DE2737786C2

DE2737786C2 - Einstellbarer Dämpfungsentzerrer

Info

Publication number: DE2737786C2
Application number: DE19772737786
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Nossek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-08-22
Filing date: 1977-08-22
Publication date: 1979-10-04
Also published as: DE2737786B1

Description

Die Erfindung betrifft einen als elektrischen Vierpol ausgebildeten einstellbaren Dämpfungsentzerrer, bei dem eine auf Bezugspotential liegende Leitung unmittelbar von einer Eingangsklemme zu einer Ausgangsklemme durchgeschaltet ist, bestehend aus wenigstens einem Differentialkondensator, aus Spulen, ohmschen Widerständen und einem dem Eingangsquerzweig parallelliegenden ohmschen Spannungsteiler, dessen Teilungspunkt zusammen mit der durchgehenden

Leitung den Ausgang bildet.

Zum Aufbau von Nachrichtenübertragungsstrecken sind bekanntlich auch Entzerrerschaltungen erforderlich, Schaltungen also, die geeignet sind, Verzerrungen, die auf der Übertragungsstrecke auftreten, wu der zu

ίο entzerren. Eine spezielle Art solcher Entzerrer sind Dämpfungsentzerrer, die einen resonanzartigen Verlauf der Dämpfungskurve haben und als sogenannte Buckelentzerrer bekannt sind. Bei Dämpfungsentzerrern dieser Art läßt sich bei einer vorgebbaren Frequenz A entweder eine resonanzartige Anhebung oder auch eine resonanzartige Absenkung des Dämpfungsverlaufs erzielen, die dabei erreichbare Dämpfungsanhebung bzw. Dämpfungsabsenkung wird auch als Dämpfungshub bezeichnet

Entzerrer der eingangs genannten Art sind bereits durch die DE-PS 18 05 461 bekanntgeworden. Dabei wird der Dämpfungshub mit Hilfe eines Differentialkondensators eingestellt Wenn bei einem Übertragungssystem hohe Anforderungen an die Übertragungsqualität gestellt werden, dann ist es u. a. auch von Bedeutung, daß solche Dämpfiingsentzerrer einen möglichst hubsymmetrischen DäiEpfungsverlauf zeigen. Diese Hubsymmetrie läßt sich mit der bekannten Schaltung jedoch nicht immer in ausreichendem Maß verwirklichen. Es zeigt sich weiterhin, daß eine Hubänderung zugleich auch eine Bandbreitenänderung bewirkt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Entzerrerschaltungen anzugeben, mit denen sich einerseits eine möglichst genaue Hubsymmetrie erreichen läßt und

andererseits eine Änderung des Dämpfungshubes möglichst keine Rückwirkungen auf die Bandbreite hat Ausgehend von einem als elektrischen Vierpol

ausgebildeten einstellbaren Dämpfungsentzerrer, bei dem eine auf Bezugspotential liegende Leitung unmittelbar von einer Eingangskleinme zu einer Ausgangsklemme durchgeschaltet ist, bestehend aus wenigstens einem Differentialkondensator, aus Spulen, ohmschen Widerständen und einem dem Eingangsquerzweig parallelliegenden ohmschen Spannungsteiler, dessen Teilungspunkt zusammen mit der durchgehenden Leitung den Ausgang bildet, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst daß im Eingangsquerzweig zwei gekoppelte Spulen liegen und jede dieser Spulen über einen Widerstand an eine der

51, Eingangsklemmen angeschaltet ist, daß ein Stator des Differentialkondensators der ersten Spule in Serie nachgeschaltet, der zweite Stator der zweiten Spule in Serie vorgeschaltet ist, während der Rotor am Teilungspunkt des Spannungsteilers liegt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.
Es zeigt in der Zeichnung

bo Fig. 1 eine aus einem einzelnen Glied bestehende Entzerrerschaltung,

Fig.2 das zu Fig. 1 gehörende elektrische Ersatzschaltbild,

Fig.3 eine den Differentialkondensator ergänzende

h-, einstellbare Kondensaiorschaltung,

Fig.4 eine den Differentialkondensator ergänzende Kondensatorschaltung mit Festkondensatoren als Zusatzkondensatoren,

Fig,5 eine Schaltung, mit der mehrere Dämpfungsbuckel einsteilbar sind,

Fig.6"eine gegenüber Fig.5 erweiterte Schaltung, bei der aktive Elemente verwendet werden,

F i g. 7 ein Impedanznetzwerk zur Kompensation des Eingangswiderstandes eines Entzerrers.

F i g. 1 zeigt einen Dämpfungsentzerrer, der in der Art eines elektrischen Vierpols ausgebildet ist. Die Eingangsklemmen sind mit 2 und 2', die Ausgangsklemmen mit 3 una 3' bezeichnet Die Eingangs- bzw. die Ausgangsspannung sind durch die Pfeile U\ bzw. Uj kenntlich gemacht Die Eingangsklemme 2' und die Ausgangsklemme 3' sind mit einer durchgehenden Leitung 1 verbunden, und es kann demzufolge die Leitung 1 auf Bezugspotential, wie beispielsweise Massepotential, gelegt werden. Die Ausgangsspannung U₂ wird am Teilungspunkt 11 eines ausgangsseitigen Spannungsteilers abgenommen, der im Querzweig liegt und der aus den Widerständen A3 und fU besteht Im Eingangsquerzweig liegt ein Widerstand Ri, dem eine Spule 5 mit der Induktivität O²L ltachgeschaltet ist Ferner ist ein einstellbarer Differentialkondensator 9 vorgesehen, dessen Rotor mit der Bezugszifrer 10 und dessen beide Statoren mit den Bezugsziffern 7 und 8 versehen sind. Der zweite Anschluß der Spule 5 führt auf den Stator 7 des Differentialkondensators 9, während der Stator 8 auf den ersten Anschluß der Spule 6 führt Der zweite Anschluß der Spule 6 ist über den Widerstand R₂ mit der Leitung 1 verbunden. Die Spulen 5 und 6 sind miteinander gekoppelt, so daß sich ein Übertrager mit dem Übersetzungsverhältnis 0:1 ergibt

An sich kann in der Schaltung nach F i g. 1 der Rotor 10 unmittelbar auf den Teilungspunkt 11 des Spannungsteilers A3, A4 geschaltet werden. In F i g. 1 ist insofern bereits eine vorteilhafte Ausgestaltung dargestellt, als dem Rotor 10 ein Kondensator C₀ und ein Widerstand Ro in Serie geschaltet sind. In F i g. 1 sind unmittelbar die Kapazitätswerte in Abhängigkeit vom Drehwinkel « eingezeichnet; dabei soll λ = 1 bedeuten, daß der Rotor 10 vollständig dem Stator 7 gegenübersteht, während für λ = 0 der Rotor 10 vollständig dem Stator 8 gegenübersteht.

In F i g. 2 ist das elektrische Ersatzschaltbild für die Schaltung nach F i g. 1 dargestellt Es sind in F i g. 2 die gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 1 verwendet, so daß die für F i g. 1 gemachten Ausführungen unmittelbar auch für F i g. 2 Gültigkeit haben. Darüber hinaus sind in F i g. 2 unmittelbar die gültigen Formeln angegeben. Mit L\ und L₂ ist jeweils die Selbstinduktivität der Spulen 5,6 und mit Md\e Gegenindoktivität zwischen den Spulen 5 und 6 bezeichnet. K bedeutet in bekannter Weise den Kopplungsfaktor und die Streuung. Die in Serie zu R₁ bzw. A₂ liegenden Kondensatoren Q bzw. C₂ sind als veränderbare Kondensatoren zu denken und bilden jeweils die Kapazität zwischen Stator 7 und Rotor 10 bzw. Stator 8 und Rotor 10 des in Fig. 1 dargestellten Differentialkondensators nach.

Das in den F i g. 1 bzw. 2 gezeigte Entzerrernetzwerk hat folgende Eigenschaften:

Seine Dämpfungsfunktion ist vom vierten Grad, wenn der durch Lu Li und M gebildete Übertrager einen Kopplungsfaktor k < 1 aufweist. Für feste Kopplung k = 1 erhält man eine Dämpfungsfunktion dritten Grades, die sich für Ci = C\_max und C₂ = 0 (maximale Anhebung) bzw. für C\ = 0 und C₂ = C₂ma_; (maximale Absenkung) weiter zu einer Funktion zweiten Grades vereinfacht. In Gleichung (1) ist die Dämpfungsfunktion D(p)des Netzwerkes nach den Fi g. 1 und 2 angegeben.

Dabei bedeutet ρ die komplexe Frequenzvariable (P=Oi-J(O) mit σ als Realteil und ω als Imaginärteil der komplexer. Frequenz.

D(p) = K·

+ ^a\P

b_Q

In Gleichung (1) lassen sich die Zähler- bzw. die Nennerkoeffizienten ao bis άα, bzw. bo bis Zi* sowie K ίο unter Verwendung des in Fig,2 dargestellten Ersatzschaltbildes nach an sich bekannten Regeln der Netzwerktheorie ausdrücken.

Die Dämpfungsfunktion (1) des Netzwerkes in den F i g. 1 und 2 läßt sich auch folgendermaßen darstellen:

(P" + 2 O₀P + ('ζ)(ρ" + 2Ct₁P + ι

= K

(p²

² +2o₂p + <4

Dabei ist durch ooo, ωοο und σο, ωό das dominante Pol-Nullstellenpaar beschrieben, da.·, den gewünschten Dämpfungsbuckei erzeugen soll. Der Einfluß des störenden Pol-Nullstellenpaares σ₂, ω₂ und σι, ωι soll im Bereich des zu entzerrenden Frequenzbandes gering sein. Dies ist erfüllt wenn folgende Bedingungen eingeigten werden:

σ,,Ct₂

"ο.^σοο

> (H₀, (H₀₀

οι, und It)₂ bzw. Ct₁ und σ₂ von gleicher Größenordnung.

Legt man in den Schaltungen nach den F i g. 1 und 2

einen Übertrager mit fester Kopplung k = 1 zugrunde, so vereinfacht sich das störende Pol- und Nullstellenpaar zu je einer einfachen, reellen Pol- bzw. Nullstelle, die in analoger Weise berechnet werden können. An den Formeln für das dominante Pol- und NulIstelltMipaar ändert sich dadurch nichts.

Bei einer Änderung des Dämpfungshubes der Enuerrerschaltung soll sich die Buckelmittenfrequenz möglichst nicht ändern. Hierfür läßt sich bei einer Darstellung in der komplexen Frequenzebene zeigen,

daß bei Änderung von ao und Ooo der Abstand der Pole und Nullstellen vom Ursprung der p-Ebene gleich bleiben, d. h., es muß ωο = ωοο = const, gelten.

Diese Bedingung ist unter der Annahme einer kleinen relativen Bandbreite dann erfüllt, wenn die in Gleichung

so (4) angegebene Beziehung eingehalten wird.

<»0 * "¹OO

₁ + C₂+

(ö² + 2kü + I )1
(4)

Werden, wie in F i g. 1 dargestellt, die Kapazitäten Q _b0 und C₂ mit einem Differential-Drehkondensator realisiert, so kann für Q > G, C₂ unter der Voraussetzung

C₂ = (1 -

ein annähernd vom Drehwinkel λ des Differential-

Drehkondensators unabhängiger Wert für ω_η erzielt werden:

OJ(X)

'"n * '"do *

(61

Die Bedingung (6) wird von einem gewöhnlichen Differentialdrehkondensator nur für ü = 1 mit Ci + C₂ const, erfüllt. Für 0Φ 1 wird vorteilhaft der Drehkondensator 9 mit zwei unterschiedlichen Statorpaketen ausgelegt, die den beiden Extremkapazitäten

₂ ,„„, = C" bzw. C_{1 m},_lt =

entsprechen. Ebenso kann die Bedingung (6) von einem

einer Kapazität ein einfacher Drehkondensator auf gleicher Achse parallel geschaltet wird, erfüllt werden.

Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fi g. 3 gezeigt, bei dem unmittelbar die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. I verwendet sind. Im Beispiel ist zu erkennen, daß dem Stator 8 und dem Rotor IO über eine Gleichlaufeinrichtung 12 ein ahstimmharer Kondensator C parallel geschaltet ist. Die für dieses Beispiel gültigen Formeln sind unmittelbar in F i g. 3 angegeben.

Die gleiche Wirkung läßt sich auch dann erreichen, wenn im Beispiel der Fig. 3 der Drehkondensator C dem Stator 7 und dem Rotor 10 parallel geschaltet wird.

Weiterhin ist eine näherungsweise gleichbleibende Buckelmittenfrequenz ω₀ « ωοο mit Hilfe von Gleichiaufkondensatoren nach Fig.4 möglich. In diesem Beispiel ist dem Stator 8 und dem Rotor 10 ein Kondensator CVparallel geschaltet und dieser Parallelschaltung ein Kondensator CV in Serie nachgeschaltet. Die für die einzelnen Kapazitäten gültigen Beziehungen sind in F i g. 4 unmittelbar mit angegeben, und es gelten diese Überlegungen analog auch dann, wenn die Parallel- bzw. Serienschaltung — nicht wie dargestellt — zwischen dem Stator 7 und dem Rotor 10 erfolgt.

Die in Fig.4 angegebene Gleichung kann nur für zwei Werte des Drehwinkels λ exakt erfüllt werden. Wie groß die Abweichungen von Gleichung (5) in allen anderen Stellungen des Differential-Drehkondensators sind, hängt im wesentlichen von ü ab. Ob die

rierbar ist. muß im Einzelfall überprüft werden.

Im folgenden sei davon ausgegangen, daß die Kapazität G bei der Realisierung des Entzerrers als Zusatzkondensator zur Erzielung einer bestimmten Maximalkapazität des Differentialdrehkondensators C dient. Es sei ferner angenommen, daß maximale Anhebung bzw. Absenkung für tx._ma, = 1 bzw. tx_mm = 0 erreicht werden. Dabei ergeben sich für die zu erzielen<!'.n Dämpfungshübe Δβ\ bzw. Aa₂ und die Bandbreiten-Halbwertsbreite Δα>\ bzw. Am₂ die in Gleichung (7) angegebenen Beziehungen.

(R, + R,,+ RyHRy f R₄) _

R₁ + R₁, + R, ir L (R₁ + R₀ + Ry)[Ry + R₄)

= O) = In Γΐ

R₂ (R₂ + R₀)[Ry + R₄)J
[R₂ + RiMRy + Ri)

Dabei ist unter der Bandbreite Δω\ bzw. Δω₂ jener Frequenzbereich zu verstehen, der durch die beiden Frequenzen f_u und f„ abgegrenzt ist. bei denen die Dämpfung bereits auf die Hälfte des Dämpfungshubes Aa\ bzw.^a.) abgesunken ist.

Der Widerstand Ro tritt in diesen Formeln nur in der Form A₁ + Ro bzw. R₂ + R_n auf. Er kann also, ohne die Dämpfungsgänge in diesen Extremstellungen zu ändern, weggelassen werden (Ro = 0). Bei vorgegebener Grunddämpfung ao und Buckelfrequenz ωο können vorzuschreibende Werte für /la,, Δω\ und Aa₂, Δω₂ verwirklicht werden. Als Freiheitsgrad verbleibt das Widerstandsniveau der Schaltung. Es kann z. B. R₄, der Abschlußwiderstand, gewählt werden.

Setzt man C= \/mlL dann erkennt man aus Gleichung (7), daß die absolute Halbwertsbreite Δω des Dämpfungsbuckels mit einer einstellbaren Induktivität L — siehe F i g. 1 — eingestellt werden kann.

Meist ist eine entsprechende Entzerrung des Übertragungsbereiches nur mit einer größeren Anzahl einstellbarer Dämpfungsbuckel möglich. Deshalb ist es nötig, mehrere Einzelentzerrer zu kombinieren. Prinzipiell könnten die Einzelentzerrer mit Hilfe von Trennver-

stärkern in Kette geschaltet werden. Bei einer entsprechenden Ebnung des Eingangswiderstandsverlaufes ist die Kettenschaltung auch ohne Trennverstärker denkbar. Im ersten Fall ist der Aufwand an Verstärkern zu groß, während im zweiten Fall neist eine unzulässig große Grunddämpfung aufläuft.

In Fig.5 ist eine Möglichkeit für eine solche Vielfachschaltung dargestellt Es sind dabei einzelne unterschiedlich abgestimmte Glieder Λ/, bis N_n parallel geschaltet. Für jedes einzelne Glied treffen dabei die vorstehend gemachten Ausführungen zu, und es sind deshalb in der Schaltung nach Fig.5 die einzelnen Schaltelemente, die unmittelbar der Schaltung nach F i g. 1 entsprechen, lediglich mit einem laufenden Zahlenindex 1 bis π versehen. Die Rotoren der einzelnen Differentialkondensatoren sind dabei über eine gemeinsame Leitung 15 zusammengefaßt und führen auf den Verzweigungspunkt 11 des ausgangsseitigen Spannungsteilers Ry, Ra- Die einzelnen Glieder sind dabei in ihrer Frequenziage unterschiedlich abgestimmt

Bei der Schaltung nach Fig.5 ist allerdings das Impedanzniveau für sämtliche Entzerrerzweige festgelegt.

In F i g. 6 ist zur Behebung dieser Schwierigkeit eine Vielfachschaltung gezeigt, bei der eine spannungs- und eine stromgesteuerte Spannungsquelle 15, 16 in die Schaltung derart einbezogen sind, da3 das Impedanzniveau der einzelnen Zweige frei wählbar ist und darüber hinaus ist nahezu keine gegenseitige Beeinflussung durch zu niederohmige frequenzabhängige Zweige magisch.

Mit Hilfe der spannnungsgesteuerten Spannungsquelle 15 wird die durch den Festspannungsteiler R', R" geteilte Eingangsspannung U als beliebig belastbare Urspannung U zur Verfügung gestellt. Die über die Rotoren der Differential-Dreh-Kondensatoren der einzelnen Glieder abfließenden Ströme werden nach einer Teilung (R, R\ ... R_n) über zwei gemeinsame Leitungen 17, 18 zusammengefaßt und fließen über die spannungsgesteuerte Spannungsquelle 15 ab. Der Strom / in einer der gemeinsamen Leitungen 17 steuert die

AüSgurigSSpaMMÜng ftf uCr SinömgcSicücricfi jpän-

nungsquelle 16, die die Ausgangsspannung (Λ der gesamten Entzerreranordnung liefert. Durch die Stromaufteilung auf die beiden gemeinsamen Leitungen kann das Impedanzniveau der einzelnen Glieder voneinander unabhängig gewählt und doch der gleiche Betrag zum steuernden Gesamtstrom geliefert werden. Da die gemeinsamen Leitungen 17, 18 an eine ideale Spannungsquelle angeschlossen sind, findet keine gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Glieder statt.

Wenn der Entzerrer aus einem Generator mit endlichem Innenwiderstand ohne Trennverstärker gespeist werden soll, dann soll bei hohen Anforderungen der Eingangsscheinwiderstand im Übertragungsfrequenzbereich eine möglichst geringe Frequenzabhängigkeit und einen kleinen Imaginärteil haben. Auf diese Weise lassen sich hohe Anforderungen an die Reflexionsdämpfung erfüllen, und es soll zudem erreicht werden, daß die Spannungsdämpfung und die Betriebsdämpfung übereinstimmen.

In Fig. 7 ist ein Impedanzzweipol gezeigt, der für diesen Fall an die Punkte 4, 4' in Fig. I geschaltet werden kann und der eine zur Eingangsimpedanz des Entzerrers konjugierte Impedanz aufweist. Dieser Impedanzzweipol besteht aus der Serienschaltung eines uiiiiiitiieii Widerstandes und eines Paraiieischwingkreises mit der Induktivität L' und der Kapazität C. Die Bemessungsformeln sind unmittelbar in F i g. 7 mitangegeben, wobei der Widerstand den Wert R\ + R? hat und R] bzw. Ri unmittelbar die den Spulen 5 und 6 vor- bzw. nachgeschalteten Widerstandswerte gemäß Schaltung nach F i g. 1 sind.

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Claims

Patentansprüche:

1. Als elektrischer Vierpol ausgebildeter einstellbarer Dämpfungsentzerrer, bei dem eine auf Bezugspotential liegende Leitung unmittelbar von einer Eingangsklemme zu einer Ausgangsklemme durchgeschaltet ist, bestehend aus wenigstens einem Differentialkondensator, aus Spulen, ohmschen Widerständen und einem dem Eingangsquerzweig parallelliegenden ohmschen Spannungsteiler, dessen Teilungspunkt zusammen mit der durchgehenden Leitung den Ausgang bildet, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingangsquerzweig (2,2') zwei gekoppelte Spulen (5/ 6) liegen und jede dieser Spulen 5, 6) über einen Widerstand (Ru Ri) an eine der Eingangsklemmen (2 bzw. 2') angeschaltet ist, daß ein Stator (7) des Differentialkondensators (9) der ersten Spule (5) in Serie nachgeschaltet, der zweite Staler (8) der zweiten Spule (6) in Serie vorgeschalte* ist, während der Rotor (10) am Teilungspunkt (11) des Spannungsteilers (R₃, A₄) liegt

2. Dämpfungsentzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einen der Statoren (z. B. 8) und den Rotor (10) des Differentialkondensators (9) ein im Gleichlauf (12) durchstimmbarer Kondensator (C) geschaltet ist (F i g. 3).

3. Dämpfungsentzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einen der Statoren (z. B. 8) und den Rotor (10) des Differentialkondensators (9) ein Festkondensator (C₂") geschaltet ist und zu dem Verbindungspunkt von Festkondensator und Stator ein weiterei Festkondensator (Cz) in Serie liegt (F ig. 4).

4. Dämpfungsentzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rotor (10) des Differentialkondensators (9) und den Teilungspunkt (11) des Spannungsteilers (Ry, /?#) ein Widerstand (Ro) und/oder ein Kondensator (Cs) geschaltet ist.

5. Dämpfungsentzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Parallelschaltung mehrerer einzelner unterschiedlich abgestimmter Glieder (N\ bis N_n) (Fig. 5).

6. Dämpfungsentzerrer nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß eine spannungs- und eine stromgesteuerte Spannungsquelle (15, 16) derart in die Schaltung einbezogen sind, daß der von einem einzelnen Glied (z. B. /V₁) am Ausgang erzeugte Dämpfungsbuckel durch die Einstellung der übrigen Glieder (z. B. N₂ bis /V_n) nahezu unverändert bleibt (F ig. 6).

7. Dämpfungsentzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang (2, 2') ein zum Entzerrereingangswiderstand konjugierter Widerstand, bestehend aus der Serienschaltung eines Parallelschwingkreises (L', C) und eines ohmschen Widerstandes (R\ + R₂) parallel geschaltet ist (F i g. 7).