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Schaltung zur Übertragung und Verstärkung mehrerer voneinander getrennter
Frequenzbänder In vielen Fällen ist es erwünscht, von einer elektrischen Vorrichtung
zu einer anderen nur elektrische Schwingungen mit Frequenzen innerhalb mehrerer
voneinander getrennter Bänder nahezu gleichmäßig zu übertragen, während die außerhalb
dieser Bänder liegenden Frequenzen nicht durchgelassen werden. Hierzu "können die
bekannten Siebketten mit mehreren Durchlässigkeitsbändern benutzt werden.
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Nach der Erfindung werden in solchen Fällen Verstärker benutzt, die
so ausgebildet sind, daß sie die betreffenden Bänder nahezu gleichmäßig verstärken
und die außerhalb dieser Bänder liegenden Frequenzen dämpfen oder doch erheblich
weniger verstärken. Hierzu wird der Gitterkreis des Verstärkers als schwingungsfähiges,
mehrwelliges Netzwerk ausgebildet, das innerhalb der Frequenzbereiche, die nahezu
gleichmäßig verstärkt werden sollen, je eine Stroniresonanz hat. Eine solche Resonanz
ist daran zu erkennen, daß der Betrag des Scheinwiderstandes groß wird, während
er bei einer Spannungsresonanzfrequenz klein wird. Der Eingangswiderstand der Röhre,
also z. B. die dynamische Gitterkathodenkapazität der Röhre, ist dabei als Bestandteil
.des 1Tetzwerkes, das in der weiteren Beschreibung abgekürzt als Gitternetzwerk
bezeichnet wird, mitzuzählen, wenn ihre Wirkung beachtlich ist. Auf diese Weise
kann das Netzwerk als unbelastet angesehen werden. Das ist mit Rücksicht auf die
Gestalt der Kurvenform besonders wichtig. Durch eine Belastung des Netzwerkes würde
die Kurvenform, die bei unbelasteten Netzwerken fast rechteckige Form hat, stark
abgerundet werden. Durch diese Verbindung des Netzwerkes mit dem Verstär kereingang,
d. h. durch eine Schaltungsanordnung, die es ermöglicht, das Netzwerk unbelastet
zu betreiben, entsteht die beabsichtigte Wirkung, höchst scharf abgegrenzte Verstärkergebiete
zu erhalten. In Reihe zu diesem Gitternetzwerk wird ein zweites Netzwerk gelegt,
das ebenfalls mehrwellig ist, das aber innerhalb der zu übertragenden Frequenzbänder
je eine Spannungsresonanz hat. Diesen Bedingungen genügt z. B. ein Netzwerk, das
zu dem Gitternetzwerk widerstandsreziprok ist. Dieser Ausdruck bedeutet bekanntlich,
daß die Scheinwiderstände beider Netzwerke für alle Frequenzen ein konstantes reelles
Produkt haben. Durch die Hinzuschaltung des widerstandsreziproken
Netzwerkes
werden die Verstärkerkurven, die an den oberen Ecken abgerundet und unten breiter
sind als die beispielsweise in Abb.4 dargestellten Kurven, der Rechteckform stark
angenähert. Die jetzt noch bestehenden geringen Abweichungen lassen sich durch ein
weiteres Netzwerk fast vollständig beheben, das zu dem widerstandsreziproken Netzwerk
parallelgeschaltet ist und denselben Aufbau hat wie das Gitternetzwerk. Das zum
Gitternetzwerk in Reihe liegende Netzwerk besteht dann aus zwei zueinander parallel
liegenden Teilnetzwerken. Das zweite Teilnetzwerk kann dem Gitternetzwerk vollkommen
gleich sein. Vorteilhaft wird aber sein Scheinwiderstand etwas größer als der des
Gitternetzwerkes gewählt, wozu man alleWiderstände und Induktivitäten in einem bestimmten
Verhältnis größer und alle Kapazitäten in gleichem Verhältnis kleiner zu machen
hat als beim Gitternetzwerk. Untersuchungen haben ergeben, daß diese etwas größere
Bemessung des zweiten Teilnetzwerkes eine besonders günstige Form der Verstärkungskurven
ergibt.
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Die nach der Erfindung ausgebildeten Verstärker können mit Vorteil
in allen den Fällen angewendet werden, wo es notwendig ist, die verschiedenen getrennten
Frequenzbänder nicht nur gleichmäßig zu übertragen, sondern auch zu verstärken.
Man hat z. B. vorgeschlagen, beim Fernsprechvierdrahtsystem in der einen Sprechrichtung
nur gewisse Teilbänder aus dem Band der .Sprachfrequenzen zu übertragen und in der
anderen Richtung nur die dazwischenliegenden Bänder, um auf diese Weise zu vermeiden,
daß über die Hin-und Rückleitungen und die Gabelstellen des Vierdrahtsystems Rückkopplungsströme
fließen, durch die z. B. die Sprache verzerrt oder die Schaltung zum Pfeifen gebracht
werden kann. Man hat in diesen Fällen die Zerlegung des Sprachfrequenzbereiches
in einzelne Bänder durch Siebketten vorgeschlagen und muß dann besondere Mittel
anwenden, um .die Verstärker so auszubilden, daß sie alle Frequenzen innerhalb des
Sprachbereiches gleichmäßig verstärken.
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Bei der Verstärkerschaltung nach der Erfindung werden die Frequenzbänder
abgetrennt, und es wird gleichzeitig bewirkt, daß oberhalb der durchgelassenen Bänder
alle Frequenzen nahezu gleichmäßig verstärkt werden. Es ist also bei Anwendung von
Verstärkern gemäß der Erfindung nicht notwendig, wie bei den bisherigen Verfahren
Siebketten und Entzerrer für den Verstärker zu verwenden, sondern man kommt mit
dem gemäß der Erfindung ausgerüsteten Verstärker allein aus. Sie arbeitet daher
wesentlich sparsamer. Werden Übertragungseinrichtungen in der oben beschriebenen
Weise betrieben, wo also für die eine Richtung bestimmte Frequenzbänder , und für
die andere Richtung die dazwischenliegenden Frequenzbänder benutzt werden, so treten
selbstverständlich Verzerrungen der übermittelten Zeichen auf. Um diese Verzerrungen
zu vermeiden, wendet man solche Systeme hauptsächlich an, um im Ruhezustand jede
Rückkopplung zu vermeiden. Wenn dann einer der Teilnehmer zu sprechen beginnt, so
schaltet man zweckmäßig die Netzwerke aus, d. h. man schließt das Netzwerk N kurz
und trennt das Netzwerk A,Tg von der Röhre ab. Man hat auf diese Weise gegenüber
den bekannten Anordnungen, wo durch die zuerst gesprochenen Silben erst die Rückkopplungssperrer
betätigt und gegebenenfalls die Verstärkung überhaupt eingeschaltet werden muß,
den Vorteil, daß diese ersten Silben nicht verlorengehen, sondern, -,wenn auch verzerrt,
zu dem Hörer gelangen.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen
dargestellt. Die Abb. i zeigt unter Beschränkung auf das für die Erfindung Wesentliche
einen Verstärker für die nahezu gleichmäßige Übertragung dreier getrennter Frequenzbänder.
Parallel zur Gitterstrecke GK der Röhre R liegt das Gitternetzwerk Ng, das
aus drei hintereinanderliegenden Stromresonanzkreisen L, Cl, L, C. und L3 C3 besteht.
Die Schwingungskreise sind auf drei verschiedene Frequenzen abgestimmt. In Reihe
zum GitternetzwerkNg liegt das Netzwerk N, das aus drei Spannungsresonanzkreisen
K, Ml, IC 11,T. und Ii3 M3 besteht, die zueinander parallel liegen
und die auf etwa die gleichen Frequenzen abgestimmt sind wie die Schwingungskreise
von Ng.
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Das Frequenzgemisch, vors dem drei Frequenzbänder zu verstärken sind,
wird bei den Anfangsklemmen A zugeführt, und die verstärkten Ströme werden an den
Endklemmen E im Anodenkreis des Verstärkerro'hres R in an sich bekannter Weise entnommen.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt die Abb. 2. Hier besteht das
Gitternetzwerk Ng aus einer zweiwelligen Schaltung. Der Verstärker ermöglicht daher
die gleichmäßige Verstärkung zweier getrennter Frequenzbänder. Das Gitternetzwerk
besteht aus einem Reihenschwingungskreis L, C, und einem Parallelschwingungskreis
L@ C- Gestrichelt ist noch die scheinbare Röhrenkapazität Cg eingezeichnet, und
es ist, wie man sieht, bei der dargestellten Schaltung möglich, sie zu der Kapazität
des Kondensators C. hinzuzurechnen.
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Das in Reihe - liegende Netzwerk .1!
enthält in diesem
Falle zwei parallel zueinanderliegende Netzwerke N, und N.. Das erste Netzwerk ist
widerstandsreziprok zu dem Gitternetzwerk, und zwar entsprechen einander die folgenden
Werte: M, und Cl K1 und L1 M2 und C2 -y- Cg K2 und L2. Das Teilnetzwerk N2
entspricht im Aufbau vollkommen dem Netzwerk Ng. Zweckmäßig sind aber die Scheinwiderstände
seiner Elemente etwas größer gewählt als die des Netzwerkes Ng. Beispielsweise ist
es vorteilhaft, wenn die Impedanzen etwa das i,25fache derjenigen der Gitterreaktanz
sind. Es werden in diesem Falle folgende Beziehungen bestehen L', - 1,25 L, C'1-
0,8 C, L,2 = 1,25 L2 C'2 - C>$ (C2 + Cg) Zur Erläuterung der Wirkungsweise dieser
Schaltungen dient das Blindwiderstandsdiagramm der Abb. 3. Es zeigt die Reaktanz
X von Ng und N in der Umgebung einer Stromresonanzfrequenz w oo. Es ist bekannt,
daß bei reinen Blindwiderständen, die der Einfachheit wegen vorausgesetzt werden
sollen, abwechselnd Frequenzen auftreten, für die die Reaktanz null und unendlich
wird, und daß die Reaktanz mit der Frequenz dauernd ansteigt. Die beiden der Unendlichkeitsstelle
ze oo benachbarten Nullstellen wo und u,'" von Ng sind in das Diagramm eingezeichnet.
Die Schaltung N wird nun so eingerichtet, daß sie in der Nähe von w co eine Nullstelle
hat. In der Zeichnung ist angenommen, daß sie mit dieser Frequenz zusammen fällt.
Daher muß die Rea:ktanz von N von negativen Werten kommen, bei w co durch Null gehen
und dann positiv werden.
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Man sieht, daß bei w 30 die volle, bei A
aufgedrückte
Spannung an Ng liegt, weil der Scheinwiderstand von N für diese Frequenz verschwindet.
Bei einer Frequenz w, unterhalb von w #Do und einer Frequenz w2 oberhalb
von w --,c tritt eine Spannungsresonanz zwischen N und Ng auf, da für diese Frequenzen
die Reaktanzen von N und Ng sich aufheben. Auch für diese Frequenzen wird an Ng
eine hohe Spannung bestehen. In der Nähe der Frequenzen w" und w', ist dagegen die
Reaktanz von N dem Betrage nach groß gegen die Reaktanz von Ng, so daß an Ng nur
eine sehr niedrige Spannung liegt.
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Man versteht, daß durch das Zusammenwirken der beiden Realstanzen
von N und Ng vermöge der frequenzabhängigen Spannungsteilung eine hohe und ziemlich
gleichmäßige Verstärkung etwa in dem Bereich zwischen w1 und w - dagegen sehr geringe
Verstärkung in der Umgebung der Frequenzen w" und w', erreicht werden kann. Dies
wiederholt sich in der Umgebung aller Stromresonanzfrequenzen von Ng, so daß ebensoviel
getrennte Bänder verstärkt werden, als das Gitternetzwerk Stromresonanzfrequenzen
hat.
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Es ist bekannt, daß es zu den .meisten Netzwerken sogenannte äquivalente
Netzwerke gibt, die einen anderen Aufbau und andere Schaltelemente, aber für alle
Frequenzen den gleichen Scheinwiderstand haben. An Stelle der in den Abb. i und
2 dargestellten Netzwerke können natürlich die entsprechenden gleichwertigen treten.
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Eine Verstärkungskurve, wie sie mit der Schaltung nach Abb. 2 erreicht
werden kann, ist in Abb. q. dargestellt. Die Ordinate zeigt die Verstärkung in üblichem
logarithmischen Maß, die Abszisse die Frequenz. Nach dem oben Gesagten wird die
Form der Verstärkungskurve ohne weiteres verständlich sein. Man sieht deutlich,
daß zwei Bänder praktisch gleichmäßig verstärkt werden und daß die Verstärkungskurve
zu beiden Seiten jedes dieser Bänder rasch absinkt. Für die außerhalb der Bänder
liegenden Frequenzen bleibt die Verstärkung dauernd um etwa s- 1,6 kleiner als für
die oberhalb der Bänder liegenden Frequenzen. Die mit einer Schaltungsanordnung
nach Abb. i zu erreichende Verstärkerkurve würde sich von den in Abb. ¢ dargestellten
durch eine stärkere Abrundung der oberen Ecken unterscheiden.