DE1282728B - Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieuebertragung, insbesondere fuer Zeitmultiplex-Vermittlungssysteme - Google Patents
Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieuebertragung, insbesondere fuer Zeitmultiplex-VermittlungssystemeInfo
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- DE1282728B DE1282728B DES102967A DES0102967A DE1282728B DE 1282728 B DE1282728 B DE 1282728B DE S102967 A DES102967 A DE S102967A DE S0102967 A DES0102967 A DE S0102967A DE 1282728 B DE1282728 B DE 1282728B
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
Int. Cl.:
H04m
H04q
Deutsche Kl.: 21 a3 - 46/10
Nummer: 1282 728
Aktenzeichen: P 12 82 728.0-31 (S 102967)
Anmeldetag: 31. März 1966 x
Auslegetag: 14. November 1968
Gegenstand des Hauptpatents ist eine Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen
mit Querkondensatoren versehenen Anschlüssen, insbesondere zwischen zwei zu Zeitmultiplex-Fernsprechvermittlungsanlagen
gehörenden Leitungsabschnitten über mindestens einen periodisch betätigbaren Kontakt mit vorgeschaltetem Tiefpaß, dessen
Grenzfrequenz kleiner ist als die halbe Betätigungsfrequenz des Kontaktes und dem der die während
der Betätigungsdauer des Kontaktes zu übertragende Energie vorübergehend aufnehmende Querkondensator
nachgeschaltet ist, bei der zumindest bei den Energie liefernden Anschlüssen Zusatzkondensatoren
parallel zu den Querkondensatoren vorgesehen sind und bei der eine zusätzliche Stromquelle während
der vor der Energieübertragung liegenden Zeitspanne jeden Zusatzkondensator über ein an den betreffenden
Querkondensator angekoppeltes und durch dessen Ladezustand steuerbares Verstärkerelement derart
mit Energie versorgt, daß an dem betreffenden Zusatzkondensator eine der am Querkondensator angelegten
Spannung entsprechende Spannung auftritt und während der demgegenüber kurz dauernden jeweils
späteren Energieübertragung die in dem Zusatzkondensator enthaltene Energie sich mitauswirkt.
Der Schaltungsanordnung liegt also das Prinzip zugrunde, daß zur impulsweisen Energieübertragung
zwischen mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen über mindestens einen periodisch betätigbaren Schalter
bei zumindest einem Anschluß der Kondensator zu einem wenigstens eine Zusatzreaktanz sowie eine
zusätzliche Energiequelle zusammen mit einem Verstürkerelcmcnt enthaltenden Zweipol ergänzt ist,
bei dem die zusätzliche Energiequelle zusammen mit. dem Verstärkerclcment während der vor der Energie-Übertragung
liegenden Zeitspanne in Abhängigkeit von der dem Kondensator zugeführten bzw. entnommenen
Energie die Reaktanzen des Zweipols derart mit Energie versorgt, daß in solchen Reaktanzen
eine der dem Kondensator zugeführten Energie entsprechende Energie bereitgestellt wird und daß während
der anschließenden kurzzeitigen Energieübertragung die in den Reaktanzen enthaltene Energie
sich milauswirkt.
Die Erfindung bezweckt eine Weiterbildung der im Hauptpatent angegebenen Schaltungsanordnung,
die es gestaltet, die Anwendungsmöglichkeiten solcher nach dem angegebenen Prinzip arbeitenden Schaltungsanordnungen
auf Grund einer besonders zweckmäßigen Dimensionierung einer solchen Schaltungsanordnung
zu erweitern.
Die Erfindung betrifft somit eine Schallunusanord-Schaltüngsanordnung
zur impulsweisen
Energieübertragung, insbesondere für
Zeitmultiplex-Vermittlungssysteme
Energieübertragung, insbesondere für
Zeitmultiplex-Vermittlungssysteme
Zusatz zum Patent: 1 227 079
Anmelder:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Witteisbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Werner Poschenrieder, 8000 München
nung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen über
mindestens einen periodisch betätigbaren Schalter, insbesondere in Zeitmultiplex-Fernsprechvermittlungsanlagen,
bei der zumindest bei einem Anschluß der Kondensator zu einem wenigstens eine Zusatzreaktanz
sowie eine zusätzliche Energiequelle zusammen mit einem Verstärkerelement enthaltenden
Zweipol ergänzt ist, in dem die zusätzliche Energiequelle zusammen mit dem Verstärkerelement während
der vor der Energieübertragung liegenden Zeitspanne in Abhängigkeit von der dem Kondensator zugeführten
Energie die Reaktanzen des Zweipols derart mit Energie versorgt, daß in solchen Reaktanzen eine
der dem Kondensator zugeführten Energie entsprechende Energie bereitgestellt wird und bei der während
der anschließenden kurzzeitigen Energieübertragung die in den Reaktanzen enthaltene Energie
sich mit auswirkt. In dieser Schaltungsanordnung ist erfindungsgemäß der genannte Kondensator zu
einem solchen Zweipol ergänzt, dessen Impedanz durch eine Funktion Zip) mit ρ = η +jo>
bestimmt ist. die bei einer jeweiligen Schließungszeitspanne τ und einer zwischen einer Betätigung des mit dem
Zweipol verbundenen Schalters und der jeweils nächsten Betätigung eines solchen mit dem Zweipol
verbundenen Schalters liegenden Betätigungsperiode T' Pole im Bereich
\\ρ\<γτ' < < 0
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der p-Ebene sowie im Bereich
£0
der p-Ebene aufweist, bei denen die-Summe der
Residuen zumindest "dei" im Bereich ' ; ■; ;;
liegenden Pole nach Maßgabe der "elektrischen Eigenschaften des betreffenden 'Anschlusses (Ay) gewählt
ist und die Summe der Residuen der im Bereich
ρ < 0
liegenden Pole und der mit einer durch den "Quotienten aus einem gewünschten Verstärkungsfaktor und dem
um 1 verringerten. Verstärkungsfaktor . gebildeten, von 0 und von +1 verschiedenen, positiven, endlichen
schiüß praktisch- abgdsfefilossen, sind und somit auch .
in dieser Hinsicht unerwünschte Energierückübertragungen, d. h. Reflexionen, vermieden werden. Zugleich
ist sichergestellt, daß die während der jeweiligen
kurzzeitigen «Schließung des periodisch beijätigbaren
Schalters- zii Übertrageride Energie- tatsächlich-auch
übertragen und an den betreffenden Anschluß weitergegeberiiwird,
wobei in jedem Falle auch die Proportionalität
zwischen dieser übertragenen Energie und der in dem genannten Ausgleichsvorgang zusätzlich
bereitgestellten Energie gewahrt bleibt.
Mit der Wahl der erwähnten Konstante K wird
dabei der Verstärkungsfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der während der Energieübertragung am
Zweipol auftretenden Zweipolspannungsänderung und der dann bis zum Ende des erwähnten Ausgleichsvorganges erreichten Zweipolspannungsänderung, festgelegt.
Die Konstante K erhält in weiterer Ausgestal· tung der'Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
zweckrriäßigerwejse einen Wert, der größer als + -ψ
ist, womit in jedem Falle eine Energieverstärkung erzielt wird. Insbesondere wird bei einer Wahl einer
Konstanten K, die größer als 1 ist,-ein Verstärkungsfaktor
erzielt, der größer als +1 ist, während bei einer Wahl'der Konstariten K, deren Größe kleiner
als +1 ist,' ein" Verstärkungsfaktor erzielt wird, der
negativ ist; die genahnte, am Zweipol während der Energieübertragung auftretende 'Spannungsänderung
Konstante X multiplizierten Residuen der im Bereich 30 weist dann das entgegengesetzte Vorzeichen von
der dann bis zum Ende des Ausgleichsvorganges vor-
■- '■ . handenen Spannungsänderung auf. Handelt es sich
insbesondere um eine impulsweise Energieübertragung zwischen gleichartigen, mit Querkondensatoren
versehenen Anschlüssen, so erhält die erwähnte Konstante
K zweckmäßigerweise zumindest angenähert
den Wert +2 oder +^r', hiermit wird dann erreicht,
daß ein an sich bei dem Energieaustausch zwischen
solchen Kondensatoren auftretender Verlust von Energie wieder ausgeglichen wird, so daß an den
empfangsseitigen Anschluß gerade so viel Energie weitergegeben wird, wie vor der kurzzeitigen Energieübertragung
an den sendeseitigen Kondensator angeliefert worden war.
Die Erfindung bringt übrigens noch den besonderen Vorteil mit sich, daß der Zweipol, zu dem der erwähnte
Kondensator ergänzt ist und dessen Impedanz durch eine Funktion der angegebenen Art bestimmt
in dem ein dem Betrag der übertragenen "Energie 5° ist, im einzelnen durch eine Vielzahl von Schaltungsproportionaler
Betrag an Energie zur Abgabe an konfigurationen realisiert werden kann, so daß auch
den betreffenden Anschluß bereitgestellt—oder auch in dieser Hinsicht der Anwendungsbereich der erverniehtet
— wird, die kurzzeitige Energieübertragung findungsgemaß ausgebildeten Schaltungsanordnung
durch Reflexionserscheinungen störend beeinflussen erweitert wird und diese Schaltungsanordnung durch
könnte. Darüber hinaus ergibt sich der weitere Vorteil, 55 Wahl der jeweiligen Schaltungskonfiguration gegebedaß
dieser Ausgleichsvorgang im wesentlichen nach nenfalls auch noch weiteren Forderungen angepaßt
einer Zeitspanne beendet ist, die kurz gegenüber werden kann. Der Zweipol kann beispielsweise in
der zwischen einer Betätigung des mit dem Zweipol an sich bekannter Weise (vgl. Cauer, »Theorie der
verbundenen Schalters und der jeweils nächsten linearen Wechselstromschaltungen«) als eine Reihen-Betätigung
eines solchen mit dem Zweipol verbun- 60 schaltung von jeweils einem Pol entsprechenden
denen Schalters liegenden Zeitspanne T" und damit RC-Parallelgliedern gebildet sein, in denen jeweils
kurz gegenüber jener Zeit ist, die bis zur Beendigung die Kapazität Cv gleich dem Reziprokwert des
der Abgabe von Energie an den betreffenden Anschluß Residuums' Av dieses Poles ist und der Widerstand
bzw. Aufnahme von Energie von dem betreffenden Ry gleich dem Quotienten aus dem Residuum Av
Anschluß zur Verfügung steht, so daß selbst bei 65 und derjenigen Frequenz p = ρ, bei der der bereffende
mehr oderweniger starken Schwankungen der momen- Pol der Impedanzfunktion Z (p) liegt. Eine besonders
tanen Betätigungsperiode T der Ausgleichsvorgang einfache und zweckmäßige HC-Schaltung erhält man,
und die Energieweitergabe an den betreffenden An- wenn die den Zweipol bestimmende Funktion Z(p)
liegenden Pole gleich Null ist.
Die erfindungsgemäß dimensionierte Schaltungsanordnung
bringt zunächst einmal den Vorteil mit sich, daß mit Sicherheit die kurzzeitige Energieübertragung
in einer Zeitspanne vor sich geht, die kurz gegenüber der jeweiligen Schließungszeitspanne τ
des Schalters ist, so daß die Schließungszeitspanne gegebenenfalls auch mehr oder weniger stark schwanken
kann, ohne daß ein an die kurzzeitige Energieübertragung sieh anschließender Ausgleichsvorgang,
gerade nur einen Pol bei der Frequenz ρ = 0 und
gerade nur einen Pol im Bereich
aufweist, wie dies später auch noch im einzelnen erläutert werden wird. Es sei in diesem Zusammenhang
besonders bemerkt, daß die Erfindung es gestattet, den Zweipol so zu dimensionieren, daß die Kondensatoren,
keine Kapazitäten unerwünscht extremer Größenordnungen aufzuweisen brauchen. Es ist aber
auch möglich, den Zweipol durch eine Reihenschaltung von jeweils einem Pol entsprechenden RL-Parallelgliedern
zu bilden, in denen jeweils der Widerstand gleich dem Residuum ist und die Induktivität gleich
dem Quotienten aus dem Residuum und der Frequenz ρ = ρ, bei der die Impedanzfunktion den betreffenden
Pol hat. Schließlich ist es auch möglich, den Zweipol mit Widerständen und Reaktanzen beider Reaktanzarten
aufzubauen.
Nachdem erfindungsgemäß der bei einem Anschluß vorgesehene Kondensator zu einem solchen Zweipol
ergänzt ist, dessen Impedanz durch eine Funktion Z(p) bestimmt ist, bei der die Summe der Residuen
zumindest der im Bereich
1
T
T
Q < 0
liegenden Pole nach Maßgabe der elektrischen Eigenschaften des betreffenden Anschlusses (Ay) gewählt
ist und die Summe der Residuen der im Bereich
IpI «
ι
T7
T7
ρ < 0
liegenden Pole und der mit einer durch den Quotienten aus einem gewünschten Verstärkungsfaktor und dem
um 1 verringerten Verstärkungsfaktor gebildeten, und von 0 und von +1 verschiedenen, positiven, endlichen
Konstante multiplizierten Residuen der im Bereich
-1 | ^ α) -4 |
< | |
T | . 1 |
τ |
liegenden Pole gleich Null ist, wird man zumindest in einem der Bereiche Residuen positiven Vorzeichens
und zumindest in dem jeweils anderen Bereich Residuen negativen Vorzeichens haben, wobei dann die den
betreffenden Polen entsprechenden Impedanzen auch negative Kapazitäten bzw. Induktivitäten und negative
Widerstände aufweisen können. Solche negativen Impedanzen lassen sich in an sich bekannter Weise
mit Hilfe von sogenannten Impedanzkonvertern realisieren. Dabei bildet dann zweckmäßigerweise in
weiterer Ausgestaltung der Erfindung das in dem Zweipol enthaltene Verstärkerelement zusammen mit
der zusätzlichen Energiequelle einen Bestandteil eines solchen Impedarizkonverters. - ~ ' ■
' An Hand der Zeichnungen sei die Erfindung näher
erläutert. Dabei verdeutlicht
F i g. 1 das schaltungstechnische Prinzip, das der
Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zugrunde liegt;
F ig. 2 zeigt die Bereiche der p-Ebene,' in der die
Pole der den erfindungsgemäß vorgesehenen Zweipol bestimmenden Impedanzfunktiön zu liegen haben;
F i g. 3 verdeutlicht die Funktionsweise einer in
der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten Schaltungsanordnuhg;
Fig.4 zeigt einen einfachen und zweckmäßigen
Aufbau eines Zweipols, zu dem der Kondensator eines an der Energieübertragung beteiligten Anschlusses
erfindungsgemäß ergänzt ist;
F i g. 5 verdeutlicht die konkrete Realisierung eines solchen Zweipols gemäß F i g. 4 mit Hilfe eines
Widerstandskonverters;
F i g. 6 und 7 lassen dabei unterschiedliche Möglichkeiten des schaltungstechnischen Aufbaues im
einzelnen erkennen;
F i g. 8 zeigt eine Abwandlung der nach dem erfindungsgemäßen
Prinzip aufgebauten Schaltungsanordnung.
Wie bereits erwähnt, verdeutlicht die Fig. 1 das der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zugrunde liegende, schaltungstechnische Prinzip der impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen. In der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind zwei An-Schlüsse AG und Av vorgesehen, die jeweils mit einem Kondensator C0 G bzw. C0 v versehen sind und zwischen denen eine Energieübertragung über einen periodisch betätigbaren Schalter S möglich ist. Der Kondensator C0 G h'egt quer zum Anschluß A0, und der Kondensator C0 v liegt quer zum Anschluß Ay. Von dem Anschluß AG her möge eine langsam vor sich gehende Aufladung des Kondensators C0 G erfolgen; wenn dann kurzzeitig der Schalter S geschlossen wird, wird entsprechend dem Ladungszustand des Kondensators C00 Energie zu dem Kondensator C0 v hin übertragen, von wo aus dann die Energie z. B. über ein Tiefpaßfilter langsam zu dem Anschluß Av hin weitergeleitet werden kann. Wie in F i g. 1 angedeutet ist, sind die beiden Kondensatoren C0 G und C0 Y jeweils zu einem wenigstens eine Zusatzreaktanz sowie eine zusätzliche Energiequelle zusammen mit einem Verstärkerelement enthaltenden Zweipol ergänzt. Läßt man indessen zunächst einmal die die Kondensatoren C00 und C0 Y jeweils zu einem solchen Zweipol ergänzenden Parallelschaltungen KG und Kv außer Betracht, so hat eine (nicht allzu) kurzzeitige Schließung der periodisch betätigbaren Schalters S lediglich zur Folge, daß die vor einem Schließen des Schalters S etwaigen unterschiedlichen Kondensatorspannungen der beiden Kondensatoren C0 Q und C0 y sich einander angleichen. Nimmt man beispielsweise an, daß die beiden Kondensatoren C0 G und C0 ν gleiche Kapazitäten haben und daß zunächst der Kondensator C0 G geladen und der Kondensator C0 v entladen ist, so geht bei einem kurzzeitigen Schließen des Schalters S die halbe Ladung des Kondensators C0 G auf den Kondensator C0 γ über, womit dann beide Kondensatoren
Wie bereits erwähnt, verdeutlicht die Fig. 1 das der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zugrunde liegende, schaltungstechnische Prinzip der impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen. In der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind zwei An-Schlüsse AG und Av vorgesehen, die jeweils mit einem Kondensator C0 G bzw. C0 v versehen sind und zwischen denen eine Energieübertragung über einen periodisch betätigbaren Schalter S möglich ist. Der Kondensator C0 G h'egt quer zum Anschluß A0, und der Kondensator C0 v liegt quer zum Anschluß Ay. Von dem Anschluß AG her möge eine langsam vor sich gehende Aufladung des Kondensators C0 G erfolgen; wenn dann kurzzeitig der Schalter S geschlossen wird, wird entsprechend dem Ladungszustand des Kondensators C00 Energie zu dem Kondensator C0 v hin übertragen, von wo aus dann die Energie z. B. über ein Tiefpaßfilter langsam zu dem Anschluß Av hin weitergeleitet werden kann. Wie in F i g. 1 angedeutet ist, sind die beiden Kondensatoren C0 G und C0 Y jeweils zu einem wenigstens eine Zusatzreaktanz sowie eine zusätzliche Energiequelle zusammen mit einem Verstärkerelement enthaltenden Zweipol ergänzt. Läßt man indessen zunächst einmal die die Kondensatoren C00 und C0 Y jeweils zu einem solchen Zweipol ergänzenden Parallelschaltungen KG und Kv außer Betracht, so hat eine (nicht allzu) kurzzeitige Schließung der periodisch betätigbaren Schalters S lediglich zur Folge, daß die vor einem Schließen des Schalters S etwaigen unterschiedlichen Kondensatorspannungen der beiden Kondensatoren C0 Q und C0 y sich einander angleichen. Nimmt man beispielsweise an, daß die beiden Kondensatoren C0 G und C0 ν gleiche Kapazitäten haben und daß zunächst der Kondensator C0 G geladen und der Kondensator C0 v entladen ist, so geht bei einem kurzzeitigen Schließen des Schalters S die halbe Ladung des Kondensators C0 G auf den Kondensator C0 γ über, womit dann beide Kondensatoren
die gleiche. Spannung von der halben Größe der ur-f
sprüngh'ch am Kondensator C00 auftretenden Spannung
'aufweisen .und jeweils ein. Viertel der ursprüng-r
Hch im Kondensator C0 G. gespeicherten Energie
speichern; die,testliche Hälfte der Energie ist in nie
ganz zu vermeidenden Widerständen des .den Schalter S enthaltenden Energieübertragungsweges, vernichtet
worden. Nur ein Viertel der ursprünglich vom Anschluß Ac her gelieferten Energie kann also
zum Anschluß Ay hin wcitergelcitet werden. In entsprechender
Weise arbeitet die Schaltungsanordnung nach F i g, 1 dann auch in der umgekehrten übertragungsrichtung.
.
Damit nun ein größerer Energiebetrag, insbesondere so viel Energie, wie ursprünglich von dem Anschluß
AG her dem Kondensator C0 G zugeführt woriden
war, nach ,der impulsweisen Energieübertragung
auch zum Anschluß Av hin weitergeleitet, werden
kann, sind nun -in der Schaltungsanordnung nach
Fig. 1 zunächst einmal die Kondensatoren C00-
und C0,- durch die schon erwähnten Parallelschaltungen
Kq und K,■ jeweils zu einem wenigstens eine
Zusatzreaktanz sowie eine zusätzliche Energiequelle zusammen mit einem Verstärkerelement enthaltenden
Zweipol ergänzt, in dem die zusätzliche Energiequelle
zusammen mit dem Verstärkerelement während der vor der Energieübertragung liegenden Zeitspanne
in Abhängigkeit von der dem Kondensator zugeführten Energie die Reaktanzen des Zweipols
derart mit Energie versorgt, daß in solchen Reaktanzen
eine der Energiezuführung bzw. -entnahme entsprechende Energie bereitgestellt wird, die sich
dann bei der anschließenden kurzzeitigen Energieübertragung mitauswirkt. Wie eine solche Energiebereitstellung
vor sich gehen kann, wird bereits in der deutschen Patentschrift 1 227 079 beschrieben,
so daß an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht. Es sei lediglich erwähnt, daß in
der genannten Patentschrift eine entsprechende Schaltung angegeben ist, die es gestattet, im Zuge einer
kurzzeitigen Energieübertragung über den impulsweise geschlossenen Schäker eine Ladung gerade
von der vollen Größe der zuvor auf dem Kondensator C0 G befindlichen Ladung zu übertragen und im
Ergebnis auch dem Kondensator C„ ,· eine Ladung
dieser Größe zuzuführen.
Grundsätzlich können die Kondensatoren Cn (;
und C01- der .Schaltungsanordnung nach F i g. 1
aber auch zu Zweipolen ergänzt sein, in denen mehr oder auch weniger Energie bereitgestellt wird, wobei
im Grenzfall auch der Betrag der bereitgestellten Energie vernachlässigbar klein sein kann. In jedem
Falle wird nun nach Lieferung einer bestimmten
Energie vom Anschluß Aa zum Kondensator C110-hin
und nach impulsweiser Energieübertragung durch kurzzeitiges Betätigen des Schalters S die Weitergabe
eines gleich großen "oder bei Bedarf auch größeren -=- oder auch kleineren - Energiebetrages zum
Anschluß Ax- hin bzw. in der Gegenrichtung bei
Lieferung von Energie durch den Anschluß A1
zum Anschluß AG hin dadurch ermöglicht, daß in
der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 die Kondensatoren
C0 o- und C0 ,jeweils in der crTindungsgemäßeii
Weise zu einem solchen Zweipol ergänzt sind, dessen Impedanz durch eine Funktion Ζ(/>ϊ mit:'p = η + jo>
bestimmt ist. die bei einer jeweiligen Schlicßungszeilspanne
τ und Betätigungsperiode Γ des Schalters S Pole im Bereich
der /3-Ebene sowie im Bereich
ω -4
der p-Ebene aufweist, bei denen die Summe der Residuen
zumindest der im Bereich
\\p\<Y
ι < O
ι < O
liegenden Pole.nach Maßgabe der elektrischen Eigenschaften
des betreffenden Anschlusses (Ar) gewählt ist. d. h. so, daß der Zweipol an den betreffenden
Anschluß zumindest angenähert angepaßt ist und die Summe der Residuen der im Bereich
< O
liegenden Pole und der mit einer durch den Quotienten aus einem gewünschten Verstärkungsfaktor und dem
um 1 verringerten Verstärkungsfaktor gebildeten, von O und von +1 verschiedenen, positiven, endlichen
Konstante K multiplizierten Residuen der im Bereich
-τ
τ1
liegenden Pole gleich O ist.
Ein in dieser Weise bemessener Zweipol spricht auf eine.impulsweise Energiezuführung durch kurzzeitiges
Schließen des Schalters S in der Weise an. daß sich an ihm-während des Energieübertragungsvorgangeseineder
übertragenen Energie entsprechende und der Summe der Residuen proportionale Spannung
L'(r) ausgebildet, die dann unmittelbar im Anschluß an den Energieübertragungsvorgang stetig
in einen der Summe der Residuen lediglich des erstgenannten Bereiches
f, 1
\pi< f-
IJ < O
der /»-Ebene proportionalen, praktisch zeitunabhängigen
Spannungswert U{T) übergeht. Eine dieser letztgenannten
Spannung V(T). entsprechende Energie steht dann zur Weitergdbe; an den Anschluß A1-zur
Verfugung. Durch passende Wahl der erwähnten
■" Konstante K= l_ ι · worin .ι·· = .. -der gewünschte
Verstärkungsfaktor ist. kann dabei erreicht werden, daß der Betrag der /um Anschluß/.-j, weiter-
geleiteten Energie gerade gleich der zuvor vom Anschluß Aa her gelieferten Energie bzw. größer
oder kleiner als dieser Betrag ist. Dabei hat die positive Konstante K endlich und von Null verschieden
zu sein, da anderenfalls jeweils einer der beiden erwähnten Bereiche keinen Pol enthalten würde;
mit Rücksicht auf die Stabilität des Zweipols hat ferner die Konstante von +1 verschieden zu sein.
Wie die F i g. 3 zeigt, kann die sich schließlich einstellende Spannung U(T) ein der Spannung U (τ)
entgegengesetztes Vorzeichen besitzen. Dies ist der Fall, wenn die Konstante K einen positiven Wert
erhält, der kleiner als +1 ist. In diesem Fall wird also unter Zuhilfenahme von durch die Energiequelle
des Verstärkerelementes des Zweipols gelieferter Energie nicht nur erreicht, daß in dem sich an die kurzzeitige
Energieübertragung anschließenden Ausgleichsvorgang gegebenenfalls eine Verstärkung erzielt wird,
sondern daß zugleich die sich schließlich einstellende Spannung U[T) das umgekehrte Vorzeichen wie
die Spannung U (τ) besitzt. Eine solche Vorzeichenumkehr ist insbesondere dann von Vorteil, wenn
ohnehin eine Umladung des bei dem betreffenden Anschluß vorgesehenen Kondensators erforderlich
ist, wie dies z. B. in einer bereits vorgeschlagenen Weiterbildung der Schaltungsanordnung gemäß dem
Hauptpatent der Fall ist.
Der in F i g. 3 gestrichelt angegebene Bereich des Spannungsverlaufcs zwischen dem Zeitpunkt τ, an
welchem die Betätigung des Schalters beendet ist, und jenem Zeitpunkt, an welchem sich die endgültige,
praktisch zeitunabhängige Spannung U (T) eingestellt hat, verläuft entweder nach Art einer Exponentialfunktion,
wie hier dargestellt, oder auch nach Art von abklingenden sinusförmigen Schwingungen, welche
zu jenem Zeitpunkt, bei dem der in F i g. 3 gestrichelt eingezeichnete Spannungsverlauf beendet
ist. ebenfalls ihrerseits praktisch völlig abgeklungen sind, was durch eine erfindungsgemäße Dimensionierung
des Zweipols zu erreichen ist.
Die Bereiche, in denen die Pole der Impedanzfunklion
des erfindungsgemäß ausgebildeten Zweipols zu liegen haben, sind in der schematisch die p-Ebene
zeigenden F i g. 2 durch Schraffur hervorgehoben. F i g. 2 zeigt solche Pole beispielsweise mit den
durch Kreuze bezeichneten Polen P01. P02, Pn, P12
und Pn. Im Bereich
Halbebene bzw. auf deren Rand. Die Größe der zugehörigen Residuen wurde bereits oben angeben;
es muß gelten EA0 + K ■ EA1 = 0, worin A0 jeweils
ein Residuum eines im Bereich
p\
T7
< ο
liegenden Pols und A1 jeweils ein Residuum eines
im Bereich
O) 4:
liegenden Pols darstellt.
Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Zweipols erreicht man dadurch, daß alle Pole auf der reellen Achse der linken Halbebene der
p-Ebene liegen, wodurch einerseits erreicht wird, daß die Spannung am Zweipol während des Ausgleichsvorganges
entsprechend der Darstellung in F i g. 3 exponentiell verläuft, und wodurch andererseits
erreicht wird, daß der Zweipol durch in integriertcr Bauweise herstellbare Widerstände, Kapazitäten
und Verstärkerelemente realisiert werden können. Eine weitere, zweckmäßige Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Zweipols erreicht man dadurch, daß man überhaupt nur je einen einzigen Pol in
jedem der beiden in Fig. 2 angegebenen Bereiche vorsieht. Insbesondere kann dabei zweckmäßigerweise
der im Bereich
\\ρ\<γτ
ο < O
[M « f I
ι < 0
besitzen die Pole einen Abstand vom Nullpunkt, der viel kleiner als j. ist. Im Bereich
T T
besitzen die Pole von der reellen /7-Achse einen
Abstand, der viel kleiner als ist und von der ima-
ginüren /»-Achse einen Abstand, der groß gegen γ-
und klein gegen ist. Alle Pole liegen in der linken liegende Pol so gewählt werden, daß er im Nullpunkt
der p-Ebene liegt. Dadurch, daß man, wie angegeben, nur je einen Pol in jedem der Bereiche vorsieht, erhält
man besonders einfache Schaltungsanordnungen für den erfindungsgemäßen Zweipol. Dadurch, daß man
den einen Pol in genannter Weise in den Nullpunkt legt, erreicht man zusätzlich, daß die am Ende des
Ausgleichsvorgangs sich einstellende Zweipolspannung U (T') lange Zeit aufrechterhalten bleibt, so
daß gegebenenfalls die nächste Betätigung eines mit dem Zweipol verbundenen Schalters, über den die
dann im Zweipol zur Verfügung stehende Energie weiterzuübertragen ist, erst nach entsprechend langer
Zeit zu erfolgen braucht.
F i g. 4 zeigt eine einfache und zweckmäßige Mög-Iichkeit,
einen erfindungsgemäßen Zweipol zu realisieren, welcher nur je einen Pol in jedem der beiden
in F i g. 2 angegebenen Bereiche besitzt, wobei der eine der beiden Pole im Nullpunkt der p-Ebene
liegt. Gemäß Fi g. 4 enthält der Zweipol den Querkondensator C0 des an der Energieübertragung beteiligten
Anschlusses A sowie ein ihn ergänzendes KC-Netzwerk C1, C3 und R, bestehend aus einem
ßC-Parallelglied R, C3 und einem dazu in Serie
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'■\p\<M
11 12
geschalteten, einfachen C-Glied C1. Dieser Zweipol bildung der Schaltungsanordnung empfiehlt sich insist
bestimmt durch eine Funktion besondere dann, wenn der Kondensator C0 mit positiver
Kapazität fest vorgegeben ist. Die erforderlichen
7{ \ — ^o ι ^i negativen Impedanzen können in an sich bekannter
P' - ρ — Qi ' 5 Weise mit Hilfe eines Impedanzkonverters erzeugt
werden, wie dies schematisch in F i g. 5 für das RC-
Die Impedanzfunktion Z(p) dieses Zweipols hat Parallelglied angedeutet ist. Der Impedanzkonverter
also gerade einen Pol im Bereich ist in Fig. 5 mit NIC bezeichnet. Dabei bildet in
weiterer Ausgestaltung der Erfindung das im Zweipol io enthaltene Verstärkerelement zusammen mit der zu-
~T I sätzlichen Energiequelle einen Bestandteil dieses Impe-
. - Γ danzkonverters.
ρ < O J In den F i g. 6 und 7 sind zwei konkrete Ausfüh
rungsbeispiele derartiger Schaltungen mit an sich
bei der Frequenz p = 0 und gerade einen Pol im 15 bekannten Impedanzkonvertern dargestellt, wobei
Bereich · hier die Konfiguration der Schaltungsanordnung nach
— 1—1"| Fig. 5 realisiert ist. Es sei jedoch bemerkt, daß auch
τ ^ β ^ j· andere Impedanzkonverter vorgesehen sein können,
wobei gegebenenfalls auch durch entsprechende Ände-
— 1 1 20 rung der Schaltungsanordnung erreicht werden kann, T ^ ω ^ T J . daß nicht das RC-Parallelglied, sondern das dazu in
Reihe liegende Glied C1 mit einer negativen Impedanz
bei - der Frequenz ^1. Das Residuum des bei. ρ = O wirksam ist.
liegenden Pols hat den Wert . Die Ausgestaltung des Zweipols gemäß F i g. 5
25 bis 7 besitzt insbesondere die oft vorteilhafte Eigen-
■ ^ _, 1 . schaft, daß den Klemmen durch die Energiequelle
0 C0 + C1 ' des Verstärkerelementes keine Gleichspannung als
Vorspannung aufgeprägt wird, weswegen hier eine
Das Residuum des bei ρ = & liegenden Pols hat solche Vorspannung bei dem Entwerfen von gleich-
den Wert 30 zeitig mehrere erfindungsgemäße Zweipole enthalten-
- 2 ■ ■' ^en Schaltungsanordnungen nicht berücksichtigt zu
A C1 werden braucht; insbesondere werden auch als elek-
1 (Co + C1) [C0Ci + C0C3 + C1C3) ' ironische Schalter ausgebildete Schalter S nicht durch
Vorspannungen in ihrer Wirkungsweise beeinträchtigt.
Qi hat dabei den Wert 35 Die erfindungsgemäß aufgebaute Schaltungsanord-
nung kann in Abweichung von den vorstehenden
-(C0+ Ci) Erläuterungen auch dahingehend abgewandelt werden,
R (C0Ci + C0C3 + CiC3) ' daß in einer solchen Schaltungsanordnung zur impuls
weisen Energieübertragung zwischen mit Konden-
Hierbei ist ρχ so zu wählen, daß die Bedingung 40 satoren versehenen Anschlüssen ein Zweipol, dessen
Impedanz durch eine FunktionZ(p) mit den oben
Jzi <ξ „ <g Zl! angegebenen Eigenschaften bestimmt ist, dem be-
τ β T . treffenden Kondensator C0 parallel geschaltet wird.
Eine solche Parallelschaltung eines solchen Zweipols
eingehalten ist; die Residuen A0 und A1, für deren 45 zu dem Kondensator C0 ist dann zweckmäßig, wenn
Dimensionierung im übrigen die mit dem Zweipol der betreffende Anschluß mit einem Kondensator C0
zusammenhängende Schaltungsanordnung, insbeson- vernachlässigbar kleiner Kapazität versehen ist. Hierdere
der zugehörige Anschluß, maßgebend ist, sind in bei kann es sich insbesondere auch nur um die nie
ihrem gegenseitigen Verhältnis so zu wählen, daß die ganz zu vermeidende Eigenkapazität der betreffenden
Bedingung A0+ KA1 = 0 erfüllt ist. Aus dieser Be- 5° Anschlußleitung handeln.
dingung folgt, daß ein größerer Energiebetrag, als Die Anschlußleitung kann dabei z.B. über ein
im Zuge der impulsweisen Energieübertragung über Tiefpaßfilter zu einer als Generator und/oder Verden
Schalter S dem Kondensator C0 zugeführt worden braucher wirkenden Schaltung hinführen, wobei dann
war, nur dann an den betreffenden Anschluß A weiter- diese Schaltung relativ langsam Energie zu dem
geleitet werden kann, wenn das Residuum A0 oder 55 betreffenden Zweipol hin liefert, die dann von dort
das Residuum Ax negativ ist. Wie sich aus den an- im Zuge der kurzzeitigen Energieübertragung weiter
gegebenen Beziehungen für die Größe des Residuums zu übertragen ist bzw. solche weiterübertragene
und der betreffenden Frequenz der Polstelle einerseits Energie relativ langsam von dem Zweipol her auf-
und für die Kapazität und des Widerstandes des nimmt. Es ist aber auch möglich/daß der betreffende
betreffenden KC-Parallelgliedes andererseits ergibt, 60 Anschluß seinerseits ebenfalls in einem Vorgang
kann man die erfindungsgemäße Dimensionierung einer kurzzeitigen Energieübertragung weiterzuübereiner
Schaltungsanordnung nach F i g. 4 grundsätz- tragende Energie anliefert bzw. in umgekehrter Richlich
z. B. dadurch erreichen, daß man eine Reaktanz C1 hing zu dem Zweipol hin übertragene Energie von
mit _einer entsprechend hohen negativen Kapazität dorthin aufnimmt. Der Anschluß A0 bzw. Av in
vorsieht oder in dem RC-Parallelglied eine Reak- 65 F i g. 1 kann dazu seinerseits wiederum einen impulstanz C3 mit einer entsprechenden negativen Kapazität weise zu betätigenden Schalter enthalten, womit dann
sowie eine Resistanz Λ mit einem entsprechenden also jeweils zwei solche impulsweise betätigte Schalter
negativen Widerstand vorsieht. Eine solche Aus- mit ein und demselben Zweipol verbunden sind. Die
zwischen einer Betätigung des mit dem Zweipol verbundenen Schalters S (vgl. Fig. 1) und der jeweils
nächsten Betätigung eines solchen mit dem betreffenden Zweipol verbundenen Schalters liegende, oben
angegebene Betätigungsperiode T" ist dann gegebenenfalls diejenige Zeitspanne, die zwischen dem Betätigungszeitpunkt
des Schalters S und dem darauffolgenden bzw. vorangehenden Betätigungszeitpunkt des in dem betreffenden Anschluß A0 bzw. Av vorgesehenen
Schalters liegt.
In diesem Zusammenhang sei besonders bemerkt, daß bereits eine eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung
gemäß dem Hauptpatent darstellende Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung,
zwischen mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen über mindestens einen periodisch betätigbaren
Schalter vorgeschlagen ist, bei der ein solcher Kondensator gleichzeitig mit einem weiteren solchen
periodisch impulsweise betätigbaren Schalter verbunden ist. Es handelt sich hierbei um eine Schaltungsanordnung
zur impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Querkondensatoren versehenen Anschlüssen, in welcher bei den Energie liefernden
Anschlüssen den Querkondensatoren parallelliegende Zusatzkondensatoren vorgesehen sind und ein Zusatzkondensator
jeweils mit Hilfe eines an den betreffenden Querkondensator angekoppelten Verstärkerelementes
während der vor der übertragung liegenden Zeitspanne
aus der Betriebsstromquelle des Verstärkerelementes derart mit Energie versorgt wird, daß an
ihm stets eine Spannung liegt, welche der am Querkondensator angelegten Spannung entspricht, wobei
sich bei der jeweils späteren, demgegenüber kurz dauernden Energieübertragung die im Zusatzkondensator
enthaltene Energie mitauswirkt, wobei diese Schaltungsanordnung zu einem Kondensatoren aufweisenden
Reaktanznetzwerk gehört, in welchem durch Schalter gesteuerte Energieübertragungen zwischen
zugehörigen Kondensatoren staiizunn - ;n haben und die davon betroffenen Kondensatoren mit Zusatzkondensatoren
versehene Querkondensatoren sind. Eine solche Schaltungsanordnung erfährt ebenfalls
eine zweckmäßige Weiterbildung, wenn in ihr erfindungsgemäß der genannte Kondensator zu einem
solchen Zweipol ergänzt ist, dessen Impedanz durch eine Funktion Z (p) bestimmt ist, deren Frequenzen
der Polstellen und deren Residuen den oben angegebenen Bedingungen genügen.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen zwei mit
Kondensatoren versehenen Anschlüssen kann auch noch eine Abwandlung dahingehend erfahren, daß
beide Kondensatoren durch ein gemeinsames Netzwerk zu einem in der gewünschten Weise wirkenden
Zweipol ergänzt sind. Dieses Netzwerk enthält, wie F i g. 8 zeigt, insbesondere ein gemeinsames KC-Parallelglied
mit negativer Kapazität und negativem Widerstand, das mit seinen beiden Klemmen jeweils
über einen Serienkondensator an die dem periodisch betätigbaren Schalter zugewandte Belegung jedes der
bei den beiden Anschlüssen vorgesehenen Kondensatoren angeschlossen ist. Eine solche Abwandlung
ist in F i g. 8 dargestellt. Hier sind bei zwei Anschlüssen AG, Ay zwei Kondensatoren C0 G und C0 v
vorgesehen, zwischen denen kurzzeitige Energieübertragungen über einen periodisch betätigbaren Schalter
S möglich sind. Für beide Kondensatoren C0 G
und C0 γ ist ferner ein durch ein normales i?C-Netzwerk
und einen Impedanzkonverter NIC gebildetes, gemeinsames RC-Parallelglied mit negativer Kapazität
und negativem Widerstand vorgesehen, das mit seiner einen Klemme über einen Serienkondensator C1 a
an die dem Schalter S zugewandte Belegung des Kondensators C0 a und mit seiner anderen Klemme
über einen Serienkondensator C1 γ an die dem Schalter
S zugewandte Belegung des Kondensators C0 v
angeschlossen ist. Diese Schaltungsanordnung wirkt wiederum in der Weise, daß während eines kurzzeitigen
Schließens des Schalters S eine dem jeweiligen Ladungszustand des bei dem einen Anschluß vorgesehenen
Kondensators entsprechende Energie zu dem anderen Kondensator hin übertragen wird und
daß dann unmittelbar im Anschluß an den Energieübertragungsvorgang ein Ausgleichsvorgang stattfindet,
der durch das mit dem impulsweisen Schließen des Schalters S verbundene Kurzschließen des Netzwerkes
ausgelöst wird und bewirkt, daß im Anschluß an die über den Schalter 5 vor sich gehende, kurzzeitige
Energieübertragung zusätzliche Energie an die Kondensatoren C0 ü und C0 v geliefert wird, so
daß die beiden Kondensatoren über den während des Schließens des Schalters S erfolgten Spannungsausgleich
hinaus eine weitere Umladung erfahren.
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen über mindestens einen periodisch betätigbaren Schalter, insbesondere in Zeitmultiplex-Fernsprechvermittlungsanlagen, bei der zumindest bei einem Anschluß der Kondensator zu einem wenigstens eine Zusatzreaktanz sowie eine zusätzliche Energiequelle zusammen mit einem Verstärkerelement enthaltenden Zweipol ergänzt ist, in dem die zusätzliche Energiequelle zusammen mit dem Verstärkerelement während der vor der Energieübertragung liegenden Zeitspanne in Abhängigkeit von der dem Kondensator zugeführten Energie die Reaktanzen des Zweipols derart mit Energie versorgt, daß in solchen Reaktanzen eine der dem Kondensator zugeführten Energie entsprechende Energie bereitgestellt wird und bei der während der anschließenden kurzzeitigen Energieübertragung die in den Reaktanzen enthaltene Energie sich mitauswirkt, insbesondere nach Patent 1 227079, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C0) zu einem solchen Zweipol ergänzt ist, dessen Impedanz durch eine Funktion Z(p) mit ρ = <j+j(» bestimmt ist, die bei einer jeweiligen Schließungszeitspanne τ und einer zwischen einer Betätigung des mit dem Zweipol verbundenen Schalters (S), und der jeweils nächsten Betätigung eines solchen mit dem Zweipol verbundenen Schalters, liegenden Betätigungsperiode T' Pole im Bereich1 T't> < 0der /7-Ebene sowie im Bereichder /»-Ebene aufweist, bei denen die Summe der Residuen zumindest der im Bereichι < Oliegenden Pole nach Maßgabe der elektrischen Eigenschaften des betreffenden Anschlusses [Ay) gewählt ist und die Summe der Residuen der im Bereich< 015liegenden Pole und der mit einer durch den Quotienten aus einem gewünschten Verstärkungsfaktor und dem um 1 verringerten Verstärkungsfaktor gebildeten, von 0 und von +1 verschiedenen, endlichen, positiven Konstante K multiplizierten Residuen der im Bereich25liegenden Pole gleich 0 ist.2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Zweipol durch eine Funktion Zip), die nur auf der linken Hälfte der reellen Achse der/»-Ebene liegende Pole aufweist, bestimmt ist,3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Zweipol durch eine Funktion Z[p). die im Bereich45der /»-Ebene und oder im Bereich-1
—1 —der /»-Ebene jeweils nur einen Pol aufweist, bestimmt ist.4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweipol durch eine Funktion Z(p). die einen Pol bei der Frequenz ρ = 0 aufweist, bestimmt ist. :5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das im Zweipol enthaltene Verstärkerelcment zusammen mit der zusätzlichen Energiequelle einen Bestandteil eines Impedanzkonverters bildet.6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein solcher Zweipol dem Kondensator (C0) parallel geschaltet ist.7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß die Konstante K größer als + , ist.8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante K größer als + 1 ist.9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante K zumindest angenähert gleich -1-2 ist.10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die positive Konstante K kleiner als + 1 ist.11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante K zu-30 mindest angenähert gleich + " ist.1-2. Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen zwei mit Kondensatoren versehenen Anschlüssen, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei über einen periodisch betätigbaren Schalter (S) miteinander verbundenen Kondensatoren (C„(;. C11,- in Fig. 8) mit Hilfe eines beiden Kondensatoren gemeinsamen Netzwerkes, das mit seinen beiden Klemmen an die dem periodisch betätigbaren Schalter (S) zugewandte Belegung jedes der beiden Kondensatoren (C0 (;. Cn.ι-)- angeschlossen ist, jeweils zu dem Zweipol ergänzt sind.13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12. dadurch gekennzeichnet, daß Tür die zwei über einen periodisch betätigbaren Schalter miteinander verbundenen Kondensatoren ein gemeinsames RC-Parallelglied mit negativer Kapazität und negativem Widerstand [NIC und RC in F i g. 8) vorgesehen ist. das mit seinen beiden Klemmen jeweils über einen Serienkondensator an die dem periodisch betätigbaren Schalter zugewandte Belegung jedes der bei den beiden Anschlüssen vorgesehenen Kondensatoren angeschlossen ist.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen809 637.810 11.68 ® Bundesdruckcrei Berlin
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