DE962983C - Schaltungsanordnung zum Empfang von Spannungen einer oder mehrerer Signalfrequenzen, bei der die Signalspannungen gleichgerichtet und differenziert werden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Empfang von Spannungen einer oder mehrerer Signalfrequenzen, mit Mitteln zur selbsttätigen Ausregelung der Schwankungen des Eingangssignalpegels.

Einen als Beispiel einer derartigen bekannten Schaltungsanordnung zum Empfang elektrischer Signale dienenden, in Form eines Prinzipschaltbildes dargestellten Signalempfänger zeigt die Schaltungsanordnung nach Fig. i. Von dem Ein,-gangsklemmenpaar gelangt die Spannung des übertragenen Frequenzbeireiches über den Vorübertrager U₁ an das Gitter der Signalverstärkerröhre V. In dem Anodenkreis, der seine Gleichspannung aus der Klemme + A bezieht, liegt der auf eine Signalfrequenz abgestimmte Schwingkreis L₁C₁, der über die Gleichrichteranordnung G₁ die Empfangsrelaiswicklung E speist, deren Kontakt e die Signale als Gleichstromimpulse weiterleitet. Die Sperrwicklung 6¹ des Empfangsrelais, das über den Übertrager. U₂ und die Gleichrichteranordnung G₂ aus dem Anodenkreis gespeist wird, verhindert

durch ihren auf die Signalfrequenz abgestimmten Serienschwingkreis L₂C₂ das Ansprechen des Empfangsrelais bei Vorhandensein anderer als der Signalfrequenzen.

Das Regelglied R der Pegelregeleinrichtung wird aus dem Anodenkreis über den Übertrager U₃ und die Gleichrichteranordnung G₃ gespeist. Das die beiden Gleichrichter G₄ und G₅ enthaltende Regelglied ist an dem Übertrager U₁ angeschlossen. Der ίο Kondensator C₃ bestimmt zusammen mit dem Geisamtwiderstand, der Pegelregeleinrichtung die Regelzeitkonstante.

Um die Regelsteilheit möglichst groß zu machen, kann dem Regelglied eine konstante Vorspannung zugeführt werden. Diese wird entweder aus einer Hilfsspannungsquelle dem Gerät von außen zugeführt oder in dem Gerät, z. B. durch einen Spannungsteiler, erzeugt. Die Pegelregelvorspannung ist der Übersichtlichkeit halber in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 nicht dargestellt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, nicht, wie bisher üblich, das bloße Vorhandensein der betreffenden. Signalfrequenz als Merkmal für das Ansprechen des Empfängers auszunutzen, sondem auch den. Verlauf ihrer Hüllkurve zu verwenden. Insbesondere wird der Umstand ausgenutzt, daß die Einschwingzeit von Sprache nur in seltenen Fällen den Wert von 10 bis 15 ms unterschreitet, während die Einschwingzeit einer etwa in der Mitte des normalen Übertragungsbereiches von etwa 300 bi& 3400 Hz liegenden Signalfrequenz mit Sicherheit mindestens zehnmal kleiner ist. Diese Flankensteilheit bzw. Einschwingzeit bleibt bei der Übertragung auf trägerfrequenten Leitungen einschließlich der verwendeten Kanalfilter u. dgl. erhalten, da ihre Laufzeitunterschiede praktisch zu vernachlässigen sind, wenn man von dem Frequenzgebiet an der unmittelbaren. Grenze des Übertragungsbereiches absieht.

Es sind elektrische Signalisiervorrichtungen bekannt, bei denen, eine Anordnung zur Unterscheidung zwischen zwei Signalen., die über die gleiche Leitung übertragen werden, Verwendung findet. Solch eine Anordnung besitzt ein i?C-Glied, dessen Aufgabe es ist, eine Vergleichszeitkonstante zu schaffen, bei der festzustellen ist, ob die Ausklingzeit eines Signals größer oder kleiner ist, um dann ein hierfür vorgesehenes Relais anzusprechen, bzw. abfallen zu lassen. Diese Anordnung gestattet lediglich, entweder den Signalempfang zu ermöglichen oder zu sperren.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zum Empfang von Spannungen einer oder mehrerer Signalfrequenzen, bei der die Signalspannungen gleichgerichtet und differenziert werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Signalspannungen nur dann einen Signalkontakt betätigen, wenn die Amplituden der gleichgerichteten und differenzierten Signalspanmingen eine bestimmte Größe überschreiten, so daß nur bei kurzer Einschwingzeit der Signalspannungen Signalempfang möglich ist. Zweckmäßigerweise sind die Gleichrichteranordnung und die Differenzierschaltung im Anodenkreis einer der Signale verstärkenden Röhre angeordnet. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann im Anodenkreis der Verstärkerröhre wenigstens ein Resonanzkreis vorgesehen sein, der nur bei einer Empfangsspannung, deren Frequenz der Frequenz eines Resonanzkreises etwa entspricht, ein Ansprechen des Empfangsrelais ermöglicht. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß im Regelweg einer vorzusehenden Pegelregeleinrichtung eine zweite Differenzierschaltung · angeordnet ist, die oberhalb einer bestimmten Schwelle anspricht und in. Verbindung mit der im Anodenkreis liegenden Differenzierschaltung die Betätigung des Empfangsrelais verhindert, wenn die Einschwingzeit der Eingangsspannung eine bestimmte Zeit überschreitet. Um ein ordentliches Arbeiten der Empfangseinrichtung zu gewährleisten,, werden die von den Dirrerenzierschaltungen abgegebenen Spannungen amplitudenmäßig begrenzt.

Da der Unterschied der Ausschwingzeiten zwischen Sprache und Signal beträchtlich größer als bei den Einschw.ingzeiten ist, genügt es, bei den bekannten elektrischen Signalisiervorrichtungen, die eine Anordnung zur Unterscheidung zwischen über eine gleiche Leitung übertragenen Signalen besitzen, einen Vergleich der Schwingzeiten anzustellen, während bei der Anordnung gemäß der Erfindung der Differetitialquotient der Eingangsspannung gebildet wird. Der Vorteil, den man durch die Verwendung der Einschwingzeit gegenüber einem Vergleich mit den Ausschwingzeiten, erzielt, liegt in der Möglichkeit, Signale in ihrer richtigen Form und Größe empfangen und eventuell auch weiterübertragen zu können.

Die Erfindung wird an, Hand zweier Figuren näher erläutert. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 stellt ein als Ausführungsbeipiel zu wertendes Prinzipschaltbild dar. An. dem Eingangsklemmenpaar 21 befinde sich eine Eingangswechselspannurig mit einem in Fig. 3 a dargestellten Verlauf ihrer Hüllkurve, von der nur der über der Nullinie liegende Teil zur Darstellung gelangt ist, wie dies auch sinngemäß bei den folgenden Figuren der Fall ist. Die mit einer Ansprechschwelle 5* versehene Rückwärtsregeleinrichtung 1 und 2 spricht nicht an, da ihre Schwelle 6" gerade noch nicht überschritten wird. In dem Diagramm nach Fig. 3b ist das dadurch zum Ausdruck gebracht, daß in Abhängigkeit von. der Zeit t der Regelstrom /_r = 0 bleibt. In der Differenzierschaltung 3, die beispielsweise aus einem Kondensator bestehen kann, wird nach Gleichrichtung in der Gleichrichteranordnung 23 der in dem Diagramm nach Fig. 3 a oben dargestellte Impuls a, der unter Umständen eine mittels einer Vorspannung gebildete untere Schwelle zu überwinden hatte, erzeugt. Der Impuls α schließt iao den Schalter 4* sofern er eine bestimmte vorgeschriebene Amplitude überschreitet, so daß eine hinter dem Parallelresonanzkreis 5 vorhandene Spannung nach Gleichrichtung in der Gleichrichteranordnung 6 einen Strom in den Arbeitswicklungen 16 des polarisierten Empfangsrelais 7 hervorruft

und dementsprechend den Kontakt 8 des Relais 7 schließt. Der Schalter 4 kann sich durch einen geringen rückgeführten Strom 20 selber halten. Ist die in dem Diagramm nach Fig. 3 a dargestellte Spannung eine Signalspannung, d. h. ist ihre Frequenz etwa gleich der Resonanzfrequenz des Kreises 5, so· würde demzufolge der Empfänger ansprechen, unter der Voraussetzung, daß der Impuls α die erwähnte' bestimmte vorgeschriebene Amplitude überschreitet.

Unter der Annahme, daß am Empfängereingang, den Klemmen 21, eine Spannung mit der in dem Diagramm nach Fig. 3 c strichliert dargestellten Hüllkurve liegt, wird die aus den Teilen 1 und 2 bestehende Regeleinrichtung, da ihre Schwelle S überschritten wird, ansprechen und den in dem Diagramm nach Fig. 3 d unten dargestellten Regelstrom I₁. erzeugen. Die Hüllkurve der Spannung bzw. des Stromes weist dann hinter derVerstärker-

ao röhre 9 bei genügend großer Regelsteilheit der Regeleinrichtung den in dem Diagramm nach Fig. 3 c ausgezogen, dargestellten Verlauf auf. Der Regelstrom I₁, erzeugt in einer Differenzierschaltung, sie ist in Fig. 2 als Kondensator 10 dargestellt, 'einen Impuls b, wie er in dem Diagramm nach Fig. 3 d oben dargestellt ist, der, nachdem er den Begrenzer 11 passiert hat, zum Schalter 12 gelangt. Zu diesem Schalter 12 wird auch der Impuls a, und zwar über den Begrenzer 13, geführt. Der Schalter 12 erhält also einen Impuls a + b, so wie dies im Diagramm nach Fig. 3e dargestellt ist. Die Bemessung dieses Schalters 12 ist so gewählt, daß der Impuls α ihn allein nicht betätigen kann, sondern nur, wenn ein weiterer Impuls, also z. B. der Impuls b, hinzukommt. Dies kann man beispielsweise dadurch erreichen, daß infolge einer passend gewählten Ansprechzeit bzw. Zeitkonstante die Betätigungsspannung des Schalters allmählich, wie es beispielsweise die in dem Diagramm nach. "Fig. 3 e strichliert eingetragene Linie 14 darstellt, ansteigt. Wird der Schalter" 12 geschlossen, so gelangt die hinter dem Resonanzkreis vorhandene Wechselspannung an die Gleichrichteranordnung 15. Eine geringe Spannung 22 wird nach der Gleichrichteranordnung 15 abgegriffen und dem Schalter 12 zugeführt, damit dieser sich selbst halten kann. Der Schalter 4 wird durch den in der Gleichrichteranordnung 15 erzeugten Strom 17, der seinem Selbsthaltestrom 20 entgegengerichtet und gleich groß wie dieser ist, wieder geschlossen. Dies hat zur Folge, daß der die Arbeitswicklungen 16 des Empfangsrelais 7 durchfließende Strom wegbleibt, wodurch der Kontakt 8 geöffnet wird, selbst wenn der Kontakt 8 vorher durch den Schalter 4 bzw. durch die Arbeitswicklungen 16 kurzzeitig geschlossen worden ist.

Der Eingang des Schalters 12 kann auch unmittelbar an den Anodenkreis der Röhre 9 ange-; schlossen sein; dann können auch andere als die Resonanzfrequenz des Kreises 5, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist, den Schalter 12 betätigen. Fernerhin ist es möglich, die Eingänge der beiden Schalter 4 und 12 unmittelbar an den Anodenkreis zu legen. Der Resonanzkreis 5, der auch ganz fehlen kann, wird dann mit den sich daran anschließenden Arbeitswicklungen 16 des Relais 7 unmittelbar an den Anodenkreis angeschlossen» Es wird dann vor oder auch hinter dein Resonanzkreis durch einen weiteren durch die Gleichspannungen der Gleichrichteranordnung 6 zu betätigenden Schalter geschaltet. Dieser Schalter kann so ausgeführt sein, daß er erst dann schließt, wenn kein fr-Impuls ihn wieder unterbrechen kann.

Besitzt die Hüllkurve der an den Eingangsklemmen 21 liegenden, Wechselspannung den in dem Diagramm nach Fig. 3f unten strichliert dargestellten Verlauf, d. h. hat sie eine große Flankensteilheit, dann ist der Impuls α schmaler als der in dem Diagramm nach Fig. 3 a dargestellte; dafür besitzt er aber, wie aus dem Diagramm nach Fig. 3 f oben hervorgeht, eine größere Amplitude. Der Impuls α schaltet daher den. Schalter 4 ein, so daß der Kontakt 8 des Empfangsrelais 7 schließt. Der Empfänger spricht also, falls die Eingangsspannung die Resonanzfrequenz des Kreises 5 be- sitzt, an. Der Schalter 12 wird in diesem Fall nicht geschlossen,, obwohl infolge des entstehenden, in dem Diagramm nach Fig. 3 g unten dargestellten Regelstromes auch ein in dem Diagramm nach Fig. 3 g oben dargestellter Impuls b entsteht, da, wie aus dem in Fig. 3 h dargestellten. Diagramm hervorgeht, beide Impulse zusammen die Länge des in dem Diagramm nach Fig. 3 a bzw. 3 e dargestellten Impulses α nicht übersteigen. Infolge des Vorhandenseins der Begrenzer 11 und 13 ist auch die Amplitude der Impulse α und b nicht größer als beispielsweise die des in dem Diagramm nach Fig. 3 a dargestellten Impulses a.

Wie aus dem oben Dargestellten ersichtlich, spricht das Relais 7, also der ganze Empfänger an, wenn die Einschwingzeit der Eingangsspannung kleiner als eine vorgegebene, beispielsweise im dem Diagramm nach Fig. 3 c eingetragene Zeit T ist; der Empfänger spricht nicht an, sobald die Einschwingzeit die Zeit T übersteigt, da dann die zur Betätigung des Schalters 4 erforderliche Amplitude nicht erreicht wird.

Der aus der Differenzierschaltung 10, dem Begrenzer 13, dem Schalter 12 und der Gleichrichteranordnung 15 bestehende Teil der Schal tungsanordnung zum Empfang von Signalfrequenzspannungen ist erforderlich, wenn man. verlangt, daß der Empfänger auch auf Signalamplituden ansprechen soll, die wesentlich kleiner als die möglichen Sprachspannungen sind. In diesem Fall kann nämlich die strichlierte Linie des Diagramms nach Fig. 3 c eine Sprachspannung bedeuten. Eine solche Eingangsspannung wird aber erst durch die obenerwähnten Teile der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung daran gehindert, den Empfänger zum Ansprechen zu bringen.

Eine weitere Sicherheit gegen fälschliches Ansprechen stellt die in der· Schaltungsanordnung nach Fig. 2 angeordnete, über die Gleichrichteranordnung 18 gespeiste Sperrwicklung 19 des Empfangsrelais 7 dar. Die Sperrwicklung 19 wird von

Strom durchflossen,, wenn der Regelstrom auch nur wenig schwankt. Die ö-Impulse, die bei Signalempfang entstehen, erzeugen wegen ihrer Kürze, wie in dem Diagramm nach Fig. 3 g oben dargestellt, keinen merklichen,, die Sperrwicklung 19 - durchfließenden Strom, wenn, man die Anschaltung der Wicklung 19 so ausführt, daß eine gewisse Ansprechzeit vorhanden ist.

Ein derartiger Empfänger hat eine praktisch absolute Sprechsicherheit, da er die hohe Flankensteilheit einer Signalspannung ausnutzt, also ein Merkmal, das in der Sprache nicht vorkommt. Infolge dieser großen Sprachsicherheit ist es ohne weiteres möglich, im Interesse einer Verringerung von Schaltelementen einzelne Teile der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 sinngemäß wegzulassen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird dies insbesondere durch Fortlassen, des Schalters 12 erreicht. Demzufolge werden auch die Gleichrichteranordnung und der Begrenzer 13 überflüssig. Es können, aber statt dessen auch die Sperrwicklung 19 und die zugehörige Gleichrichteranordnung 18 fortgelassen werden.

Die Arbeitsweise der durch Fortlassen der Schaltteile 12, 13 und 15 entstehenden Schaltungsanordnung hat man sich dann etwa folgendermaßen vorzustellen:

Bei besonders plötzlichem Sprecheinsatz würde in einzelnen Fällem der Schalten geschlossen. Aber nur wenn unmittelbar danach in der Spannung der Sprachfrequenzen ein, genügend großer Anteil der Signalfrequenz auftritt, würde der Empfänger fälschlicherweise ansprechen. Dieser Anteil müßte zudem eine geradlinige Hüllkurve besitzen, da sonst durch die Sperrwicklung 19 des Empfangsrelais 7 der Empfänger gesperrt wird. Die Länge derjenigen Sprach-Einschwingzeit, bei der ein fälschliches Ansprechen erfolgen würde, hängt von dem Unterschied der kleinsten Signalspannung und den Spannungen der Sprachfrequenzen ab. Nimmt man diesen Unterschied mit ungefähr 2 N an, so wird aus einer Sprach-Einschwingzeit von 12 ms nur

— R^ 1,6 ms, also eine Zeit, bei der der Schalter 4, 7,4

also auch der ganze Empfänger, gerade noch nicht ansprechen würde. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Spannung der Sprachfrequenzen so, wie es in dem Diagramm nach Fig. 3 k ausgezogen dargestellt ist, ansteigt Steigt sie, wie beispielsweise in dem Diagramm nach Fig. 3 k strichliert dargestellt, an, so liegen die Verhältnisse günstiger, da die nach einer gewissen kurzen Zeit erreichte Steilheit und damit auch der Durchschaltimpuls α kleiner ist.

Die Schaltungsanordnung zum Empfang von Signalspannungen ist auch für zwei oder mehrere Frequenzen! brauchbar. In diesem Fall ist die Nachwirkzeit der Regeleinrichtung 1 und 2 so groß zu machen, daß die zwischen den beiden. Frequenzen entstehende Schwebung überbrückt wird. Die großen Vorzüge, die die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung aufweist, sind neben der Sprachsicherheit auch die Unempfindlichkeit gegenüber Störspannungen, da nicht, wie es sonst üblich ist, aus den außerhalb der Signalfrequenz liegenden Frequenzen Sperrspannungen bzw. -ströme für das Arbeitsrelais 7 gewonnen, werden müssen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß aus dem gleichen Grund der hinter der Verstärkerröhre 9 entstehende Klirrfaktor keine ungünstigen Folgen mit sich bringt, so daß die Verstärkerröhre leistungsmäßig besser ausgenutzt werden kann.

Selbstverständlich kann die Anordnung gemäß der Erfindung auch mit dem Verfahren der Erzeugung von Sperrspannungen bzw. -strömen für das Arbeitsrelais von außerhalb der Signalfrequenz liegenden Frequenzen beliebig kombiniert werden, insbesondere unter Fortlassen des Schalters 12 und der diesem nachgeordneten Teile.

Die in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 verwendeten Schaltelemente können in an sich bekannter Weise ausgeführt sein. So kann z. B. für die Differenzierschaltung 3 ein Kondensator verwendet werden. Für die Begrenzer 11 und 13 können beispielsweise vorgespannte Gleichrichter Verwendung finden.

Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind für die Schalter 4 und 12 gleichstromvormagnetisierte Eisendrosseini vorgesehen, die durch die Gleichstromvormagnetisierung durchlässig gemacht werden.. Es ist ebenso möglich, für go diese Schalter Elektronenröhren, unter Umständen Mehrgitterröhren, die mit der Verstärkerröhre 9 in einem Kolben vereinigt sein können, Transistoren oder sonstige schnell schaltende Relais zu verwenden.

Bekanntlich sind bei richtiger Ausführung der ' Eisendrosseln, die zwei getrennte Lastwicklungen mit vorgeschalteten Ventilgleichrichtern verwenden, die erforderlichen Durchschalteamperewindungen viel geringer als die Lastamperewindungen, so daß die zur Betätigung z. B. des Schalters 4 und insbesondere des Schalters 12 erforderliche Leistung sehr klein wird. In den Diagrammen nach Fig. 3 i und 3 j ist die Art der Betätigung der Schalter 4 und 12, wenn hierfür Eisendrosseln verwendet werden, genauer dargestellt. Die Bemessung sei so gewählt, daß die Spannung bzw. der Strom des Impulses a, in dem Diagramm nach Fig. 31 als ausgezogene Linie dargestellt, gerade ausreicht, um so viel· von der langsam ansteigenden Wechselspannung, in dem Diagramm nach Fig. 3 i als punktierte Linie eingezeichnet, hinter dem Resonanzkreis 5 durchzulassen, daß sich die Selbsthaltespannung 20 ausbildet und der Schalter 4 völlig geöffnet wird. Der Schalter 12, der an der gleichen Spannung wie der Schalter 4 liegt, ist genau so bemessen wie der Schalter 4, jedoch mit dem Unterschied (vgl. das Diagramm nach Fig. 33), daß er bei dem punktiert eingetragenen. Wechselspannungsverlauf hinter dem Resonanzkreis 5 und bei Vorhandensein des Impulses α noch nicht so viel Spannung erhält, daß sich seine Selbsthaltespannung 22 ausbilden kann,, wohl aber, wenn, die größere Spannung eines Impulses a + b vorhanden ist.

Insbesondere dann, wenn man den Schalter 12 und die zugehörigen Nebenteile fortläßt und den

Schalter 4 als vormagnetisierte Eisendrossel ausführt, dürfte der für einen gemäß der Erfindung ausgeführten Empfänger erforderliche Aufwand recht gering werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Empfang von Spannungen einer oder mehrerer Signalfrequenzen, bei der die Signalspannungen gleichgerichtet und differenziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalspannungen nur dann einen Signalkontakt betätigen, wenn die Amplituden der gleichgerichteten und differenzierten Signalspannungen eine bestimmte Größe überschreiten, SO' daß nur bei kurzer Einschwingzeit der Signalspannungen Signalempfang möglich ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichteranordnung und die Differenzierschaltung im Anodenkreis einer die Signale verstärkenden Röhre angeordnet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Anodenkreis der Verstärkerröhre wenigstens ein Resonanzkreis vorgesehen ist, der nur bei einer Empfangsspannung, deren Frequenz der Frequenz des Resonanzkreises entspricht, ein Ansprechen des Empfangsrelais ermöglicht.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Regelweg einer vorzusehenden Pegeleinrichtung eine zweite Differenzierschaltung angeordnet ist, die oberhalb einer bestimmten Schwelle anspricht und in Verbindung mit der im Anodenkreis liegenden Differenzierschaltung die Betätigung des Empfangsrelais verhindert, wenn die Einschwingzeit der Eingangsspannung eine bestimmte Zeit überschreitet.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den. Differenzierschaltungen abgegebenen Spannungen amplitudenmäßig begrenzt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 620 817;
britische Patentschrift Nr. 539 595.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©609 706/271 10.56 (609873 4.57V