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Verstärkerschaltung für Femsprechanlagen.
Die zur Zeit in Gebrauch befindlichen Zwischellverstärkerschaltullgen haben den Nachteil. dass entweder infolge des künstlichen Leistungsausgleiches die Hälfte der vom Verstärkerrohr
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künstlichen Ausgleiches die Hälfte des Eupferquerschnittes unausgenutzt bleibt, ferner, dass in beiden Fällen nur eine sehr beschränkte Anzahl von Verstärkerschaltungen hintereinander verwendet werden kann.
Erfindungsgemäss wird nun die Schaltung derart ausgebildet, dass sieh auch bei voller Ausnutzung des gesamten Kupferquersehnittes die Möglichkeit ergibt, die gesamte von einem Verstärkerrohr abgegebene Energie nutzbar zu machen, und ferner die Anzahl der auf einer Strecke hintereinander zu verwendenden Verstärkerämter erheblich zu vermehren. Diese Vorteile werden dadurch erreicht, dass z. B. bei einer Viererleitung die Aderpaare derart miteinander gekuppelt und abgeglichen sind, dass das eine Paar dem anderen als Leitungsausgleich dient.
Um den Abgleich zweier Aderpaare durchzuführen, ist es notwendig, dass die nachzubildende und nachbildende Leitung gleiche Charakteristik und annähernd gleiche Frequenzabhängigkeit der Charakteristiken besitzt. Trägt man nämlich den Wellenwiderstand Z. eines Pupinkabels als Funktion der Frequenz ; c auf, so erhält man Schaulinien, wie sie in Fig. 1 mit 1 bzw. 2 bezeichnet sind. Veranschaulicht Schaulinie 1 fÜr das eine Aderpaar und Schaulinie 2 für das andere Aderpaar die Frequenzabhängigkeit des Wellenwiderstandes und decken sich beide Schaulinien annähernd, so kann das eine Aderpaar dem anderen als Ausgleich dienen.
Um diese Sehaulinien zur Deckung zu bringen, ist es notwendig, dass für beide Aderpaare die Anzahl der durch die Pupinspulen gebildeten Felder der Ohmsche Widerstand, die Kapazität und Selbstinduktivität der einzelnen einander entsprechenden Spulenfelder annähernd übereinstimmen. Die Übereinstimmung der Anzahl der Spulenfelder ist deshalb erforderlich, weil durch sie die Lage der sogenannten kritischen Frequenzen bestimmt ist, d. h. derjenigen Frequenzen, bei denen grosse Abweichungen des Wellenwiderstandes vom Mittel auftreten (vgl. Archiv Elektrotechnik 1921, S. 461ff, Wagner & Küpfmüller). Es ist ohne weiteres in bekannter Weise gegeben, Kapazität, Selbstinduktivität und Ohmschen Widerstand in den einzelnen Abschnitten des entsprechenden Aderpaares abzugleiehen.
Decken sich die Kurven nicht vollkommen, wie es Fig. 1 zeigt, so sind nur die Differenzen der Wellenwiderstände von schädlicher Wirkung, die jedoch erheblich geringer sind, als die bei künstlichem Leitungsabgleich auftretenden Abweichungen, des Scheinwiderstandes vom Mittelwert, der durch die Kurve 3 angegeben ist. Zu erwähnen ist noch, dass bei dieser Art des Abgleiches nur erforderlich ist, dass die Scheinwiderstände der Kabel in den für die Sprache wichtigen Frequenzen übereinstimmen, da alle höheren Frequenzen-wie bisher-durch Siebketten gedrosselt werden können,
Werden diese.
Bedingungen erfüllt, so tritt gegenüber dem bisher verwendeten künstlichen Abgleichverfahren der Vorteil auf, dass man nicht mehr gezwungen ist, durch Gleichmachen aller im Kabel vorhandener Kapazitäten und Selbstinduktivitäten eine möglichst gradlinige Frequenz- abhängigkeit der Charakteristik zu erstreben, sondern lediglich das Abgleichen von zwei entsprechenden Stücken zweier Aderpaare notig hat.
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Besonders einfach gestaltet sich die Abgleiehung bei Kabeln, die dieselbe Richtung besitzen.
Bei schon verlegten Kabeln, die aus einer Richtung kommen, ist die Spulenzahl einander gleich und es werden auch die zwischen zwei Pupinspulen liegenden Kabelstücke in den Aderpaaren eines
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lich auf das Verhalten der Kapazitäten der Kabel und der Selbstinduktivität der Spulen an, Hinsichtlich dieser Grössen ist bei bisher verlegten Kabeln lediglich der Bedingung Geniige geleistet worden, dass die Abweichungen der Kabelkapazität und der Spulenselbstinduktivität vom Mittelwert sowohl in positivem als auch in negativem Sinne einen gewissen Betrag, gewöhnlich i'j% bis 3% nicht überschreiten. Wie aus der angeführten Untersuchung von Wagner & Küpfmüler hervorgeht, ist nun der Sinn der.
Abweichung des Wellenwiderstandes von seinem Mittelwert u. a. abhängig von dem Sinn der Abweichung der Kabelkapazität und der Spulenselbstinduktivität von ihrem Mittelwert. Ist der Wellenwiderstand z. B. bei positivem Sinne der Abweichung dieser Grössen von ihrem Mittelwerten bei Frequenzen unterhalb der kritischen Frequenz erheblich grösser als sein Mittelwert und oberhalb derselben erheblich kleiner (vgI. Schaulinie 4, Fig. 2), so ist derselbe bei einer Abweichung der Kabelkapazität und der Spulenselbstinduktivität in negativem Sinne unterhalb der kritischen Frequenz kleiner und oberhalb der kritischen Frequenz grösser (vgl. Fig. 2, Schaulinie 5).
Die Wahrscheinlichkeit, dass die Abweichungen vom Mittelwert bei den einander entsprechenden Aderstücken und Spulen stets gleiche Grössen und gleichen Sinn haben. ist an sich äusserst gering, anderseits aber überdecken sich die Wirkungen der einzelnen Spulen eines Kabels auf den Wellenwiderstand, wobei noch zu berücksichtigen ist, daL1, wie auch Wagner und Küpfmüller festgestellt haben, die Wirkung einer Abweichung der Spulenselbstinduktivität vom Mittelwert gegen die Enden des Kabels hin zunimmt. Die Zusammenwirkung dieser beiden Erscheinungen, nämlich das Überdecken und die Zunahme, bewirkt,
dass in jedem Kabel die Frequenz abhängigkeit des Wellenwiderstandes wesentlich von dem Sinn der Abweichung der Kapazität der Kabel und der Selbstinduktivität der Anfangsspulen abhängt und dass zwei Aderpaare eines vielpaarigen Kabels dann aufeinander abgleichfähig sind, wenn die Selbstinduktivitäten und Kapazi- täten ihrer Anfangsspulenfelder in gleichem Sinne vom Mittelwert abweichen.
Seine volle Wirksamkeit kann das hier beschriebene Prinzip des natürlichen Leitungbäb- gleiches aber erst bei neu zu verlegenden Kabeln entfalten. Hier kann man noch mehr wie bei schon verlegten Kabeln mit grosser Annäherung auf gleichen Ohmschen Widerstand für die zum gegenseitigen Abgleich bestimmten Aderpaare geachtet werden, die vorteilhaft demselben Vierer zugeteilt werden. Ferner lässt sich aber auch die Kapazität der zum gegenseitigen Abgleich bestimmten Kabelstrecken und die Selbstinduktivität ihrer Spulen sehr genau gleich machen.
Die Kapazitäten gleicht man entweder durch besondere Zusatz-Kondensatoren ab, nachdem man sie auf der Strecke gemessen hat, oder man wählt immer zwei Aderpaare mit gleicher Kapazi- tät aus der Gesamtzahl der im Kabel vorhandenen Paare aus. Mit RÜcksicht auf die Einfachheit der Verlegung wird man im allgemeinen die erste Art der Schaltung bevorzugen, und in das Kabel vor jeden Pupinspulenkasten einen Kondensatorkasten einbauen.
Die Selbstinduktivität der nebensprechenden Spulen zweier \derpaare lässt sich schon bei der Zusammenstellung des Pupinkastens sehrgenau gleichmachen, indem man einfach aus der Menge der angefertigten Spulen zwei Spulen auswählt, die untereinander möglichst genau übereinstimmen.
Hält man diese Bedingung inne, so ist die absolute Abweichung der Spuleninduktivität vom Mittel für die gegenseitige Abgleichsfähigkeit der Aderpaare nicht mehr wesentlich, so dass hier mit einer erheblich grösseren Toleranz gerechnet, werden kann, als bei den bisher an Kabel eingebauten Selbstinduktionsspulen. Die Besetzung eines Pupinkastens mit Spulen wird nach dem neuen Verfahren so vor sich gehen, dass von einer Anzahl durehgemessener Spulen zunächst immer zwei Spulen mit gleicher Selbstinduktivität ausgewählt werden und immer zwei gleiche paarweise zusammengesetzt als Paarspulen eines Vierers in den Pupinkasten gebracht werden.
Beim Anschliessen des Kastens an das Kabel muss dann noch darauf geachtet werden, dass die Ader eines Vierers bzw. die zweier ausgewählter Aderpaare mit nahezu gleicher Kapazität mit zwei derartigen nahezu gleichen Spulen verbunden werden, was unschwer möglich ist. Der Abgleich der Kapazitäten und die Anschaltung gleicher Selbstinduktionsspulen an zwei Aderpaare gleicher Kapazität bedingen eine nicht unerhebliche Mehrarbeit bei der Montage, doch steht dieser Mehrarbeit eine erhebliche Ersparnis an Fabrikationsunkosten gegenüber, da, wie erwähnt, die Toleranz für die Abweichung der Spulen-Selbstinduktivität vom Mittelwert erheblich erweitert werden kann.
Ferner muss beachtet werden, dass eine derartige genaue Abgleiehung der beiden zuzuordnenden Aderpaare aneinander nur an den ersten Spulenfeldern nötig ist, da der Einfluss von Abweichungen in den Spulenfeldern, die vom Anfang der Leitung weiter entfernt liegen, wie schon erwähnt, bei weitem geringer ist, als der Einfluss der am Anfang liegenden Spulenfelder.
Aderpaare, bei denen bei gleicher Spulenzahl auf diese Weise Kapazitäten, Widerstand und
Selbstinduktivität in den einander entsprechenden Teilen angenähert übereinstimmen, werden nun hinsichtlich der Frequenz-Abhängigkeit ihres Wellenwiderstandes mit grosser Annäherung überein-
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stimmende Kurven zeigen, und es wird mit ihnen ein nahezu vollkommener gegenseitiger Abgleich erreicht werden.
Da nun die Anzahl der hintereinander im Kabel zu verwendenden Verstärkerpunkte um so grösser ist, je genauer der Abgleich sich definieren lässt, so werden bei dieser. Art der Abgleiehung die annähernd vollkommen ist, praktisch beliebig viele Verstärkerpunkte, in ein Kabel eingeschaltet werden können.
Zur praktischen Durchführung der Abgleichung eines Aderpaares eines Kabels durch ein aus derselben Richtung kommendes möglichst demselben Kabel angehörendes anderes Aderpaar ist es zunächst möglich, in der gewöhnlichen Zwischenverstärkerschaltung, wie sie Fig. 3 zeigt, den Leitungsabgleich 7 für das die Sprache tragende Aderpaar 6 durch ein anderes entsprechend ausgewähltes Aderpaar 8 desselben Kabels zu ersetzen. Dann bleibt aber, wie bei der KesterenSchaltung und bei den übrigen Vierdrahtschaltungen, das zweite Aderpaar, das hier zur Abgleichui' benutzt wird und unverbunden ausläuft, für die Sprachübertragung unausgenutzt.
Hat man mehrere Verstärkerpunkte in einem Kabel hintereinander zu schalten, so müsste man sogar zum Abgleich des die Sprache tragenden Aderpaares auf jedem Ende ein besonderes Aderpaar verwenden ; es sind also zu jedem Gespräch nicht weniger als drei Aderpaare erforderlich, von denen zwei lediglich zum Abgleich benutzt werden, die aber, da sie den Abgleichstrom führen, für andere Ge- Geqpräche nicht verwendet werden können.
Eine einfache Schaltung, die den gesamten Kupferquerschnitt zur Stromleitung ausnutzt, lässt sich dagegen nach der in Fig. 4 dargestellten Weise erhalten.
Der Grundgedanke dieser Anordnung ist der, dass die einander abgleichenden Fernleitungen z. B. 18, 19 und-30, 31 beide zur Fortleitung der Ströme benutzt werden, wobei eine Selbsterregung der an die Leitung eingeschalteten Verstärker dadurch vermieden wird, dass die Aderpaare bei den Gesprächen der einen Richtung in gleichem Sinne durchlaufen werden, bei den Gesprächen der entgegengesetzten Richtung aber in entgegengesetztem Sinne.
Bei dem Zwischen- verstärker in Fig. 4 bedeuten 20, 21, 28 und 29 vier Transformatoren, die in die von den beiden Aderpaaren . 30 und 19, 31 gebildeten Fernleitung eingeschaltet werden. 22 ist ein Abgleich- übertrager, der sekundär durch den Vorübertrager des Rohres 24 geschlossen ist. 26 ein Abgleich- Übertrager, der den Nachübertrager des Rohres 24 darstellt. 27 und 23 sind die normalen Vorund Naehübertrager des Rohres 25. Die bei dieser Schaltung auftretenden Stromläufe sind bei von links über die Transformatoren 20 und 21 ankommenden Ströme durch gestrichelte Pfeile angedeutet, bei von rechts über die Transformatoren 28 und 29 ankommenden Ströme durch punktierte Pfeile.
Aus der Fig. 4 ergibt sieh dann ohne weiteres, dass die von links kommenden Fernsprechströme in der Primärseite der Transformatoren 20 und 21 in gleichem Sinne fliessen und in diesem Sinne auch auf die Primärseite des Vorübertragers des Rohres 24 wirken, während sie durch das Rohr 25 hindurch nicht Übertragen werden können, da sie über den Übertrager 23 auf die Anodenseite des Rohres wirken würden. Die im Rohr 24 verstärkten Ströme gelangen auf die Primärseite des Nachübertragers 26 und erzeugen einen in gleicher Richtung fliessenden Strom in den Transformatoren 28 und 29, während ihre Wirkung in bezug auf den Vorübertrager 27 des Rohres 25, wie die Figur zeigt, durch die Gegenläufigkeit der Ströme aufgehoben wird, wenn die Leitungen an der Sekundärseite der Transformatoren 28 und 29 gleichen Scheinwiderstand haben.
Die Gleichheit des Scheinwiderstandes wird aber nötigenfalls dadurch erreicht, dass die Kabel in der vorher angegebenen Weise einander abgeglichen werden.
Im Gegensatz hiezu wirkt der aus der anderen Richtung kommende, durch die punktierten Pfeile bezeichnete Strom auf den Vorübertrager 27, da er die Übertrager 28 und 29 in gegenläufigem Sinne durchfliesst (punktierte Pfeile). Dieser Strom wird dann wegen der Gegenläufigkeit durch das Rohr 24 hindurch nicht zur Wirkung kommen. Durch das Rohr 25 hingegen wird er auf den Nachübertrager 23 desselben verstärkt weitergegeben und teilt sich an der Primärseite des Vorübertrages 22 wieder in zwei Stromläufe auf, die gegenläufig auf die Transformatoren 20 und 21 wirken und so, wenn die Scheinwiderstände dieser Transformatoren gleich sind, im Transformator 22 keine Wirkung auf das Gitter des Rohres 24 ausüben.
Der ursprünglich in den Trans-
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formatoren 20 und 21 verstärkt gegenläufig weitergegeben.
Die Zusammenfassung der vier Leitungen am Ende bzw. am Anfang zu einer Zweidrahtschaltung kann am einfachsten durch die als Ventil wirkende Verstärkerröhren 12 und 13 bzw, 36 und 37 in Verbindung mit den Transformatoren 14, 15 und 34, 35 geschehen, durch welche die Ströme je nach der Lage des Senders in gleichsinnig oder entgegengesetztsinnig die Transformatoren 16 und 17 bzw. 32 und 33 durchfliessende Ströme umgeformt werden.
Die Sprechstellen selbst sind in der Figur mit 9 und 40 bezeichnet worden, die Übertrager der Spreehstellen ferner mit 10, 11 und 38, 39.
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im Falle der gleichgerichteten Ströme nur von den Aussenleitern fortgeleitet werden, während die Innenleiter von zwei entgegengesetzt gerichteten Strömen durchflossen würden, die sich gegenseitig aufheben. Das System aus vier Drähten würde also in diesem Falle nicht besser wirken, als ein System aus zwei Drähten, während es, wenn die Aderpaare getrennt sind. mit seinen vollen vier Drähten zur Wirksamkeit kommt. Einen ähnlichen Fall geringerer Wirksamkeit bei einer metallisehen Verbindung zwischen den vier Adern kann man bei jeder metallischen Verbindung von Einzeldrähten der beiden Vierer 18, 19 und 30, 31 feststellen.
Die volle Wirksamkeit des Systems wird also nur dann erreicht, wenn die einander abgleichenden Aderpaare keine metallische Ver- bindung haben. Die hiebei notwendige Abtrennung der Fernleitungen 18, 19 und 30, 31 von der Verstärkerschaltung wird durch die Transformatoren 20 und 21,.'28 und 29 usw. besorgt.
Durch diese Schaltung ist es möglich, die vier Adern eines Kabels mit ihrem gesamten Kupferquerschnitt zum Fel'l1sprechbetrieb zu verwenden, wobei im Gegensatz zu der Zweidraht- Zweirohrschaltung es noch möglich ist, aus jedem Rohr die volle von demselben abzugebende EnEnergie zu entnehmen. Sind die beiden einander abgleichenden Aderpaare gut aufeinander abgeglichen. so ist es ferner möglich, sehr viel mehr Verstärkerämter auf einer Strecke hintereinander zu verwenden als es bisher der Fall war.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass auch in dieser Schaltung die bisher bei künstlichem Leitungsabgleich zur Erzielung einer möglichsten Gleichmässigkeit mit Erfolg verwendeten Mittel wie Vordämpfung, Leitungszusätze, Siebketten usw. verwendet werden können. wodurch dann der Abgleieh noch leichter bzw. genauer und sicherer gestaltet werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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z. B. ein Aderpaar eines a, us Viererleitungen bestehenden Kabels mit einem entsprechenden anderen, mit ihm abgeglichenen Leitungspaar gekoppelt ist, so dass beide zum gegenseitigen Leitungsausgleich und zur gleichzeitigen Fortleitung des Gespräches dienen, wobei bei der einen Gesprächsrichtun ? das eine Aderpaar relativ zum anderen im entgegengesetzten Sinne vom Strom durchflossen wird
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