DE1015488B - Zweidrahtverstaerker mit negativen Widerstaenden und Verstaerkungsregelung - Google Patents

Description

Es ist bekannt, in den Leitungszug von Fernsprechübertragungssystemen negative Impedanzen zum Ausgleich der Kabeldämpfung einzuschalten. Diese mit Hilfe von Verstärkern als Umwandlungseinrichtungen realisierten negativen Scheinwiderstände können entweder in den Längszweig oder in den Querzweig der Leitung eingeschaltet werden. Im Längszweig liegende Netzwerke erhöhen den Strom und müssen leerlaufstabil sein. Im Querzweig liegende Netzwerke erhöhen die Spannung und müssen kurzschlußstabil sein.

Die Erfindung betrifft einen Zweidrahtverstärker mit negativen Widerständen, bei dem eine Verstärkungsregelung vorgesehen ist. Die Regelung soll sowohl für die Gesamtverstärkung als auch für die Verstärkung der höchsten und der tiefsten übertragenen Frequenz wirksam sein.

Ein Zweidrahtverstärker mit negativen Widerständen enthält eine Umwandlungseinrichtung für den Anschluß der Leitungen (im Längs- oder Querzweig), ein Nachbildungsnetzwerk, einen Verstärker und passende Eingangs- und Ausgangsschaltungen für den Verstärker. Die Ausgangsschaltung enthält als Belastungswiderstand das Nachbildungsnetzwerk und den übersetzten Leitungswiderstand. Der Verstärkereingang wird an einen passenden Punkt der Ausgangsschaltung zur Erzeugung einer Mitkopplung angeschlossen. Das Nachbildungsnetzwerk dient zur Anpassung der ein- und ausgangsseitigen Widerstände der Verstärkungseinrichtung, derart, daß der Verstärker Eingangssignale erhält, die den Leitungssignalen proportional sind. Die Ausgangssignale sind im gesamten Frequenzbereich proportional zu den Leitungssignalen mit Ausnahme eines Teilbereiches, in dem eine Entzerrung der frequenzabhängigen Leitungsdämpfung vorgenommen wird.

Bei den bisher bekannten Verstärkern der beschriebenen Art wurde eine Verstärkungsregelung durch Änderung des Nachbildungsnetzwerkes und damit des Übersetzungsverhältnisses vom Leitungs- zum Verstärkereingangssignal erreicht.

Erfindungsgemäß ist zur Verstärkungsregelung der gesamten Einrichtung die Verstärkung des in der Umwandlungseinrichtung vorhandenen Verstärkers regelbar, ohne daß das Nachbildungsnetzwerk geändert wird. Infolgedessen braucht das Nachbildungsnetzwerk nur einmal eingestellt zu werden, während der Dämpfungsausgleich für verschiedene Verstärkerfeldlängen nur mit Hilfe der Verstärker vorgenommen wird.

In dem erfindungsgemäßen zweistufigen Verstärker ist eine Gegenkopplungsschaltung vorgesehen, durch die die Verstärkung unabhängig von der Änderung der Verstärkerelemente und der Stromversorgung verhältnismäßig stabil bleibt.

Zweidrahtverstärker

mit negativen Widerständen

und Verstärkungsregelung

Anmelder:
International

Standard Electric Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 10. Mai 1955

Raymond J. Arndt, Chicago, 111. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Verstärkungseinrichtung beschrieben, die einen zweistufigen Verstärker mit Elektronenröhren enthält. Die Gegenkopplung wird mit Hilfe eines mit einem Schleifarm einstellbaren Spannungsteilers geregelt und damit die effektive Verstärkung eingestellt. Zusätzliche Regeleinrichtungen im Gegenkopplungsweg dienen zur Verstärkungsregelung der tiefen und hohen Frequenzen des Übertragungsbereiehes für sich. Das Nachbildungsnetzwerk enthält verschiedene reelle Widerstände und Blindwiderstände zur Einstellung der gewünschten Anpassung. Die Anschlüsse dieser Widerstände werden für die Einstellung mit den entsprechenden Anschlüssen einer Prüfeinrichtung verbunden. Diese Prüfeinrichtung enthält Schalter zur Herstellung verschiedener Kombinationen der Scheinwiderstandselemente. Nachdem mit Hilfe der Schalter eine passende Kombination gefunden ist, wird die Prüfeinrichtung abgeschaltet und die gefundenen Verbindungen am Anpassungsnetzwerk mit Laschen, Bügeln, oder Lötbrücken hergestellt.

An Hand der Zeichnungen soll nun die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel im einzelnen näher beschrieben werden. -..."-.

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I 015

In Fig. 1 ist eine Verstärkereinrichtung zur Einschaltung in den Längszweig einer Leitung dargestellt. Die Leitungsabschnitte LW und LE können entweder direkt oder über Schalteinrichtungen mit den entsprechenden Telefonstationen S1 bzw. S 2 verbunden sein. Die Verstärkereinrichtung SE enthält einen Umwandler 101, einen Leitungsübertrager 103 und ein Scheinwiderstandsnetzwerk N1 als Nachbildungsnetzwerk, das an den Übertrager 102 ange-137 und den Kondensator 138 zu der Meßklinke 145 hergestellt. In diesen Stromkreis kann ein niederohmiges Überwachungsinstrument oder ein Kopfhörer eingeschaltet werden.

In Fig. 2 ist eine Verstärkungseinrichtung SH zur Einschaltung in den Querzweig der Leitung dargestellt. Der Umwandler 201 kann ebenso ausgeführt sein wie der Umwandler 101 in Fig. 1. Der Leitungsübertrager 203 liegt mit den Wicklungen 203 A und

schlossen ist. Der Umwandler 101 enthält einen Ver- io 2035 parallel zur Übertragungsleitung 208 und -ist

stärker und ein Gegenkopplungsnetzwerk, das am Ausgang des Verstärkers zwischen der Kathode der Röhre 112 und Erde liegt. Der Verstärker besteht aus einer Stufe mit der Röhre 111 zur Spannungsverstärkung und einer Ausgangsleistungsstufe mit der Röhre 112 in Kathodenverstärkerschaltung.

Der übersetzte Leitungswiderstand erscheint an der Wicklung 103 C des Übertragers 103, deren Enden über die Leitungen 142 und 143 mit dem Umwandler 101 verbunden sind. Der Scheinwiderstand des Netzwerkes ΛΊ wird durch den Übertrager 102 zur Wicklung 1025 übersetzt, an deren einem Ende 146 eine Spannung von —48 V liegt.

Die Röhre 111 mit Kathodenwiderstand 132 arbeitet mit der Wicklung 203 C an den Verstärker geschaltet. Zwischen den Wicklungen 203 A und 2035 liegt ein Kondensator 204, um einen Kurzschluß für Gleichstromsignale und niedrige Frequenzen zu vermeiden.

Das Netzwerk N2 ist an die Wicklung 202^4 des Übertragers 202 angeschlossen.

Der Verstärker liegt über die Leitungen 242 und 243 und über Wicklung 202 5 und Wicklung 203 C an der Klemme 246 mit einer Spannung von — 48 V,

Eine der Leitungsspannung proportionale Spannung gelang an den Eingang des Verstärkers; eine phasengleiche, verstärkte Spannung erscheint an dessen Ausgang und verstärkt die Leitungsspannung. Der Strom vom Verstärker zur Leitung ist dem nor-

in Gitter-Basis-Schaltung. Die Eingangsspannung er- 25 malen Strom durch den Querwiderstand der Leitung

scheint an den Klemmen der Wicklung 102 5 des Übertragers 102, da sie über die Leitung 142 und den Kondensator 133 in den Kathodenkreis der Röhre 111 eingekoppelt wird. Die verstärkten, vom Anodenentgegengesetzt.

Die beiden Verstärkereinrichtungen SE (Fig. 1) und SH (Fig. 2) können durch Zusammenschalten der Leitungen 108 und 208 zu einer T-Schaltung vereinigt

widerstand 131 der Röhre 111 über die Schaltelemente 30 werden. Sie können auch zu einer L-Schaltung durch 134 bis 136 auf das Gitter der Röhre 112 gekoppelten Verbinden der Leitung LW oder LE mit der Leitung Signale sind in Phase mit den Eingangssignalen und
steuern den Ausgangssignalstrom der Röhre 112, der

ebenfalls dieselbe Phasenlage hat. Es wird also jeder 208 vereinigt werden.

In. Fig. 3 ist eine verbesserte Verstärkungseinrichtung zur Einschaltung in den Querzweig der Leitung Signalstrom, der über den Transformator 103 an die 35 dargestellt. Der Kondensator 204 in Fig. 2 bedingt Verstärkereinrichtung gelangt, verstärkt. Die Span- eine Kapazitätserhöhung in der Leitung und kann nung an den Leitungswicklungen 103 A und 103 5 des
Übertragers 103 ist dem Spannungsabfall in der Leitung entgegengesetzt. Die Verstärkung ist abhängig
von dem Verhältnis des Spannungsabfalls an der 40 widerstand, so daß er für das Netzwerk N 2 eine Be-Wicklungl025 und desjenigen an der Wicklung 103 C. lastung darstellt. Diese und andere störende Eigen-

Im über die Leitung 144 mit der Kathode der Röhre 112 verbundenen Gegenkopplungsnetzwerk hat der Widerstand 127 einen Schleifkontakt 151 zur

Regelung der Gesamtverstärkung. Von diesem Schleif- 45 lungen 303^4 und. 3035 und dem dazwischenliegenden kontakt wird eine der Eingangsspannung entgegen- Kondensator 304 quer zur Übertragungsleitung 308 gerichtete Spannung über den Widerstand' 128 und geschaltet. Um den Verstärkereingang vor in der die Leitung 141 an das Steuergitter der Röhre 111 Leitung auftretenden Überspannungen, zu schützen, geführt, wodurch die Verstärkung um den Betrag ist der Übertrager 303 so ausgelegt, daß er bei hohem dieser Spannung herabgesetzt wird. Am Widerstand 50 Signalpegel im Sättigungsbereich arbeitet. Eine 125 ist ein Schleifkontakt 152 angebracht, der über Glimmröhre 307 begrenzt alle Spannungsspitzen, die

eine Resonanzfrequenz innerhalb des Übertragungsbereiches verursachen. Der Übertrager 202 in Fig. 2 hat bei tiefen Frequenzen einen niedrigen Scheinschaften sind mit der Schaltung nach Fig. 2 schwierig zu kompensieren.

Der Übertrager 303 in Fig. 3 ist mit den Wick-

den Kondensator 126 mit dem unteren Ende dieses Widerstandes verbunden ist und zur Regelung der Verstärkung bei hohen Frequenzen dient. Der Wideran den Wicklungen 303 C und 303 D auftreten. Der Kathodenwiderstand 332 der Röhre 311 ist über die Leitung 345 direkt an die Klemme 346 mit der Span

stand 124 begrenzt diese Verstärkungsregelung. Der 55 nung — 48 V angeschlossen, und die Wechsel-

Schleifkontakt 153 am Widerstand 122 mit dem Kondensator 123 dient zur Verstärkungsregelung bei tiefen Frequenzen. Der Kondensator 121 und der Kondensator 129 in Verbindung mit dem Widerstand 128 vermindern die Verstärkung unterhalb bzw. oberhalb des Übertragungsbereiches.

Das Übersetzungsverhältnis des Übertragers 103 kann 1 : 1 sein. Das Übersetzungsverhältnis des Übertragers 102 von Wicklung 102^4 zur Wicklung spannungen werden der Kathode über den Kondensator 306 zugeführt.

Ein Ausgangsübertrager 302 koppelt den Verstärkerausgang an eine Klemme 349 des Netzwerkes N 3, dessen andere Klemme 348 an der Wicklung 303 D des Übertragers 303 liegt. Das Windungszahlverhältnis dieses Übertragers ist so gewählt, daß bei einem Eingangswiderstand der Leitung von 300 Ω an der Wicklung 303 C ein Widerstand von 900 Ω er-

1025 kann 3 :1 sein. Damit erhalten die Schein- 65 scheint, die Gesamtimpedanz der Wicklungen 303 C

Widerstandselemente des Netzwerkes Nl gut realisierbare Werte.

Um den Verstärkerausgang für Überwachungszwecke zugänglich zu machen, ist eine Verbindung

von der Kathode der Röhre 112 über den Widerstand 70 von 1800 Ω erscheint.

und 303 D hat einen Wert von 6000 Ω. Das Übersetzungsverhältnis des Übertragers 302 ist so, daß bei einer Impedanz über den Wicklungen 302^4 und 302 B von 12 000 Ω an der Wicklung 3025 eine Impedanz

Die Umwandlungseinrichtung ist im übrigen in ihrer Schaltung und Funktion gleich der in der Fig. 1, und ihre Schaltelemente sind in zu Fig. 1 analoger Weise bezeichnet.

In Fig. 4 ist das Netzwerk N1 der Verstärkungseinrichtung SE von Fig. 1 im einzelnen dargestellt. Die Anschlüsse des Netzwerks sind an eine Platte 441 mit Kontaktstiften 1... 5 ... 10 usw. geführt, die an der Außenseite des Gerätes angebracht ist. Das Netzwerk enthält drei veränderbare Widerstände 402, 403, 416, drei Spulen 404, 408, 412 und vierzehn Kondensatoren. Die Primärwicklung 102 B des Übertragers 102 ist in der in Fig. 1 dargestellten Weise an die Verstärkungseinrichtung angeschlossen. Eine Buchsenplatte 442 ist auf die Stiftplatte 441 aufsteckbar und stellt mittels Lötbrücken die Verbindungen zwischen den entsprechenden Kontaktstiften her.

Um verschiedene Schaltungsanordnungen des Netzwerkes zu erhalten, werden die Widerstände 402, 403 und 416 als Einzelkomponenten und wählbare Teile der Spulen 404, 408 und 412 als Induktivität L verwendet. Die einzelnen Kondensatoren werden durch wahlweises Zusammenschalten als je eine Kapazität Cl bzw. C 2 benutzt. Die Kapazitätswerte der Kondensatoren verhalten sich, wie durch die beigeschriebenen Ziffern angedeutet, wie die geometrische Zahlenfolge mit dem Progressionsfaktor 2.

In Fig. 5 ist eine Prüfeinrichtung T dargestellt. Sie wird während des Betriebs an die Verstärkungseinrichtung geschaltet. Sie enthält Schalter und Verbindungsleitungen zur Anschaltung zwischen Leitung und Verstärkungseinrichtung, zum Anschluß eines veränderbaren Oszillators an einen in die Leitung geschalteten Widerstand von 1 Ω, zum Anschluß eines Anzeigegerätes (Röhrenvoltmeter oder Oszilloskop) für die Messung des Signalpegels und zum Ein- und Ausschalten der Verstärkungseinrichtung.

Eine Buchsenplatte 542 enthält eine Reihe von Schaltern. Zur Einstellung des Netzwerkes N1 wird die Buchsenplatte 442 (Fig. 4) abgenommen und die Prüfeinrichtung mit der Buchsenplatte 542 auf die Kontaktstiftplatte 441 aufgesetzt.

Ein Schalter 550 mit fünf Kontaktbahnen wird zur Auswahl der Netzwerke!emente je nach der Leitungsart benutzt. Es sind drei verschiedene Schaltungs- anordnungen A, B und C mit den Widerständen 402, 403 und 416, der Spule L und den Kapazitäten C1 und C2 möglich. Der Wert der Spule L wird mit den Schaltern 504, 508 und 512 eingestellt, der Wert der Kapazität C1 mit den Schaltern 517 bis 523 und der Wert der Kapazität C2 mit den Schaltern 524 bis 530. Die Widerstände 402, 403 und 416 werden direkt eingestellt.

Während der Prüfung wird die Verstärkung im gesamten übertragenen Frequenzbereich festgelegt. Die veränderbaren Schaltelemente werden so lange nachgeregelt, bis der gewünschte Frequenzgang erreicht ist.

Dann werden entsprechend den Schalterstellungen der Prüfeinrichtung T an der Buchsenplatte 442 Lotbrücken angebracht. Danach wird die Prüfeinrichtung abgenommen und die Buchsenplatte 442 wieder aufgesetzt.

Mit dieser Einrichtung können die Schaltelemente des Netzwerkes N1 direkt eingestellt werden, ohne daß die gleichen Elemente in der Prüfeinrichtung erforderlich sind. Dadurch werden Fehler durch Streu

ung der Werte oder Vertauschen von Schaltelementen vermieden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Zweidrahtverstärker mit negativen Widerständen und Verstärkungsregelung, bei dem eine einen Verstärker enthaltende Umwandlungseinrichtung eine Leitungs-Scheinwiderstands-Nachbildung in gleiche, um 180° in der Phase verschobene Widerstandswerte umwandelt und der dadurch erhaltene negative Leitungswiderstand in den Längs- oder Querzweig der Leitung eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkungsregelung der gesamten Einrichtung die Verstärkung des in der Umwandlungseinrichtung vorhandenen Verstärkers regelbar ist.

2. Zweidrahtverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Gesamtverstärkungsregeleinrichtung eine Einrichtung zur Regelung der Verstärkung bei hohen und tiefen Frequenzen, des Übertragungsbandes für sich in dem Verstärker der Umwandlungseinrichtung vorhanden ist.

3. Zweidrahtverstärker nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung aus veränderbaren Widerständen (122,125,127) in einem Gegenkopplungszweig des Verstärkers der Umwandlungseinrichtung besteht.

4. Zweidrahtverstärker nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Verstärker der Umwandlungseinrichtung Schaltelemente (121, 123, 126, 129) vorgesehen sind, durch welche die Verstärkung außerhalb· des Übertragungsbandes herabgesetzt wird.

5. Zweidrahtverstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsnachbildung (Nl) über einen Übertrager (102) in Reihe mit dem Verstärkerausgang liegt.

6. Zweidrahtverstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstärkungseinrichtung (SE) im Längszweig und eine Verstärkungseinrichtung (SH) im Querzweig der Leitung (LW, LE) liegt und beide zu einer T- oder L-Schaltung zusammengefügt sind.

7. Zweidrahtverstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz des Verstärkers vor Überspannungen der Leitungsübertrager (303) bei hohen Eingangsspannungen im Sättigungsgebiet arbeitet und daß parallel zu der Sekundärwicklung (303 C, 303D) des Leitungsübertragers eine Glimmröhre (307) zur Begrenzung von Spannungsspitzen liegt.

8. Zweidrahtverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachbildungsnetzwerk (Nl) aus einer Vielzahl von zusammensetzbaren Blindwiderständen (L, Cl, C2) und drei veränderbaren reellen Widerständen (402, 403, 416) besteht, daß die Schaltungsanordnung und Zusammensetzung der Teilwiderstände mit Hilfe einer mehrere Schalter und Schaltverbindungen enthaltenden aufsteckbaren Prüfeinrichtung (T) ausgewählt wird und daß die ausgewählte Schaltungsanordnung im Gerät für den Betriebszustand durch bewegliche Laschen oder Lötbrücken hergestellt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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