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Schaltungsanordnung für Zwiscl1enverst rker in Zweidrahtleitungen.
Bei Fernverbindungen mit Zweidrahtleitungen und in diese eingeschalteten Zwischenverstärkern (Doppelrohrzwischenverstärkern) ist es erforderlich, den Scheinwiderstand der Leitungen am Verstärker durch Kunstschaltungen nachzubilden. Es sind Nachbildungen bekannt, die bei einfachem Aufbau recht genau arbeiten, wenn der Scheinwiderstand der Leitungen im wesentlichen mit ihrem Wellenwiderstand übereinstimmt, wie es der Fall ist, wenn die Leitungen sehr lang oder wenn sie am Ende durch einen Scheinwiderstand abgeschlossen sind, der dem Wellenwiderstand der Leitungen in gewissem Masse angenähert ist.
Bei kurzen Leitungen, die mit Scheinwiderständen abgeschlossen sind, welche sich vom Wellenwiderstand wesentlich unterscheiden, verläuft der Scheinwiderstand der Leitungen ganz anders als der Wellenwiderstand, und es wird unter Umständen Schwierigkeiten bieten, den Scheinwiderstand solcher Leitungen genügend genau nachzubilden. Daher ist es von Bedeutung, die Leitungsabschnitte mit Scheinwiderständen abzuschliessen, die mit genügender Annäherung wie die Wellenwiderstände der Leitung verlaufen. Am Ende der Leitungsabschnitte liegen aber beiderseits die Zwischenverstärker und es kommt also darauf an, diesen Zwischenverstärkern Eingangsscheinwiderstände zu geben, die mit gewisser Annäherung dem Wellenwiderstand der Leitung gleichen.
Nach der Erfindung wird dies so erreicht, dass in einem der Zweige, die vom Aus- gleichsubertrager zum Verstärkungselement führen, also im Ausgangskreis oder, was im allgemeinen vorzuziehen ist, im Eingangskreis jeder Röhre des Zwischenverstärkers eine Schaltungsanordnung liegt, deren Scheinwiderstand proportional dem Nominalwellenwiderstand der Leitung vermehrt um den doppelten Überschuss ist. Unter Nominalwellenwiderstand einer Leitung ist bekanntlich die Wurzel aus dem Verhältnis der Selbstinduktion zur Kapazität je Spulenfeld zu verstehen und als Überschuss des Scheinwiderstandes wird die Abweichung des wirklichen Wellenwiderstandes von dem Nominalwellenwiderstand bezeichnet. Während der Nominalwellenwiderstand ein konstanter reeller Wert ist, ist der Überschuss eine von der Frequenz abhängige komplexe Grösse.
Dass die Schaltungsanordnung einen Scheinwiderstand haben soll, der nur proportional der oben angegebenen Grösse sein soll, hängt damit zusammen, dass durch den Ausgleichsübertrager eine Übersetzung des Scheinwiderstandes zustande kommt. Im allgemeinen sind die Ausgleichsübertrager so bemessen, dass der Proportionalitätsfaktor gleich 1/2 ist. Die Übersetzung des Scheinwiderstandes durch Transformatoren erfolgt jedoch nur dann genau, wenn die Induktivitäten der Übertrager sehr gross gegen den Scheinwiderstand sind, mit denen der Übertrager belastet ist.
Im allgemeinen ist es jedoch nicht zweckmässig, die Induktivitäten so gross zu wählen, dass eine genau proportionale Übersetzung der Scheinwiderstände zustande kommt, weil es möglich ist, den Einfluss der zu geringen Übertragerinduktivitäten durch Reihenschaltung von einem Kondensator auf der Primär-oder Sekundärseite aufzuheben. Unter Umständen kann es dabei erforderlich sein, zu den Kondensatoren einen Widerstand parallel zu schalten.
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In. der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
In der Abbildung sind Li und L2 die beiden Leitungen, die über einen Doppelrohrzwischenverstärker miteinander verbunden sind. At und A2 sind die Ausgleichsübertrager, NI und N2 die Nachbildungen der Leitungen. An den Ausgleichsübertrager ist eine
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übertrager Vii der Verstärkerröhre Vi gelegt, die ihre Anodenspannung aus der Batterie AB über die Drossel. D erhält. Die- verstärkten Wechselströme gelangen über den Kondensator 0 und den Nachübertrager Nü und von der Sekundärwicklung des Nachübertragers über den Kondensator K an die Symmetriepunkt der Ausgleichsschaltung A2. Zweckmässig wird die Klemme von Ri, die. am Entzerrer Ei liegt, geerdet.
Der übrige Teil des Doppelrohrzwischenverstärkers ist im wesentlichen symmetrisch zu dem beschriebenen Teil, abgesehen von der Schaltung, die zwischen der Ausgleichsschaltung A2 und dem Widerstand R2 liegt, auf die weiter unten eingegangen werden soll.
Die Schaltungsanordnung, die aus den Teilen J ? und S besteht, hat den Zweck, den nach der Erfindung notwendigen Gang des Scheinwiderstandes mit der Frequenz zu erzielen. An Stelle der dargestellten Schaltung können natürlich eine ganze Reihe anderer Kombinationen. verwendet werden. Die Schaltung ist so bemessen mit Rücksicht auf das Übersetzungsverhältnis des Übertragers At, dass an den Klemmen 1 und 2 auf der Primärseite des Ausgleichsüber- tragers-Ai der Scheinwiderstand 2 (Z + 2 J) ist, worin Z den Nominalwellenwiderstand der Leitung und J den Überschuss, d. h. die Differenz des wirklichen Wellenwiderstandes der Leitung von dem Nominalwellenwiderstand bedeutet.
Es hat sich im allgemeinen als vorteilhaft erwiesen, die Schaltung, die den gewünschten Scheinwiderstandsverlauf herstellt, aus einem Ohmschen Widerstand Ri und einem Vierpol Bi aus Blindwiderstandselementen zusammensetzen. Die Wirkungsweise der in dem Ausführungsbeispiel dargestellten Schaltung lässt sich etwa folgendermassen verstehen : Der mit S bezeiehnete Teil der Schaltung hat den Aufbau und die ungefähre Bemessung einer Nachbildung des Wellenwiderstandes einer mit halbem Spulenfeld endenden Pupinleitung, wie sie als Siemens-Nachbildung bekannt ist.
Der vor S liegende Teil der Schaltung, der mit H bezeichnet ist, entspricht ungefähr dem Schwingungskreis und Parallelkondensator einer Hoyt-Naehbildung für ebenfalls eine Pupinleitung mit halbem Spulenfeld. Es ist zu bemerken, dass die günstigen Werte der einzelnen Schaltelemente im allgemeinen nicht zusammenfallen mit den Werten, die für Nachbildungen sich als günstig erwiesen haben, weil die Schaltung hier eine wesentlich andere Aufgabe zu erfüllen hat, u. zw. ist es erforderlich, den frequenzabhängigen Teil J des Wellenwiderstandes der Leitung in doppelter Grösse darzustellen, verglichen mit dem Fall der Nachbildung des- Wellenwiderstandes. Im allgemeinen wird z.
B. der Querkondensator, der unmittelbar am Ausgleichsübertrager liegt, kleiner zu bemessen sein als bei der entsprechenden Hoyt-Nachbildung.
Der innere Widerstand einer Röhre ist praktisch für die in Frage kommenden Frequenzen als reell und konstant anzusehen, so dass an den Symmetriepunkten jeder der Ausgleichsschaltungen i und A2, falls der Nachübertrager NS genügend hohe Induktivität hat, ein Scheinwiderstand liegt, der von der Frequenz unabhängig und reell ist. Es hat sich aber als zweckmässig erwiesen, Kompensationskondensatoren 0 oder K, gegebenenfalls auch beide Kondensatoren, einzuführen, weil man dann mit geringeren Induktivitäten des Übertragers auskommen kann. Ein Übertrager mit sehr hohen Induktivitäten übersetzt den Scheinwiderstand in einem festen Verhältnis.
Wenn jedoch die Induktivitäten kleiner werden, so zeigt er ausserdem die Wirkung einer parallel liegenden Induktivität. Sieht man von den niederen Frequenzen ab, so bewirkt die zu einem Ohmschen Widerstand, wie es der innere Widerstand ist, parallel liegende Induktivität, dass ein positiver, imaginärer Teil im Scheinwiderstand auftritt, der umgekehrt proportional der Frequenz sinkt, während der Realteil praktisch so gut wie konstant bleibt. Der positive Imaginärteil kann durch einen Reihenkondensator entsprechender Grösse aufgehoben werden, weil der Blindwiderstand eines Kondensators negativ ist und sein Betrag ebenfalls umgekehrt proportional der Frequenz sinkt. Falls es erforderlich ist, die Veränderung des Realteiles auch zu kompensieren, kann man dem Kondensator einen
Ohmschen'Widerstand parallel schalten.
Es ist, wie oben erwähnt, möglich, die Kompensation mit einem Kondensator oder mit zwei Kondensatoren zu beiden Seiten des Übertragers zu machen. Ferner kann man auch die Kondensatoren in Reihe zu den Wicklungen des Ausgleichsübertragers A2 legen, weil in beiden Fällen die Kodensatoren praktisch in Reihe zu den Wicklungen des Ausgleichsübertragers und des zugehörigen Nachübertragers liegen. Die Anordnung der Kompensationskondensatoren für den Ausgangskreis der Verstärkerröhre V2 und den Eingangskreis der Verstärker-
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röhre Vi kann an den zu C und K symmetrischen Punkten des Doppelrohrzwischenver- stärkers erfolgen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel für die Schaltung zur Erzielung eines günstigen Widerstandes ist zwischen dem Ausgleichsübertrager 42 und der Röhre V2 dargestellt. Es ist hiebei angenommen, dass die Leitung L2 mit einer halben Spule aufhört und infolgedessen ist auch eine etwas andere Schaltung im Eingangskreis des Verstärkers notwendig. Sie besteht in dem Ausführungsbeispiel aus zwei Teilen H1 und H2. Der Teil H1 hat den Aufbau wie die HoytNachbildung für eine Pupinleitung, die mit halber Spule endet. Er besteht aus einem Ohmschen Widerstand R2, der wiederum als Spannungsteiler ausgebildet ist und dem ein Schwingungkreis aus Spule und Kondensator in Reihe parallel geschaltet ist. Hiezu liegt eine Spule in Reihe.
Der zweite Teil der Schaltung Bg hat denselben Aufbau wie H1, abgesehen von dem fehlenden Ohmschen Widerstand. Es ist ersichtlich, dass in Anlehnung an andere bekannte Nachbildungsschaltungen eine grosse Reihe von Schaltungsanordnungen für den Eingangskreis der Verstärkerröhre möglich ist, die die verlangte Umbildung des Eingangswiderstandes des
Doppelrohrzwischenverstärkers leisten.
Ein wesentlicher Vorzug der beschriebenen Anordnungen, die aus einem Vierpol B1 oder B2 aus Blindwiderständen bestehen, der mit einem Ohmschen Widerstand R, bzw. R2 abgeschlossen ist, liegt darin, dass die Regelung des Verstärkungsgrades durch Abgreifen der Teilspannungen an den Ohmschen Widerständen möglich ist, ohne dass bei Veränderung des Abgriffspunktes der Eingangsscheinwiderstand merklich verändert wird. Denn der Scheinwider- stand der Vorübertrager der Röhre kann sehr gross gehalten werden gegenüber den Widerständen R1, R2. Die Einstellung des Kontaktes bewirkt dann eine parallele Verschiebung der Verstärkungskurve und bleibt ohne Einfluss auf den Eingangswiderstand des ganzen Doppelrohr- zwischeuverstärkers.
Weiter ist es leicht möglich, durch die Bemessung der Schaltelemente dafür zu sorgen, dass die bei den Zwischenverstärkern für Pupinleitungen notwendige Begrenzung des Frequenzbereiches, in dem eine Verstärkung stattfindet, durch die Schaltungen gleichzeitig besorgt wird. Betrachtet man z. B. die Schaltung H, S im Eingangskreis der Röhre Ti, so sieht man, dass der Teil S ein Glied einer Spulenleitung enthält, so dass die höheren Frequenzen von einer gewissen Grenze ab abgeschnitten werden. Ferner enthält der Teil H einen Schwingungskreis, der so bemessen werden kann, dass für eine bestimmte Frequenz, auf die der Schwingungskreis abzustimmen ist, eine fast beliebig grosse Dämpfung erzielt werden kann. Es hat sich bekanntlich als zweckmässig erwiesen, wenn Li bzw.
L2 Pupinleitungen sind, die Verstärkung in der Nähe der Grenzfrequenz der Leitungen am meisten herabzusetzen und man wird daher den Schwingungskreis auf diese Frequenz abstimmen.
Ein weiterer Vorteil, der in den Ausführungsbeispielen dargestellten Anordnungen liegt darin, dass die Entzerrung durch eine Sdialtung J ? i vorgenommen wird, die in Reihe zum Vorübertrager liegt. Es ist möglich, den Scheinwiderstand der Reihenschaltung aus E1 und den Vorübertrager sehr gross zu halten gegenüber Ri und man kann daher mit beliebigen Entzerrungsschaltungen stets den gleichen Eingangswiderstand des Doppelrohrzwischenverstärkers erhalten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung für Zwischenverstärker in Zweidrahtleitungen, dadurch gekenn- zeichnet, dass entweder im Ausgangskreis oder vorzugsweise im Eingangskreis jedes Verstärkerelementes (Verstärkerrohres) des Zwischenverstärkers eine Schaltungsanordnung liegt, deren Scheinwi lerstand proportional dem Nominalwellenwiderstand der Leitung, vermehrt um den doppelten Überschuss (d. h. die doppelte Abweichung des Wellenwiderstandes vom Nominalwellenwiderstand der Leitung) ist.