DE1462156C - Regelbarer Entzerrer mit variablen Scheinwiderständen für elektrische Übertragunssysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen regelbaren Entzerrer mit variablen Scheinwiderständen für elektrische Ubertragungssysteme, dessen Betriebsübertragungsmaß der Gleichung

tragungsmaßes auszudrücken. So kann z. B. der Scheinwiderstand im Brücken-Längszweig eines Brücken-T-Gliedes durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

genügt, wobei g das Betriebsübertragungsmaß des regelbaren Entzerrers, gj das Bezugsübertragungsmaß, ρ der Variationsfaktor und g₀ das Grundübertragungsmaß des Entzerrers ist, und dessen variable Scheinwiderstände aus den Eingangsscheinwiderständen von mit Scheinwiderständen abgeschlossenen Hilfsvierpolen gebildet werden.

Es ist bekannt, daß bei der übertragung elektrischer Signale über Wellenübertragungsleitungen Verzerrungen der Signale entstehen, die auf Eigenschaften der Ubertragungsleitungen zurückzuführen sind. Der größte Anteil dieser Verzerrungen besteht dabei aus linearen Verzerrungen, d. h. aus Verzerrungen, bei denen die Empfangsspannung an einem Ende der Leitung eine lineare Funktion der Sendespannung am anderen Ende ist. An diesen Verzerrungen ist sowohl das Dämpfungs- als auch das Phasenmaß beteiligt; sie beruhen darauf, daß das übertragungsmaß der Leitung eine Funktion der Frequenz ist.

Ein Teil der linearen Verzerrungen einer Leitung ändert sich mit der Zeit, d. h., das übertragungsmaß der Leitung enthält einen zeitvärianten Anteil. Es ist bekannt, derartige Verzerrungen durch Vierpolnetzwerke auszugleichen, die an hierfür günstige Stellen zwischen die einzelnen Leitungsabschnitte geschaltet werden. Da ein gewisser Anteil des Ubertragungsrriaßes von Ubertragungsleitungen sich mit der Zeit ändert, werden zum Ausgleich dieser Änderungen Netzwerke benutzt, deren übertragungsmaß von Hand oder automatisch so verändert werden kann, daß diejenigen Anteile des Uberträgungsmaßes der Leitung, die eine Funktion der Zeit sind, ebenfalls ausgeglichen werden können.

Außerdem ist es bekannt, an den Enden von Leitungen, die der Gefahr einer Beschädigung ausgesetzt sind, regelbare Netzwerke vorzusehen, die das übertragungsmaß der Leitung elektrisch nachbilden und somit als elektrische Verlängerung der Leitung wirken. Bei Reparatur einer Leitung und eventuell hierdurch bedingter Veränderung der Länge der Leitung werden die regelbaren Netzwerke so verstellt, daß das übertragungsmaß der Leitung seinen ursprünglichen Wert wiedererhält. Dies ist z. B. bei Seekabelverbindungen allgemein üblich.

Die Erfindung bezieht sich auf die Realisierung derartiger veränderbarer Entzerrerschaltungen, deren übertragungsmaß durch die Variation von Scheinwideiftänden verändert werden kann. Sie benutzt das Von H. W. B ο d e erfundene Prinzip für die Bemessung der variablen Scheinwiderstände eines Netzwerkes mit variablem übertragungsmaß (deutsche Patentschrift 881 528), vermeidet jedoch wesentlicheNachteile der Bode-Schaltungen. Insbesondere gestattet die Erfindung die Realisierung von Allpaß-Netzwerken mit variablem Phasenmaß.

Es ist bekannt, bei einem Vierpolnetzwerk, das als variabler Entzerrer benutzt werden kann, die in dem Netzwerk enthaltenen Scheinwiderstände, die einen Einfluß auf den Frequenzgang des Uberträgungsmaßes zeigen, als Funktion des Uber-JR= 2Z

1 -Ία 4-

(2)

Durch Anwendung des bekannten Bemessungsprinzips gemäß Gleichung (1) erhält man in an sich,, bekannter Weise eine Gleichung für einen variablen Scheinwiderstand, indem man in Gleichung (2) für "f") ^^e Gleichung (1) einsetzt. In dieser Gleichung

erscheinen dann auf der rechten Seite des Gleichheitszeichens die Grunddämpfung g₀, das Bezugsübertragungsmaß gj, der Variationsfaktor ρ und eine weitere Größe, die in der Regel mit dem Wellenwiderstand des Vierpols verknüpft ist.

Bode hat verschiedene Realisationsmöglichkeiten für derart bemessene Scheinwiderstände angegeben (s. auch »Bell Syst. Techn. Journal«, Vol. 17, 1938,

S. 229 bis 244). Am bekanntesten ist eine Realisierung, die den gemäß Gleichung (1) und Gleichung (2) bemessenen Scheinwiderstand als den Eingangsscheinwiderstand eines Vierpolnetzwerkes auffaßt, dessen Ausgangsklemmen mit einem variablen ohmschen Widerstand verbunden sind. Auf diese Weise gelingt die Realisierung von variablen Entzerrern, die für jeden variablen Scheinwiderstand nur ein variables Zweipolelement benötigen.

Die auf diese Weise abgeleiteten Entzerrerschaltungen haben den Nachteil, daß die benötigten variablen Scheinwiderstände nur sehr schwer zu realisieren

. sind (s. auch »A. E. U.«, 1963, Heft 5, S. 217 bis 222). Insbesondere ist der. Zusammenhang zwischen dem Bezugsübertragungsmaß g_x und den benötigten Scheinwiderständen nicht linear. Man kann also zu einem Bezugsdämpfungsmaß O₁ nicht die erforderlichen Zweipole bestimmen, sondern benötigt hierzu auch den Phasenanteil Z)₁ des Bezugsübertragungsmaßes g₁. Hieraus resultieren verschiedene Schwierigkeiten, die sich dahingehend auswirken, daß die zur Realisierung der variablen Schein widerstände benötigten Netzwerke außerordentlich umfangreich werden. So benötigt ein variabler Brücken-T-Entzerrer, dessen Bezugsübertragungskurve g_y durch einen festen Entzerrer aus zehn R-L-C-Zweipolen approximiert werden kann, bereits vierzig Zweipole. Bei einem derartigen Aufwand an Zweipolelementen ist ein zuverlässiges und fehlerfreies Funktionieren der Schaltung nicht mehr gesichert. Aus diesem Grunde wurden schon verschiedentlich Versuche unternommen, die Entzerrungsaufgaben eines variablen Entzerrers auf verschiedene variable Entzerrer zu verteilen, die getrennt geregelt werden können. Hierdurch wird erreicht, daß die einzelne Entzerrungsschaltung einfächer wird.

Weiterhin sind verschiedene Möglichkeiten bekanntgeworden, bei variablen Brücken-T-Entzerrern die Anzahl der erforderlichen Zweipole gegenüber der Bodenschaltung um die Hälfte zu reduzieren

(s. auch »Cables et Transmission«, 1957, Nr. 3, S. 218 bis 236).

Es ist ferner bekannt, Brücken-T-Entzerrer, deren Brückenwiderstände aus mit ohmschen Widerständen

überbrückten Reaktanzen bestehen, durch Veränderung der ohmschen Widerstände zu regeln. Diese Schaltungen besitzen jedoch den Nachteil, daß die Genauigkeit der Näherung nur in Ausnahmefällen heutigen Ansprüchen gerecht wird. K. E r d η i ß versuchte Genauigkeit derartiger Entzerrer zu verbessern (deutsche Patentschrift 844 472). Bei den von E r d η i ß angegebenen Schaltungen müssen jedoch die Impedanzen des Brücken-T-Entzerrers Schwingungskreise enthalten. Dies ist ein schwerwiegender Nach- teil, denn in der Regel enthalten derartige Impedanzen stets überflüssige Energiespeicher. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß Brücken-T-Entzerrer, die eine Kabelkurve nachbilden oder entzerren, keine Schwingungskreise enthalten müssen. Vielmehr bestehen die Impedanzen aus Kombinationen von je zwei Zweipolarten (.RC-GIiedern und .RL-Gliedern). Es ist daher für die Impedanzen eines Entzerrers zu fordern, daß diese auf die jeweils günstigste Weise mit einem Minimum an Zweipolelementen realisiert werden können. Derartige besonders ökonomische Impedanzrealisierungen können aber in den variablen Entzerrern nach E r d η i ß nicht verwendet werden. Außerdem werden bekanntlich die Klirreigenschaften von variablen Entzerrern durch die Verwendung von Resonanzkreisen verschlechtert. Ferner ist die Genauigkeit der von E r d η i ß beschriebenen Schaltungen erheblich schlechter als die Genauigkeit der Bode-Entzerrer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten regelbaren Entzerrer zu vermeiden und einen regelbaren Entzerrer zu schaffen, bei dem die Anzahl der frequenzabhängigen Bauelemente nicht größer ist als bei einem festen Entzerrer mit der Referenzcharakteristik des variablen Entzerrers.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Hilfsvierpole aus variablen und festen frequenzunabhängigen Elementen, die den Variationsfaktor ρ bestimmen, bestehen und die Abschlußwiderstände dieser Hilfsvierpole invariable Scheinwiderstände sind, die jeweils eine Funktion des Bezugsübertragungsmaßes & sind. In einer Ausführungsform der Erfindung können als Abschlußwiderstände der Hilfsvierpole Scheinwiderstände fest eingestellter Entzerrer dienen. Die Hilfsvierpole können aber auch -" aus ohmschen Spannungsteilern mit je zwei variablen Widerständen bestehen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Hilfsvierpole aus einem übertrager mit variablem übersetzungsverhältnis und aus einem oder zwei ohmschen ,Widerständen bestehen. Ferner können als übertrager auch Ringkernübertrager mit variablem übersetzungsverhältnis dienen.

Hierdurch kann man die Bedingungen, denen ein variabler Entzerrer genügen muß, in der Weise erfüllen, daß man den variablen Scheinwiderstand als passiven Hilfsvierpol auffaßt, an dessen zweitem Klemmenpaar ein Scheinwiderstand angeschlossen wird, der eine Funktion des Bezugsübertragungsmaßes g_t ist. Die erfindungsgemäße Bemessungsregel kann auf beliebige Netzwerkstrukturen angewendet werden. Es können also alle Netzwerke, die von Bode .angegeben werden, gemäß der Erfindung derart realisiert werden, daß der Aufwand an frequenzabhängigen Bauelementen ganz beträchtlich, und ⁶S zwar zum Teil auf den vierten Teil, reduziert wird.

Außerdem können auch solche Schaltungen variabler Entzerrer realisiert werden, die nach dem von Bode angegebenen Prinzip bisher nicht^ realisiert werden konnten. Hierzu gehören insbesondere variable Phasenentzerrer in Allpaß-Schaltung.

Die erfindungsgemäßen Schaltungen sind im Gegensatz zu den Bode-Entzerrern einfach zu entwickeln, wobei sich unter anderem der Vorteil ergibt, daß zum Aufbau eines Entzerrers gemäß der Erfindung die die Veränderung des Ubertragungsmaßes bewirkenden Elemente aus Tabellen abgelesen werden können, und daß .diese Elemente völlig unabhängig von der Bezugsdämpfung des variablen Entzerrers sind und damit schon hergestellt werden können, wenn die Bezugsdämpfungskurve eines variablen Entzerrers noch gar nicht bekannt ist.

Dieser Vorteil kommt dadurch zustande, daß bei der Bemessung von variablen Entzerrern gemäß der Erfindung die die Veränderung des Ubertragungsmaßes bewirkenden Elemente reine Funktionen des Regelungsfaktors ρ und der Grunddämpfung g₀ sind.

Es sei zunächst die Anwendung der Erfindung im Hinblick auf die Realisierung beliebiger Vierpole mit variablem übertragungsmaß erläutert, bevor auf konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung näher eingegangen wird.

Das übertragungsmaß eines Vierpols kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

e⁹ = F(Si₁, SR₂ ... SH_n).

Das übertragungsmaß ist also eine Funktion von η Zweipolen. Man kann diese Zweipole stets so zusammenfassen, daß eine Ersatzschaltung entsteht, die höchstens drei voneinander unabhängige Widerstände enthält, die selbst aus einer beliebigen Anzahl von Grundzweipolen (R, C, L) bestehen. Diese drei Scheinwiderstände können als Funktionen des Ubertragungsmaßes ausgedrückt werden, also z. B. 9ϊι = F^g), !R₂ = F₂(S) und Ui₃ = F₃(g). Wie diese Funktionen konkret aussehen, richtet sich nach der Art der verwendeten Ersatzschaltung.

Setzt man in diese Gleichungen ein übertragungsmaß gemäß Gleichung (1) ein, dann erhält man in an sich bekannter Weise jeden dieser Scheinwiderstände als Funktion des Bezugsübertragüngsmaßes g_u der Grunddämpfung g₀ und des Variationsfaktors p, also als variablen Scheinwiderstand. Eine derartige Gleichung kann stets mit ,.der Gleichung für den Eingangsscheinwiderstand eines Hilfsvierpols gleichgesetzt werden. Um aus diesem Gleichungssystem die Elemente des Hilfsvierpols zu bestimmen, der den geforderten Eingangsscheinwiderstand aufweist, muß allerdings feststehen, welcher Widerstand an das zweite Klemmenpaar des Hilfsvierpols angeschlossen wird. Bode hat gezeigt, daß ein derartiger Hilfsvierpol realisiert werden kann, wenn an das zweite Klemmenpaar des Hilfsvierpols ein ohmscher Widerstand" angeschlossen wird, der eine Funktion des Variatioftsfaktors ρ ist. Diese Funktion muß nach Bode mit

R = Z(1 -p)/(I + P)

angekommen werden. Betrachtet man diesen Widerstand als Abschlußwiderstand des Hilfsvierpols mit dem geforderten Eingangsschein widerstand, dann können aus der Gleichung des variablen Scheinwiderstandes für den Fall R=O und l/R = 0 sofort die Kurzschluß- und Leerlaufschein widerstände des Hilfsvierpols bestimmt werden. Den Kernwiderstand des Hilfsvierpols erhält man aus der Forderung, daß der

Hilfsvierpol ein umkehrbarer Vierpol sein muß, d. h., die beiden Kernwiderstände müssen bis auf das Vorzeichen gleich sein. Bode hat zwar dieses Verfahren nicht angegeben, jedoch kann diese Methode zur Bestimmung der Elemente der Widerstandsmatrix des Hilfsvierpols gemäß allgemein bekannten Regeln abgeleitet werden.

Gemäß der Erfindung entsteht nun eine besonders günstige Bemessung des Hilfsvierpols, wenn man an die Ausgangsklemmen des Hilfsvierpols einen Scheinwiderstand anschließt, der eine Funktion des Bezugsübertragungsmaßes g! ist. Dieser Scheinwiderstand ist also unabhängig von ρ und g₀. Aus diesem Grund sind die Parameter der Widerstandsmatrix des Hilfsvierpols ausschließlich Funktionen der Größen p, g₀ und eines Pröportionalitätsfaktors k. Der Hilfsvierpol ist also stets unabhängig vom Bezugsübertragungsmaß gj und damit von der Frequenz.

Weitere Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt

Fig. Γ die Grundschaltung eines variablen Entzerrers,

Fig. la einen erfindungsgemäßen variablen Scheinwiderstand, mit dem variable Entzerrer gemäß F i g. 1 aufgebaut werden können,

F i g. 2 einen Brücken-T-Entzerrer, der als variabler Entzerrer benutzt werden kann, wenn die Scheinwiderstände im Brückenhaupt- und -querzweig variiert werden,

F i g. 3 ein gegenüber F i g. 2 abgewandeltes vereinfachtes variables Entzerrungsnetzwerk, das die gleichen Ubertragungseigenschaften zeigt, wenn es zwischen Verstärkern betrieben wird,

F i g. 4, 5 und 6 verschiedene Ausführungen erfindungsgemäßer variabler Scheinwiderstände,

F i g. 7 die Variationskennlinien der ohmschen Widerstände der Schaltung nach F i g. 6 und

F i g. 8 und 9 weitere abgewandelte Ausführungsbeispiele für variable Scheinwiderstände.

F i g. 1 zeigt die Grundschaltung für einen variablen Entzerrer, bei dem die übertragung der elektrischen Wellen zwischen den Klemmen 1, 2 und 3, .4 durchgeführt wird, während der an den Klemmen 5,6 angeschlossene variable Scheinwiderstand 9i₃ die übertragungscharakteristik zwischen den Klemmen 1, 2 und 3, 4 bestimmt.

Die Grundschaltung für die Realisierung eines erfindungsgemäßen variablen Scheinwiderstandes ist mit Fig. la angegeben. Hierbei entsteht an den Klemmen 5, 6 der variable Scheinwiderstand

So, überraschenderweise hat sich gezeigt, daß bei den bekannten Grundschaltungen (T-, π-, X- und Brükken-T-Glied) der auf diese Weise dimensionierte Hilfsvierpol in der Regel aus nur zwei variablen EIementen besteht und insbesondere stets als ohmscher Spannungsteiler ausgeführt werden kann, wenn man duldet, daß die Grunddämpfung g₀ mit dem Variationsfaktor ρ variiert. Dieser überraschende Effekt kommt dadurch zustande, daß die drei Elemente der Widerstandsmatrix des Hilfsvierpols Funktionen zweier beliebig miteinander verknüpfbarer Größen, i nämlich g₀ und p,, sind, und daß daher die Ersatz- j schaltung des Hilfsvierpols nur zwei voneinander unabhängige ohmsche Widerstände benötigt. Für den Hilfsvierpol können aber auch Ersatzschaltungen aus drei Widerständen angegeben werden, womit g₀ von ρ unabhängig wird. Indessen ist es für variable ; Temperaturentzerrer besser, die Grunddämpfung mit ! ρ zu variieren, denn die variable Grunddämpfung kann mit dem für einen Temperaturentzerrer ohnehin erforderlichen Dämpfungsregler ausgeglichen werden. j

Im folgenden werden einige Beispiele für erfindungs- „ gemäße variable Entzerrer angegeben, und zwar auf (j_ den Nachweis beschränkt, daß verschiedene gemäß den eingangs erläuterten Verfahren entwickelte Netzwerke als variable Entzerrer benutzt werden können.

Für einen Brücken-T-Entzerrer kann das übertragungsmaß durch die folgende Gleichung ange- \ geben werden:

TrW

⁽⁴⁾

Hierbei ist cZ der Wellenwiderstand und I)₃ der reziproke Scheinwiderstand im Brücken-Hauptzweig des Entzerrers. l;₃ muß ein variabler Leitwert sein, damit das übertragungsmaß eines variablen Entzerrers entsteht. Durch die Anwendung der Gleichung (4) nach I)₃ erhält man für g₀ = O die Gleichung

⁽⁵⁾

wenn an den Klemmen 5', 6' der feste Schein wider- 55 werden: stand 9Ϊ = F(g₁) angeschlossen wird und der Hilfsvierpol W die frequenzunabhängige Widerstandsmatrix

Die Gleichung kann zu einer Reihe "entwickelt

(7)

hat. Gemäß der Erfindung werden also die nach Bode abgeleiteten variablen Scheinwiderstände durch frequenzunabhängige Vierpole realisiert, an deren Klemmenpaar 5', 6' ein aus dem Bezugsübertragungsmaß des variablen Entzerrers abgeleiteter Scheinwiderstand angeschlossen wird und an deren Klemmenpaar 5, 6 jeweils der variable Scheinwiderstand tR₃ entsteht.

Aus dieser Reihenentwicklung ist sofort zu erkennen, daß das übertragungsmaß des variablen Brükken-T-Entzerrers näherungsweise gleich

(7 a)

ist. Es handelt sich also tatsächlich um das übertragungsmaß eines variablen Entzerrers. Wie später zu erkennen, ist der Fehler der Näherung bedeutend

wenn man für die Beziehung zwischen g_t und dem l· festen Scheinwiderstand Si₀ = l/t)₀ eine Beziehung gemäß Gleichung (4) wählt.

Das übertragungsmaß des variablen Brükken-T-Entzerrers wird gemäß Gleichung (1) und Gleichung (4) wie folgt angegeben:

kleiner, als nach Gleichung (7a) zu vermuten wäre. Dies liegt daran, daß gemäß den eingangs erläuterten Bedingungen I)₀ an das zweite Klemmenpaar eines Hilfsvierpols angeschlossen wird. Damit entsteht nämlich der Fehler des variablen Entzerrers durch die Potenzierung des Faktors ρ in den Gliedern höherer Ordnung der Reihenentwicklung. Für ρ — 1 und ρ — 0 verschwindet der Fehler; der Fehlerverlauf des erfindungsgemäßen variablen Entzerrers hat also stets zwei Nullstellen* Damit ist der erfindungsgemäße variable Entzerrer hinsichtlich der getroffenen Näherungslösung dem Bodeentzerrer überlegen, denn dieser verwendet nur das erste Glied der Reihenentwicklung gemäß Gleichung (7 a).

F i g. 2 zeigt einen Brücken-T-Entzerrer mit dem Scheinwiderstand SR₂ im Brücken-Hauptzweig. Das übertragungsmaß

Eigenschaften der Schaltung wesentlich ändern. Die Einstellvorschrift für den regelbaren Widerstand erhält man für diesen Fall:

IO

= 1

(8)

20

ist identisch mit dem Leerlaufübertragungsmaß des Spannungsteiler-Entzerrers gemäß F i g. 3.

Soll der Brücken-T-Entzerrer gemäß F i g. 2 ein variables übertragungsmaß erzeugen, dann müssen die Scheinwiderstände SR₂ und Z₂/SR₂ variable Scheinwiderstände sein; entsprechendes gilt für 5R₃ in F i g. 3. Nach den eingangs erläuterten Prinzipien zur Realisierung variabler Scheinwiderstände ergibt sich für den Brücken-Hauptzweig des Brücken-T-Entzerrers die Schaltung gemäß F i g. 4. Es handelt sich also um einen Hilfsvierpol, an dessen Klemmen 5, 6 der variable Scheinwiderstand entsteht und dessen Klemmen 5', 6' durch den Scheinwiderstand SR₄ überbrückt werden. Der zwischen den Klemmen 5, 6 entstehende Scheinwiderstand muß den Scheinwiderstand SR₂ in F i g. 2 und ein hierzu widerstandsreziproker Scheinwiderstand den Scheinwiderstand Z²IiR₂ in F i g. 2 ersetzen, damit ein variabler Entzerrer entsteht.

Für den Eingangswiderstand des Hilfsvierpols gemaß Fig. 4 gilt folgende Gleichung:

(13)

Dies kann für verschiedene Anwendungen von Vorteil sein, z. B. wenn man die Achse des Einstellknopfes für den regelbaren Widerstand mit der Achse des Einstellknopfes für den regelbaren übertrager mechanisch verbinden will.

Für diesen Zweck kann man zur Erzielung eines besseren Gleichlaufes einen Teil des Widerstandes R₄ an die Klemmen 5', 6' und einen anderen Teil an die Klemmen 5, 6 schalten, wie F i g. 8 zeigt. In dieser Figur sind R₄₁ und R₄₂ die beiden aus .R₄ abgeleiteten Teilwiderstände.

Das gegebene Beispiel zeigt einen variablen Entzerrer, der keine Grunddämpfung erzeugt. Der hierbei notwendige übertrager ergibt gewisse Schwierigkeiten, wenn man breite Frequenzbänder entzerren will. Man kann jedoch die Schaltung gemäß F i g. 4 in übertragerfreie Schaltungen gemäß F i g. 5 und 6 umwandeln, wenn man für den variablen Entzerrer eine Grunddämpfung g₀ zuläßt.

Weitere Ausführungsbeispiele

Ein weiteres Beispiel für die Entwicklung eines veränderbaren Entzerrers sei im folgenden angegeben:

F i g. 5 zeigt eine aus SR₅, S₅ und R₅ zusammengesetzte Impedanz. Diese Impedanz soll die Impedanz !R₂ in F i g. 2 ersetzen, wobei die Bedingungen der Widerstandsreziprozität für den Brückenquerzweig beachtet werden sollen. Damit ergibt sich der Scheinwiderstand an den Klemmen 5, 6 der F i g. 5

= S₅ +

(14)

und für das übertragungsmaß

+ R₄'

45

Eine Umstellung auf den reziproken Wert ergibt: nennt man den Ausdruck

(10) * ⁺ Z₂-

^ U²SR₄ + R₄ 1 ~~ SR₄ · R, ü²

wenn ü das übersetzungsverhältnis des Übertragers T ist. Mit Gleichung (11) werden die Gleichungen (10) und (5) verglichen.

so gilt

v;2

55

sr₅ ■ R₅

SR₅ -I- R₅ ' Z₂ +

+ S₅)'

(16)

(17)

Aus dieser Gleichung ist abzulesen, wie die Elemente des Hilfsvierpols variiert werden müssen.

Der das Übertragungsmaß bestimmende Scheinleitwert ist:

— JpT- > ü² = ρ, R₄ = 2Z₂

(12)

(Z_{2 +}S₅)--

(18)

Es ist leicht einzusehen, daß der regelbare Widerstand SR₄ auch an die Klemmen 5', 6' der Schaltung, also parallel zur Impedanz SR₄ geschaltet werden kann, wie dies F i g. 9 zeigt, ohne daß sich hierdurch die und mit tR₅ = A₅ + JB₅

-^-(A² ₅+ Bj)+ A₅-JB₅

^ = ——win? <^Z2 + ^SJ ■ -J-

Ai + Bj Z₂

(19)
109552/175

nach Gleichung (5) gilt:

und

10

S_n + R«

(26)

5 die Einstellvorschriften für die regelbaren Elemente Indem man Gleichung (5) und Gleichung (19)gleich- zu:
setzt, erhält man die Einstellvorschriften für die
regelbaren Widerstände S₅ und R₅ : ί_§ο^ , λ S₀

l~7~j 7

\ Zj₂ J Zj₂

— - (A₅ + Z₂) — A₅ - ^- - Ij Z₂ ,

(20) ■ s₆ = (i + ^r-V¹H, (²⁸)

ι _ i-p _o _,. ' ^V Z_{2 +} S₀ 2p ;

(27)

2 Z₁

Aus den Gleichungen (20) können die Werte der veränderbaren Widerstände berechnet werden. Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die veränderbaren Elemente unabhängig von der Frequenz.

Der vorstehend beschriebene Entzerrer hat nach Gleichung (16) die Grunddämpfung:

(21)

Für Entzerrer, bei denen außer einer Änderung des Dämpfungshubes auch eine Änderung der frequenzunabhängigen Dämpfung notwendig ist, z. B. Temperaturentzerrern, ist dies ein Vorteil. Für den Fall, daß eine Änderung der frequenzunabhängigen Grunddämpfung unerwünscht ist, kann diese durch einen Dämpfungsregler, der gemeinsam mit den veränderbaren Elementen verstellt wird, ausgeglichen werden.

Eine weitere interessante Ausführung der Erfindung ergibt sich unter Benutzung der in F i g. 6 gezeigten Schaltung. Diese Schaltung besteht aus zwei veränderbaren Widerständen R₆ und S₆ und einer Impedanz tR₆. An den Klemmen 5,6 ergibt sich der gesamte Scheinwiderstand der Anordnung:

_ (S₆ + JW₆) · R₆ S₆ + R₆ + SR₆

(22)

Dieser Scheinwiderstand ersetzt den · Scheinwiderstand 9J₂ ^m Fi S- 2,' wobei das Entsprechende für den Brückenquerzweig gilt. Das übertragungsmaß der Schaltung nach F i g. 2 wird dann:

45

-O⁺

S₆-R₆ 1
S₆- + R₆ Z₂

[Z₂S₆ + Z₂R₆ + S₆R₆) m₆ + R₆ + S₆) .

+ 0.

(23)

55

womit der regelbare Scheinleitwert an den Klemmen 5, 6 der F i g. 6

(Z₂S₆ + Z₂R₆ + R₆S₆) ■ (K₆ + S₆ + R₆)

60

⁽²⁴⁾

R₆ = S₀ + (Z₂ + S₀)

2p

(29)

Mit Hilfe der Gleichungen (27) bis (29) kann man die veränderbaren Elemente dieses erfindungsgemäßen Entzerrers nach den Bedingungen der Gleichung (5) bemessen. Mit Hilfe der Gleichungen (25) und (26) erhält man die von ρ abhängige Grunddämpfung dieses Entzerrers.

Auch bei diesem Entzerrer sind die regelbaren Elemente nur vom Regelungsfaktor ρ abhängig.

Die Grunddämpfung g₀ dieses Entzerrers ist bedeutend geringer als die Grunddämpfung des im vorigen Beispiel beschriebenen Entzerrers. Aus diesem Grunde wendet man diesen Entzerrer zweckmäßigerweise an, wenn keine Grunddämpfung erwünscht ist.

Da die regelbaren Elemente des zuletzt beschriebenen Entzerrers etwas schwierig zu berechnen sind, werden sie in F i g. 7 als Funktion des Regelungsfaktors dargestellt. Hierbei sind die Elemente auf den Bezugswert Z₂ normiert worden. Es werden also

und g₀

dargestellt.

Die Reihenentwicklung nach Gleichung (7) bedingt notwendigerweise eine Abweichung der übertragungscharakteristik der veränderbaren Entzerrer von der anfangs näher erläuterten Proportionalität der eingestellten übertragungsfunktion zu einer Grundfunktion. Ist die Grundkurve eines Entzerrers durch das übertragungsmaß gj bestimmt, so müssen die durch die Veränderung hieraus hervorgehenden Kur

ven g₂ =

(30)

sein.

Bei der in Gleichung (7) angegebenen Reihenentwicklung gilt dies jedoch nur für ρ = 1. Bei von Eins verschiedenen ρ entstehen Abweichungen, deren Größe von ρ und dem jeweiligen übertragungsmaß der Grundkurve abhängig ist.

Die Abweichung von Proportionalität kann verhältnismäßig einfach bestimmt werden. Entwickelt man gj in eine Reihe gemäß Gleichung (7), wobei g_t = Ine⁹» gesetzt wird, so erhält man:

wird. Unter Verwendung der Gleichung (5) erhält man mit Hilfe der Beziehung

e⁹! — 1-e"i + 1

ι - 1

5Ve?> +

rl]

- ¹ Y +l)

(31)

und für die gemäß Gleichung (7) durchgeführte Veränderung:

e^g- - 1
e»> + 1

- 1 \³

(32)

Wie schon anfangs erläutert, beruht die Abweichung dieser Entwicklung darauf, daß der Regelungsfaktor ρ in den einzelnen Gliedern der Reihenentwicklung potenziert wird.

Aus Gleichung (32) kann darauf geschlossen werden, daß diese Reihe aus einer Entwicklung der folgenden Gleichung gebildet wurde:

Das bedeutet, bei einer Entwicklung der Gleichung

(33) gemäß

= In χ = 2

x - 1

1 (x - IN³ \
_Έ —τ- ...

entsteht die Reihe (32).

Der durch die Benutzung der Reihenentwicklung

gemäß Gleichung (7) entstandene Fehler läßt sich durch die Differenz zwischen demProportionalitätssatz gemäß Gleichung (30) und dem Ausdruck gemäß Gleichung (33) ausdrucken:

In

e».

- p)

e* (1 - p) + (1 + p)

(34)

g₂ =

(33)

Mit Hilfe der Gleichung (34) kann der Fehler der erfindungsgemäßen Entzerrer aus dem Regelungsfaktor ρ und dem übertragungsmaß der Grundkurve berechnet werden. Dies ist ein erheblicher Vorteil, da man auf diese Weise schon zu Beginn des Entwicklungsvorganges die erreichbare Genauigkeit des zu entwickelnden veränderbaren Entzerrers bestimmen kann. Hierzu benutzt man zweckmäßigerweise Tabellen der in Gleichung (34) dargestellten Fehlerfunktion. Für reine Dämpfungsentzerrer ist die Gleichung (34) weniger geeignet.

Für diese Entzerrer benutzt man besser die folgende Gleichung:

1 e²"! (1 + p)² + (1 - p? + 2e"» cos fc, (1 - p²)

_1
Δα pa, ₂ In

(35)

Die Gleichung (35) gibt den Dämpfungsfehler der erfindungsgemäß veränderbaren Entzerrer in Abhängigkeit vom Regelungsfaktof p, vom Dämpfungsmaß α der Grundkurve und von dem Phasenmaß b der Grundkurve an.

' Die Berechnung des Dämpfungsfehlers gemäß Gleichung (35) wird häufig dadurch erschwert, daß bei dieser Berechnung das Phasenmaß der Grundkurve bekannt sein muß. In den meisten Fällen liegt jedoch j das Phasenmaß nicht vor und muß daher gemäß der Minimalphasenbedingungen nach Bode er-'1 mittelt werden. In vielen Fällen kann dies umgangen werden, indem man sich mit dem Maximum des Fehlers aus Gleichung (35) begnügt. Hierbei fällt ■ dann der Ausdruck cos ft_x fort.'"

Die Bedeutung der Fehlergleichungen für die Entwicklung der erfindungsgemäßen regelbaren Entzerrer ist sehr groß. Man kann mit Hilfe der Fehlergleichung Korrekturen an dem Regelungsfaktor ρ ! vornehmen, die sich so auswirken, daß der Fehler im gesamten Ubertragungsbereich gleichmäßig ver- ! teilt wird. Hierdurch wird die absolute Abweichung der eingestellten Ubertragungskurven zu den proportional zur Grundkurve liegenden Sollkurven in den meisten Fällen sehr klein.

Sowohl aus Gleichung (33) wie auch aus Gleichung (34) und Gleichung (35) kann abgeleitet werden, daß der Fehler der erfindungsgemäß regelbaren Entzerrer in der Nähe von ρ = 1 verschwindet. An der Stelle p = 0 verschwindet der Fehler ebenfalls. Zwischen p = l und p = 0, etwa bei ρ » 0,6, liegt das Fehlermaximum.

• Der Fehler ist bei Dämpfungskurven mit einem Dämpfungshub von 0,5 Nepern, wie sie häufig in der Entzerrungstechnik als Temperaturentzerrer usw. auftreten, vernachlässigbar klein; im Maximum

35

40

45

50

55 3,9 mN. Bei Dämpfungskurven mit sehr großem Dämpfungshub ist der Fehler nicht mehr zu vernachlässigen. Die aus Gleichung (34) und (35) zu ermittelnden Fehlerkurven gestatten jedoch auf einfache Weise eine Entzerrung des Fehlers mit Hilfe sogenannter Fehlerentzerrer. Durch die .Anwendung von Fehlerentzerrern lassen sich veränderbare Entzerrer mit einem Dämpfungshub bis zu 6 N bei einem Restfehler von 5 mN realisieren.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Bemessungsprinzips gestattet unter anderem auch die Entwicklung von regelbaren Laufzeitentzerrern, insbesondere von regelbaren Laufzeitentzerrern mit frequenzunabhängiger Gruppenlaufzeit. Derartige Laufzeitentzerrer werden unter anderem auch in der Technik der elektronischen Datenverarbeitung verwendet. Die gemäß der Erfindung entwickelten regelbaren Laufzeitentzerrer weisen gegenüber der gebräuchlichen Technik den Vorteil einer höheren Genauigkeit und eines geringeren technischen Aufwandes auf.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Regelbarer Entzerrer mit variablen Scheinwiderständen für elektrische Ubertragungssysteme, dessen Betriebsübertragungsmaß der Gleichung

genügt, wobei g das Betriebsübertragungsmaß des regelbaren Entzerrers, g_t das Bezugsübertragungsmaß, ρ der Variationsfaktor und g₀ das Grundüberträgungsmaß des Entzerrers ist, und dessen variable Scheinwiderstände aus den Eingangsscheinwiderständen von mit Scheinwider-

ständen abgeschlossenen Hilfsvierpolen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsvierpole aus variablen und festen frequenzunabhängigen Elementen, die den Variationsfaktor ρ bestimmen, bestehen und die Abschlußwiderstände dieser Hilfsvierpole invariable Scheinwiderstände sind, die jeweils eine Funktion des Bezugsübertragungsmaßes g_l sind.

2. Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschlußwiderstände der Hilfsvierpole die Scheinwiderstände fest eingestellter Entzerrer dienen.

3. Entzerrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsvierpole aus ohmschen Spannungsteilern mit je zwei variablen Widerständen bestehen (F i g. 5 und 6).

4. Entzerrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsvierpole aus einem übertrager mit variablem übersetzungsverhältnis und aus einem oder zwei ohmschen Widerständen bestehen (F i g. 4, 8 und 9).

5. Entzerrer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als übertrager Ringkernübertrager mit variablem übersetzungsverhältnis dienen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen