DE475289C

DE475289C - Teilnehmerstelle ohne Nebengeraeusch fuer Fernsprechanlagen

Info

Publication number: DE475289C
Application number: DEB94457D
Authority: DE
Original assignee: Standard Telephone and Cables PLC
Current assignee: STC PLC
Priority date: 1916-09-09
Filing date: 1920-06-06
Publication date: 1929-04-29
Also published as: FR25988E; NL13557C; GB146989A; US1254472A; DE423810C; GB146880A; FR523350A; FR23230E

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Fernsprechanlagen, bei denen die gleiche Stelle Signale sowohl empfangen als auch senden kann.
Insbesondere ist die Erfindung verkörpert in der Sprechstelle eines Fernsprechteilnehmers, die im folgenden, nach üblichem Sprachgebrauch, Teilnehmerstelle genannt werden soll; vorzugsweise betrifft sie dieVerbindung von Teilnehmerstelle und Anschlußleitung.

Es ist bereits eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen worden, die in ihrem wirksamen Zusammenarbeiten mit einer entsprechenden und gleichen, in Sprechverbindung stehenden Stelle an die empfangenden Apparate dieser Sprechstelle den für unveränderlichen Verkehr in beiden Richtungen denkbar größten Energiebetrag zu übermitteln gestattet, wobei gleichzeitig eine solche Anordnung getroffen ist, daß der empfangende Apparat gegen Störung durch die Übertragungsenergie geschützt ist, die von derselben Sprechstelle ausgeht; diese Störung wird im folgenden nach üblichem Sprachgebrauch als Nebengeräusch bezeichnet.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine verbesserte Schaltungsanordnung dieser Art zu schaffen, und sie besteht darin, daß der Übertrager der Sprechstelle drei Wicklungen aufweist, die unter sich und zur Fernleitung in Reihe geschaltet sind, während zwei der Wicklungen parallel zu dem in Reihe mit dem Mikrophon geschalteten Hörer liegen und der Verbindungspunkt dieser beiden Apparate über einen Hilfswiderstand an den Verbindungspunkt der beiden zu ihnen parallel liegenden Übertragerwicklungen geschaltet ist.

Zur Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen; darin ist·

Abb. ι eine schematische Darstellung einer gemäß der Erfindung geschalteten Teilnehmerstelle,

Abb. 2 ein Schaltungsschema,

Abb. 3 ein Schaltungsschema, das die relative Richtung des Stromflusses in der Anordnung nach Abb. 2 beim Senden zeigt, wobei die punktierten Linien die Teile andeuten, in denen kein Strom fließt,

Abb. 4 ein entsprechendes Schema des Stromflusses beim Hören.

In den Schaltungsdarstellungen ist die Windungsrichtung der Übertragerspulen und die angedeutete Stromrichtung nur mit den gebräuchlichen Bezeichnungsmitteln gegeben und trifft nur für bestimmte Werte der Elemente der Sprechstelle zu. Aus einer Betrachtung der Bestimmungsgleichungen, die

weiter unten gegeben werden, wird sich erweisen, daß das Wicklungsverhältnis r allgemein betrachtet entweder positiv oder negativ sein kann, je nach den Werten der Lei-S tungs- und Senderwiderstände. Wenn pich also für ein bestimmtes Beispiel ein negativer Wert für das Wicklungsverhältnis ergibt,, so muß das so verstanden werden, daß die Relativrichtung der Spulenwicklung, deren ίο Wicklungsverhältnis negativ ist, der des Schemas entgegengesetzt sein muß.

Es sei jetzt übergegangen zu der Beschreibung der Schaltung der Sprechstelle gemäß Abb. 2. L stellt die Leitung dar, die in einer aus einem Sender (Mikrophon) T, einem Hörer R, einem Hilfswiderstand X und einer mit drei Wicklungen IV₁, N₂ und IV₈ ausgestatteten Induktionsspule bestehenden Sprechstelle einmündet. Die Leitung L, die Wicklung Y₁, der Hörer R und der Sender T sind hintereinander in einen Stromkreis eingeschaltet. Die Wicklungen N₂ und N₃ sind in Reihe zwischen den Verbindungspunkt c der Wicklung ,Y₁ und des Hörers 7? und den Verbindungspunkt d der Leitung L und des Senders T geschaltet. Der Hilfswiderstand X ist zwischen die Verbindungspunkte e von Hörer R und Sender T und b der beiden Wicklungen JV₂ und N₃ gelegt. In Reihe mit der Wicklung N₃ kann, wie dargestellt, ein Kondensator angebracht sein, so daß Gleichstrom von der Leitung durch die Wicklung IV₁ zur Klemme c fließt, von hier parallel durch den Hörer R und die Wicklung A^₂ und den Hilfswiderstand X zur Klemme e, von wo er durch den Sender T und zurück über die Leitung fließt.

Die Wirkung während des Gebens ist in Abb. j dargestellt, worin die Pfeile die Richtung des Stromflusses zu irgendeinem gegebenen Augenblick bedeuten. Wird der Sender T in Tätigkeit gebracht, so werden Schwankungen im Stromfluß erzeugt; die Wirkung ist die gleiche, als wenn eine wechselnde elektromotorische Kraft an den Sender angelegt würde. In einem bestimmten Augenblick fließt ein Strom Z₁-J₃ von der Klemme d durch den Sender T und den Hilfswiderstand X zur Klemme b. An der Klemme b teilt sich der Strom, und ein TeUJ₄ fließt durch die Wicklungen N₂₁N₁ über die Leitung L zur Klemme d, während der Strom I₁-Ii parallel dazu die Wicklung IV₈ durchströmt. In den Wicklungen des Übertragers werden Spannungen von solchem Wert und solcher Richtung erzeugt, daß die Klemmen c und e auf die gleiche-Spannung gelangen, so daß während des Sendens kein Strom durch den Hörer fließt und die Sprechstelle somit nebengeräuschfrei ist.

Die Wirkung beim Empfang ist durch Abb. 4 wiedergegeben und ist die folgende: Bei Anlegung des ankommenden Potentials an die Leitungsklemmen fließt ein Strom J₄ von der Klemme d über die Leitung L und durch die Wicklung JV₁ zur Klemme c. Ein Strom I₁-I₂ fließt von der Klemme c durch den Hörer R und den Sender T zur Klemme d. Da der Strom J₁ stärker ist als der Strom J₄, so fließt ein Strom I₁-I₄ von der' Klemme d durch die Wicklungen N_s und JV₂ zur Klemme" c. In den Übertragerwicklungen werden Spannungen von solchem Wert und solcher Richtung erzeugt, daß die Klemmen b und e auf die gleiche Spannung kommen,- derart, daß in dem Hilfswiderstand X während des Empfangens kein Strom nutzlos verbraucht wird.

Es soll nunmehr die geeignete Bemessung der Anordnung nach Abb. 2 in solcher Weise, daß sie den Gründbedingungen für die Sprechstelle gemäß der Erfindung genügt, gegeben werden. Bei Ableitung der Bestimmungsgleichungen sollen die Widerstände der Übertragerspulen vernachlässigt werden. Es soll ferner angenommen werden, daß Kraftlinienverluste zwischen den Umformerwicklungen nicht eintreten und daß die Selbstimpedanzen im Vergleich zu den Impedanzen der anderen Elemente der Sprechstelle und zu der Impedanz der Leitung sehr hoch sind. Die Erfahrung hat erwiesen, daß diese vereinfachenden Annahmen gerechtfertigt sind und daß die gemachten Voraussetzungen durch geeignete Apparate sehr annähernd erfüllt werden.

Um die Bedingung des Zuordnungsverhältnisses von Sender T und Hörer J? beim Senden in Gleichungen festzulegen, werde eine elektromotorische Kraft im Sender angenommen, und werde ferner angenommen, daß die verlangte Bedingung des Zuordnungsverhältnisses erfüllt ist. Es soll mit anderen Worten also angenommen werden, daß die Hörerklemmen bezüglich einer an den Sender angelegten elektromotorischen Kraft Punkte i°5 gleicher Spannung sind. Es mögen J₁, J₂,1₃, J₁ die Ströme bezeichnen, die in Sender, Hörer, Hilfswiderstand und Leitung fließen, und R₁, R₂, R₃ und J?₄ die Widerstände der entsprechenden Elemente.

Für einander zugeordnete Sender und Empfänger besteht ferner die Bedingung, daß beim Senden der Sender den größtmöglichen Energiebetrag über die Leitung und den Hilfswiderstand aussendet. Wenn angenommen wird, daß eine elektromotorische Kraft im Sender Ströme J₁, J₄ und J₃ in Sender, Leitung und Hilfswiderstand hervorruft, läßt sich die Bedingung wie folgt formulieren:

"4 Αι-

Von der Gesamtenergie, die an die empfangende Sprechstelle gelangt, möge der vom Sender verbrauchte Teil das y-fache des vom Hörer verbrauchten sein; dann besteht unter Berücksichtigung des Gesamtwirkungsgrades und "des \^erlustes, den man zum Zwecke des Unterscheidungsvermögens von telephonischen Signalen gegenüber Leitungsgeräuschen zuläßt, folgende Bedingung:

R₁[I₁)Z = VR₂[I₂)*. (2)

Die Bedingung der Zuordnung von Hörer zum Sender erfordert, daß beim Senden kein Strom durch den Hörer fließt, daß also L₂ = 0. Aus der Abb. 3 ist ferner klar, daß 7₃ = J₁. Da sich die drei Übertragerwicklungen und die Leitung in Reihe geschaltet linden, so ist die algebraische Summe des 77?-Abfalls durch die Leitung und der Spannungsabfall durch die Wicklungen gleich Null, so daß

/C K+ W₂+ W₃)= S₄ J₄, (3)

wobei K der Abfall für jede Wicklung der übertragerspule und % die Windungszahl der Wicklung N₁, n„ die Windungszahl der Wicklung JV₂ und H₃ die der Wicklung N_s ist. Da weiter die Klemmen c und e in Abb. 3 gleiche Spannung aufweisen, so ist die algebraische Summe des 77?-Abfalls durch den Hilfswiderstand und der Abfall durch die Wicklung X„ gleich XuIl. Somit

Kn₉

(4)

In gleicher Weise muß die algebraische Summe der Amperewindungen der Übertragerwicklungen gleich Null sein, so daß

M₃ (I₁ — I₄) = (M₁ + M₂) I₄.

Aus diesen Gleichungen ergibt sich:

so daß

-R₃ 1₃ M₂

-R₄1₄ M₁ + M₂ + M₃'

— ->h h — K + «2 + M₃) I₄;

R ₃

M₂ M₃

⁼ (M₁ + M₂ +

h — % + M

Ϊλ M

(5)

(6) (7) (8)

(9) (ίο)

Betrachtet man jetzt Abb. 4, die den Zustand beim Empfangen anzeigt, so ist ersichtlich, daß I₁=L₂ ist- Da sich die Klemmen δ und i' im gleichen Spannungszustande befinden, so ist die algebraische Summe des IR-Abfalls durch den Hörer und der Abfall durch die Wicklung N„ gleich Null, so daß

JS. fl₂ ^z Jx₂ J₂ rrr Jx^ J₁, \?· i c

Ähnlich ist die algebraische Summe des 77?- Abfalls durch den Sender und der Spannungsabfall durch die Wicklung N_s gleich Null, also

Kn₃=R₁I₁. (12)

Durch Lösen dieser Gleichungen erhält man: R₂ M₂

A₁ M₃

oder anders geschrieben

Weil die algebraische Summe des Spannungsabfalls in den Übertragerwicklungen Null sein muß, erhält man:

M₁1₄ = (M₂ + M₃) (I₁ —1₄), (15) was auch geschrieben werden kann:

(M₂ + M₃) I₁ = (M₁ + M₂ + M₃) I₄; (l6)

oder wenn man bedenkt, daß beim Empfang I₁=Z=L:

h—

^wi + ⁿ% + ⁿa

(17)

I₁ I₄ M₂ + M₃

Setzt man die Werte aus. Gleichung (ίο) in Gleichung (i) ein, so erhält man:

(R,

K + M₂ + M₃)²

-Ri- (18)

Da ferner während des Empfanges I₁ = 7„, so läßt sich Gleichung (2) schreiben:

" y

Zusammenfassend haben wir: *³ - (T+ )* *'

M₂

%)^s

R₂ = _y R₁.

(19)

(a) (20)

(b) (21) (C) (22)

(d) (23)

Setzt man ('21) und (23) gleich und bezeichnet das Verhältnis n„ : n_s mit ;-', so erhält man:

iyi T

n_s~~ ~~ y Gleichung (22) läßt sich auch schreiben:

(24)

M,

_ _R "3

¹ K + «2

(25)

Durch Auflösen der Gleichungen (25) und (20) ergibt sich:

(M₁ + M₂ + W₃)² R± (M₁ + M₂ + M₃)²

M₂ M₃ + M₃ ²

_ M₁ ² + 2 M₁ M₂ + 2 M₁ M₃ + M₂ ⁸ + 2 M₂ M₃ + M₃ ² M₂ M₃ + M₃ ²

M₁ ² 2M₁M₂ 2M₁W₃ M₂ ² 2 M₂ M₃ M₃ ² •M 2 ' 4,2 "T _M_2 ~T 2 "T" 4,2 "T ₂

(26) (27)

(28)

(29)

Setzt man — = r, und — = S₁, dann wird

i r ² + 2 r T₁ ¹ + 2 r + r_x ² + 2 Z₁ + 1

r! + ι

(30) (3i)

Setzt man den Wert von /, wie er durch Gleichung (24) gegeben ist, in den obigen Ausdruck ein, so erhält man:

r+L+JÜ =

oder

^ (32)

•ττ- (33)

Durch Einsetzen von r und / in Gleichung (2o) ergibt sich:

B* = _¥+V+V*<: (34)

Setzt man den Wert von r' ein, wie ihn Gleichung (24) gibt, so wird hieraus:

*» - - Ri ^rp-qr^i. (35)

R₁

(36) (37) (38)

Zusammenfassend erhält man als Bestimmungsgleichungen für die in Abb. 2 dargestellte Sprechstelle das Folgende:

-Λ·

2— y 1'

■R — ^T Tf
^R>~TTy-^R-

r'-ΐ

~y'

x+y

(39) (40) (41) (42)

Aus den obigen Formeln ist erkennbar, daß die Impedanz des Hörers und des Hilfswiderstandes durch die Impedanz des Senders (Mikrophons) und das Verhältnis y ausgedrückt sind. Ferner ist ersichtlich, daß die Übertragerverhältnisse r und r' durch das Verhältnis y sowie die impödianz des Sm-'dieia und der Leäittcng ajusgedr.üidkt sind. Ist aJso die Impedanz des Sienders und der Leäjtuinjg gegeibiein und wählt man einen geeigineiten Wert für y, so sind die übriigen Elernenjte der Spiriachstelle leicht zu bestimmen.

Die Anordnung der oben beschriebenen und dargestellten Sprechstelle bedeutet nur ein Beispiel aus der Zahl derer, die nur einen Übertrager und eine Hilfswiderstand anwenden; alle diese Stellen sind aber »ideal« in dem Sinne, daß sie den Grundbedingungen genügen, die an eine Indealsprechstelle gestellt werden müssen. Demnach ergibt sich ohne weiteres, daß die Erfindung nicht auf das besondere hier dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, daß sie vielmehr allgemein gerichtet ist auf die Schaffung einer Sprechstelle mit einem einzigen Übertrager und nur einem Hilfselement, das so zur Linie bemessen ist, mit der es zusammenwirkt, daß eine Idealwirksamkeit und wesentliche Freiheit von Nebengeräuschen erzielt wird. Ferner soll die Bemessung der hier dargestellten und beschriebenen Sprechstellen nicht auf die Erfüllung der entwickelten Bestimmungsgleichungen beschränkt sein. Diese Gleichungen sind unter Annahme der Verwendung eines Idealübertragers und der Voraussetzung abgeleitet, daß die Teilelemente keine Reaktanz haben, unter Annahmen also, die nur teilweise in der Praxis erfüllt werden. Wird ein besonders hoher Grad der Genauigkeit gefordert, so kann die Sprechstelle noch genauer bestimmt werden, indem die Tatsachen in Rechnung gezogen werden, daß die Übertragenimpedainzem endlich sind, und daß die Leitung im allgemeinen eine chkrakte- iao ristische Reaktanz aufweist. Die aufgestellten Formeln geben jedoch völlig befriedi-

gende Ergebnisse, und ihr Ableitungsverfaarem setzt den Fachmann in Stand, auf Wunsch die Konstanten der Sprechstelle mit höherer Genauigkeit zu berechnen.

Wenn schon die Erfindung als in einer' Sprechstelle einer Fernsprechanlage verkörpert dargestellt und beschrieben ist, so ist sie doch mannigfacher anderer und abgeänderter Verkörperungen fähig, die sie für andere Arten von Signalanlagen anwendbar machen, so daß sie demnach nicht auf die besondere Gestalt und den Gebrauchszweck beschränkt ist, die hier beschrieben sind. Wenn in der Beschreibung das Wort »Sprechstelle« gebraucht ist, so soll dies allgemein verstanden sein und nicht nur die Sprechstelle eines Fernsprechteilnehmers bezeichnen, sondern allgemein Telephonstellen betreffen einschließlich Übertragerstellen mit telephonischen Relais.

Claims

Patentanspruch :

Teilnehmerstelle ohne Nebengeräusch für Fernsprechanlagen, die auf die Charakteristik ihrer Anschlußleitung abgeglichen ist und deren Hörer beim Empfang der denkbar größte Energiebetrag übermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager der Sprechstelle drei Wicklungen (JV₁, N₂, iV₃) aufweist, die unter sich und zur Fernleitung (Z.) in Reihe geschaltet sind, während zwei der Wicklungen (N₂, N_a) parallel zu dem in Reihe mit dem Mikrophon (T) geschalteten Hörer (R) liegen und der Verbindungspunkt (e) dieser beiden Apparate über einen Hilf swi der stand an den Verbindungspunkt (b) der beiden zu ihnen parallel liegenden Ubertragerwicklungen (N₂, N_s) geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen