführt werden. Der Schaltungsaufwand ist daher regiere,

gering, und es entfallen die Schwierigkeiten hinsichtlich 40 Fig. 2 a bis 2 d verschiedene Ausführungsformen

des Abgleiche der Kennlinien von zwei oder mehr von bekannten Vierpolen, die Brückenschaltungen

Thermistoren. äquivalent sind,

Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, F i g. 3 die Ausführung eines Regelvierpols nach der

daß der erste der beiden Widerstandszweige einen Erfindung entsprechend der Schaltung von Fig. 2b,

Längszweig des Vierpols bildet, daß der zweite Wider- 45 F i g. 4 die Kennlinie eines Thermistors,

standszweig in Serie das beheizte Element des Ther- F i g. 5 das Schaltbild eines Pegelreglers nach der

mistors und die Primärwicklung des Phasenumkehr- Erfindung und

Übertragers enthält und parallel zu den beiden Ein- F i g. 6, 7, 8 und 9 verschiedene Ausführungsformen

gangsklemmen des Vierpols geschaltet ist und daß die von Regelvierpolen für den Pegelregler von Fig. 5.

Sekundärwicklung des Übertragers parallel zu den 50 F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild eines pilotgesteu-

Ausgangsklemmen des Vierpols geschaltet ist. erten Pegelreglers bekannter Art mit einem Regel-

Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß die vierpol 10 und einer Schaltung 60 zur Messung der Primärwicklung des Phasenumkehrübertragers aus Dämpfung dieses Vierpols. Der Regelvierpol 10 und zwei Hälften mit einer Mittelanzapfung besteht und ein Verstärker 20 liegen in Serie in einer Fernsprechdaß der erste Widerstandszweig in Serie mit der einen 55 leitung, deren ankommende Seite mit 1 und deren Wicklungshälfte und der zweite Widerstandszweig in abgehende Seite mit 2 und deren entsprechende Serie mit der zweiten Wicklungshälfte an die Eingangs- Spannungen mit U₁ und U₂ bezeichnet sind. Am Ausklemmen des Vierpols angeschlossen sind. gang des Verstärkers 20 weist die Leitung 2 eine Ab-

In beiden Fällen läßt sich die Konstanz der Eingangs- zweigung 3 auf, die zu einer Füterschaltung 30 führt, impedanz dadurch verbessern, daß in dem ersten 60 welche zur Aussiebung der Frequenz des Pilotsignals Widerstandszweig des Vierpols ein zweiter indirekt bestimmt ist. Der Ausgang der Füterschaltung 30 geheizter Thermistor liegt und daß die Heizelemente ist mit einem Verstärker 40 verbunden, der eine Meßder beiden Thermistoren symmetrisch in eine Hilfs- und Steuerschaltung 50 speist, die aus einem Gleichbrücke geschaltet sind und einerseits durch das Fehler- richter 51, einer Anordnung 52 zum Vergleich der signal und andererseits durch eine Hilfsstromquelle 65 Ausgangsspannung des Gleichrichters 51 mit einer derart gespeist werden, daß der eine Thermistor durch Bezugsspannung U_r und aus einem Gleichstromverdie Summe und der andere Thermistor durch die stärker 53 besteht. Der Ausgangsstrom / des VerDifferenz dieser Ströme gesteuert wird. In diesem Fall stärkers 53 ist der Steuerstrom für den Regelvierpol 10

Die Dämpfung dieses Vierpols wird durch die Schaltung 60 gemessen, welche durch geeignete Alarmeinrichtungen vervollständigt werden kann. Ein anderer Alarm, der den Ausfall des Pilotsignals anzeigt, wird durch eine Schaltung 70 gegeben, welche mit der Vergleichsanordnung 52 verbunden ist.

F i g. 2 a zeigt einen bekannten symmetrischen Vierpol 1O₁ mit den Eingangsklemmen YI₁, YI₂ und den Ausgangsklemmen 18_α, 18₂ nach Art einer Brückenschaltung mit zwei Längszweigen H₁, H₂, die aus gleichen Widerständen des Wertes R₁ bestehen, und mit zwei Diagonalzweigen Yl₁, Yl₂, die aus gleichen Widerständen des Wertes R₂ bestehen.
Es ist bekannt:

a) Wenn ein derartiger passiver Vierpol mit seinen Eingangsklemmen 17_ls 17₂ an eine Spannungsquelle mit der elektromotorischen Kraft E und dem Innenwiderstand R angeschlossen wird, während an die Ausgangsklemmen IS₁, 18₂ ein Widerstand des gleichen Wertes R angeschlossen ist, an dem eine Potentialdifferenz U auftritt, so ist die in Neper ausgedrückte Betriebsdämpfung b

gleich dem natürlichen Logarithmus von -^, also

IT

0)

2U'

b) Wenn die Widerstände R₁ und R₂ beliebige Werte haben, läßt sich die Betriebsdämpfung der Brückenschaltung 1O₁ durch folgende Gleichung ausdrücken:

exp(-i) =

(2)

1 ~T"

η ~ η

Jx Jx

c) Wenn die Widerstände Ji₁ und R₂ der gleichen Brückenschaltung 1O₁ durch die folgende Beziehung miteinander verknüpft sind:

R = (R₁-R₂)",

(3)

läßt sich die Betriebsdämpfung b aus dem folgenden Ausdruck im hyperbolischen Tangens berechnen:

tanhl-\ =

R₁^*

(4)

Wenn in diesem Fall b und R vorgegeben sind, sind die Widerstände R₁ und R₂ durch die folgenden Gleichungen gegeben:

^₁ = iitanh — ,

R₂ = i?coth —

(5)

(6)

F i g. 2 b, 2 c und 2d zeigen drei Vierpole 10, die für die angegebenen Werte ihrer Widerstände 11 und 12 mit der Brückenschaltung von Fig. 2a äquivalent sind, wie in dem Buch von Ernst A. Guillemin, »Communication Networks«, New York, 1947, Bd. II, auf den Seiten 160/161 in Fig. 49 und 50 gezeigt ist. Die zuvor angegebenen Gleichungen (1) bis (6) sind also für diese äquivalenten Schaltungen gültig, wenn ihren Widerständen 11 und 12 für die Schaltung von Fig. 2b die Werte 2.R₁ bzw. 2i?₂, für die Schaltung von Fig. 2c die Werte -^- bzw. -^- und für die

Schaltung von Fig. 2d die Werte 2R₁ bzw.-~- ge-

geben werden. Der in diesen Figuren dargestellte Übertrager 13 ist theoretisch ein idealer Übertrager mit dem Übersetzungsverhältnis —1:1, wobei das Minuszeichen bedeutet, daß seine Wicklungen im

ία differentiellen Sinn in Serie geschaltet sind.

Fig. 3 zeigt als Beispiel einen Regelvierpol 10, dessen Aufbau mit zwei Zweigen der Anordnung von Fig. 2b entspricht, wobei in dem einen Zweig ein Thermistor liegt, während der andere Zweig aus einem

ig konstanten Widerstand besteht.

Aus einem Vergleich von F i g. 2b und 3, in denen die gleichen Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist erkennbar, daß der Widerstand 11 aus dem Widerstand eines Thermistors 100 besteht, dessen

2a Wert sich in Abhängigkeit von dem.über die Klemmen 102 und 103 des Heizdrahtes 101 fließenden Heizstroms I ändern kann.

Zur Klarstellung der in Frage kommenden Größenordnungen sind in F i g. 4 die Wechselstromimpedanzen R₁ eines indirekt geheizten Thermistors für Werte des Heizgleichstroms / zwischen 1 und 14 mA dargestellt.

In dem nutzbaren Bereich kann der differentielle Widerstand des der Kurve von F i g. 4 entsprechenden Thermistors sehr annähernd durch eine Gleichung der folgenden Form ausgedrückt werden C exp (—KI):

2 R₁ = 7,8 · 10⁴ exp (-0,412I),

worin R₁ in Ohm und /in Milliampere angegeben sind.

Die Werte für den Regelvierpol 10 von F i g. 3 können auf Grund der experimentellen Kurve von.

Fig. 4 und der zuvor angegebenen Gleichungen (1) bis (7) in folgender Weise vorausbestimmt werden.

Die Verwendung eines Regelvierpols mit einem einzigen Thermistor ergibt den Nachteil, daß in die Fernsprechleitung ein Vierpol eingefügt wird, dessen Eingangsimpedanz nicht konstant bleibt, wenn sich der Widerstand des Thermistors ändert. Im allgemeinen ist es erforderlich, in dem ganzen Regelbereich, d. h.

in einem Änderungsbereich von ±0,4 Neper zu beiden Seiten des mittleren Dämpfungswertes, einen Reflexionskoeffizienten von 10% nicht zu überschreiten. Es ist daher erforderlich, die wesentliche Bedingung zu finden, welche den mittleren Wert der Betriebsdämpfung des Regelvierpols in Abhängigkeit von dem Anpassungsfehler festlegt.
Es muß also folgendes ermittelt werden:

1. Die Größenordnung des Refiexionskoeffizienten ρ des Vierpols bei einer Änderung des Heizstroms des Thermistors um Δ I;

2. die Größenordnung der Änderung Δ b der Betriebsdämpfung des gleichen Vierpols für die gleiche Änderung Δ I des Heizstroms des Thermistors ;

3. durch Vergleich der Ausdrücke für ρ und Δ b der Wert der Betriebsdämpfung b, welcher dem Regelvierpol für den Nennwert des Pegels erteilt werden muß.

1. Refiexionskoeffizient

Der Reflexionskoeffizient einer Brückenschaltung, die aus Widerständen R₁, R₂ besteht und durch

einen Widerstand R abgeschlossen ist, so daß sie woraus erkennbar ist, daß für A b == 0,45 Neper und folgende Eingangsimpedanz hat: ρ = 0,1:

R(R₁+ RJ +2R₁R₂ exp(6) = 4,5,

jC ^= ■—■ , "

R₁ + R₂ + 2 R 5 was bedeutet, daß b geringfügig über 1,5 Neper liegt.

Man wählt bei der Kurve von F i g. 4 den Arbeitsist durch folgenden Ausdruck gegeben: punkt in dem geradlinigen Abschnitt der Kennlinie

. unter Berücksichtigung der Bedingungen für die

ρ _ ^Z~^R ₌ R₁Rz-R ^ Schaltung hinsichtlich der Wahl des Wertes I₀, welche

Z + R (R + R₁)(R + R₂) ^lo der Nenndämpfung b₀ entspricht. Bei dem beschrie

benen Ausführungsbeispiel hat /„ den Wert 9,5 mA:

- Beim Nennwert des Pegels muß der Reflexions- Die Anwendung der Gleichung (7) ergibt:

koeffizient den Wert 0 haben, was voraussetzt, daß die
Bedingung (3): 2 i?₁₀ = 1548 Ohm,

R₁ R₂ = R^{2 1}S R₁₀ = 774 Ohm.

erfüllt ist; wenn also bei dem Nennwert des Pegels der Wenn man eine Betriebsdämpfung von 1,5 Neper

den veränderbaren Widerstand R₁ der Brückenschal- für den Regelvierpol 10 beim Nennwert des Pegels vor-

tung bildende Thermistor den Weit R₁₀ hat, muß der schreibt und wenn man ferner, wie bereits erwähnt, die

konstante Widerstand R₂ den folgenden Wert haben: so Bedingung (3) vorgibt:

R₃ = -. (9) R = (R₁₀-RJiK

lO

wird der konstante Widerstand R₂ des Regelvierpols

Durch Zusammenfassung der Gleichungen (8) und 25 durch die Gleichung (4) gegeben:
(9) erhält man:

R R Itann^-

ρ ζ= ■■ ₍ιο) \ - ^

' RA Λ - R₁₀\ " ^v ' 30 Man findet:

R J\ R J R₂ = 305,5 Ohm,

Unter der Annahme, daß die Änderung 2 R₂ = 611 Ohm.

^1—110 35 Die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen des Regel-

des Thermistors nicht zu groß ist, kann die Gleichung vierpols betragen dann für den Nennwert des Pegels: (10) die folgende angenäherte Form annehmen: . j

. _ R = (774 · 305,5p = 491,5 Ohm.

Δ K₁

Ji 4° Die wesentlichen Bestandteile des Regelvierpols 10

Q — — r—— · (11) sind somit alle bekannt, und die Erfahrung zeigt, daß

-|- J^i2_\ man ohne merklichen Fehler annehmen kann, daß der

R] Widerstand 12 einen Wert von 2R₂ = 600 Ohm hat

und daß der Wellenwiderstand des Vierpols 10· den

2. Änderung der Dämpfung ^{4S W}f ^R = ⁵⁰⁰^¹I^{111 hat} _V . . .. ν ,

^ ^ö Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß die Änderungen

Wenn angenommen wird, daß die Änderung Δ I des AI des Heizstromes / den Änderungen der Spannung Stroms in dem Thermistor klein ist, kann man durch U₂ des Pilotsignals am Ausgang 2 des Verstärkers 20 Differentiieren des Ausdrucks (2) schreiben: proportional sind. Wenn man in die Gleichung (13) die

50 folgenden Beziehungen einfügt:
Ab = - ^PA?L ^AR

Z> \ 2 * V /

r]

worin C und K Konstante sind, sowie setzt
Wenn man wie im Fall der Gleichung (11) annimmt, 55
daß R₁ = R₁₀, gut: l+tanh(-| _{i +}

-tanhi-^ ' ^JM0

1-tanh- Ι

Α j 60 \2 / R

3. Mittlerer Wert der Dämpfung ^{erMlt man nach} Durchführung von Zwischen

rechnungen:

Die Zusammenfassung der Gleichungen (11) und
(13) führt zu der Beziehung: 65 K

Ab s AI. (16)

Ab „_Λ Α« R

(14)

ρ ' RR

10

9 1Ö

Dies bedeutet: schaltet ist. Diese Spannung wird der Basis eines

(Π) Transistors 503 zugeführt, der an seinem Emitter eine ' d

Bezugsgleichspannung empfängt, welche von der worin H eine Konstante ist, die von dem Thermistor Gleichstromquelle 90 geliefert wird, deren Strom über 100 der Schaltung 10 abhängt. 5 Widerstände 504 und 505 fließt. Diese Bezugsgleichs-

Man kann dann die Wirksamkeit der erhaltenen spannung ist mit Hilfe des Widerstands 505 einstellbar Regelung berechnen, wenn man die Übertragungs- und wird durch eine parallel zu den Widerständen 504 eigenschaften entlang des Regelweges vorgibt. Wenn und 505 liegende Zenerdiode 506 auf einem koneine Änderung Δ U₂ der Ausgangsspannung U₂ eine stanten Wert gehalten.

Änderungen/des Steuerstroms nach sich zieht, kann ίο Das bereits durch den Transistor 503 verstärkte manschreiben: . Fehlersignal wird dem Verstärker53 zugeführt, der

. . aus einem Transistor 507 besteht, dessen Basis einer-

^{Δ U}*. — ^{Δ Ul} . I . seits an den Kollektor des Transistors 503 und andererem U₁ 1 + HG· U₂ seits über einen Widerstand511 an Masse angeschlos-

15 sen ist, während sein Emitter über einen Satz von

Somit wird eine relative Änderung der Eingangs- Widerständen 508, 509, 510 mit der Basis des Transpannung CZ₁ durch den Faktor (1 +HGU₂) divi- sistors503 verbunden ist. Der Transistor 507 gibt in diert, der groß gegen Eins ist. seinem Kollektorkreis einen Strom ab, welcher den

Bei dem angegebenen Beispiel gilt: Heizdraht 101 des Thermistors 100 in dem Regel-

zo vierpol 10 speist.

H = 0,44, pj)i_e Stromverstärkung, d. h. das Verhältnis des

Kollektorstroms des Transistors 507 zu dem Basis-

G U₂₀ m 90, strom des Transistors 503, ist durch das konstante

^daraus: Verhältnis zwischen den Werten der Widerstände 508

" β'a ^₂ J_ Δ Ui 25 und 509 festgelegt und praktisch unabhängig von dem

U₂ ~~ 40 U₁ Verstärkungsfaktor der Transistoren 503 und 507.

Der veränderbare Widerstand 11 des Thermistors 100

F i g. 5 zeigt das Schaltbild eines Pegelreglers der in bildet den Zweig AC der Wheatstoneschen Brücke Fig. 1 gezeigten Art, worin die Schaltungen des A,B, C,D. Die Brückendiagonale AB liegt an der kon-Regelvierpols 10 und der Meßschaltung 60 mit dem 3° stanten Spannung U, die an den Klemmen der Zenerzugehörigen Alarmkreis sowie diejenige der Meß- diode 514 abgenommen wird, die in Serie mit einem und Steuerschaltung 50 und der in Abhängigkeit davon Widerstand 513 an den Klemmen der Spannungsarbeitenden Alarmschaltung 70 genauer dargestellt quelle 90 angeschlossen ist. Die zwischen den Klemsind. men C und D der anderen Brückendiagonale erschei-

Die Schaltungsgruppen 30, 20 und 40 sind bekannte 35 nende Gleichspannung u wird über Einstellwider-Anordnungen, nämlich die erste ein Filter und die stände und gegebenenfalls über einen Gleichstrombeiden anderen Verstärker. verstärker einem galvanometrischen Relais 604 zu-

Das Schaltbild des Regelvierpols 10 enthält gegen- geführt. Bei einer geeigneten Wahl der Widerstände über der Darstellung von F i g. 3 einige zusätzliche 601, 602, 603 kann das galvanometrische Relais 604 Elemente, deren Aufgabe noch erläutert wird. 4° direkt in Werten der Dämpfungsänderung Δ b zu

Der Übertrager 114 sowie der Übertrager 13 dienen beiden Seiten eines in der Mitte liegenden Nullwertes zur Anpassung der Eingangs- und Ausgangsimpedanz geeicht werden. Das Relais 604 enthält zwei Anschläge des auf den Nennwert der Dämpfung eingestellten an den Skalenpunkten, welche den vorgegebenen Regelvierpols 10 an die äußeren Impedanzen. Damit Grenzen entsprechen, beispielsweise ±0,4 Neper. Wenn der Widerstand 11 in eine Brückenschaltung A, B, C, D 45 der Zeiger des Relais 604 einen dieser Anschläge ereingefügt werden kann, die mit Gleichstrom gespeist reicht, schließt der dadurch gebildete Kontakt den wird, ohne daß dies eine Störung des Betriebs des Erregungsstromkreis eines. elektromechanischen Re-Regelvierpols 10 in bezug auf die Fernsprechströme lais 605, das einen Alarm auslöst, um anzuzeigen, daß hervorruft, ist der in F i g. 3 mit zwei Wicklungen dar- der Pegel die vorgegebenen Grenzen verläßt,
gestellte Transformator 13 hier mit drei Wicklungen 50 Es kann eine weitere Alarmanordnung 70 zur An-131, 132, 133 versehen. Die Ausgangswicklung 132 zeige eines Ausfalls des Pilotsignals vorgesehen sein, trennt den Ausgang des Vierpols 10 gleichstrommäßig Diese Anordnung kann durch ein elektromechanisches von dem Eingang des Verstärkers 20, und die Wick- Relais 702 gebildet werden, das im Kollektorkreis lungen 131,133 sind über Kondensatoren 113 bzw. 112 eines Transistors 701 liegt, dessen Basis mit der Basis mit Masse verbunden. Die Brücke A, B, C, D enthält 55 des Transistors 503 in der Vergleichsanordnung 52 drei weitere Widerstände 601, 602, 603 und liegt verbunden ist und dessen Emitter auf einem konstanzwischen ihren Punkten A und B an einer von der ten Potential gehalten wird, das durch eine Zenerdiode Quelle 90 gelieferte Spannung, die durch eine Zener- bestimmt ist, die in Serie mit einem Widerstand an den diode 514 stabilisiert ist. Klemmen der Spannungsquelle 90 liegt.

Die Meß- und Steueranordnung 50 enthält eine 6o Wenn der Widerstand 11 des Thermistors 100 den Diode 51, eine Spannungsvergleichsschaltung 52 und Wert 2R₁ hat, werden die Werte P des Widerstands 601 einen Verstärker 53. und W der Widerstände 602 und 603 aus folgenden

Das vom Ausgang des Verstärkers 40 kommende Beziehungen bestimmt:

Pilotsignal wird durch die Diode 51 von herkömm- In der Brücke A, B, C, D ergibt die Brückenhälfte

licher Art (Typ 19Pl) gleichgerichtet, und die daraus 65 A, C, B:
erhaltene Gleichspannung erscheint in der Spannungs- _{v v}

vergleichsschaltung 52 an den Klemmen eines Wider- = ^A ~~ ^p — ^G ~ ^B _y

stands 501, dem ein Kondensator 502 parallel ge- 2R₁ -f W 2R₁ W

daraus:

Wenn b — b₀ = Δ b ausreichend klein ist, kann man schreiben:

während sich aus der Brückenhälfte A, D, B folgendes ergibt: d. h.

V_A-V_D V_D-V_S

P + W

daraus:

Diese Beziehung läßt sich in folgende Form bringen: so

2R₁

~r

Wenn man P den Wert 2 R₁₀ gibt, den der Widerstand 11 des Thermistors hat, wenn der Pegel am Eingang des Regelvierpols 10 seinen Nennwert hat, und wenn man W den Wert 2R gibt, so daß also jeder der Widerstände 602 und 603 gleich dem doppelten Wert des Wellenwiderstands des Regelvierpols 10 bei dem Nennwert des Pegels ist, wird die Gleichung (18):

Rx

Ri

Die an den Klemmen C und Z> der Brücket, B, C, D ίο abgenommene Spannung u ist nicht nur durch die Gleichung (23) in eindeutiger Weise mit der Dämpfungsänderung Δ b des Regelvierpols 10 verknüpft, sondern sie ist dazu in dem Betriebsbereich sehr annähernd proportional.

F i g. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform des Regelvierpols 10, dessen Aufbau mit zwei Zweigen der Schaltung von Fig. 2 b entspricht, wobei jeder der beiden Zweige durch einen Thermistor gebildet ist, wodurch es möglich wird, streng konstante Eingangs- und Ausgangsimpedanzen zu erhalten.

Bei der Anordnung von F i g. 6 sind die Elemente /-|g\ die bereits in der Schaltung von F ig. 3 vorhanden sind,

mit den gleichen Bezugszeichen wie dort versehen.

Es ist angenommen, daß die Thermistoren 100 und as 104 identische elektrische Kennlinien haben. Ihre Heizdrähte 101 und 105, die gleiche Widerstände haben, sind in Serie mit zwei Widerständen 106 und 107 des gleichen Wertes geschaltet, so daß eine Brückenschaltung gebildet wird. Die eine der Brückendiagonalen ist an die Klemmen 102,103 angeschlossen, über welche der Fehlerstrom / zugeführt wird. Die andere Brückendiagonale ist mit den Klemmen 108, 109 verbunden, über die ein Hüfsstrom mit konstantem Wert Ia zugeführt wird, der von einer Gleichstrom-(19) 35 quelle 110 geliefert wird, deren Stromabgabe durch einen Widerstand 111 einstellbar ist. Durch den Heizdraht 105 des Thermistors 104 fließt ein Strom des Wertes

Nach den Gleichungen (2) und (3) ist die Betriebsdämpfung b_a für den Nennwert des Pegels gegeben durch:

_j_ j\

exp (—δ,,) =

(20)

während durch den Heizdraht 101 des Thermistors 100 ein Strom des Wertes

45

Die gliedweise Addition der Gleichungen (19) und (20) ergibt:

R₁

1 +

_fließt

Die Werte der Zweige 11 und 12 sind also durch folgende Ausdrücke gegeben:

Das zweite Glied der Gleichung (21) ist nichts anderes als exp (—b), wobei b die Betriebsdämpfung des Regelvierpols 10 bei einem beliebigen Wert des Pegels ist. Es gut also:

₅₅ = Cexp [-γ('- ^

60

— + exp (O₀) = exp(— b). (22)

_{o D} _ \ K . A 2.K₂ = Cexp ——(7 + U)\,

worin C und K Konstante sind.

Die Eingangsimpedanzen R des Vierpols sind durch

Wenn die beiden Glieder der Gleichung (22) mit den folgenden Ausdruck gegeben: exp (+b₀) multipliziert werden, erhält man: 65

-A) = 1 + -~exp(6₀).

Der Widerstand R ist unabhängig von dem Fehlerstrom / konstant. Er ist durch die Änderung des Hilf sstroms la einstellbar.

Die Betriebsdämpfung b läßt sich aus der Gleichung (4) errechnen:

Man kann auch schreiben:

1 +

tanhf-

1 +expl-—/

1 - tanh (—

Die Schaltung von F i g. 6 besitzt also gewisse Vorteile gegenüber derjenigen von Fig. 3; sie erfordert allerdings eine sehr genaue Auswahl der Thermistoren sowie eine Hilfsstromquelle.

Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform des Regelvierpols 10 von Fig. 3, der ebenfalls auf der Grundschaltung von Fig. 2b mit zwei Zweigen beruht, wobei der eine Zweig ein Thermistor und der ao zweite Zweig ein konstanter Widerstand ist. F i g. 7 zeigt außer den bereits in F i g. 3 vorhandenen Elementen, die hier mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, zwei Kondensatoren 123, 124 und zwei Induktivitäten 125,126, die es ermöglichen, den Widerstand 11 des Thermistors 100 in den Zweig A, C der Wheatstonschen Brücke A, B, C,D von Fig. 5 einzufügen, ohne daß der Betrieb des Regelvierpols 10 dadurch beeinflußt wird.

F i g. 8 zeigt einen Regelvierpol 10, dessen Aufbau mit zwei Zweigen der Grundschaltung von Fig. 2c

■n

entspricht, worin die Widerstände 11 und 12 die Werte -y

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bzw. γ haben. Wenn daher diese Schaltung einen Thermistor 100 mit den gleichen Eigenschaften wie in dem Vierpol 10 von F i g. 3 und 5 enthält, ist ihr Wellenwiderstand viermal so groß. Damit der Widerstand 11 des Thermistors 100 in den Zweigt, C der Meßbrücke A,B, C,D von Fig. 5 ohne Einfluß auf den Betrieb des Vierpols eingefügt werden kann, genügt es, den Vierpol mit drei Kondensatoren 120,121,122 in der in F i g. 8 gezeigten Weise auszustatten.

F i g. 9 zeigt einen Regelvierpol 10, dessen Aufbau mit zwei Zweigen der Grundschaltung von Fig. 2d entspricht, worin die Widerstände 11 und 12 die

Werte 2 R₁ bzw. ~ haben. In diesem Fall führt die

Verwendung eines Thermistors 100 mit den gleichen Eigenschaften wie in den Schaltungen von Fig. 3 und 5 zu einem um die Hälfte kleineren Wellenwiderstand. Damit der Widerstand 11 des Thermistors 100 in den Zweig A, C der Meßbrücke A, B, C, D von F i g. 5 eingefügt werden kann, müssen, wie im Fall von Fig. 7, zwei Kondensatoren 123, 124 und zwei Induktivitäten 125,126 vorgesehen werden.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. PilotgesteuerterPegelreglermitkontinuierlicher Dämpfungsänderung für Trägerstromtelephoniesysteme, dessen Stellglied aus einem passiven Vierpol mit über den Regelbereich annähernd konstanter Eingangs- und Ausgangsimpedanz besteht, der einen Übertrager und zwei Widerstandszweige aufweist, von denen wenigstens einer einen indirekt geheizten Thermistor enthält, dessen Heizelement durch ein Fehlersignal gesteuert wird, exp (b) = coth

KI

das durch Vergleich des gleichgerichteten Pilotsignals mit einer Bezugsspannung erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager ein Phasenumkehrübertrager mit dem Übersetzungsverhältnis (—1) ist, der in an sich bekannter Weise mit den beiden Widerstandszweigen in einer Differentialschaltung zu einem einer X-Schaltung äquivalenten Vierpol zusammengeschaltet ist, dessen Dämpfung von dem Verhältnis der Widerstände in den beiden Zweigen abhängt und bei einem bestimmten Wert dieses Verhältnisses unendlich groß wird.

2. Pegelregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste der beiden Widerstandszweige einen Längszweig des Vierpols bildet, daß der zweite Widerstandszweig in Serie das beheizte Element des Thermistors und die Primärwicklung des Phasenumkehrübertragers enthält und parallel zu den beiden Eingangsklemmen des Vierpols geschaltet ist und daß die Sekundärwicklung des Übertragers parallel zu den Ausgangsklemmen des Vierpols geschaltet ist (F i g. 3).

3. Pegelregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstandszweig eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme des Vierpols unmittelbar verbindet (Fig. 3 und 6).

4. Pegelregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstandszweig in Serie mit einer dritten Wicklung des Phasenumkehrübertragers an die Eingangsklemmen des Vierpols angeschlossen ist (F i g. 5).

5. Pegelregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Phasenumkehrübertragers aus zwei Hälften mit einer Mittelanzapfung besteht und daß der erste Widerstandszweig in Serie mit der einen Wicklungshälfte und der zweite Widerstandszweig in Serie mit der zweiten Wicklungshälfte an die Eingangsklemmen des Vierpols angeschlossen sind (F i g. 7).

6. Pegelregler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Widerstandszweig des Vierpols ein zweiter indirekt geheizter Thermistor liegt und daß die Heizelemente der beiden Thermistoren symmetrisch in eine Hilfsbrücke geschaltet sind und einerseits durch das Fehlersignal und andererseits durch eine Hilfsstromquelle derart gespeist werden, daß der eine Thermistor durch die Summe und der andere Thermistor durch die Differenz dieser Ströme gesteuert wird (F i g. 6).

7. Pegelregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungen des Phasenumkehrübertragers in Serie mit dem ersten Widerstandszweig parallel zu den Eingangsklemmen bzw. den Ausgangsklemmen des Vierpols geschaltet sind und daß der zweite Widerstandszweig das

beheizte Element des Thermistors enthält und parallel zu der Primärwicklung des Phasenumkehr-Übertragers geschaltet ist (F i g. 8).

8. Pegelregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungen des Phasenumkehrübertragers in Serie mit dem ersten Widerstandszweig parallel zu den Eingangsklemmen bzw. den Ausgangsklemmen des Vierpols geschaltet sind und daß der zweite Widerstandszweig das beheizte Element des Thermistors enthält und nach Art einer überbrückten T-Schaltung eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme des Vierpols verbindet (F i g. 9).

9. Pegelregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Überwachungsschaltung, in welcher das beheizte Element (11) des Thermistors (100) in einer Meß- und Überwachungsbrücke (A, B, C, D) liegt, die mit einem Meßstrom von geringer Stärke gespeist wird und so ausgebildet ist, daß sie abgeglichen ist, wenn die Dämpfung des Vierpols (10) einen vorbestimmten Bezugswert hat (F i g. 5).

10. Pegelregler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom in der einen Diagonale (C, D) der Meß- und Überwachungsbrücke (A, B, C, D) zur Steuerung eines Alarmsignals dient (Fig. 5).

11. Pegelregler nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das beheizte Element (11) des Thermistors (100) durch Kondensatoren (123,124) gleichstrommäßig von den Vierpolklemmen getrennt und über Drosselglieder (125, 126) mit der Meß- und Überwachungsbrücke verbunden ist (F i g. 7 und 9).

12. Pegelregler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselglieder wenigstens zum Teil durch die Primärwicklung des Phasenumkehrübertragers (13) gebildet sind (F i g. 8).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 094 809;
ao »Albiswerk-Berichte«, 1956, H. 1, S. 7 bis 20;

E. A. Guillemin, »CommunicationNetworks«, New York, 1947, Bd. II, S. 160 und 161.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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