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Zwischenverstärker für den zweiseitigen Verkehr
Die Erfindung betrifft einen für den zweiseitigen Verkehr geeigneten Zwischenverstärker, der zwi- schen ungleichen Abschluss-bzw. Klemmenimpedanzen betrieben werden kann.
Zwischen Verstärker für den zweiseitigen Verkehr werden häufig in Nachrichtentibertragungssysiemen, insbesondere bei induktiv belasteten Übertragungsleitungen für den Sprechverkehr, benötigt. Sie können sich dabei an einem Endpunkt oder aber auch an einem Zwischenpunkt der Leitung befinden. Um die schädliche Auswirkung von Reflexionen und die Pfeifneigung in dem System herabzusetzen, ist es wichtig, den Zwischenverstärker zumindest auf einer Seite über ein breites Frequenzband möglichst gut an die be- treffende Klenunenimpedanz anzupassen. Dies bereitet oft Schwierigkeiten, wenn der Zwischen verstärker zwischen zwei ungleichen Klemmenimpedanzen betrieben wird, vor allem dann, wenn eine Klemmen1mpe- danz oder auch beide komplex sind.
Das Ziel der Erfindung liegt darin, Reflexionen auf der einen Seite eines zwischen zwei ungleichen
Klemmenimpedanzen betriebenen Zwischenverstärkers für den zweiseitigen Verkehr herabzusetzen oder ganz zu beseitigen.
Bei einem für den zweiseitigen Verkehr bestimmten Zwischenverstärker gemäss der Erfindung, der an beiden Seiten an Klemmenimpedanzen verschiedenen Wertes angeschlossen ist, ist zur Erfüllung dieser
Zielsetzung der Wellenwiderstand des Zwischenverstärkers in bezug auf die - gegebenenfalls komplexen -
Klemmenimpedanzen Z und Z so bemessen, dass er innerhalb des zu verarbeitenden Frequenzbandes zu- mindest angenähert den Wert
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hat, wobei y das Übertragungsmass des Zwischenverstärkers ist. Wie aus den Vorzeichenpaaren der ange- gebenen, später abgeleiteten Beziehung hervorgeht, kann der erforderliche Wellenwiderstand einen von vier möglichen Werten haben, die von den Klemmenimpedanzen und vom Übertragungsmass des Zwischen- verstärkers abhängen.
Der Zwischenverstärker kann, wie an sich bekannt, als Kreuzglied, als überbrück- tes T-Glied oder als äquivalente Schaltung ausgebildet sein und erfordert im allgemeinen zwei oder mehr negative Impedanzwandler.
Besonders zweckmässig erweist sich der wichtige Spezialfall, dass das Übertragungsmass 1 im zu ver- arbeitenden Frequenzband durch geeignete Verstärkerausbildung konstant ist, weil sich dann die Auswer- tung der angegebenen Beziehung für den Wellenwiderstand wesentlich erleichert.
Der Grundgedanke der Erfindung sowie ihre verschiedenen Ziele, Merkmale und Vorteile sollen nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an Ausführungsbeispielen genauer erlautert werden.
Fig. l stellt im Blockschema einen Zwischenverstärker mit negativer Impedanz dar, der im Sinne der
Erfindung zwischen ungleichen Klemmenimpedanzen arbeitet. Fig. 2 zeigt in Form von Diagrammen die
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Fig. 10 und 11 zeigen schliesslich geeignete Ausführungsformen der Impedanzen-Za und-Z , die für die Realisierung des Wellenwiderstandes Zm gemäss Fig. 4 erforderlich sind.
Fig. l zeigt einen für den zweiseitigen Verkehr bestimmten Zwischenverstärker mit negativer Impe- danz, an dessen Klemmen 2,3 eine Impedanz Z und an dessen Klemmen 4,5 eine Impedanz Z ange- schlossen ist. Die Klemmenimpedanzen Z und Z2 sind voneinander verschieden und es kann eine dieser
Impedanzen oder auch beide komplex sein.
Es sei angenommen, dass die Reflexionen an den Klemmen 2, 3 möglichst klein gehalten werden sol- len. Demnach muss von diesen Klemmen nach beiden Richtungen gesehen die gleiche Impedanz vorlie- gen. Die Bedingung hiefür lautet :
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worin y das Übertragungsmass des Zwischetiveistärkeis l ist und negatives Vorzeichen hat. Aus Gleichung (1) folgt
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und ferner
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Aus Gleichung (3) ist erkennbar, dass bei der Auswertung von Zr zweimal zwischen den Vorzeichen + und - gewählt werden kann, ZI also vier verschiedene Werte annehmen kann. Es können nämlich beide Vorzeichen mit +, beide mit-, das erste mit + und das zweite mit-oder das erste mit-und das zweite mit + gewählt werden.
Um aber den praktischen Aufbau des Netzwerkes zu erleichtern, werden die Vorzeichen vorzugsweise so gewählt, dass der Realteil bzw. Wirkanteil von Z, im interessierenden Frequenzbereich positiv ist.
Es soll nun ein Beispiel behandelt werden, bei dem beide Klemmenimpedanzen ZI und Zz komplex sind. Die strichlierten Linien in Fig. 2 geben den Wirkanteil R1 bzw. den Blindanteil Xi der Impedanz Zi an. Die voll ausgezogenen Linien stellen analog den Wirkanteil R z bzw. den Blindanteil X1 der Impedanz Z dar. Die beiden Diagramme sind über einen logarithmisch geteilten Frequenzbereich von 100 bis 10 000 Hz aufgetragen. Die Impedanz Z hat den typischen Verlauf, der am zentralseitigen Ende eines Telephonkabels auftritt. Der Wirkanteil R1 hat einen konstanten Wert von 900 Ohm, wogegen der Blindanteil x1 dem Blindwiderstand eines Kondensators von zwei Mikrofarad entspricht.
Die Impedanz Z2 entspricht einem langen, induktiv belasteten Kabel (0, 08 mm Leitungsquerschnitt) mit einem Nachbildungsnetzwerk am nahen Ende und einem wellenwiderstandsmässig angepassten Abschluss am fernen Ende. Man
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erkennt, dass bei der Grenzfrequenz des Kabels, die bei 3500 Hz liegt, eine gewisse Unregelmässigkeit im
Verlauf der Wirk- und Blindanteile Rz bzw. X2 auftritt,
Es sei angenommen, dass der Zwischen verstärker eine gleichmässige Verstärkung von 0,7 nep (etwa 6 db) aufweist und im interessierenden Frequenzband nur eine vemachlmigbare Phasendrehung bewirkt. Das i Übertragungsmass ist daher
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Ein möglicher Wert des Wellenwiderstandes ZIA ergibt sich nun aus Gleichung (3) durch Einsetzen von-0, 7 für y und positive Wahl beider Vorzeichen.
Die in Fig. 3 gezeichneten Kurven stellen den Wirk- anteil RIA'der positiv ist, und den Blindanteil Xi'der negativ ist, dar.
Die nächste Aufgabe besteht darin, das Verstärkernetzwerk herzustellen. Fig. 4 zeigt einen geeigne- ten Aufbau in Form eines symmetrischen Kreuzgliedes mit zwei gleichen Seitenzweigen, die je die Impe- danz Za haben, und zwei gleichen Diagonalzweigen, die je die Impedanz Zb haben. Zur Vereinfachung der Zeichnung sind nur ein Serienzweig und ein Diagonalzweig im Detail dargestellt. Die übrigen Zweige sind nur durch strichlierte Linien angedeutet worden, welche die entsprechenden Anschlussklemmen ver- binden. Die Impedanzen Za und Zb ergeben sich aus dem Wellenwiderstand und dem Übertragungsmass durch Anwendung der Beziehungen
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Da y negativ ist, haben beide Impedanzen Za und Zb einen negativen Real- bzw.
Wirkanteil. Die Impedanzen mit negativen Wirkanteilen können leicht mit Hilfe von vier negativen Impedanzwandlem hergestellt werden, von denen jeder ein Wandlungsverhältnis von ungefähr -1 hat.Jeder Serienzweig des Kreuzgliedes enthält demnach einen solchen Wandler 8, der mit einer Impedanz-Za abgeschlossen ist. Jeder Diagonalzweig enthält einen Wandler 9, der mit einer Impedanz -Zb abgeschlossen ist.
Fig. 5 zeigt ein symmetriertes, UberbrucktesT-Glied, das gleichwertig dem Kreuzglied nach Fig. 4 ist und ebenfalls für den Zwischenverstärker 1 verwendet werden kann. Der BrUckenzweig enthält eine Wicklung 11, die eng mit jeder von zwei Wicklungen 12 und 13 in den beiden die Längszweige bildenden Adern der Leitung gekoppelt ist, sowie einen negativen Impedanzwandler 14, der mit einer Impedanz-Za abgeschlossen ist. Der zwischen den Mittelpunkten der Wicklungen 12,13 eingeschaltete Querzweig enthält einen negativen Impedanzwandler, der mit einer Impedanz -Zb/2 abgeschlossen ist.
Eine gute Nachahmung der Impedanz-Za kann innerhalb des interessierenden Frequenzbandes mit
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die ihrerseits in Serie mit der Parallelschaltung eines Wirkwiderstandes R, und eines Kondensators C. liegt.
Ein Bestandteil oder auch mehrere Bestandteile dieser Schaltung können, wie in üblicher Weise durch Pfeile angedeutet worden ist, veränderbar sein, um eine Einregelung des Verstärkungsgrades oder eine Änderung
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chend gut sind, um eine Pfeifneigung zu verhindern. Selbstverständlich kann die Anpassung durch Hinzufügen weiterer Schaltelemente zu den Impedanzen-Zal und-Zbl noch verbessert werden.
Fig. 9 zeigt einen weiteren möglichen Wellenwiderstandsverlauf Zrg, der sich aus Gleichung (3) ergibt,
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Falle5 terer Schaltelemente zu den Impedanzen -Za2 und -Zb2 verbessert werden.
Bei den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen haben die Widerstände und Kondensatoren die folgenden Werte :
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<tb>
<tb> R1 <SEP> = <SEP> 273 <SEP> ss <SEP> Cl <SEP> = <SEP> 2, <SEP> 33/. <SEP> IF <SEP>
<tb> R2= <SEP> 725 <SEP> 0 <SEP> C2 <SEP> = <SEP> 0,416 <SEP> <SEP> F
<tb> RR <SEP> 2485n <SEP> Cs <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 432 <SEP> F
<tb> R4 <SEP> = <SEP> 1232 <SEP> 0 <SEP> C4 <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 664 <SEP> 11 <SEP> F. <SEP>
<tb>
R <SEP> = <SEP> 300 <SEP> ss <SEP>
<tb> R <SEP> = <SEP> 2660 <SEP> 0
<tb>
Es versteht sich, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele nur den Grundgedanken der Erfindung erläutern sollen und im Rahmen der Erfindung noch verschiedene Abwandlungen zulassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zwischenverstärker für den zweiseitigen Verkehr, wobei der Zwischenverstärker an beiden Seiten an Klemmenimpedanzen verschiedenen Wertes angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenwiderstand des Zwischen Verstärkers in bezug auf die-gegebenenfalls komplexen-Klemmenimpedan- zen Z und Z 2 so bemessen ist, dass er innerhalb des zu verarbeitenden Frequenzbandes zumindest angenähert den Wert
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hat, wobei y das Übertragungsmass des Zwischenverstärkers ist.
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