DE468683C - Verstaerkerschaltung fuer Fernsprechanlagen - Google Patents

Description

Die zur Zeit in Gebrauch befindlichen Zwischenverstärkerschaltungen haben den Nachteil, daß entweder infolge des künstlichen Leitungsausgleichs bei Zweidraht-Zweirohr-Schaltungen die Hälfte der vom Verstärkerrohr abgegebenen Energie im Leitungsausgleich verzehrt wird, oder daß bei Vierdrahtschaltungen wegen des Vorhandenseins je einer besonderen Hin- und Rückdoppelleitung

ίο die Hälfte des Kupferquerschnittes unausgenutzt bleibt; ferner ist in beiden Fällen von Nachteil, daß nur eine sehr beschränkte Anzahl von Verstärkerschaltungen hintereinander verwendet werden kann.

Erfindungsgemäß wird nun die Schaltung derart ausgebildet, daß sich auch bei voller Ausnutzung des gesamten Kupferquerschnittes die Möglichkeit ergibt, die gesamte, von einem Verstärkerrohr abgegebene Energie nutzbar zu machen, und ferner die Anzahl der auf einer Strecke hintereinander zu verwendenden Verstärkerämter erheblich zu vermehren. Diese Vorteile werden dadurch erreicht, daß ζ. B. bei einer Vierdrahtleitung die Aderpaare derart miteinander gekuppelt und abgeglichen sind, daß das eine Paar dem anderen als Leitungsausgleich dient.

Um den Abgleich zweier Aderpaare durchzuführen, ist es notwendig, daß die nachzubildende und nachbildende Leitung gleiche Charakteristik und annähernd gleiche Frequenzabhängigkeit der Charakteristiken besitzen.

Trägt man nämlich den Wellenwiderstand Z eines Pupinkabels als Funktion der Frequenz ω auf, so erhält man Schaulinien, wie sie in Abb. 1 mit 1 bzw. 2 bezeichnet sind. Veranschaulicht Schaulinie 1 für das eine Aderpaar und Schaulinie 2 für das andere Aderpaar die Frequenzabhängigkeit des Wellenwiderstandes, und decken sich beide Schau-Hnien annähernd, so kann das eine Aderpaar dem anderen als Ausgleich dienen; um diese Schaulinien zur Deckung zu bringen, ist es notwendig, daß für beide Aderpaare die Anzahl der durch die Pupinspulen gebildeten Felder, ferner der Ohmsche Widerstand, die Kapazität und Selbstinduktivität der einzelnen einander entsprechenden Spulenfelder annähernd übereinstimmen. Die Übereinstimmung der Anzahl der Spulenfelder ist deshalb erforderlich, weil durch sie die Lage der sogenannten kritischen Frequenzen bestimmt ist, d. h. derjenigen Frequenzen, bei denen große Abweichungen des Wellenwiderstandes vom Mittel auftreten (vgl. Archiv für Elektrotechnik 1921, Seite 46 iff, Wagner und Küpfmüller). Es ist ohne weiteres in bekannter Weise gegeben, Kapazität, Selbstinduktivität und Ohmschen Widerstand in den einzelnen Abschnitten des entsprechenden Aderpaares abzugleichen. Decken sich die Kurven nicht vollkommen, wie es Abb. 1 aeigt, so sind nur die Differenzen der Wellen- widerstände von schädlicher Wirkung^ die

jedoch erheblich geringer sind, als die bei künstlichem Leitungsabgleich auftretenden Abweichungen des Scheinwiderstandes vom Mittelwert, der durch die Kurye 3 gegeben ist. Zu erwähnen ist noch, daß bei dieser Art des Abgleichs nur erforderlich ist, daß die Scheinwiderstände der Kabel in den für die Sprache wichtigen Frequenzen übereinstimmen, da alle höheren Frequenzen, wie Msher, durch Siebketten gedrosselt werden können.

Werden diese Bedingungen erfüllt, so tritt gegenüber dem bisher verwendeten künstlichen Abgleichverfahren der Vorteil auf, daß man nicht mehr gezwungen ist, durch Gleichmachen aller im Kabel vorhandenen Kapazitäten und Selbstinduktivitäten eine möglichst geradlinige Frequenzabhängigkeit der Charakteristik zu erstreben, sondern lediglich das Abgleichen von zwei entsprechenden Stücken zweier Aderpaare nötig hat.

Besonders einfach gestaltet sich die Abgleichung bei Kabeln, die dieselbe Richtung besitzen. Bei schon verlegten Kabeln, die aus einer Richtung kommen, ist die Spulenzahl einander gleich, und es werden auch die zwischen zwei Pupinspulen Hegenden Kabelstücke in den Aderpaaren eines Vierers mit ziemlicher Sicherheit gleichen Ohmschen Widerstand aufweisen. Es kommt also lediglich auf das Verhalten der Kapazität der Kabel und der Selbstinduktivität der Spulen an. Hinsichtlich dieser· Größen ist ■ bei bisher verlegten Kabeln lediglich der Bedingung Genüge geleistet worden, daß die Abweichungen der Kabelkapazität und der Spulenselbstinduktivität vom Mittelwert sowohl im positiven als auch im negativen Sinne einen gewissen Betrag, gewöhnlich 1,5% bis 3 0/0, nicht überschreiten. Wie aus der angeführten Untersuchung von Wagner und Kupfmöller hervorgeht, ist nun der Sinn der Abweichung des Wellenwiderstandes von seinem Mittelwert unter anderem abhängig von dem Sinn der Abweichung der Kabelkapazität und der Spulenselbstinduktivität von ihrem Mittelwert. Ist der Wellenwiderstand Z z. B. bei positivem Sinne der Abweichung der Kabelkapazität und der Spuleninduktivität von ihren Mittelwerten bei Frequenzen unterhalb der kritischen Frequenz ωχ erheblich größer als sein Mittelwert und oberhalb derselben erheblich kleiner (vgl. Schaulinie 4, Abb. 2), so ist Z bei einer Abweichung der Kabelkapazität und der Spulenselbstinduktivität von ihren Mittelwerten in negativem Sinne unterhalb der kritischen Frequenz kleiner und oberhalb der kritischen Frequenz größer (vgl. Abb. 2, Schaulinie 5). Die Wahrscheinlichkeit, daß die Abweichungen vom Mittelwert bei den einander entsprechenden Aderstücken und Spulen stets gleiche Größe und gleichen Sinn haben, ist an sich äußerst gering, andererseits aber überdecken sich die Wirkungen der einzelnen Spulen eines Kabels auf den Wellenwiderstand, wobei noch zu berücksichtigen ist, daß, wie auch Wagner und Küpfmüller festgestellt haben, die Wirkung einer Abweichung der Spulenselbstinduktivität vom Mittelwert gegen die Enden des Kabels hin zunimmt. Das Zusammenwirken dieser beiden Erscheinungen, nämlich das Überdecken und die Zunahme, hat zur Folge, daß in jedem Kabel die Frequenzabhängigkeit des Wellenwiderstandes wesentlich von dem Sinn der Abweichung der Kapazität der Kabel und der Selbstinduktivität der Anfangsspulen abhängt, und daß zwei Aderpaare eines vielpaarigen Kabels dann aufeinander abgleichfähig sind, wenn die Selbstinduktivitäten und Kapazitäten ihrer Anfangsspulenfelder in gleichem Sinne vom Mittelwert abweichen.

Seine volle Wirksamkeit kann das hier beschriebene Prinzip des natürlichen Leitungsabgleiches aber erst bei neu zu verlegenden Kabeln entfalten. Hier kann man noch mehr als bei schon verlegten Kabeln mit großer Annäherung auf gleichen Ohmschen Widerstand für die zum gegenseitigen Abgleich bestimmten Aderpaare, die vorteilhaft demselben Vierer zugeteilt werden, achten. Ferner läßt sich aber auch die Kapazität der zum gegenseitigen Abgleich bestimmten Kabelstrecken und die Selbstinduktivität ihrer Spulen sehr genau gleichmachen.

Die Kapazitäten gleicht man entweder durch besondere Zusatzkondensatoren ab, nachdem man sie auf der Strecke gemessen hat, oder man wählt immer zwei Aderpaare mit gleicher Kapazität aus der Gesamtzahl der im Kabel vorhandenen Paare aus. Mit Rücksicht auf die Einfachheit der Verlegung wird man im allgemeinen die erste Art der Schaltung bevorzugen und in das Kabel vor jeden Pupinspulenkasten einen Kondensatorenkasten einbauen.

Die Selbstinduktivität der nebensprechenden Spulen zweier Aderpaare läßt sich schon bei der Zusammenstellung des Pupinkastens sehr genau gleichmachen, indem man einfach aus der Menge der angefertigten Spulen zwei Spulen auswählt, die untereinander möglichst genau übereinstimmen. Hält man diese Bedingung inne, so ist die absolute Abweichung der Spuleninduktivität vom Mittel für die gegenseitige Abgleichfähigkeit der Aderpaare nicht mehr wesentlich, so daß ider mit einer erheblich größeren Toleranz gerechnet werden kann als. bei den bisher in -Kabeln eingebauten Selbstinduktionsspulen. ^: Die Besetzung eines Pupinkastens mit Spulen .geht

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nach dem neuen Verfahren so vor sich, daß von einer Anzahl durchgemessener Spulen zunächst immer zwei Spulen mit gleicher Selbstinduktivität ausgewählt und immer zwei gleiche, paarweise zusammengesetzt, als Paarspulen eines Vierers in den Pupinkasten gebracht werden.

Beim Anschließen des Kastens an das Kabel muß dann noch darauf geachtet werden, daß die Adern eines Vierers bzw. die zweier ausgewählter Aderpaare mit nahezu gleicher Kapazität mit zwei Spulen von nahezu gleicher Selbstinduktion verbunden werden, was unschwer möglich ist. Der Abgleich der Kapazitäten und die Anschaltung gleicher Selbstinduktionsspulen an zwei Aderpaare gleicher Kapazität bedingen eine nicht unerhebliche Mehrarbeit bei der Montage, doch steht dieser Mehrarbeit eine erhebliche Ersparnis an Fabrikationsunkosten gegenüber, da, wie erwähnt, die Toleranz für die Abweichung der Spulenselbstinduktivität vom Mittelwert erheblich erweitert werden kann. Ferner muß beachtet werden, daß eine derartige genaue Abgleichung der beiden zuzuordnenden Aderpaare aneinander nur an den ersten Spulenfeldern nötig ist, da der Einfluß von ilbweichungen in den Spulenfeldern, die vom Anfang der Leitung weiter entfernt liegen, wie schon erwähnt, bei weitem geringer ist als der Einfluß der am Anfang . liegenden Spulenfelder.

Aderpaare, bei denen bei gleicher Spulenzahl auf diese Weise Kapazitäten, Widerstand und Selbstinduktivität in den einander entsprechenden Teilen angenähert übereinstimmen, werden nun hinsichtlich der Frequenzabhängigkeit ihres Wellenwiderstandes mit großer Annäherung übereinstimmende Kurven zeigen, und es wird mit ihnen ein nahezu vollkommener gegenseitiger Abgleich erreicht werden.

Da nun die Anzahl der hintereinander im Kabel zu verwendenden Verstärkerpunkte um so größer ist, je genauer der Abgleich sich bewirken läßt, so werden bei dieser Art des Abgleiche, die annähernd vollkommen ist, praktisch beliebig viele Verstärkerpunkte in ein Kabel eingeschaltet werden können. Zur praktischen Durchführung der Abgleichung eines Aderpaares eines Kabels durch ein aus derselben Richtung kommendes, möglichst demselben Kabel angehörendes anderes Aderpaar ist es zunächst möglich, in der gewöhnlichen Zweidraht-Zweirohr-Zwischenverstärkerschaltung, wie sie Abb. 3 zeigt, die Leitungsnachbildung 7 für das die Sprache tragende Aderpaar 6 durch ein anderes entsprechend ausgewähltes Aderpaar 8 desselben Kabels zu ersetzen. Dann bleibt aber, wie bei der van Kesteren-Schaltung und bei den übrigen Vierdrahtschaltungen, das zweite Aderpaar, das hier zur Abgleichung benutzt wird und unverbunden ausläuft, für die Sprachübertragung unausgenutzt.

Eine einfache Schaltung, die den gesamten Kupferquerschnitt zur Stromleitung ausnutzt, läßt sich dagegen auf die in Abb. 4 dargestellte Weise erhalten.

Der Grundgedanke dieser Anordnung ist der, daß die einander abgleichenden Fernleitungen, z. B. 18, 19 (Aderpaare ajb und cjd) und 30, 31 (Aderpaare ajb und c/d), für jede Gesprächsrichtung gleichzeitig zur Fortleitung der Ströme benutzt werden; dabei wird eine_ Selbsterregung der in die Leitung' eingeschalteten Verstärker dadurch vermieden, daß in einem bestimmten Zeitpunkt, z. B. bei der Gesprächsrichtung von links nach rechts, die Ströme in den Doppelleitungsstrecken 18 und 19 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne, beim Gespräch von rechts nach links in 19 ebenso, dagegen in 18 im Sinne des Uhrzeigers umlaufen. Bei dem Zwischenverstärker in Abb. 4 bedeuten 20, 21, 28 und 29 vier Transformatoren, die in die von den beiden Aderpaaren 18, 30 und 19, 3 t gebildete Fernleitung eingeschaltet sind. 22 ist ein Ausgleichsübertrager, der sekundär durch den Vorübertrager des Rohres 24 geschlossen ist, 26 ein Ausgleichsübertrager, der den Nachübertrager des Rohres 24 darstellt. 27 und 23 sind die normalen Vor- und Nachübertrager des Rohres 25. Die bei dieser Schaltung auftretenden Stromläufe sind für die Gesprächsrichtung »links-rechts« durch gestrichelte Pfeile, für die Gesprächsrichtung »rechts-links« durch punktierte Pfeile angedeutet.

Aus der Abb. 4 ergibt sich dann ohne weiteres, daß beim Gespräch »links-rechts« die Sprechströme in den Primärseiten der Transformatoren 20 und 21 in gleichem Sinne fließen und in diesem Sinne auch auf die Primärseite des Vorübertragers des Rohres 24 wirken, während sie durch das Rohr 25 hindurch nicht übertragen werden können, da sie über den Übertrager 23 auf die Anodenseite des Rohres wirken wurden. Die im Rohr 24 verstärkten Ströme gelangen auf die Primärseite des Nachübertragers 26 und erzeugen einen in gleicher Richtung fließenden Strom in den Primärseiten der Transformatoren (Ringübertrager) 28 und 29, während ihre Wirkung auf den Vorübertrager 27 des Rohres 25, wie die Abbildung zeigt, durch die Gegenläufigkeit der Ströme in der Primärseite von 27 aufgehoben wird, wenn die Leitungen an der Sekundärseite der Transformatoren 28 und 29 gleichen Scheinwiderstand haben. Die Gleichheit des Schemwiderstandes wird aber nötigenfalls dadurch

erreicht, daß die Kabel in der vorher angegebenen Weise aufeinander abgeglichen werden.

Im Gegensatz hierzu wirken bei der anderen, durch die punktierten Pfeile bezeichneten Gesprächsrichtung die in 30 und 31 kreisenden Sprechströme infolge ihrer Gegenläufigkeit auf die Transformatoren 28 und 29 in dem Sinne ein, daß dia sekundärseitig in 28 und 29 erzeugten Ströme sich in 27 primärseitig summieren, in 26 dagegen primärseitig bezüglich ihrer induzierenden Wirkung aufheben. Das Rohr 24 wird also beim Gespräch »rechts-Unks« nicht erregt, zumal da es anodenseitig an 26 liegt. Durch das Rohr 25 hingegen werden die Sprechströme an dessen Nachübertrager 23 verstärkt weitergegeben; sie teilen sich an der Primärseite des Ausgleichsübertragers 22 wieder in zwei Teilströme, die gegenläufig auf die Primärseiten der Transformatoren 20 und 21 wirken und so, wenn die Scheinwiderstände dieser Transformatoren gleich sind, im Transformator 22 keine auf das Gitter des Rohres 24 übertragbare Wirkung ausüben. Die in den Leitungsstrecken 30 und 3-1 gegenläufigen Ströme werden also durch die Verstärkerschaltung an die Leitungsstrecken 18 und 19 verstärkt und ebenfalls gegenläufig weitergegeben. Die Zusammenfassung der vier Leitungen am Ende bzw. am Anfang zu einer Zweidrahtschaltung kann am einfachsten durch die: als Ventil wirkenden Verstärkerröhren 12 und 13 bzw. 36 und 37 in Verbindung mit den Transformatoren 14, 15 und 34, 3 5 geschehen, durch welche die Ströme je nach der Lage des Senders in gleichsinnig oder entgegengesetztsinnig die Transformatoren 16 und 17 bzw. 32 und 33 durchfließende Ströme umgeformt werden. Die Sprechstellen selbst sind in der Abbildung mit 9 und 40 bezeichnet worden; sie sind in bekannter Weise nach dem Prinzip des Ausgleichsübertragers — Ausgleichsübertrager 39 und 10 undiNachübertrager 38 und 11 — mit künstlicher Nachbildung an die Verstärkerschaltung angeschlossen.

Durch diese induktive Kopplung der Aderpaare wird erreicht, daß das eine Paar dem anderen als Ausgleich dienen kann. Zu erwähnen ist hierbei noch, daß die beiden einander abgleichenden Aderpäare, z. B, 18 und 19 oder 30 und 31, untereinander keine metallische Berührung haben dürfen; sind z.B. von den Aderpaaren 18 und 19.die Innenleiter verbunden, so wird der Strom im Falle der gleichgerichteten Ströme nur von den Außenleitern fortgeleitet werden, während die Innenleiter von zwei entgegengesetzt gerichteten Strömen durchflossen würden, die sich gegenseitig aufheben. Das System aus vier Drähten würde also in diesem Falle nicht besser wirken als ein System aus zwei Drähten, während es, wenn die Aderpaare getrennt sind, mit seinen vollen vier" Drähten zur Wirksamkeit kommt. Einen ähnlichen Fall geringerer Wirksamkeit bei einer metallischen Verbindung zwischen den vier Adern kann man bei jeder metallischen Verbindung von Einzeldrähten der beiden Vierer 18, 19 und 30, 31 feststellen. Die volle Wirksamkeit des Systems wird also nur dann erreicht, wenn die einander abgleichenden Aderpaare keine metallische Verbindung haben. Die hierbei notwendige Abtrennung der Fernleitungen 18, 19 und 30, 31 von der Verstärkerschaltung wird durch die Transformatoren 20 und 21, 28 und 29 usw. besorgt.

Durch diese Schaltung ist es möglich, die vier Adern eines Kabels mit ihrem gesamten Kupferquerschnitt zum Fernsprechbetrieb zu verwenden, wobei im Gegensatz zu der Zweidraht-Zweirohr-Schaltung es noch möglich ist, aus jedem Rohr die volle, von demselben abzugebende Energie zu entnehmen. Sind die beiden einander abgleichenden Aderpaare gut aufeinander abgeglichen, so ist es ferner möglich, sehr viel mehr Verstärkerämter auf einer Strecke hintereinander zu verwenden, als es bisher der Fall war.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß auch . in dieser Schaltung die bisher bei künstlichem Leitungsabgleich zur Erzielung einer möglichst hohen Gleichmäßigkeit mit Erfolg verwendeten Mittel, wie Vordämpfung, Leitungszusätze, Siebketten usw., verwendet werden können, wodurch dann der Abgleich noch leichter bzw. genauer und sicherer gestaltet werden kann.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   I. Verstärkerschaltung für Fernsprechanlagen, bei denen die Verbindung der Verstärker untereinander über eine Vierdrahtleitung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Gesprächsrichtung die beiden Aderpaare der Vierdrahtleitung zur Fortleitung der Sprechströme und zum gegenseitigen Abgleich dienen, indem diese unter Zwischenschaltung von Übertragern derart geschaltet sind, daß die an den Eingangskreisen der Verstärker zur Wirkung kommenden Ströme die Summe der über die Aderpaare verlaufenden Teilströme darstellen, während die an der Ausgangsseite der Zwischenverstärker auftretenden Ströme gleichfalls unter Vermittlung von Übertragern so auf die Aderpaare übertragen werden, daß jedes Aderpaar den halben Verstärkerstrom führt.
2. 2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 mit besonderen Verstärkern für jede

   Sprechrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Zwischenverstärkern das der einen Sprechrichtung dienende Verstärkerrohr gitterseitig über einen Vor-, einen Ausgleichs- und zwei Ringübertrager an den beiden Aderpaaren der Eintrittsseite, anodenseitig über einen Ausgleichs- und zwei Ringübertrager an den beiden Aderpaaren der Austrittsseite liegt.

   während das der anderen Sprechrichtung dienende Verstärkerrohr gitterseitig an einem primär in symmetrischer Brücke zu den letztgenannten Ausgleichs- und Ringübertragern geschalteten Vorübertrager, anodenseitig an einem sekundär in symmetrischer Brücke zu den erstgenannten Ausgleichs- und Ringübertragern geschalteten Nachübertrager liegt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen