DE2202501A1 - Aus negativen widerstaenden bestehender vierpol zur reflexionsarmen daempfungsverminderung einer zweidrahtleitung - Google Patents

Description

• Aus negativen Widerständen bestehender Vierpol zur reflexionsarmen Dämpfungsverminderung einer Zweidrahtleitung Die Erfindung betrifft einen aus negativen Widerständen bestehenden Vierpol mit minüestens einem einen oder mehrere negative Längswiderstände erzeugenden ersten aktiven Element und mindestens einem einen oder mehrere negative Querwiderstände erzeugenden zweiten aktive3 Element zur reflektionsarmen Dämpfungsverminderung einer Zweidrahtleitung.
• Ein Verstärker der vorstehend beschriebenen Art wird in der Literatur auch NLT-Verstärker guann und ist z.B.
• aus den Unter:cichtsblättern der deutschen Bundespost ,957 Nr. 11-12, Seiten 149 bis 154 bekannt.
• Weiterhin ist es aus dem Buch von Tietze und Schwenk: iialbleiterschaltungstechnik, erschienen 1969 im Springer Verlag, insbesondere aus dem Abschnitt "Der NIC (Negative Impedanz Converter) Seiten 169 bis 174 bekannt, zur Herstellung eines negativen Widerstandes einen positiv und negativ rückgekoppelton Operationsverstärker zu verwenden.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen aus negativen Widerständen bestehenden Vierpol (NLT-Verstärker) der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich für die verschiedenen Einsatzfälle bei der reflexionsfreien Dämpfungsvermiderung von Zweidrabtleitungen besonders gut eignet.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, d jedes aktive Element einen Opcrationsverstärker mit zwei Eingangsklemmen enthält.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Eingangsklemmen über eine Rückkopplungsimpedanz mit der Ausgangsklemme des Operationsverstärkers verbunden ist, von denen die eine Eingangsklemme über eine weitere Impedanz mit dem Bezugspotential des Operationsverstärkers verbunden ist, währersd die andere Eingangs'Kiemme gegenüber dem Bezugapotentlal des Cperationsrerstärkers den jeweiligen negativen Widerstand aufweist. Hierbei können Mittel zur gleichzeitigen Einstellbarkeit je einer Rtickkopplungsimpedanz der Operationsverstärker vorgesehen sein.
• Durch diese Maßnehmen wird der Vorteil erreicht, daß die Verstärkung des Vierpols bei unveränderlich bleibenden Wellenwiderständen an den beiden Seiten dieses Vierpols und unter Wahrung einer hohen Stabilität zur Entdämpfung verschiedener Leitungslängen mit einfachen Mitteln sicher eingestellt werden kann.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend an Hand der bekannten Prinzipdarstellung nach Fig. 1 und an Hand des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Zur Realisierung eines aus negativen Widerständen bestehenden Vierpols zur reflexionsfreien Dämpungsvermiderung einer Zweidrahtleitung kann man grundsätzlich von der verschiedensten symmetrischen Dämpfungsgliedern ausgehen, deren leStungsverzehrende Widerstände sodann durch leistungserzeugende negative Widerstände des gleichen absoluten Betrages ersetzt werden müssen. Sehr geeignet hierfür ist z.B. die nachstehend erläuterte Brücken-T-Schaltung.
• Fig. 1 zeigt die bekannte Brücken-T-Schaltung mit einem Längswiderstand Z1, einem Querwiderstand Z2 und einer Symmetriedrosse. Der beiderseitige Wellenwiderstand Z ergibt sich hierbei zu und das Übertragungsmaß g beträgt Wie bereits eingangs erwähnt, ist es bekannt, die Widerstände Z1 und Z2 mit Hilfe aktiver Elemente als negative Widerstände derart auszubilden, daß ein symmetrischer Virpol mit dem gleichen Wellenwiderstand Z jedoch einem negativen Übertragungsmaß entsteht, wodurch eine entsprechende reflexionsfreie Verstärkung in beiden Übertragungsrichtungen bedingt ist.
• Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel, bei dem zum Zweck der gleichmäßigen Verteilung des negativen Längswiderstandes auf die beiden Adern der Übertrager 15 vorgesehen ist, dessen mittelangezapfte Primärwicklung 151-152 längs in die eine Ader 1-3 urd dessen weitere mittelangezapfte Primärwicklung 153-154 längs in die andere Ader 2-4 der zu entdämpfenden Zweidrahtleitung eingeschaltet ist. An der Sckundärwicklung 155 liegt sodann der durch des aktive Element mit dem Operaitionsverstärker 10 realisierte negative Längswiderstand an.
• Der negative Querwiderstand wird durch das aktive Element ult de. Operationsverstärker 20 realisiert, welches an der Sekundärwicklung 252 des weiteren Übertragers 25 anliegt.
• dessen Primärwicklung 251 in Reihe lit dem Trennkondensator 24 quer sur Übertragungsarichtung liegt und die Mittelanzapfung der Wicklung 151-152 und die Nittelanzapfung der weiteren Wicklung 153-154 des Übertragers 15 verbindet.
• Jeder der beiden Operationsverstärker 10 und 20 enthält zwei Eingangsklemme 101 und 102 bzw. 201 und 202, die je Uber eine Rückkplungsimpedanz 11, 12 bzw. 21, 22 mit der Ausgangsklemme 103 bzw. 203 des zugehörigen Operationsverstärkers 10 bzw. 20 verbunden ist. Dabei wirken die Rückkopplungsimpedanzen 11 und 21 jeweils im gegenkoppelnden Sinn, da jede von ihnen an eine (Minus-) Eingangsklemme 101 bzw. 201 angeschlossen ist, zu dessen Eingangssignal das Ausgangssignal an dem jeweiligen ausgang 103 bzw. 203 in Gegenphase liegt. Die Rückkopplungsimpendanten 12 und 22 dagegen wirken im positiv rückkoppelnden Sinn, da das jeweilige Ausgangssignal zu dem Eingangssignal der (Plus-) Eingangoklemme 101 bzw. 202 gleichphasig ist.
• Bei dem Operationsverstärker 10 ist die (Plus-) Eingangsklemme 102 ber die weitere Impedanz 13 mit Wchselstrommullpotential und eine. bestimmten Glelchpotential verbunden, welches durch die einseitig geerdete Z-Diode t6 und den mit der neeativen Batteriespannung -UB verbundenen Vorwiderstand 17 erzeugt ist. Die andere nämlich die (Minus-) Eingangsklemco 101 des Operationsverstärkers 10 weist wechselstromaäßig gegenüber dem Bezugs- bzw. Nullpotential den gewünschten negativen Längswiderstand auf. Die Kleme 101 ist daher an das eine Wicklungsende der Sekundärwicklung lr?5 angeschlossen, deren anderes Wicklungsende sittels des Konuensators 14 auf Nuilpotential liegt.
• Die vorbeschriebene Schaltungsanordnung mit dem Operationsverstärker 10 hat die Eigenschaft, daß der erzeugte negative Längswiderstand leelaufstabil ist, d.h. daß auch bei Leerlauf einer oder beider der Ubertragungsrichtungen der Doppelleitung keine Selbsterregung eintritt, da in diesem Fall die gegenkoppelnde Wirkung der Rückkopplungsimpedanz II die positiv rückkoppelnde Wirkung der RUckkopplungsimpedanz 12 übersteigt.
• Bei dem Operationsverstärker 20 ist die (Minus-) Eingangsklemme 201 über die weitere Impedanz 23 mit dem Bezugs- bzw.
• Nullpotential verbunden. Die (Plus-) Eingangsklemme 202 des OperationsverstärhEs 20 weist wechselstrommäßig gegenüber dem Bezugs- bzw. Nullpotential den gewünschten negativen Querwiderstand auf. Die Klemme 202 ist daher an das eine Wicklungsende der Sekundärwicklung 252 angeschlossen, deren anderes Wicklungsende mittels der Zenerdiode 26 mit dem Nullpotental verbunden ist. Die Zenerdiode 26 erzeugt zusammen mit dem Vorwiderstand 27, welcher an die negative Batteriespannung -UB angeschlossen ist, die für die Klemme 202 des Operationsverstärkers 20 notwendige Gleichvorspannung.
• Die vorbeschriebene Schaltungsanordnung mit dem Operationsverstärker 20 hat die Eigenschaft, daß der erzeugte negative Querwiderstand kurzschlußstabil ist, d.h. daß auch bei Kurzschluß einer oder beider der Ubertragungsrichtungen der Doppelleitung keine Selbsterregung eintritt, da in diesen Fall die gegenkoppelnde Wirkung der Rückkopplungsimpedanz 21 die positiv rückkoppelnde Wirkung der Rückkopplungsimpendanz 22 übersteigt.
• Die weitere Impedanz 23 des Operationsverstärkers 20 besteht aus einer Serienschaltung des ohmschen Widerstandes 231 der Kapazität 232 und der Induktivität 233, mit welcher die Streuinduktivität des Ubertragers 25 kompensiert werden kann. Weiterhin besteht die (eine positive Rückkopplung bewirkende) Rückkopplungsiupedanz 22 aus einer Serienschaltung des ohmschen Widerstandes 221 und der Kapazität 222. Die beiden Kapazitäten 222 und 232 bewirken jeweils eine Gleichstromtrennung, haben aber zudem die Eigenschaft, daß mft ihnen der Frequenzgang der Rückkopplungsimpedanz 22 bzw. der weiteren Impeaanz 23 derart beeinflußt werden kann, daß der frequenzabhängige Impedanzverlauf des erzeugten negativen Querwiderstandes annähernd proportional zu dem frequenzabhängigen Impedanzverlauf des Querwiderstandes der Zweidrahtleitung in dem zu entdämpfenden Frequenzbereich ist.
• Bei dem Operationsverstärker 10 besteht die weitere Impedanz 13 aus einer Parallelschaltung des ohmschen Widerstandes 131 und der Kapazität 132. Dieser Parallelschaltung ist weiterhin eine Induktivität 133 in Serie geschaltet, mit welcher die Streuinduktivität des Ubertragers 15 kompensiert werden kann. Weiterhin besteht die (eine positive Rückkopplung bewirkende) RUckkopplungsimpedanz 12 aus einer Serienschaltung des ohmschen Widerstandes 121 und der Kapazität 122. Die Kapazität 122 bewirkt eine Gleichstromtrennung. Zudem haben die Kapazitäten 122 und 132 jeweils die Eigenschaft, daß mit ihnen der Frequenzgang der Rückkopplungsimpedanz 12 bzw. der weiteren Impedanz 13 derart beeinflußt werden kann, daß der frequenzabhängige Impedanzverlauf des erzeugten negativen Längsiderstandes annähernd proportional zu dem frequenzabhängigen Impedanzverlauf des Längswiderstandes der Zweidrahtleitung in dem zu entdämpfenden Frequenzbereich ist.
• Schließlich sind Mittel zur gleichzeitigen Einstellbarkeit je einer Rückkopplungsimpedanz der Operationsverstärker vorgesehen. Vorteilhafterweise sind die beiden je eine negative Rückkopplung bewirkenden Rückkopplungsimpendanzen 11 und 21, welche im vorliegenden Fall jeweils durch rein ohmsche Widerstände realisiert sind,dureh eine gemeinsame Einstelleinrichtung zur Einstellung der frequenzabhängigen Entdämpfung der Übertragungsleitung veränderbar.
• 6 Patentansprüche 2 Figuren

Claims (6)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Aus negativen Widerständen bestehender Vierpol mit mindestens einem einen oder mehrere negative Längswiderstände erzeugenden ersten aktiven Element und mindestens einen einen oder mehrere negative Querwiderstände erzeugenden zweiten aktiven Element zur reflexionsarmen Dämpfungsverminderung einer Zweidrahtleitung, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, daß jedes aktive Element einen Operationsverstärker (10, 20) mit zwei Eingangsklemmen enthält.
2. 2. Vierpol nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß jede der beiden Eingangsklemmen über eine Rtickkopplungsimpedanz (11, 12; 21, 22) mit der Ausgangsklemme (103; 203) des Operationsverstärker verbunden ist, von denen die eine Eingangsklemme (102; 201) über eine weitere Impedanz (13; 23) mit dem Bezugspotential des Operationsverstärkers verbunden ist, währcnd die andere Eingangsklemme (101; 202) gegenüber dem Bezugspotential des Operationsw-erstärkers den jeweiligen negativen Widerstand aufweist.
3. 3. Vierpol nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Mittel zur gleichzeitigen Einstellbarkeit je einer Rückkopplungsimpedanz der Operartionsverstärker.
4. 4. Vierpol nach einem der vorhergehenden ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Sekundäloicklung (155) eines übertragers (15) mit einer mit telangezapften Primarwicklung (151, 152) langs eingeschaltet in die eine Ader der Zweidrahtleitung und vorzugsweise mit einer weiteren mittelangezapften Primärwicklung (153, 154) längs eingeschalbet in die andere Ader der Zweidrahtleitung an ein einziges erstes aktives Element angeschlossen ist und ein einziges zweites aktives Element quer zur Zweidrahtleitung an die Mittelanzapfung der Primärwicklung bzw. zwischen die Mittelanzapfungen der Primärwicklungen des Übertragers angeschlossen ist.
5. 5. Vierpol nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß das zweite aktive Element an die Sekundärwicklung (252) eines weiteren Ubertragers (25) angeschlossen ist, dessen Primärwicklung (251) über einen Kondensator (24) quer zur ZaueidrahtzeitunD geschaltet ist.
6. 6. Vierpol nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c ii n e t , daß die weitere Impedanz (13) und die eine positive Rückkopplung bewirkende Rückkopplungsimpedanz (12) des Operationsverstarkers (10) des ersten aktiven Elements bzw. der ersten aktiven Elemente jeweils derart zusammengesetzt und bemessen ist, daß ihr frequenzabhängiger Impedanzverlauf annähernd proportional zu rem frequenzabhängigen Impedan zverlauf des Längswiderstandes der Zweidrahtleitung in dem zu entdämpfenden Frequenzbereich ist und daß die weitere Impedanz (23) und die eine positive Rückkopplung bewirkende Ptiiekkopplungsimpedanz (22) des Operationsverstärkers (20) des zweiten bzw. der zweiten aktiven Elemente jeweils derart zusammensetzt und bemessen ist, daß ihr frequenzabhängiger Impedanzverlauf annähernd proportional zu dem frequenzabhängigen Impedanzverlauf des Querwiderstandes der Zweidrahtleitung in dem zu entdämpfenden Frequenzbereich ist.