DE2327061A1

DE2327061A1 - Gabelschaltung

Info

Publication number: DE2327061A1
Application number: DE2327061A
Authority: DE
Inventors: Johannes Otto Voorman
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-06-15
Filing date: 1973-05-26
Publication date: 1973-12-20
Also published as: FR2189952A1; CA975480A; US3849609A; JPS4952550A; AU5675773A; DE2327061C3; DE2327061B2; NL7208148A; SE387024B; GB1423456A; FR2189952B1; JPS5412182B2; IT986451B

Description

[•6358.

Dipl.-Ing. F.-J. ivUFFERMANN . Verm/Va/RV.

i',i:cs:-::!ti>v.-.it

Anajsjir: KV. Philips'Glodlampenfabrieken
AkieNo. ΡΗΪΓ- 6358

Anmeldung vom ι 25· Mai 1973 >

Gabelschaltung. . '

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gabelschaltung zur Kopplung einer Doppelwegübertragungsleitung mit einer Einwegsendeleitung und einer Einwegempfangsleitung, die enthält: einen ersten·- Verstärker, dessen Eingang an die Empfangsleitung und dessen Ausgang an die Doppelwegübertragungsleitung angeschlossen ist; einen zweiten Verstärker, dessen Eingang sn die Doppelwegübertragungsleitung und dessen Ausgang an die Sendeleitung angeschlossen ist; und einen dritten Verstärker, dessen Eingang an die Empfangsleitung und dessen Ausgang an die Sendeleitung angeschlossen ist.

Eine derartige Gabelschaltung ist aus der USA Patentschrift 2·511·948 bekannt. In dieser bekannten Gabelschaltung ist jeder der drei Verstärker_ein spannurigsgesteuerter Stromverstärker. Die spannungsgesteuerten Stromverstärker werden durch Röhren gebildet,

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I ό / I U b I

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wobei das Gitter.jeder der Röhren den Eingang des betreffenden Ver- · stärkers und die Anode jeder der Röhren den Ausgang des betreffenden Verstärkers bildet. Der Eingang des ersten Verstärkers ist über einen veränderlichen Widerstand mit der Empfangsleitung verbunden. Dieser veränderliche Widerstand dient zur Einstellung des Gabelgleichgewichts.

Eine einfache Berechnung zeigt, dass die Gabelgleichgewichtseinstellung dieser bekannten Gabelschaltung von der Steilheit der verwendeten»Röhren abhängig ist. Diese Steilheit, und somit auch die Gabelgleichgewichtseinstellung, sind stark temperatur- und stromabhängig. Dies bedeutet, dass die Gabelgleichgewichtseinstellung stets nachgeregelt werden muss.

Die Erfindung bezweckt, eine Gabelschaltung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die den obengenannten Nachteil nicht aufweist und sich ausserdem besonders.gut zur Integration eignet, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste, der zweite und der dritte Verstärker stromgesteuerte Stromverstärker sind.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gabelschaltung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen anwendbaren Stromverstärker anderer Art,

Fig. 3 eine Kombination des ersten und des zweiten Verstärkers , und

Fig. 4 eine andere Kombination des ersten und des zweiten Verstärkers.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bezeichnet T die Doppelwegubertragungsleitung, in der Signale in beiden Richtungen

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übertragen werden. ,

Die Uebertragungsleitung T ist z.B. eine Teilnehmerleitung eines Fernsprechteilnehmers. Die Leitung O ist die Einweg-Übertragungsleitung, über die der Gabelschaltung Signale zugeführt werden, während Z eine Einwegübertragungsleitung bezeichnet, über die Signale von der Gabelschaltung ausgesandt werden. Diese Leitungen bilden die Empfangsleitung bzw. die Sendeleitung einer sogenannten Vierdrahtsverbindungsleitung.

Die Empfangsleitung 0 ist an den Eingang 33 eines

Stromverstärkers G und an den Eingang 23 des Stromverstärkers B angeschlossen. Die beiden genannten Eingänge 23 und 33 sind auch mit der Gleichstromquelle 22 verbunden. Die Sendeieitung- Z ist an den Ausgang 14 des Stromverstärkers A und an den Ausgang 24 des Stromverstärkers B angeschlossen. Die beiden genannten Ausgänge 14 und 24 sind auch mit der Gleichstromquelle 15 verbunden. Die Doppelwegübertragungsleitung T ist einerseits über die Impedanz Z an den Ausgang 13 des Stromverstärkers A und andererseits an den Ausgang 34 des Stromverstärkers C angeschlossen. Der Ausgang 13 des Stromverstärkers A ist mit" der Gleichstromquelle 12 und der Ausgang 34 des Stromverstärkers G ist mit der Gleichstromquelle 32 verbunden. Jeder der drei stromgesteuerten Stromverstärker weist zwei parallele Zweige auf, wobei der eine Zweig einen als Diode geschalteten ersten Transistor (111 21 bzw. 31) und der andere Zweig einen zweiten Transistor (1O, 20 bzw. 30) enthält. Die Basis-Emitter-Strecken der genannten ersten, und zweiten Transistoren sind parallel geschaltet. Die Basis-Elektroden der ersten Transistoren bilden zugleich die Eingänge der respektiven Verstärker, während die Kollektoren der zweiten Transistoren

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die Ausgänge der respektiven Stromverstärker bilden. Die Stromverstärkung der drei Stromverstärker A, B und C ist auf 2 eingestellt, was dadurch erzielt werden kann, dass der Quotient der Emitteroberflächen des zweiten Transistors und des ersten Transistors gleich 2 gemacht wird, wie z.B. in I.E.E.E. - International Solid State Circuits Conference, Februar 1969» S. 16 und 17 beschrieben ist. Die Wirkungsweise der Gabelschaltung nach Fig. 1 ist folgende.

Es wird angenommen, dass in der Empfangsleitung O ein

Strom von 2E Amperes fliesst, was in Fig. 1 symbolisch mit dem Pfeilepaar a angegeben ist. Dieser Strom wird gleichmässig über die als Moden geschalteten Transistoren 21 und 31 verteilt, vorausgesetzt, dass die Emitteroberflächen der beiden Transistoren einander gleich sind. Durch die beiden Dioden 21 und 31 wird ein Strom gleich E Amperes fliessen. Da die Stromverstärkung der beiden Stromverstärker B und C gleich 2 ist, wird zu den Ausgängen 24 bzw. 34 ein Strom von 2E Amperes fliessen, was in Fig. 1 symbolisch mit den Pfeilepaaren d_ und h angegeben ist. Z bezeichnet die Abschlussimpedanz der Doppelwegübertragungsleitung T. Wenn diese Abschlussimpedanz gleich der Kabelimpedanz der Hebertragungsleitung ist, werden zu dem Punkt 18 zwei gleich grosse Ströme fliessen, was mit den Pfeilen e_ und f_ angegeben ist. Der mit dem Pfeil f. angegebene Strom wird durch die Diode 11 fliessen. Da die Stromverstärkung des Stromverstärkers A gleich ist, wird durch den Transistor 10 zu dem Ausgang 14 des Stromverstärkers A ein Strom von 2E Amperes fliessen (siehe Pfeilepaar g). Dieser Strom ist gleich gross wie der mit h angegebene Strom, aber zu diesem Strom gegenphasig. Dies bedeutet, dass infolge des in der Empfangsleitung vorhandenen mit dem Pfeilepaar a angegebenen Stromes kein Strom

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zu der Sendeleitung Z fliessen wird. Es wird angenommen, dass in der Doppelwegübertragungsleitung T ein Sendestrom von E Amperes fliesst, was in Fig. 1 mit einer gestrichelten Linie η angegeben ist. Dieser
Strom wird nur durch die Mode 11 und die Impedanz Z fliessen, weil die Wechselstromimpedanz zwischen dem Kollektor und dem Emitter des
Transistors. 30 viele Male¹ grosser als die durch die Diode 11 und die Impedanz Z gebildete Impedanz ist. Da die Stromverstärkung des Stromverstärkers A gleich 2 ist, wird durch den Transistor 10 zu dem Ausgang des Stromverstärkers A ein Strom von 2E Amperes fliessen. Dieser Strom wird zu der Sendeleitung Z fliessen, was in Fig. 1 mit dem
Pfeilepaar i_ angegeben ist. Durch den Transistor 20 wird kein Sendestrom fliessen, weil die Wechselstromimpedanz zwischen dem Kollektor und dem Emitter dieses Transistors viele Male grosser als die Impedanz der- Sendeleitung Z ist.

Wie oben auseinandergesetzt wurde, wird infolge des

die Empfangsleitung durchfliessenden Stromes kein Strom zu der Sendeleitung Z fliessen, was mittels der Impedanz Z erzielt wird. Mit Hilfe der Impedanz Z wird also einerseits das Gabelgleichgewicht eingestellt und andererseits die Kabelanpassung gesichert. Eine gesonderte Gleichgewichtseinstellung ist also nicht mehr erforderlich. Ausserdem ist die Gabelschaltung nach Fig. 1 durch das Fehlen von Widerständen und Kondensatoren besonders geeignet für Integration. Die Stromquellen 12, 15» 22 und 32 dienen zur Gleichstromeinstellung der Stromverstärker A, B und C. Wenn der Gleichstrom in der Stromquelle 12 z.B. gleich I Amperes ist und die Stromverstärkungsfaktoren der Stromverstärker A, B und C gleich 2 sind, werden die Ströme in den Stromquellen 15» 22 und 32 gleich 41» 21 bzw. 21 Amperes sein.

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In dem Ausführungsbeispiel nach. F.ig. 1 ist die Stromverstärkung der drei Stromverstärker gleich 2 gewählt. Die Stromverstärkung kann jedoch auch verschieden gewählt werden. Eine einfache Berechnung zeigt, dass für eine richtige Gabelgleichgewichtseinstellung nur dafür gesorgt werden muss, dass das Produkt der Stromverstärkungsfaktoren des ersten und des zweiten Stromverstärkers gleich dem Zweifachen des Stromverstärkungsfaktors des dritten Stromverstärkers ist. Dies bedeutet also, dass der Quotient der Emitter-Oberflächen des zweiten und des ersten-Transistors des ersten Verstärkers multipliziert mit dem Quotienten der Emitteroberflächen des zweiten und des ersten Transistors des zweiten Verstärkers etwa gleich dem Zweifachen des Quotienten der Emitteroberflächen des zweiten und des ersten Transistors des dritten Verstärkers ist.

Aus Obenstehendem geht hervor, dass die Stromverstärkung der Verstärker durch Quotienten von Emitteroberflächen-der verwendeten Transistoren und also durch die Geometrie bestimmt wird. Diese Quotienten sind strom- und temperaturabhängig und infolgedessen wird die Gabelgleichgewichtseinstellung der Gabelschaltung nach der Erfindung auch strom- und temperaturabhängig sein.

Es ist einleuchtend, dass auch andere Stromverstärker als die Stromverstärker nach Fig. 1 Anwendung finden können. So kann z.B. auch ein Stromverstärker von dem in Fig. 2 dargestellten Typ verwendet werden. Der erste Zweig dieses Stromverstärkers enthält ausserdem einen dritten und einen vierten Transistor, wobei die Kollektor-Basis-Strecke des dritten Transistors 16 gegensinnig parallel zu der Kollektor-Basis-Strecke des ersten Transistors 18 angebracht ist. Parallel zu der Emitter-Basis-Strecke des dritten-Transistors 16

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ist die Kollektor-Emitter-Strecke des vierten Transistors 17 angebracht. Die Basis des dritten Transistors 16 ist mit dem Eingang 13 des Stromverstärkers A und die Basis des Transistors 17 ist mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Der Emitter des Transistors ist über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 12 mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Der Kollektor des'Transistors 10 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 15 mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Die Diode 19 ist zu den Emitter-Basis-Strecken der Transistoren 12 und 15 parallel angeordnet. Die Basis-Elektroden der Transistoren 12 und 15 sind ausserdem über einen gemeinsamen Widerstand P mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Der Widerstand P dient zur Einstellung der Gleichströme durch die Transistoren 12 und 15. Die Transistoren 12, 16, 17 und 18 bilden zusammen einen künstlichen Transistor, wie er in der älteren niederländischen Patentanmeldung 7102199 beschrieben ist. Die Basis des Transistors 16 bildet den Emitter des künstlichen Transistors, während die Basis des Transistors 17 zugleich die Basis des künstiichen Transistors und der Emitter des'Transistors 18 den Kollektor des genannten künstlichen Transistors bildet. Zwischen dem Kollektor und der Basis des künstlichen Transistors ist eine konstante Spannung vorhanden, so dass der künstliche Transistor als Diode geschaltet ist. Statt der Transistoren 10, 12 und 15 können auch Transistoren der in der genannten älteren Anmeldung beschriebenen Art verwendet werden. Die Stromverstärker können auch differential ausgebildet werden.

Die Verstärker B und C können einfach zu einem einzigen Verstärker mit zwei Ausgängen kombiniert werden, wie er z.B. in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. In Fig. 3 wird der Verstärker C durch,

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./ die Transistoren 20, 21, 30 und 31 gebildet, wobei der Eingang 23 dieses Verstärkers an die Empfangsleitung 0 und der Ausgang 34 dieses Verstärkers an die Doppelwegübertragungsleitung T (18) angeschlossen ist. Der Verstärker B wird durch die Transistoren 20 und 21 gebildet und sein Eingang ist an die Empfangsleitung 0 und sein Ausgang 24 ist an die Sendeleitung Z (14) angeschlossen. Wenn das Verhältnis der Transistoren 30 und 31 gleich S₁ und das Verhältnis der Emitteroberflächen der Transistoren 10 und 11 (siehe Fig. 1) gleich S und das Verhältnis der Emitteroberflächen der Transistoren 20 und 21 gleich S- ist, muss für eine richtige Gabelgleichgewichtseinstellung die nachstehende Beziehung erfüllt werden:

£.s_t,s₂(s₃+i) = S₅ (1).

Dabei ist S..(S,+1) der Stromverstärkungsfaktor des ersten Verstärkers G, S, der Stromverstärkungsfaktor des dritten Verstärkers B und Sp der Stromverstärkungsfaktor des zweiten Verstärkers A.

Eine andere, mögliche Kombination der Verstärker B und C ist in Fig. 4 dargestellt. In dieser Figur wird der erste Verstärker C durch die Transistoren 20, 21 und 3I gebildet und ist sein Eingang 23 an die Empfangsleitung 0 und sein"Ausgang 34 an die Doppelwegübertragungsleitung T (18) angeschlossen. Der dritte Verstärker B wird durch die Transistoren 20, 21 und 30 gebildet und sein Eingang 23 ist an die Empfangsleitung 0 und sein Ausgang 24 an die Sendeleitung Z (14) angeschlossen. Wenn das Verhältnis der Emitteroberflächen der Transistoren 30 und 31 gleich S, und das Verhältnis der Emitteroberflächen der Transistoren 10 und 11 (siehe Fig. 1) gleich S„ ist, muss für eine richtige -Gabelgleichgewichtseinstellung die nachstehende Beziehung erfüllt werden:

, 2S₃ = S₂ (2) .

Das Verhältnis der Emitteroberflächen der Transistoren 20 und 21 kann

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE s

Gabelschaltung zur Kopplung einer Doppelwegübertragungsleitung mit einer Einwegsendeleitung und einer Einwegempfangsleitung,. die enthält: einen ersten Verstärker, dessen Eingang an die Empfangsleitung und dessen Ausgang an die Doppelwegübertragungsleitung angeschlossen ist; einen zweiten Verstärker, dessen Eingang an die Doppelwegübertragungsleitung und dessen Ausgang an die Sendeleitung angeschlossen ist; und einen dritten Verstärker, dessen Eingang an die Empfangsleitung und dessen Ausgang an die Sendeleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, der zweite und der dritte Verstärker stromgesteuerte Stromverstärker sind.
2. Gabelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt der Stromverstärkungsfaktoren des ersten und des zweiten Verstärkers gleich dem Zweifachen des Stromverstärkungsfaktors des dritten Verstärkers ist.
3. Gabelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Stromverstärker zwei parallele Zweige aufweist, wobei der eine Zweig mindestens einen ersten Transistor und der andere Zweig mindestens einen zweiten Transistor enthält, und wobei die Basis-Emitter-Strecken der beiden Transistoren zueinander parallel geschaltet sind, wobei der Quotient der Emitteroberflächen des zweiten und des ersten Transistors des ersten Verstärkers multipliziert mit dem Quotienten der Emitteroberflächen des zweiten und des ersten Transistors des zweiten Verstärkers etwa gleich dem Zweifachen des Quotienten.der Emitteroberflächen des zweiten und des ersten Transistors des dritten Verstärkers ist.
4. Gabelschaltung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekenn-

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zeichnet, dass der erste Zweig ausserdem einen dritten und einen vierten Transistor enthält, wobei die Kollektor-Basis-Strecke des dritten Transistors gegensinnig parallel zu der Kollektor-Basis-Strecke des ersten Transistors angebracht ist, und wobei parallel zu der Emitter-Basis-Strecke des dritten Transistors die Kollektor-Emitter-Strecke des vierten Transistors angebracht ist und die Basis des dritten Transistors den Eingang des betreffenden Stromverstärkers bildet.

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