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Schaltungsanordnung für Zwischenverstärker in Zweidrahtleitungen Bei
Fernverbindungen mit Zweidrahtleitungen und in diese eingeschalteten Zwischenverstärkern
(Doppelrohrzwischenverstärkern) ist es erforderlich, den Scheinwiderstand der Leitungen
am Verstärker durch Kunstschaltungen nachzubilden. Es sind Nachbildungen bekannt,
die bei einfachem Aufbau recht genau arbeiten, wenn der Scheinwiderstand ,ler Leitungen
im wesentlichen mit ihrem Wellenwiderstand übereinstimmt, wie es der Fall ist, wenn
die Leitungen sehr lang oder wenn sie am Ende durch einen Scheinwiderstand abgeschlossen
sind, der dem Wellenwiderstand der Leitungen in gewissem Maße angenähert ist. Bei
kurzen Leitungen, die mit Scheinwiderständen abgeschlossen sind, welche sich vom
Wellenwiderstand wesentlich unterscheiden, verläuft der Scheinwiderstand. der Leitungen
in Abhängigkeit von der' Frequenz ganz anders als der Wellenwiderstand, und es wird
unter Umständen Schwierigkeiten bieten, den Scheinwiderstand solcher Leitungen genügend
genau nachzubilden. Daher ist es von Bedeutung, die Leitungsabschnitte mit Scheinwiderständen
abzuschließen, die mit genügender Annäherung wie die Wellenwiderstände der Leitung
verlaufen. Am Ende der Leitungsabschnitte liegen aber beiderseits die Zwischenverstärker;
es kommt also darauf an, diesen Zwischenverstärkern Eingangsscheinwiderstände zu
geben, die mit gewisser Annäherung dem Wellenwiderstand der Leitung gleichen.
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Nach der Erfindung wird dies so erreicht, daß in einem der Zweige,
die von den Ausgleichsübertragern zum Verstärkungselement führen, also im Ausgangskreis
oder, was im allgemeinen vorzuziehen ist, im Eingangskreis jeder Röhre des Zwischenverstärkers,
eine Schaltungsanordnung liegt, deren Scheinwiderstand etwa proportional dem Nominalwellenwiderstand
der Leitung vermehrt um den doppelten Überschuß ist. Unter Nominalwellenwiderstand
einer Leitung ist bekanntlich die Wurzel aus dem Verhältnis der Selbstinduktion
zur Kapazität je Spulenfeld zu verstehen, und als Überschuß des Scheinwiderstandes
wird die Abweichung des wirklichen Wellenwiderstandes von dem Nominalwellenwiderstand
bezeichnet. Während der Nominalwellenwiderstand ein konstanter reeller Wert ist,
ist der Überschuß eine von der Frequenz abhängige komplexe Größe. Daß die Schaltungsanordnung
einen Scheinwiderstand haben soll, der nur proportional (statt gleich) der oben
angegebenen Größe sein soll, hängt damit zusammen, daß durch den Ausgleichsübertrager
eine Übersetzung des Scheinwiderstandes zustande kommt.
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Der Belastungswiderstand der Leitung besteht unter der näherungsweise
gültigen Voraussetzung, daß in den Zweig der Nachbildung
nur wenig
Strom fließt, aus dem zwischen den Symmetriepunkten 3 und 4 des Ausgleichsübertragers
liegenden Scheinwiderstand (Ausgangswiderstand des Verstärkers h,) und dem Scheinwiderstand
der Wicklung zwischen der Klemme i und dem Symmetriepunkt 3 zwischen den Klemmen
i und 2. Dieser Wicklungsteil ist aber induktiv belastet mit dem Scheinwiderstand
der Eingangsschaltung des Verstärkers V,. Bei genügend hohen Induktivitäten des
Ausgleichsübertragers A, ist demnach der Scheinwiderstand zwischen den Klemmen i
und 3 gleich dem Eingangswiderstand des Verstärkers V, multipliziert mit dem Quadrat
des Windungszahlenverhältnisses. Meist werden die Ausgleichsübertrager so gewickelt,
daß die Windungszahl der Primärwicklung zwischen den Klemmen i und 2 gleich der
Windungszahl der darüber gezeichneten Sekundärwicklung ist. Das Windungszahlenverhältnis
für die Übersetzung des Eingangswiderstandes des Verstärkers V, ist also r ::2,
und demnach hat man zwischen den Klemmen i und 3 etwa vom Eingangswiderstand des
Verstärkers TV,. Insgesamt ist also der Eingangsscheinwiderstand des Doppelrohrzwischenverstärkers
zwischen den Klemmen i und 4 gleich der Summe des Ausgangswiderstandes von V, +
1/,, des Eingangswiderstandes des Verstärkers L',.
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Die Übersetzung des Scheinwiderstandes durch Transformatoren erfolgt
jedoch nur dann .genau mit dein Quadrat des Verhältnisses der Windungszahlen im
gesamten für die Übertragung wichtigen Frequenzbereich, wenn die Induktivitäten
der Übertrager sehr groß gegen den Scheinwiderstand sind, mit denen der Übertrager
belastet ist. Im allgemeinen ist es jedoch nicht zweckmäßig, die Induktivitäten
so groß zu wählen, daß eine genau proportionale Übersetzung der Scheinwiderstände
zustande kommt, weil es möglich ist, den Einfluß der zu geringen Übertragerinduktivitäten
durch Reihenschaltung von einem Kondensator auf der Primär- oder Sekundärseite aufzuheben.
Unter Umständen kann es dabei erforderlich sein, zu den Kondensatoren einen Widerstand
parallel zu schalten.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In der Abbildung sind L, und L, die beiden Leitungen, die über einen
Joppelrohrzwischenverstärker miteinander verbunden sind. A, und AZ sind die Ausgleichsübertrager,
N, und N" die Nachbildungen der Leitungen. An den Ausgleichsübertrager A, ist eine
Schaltungsanordnung H, S angeschlossen, die mit einem Spannungsteiler R, aufhört.
Von diesem wird ein Teil der Span-`nun- abgegriffen und über eine Entzerrungsschaltung
El an den Vorübertrager Vü der Verstärkerröhre V, gelegt, die ihre Anodenspannung
aus der Batterie AB über die Drossel D erhält. Die verstärkten Wechselströme
gelangen über den Kondensator C und den Nachübertrager Nil und von der Sekundärwicklung
des Nachübertragers über den KondensatorK an die Symmetriepunkte der Ausgleichsschaltung
A@. Zweckmäßig wird die Klemme von R" die am Entzerrer E, liegt, geerdet. Der übrige
Teil des Doppelrohrzwischenverstärkers ist im wesentlichen symmetrisch zu dem beschriebenen
Teil, abgesehen von der Schaltung, die zwischen der Ausgleichsschaltung A, und dem
Widerstand R, liegt, auf die weiter unten eingegangen werden soll.
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Die Schaltungsanordnung, die aus den Teilen H und S besteht, hat den
Zweck, den nach der Erfindung notwendigen Gang des Scheinwiderstandes mit der Frequenz
zu erzielen. An Stelle der dargestellten Schaltung können natürlich .eine ganze
Reihe anderer Kombinationen verwendet werden. Die Schaltung ist so benessen mit
Rücksicht auf das Übersetzungsverhältnis des Übertragers A" daß an den Klemmen t
und 2 auf der Primärseite des Ausgleichsübertragers A1 der Scheinwiderstand 2 (Z
-j- 2 I) ist, worin Z den `N _ominalwellenwiderstand der Leitung und I den
Überschuß, d. h. die Differenz des wirklichen Wellenwiderstandes der Leitung von
dein Nominalwellenwiderstand bedeutet.
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Ist nun außerdem der Ausgangswiderstand des Verstärkers T>> - Z/z,
so hat der Eingangsscheinwiderstand des Doppelrohrzwischenverstärkers zwischen den
Punkten i und 4 den Wert Z,12 -f - (Z -f- 21) I2 - - Z -f-
1,
der dein Wert des Wellenwiderstandes der Leitung gleich ist. Aus dieser
Rechnung geht hervor, daß beiVermehrung des im Eingangskreis des Verstärkers liegenden
Scheinwiderstandes der Leitung um den doppelten Betrag des Überschusses 1 der gewünschte
Scheinwiderstandswert zwischen den Punkten i und 4, d. h. der Wert Z ;- 1, erreicht
wird. Z -i- 1 entspricht dem Wellenwiderstand der Leitung. Die Leitung ist also
durch einen Widerstand vom Betrag ihres Wellenwiderstandes abgeschlossen und infolgedessen
durch die Anordnung gemäß der Erfindung die gestellte Aufgabe, nämlich die Nachbildung
der Leitung zu erleichtern, gelöst.
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Es hat sich im allgemeinen als vorteilhaft erwiesen, die Schaltung,
die den gewünschten Scheinwiderstandsverlauf herstellt, aus einem Ohmschen Widerstand
R, und einem Vierpol B aus Blindwiderstandselementen zusammenzusetzen.
Die
Wirkungsweise der in dem Ausführungsbeispiel dargestellten Schaltung läßt sich etwa
folgendermaßen verstehen: Der mit S bezeichnete Teil der Schaltung hat den Aufbau
und die ungefähre Bemessung einer Nachbildung des Wellenwiderstandes einer mit halbem
Spulenfeld endenden Pupinleitung, wie sie als Siemens-Nachbildung bekannt ist.
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Der vor S liegende Teil der Schaltung, der mit H bezeichnet ist, entspricht
ungefähr dem Schwingungskreis und Parallelkondensator einer Hoyt-Nachbildung für
ebenfalls eine Pupinleitung mit halbem Spulenfeld. Es ist zu bemerken, daß die günstigen
Werte der einzelnen Schaltelemente im allgemeinen nicht zusammenfallen mit den Werten,
die für Nachbildungen sich als günstig erwiesen haben, weil die Schaltung hier eine
wesentlich andere Aufgabe zu erfüllen hat, und zwar ist es erforderlich, den frequenzabhängigen
Teil J des Wellenwiderstandes der Leitung in doppelter Größe darzustellen, verglichen
mit dem Fall der Nachbildung des Wellenwiderstandes. Im allgemeinen wird außerdem
der Querkondensator, der unmittelbar am Ausgleichsübertrager liegt, kleiner zu bemessen
sein als bei der entsprechenden Hoyt-Nachbildung.
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Der innere Widerstand einer Röhre ist praktisch für die in Frage kommenden
Frequenzen als reell und konstant anzusehen, so daß an den Symmetriepunkten g und
q. jeder der Ausgleichsschaltungen A1 und A2, falls der Nachübertrager Nii genügend
hohe Induktivität hat, ein Scheinwiderstand liegt, der von der Frequenz unabhängig
und reell ist. Es hat sich aber als zweckmäßig erwiesen, im Anodenkreis primär oder
sekundär Kompensationskondensatoren C oder K, gegebenenfalls auch beide Kondensatoren,
einzuführen, weil man dann mit geringeren Induktivitäten des Übertragers auskommen
kann. Ein übertrager mit sehr hohen Induktivitäten übersetzt den Scheinwiderstand
in einem festen Verhältnis. Wenn jedoch die Induktivitäten kleiner werden, so zeigt
er außerdem die Wirkung einer parallel liegenden Induktivität. Sieht man von den
niederen Frequenzen ab, so bewirkt die zu einem Ohmschen Widerstand, wie es der
innere Widerstand ist, parallel liegende Induktivität, daß ein positiver, imaginärer
Teil im Scheinwiderstand auftritt, der umgekehrt proportional der Frequenz ist,
während der Realteil praktisch so gut wie konstant bleibt. Der positive Imaginärteil
kann durch einen Reihenkondensator entsprechender Größe aufgehoben werden, weil
der Blindwiderstand eines Kondensators negativ ist und sein Betrag ebenfalls umgekehrt
proportional der Frequenz ist. Falls es erforderlich ist, die Veränderung des Realteiles
auch zu kompensieren, kann man dem Kondensator einen Ohmschen Widerstand parallel
schalten.
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Es ist, wie oben erwähnt, möglich, die Kompensation mit einem Kondensator
oder mit zwei Kondensatoren zu beiden Seiten des Zlbertragers zu machen. Ferner
kann man auch die Kondensatoren in Reihe zu den Wicklungen des Ausgleichsübertragers
A, legen, weil in beiden Fällen die Kondensatoren praktisch in Reihe zu den Wicklungen
des Ausgleichsübertragers und des zugehörigen Nachübertragers liegen. Die Anordnung
der Kompensationskondensatoren für den Ausgangskreis der Verstärkerröhre T, und
den Eingangskreis der Verstärkerröhre TV, kann an den zu C und K symmetrischen Punkten
des Doppelrohrzwischenverstärkers erfolgen.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel für die Schaltung zur Erzielung eines
günstigen Widerstandes ist zwischen dem Ausgleichsübertrager AZ und der Röhre V,
dargestellt. Es ist hierbei angenommen, daß die Leitung L.; mit einer halben Spule
aufhört, und infolgedessen ist auch eine etwas andere Schaltung im Eingangskreis
des Verstärkers notwendig. Sie besteht in dem Ausführungsbeispiel aus zwei Teilen
Hl und H- Der Teil Hl hat den Aufbau wie die Hoyt-Nachbildung für eine Pupinleitung,
die mit halber Spule endet. Er besteht aus einem Ohmschen Widerstand R2, der wiederum
als Spannungsteiler ausgebildet ist und dem ein Schwingungskreis aus Spule und Kondensator
in Reihe parallel geschaltet ist. Hierzu liegt eine Spule in Reihe. Der zweite Teil
der Schaltung, H_, hat denselben Aufbau wie Hl, abgesehen von dem fehlenden Ohmschen
Widerstand. Es ist ersichtlich, daß in Anlehnung an andere bekannte Nachbildungsschaltungen
eine große Reihe von Schaltungsanordnungen für den Eingangskreis der Verstärkerröhre
möglich ist, die die verlangte Umbildung des Eingangswiderstandes des Doppelrohrzwischenverstärkers
leisten.
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Ein wesentlicher Vorzug der beschriebenen Anordnungen, die aus einem
Vierpol B, oder B., aus Blindwiderständen bestehen, der mit einem Ohmschen Widerstand
R1 bzw. R., abgeschlossen ist, liegt darin, daß die Regelung des Verstärkungsgrades
durch Abgreifen der Teilspannungen an den Ohmschen Widerständen möglich ist, ohne
daß bei Veränderung des Abgriffspunktes der Eingangsscheinwiderstand merklich verändert
wird, denn der Scheinwiderstand derVorübertrager der Röhre kann sehr groß gehalten
werden gegenüber den Widerständen R1, R.. Die Einstellung des Kontaktes bewirkt
dann nur
eine parallele Verschiebung der Verstärkungskurve und bleibt
ohne Einfluß auf den Eingangswiderstand des ganzen Doppelrohrzwischenverstärkers.
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Weiter ist es leicht möglich, durch die Bemessung der Schaltelemente
dafür zu sorgen, daß die bei den Zwischenverstärkern für Pupinleitungen notwendige
Begrenzung des Frequenzbereiches, in dem eine Verstärkung stattfindet, durch die
Schaltungen gleichzeitig besorgt wird. Betrachtet man z. B. die Schaltung
H, S im Eingangskreis der Röhre V,, so sieht man, daß der Teil S ein Glied
einer Spulenleitung enthält, so daß die höheren Frequenzen von einer gewissen Grenze
ab abgeschnitten werden. Ferner enthält der Teil H einen Schwingungskreis, der so
bemessen werden kann, daß für eine bestimmte Frequenz, auf die der Schwingungskreis
abzustimmen ist, eine fast beliebig große Dämpfung erzielt werden kann. Es hat sich
bekanntlich als zweckmäßig erwiesen, wenn L, bzw. L, Pupinleitungen sind, die Verstärkung
in der :I ähe der Grenzfrequenz der Leitungen am meisten herabzusetzen, und man
wird daher den Schwingungskreis auf diese Frequenz abstimmen.
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Ein weiterer Vorteil der in den Ausführungsbeispielen dargestellten
Anordnungen liegt darin, daß die Entzerrung durch eine Schaltung E, vorgenommen
wird, die in Reihe zum Vorübertrager liegt. Es ist möglich, den Scheinwiderstand
der Reihenschaltung aus El und dem Vorübertrager gegenüber R,. sehr groß zu halten,
und man kann daher mit beliebigen Entzerrungsschaltungen stets den gleichen Eingangswiderstand
des Doppelrohrzwischenverstärkers erhalten.