DE2356826A1

DE2356826A1 - Negativimpedanzverstaerker fuer fernsprechleitungen

Info

Publication number: DE2356826A1
Application number: DE2356826A
Authority: DE
Inventors: Lorenzo Fassino
Original assignee: Applic Elettro Telefoniche S N
Current assignee: Applic Elettro Telefoniche S N
Priority date: 1973-03-12
Filing date: 1973-11-14
Publication date: 1974-09-26
Also published as: IT980548B; US4028505A; ES422307A1

Description

ITegativimpedanzverstärlEer für Fernsprechleitungen

Gegenstand Trorliegender Erfindung ist ein Negativimpedanzverstärker für Fernsprechleitungen mit Sprechfrequenz. Die gegenwärtig zu diesem Zwecke verwendeten Vorrichtungen bestehen im allgemeinen aus einem stabilen Negativimpedahzwandler «i£- hei offenen Klemmen, auch "Eeihenzweipoi" genannt, und einem stabilen Negativimpedanzwandlernaärfe- kurzgeschlossenen Klemmen, dementsprechend "Parallelzweipol" genannt, wobei die beiden Wandler eine Brückenschaltung darstellen«, Unter Negativimpedanzwandler wird eine elektrische Schaltung mit vier Klemmen verstanden, bei der zwei Klemmen und zwar die sogenannten "Ausgangsklemmen" mit passiven Scheinwiderständen, die an den anderen zwei Klemmen, den sogenannten "Eingangsklemmen", auftreten, unter Änderung des Vorzeichens und mit einem als "Umsetzverhältnis" bezeichneten Faktor multipliziert belastet werden. ,

Bekanntlich müssen solche Verstärker genau an die Impedanz der Übertragungsleitung, auf der sie eingesetzt sind, angepasst

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werden und zwar zum wenigsten in dem gewählten Arbeitsband bzw. -Bereich; auch der Gewinn oder Übertragungsfaktor ist je nach den Merkmalen der entsprechenden Leitung einzustellen.

Die gegenwärtig zum Erzielen dieser Anpassung angewandten Methoden sind zwei.

Die erste besteht in der Verwirklichung der Verstärker durch Negativimpedanzwandler, die mit passiven, am Eingang mit verändertem Vorzeichen und mit dem "Umwandlungsverhältnis" multipliziert vorgefundenen Impedanzen belastet werden.

Solche der Impedanzlast dienende Netze sind in den einzelnen Anwendungsfällen nach Wunsch veränderbar, so daß man die jweils gewünschte Anpassungs- -und Gewinnkombination erhalten kann.

Die zweite Methode besteht darin, daß man mittels passiver, außerhalb des Verstärkers angeordneter Anpassungsnetze die Impedanz deader verschiedenen Übertragungsleitungen umwandelt und auf einen vorbestimmten, womöglich den Phasenwinkel Mull aufweisenden Wert bringt. Es wird also mit anderen Worten der Scheinwiderstand in Reinwiderstand umgewandelt.

Dadurch wird der Verstärker selbsttätig angepasst, vorausgesetzt, daß er an seinen Klemmen jeweils die gleiche Widerstandsimpedanz aufweist, was dadurch erreicht wird, daß die den Verstärker bildenden Umwandler mit zwei Widerständen belastet werden.

Bei dieser Anordnung ist es bei der Installation hinreichend, den Gewinn des Verstärkers durch Änderung der beiden Lastwiderstände der Wandler einzustellen.

Obwohl die erstgenannte Methode vielseitig anwendbar ist, insofern sie an pupinisierte und nicht pupinisierte Ubertragungsleitungen aller Art angepasst werden kann, ist sie mit eher auf-

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wendigen Arbeiten bei der Einstellung der La st impedanznetze für die Negativimpedanzwandler verbunden und zwar infolge der wechselseitigen Abhängigkeit zwischen Gewinn und Anpassung. Diese Arbeiten stellen nicht nur einen erheblichen Zeitverlust dar, sondern erfordern auch entsprechend ausgebildetes lachpersonal, was die Kosten für die Installation der Verstärker bedeutend erhöht.

Bei der zweiten Methode sind zwar mit der Installation keinerlei Schwierigkeiten verbunden, doch ist deren praktische Anwendung auf pupinisierte Übertragungsleitungen beschränkt, da es nur bei solchen Leitungen möglich ist, ein hinreichend einfaches passives Anpassungsnetz, das nur geringe Dämpfung und TJngleiehförmigkeit einbringt und leicht einstellbar ist, herzustellen. Mit dieser Methode ist noch der weitere Kachteil verbunden, daß die mit der ITernsprechleitung im Nebenschluß geschaltete Kapazität immer hoch ist, und zwar ergibt sich ihr Wert aus der Summe der Kapazitäten, die den zwischen dem Verstärker und der Leitung eingeschalteten Anpassungsnetzen angehören, und der Kapazitäten, die zum Sperren des Gleichstroms am Parallelzweipol vorgesehen sind. Da die Sperrkapazitäten einen Wert annehmen, der dem höchst zulässigen Wert für eine noch annehmbare Verzerrung der Gleichstrom-Signalimpulse nahe kommt, wird es klar, daß durch Zwischenschaltung von herkömmlichen Anpassungsnetzen zwischen der Leitung und dem Verstärker noch weitere Kapazitäten hinzukommen und die Verzerrung der Impulse erhöhen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Negativimpedanzverstärker vorzusehen, dessen Einstellung bei der Installation auf einfache Weise durchführbar sein und die Vermeidung der oben geschilderten Nachteile gestatten soll.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist der erfindungsgemäße Verstärker gekennzeichnet durch einen Reihenzweipol, dessen Impedanzwandler mit einem Netz von fixen, auf Grund der Haupt konstant en oder Parameter der zu verstärkenden Leitung gewählten Lastimpedanzen versehen ist und Mittel zum Einstellen der (positiven oder

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negativen) Reaktion und infolgedessen auch des Umwandlungsverhältnisses aufweist, sowie durch ein Parallelzweipol, dessen Impedanzwandler ebenfalls ein Metz von fixen, aufgrund der Hauptkonstanten der Leitung gewählten Lastimpedanzen aufweist und mit Mitteln zum Einstellen der (positiven oder negativen) Rückkopplung und infolgedessen auch des Umwandlungsverhältnisses versehen ist. Diese Einstellmittel können derart veränderlich sein, daß man immer den Umwandlungsverhältnissen entsprechende Änderungen erhält, und zwar in der Weise, daß diese Änderungen die Impedanz des Verstärkers nicht beeinflussen. Genauer gesagt, sollen die Schaltorgane derartige Änderungen bewirken, daß das Produkt aus beiden Umwandlungsverhältnissen für den ganzen Einstellbereich konstant bleibt.

Auf diese Weise ist die Impedanzanpassung des Verstärkers an die Leitung durch die La stimpedanzen der Wandler gewährleistet, während die Veränderung der Umwandlungsverhältnisse die Einstellung des Gewinnes ohne Beeinflussung der Impedanz ermöglicht.

Ein derart ausgebildeter Verstärker ist für pupinisierte wie nicht pupinisierte Leitungen geeignet, ermöglicht eine leichte Phaseneinst ellung bei der Installation durch einfache Regulierung des Gewinnes und gestattet die Verzerrungen der Gleichstrom-Signalimpulse auf ein geringstes Maß zu beschränken, da zwischen Verstärker und Leitung keine Anpassungsnetze eingeschaltet werden. Die zum Verändern der Umwandlungsverhältnisse der erwähnten Zweipole vorgesehenen Mittel umfassen vorteilhaft zwei stufenweise oder stufenlos arbeitende, miteinander mechanisch gekuppelte Potentiometer, zwei stufenweise oder stufenlos regelbare, miteinander gekoppelte Widerstände, oder zwei Reihen von festen, über Brücken einscnaltbaren Widerständen.

Im Falle einer einzigen Schaltung durch mechanische Kupplung der beiden Regelvorrichtungen ist es zweckmäßig, daß die eine Regelvorrichtung in geringem Maße gegenüber der anderen veränderlich ist; dadurch lassen sich nämlich die praktisches unvermeidlichen

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Impedanzunterschiede zwischen Leitungen gleicher UTennWerte ausgleichen, .,;"■■. . .

Bei einer erstenAusführungsform der Erfindung umfasst der Verstärker außerdem einen ersten Transformator mit zwei mit der Leitung in Reihe geschalteten und mit-ge einem zentralen Abgriff versehenen Primärwicklungen, sowie mit einer Sekundärwicklung, in der der Reihenzweipol eingeschaltet ist, während der Parallelzweipol über einen zweiten Transformator, dessen Primärwicklung duih einen Sperrkondensator für den Gleichstrom unterbrochen ist, zwischen den zentralen Abgriffen der; Primärwicklungen des ersten Transformators geschaltet ist.

In einer Abwandlung dieser ersten Ausführungsform ist der Parallelzweipol über einen zweiten und einen dritten Transformator, deren Primärwicklungen durch Sperrkohdensatoren für den G-I eichst rom unterbrochen sind, zwischen den erwähnten zentralen Abgriffen ge-' schaltet.

Bei einer zweiten Ausführungsform umfaßt der"erfindungsgemäße Verstärker einen ersten und einen zweiten Transformator, deren Primärwicklungen in mehrere Abschnitte geteilt sind. Diese Abschnitte sind mit den Leitungsdrähten balanciert in Reihe geschaltet und bilden zwei symmetrische Mittelstellen," an die der erwähnte Parallelzweipol über einen dritten Transformator, dessen Primärwicklung wiederum von einem Sperrkondensator für den Gleichstrom unterbrochen ist, angeschlossen wird. In diesem Falle ist der Reihenzweipol zwischen einem Ende der" Sekundärwicklung des ersten Transformators und einem Ende der Sekundärwicklung des zweiten Transformators eingeschaltet, während die beiden anderen Enden aneinander und an Masse geschlossen sind.

In einer Abwandlung dieser zweiten Ausführungsform ist der Parallelzweipol mit den erwähnten symmetrischen Mittelstellen über einen dritten und einen vierten Transformator, deren Primärwicklungen von Sperrkondensatoren für den Gleichstrom unterbrochen sind verbunden»

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In den Erfindungsbereich fällt auch die Zuordnung einer Zweidrahtfernsprechleitung zu einem erfindungsgemäßen Verstärker, worin der Übertragungsgewinn durch gleichzeitige Änderung der Umwandlungsverhältnisse der Wandler des Verstärkers geregelt und die Impedanzanpassung dadurch erreicht wird, daß' an jedem Umwandler feste, aufgrund der Hauptkonstanten der Leitung ge- ■ wählte Lastimpedanznetze angelegt werden.

Zum besseren Verständnis werden nachstehend einige Ausführungsbeispiele des Erfindun^gegenstandes an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 das Äquivalent-Schema eines allgemeinen Negativimpedanzverstärkers mit einem Reihenzweipol und einem Parallelzweipol;

Figur 2 das vereinfachte Schaltbild eines erfindungsgemäßen Negativimpedanzverstärkers;

Figur 3 ein vereinfachtes Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Negativimpedanzverstärkers;

Figur 4 ein komplettes Ausführungsschaltbild des Verstärkers nach Fig. 2, und

Figur 5 ein komplettes Ausführungsschaltbild des Verstärkers nach. Fig. 3·

Wie in Figur 1 gezeigt, besteht ein allgemeiner Negativimpedanzverstärker aus einem Reihenzweipol, der mit den Enden eines in einem Leitungsdraht in Reihe geschalteten Induktors L verbunden ist und durch seine Impedanz Z mit einem erforderlichen Realteil ^C 0 schematisch angedeutet ist, und aus einem Parallelzweipol, der mit der Mitte des Induktors L verbunden und durch seine

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Impedanz Z mit ebenfalls einem Realteil ti 0 schemätisch angedeutet ist.

In der Figur sind außerdem mit den Pfeilen Z^. und Zx die Kennimpedanzen "bzw. Wellenwiderstände des Verstärkers bzw. jene der zu verstärkenden Leitungsabschnitte angegeben. Die Leitungsklemmen des Verstärkers sind mit 1,2, 3 und 4- bezeichnet.

Bei einer Vorrichtung gemäß Figur 1 erhält man eine Anpassung der Kennimpedanz Z^ des Verstärkers und die Kennimpedanz Z^ der zu verstärkenden Leitungsabschnitte, wenn der bekannte Ausdruck zutrifft:

ZL = ZA - y Zs Tzp (1)

Für den (komplexen)Gewinn oder Übertragungsfäktor gilt:

1 + 1
2

H = g

. 1- 2 I Zp

worin g den Übertragungsfaktor in Neper und β die Phasendrehung in Radianten darstellen.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 besteht der Reihenzweipol aus einem Verstärker A_x,,- dessen Ausgang am verstellbaren Abgriff eines durch diesen in zwei Teile R^ und R₂ gegliederten Potentiometers angeschlossen ist, wobei R_x, mit einem Ende des Induktors L und mit dem TJmkehreingang von A_x, (minus-Zeichen), während Rp mit dem Nichtumkehreingang von A_x, (plus-Zeichen) und mit einem Ende einer Impedanz Zas verbunden ist; das andere Ende von Zas ist mit dem Bezugseingang bzw. Bezugspunkt von A_x, und mit dem anderen

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Ende des Induktors L verbunden.

nachträglich geändert

Der Parallelzweipol besteht aus einem Verstärker A2, dessen Ausgang am verstellbaren Abgriff eines durch diesen in zwei Teile R, und R* gegliederten Potentiometers angeschlossen ist, wobei der Mitte des Induktors L und mit dem Nichtumkehreingang

von Ap (plus-Zeichen), während R₄ mit dem Unkehreingang von A„ (minus-Zeichen) und mit einem Ende einer Impedanz Zap verbunden ist; das andere Ende von Zap ist mit der Bezugsklemme von A„ und mit den Leitungsklemmen 2 und 4 der Vorrichtung verbunden. Die anderen Leitungsklemmen 1 und 3 sind an den äußeren Enden des Induktors L angeschlossen. Es sei angenommen, daß A. und A„ ideale Verstärker sind und daher umbegrenzte Verstärkung, keinen Eingangsstrom, keine JDLff er en ti al spannung auf der Eingangs seit e und keine Ausgangsimpedanz aufweisen.

Die reellen Verstärker nähern sich diesen Merkmalen derart, daß die Berechnung auf Grund dieser Annahmen hinreichende Annährungswerte erbringen. Auch der Induktor L wird als ideal, d.h. mit unbegrenzter Induktivität, ohne Widerstand und mit einem Kopplungsfaktor zwischen den beiden durch den Mittelabgriff gebildeten Teilen gleich ein% betrachtet. Normalerweise wird dieser Induktor durch Wicklungen von Transformatoren, deren Merkmale sich in erheblichem Maße den idealen Merkmalen nähern, ersetzt. Mit Bezug auf Fig. 2 und auf obige Annahmen gilt für die Impedanz des Reihenzweipols:

^Rl

Zs = - Zas (3)

R₂

Für das Umwandlungsverhältnis Ns des Reibenzweipols gilt:

^R2 ~ '

Ns - - — (4)

^Ri

^R2

Wenn veränderlich ist, so wird auch Ns veränderlich und

^Rl

unabhängig von der Frequenz sein.

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Unter Anwendung von (1) erhält man für die: Anpassung:

/ Zas Zap

NS Np ; V : ;

ty "J?

Werden zugleich __2 und J^ derart geändert, daß das Produkt Ns . Np gleich einer Konstante K ist, so erhält man:

■

w K = Konstanire (8)

und. daraus folgt

ZL = K Yzas . Zap _;; (9)

Das bedeutet, daß unter diesen Bedingungen die Umwandlungsverhältnisse die Anpassung nic-ht beeinflussen und daß die Anpassung nur von den Lastimpedanzen Zas und Zap abhängig ist.

SHir den Gewinn.gilt: ;..

1 + 1

H= log_e^

¹ - 1 ν zäs -- ν : ^p_

,2--IW.-V- : Zap _; ; ^; _;

Nachdem Ns . Np = K = Konstante ist, kann man schreiben:

'■■■ 1+-I^ H =

1 - 4 Np.■■■/ Za&

Daraus sieht man, daß eine Regelung des Gewinnes dadurch möglich

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ist, daß man nach obigem Gesetz die Umwandlungsverhältnisse gleichzeitig ändert, ohne die Anpassung zu "beeinflussen.

Dies bedeutet, daß gede© Potentiometer R. - R₂ u¹¹«³- ^ ~ ^u. durch einen festen und einen veränderlichen Widerstand ersetzt werden kann, ohne daß an dem oben Ausgeführten etwas geändert werden müßte.

Aus diesen Darlegungen geht also hervor, daß der Sprechverstärker an seinen Enden eine Impedanz aufweist, die von der Regelung des Gewinnes unabhängig ist, da sie nur eine Funktion der beiden Netze Zas und Zap und einer Konstante K darstellt.

Zur Regelung des Gewinnes werden die Umwandlungsverhältnisse der einzelnen Umwandler dadurch geändert, daß man nur zwei außerhalb der Lastimpedanznetze Zas und Zap liegende Widerstände betätigt.

Gemäß Pig. 3 besteht der Reihenzweipol aus dem Verstärker A^, dessen Ausgang mit einem Ende der Sekundärwicklung S^, des Transformators Ty. und mit einem Ende einer Impedanz Zas verbunden ist. Das andere Ende von Zas liegt am Umkehreingang des Verstärkers A^ , der wiederum mit dem Bezugspunkt über einen veränderlichen Widerstand R_fi verbunden ist. Auch das andere Ende der Wicklung S^ des Transformators T. ist mit dem Bezugspunkt verbunden.

Die Primärwicklung P^ von T^ ist einerseits an einem der beiden Enden des Induktors L und andererseits an einem Widerstand Er angeschlossen, wobei letzterer mit dem anderen Ende von L und dem Nichtumkehreingang von A^ verbunden ist. Der Verbindungspunkt zwischen der Wicklung P^ und dem Widerstand R_n- ist mit dem Bezugspunkt von A^ verbunden.

Der Parallelzweipol besteht aus dem Verstärker A~, dessen Ausgang mit einem Ende der Sekundärwicklung des Transformators T^ verbunden ist. Das andere Ende dieser Wicklung ist mit einem veränderlichen, mechanisch mit Rg gekuppelten Widerstand R₁-, und einem Widerstand R^₀ verbunden. Die anderen Enden von En und R^₀

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sind an die Impedanz Zap angeschlossen, wobei das mit der Impedanz Zap verbundene Ende von R^₀ an dem Umkehr eingang von Ap und das mit der Impedanz Zap verbundene Ende von Rr₇ an dem Bezugspunkt von A₂ liegen. Der Induktor 1 ist in seiner Mitte mit einem Ende der Primärwicklung P, von T^ und mit einem Ende der Primärwicklung Pp eines weiteren Transformators T₂ verbunden, der mit einem Widerstand Rq in Reihe liegt, während die anderen zwei Enden der Wicklungen Pp von T₂ und P^ von T^ miteinander und mit den Leitungsklemmen 2 und 4 verbunden sind. - Die übrigen Ijeitungsklemmen Λ und 3 sind an die äußeren Enden des Induktors L angeschlossen«

Die Sekundärwicklung Sp von Tp befindet sich in Parallelschaltiang mit einem Widerstand Rq und ist einerseits mit dem Nichtumkehreingang von Ap und andererseits mit dem Bezugs eingang von Ap verbunden. Für die Verstärker A^ und A₂ gelten die gleichen Voraussetzungen, wie bereits für ELgV 2 angenommen* Wenn alle Transformatoren das Verhältnis 1:1 aufweisen, so lautet für den Reihenzweipol das "Dmwandlungsverhältnis : ^E6

Wenn R_& veränderlich ist, dann wird auch Us veränderlich und von der Frequenz anabhängig sein.

Mir den Parallelzweipöl kann der Scheinleitwert an den Eingangsklemmen wie folgt ermittelt werden:

Zap

1 "

Wenn[Zap| <^c R^₀ ist, wenn ^- gegenüber den anderen Gliedern ver

nachlässigbar ist und wenn " 10 "*^>" 1 ist, dann ist der Schein--

R—
leitwert: 7

_ X_ap: (13)

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Die vorhandene Impedanz wird dann sein:

Zp =

und das Umwandlungsverhältnis:

Hp ._

R R 8IQ

zap

(14-)

(₁₅)

Wenn R₁-, veränderlich ist, so wird auch Hp veränderlich und von der Frequenz unabhängig sein.

Geht man wie in J¹Ig. 2 derart vor, daß bei gleichzeitiger Änderung von Rg und Rr₇ das Produkt Ns . Np immer einer Konstanten gleich ist, dann erhält man:

^R6 _O ^R8

= K² = Konstante

(16)

Auch das Verhältnis 10 R_-1Q zwei feste Rq Gleichung:

stellt eine Konstante dar, weil Rq und Widerstände sind; daher gilt die

= Konstante

(17)

Diese Beziehung ist der Beziehung (8) ähnlich und daher sind die mit Bezug auf Fig. 2 gemachten Aussagen über Anpassung und Gewinnregelung auch hier gültig. Figur 4 zeigt ein komplettes ßchaltschema der In Fig. 2 vereinfacht dargestellten Verstarkarvorrichtung für Zweidraht-Fernsprechleitungen. Bei dieser praktischen Ausführungsform bestehen die Verstärker A^, A₂ aus linearen inte-

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grierten Schaltungen; die beiden Zweige E^, Ep und E,, E. der Potentiometer von Fig. 2 sind durch Serienschaltung eines festen Widerstandes und eines veränderlichen Widerstandes gebildet. Im einzelnen ist mit dem Ausgang von A_x, der gemeinsame Punkt des festen Widerstandes E_x^ und des veränderlichen Widerstandes E_x,,-, und mit dem Ausgang von A₂ der gemeinsame Punkt des veränderlichen Widerstandes E^^ und des festen Widerstandes E_x.^ verbunden. Die anderen Enden von E^ ^ und E_x,^ sind an den Umkehr eingängen der Verstärker A^j, A₂ und die anderen Enden von E_x, ₂· und E_x,, an den Nichtumkehreingängen von A. und A₂ gelegt.

Der Induktor L ist durch die Wicklung eines Transformators T₁., dessen Sekundärwicklung S₁^ mit dem Egitienzweipol verbunden ist, gebild*. T₂, besitzt zwei Primärwicklungen P^ und P^¹ _r die zwischen den Leitungsklemmen 1, 3 bzw. 2, 4- der Verstärkervorrichtung angeordnet sind und einen zentralen Abgriff X_x, bzw. X₂ aufweisen, mit denen der Parallelzweipol über einen zweiten Transformator T,- verbunden ist.

Der Transformator T. gestattet nicht nur die isolierung, sondernauch eine balancierte Einschaltung der Verstärkervorrichtung auf eine Leitung sowie die Verbindung des Parallelzweipols in zwei symmetrischen Punkten.

Aus Fig. 4 ersieht man noch, daß die Verstärker A^ und A₂ mit Dioden versehen sind, die zum Schutz gegen Überspannungen aus der Leitung dienen» Bei dem Eeihenzweipol ist dieser Schutz durch die entgegengesetzt gepolten und zwischen dem Umkehr- und dem Nichtumkehreingang von A_x, parallel liegenden Dioden D^, D₂ sowie die jeweils zwischen dem Ausgang von A_x. und dem einen bzw. dem. anderen Pol,der Speisespannung eingeschalteten Dioden D, und D^ gegeben. Bei dem Parallelzweipol bilden diesen Schutz die Dioden

Dr- und D_c sowie die Dioden D_n und D₀, die in gleicher Weise, wie > b /o

die Dioden D-, und D^ bzw. D^ und D₂ geschaltet sind.

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Bei dem Reihenzweipol liegt außerdem in der Verbindung zwischen E-2 ¹¹²¹CL ^aem Mchtumkehreingang von A. ein Kondensator C₁ mit der Aufgabe, die positive Rückwirkung im Gleichstrom zu sperren; ein zweiter Kondensator C^ ist mit R,^ parallel geschaltet, um die durch A^ bei höheren Frequenzen verursachte unvermeidliche Phasenverschiebung auszugleichen und dadurch ein mögliches Auf- · treten von Eigenschwingungen zu beseitigen.

Was den Parallelzweipol betrifft, weist der Transformator T₁- eine Sekundärwicklung S,- auf, an die der Zweipol angelegt ist, sowie eine Primärwicklung, deren Enden mit den Mittelabgriffen X^, X₂ von T^ verbunden sind und die in zwei Abschnitte P₁- und P₁-' unterteilt ist, wobei diese Abschnitte durch einen Kondensator G^ mit der Aufgabe, die auf der Leitung eventuell auftretenden Gleichstromkomponenten zu sperren, voneinander getrennt sind. In Parallelschaltung mit einem Widerstand R^ befindet sich ein weiterer Kondensator C^ mit der Aufgabe, die durch A~ "bei höheren Frequenzen verursachte unvermeidliche Phasenverschiebung auszugleichen und dadurch ein mögliches Auftreten von Eigenschwingungen zu beseitigen. Die Figur zeigt auch noch die Polarisationsschaltung bzw. die VorspannungsschaltlcfBise für beide Zweipole. Diese Schaltung umfasst die zwischen dem negativen Pol und dem positiven, an Masse liegenden Pol einer Speisespannungsquelle in Reihe geschalteten Widerstände und R₁₆, die beiden je mit R^₆ und R^,- parallel angeordneten

Kondensatoren Cc und Gg und einen weiteren Widerstand ß^n, der zwischen dem gemeinsamen Punkt von R^r, R^, CV und G^ und dem Nichtumkehreingang von A^ eingeschaltet ist. Dieser Punkt der Polarisationsschaltung ist auch mit dem gemeinsamen Ende von S^ und Z im Parallelzweipol verbunden (Pfeile A).

Für eine, wie soeben beschriebenes, ausgebildete Schaltung kann man bei einem Umformverhältnis von T^ und T^ gleich 1 mit hinreichender Näherung die bereits im Zusammenhang mit der theoretischen Schaltung nach Fig. 2 angestellten Überlegungen gelten lassen.

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Pig. 5zeigt das komplette Schaltschema der in Fig. 3 vereinfacht dargestellten Verstärkervorrichtung. Bei der Schaltung gemäß Fig. 5 sind die Widerstände R₅, E₆, ^r E₈/E₉V ^o und die Impedanzen Z , Z dieselben wie in Fig. 3 mit der Ausnahme, daß

öl S clj)

ein Ende von E₇ an Masse geschlossen und der Widerstand Eq zwei gleichen 'Teilen Eq¹ und Eq" gebildet ist. Auch "bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Torrichtung sind die Verstärker" A., Ap durch lineare integrierte Schaltungen gebildet und mit den Dioden D^ - D^ sowie D₁- - Dg zum Schutz gegen Überspannungen versehen, wobei die' Schutzdioden in gleicher Weise wie in Fig. 4- verbunden sind. Γ

Zur Verwirklichung des Induktors L und des Transformators T_x, des Eeihenzweipols dienen zwei Transformatoren. TE> und TRp, deren Primärwicklungen gegenseitig verbunden und in mehrere, balanciert mit den Leitungsdrähten in Eeihe geschaltete Abschnitte PE_xJ, Pfio' PR^, PR. geteilt sind, und deren Sekundärwicklungen SE., SEp ein ebenfalls massegeschlossenes gemeinsames Ende (für Wechselspannung gen) aufweisen und mit dem änderen Ende je an den Niehtumkehreingang bzw. an den Ausgang von A. gelegt sind. Die Primärwicklungen PE., PE₂, PE^, PE^ besitzen außerdem mittig angeordnete symmetrische Abgriffe X-, bzw. X_x,, die die Einschaltung des Parallelzweipols über die Transformatoren Tp uni T-, gestatten. In der Verbindung zwischen SEp^ und Masse liegt ein Kondensator C₁-,, wobei zusammen mit dem Zas parallel geschalteten Widerstand R^₈ eine, negative Gleichstromrückwirkung zum Verstärker A besteht, auch wenn Z Widerstandunterbrechungen aufweist.-

Was den Parallelzweipol betrifft, ist die Primärwicklung der Transformatoren Tp, T-, jeweils-durch Kondensatoren C^, C^₂ in zwei Teile P^¹ , P₂" bzw. P,¹, P^" getrennt, wodurch der eventueU in der Fernsprechleitung auftretende G-I eichst rom gesperrt wird. An den mit C^ nicht verbundenen Enden von P₂' und P₂" liegen die beiden Widerstände Eq¹ und Eq" .Ein weiterer Kondensator C^q liegt zwischen E₁₇ und Masse, um die negative Rückwirkung im Gleichstrom dem Verstärker A₂ zuzusichern.

Die Figur zeigt au.cn die Polarisationschaltung bzw. die Vorspannungsschalttoeise für die beiden Zweipole. Diese Schaltung besteht aus den zwischen dem negativen Pol und dem massegeschlossenen positiven Pol der Speisespannungsquelle angeordneten Widerständen R^q und E₂O' ^^em ^zv^-^sc^^aeJX dem negativen Pol und der Masse liegenden Kondensator C„ und dem parallel zu Rp~ geschalteten Kondensator K₀. Mit dem den Widerständen E^q und R gemeinsamen Punkt sind die gemeinsamen Enden von SE_x,, Ej-, Rg des Reihenzweipis sowie die gemeinsamen Enden von Sp, Eg und Zap des Parallelzweipols (Pfeile A) verbunden.

Bei einer wie soeben beschrieben ausgebildeten Schaltung kann man, wenn das Umwandlungsverhältnis von TR^, TRp, T^ und T, gleich 1 ist, mit hinreichender Näherung dieselben Überlegungen wie für die Schaltung nach I¹Xg. 3 anstellen.

Es versteht sich, daß die beiden Schaltungen nach Fi,g.4 und 5 als Ausführungsbeispiele dienen sollen und die dabei dargestellten Eeihen- bzw. Parallelzweipole auch in anderer Weise verbunden werden können.

So kann z.B. der Transformator in Fig. 4- durch zwei den TransforMa- *

toren¹ ersetzt werden, wobei dann der Eeihenzweipol .-.zwischen den Sekundärwicklungen der erwähnten Transformatoren eingeschaltet und der Parallelzweipol über einen einzigen Transformator, wie es bei dem Transformator T₁- der Fall ist, an die Leitung angelegt ist.

In weiterer Abwandlung kann die Verbindung zwischen dem Reihenzweipol und der Leitung über einen einzigen Transformator, ähnlich wie T₇,, hergestellt werden und der Parallelzweipol kann über zwei Transformatoren, ähnlich wie Tp und T, in Fig. 5 mit den Abgriffstellen X,- und Xp verbunden sein.

Weiters könnten die veränderlichen Widerstände E,, ~» ^R-ix ^von ^¹S* 4- und Rg, R₁₇ von Fig. 5 durch schrittweise oder kontinuierlich arbeitende Potentiometer oder aber durch Reihen von festen, durch

* TR_x. und TRp von Fig. 5 ähnliche Transformatoren

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Brückenverstellung einschaltbaren Widerständen ersetzt werden, wobei diese Potentiometer bzw. diese Widerstände Werte aufweisen müßten, die eine Konstanthaltung des Produktes aus den Umwandlungen verhältnissen gewährleisten. ;

Es können auch anders ausgebildete Zweipole, Jedoch immer mit veränderlichem und von der Frequenz unabhängigem^^ Wandlungsverhältnis und mit festen Lastimpedanzhetzen, verwendet werden.

Die Lastimpedanznetze sind von den Hauptkonstanten der zu verstärkenden Leitung abhängig und daher dient das für eine bestimmte Leitung ausgelegte Netz auch für alle anderen Netze mit gleichen Nennhauptkonstant en.

Die Auslegung der Hetze kann in der Konstruktion dadurch erfolgen, daß man die Werte der Parameter ermittelt und durch Versuche vervollkommnet; dann können die so ausgelegten, theoretisch ermittelten Netze in der Werkstatt hergestellt und für Ihstallationszwecke auf Lager gehalten werden. In der Praxis können die zugelassenen Toleranzen der Hauptkonstanten der Leitungen in gewissen Fällen nicht zu vernachlässigende Schwierigkeiten in der Anpassung der Verstärkervorrichtung verursachen; in solchen Fällen^ werden bei der Installation die Werte der beiden Widerstände, die das Wahdlungsverhältnis der beiden Zweipole regeln, unabhängig voneinander verändert, um dadurch geringe Änderungen der Impedanz der Verstärkervorrichtung und somit eine bessere Anpäss^^S ^zuerzielen. - . ' : ^: ; _;

Mit der theoretisch-versuchsweisen Methode wird auch der Gewinn, der in den verschiedenen praktisch vorkommenden Verstärkungsfällen, erzielbar ist, vorbestimmt,, wobei in Bezug auf die Stabilität ein entsprechender Spielraum vorzusehen ist, damit die Unterschiede zwischen den Leitungen und die Dämpfungsänderungen in den Leitungen infolge eventueller TemperatürSchwankungen abgefangen werden können. Auf diese Weise sind bei der. Installation nur die der zu verstärkenden Leitung entsprechenden Netze auszuwählen und mit. dem

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Fernsprechverstarker zu verbinden und durch. Einwirken auf die beiden veränderlichen Widerstände der Gewinn auf. den im betreffenden Verstärkungsfall erzielbaren Wert zu bringen, gegebenenfalls auch noch die Anpassung zu vervollkommnen, indem man die erwähnten veränderlichen Widerstände unabhängig voneinander gerinfügig nachstellt.

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Claims

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P at e η t a ns ρ r ü c h e

1.JNegativimpedanzverstärker für Fernsprechleitungen mit Sprech— frequenzen, gekennzeichnet durch, einen ersten stabilen Zweipol mit Netativimpedanz und mit offenen Klemmen, nachstehend "Reihenzweipol" genannt, durch einen Impedanzwandler (A₁), der am Ausgang durch ein Netz (Zas) von passiven, festen und auf Grund*der Hauptkonstanten des zu verstärkenden Leitungsabschnittes ausgewählten Impedanzen belastet wird und ausser— halb der Impedanzen angeordnete Mittel (R,,, RpJ Rg, ^Ri2^ ^zur Regelung der (positiven oder negativen) Rückwirkung und damit des Wandlungsverhältnisses aufweist, durch einen zweiten sta-· bilen Zweipol mit Negativimpedanz und mit kurzgeschlossenen Klemmen, nachstehend "Parallelzweipol" genannt:, durch einen weiteren Impedanzwandler (A;?) , der ebenfalls am Ausgang durch ein Netz (Zap) von passiven/Impedanzen belastet wird und ausserhalb der Lastimpedanzen angeordnete Mittel "(R-₃., R₄; R₇> R.-.) ^zur Regelung der (positiven und negativen) Rückwirkung aufweist, wobei diese Mittel (R., R^ - R₃, R^; Rg - R^; R^₂'-R ^) derart miteinander verbunden sind, dass man mit einem einzigen Schaltorgan entsprechende Änderungen der Umwandlungsverhältnisse erzielt, und zwar derart, dass das Produkt aus den Umwandlungsverhältnissen der beiden Zweipole über den gesamten Bereich der Änderung konstant bleibt und diese Änderung die Impedanz des Fernsprechverstärkers in keiner Weise beeinflusst.

Fernsprechverstärker nach Anspruch 1-, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Veränderung der erwähnten UmwandlüngsVerhältnisse zwecks Konstanthaltung des Produktes derselben £wei stufenweise oder kontimierlich arbeitende, mechanisch gekuppelte Potentiometer (R₁, R„; R₃, R₄) vorgesehen sind.:

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3. Fernsprechverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Veränderung der Umwandlungsverhältnisse der erwähnten Zweipole (A^., A_?) zwecks Konstanthaltung des Produktes derselben zwei veränderliche, stufenweise oder kontinuierlich arbeitende und mechanisch gekuppelte Widerstände (Rg, R₇; R-i?» ^R13^ vorgesehen sind.

4. Fernsprechverstärker nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Veränderung der Umwandlungsverhältnisse der erwähnten Zweipole zwecks Konstanthaltung des Produktes derselben eine Reihe von festen, durch Brückenverstellung einschaltbaren Widerständen vorgesehen ist.

5. Fernsprechverstärker nach einem der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet ausserdem durch einen ersten Transformator (T-) mit zwei Primärwicklungen (P., ^4')» die J^e einen mittig angeordneten Abgriff (X₁, X-) aufweisen und mit den Leitungsdrähten in Reihenschluss verbunden sind, sowie mit einer Sekundärwicklung (S₄), an deren Enden der erwähnte Reihenzweipol gelegt ist, während der Parallelzweipol zwischen den mittigen Abgriffen (X_-1, Xp) der Primärwicklungen (P₄, ^4') über einen zweiten Transformator (T₅), dessen zweigeteilte Primärwicklung (Per» P₁-¹) durch einen Sperrkondensator (C.) für den Gleichstrom unterbrochen ist, eingeschaltet ist.

6. Fernsprechverstärker nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet ausserdem durch einen ersten Transformator (T₄) mit zwei Primärwicklungen (P₄, ^p ₄')> die je einen mittig angeordneten Abgriff (X_-1, X₃) aufweisen und mit den Leitungs-

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drahten, in Reihenschluss verbunden sind, sowie mit einer Sekundärwicklung (Sv), an deren Enden der erwähnte Reihenzweipol gelegt ist, während der Prallelzweipol mit den erwähnten mittigen Abgriffen (X₁, X₂) der Primärwicklungen (P₄, P · ) des ersten Transformators über einen zweiten und einen dritten Transformator, deren Primärwicklungen durch Sperrkondensatoren für den Gleichstrom unterbrochen sind, verbunden ist.

7. Fernsprechverstärker nach einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeichnet ausserdem durch einen ersten Transformator (TR.) und einen zweiten Transformator (TR ') mit in mehrere Abschnitte (PR , PR₂, PR3, PR₄) unterteilten Primärwicklungen, deren Abschnitte mit den Leitungsdrähten balanciert in Reihenschluss stehen und zwei symmetrische Mittelpunkte (X₃, X₄) bilden, zwischen denen der erwähnte Pärallelzweipol über einen dritten Transformator mit durch einen Sperrkondensator für den Gleichstrom unterbrochener Primärwicklung eingeschaltet ist, während der Reihenzweipoi zwischen einem Ende der Sekundärwicklung (SR\j des ersten Transformators (TR ) und einem Ende der Sekundärwicklung (SRp) des zweiten Transformators (TR₂) eingeschaltet ist, wobei die anderen zwei Enden der Sekundärwicklungen (SR., SR„) miteinander und mit Masse verbunden sind.

8. Fernsprechverstärker nach einem der Ansprüche 1 - 7, gekennzeichnet ausserdem durch einen ersten Transformator (TR ) und einen zweiten Transformator (TR_?) mit in mehrere Abschnitte (PR., PRp, PR₃, PR₄) geteilten Primärwicklungen, deren Abschnit te mit den Leitungsdrähten balanciert in Reihenschluss stehen, und zwei symmetrischeMittelpunkte (X₃, X₄) bilden, an denen der Paralleizweipol über einen dritten Transformator (T₂) und einen

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vierten Transformator (T„) mit durch einen Sperrkondensator (C , C _) für den Gleichstrom unterbrochenen Primärwicklungen (P₂ ¹, Pp"» ^P3*5 ^P3"^ angeschlossen ist, während der Reihenzweipol zwischen einem Ende der Sekundärwicklung (SR.) des ersten Transformators (TR ) und einem Ende der Sekundär- _φ wicklung (SR„) des zweiten Transformators (TR ) eingeschaltet ist, wobei die anderen zwei Enden die'ser Sekundärwicklungen miteinander und mit Masse verbunden sind.

9. Zweidtrahtfernsprechleitung, bei der die Verstärkung mittels eines Fernsprechverstärkers nach einem beliebigen der vorausgehenden Ansprüche durchgeführt und .die Regellung des Übertragungsgewinnes durch gleichzeitige Änderung der Umwandlungsverhältnisse der den Pernsprechverstärker bildenen Wandler (A , A„) derart vorgenommen wird, dass das Produkt der erwähnten Umwandlungsverhältnisse über den gesamten Änderungsbereich konstant bleibt, während die Anpassung der Impedanz dadurch einsieht wird, dass zu jedem Wandler (A^, A~) Netze (Zas, Zap) mit festen, auf Grund der Hauptkonstanten der Leitung vorbestimmten Lastimpedanzen zugeschaltet werden.

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