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Gabelschaltung zur Verbindung einer Zweidraht- und
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einer Vierdrahtleitung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
mit aktiven Elementen für den Übergang von Zweidraht- auf Vierdrahtloitungen und
umgekehrt an der Schnittstelle von Übertragungs-und Vormittlungssystemen, mit einem
durch einen Transformator abgeriegolton Zweidrahtanschluß, einem Vierdrahteingang
und einem Vierdrahtausgang.
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Durch die DT-OS 19 63 507 ist eira Schaltung zur Vorbindung einer
Zweidraht- und einer Vierdrahtleitung bekannt, die die Aufgabe löst, die Frequenzabhängigkeit
der Gaboldampfung zu beseitigen. Dieso Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der galb4>citigo
Widerstand des Viordrahtausganges durch den niederohmigen Ausgangswiderstand eines
in den Vierdrahtausgang
eingeschalteten ersten Verstärkers, und
dor gabelseitige Widerstand des Vierdrahteinganges durch den hochohmigen Eingangswiderstand
eines in den Vierdrahteingang eingoschalteten zweiten Verstärkers gebildet ist.
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Ein wesentlicher Nachteil dieser Schaltung ist dor hohe Lei stungsverbrauch.
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Diese in der DT-OS 19 62 507 veröffontlichte Gabelschaltung gohört
zur Klasse der Schaltungen mit 4 Knotenpunkten, obenso wie die von M. Terai und
R. Matsuda in Review of the Electrical Communication Laboratory Vol. 18, No 11 -
12, November-December 1970, in dem Aufsatz "Non-Inductive Anti-Sidetone Circuits
for Telephore Sets" veröffentlichten Schaltungsgruppen.
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Auch diese Schaltungsgruppen, wie die in der DT-OS 19 63 507 veröffentlichte
Schaltung, sorgen für eine passive Widorstandatransformation, so daß Spulen und
negative Widerstände nicht erforderlich sind. Je nach dem Eingangswiderstand der
Zweidrahtleitung werden in den übrigen Zweigen entsprechend der Abgleichbedingung
bestimmte komplexe oder reelle Widerstände auftreten müssen, die nicht mehr frei
wählbar sind.
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Dies ist ein Nachteil, da man insbesondere den Abschluß der
Zweidrahtleitung
oft nach anderen Gesichtspunkten vornehmen will als er durch den Gabelabgleich üblicherweise
definiert ist.
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Die zu der Erfindung führende Aufgabe war es daher, eine Klasse von
Gabelschaltungen mit 2 bis 3 Knotenpunkten anzugeben, die sich an komplexe Eingangswiderstände
dor Zwoidrahtleitung nur mit Hilfe von RC-Netzwerken gut anpassen lassen, wobei
insbesondere dor Abschluß der Zweidrahtlcitung frei wählbar ist, wobei unabhängig
vom Eingangswiderstand der Zweidrahtleitung alle anderen Elemento dor Gabolschaltung
ihre Werte behalten und wobei der Abgleich aller Richtungen rückwirkungsfrei mit
größeren Widerständen und mit Kondensatoron kloinorer Kapazität als für dio 600
Ohm-Technik erforderlich duchgeführt werden kann, so dan oin geringerer Leistungsbedarf
erforderlich ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, wie im Anspruch 1 beschrieben.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Im folgonden werden anhand der Figuren die verschiedenen Schaltungen
näher orläutert.
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Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Gabel
schaltung mit den drei wesentlichen Bestandteilen:
Verzweigungsnetzwerk
l, Zweidrahtanschluß 2 und Vorgleichsschaltung 3.
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Das Verzweigungsnetzwerk 1 enthält zwei Zweige mit je einer Verstärkerschaltung,
wobei mindestens vor dom Verstärker 13 ein den Frequenz- und Phasongang dos Zweidrahtanschlusses
nachbildendes Netzwerk 12 geschaltet ist.
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Grundsätzlich kann man auch in den zweiten Zweig, vor dom Verstärker
11, ein passend gewähltes Notzwork einschalten. Mit Hilfe des Netzwerkes 12 soll
erreicht werden, daß die Vierdrahtoingangsspannung U in der Vorgleichsschaltung
3 kompensiert wird, so daß am Vierdrahtausgang 33 der Vergleichsschaltung 3 nichts
von der Vicrdrahtcingangsspannung Ue festzustellen ist. Die Vierdrahteingangsspannung
Ue wird dagegen optimal verstärkt auf die Zweidrahtleitung geführt.
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Dio ankommende Zweidrahtspannung U2Dr wird in ihror vollon Größe nur
dem Eingang 31 der Vergleichsschaltung zugeführt, so daß der dadurch auftretende
Spannungs- bzw. Stromunterschied zwischen den Eingängen 31 und 32 der Vergloichsschaltung
3, an deren Ausgang 33 verstärkt als Vierdrahtausoangsspannung Ua erscheint. Die
Verstärkerschaltungen 11 und 13 des Verzweigungsnetzwerkes 1 entkoppeln den Zweidrahtanschluß
und den Vierdrahtausgang vom Vierdrahteingang. Das
den Frequenz-
und Phasengang des Zweidrahtanschlusses nachbildende Netzwerk 12 ist vor der Verstärkerschaltung
13 eingeschaltet, damit es leistungsarm aufgebaut wordon kann.
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Die Figur 2 zeigt eine vorteilhafte Anordnung einer Gabelschaltung,
bei der die allen Schaltungen zugrundeliegende Vergleichsschaltung durch die Anwendung
definierter Stromquellen J1, 2 abgewandelt ist. Die auf der Vierdrahtleitung ankommenden
Spannungen Ue werden in proportionale eingoprägte Strömo J1 und J2 verwandelt, wobei
J1 am Zweidraht anschluß die Spannung U1 und J2 am Nachbildnetzwerk N die Spannung
U2 erzeugt. Die abgehende Spannung Ua an der Vierdrahtleitung enthält keinen Echo-
odor Rückflußanteil, wenn U1 - U2 = 0 ist. Die Abnahme der Spannung U1 - U2 goschieht
mit einem hochohmigen Differenzverstärker, der die Widerstandsverhältnisse nicht
beeinflußt und Leitungs- und Nachbildkreis entkoppelt.
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Die Zweidrahtleitung kann, abgesehen vom Transformator und Kondensator
durch einen frei wählbaren Zweipol Z abgeschlossen werden.
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Die Umsetzung der ankommenden Vierdrahtspannung U in die Ue Ströme
J1 und J2 kann frequenzabhängig erfolgen, die Frequenzgänge
von
N und Z ausgleichen oder in einem gewünsch--a ten Sinne verändern. Man wird von
dieser Tatsache, insbesondern im Nachbildkreis zum Aufbau der Spannung U2 Gebrauch
machen. Die Ströme J1, J2 müssen nicht gleich sein, aus Gründen der Leistungsersparnis
wird man J2 kloinor und den Nachbildzweipol N entsprechend hochohmig wählen. Es
ist nicht erforderlich, der Nachbildung N den gleichen oder einen proportionalen
Scheinwiderstand wie dem Zweidrahtanschluß p zu gebon. Die Nachbildung N kann auch
ein ohmscher Widerstand sein, wenn 22 den entsprechenden Froquenz- und Phasengang
aufweist.
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Beim Abgleich soll U1 = U2 sein, also muß J2 bei N n R beispielsweise
um den Winkel v gegenüber 21 voreilon.
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Wäro p kapazitiv, so münte 22 nacheilen. Voreilende oder nacheilende
Ströme lassen sich aber leicht mittels einfacher RC-Netzwerke aus einer Spannung
ableiten. Es ist daher als besonderer Vorteil der Erfindung anzusehen, daß eine
Nachbildung der Spannung U1 durch U2 auch bei induktivem p nur mit Hilfe von RC-Netzwerken
durchgeführt werden kann.
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Die Ströme j1 und J2 werden aus der Vierdrahteingangsspannung Ue durch
Vierpole mit den Transferimpedanzen ZT1 und erzeugt. Sich daran anschließende Transistoren
dionen
als Impedanzwandlor mit einem sehr kleinen Eingangswiderstand
(um 10#) und einem hohen Ausgangswidorstand (um 1MQ).
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Die Transferimpedanzen ZT1 1 und ZT2 sind wie folgt definiort:
als das Verhältnis von Eingangsspannung zu Ausgangsstrom eines Vierpols.
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Daraus erhält man die Abgleichbedingung U1 = U2 oder P . J1 = N .
J2 oder
Da die Spannung U1, d. h. die linke Seite der Gleichung ein möglichst unverzerrtes
Abbild der Spannung Ue sein soll, wird man ZT1 nur zum Ausgleich eines unerwünschten
Frequenzganges von p einen komplexen Wert vorleihen.
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Die Transferimpedanz ZT 1 kann aber auch als ohmscher Widerstand gewählt
werden, dessen Größe die frei wählbare Dämpfung oder Verstärkung der Gabelschaltung
bestimmt.
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Ein Problem ist die Gabeldämpfung bei offenem Zwoidrahteingang, da
bei Re ##, wegon der großen Fehlanpassung, die Spannungen U1 und U2 verschieden
werden. Das Problom wird dadurch gelöst, daß bei vorhandener Speisung der Zweidrahtloitung
das Einschalten der Ströme J1 und J2 vom Vorhandensein des Schloifenstromes abhängig
gemacht wird. Damit ist die Gabel vom Eingang der Vierdrahtseite her gesperrt und
zu koiner Instabilität fähig.
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Die Figur 3 zeigt eine vorteilhafte Schaltung, bei dor nur ein Teilstrom
von I1 kompensiert werden muß. Dadurch kann der Transformator auch hier cinpolig
geerdet werden1 was Vorteile bezüglich des Entkoppelns von Störimpulson hat.
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Das Symbol # ist die Diffcrenzstromsenke nach Fig. 5.
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Die Figur 4 zeigt eine Schaltung, die eine Sonderstellung einnimmt.
Diese Schaltung hat nur zwei ochte Reaktanzen, die bei Gleichheit oine abgeglichene
Gabel darstellon. Sonst ist die Fehlanpassung q - Z mit I2 zu kompensieren.
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Die Figur 5 zeigt oinc Grundschaltung zur Abnahme dor Differenzsignale
in Form einer Differenzstromsenlce mit kleinem Eingangswiderstand.
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Äquivalente Schaltungen zu denen in Figur 3 und Figur 4
gezeigten,
lasson sich auch mit Summenstromsenken realisieren.
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Durch Vertauschen der einzelnen Strukturelemente , q, Z J1, J2, N
lassen sich eine ganze Reihe weiterer Schaltungen realisieren, denen aber allen
die in Figur 1 dargestellte Prinzip schaltung zugrundeliegt.
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L e e r s e i t e