DE2710291A1 - Wide band frequency input transformer - has input impedance and amplifier across its output terminals - Google Patents

Wide band frequency input transformer - has input impedance and amplifier across its output terminals

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Abstract

An assembly is used to improve the parameters and increase the frequency band of an input transformer used in telecommunication units. The improvements are obtained without increasing the size of the transformer. The assembly consists of two series impedances (3,4), the transformer (1) and an amplifier (2). The amplifier (2) provides a virtual short-circuit and is connected across the output terminals of the transformer (1). The amplifier (2) may be an inverting amplifier with feedback resistor or feedback unit. The two series resistors (3,4) may be replaced by an input amplifier. The amplifiers may have separate and independent power supplies.

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Verbreiterung der Band-Method and circuit arrangement for widening the band

breite und Verringerung der geometrischen Abmessungen von Eingangs-Trenntransformatoren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Parameter von Eingangs-Trenntransformatoren und insbesondere zur Verbreiterung der Bandbreite und Verringerung der geometrischen Abmessungen von Eingangs-Trenntransformatoren. Der Trenntransformator wird erfindungsgemäß durch einen virtuellen Kurzschluß belastet, daß heißt, durch eine extreme Belastung, anstatt der bisher verwendeten Abschlüsse mit begrenzten Werten. Folglich ist der magnetische Fluß in dem Transformator praktisch Null, und es werden die Ubertragungseigenschaften des Trenntransformators um Größenordnungen verbessert. Dieses Verfahren kann zum Beispiel derart realisiert werden, daß Impedanzen mit den Eingangsklemmen des Trenntransformators in Reihe geschaltet werden und an die Ausgangsklemmen ein einen virtuellen Kurzschluß erzeugender Verstärker geschaltet wird. Der einen virtuellen Kurzschluß erzeugende Verstärker kann mit Hilfe eines rückgekoppelten Invertierverstärkers ausgeführt werden.width and reduction of the geometrical dimensions of input isolating transformers The invention relates to a method and a circuit arrangement for improvement the parameters of input isolating transformers and in particular for broadening the bandwidth and reduction of the geometrical dimensions of input isolating transformers. According to the invention, the isolating transformer is loaded by a virtual short circuit, that is, through an extreme load, instead of the degrees previously used with limited values. As a result, the magnetic flux in the transformer is practical Zero, and the transmission properties of the isolating transformer are reduced by orders of magnitude improved. This method can be implemented, for example, in such a way that impedances connected in series with the input terminals of the isolating transformer and on the output terminals are connected to a virtual short-circuit generating amplifier will. The amplifier generating a virtual short circuit can with the help of a feedback inverting amplifier are performed.

Es ist bekannt, die Eingänge von übertragungstechnischen Geräten und Einrichtungen, Studioeinrichtungen, speziellen Niederfrequenz-bzw. Infrafrequenzgeräten und -einrichtungen sowie Videoübertragungssystemen durch Transformatoren zu koppeln, um die notwendige galvanische Trennung und erdsymmetrische Anpassung zu gewährleisten. Bekannterweise betragen die Eingangsimpedanzen der übertragungstechnischen Geräte im allgemeinen 10 kOhm. Durch Bemessung des Trenntransformators können die nötige Erdsymmetrie und inedrei Dekaden überschreitende Bandbreite, besonders neben den Impedanzen von 10 kOhm, nicht beliebig realisiert werden. In der Praxis ist es bekannt, daß eine Symmetriedämpfung über 40 dB bei Breitbandtransformatoren nur schwer realisierbar ist. Auf einer niedrigen Frequenz, daß heißt unter 200 Hz, kann die Eingangsimpedanz nur durch Steigerung der Hauptinduktivität des Trenntransformators erhöht werden, was notwendigerweise die Vergrößerung der geometrischen Abmessungen nach sich zieht.It is known that the inputs of transmission equipment and Facilities, studio facilities, special low-frequency or. Infrared devices to couple and equipment as well as video transmission systems through transformers, to ensure the necessary galvanic isolation and balancing to earth. As is known, the input impedances of the transmission equipment are generally 10 kOhm. By dimensioning the isolating transformer, the necessary Earth symmetry and a bandwidth spanning three decades, especially next to the Impedances of 10 kOhm cannot be implemented arbitrarily. In practice it is known that a symmetry attenuation of more than 40 dB is difficult to achieve with broadband transformers is. At a low frequency, i.e. below 200 Hz, the input impedance can can only be increased by increasing the main inductance of the isolating transformer, which necessarily entails an increase in the geometrical dimensions.

Es ist bekannt, daß ein Widerspruch zwischen der Vergrößerung der Übertragungsbandbreite und der Erhöhung der Eingangsimpedanz dieser Einrichtungen besteht. Die Verbreiterung der Übertragungsbandbreite zieht nämlich die Notwendigkeit der Verringerung der Eingangsimpedanz nach sich. Neuerlich vergrößert sich dieser Widerspruch durch die Miniaturisierungsbestrebungen, weil die realisierbaren Parameter grundlegend von den Abmessungen der induktiven Bestandteile beeinflußt werden.It is known that there is a contradiction between the magnification of the Transmission bandwidth and the increase in the input impedance of these devices consists. Namely, the broadening of the transmission bandwidth draws the need the reduction of the input impedance. This increases again Contradiction through the miniaturization efforts, because the realizable parameters can be fundamentally influenced by the dimensions of the inductive components.

Es folgt also, daß bekannterweise die Übertragung einer Bandbreite von fünf Dekaden, mit Hilfe von zwei oder mehr Eingangs-Trenntransformatoren gelöst wird. Natürlich können auf diese Weise die Forderungen der Miniaturisierung nicht erfüllt werden. Also besteht ein nicht gelöstes technisches Problem betreffend eine bedeutende Verkleinerung der Abmessungen der Trenntransformatoren sowie betreffend die Integrierbarkeit und die Verbreiterung der Übertragungsbandbreite.So it follows that, as is well known, the transmission of a bandwidth of five decades, solved with the help of two or more input isolating transformers will. Of course, the demands of miniaturization cannot be met in this way to be fulfilled. So there is an unsolved technical problem regarding a significant reduction in the dimensions of the isolating transformers as well as pertaining to the integrability and the broadening of the transmission bandwidth.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Lösung der genannten technischen Probleme zu schaffen.The invention is based on the object of a method and a circuit arrangement to solve the mentioned technical problems.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Eingangs-Trenntransformator durch einen virtuellen Kurzschluß belastet wird.According to the invention, this object is achieved in that the input isolating transformer is burdened by a virtual short circuit.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Grundschaltung mit einem Eingangs-Trenntransformator, einem den virtuellen Kurzschluß erzeugenden Verstärker und Reihenimpedanzen, Fig. 2 eine Ausführungsform mit einem Verstärker zur Erzeugung eines virtuellen Kurzschlusses, einer Rückkoppelimpedanz und einem Invertierverstärker, Fig. 3 eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach Fig.Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail below. In the drawing, Fig. 1 shows an inventive Basic circuit with an input isolating transformer, a virtual short circuit generating amplifier and series impedances, Fig. 2 shows an embodiment with a Amplifier for generating a virtual short circuit, a feedback impedance and an inverting amplifier, FIG. 3 shows an embodiment of the circuit arrangement according to Fig.

1 mit einem Rückkopplungsvierpol, Fig. 4 eine Ausführungsform mit einem Eingangsverstärker und einer von Erde unabhängigen Speisequelle, Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und Fig. 6 eine Ausführungsform mit einer Summierungsschaltung. 1 with a feedback quadrupole, FIG. 4 with an embodiment an input amplifier and a supply source independent of ground, FIG. 5 a further embodiment of the circuit arrangement according to the invention and FIG. 6 a Embodiment with a summing circuit.

Bei der erfindungsgemäßen Grundschaltung in Fig. 1 sind Reihenimpedanzen 3 und 4 an die Eingangsklemmen eines Eingangs-Trenntransformators 1 und mindestens ein Verstärker 2 zur Erzeugung eines virtuellen Kurzschlusses an die Ausgangsklemmen des Trenntransformators 1 geschaltet. Der Eingang der Schaltungsanordnung ist mit E, und der Ausgang mit A bezeichnet.In the basic circuit according to the invention in FIG. 1, there are series impedances 3 and 4 to the input terminals of an input isolating transformer 1 and at least an amplifier 2 for generation of a virtual short circuit the output terminals of the isolating transformer 1 are switched. The input of the circuit arrangement is labeled E and the output is labeled A.

Aus der Schaltungsanordnung in Fig. 1 ist es ersichtlich, daß der virtuelle Kurzschluß am Ausgang des Trenntransformators 1 zum Eingang des Transformators übertragen wird, so daß also ein virtueller Kurzschluß zwischen den Eingangsklemmen besteht.From the circuit arrangement in Fig. 1 it can be seen that the virtual short circuit at the output of the isolating transformer 1 to the input of the transformer is transmitted, so that a virtual short circuit between the input terminals consists.

Infolgedessen hängt der Eingangsstrom von den Reihenimpedanzen 3 und 4 ab. Dieser Eingangsstrom wird entsprechend dem Ubersetzungsverhältnis des Transformators umgewandelt, und der entstehende Ausgangsstrom fließt durch den virtuellen Kurzschluß. Am Ausgang A des den virtuellen Kurzschluß erzeugenden Verstärkers 2 tritt ein Signal auf, das dem durch den virtuellen Kurzschluß fließenden Strom proportional ist.As a result, the input current depends on the series impedances 3 and 4 from. This input current is corresponding to the transformation ratio of the transformer converted, and the resulting output current flows through the virtual short circuit. A signal occurs at the output A of the amplifier 2 generating the virtual short circuit on, which is proportional to the current flowing through the virtual short circuit.

Die Schaltungsanordnung ermöglicht gegenüber den bisher angewendeten herkömmlichen Anordnungen die Übertragung einer bedeutenden Bandbreite, und zwar dadurch, daß ein virtueller Kurzschluß auf dem Transformator lastet, daß heißt,der Transformator einen extremen Abschluß aufweist.The circuit arrangement allows compared to the previously used conventional arrangements required the transmission of a significant bandwidth, namely in that a virtual short-circuit is imposed on the transformer, that is, the Transformer has an extreme termination.

Das Verwendungsgebiet der beschriebenen Schaltungsanordnung kann dadurch erweitert werden, daß der den virtuellen Kurzschluß erzeugende Verstärker 2 in Fig. 1 durch einen über eine Impedanz 5 rückgekoppelten Invertierverstärker 6 in Fig. 2 ersetzt wird.The field of use of the circuit arrangement described can thereby be expanded so that the amplifier 2 generating the virtual short circuit in Fig. 1 by an inverting amplifier 6 fed back via an impedance 5 in FIG. 2 is replaced.

Der Invertierverstärker 6 kann zum Beispiel ein Operationsverstärker sein.The inverting amplifier 6 can, for example, be an operational amplifier be.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ermöglicht eine wesentliche Herabsetzung der unteren Grenzfrequenz. Bei dieser Schaltungsanordnung sind die Klemmen im Ausgang A über einen Rückkopplungsvierpol 7 mit dem den virtuellen Kurzschluß erzeugenden Verstärker 2 verbunden. Mit Hilfe dieser Schaltungsanordnung kann erreicht werden, daß der den virtuellen Kurzschluß erzeugende Verstärker 2 bei niedriger Frequenz, zum Beispiel unter 200 Hz, einen negativen Eingangswiderstand aufweist. Für höhere Frequenz bildet der Eingang des Verstärkers auch in diesem Fall einen virtuellen Kurzschluß, das heißt, daß der Eingangswiderstand praktisch Null ist. Auf diese Weise können die Verluste des Eingangs-Trenntransformators 1 bei niedriger Frequenz kompensiert werden, wodurch die untere Grenzfrequenz weiter abnimmt.The circuit arrangement according to FIG. 3 enables a substantial reduction the lower limit frequency. With this circuit arrangement, the terminals are in the output A via a feedback quadrupole 7 with the generating the virtual short circuit Amplifier 2 connected. With the help of this circuit arrangement can be achieved will, that the amplifier 2 generating the virtual short circuit is at a low frequency, for example below 200 Hz, has a negative input resistance. For higher In this case too, the input of the amplifier forms a virtual frequency Short circuit, which means that the input resistance is practically zero. To this Way can reduce the losses of the input isolating transformer 1 at low frequency be compensated, whereby the lower limit frequency decreases further.

Die Einstellung der Eingangsimpedanz bzw. des Signalpegels kann mit Hilfe eines Eingangsverstärkers 8, wie in Fig. 4 dargestellt, durchgeführt werden. In diesem Fall ist eine potentialmäßig unabhängige Speisequelle 9 notwendig, die zum Beispiel als Wandler oder Batterie ausgeführt werden kann.The input impedance or the signal level can be set with With the aid of an input amplifier 8, as shown in FIG. 4, can be carried out. In this case, a potential independent supply source 9 is necessary, which for example, can be designed as a converter or battery.

Die beschriebene Anordnung kann mit Beibehaltung aller vorteilhafter Eigenschaften auch als Ausgangs-Transformator benutzt werden, wenn der den virtuellen Kurzschluß erzeugende Verstärker 2, wie in Fig. 5 dargestellt, von der potentialmäßig unabhängigen Speisequelle 9 gespeist wird. In diesem Fall bilden die Ausgangsklemmen des den virtuellen Kurzschluß erzeugenden Verstärkers 2 potentialmäßig getrennte Ausgangspunkte.The arrangement described can be more advantageous if all are retained Properties can also be used as an output transformer when the virtual Short-circuit generating amplifier 2, as shown in Fig. 5, from the potential independent supply source 9 is fed. In this case the output terminals form of the amplifier 2 generating the virtual short-circuit in terms of potential Starting points.

Die beschriebene Schaltungsanordnung kann, wie in Fig. 6 dargestellt, als ein Umwandler mit 2/4 Drähten benutzt werden. Auf eine Leitung L sind die in Reihe geschalteten potentialmäßig getrennten Seiten geschaltet. In diesem Fall können die Reihenimpedanzen 3 und 4 eine Netznachbildung darstellen, weil sich sowohl der kurzgeschlossene Eingangs-Trenntransformator 1 als auch der Ausgang des den virtuellen Kurzschluß erzeugenden Verstärkers 2 als Kurzschlüsse verhalten. Somit wird die Leitung 2 durch die Reihenimpedanzen 3 und 4 abgeschlossen. Die notwendige Nebensprechdämpfung zwischen dem Vierdrahteingang und dem Ausgang an der potentialmäßig nicht getrennten Seite kann mit Hilfe einer Summierungsschaltung 10 sichergestellt werden.The circuit arrangement described can, as shown in FIG. 6, can be used as a 2/4 wire converter. On a line L are the in Serially connected electrically isolated sides. In this case you can the series impedances 3 and 4 represent a network simulation, because both the short-circuited input isolating transformer 1 as well as the output of the virtual Short circuit generating amplifier 2 behave as short circuits. Thus the Line 2 terminated by series impedances 3 and 4. The necessary crosstalk attenuation between the four-wire input and the output on the non-isolated Side can with Using a summing circuit 10 ensured will.

Wenn die Eingangswicklung des Trenntransformators 1 angezapft ist, kann die beschriebene Schaltungsanordnung als Gabeltransformator verwendet werden. In diesem Fall weisen die Reihenimpedanzen 3 und 4 einen extremen Wert, zum Beispiel Null, auf.When the input winding of isolating transformer 1 is tapped, the circuit arrangement described can be used as a fork transformer. In this case, the series impedances 3 and 4 have an extreme value, for example Zero, on.

Die auf diese Weise ausgebildete Gabelschaltung besitzt alle vorteilhaften Eigenschaften der beschriebenen Anordnung, das heißt, daß die Parameter des verwendeten Transformators um Größenordnungen verbessert werden.The hybrid circuit formed in this way has all the advantageous ones Properties of the arrangement described, that is, the parameters of the used Transformer can be improved by orders of magnitude.

Aufgrund von Erfahrungen kann festgestellt werden, daß die Vorteile der beschriebenen Schaltungsanordnung vervielfacht werden können, wenn mehrere derartige Schaltungsanordnungen in einer Einrichtung verwendet werden. Demzufolge kann in der Praxis ein Frequenzband übertragen werden, dessen Breite mehr als fünf Dekaden beträgt. Die Schaltungsanordnungen können nicht nur durch die Ausführungsbeispiele, sondern zum Beispiel auch durch die Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen realisiert werden, bzw. es kann der Trenntransformator bei irgend einer Ausführungsform durch mehrere, voneinander magnetisch unabhängige Transformatoren ersetzt werden.Based on experience it can be determined that the advantages the circuit arrangement described can be multiplied if several such Circuit arrangements are used in a facility. As a result, in In practice, a frequency band with a width of more than five decades can be transmitted amounts to. The circuit arrangements can not only by the embodiments, but also, for example, through the combinations of the various embodiments be realized, or it can be the isolation transformer in any embodiment replaced by several transformers that are magnetically independent of each other.

Der wichtigste Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ergibt sich einerseits daraus, daß die Aufgabe auf eine technisch ungewöhnliche Weise gelöst wird, was ermöglicht, eine übertragbare Bandbreite von fünf Dekaden zu erreichen. Das Frequenzband kann sich zum Beispiel von einigen Zehntel Hz bis 10 kHz ausbreiten. Abhängig von der Bemessung kann eine Bandbreite gleicher Größe auch in einem anderen Bereich, zum Beispiel von 10 Hz bis 1 MHz realisiert werden.The most important advantage of the proposed solution arises on the one hand from the fact that the task is solved in a technically unusual way, what enables a transferable bandwidth of five decades to be achieved. The frequency band can, for example, propagate from a few tenths of a Hz to 10 kHz. Depending on the dimensioning, a bandwidth of the same size can also be used in another area, for example from 10 Hz to 1 MHz.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die geometrischen Abmessungen der unter Verwendung von Operationsverstärkern realisierten Schaltungsanordnungen, im Vergleich mit den bekannten Anordnungen, wesentlich verringert und dadurch die Forderungen der Miniaturisierung erfüllt werden können.Another major advantage is that the geometric Dimensions of using operational amplifiers realized Circuit arrangements, compared with the known arrangements, significantly reduced and thereby the demands of miniaturization can be met.

Claims (9)

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Verbreiterung der Bandbreite und Verringerung der geometrischen Abmessungen von Eingangs-Trenntransformatoren Patentansprüche: f ö Verfahren zur Verbesserung der Parameter von Eingangs-Trenntransformatoren, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der EingarrJ4Trenntransformator (1) durch einen virtuellen Kurzschluß belastet wird. Method and circuit arrangement for broadening the bandwidth and reducing the geometrical dimensions of input isolation transformers Claims: f ö method for improving the parameters of input isolating transformers, in that the single isolating transformer (1) cuts through a virtual short circuit is loaded. 2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß an die Eingangsklemmen des Eingangs-Trenntransformators (1) Reihenimpedanzen (3 und 4) und an die Ausgangsklemmen des Trenntransformators mindestens ein Verstärker (2) zur Erzeugung eines virtuellen Kurzschlusses geschaltet sind. 2. Circuit arrangement for performing the method according to claim 1, by the fact that it is connected to the input terminals of the input isolating transformer (1) Series impedances (3 and 4) and to the output terminals of the isolating transformer at least one amplifier (2) connected to generate a virtual short circuit are. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der den virtuellen Kurzschluß erzeugende Verstärker (2) aus einem Invertierverstärker (6) mit einer Rückkopplunqsimpedanz (5) besteht. 3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that the virtual short-circuit generating amplifier (2) consists of a Inverting amplifier (6) with a feedback impedance (5). 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausgangsklemmen der Schaltungsanordnung über einen weiteren Rückkopplungsvierpol (7) an den den virtuellen Kurzschluß erzeugenden Verstärker (2) geführt sind. 4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, through this it is noted that the output terminals of the circuit arrangement are over a further feedback quadrupole (7) to the one generating the virtual short circuit Amplifier (2) are performed. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Eingangs-Trenntransformator (1) aus voneinander magnetisch unabhängigen Transformatoren besteht.5. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that g E k e n n n n e i n e t that the input isolating transformer (1) from each other magnetically independent transformers. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Eingangsverstärker (8) zwischen den Eingängen der Schaltungsanordnung und den Klemmen des Eingangs-Trenntransformators (1) liegt, und daß an den Eingangsverstärker (8) eine von Erde unabhängige Speisequelle (9) angeschlossen ist.6. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 5, characterized in that g e k e n n n n z e i c h n e t that an input amplifier (8) between the inputs the circuit arrangement and the terminals of the input isolating transformer (1), and that to the input amplifier (8) a feed source (9) independent of earth connected. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß an den den virtuellen Kurzschluß erzeugenden Verstärker (2) eine von Erde unabhängige Speisequelle (9) angeschlossen ist.7. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 6, characterized in that g e k e n n n n e i c h n e t that to the amplifier generating the virtual short circuit (2) a supply source (9) independent of earth is connected. 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Schaltung nach Anspruch 2 zwischen den den virtuellen Kurzschluß erzeugenden Verstärker (2) und den Ausgang der Schaltungsanordnung eine Summierungsschaltung (10) geschaltet ist, und daß der Eingang dieser Schaltung und der Ausgang der Schaltung nach Anspruch 7 mit einer Leitung (L) derart in Reihe geschaltet sind, daß der Eingang der Schaltung nach Anspruch 7 einerseits mit dem Eingang der Summierungsschaltung (10) und andererseits mit dem Eingang der ganzen Schaltungsanordnung verbunden ist.8. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 7, characterized in that g e k e n n n z e i c h n e t that in the circuit according to claim 2 between the virtual short-circuit generating amplifier (2) and the output of the circuit arrangement a summing circuit (10) is connected, and that the input of this circuit and the output of the circuit according to claim 7 with a line (L) thus in series are connected that the input of the circuit according to claim 7 on the one hand with the Input of the summing circuit (10) and on the other hand to the input of the whole Circuit arrangement is connected. 9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Eingangswicklung des Trenntransformators (1) mindestens eine Anzapfung aufweist.9. Circuit arrangement according to one of the claims 2 to 4, in that the input winding of the isolating transformer (1) has at least one tap.
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