DE575602C - Netzwerk mit Drosselspulen, deren Induktivitaet durch AEnderung des Saettigungszustandes ihres Kernes veraenderlich gemacht ist - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Netzwerk mit Drosselspulen, deren Induktivität durch Änderung des Sättigungszustandes ihres Kernes geändert werden kann, um die Einstellung verschiedener Dämpfungen zu ermöglichen, insbesondere zur signalstromgesteuertenDämpfungsänderung in Übertragungssystemen.

Es ist bekannt, daß die Zunahme der Sättigung eines Spulenkernes die Erniedrigung des Schein Widerstandes der Spule bewirkt, so daß man die Dämpfung in einem Übertragungssystem durch Reihenschaltung einer solchen Spule im Bedarfsfall vermindern und durch Parallelschaltung erhöhen kann. Die Abnähme der Sättigung hat die umgekehrte Wirkung.

Es ist auch bereits bekannt, derartige Spulen, deren Induktivität durch Änderung des

-. * Sättigungszustandes ihres Kernes geändert werden kann, als Teil einer Drosselkette zu verwenden und diese Drosselketten als regelbare Dämpfungsschaltungen zur Echo- "und Rückkopplungssperrung in die beiden Übertragungswege eines Zweidrahtverstärkers ein-' zuschalten. Die Nörmalform einer solchen Drosselkette ist in Abb. ia schematisch wiedergegeben. Bei der praktischen "Änwendungfür die erwähnten Echo- und Rückkopplungssperren wird auf dem Kern der als Längswiderständ geschalteten Drosselspule eine Hilfswicklung' 'angeordnet, die bei Signal- · Übertragung " "von gleichgerichteten '■ S ignal^ strömen durchflossen wird und dadurch "die durch die Drosselkette bewirkte Dämpfung ändert. '

In Abb. ib und ic ist in schematischer ^:" Form veranschaulicht, wie die Dämpfungsänderung in dem genannten Fall" vor sich geht. Abb. ib möge dem Ruhezustand entsprechen, bei dem infolge des hohen Schein-Widerstandes der Drosselspule die'Grenzfre- ^r" quenz der Drosselkette bei jF₀ liegt, während im Betriebszustand (vgl. Abb. ic) durch Er- \ höhüng des S ättigungszustandes und entsprechende Abnahme des Scheinwiderstandes der Drosselspule die Grenzfrequenz bis zu dem Wert .F₁ verschoben wird. Nimmt mari nun an; daß die normale untere Grenze des Übertragungsbereiches des verwendeten Übertragungssystems bei F₂ (^z· B· 3°° Hz) und die Frequenz F₁ um einen ausreichenden Betrag oberhalb der oberen Grenze des geforderten

Ubertragungsbereiches (ζ. B. bei 3000 Hz) liegt, so zeigt sich, daß im Ruhezustand entsprechend Abb. ib das ganze zu übertragende Frequenzgebiet gesperrt und im Betriebszustand entsprechend Abb. ic durchlässig ist. Diese Schaltung hat aber den wesentlichen Nachteil, daß eine abgestufte Dämpfungsänderung, wie sie in der Praxis häufig gefordert wird, nicht möglich ist, da die Dämpfung durch Verschiebung der Grenzfrequenz der Drosselkette nur frequenzabhängig geändert werden und dementsprechend der die Drosselkette enthaltende Übertragungsweg für den Frequenzbereich der Signalströme praktisch nur zwei verschiedene Dämpfungszustände besitzen kann, nämlich den Zustand einer hohen Dämpfung bei Verschiebung der Grenzfrequenz bis unter die untere Grenze des Signalfrequenzbereiches (Abb. ib) und den Zustand niedriger Dämpfung bei Verschiebung nach der entgegengesetzten Seite bis zu einem Punkt oberhalb der höchsten Signalfrequenz (Abb. ic). Durch diese Wirkungsweise sind derartige Anordnungen, sofern man nicht gerade die Verschiebbarkeit der Grenzfrequenz für sich ausnutzen will, auf die Anwendung bei Echo- und Rückkopplungssperren beschränkt, d. h. also bei Vorrichtungen, die für einen bestimmten Frequenzbereich nur zwei verschiedene Dämpfungszustände, nämlich einen Zustand hoher Dämpfung und einen Zustand geringer Dämpfung, aufzuweisen brauchen. Auch bei dieser speziellen Anwendung ergeben sich aber Nachteile, da in der Praxis oft gefordert wird, daß sich die Dämpfung bei der Echo- und Rückkopplungssperrung stufenweise und frequenzunabhängig ändern läßt.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß zur Erzielung einer Frequenzunabhängigkeit der verschiedenen Dämpfungen das Netzwerk nur aus Spulen zusammengesetzt ist. Dabei kann das Netzwerk vorzugsweise entweder in Form einer Brücke, deren sämtliche Zweige aus Spulen bestehen, oder in Form eines Kettenleiters, dessen Längs- und Querglieder sämtlich durch Spulen gebildet sind, ausgebildet sein. Hierbei ist es vorteilhaft, jedoch nicht unbedingt erforderlich, daß alle Spulen, die das Netzwerk bilden, gemeinsam geregelt werden. In allen Fällen bleibt vor, während und nach der Regelung die Dämpfung in dem praktisch verwerteten Bereich frequenzunabhängig. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert. Die Abb. 2a, 2b und 2c zeigen Dämpfungsschaltungen, welche sowohl vor als auch nach der Änderung des Sättigungszustandes praktisch konstante Dämpfung für alle Frequenzen ergeben. Abb. 2d zeigt die übertragungscharakteristik für verschiedene Sättigungszustände. Abb. 3 veranschaulicht eine Verstärkerschaltung, in welcher die Dämpfungsschaltung nach Abb. 2a verwendet ist, und Abb. 4 zeigt die Änderung des Scheinwiderstandes der Spulen in Abhängigkeit von ihrem Sättigungszustand.

Abb. 2a zeigt eine Brückensehaltung mit gleichartigen Induktivitäten L₁ im gegenüberliegenden Brückenzweig. Diese Schaltung hat die größte Wirkung, d. h. die gesamte Dämpfungsänderung ist für eine gegebene Änderung der Sättigung am größten, wenn L₁ gleich L₂ ist und wenn das eine Spulenpaar hoch-, das andere nichtgesättigt ist. Angenommen, daß die Induktivitäten L₁ in den gegenüberliegenden Armen der Brücke sich im ungesättigten Zustande befinden, während die Induktivitäten L₂ in den anderen Brükkenzweigen gesättigt sind, und daß unter diesen Bedingungen L₁ gleich L₂ ist, so ergibt sich ein Zustand hoher Dämpfung, wie er in Abb. 2d durch die Linie A dargestellt ist. Die Brücke ist in diesem Fall im Gleichgewicht, so daß bei Zuführung einer Spannung über die Punkte 1 und 2 praktisch keine Spannung zwischen den Punkten 3 und 4 auftritt.

Wenn jedoch die entgegengesetzten Sätti- go gungszustände bestehen, d. h. wenn die Induktivitäten L₁ gesättigt und L₂ ungesättigt sind, so wird, da der Scheinwiderstand der Spulen L₂ wächst, die Brückensehaltung aus dem Gleichgewicht gebracht, so daß eine große Potentialdifferenz zwischen den Punkten 3 und 4 auftritt. Es besteht in diesem Fall der Zustand geringer Dämpfung, wie er durch die Linie B in Abb. 2d dargestellt ist.

Wenn jedoch die Spulen L₁ und L₂ unter gleichen Bedingungen gleiche Induktivität besitzen, so läßt sich die beschriebene Wirkung dadurch erreichen, daß die beiden Spulenpaare vormagnetisiert werden, so daß sie sich in einem Zustand halber Sättigung befinden, wenn die Brücke im Gleichgewicht ist. Wird nun die Sättigung des einen Spulenpaares vermindert und die des anderen erhöht, so läßt sich die Brückensehaltung in erheblichem Maße aus dem Gleichgewicht bringen. Wenn die Spulen nur Blindwiderstände besäßen, so würde die Dämpfung für alle Frequenzen gleich sein, und im Gleichgewichtszustand der Brücke würde der Scheinwiderstand der Brückensehaltung unendlich groß sein. Jedoch läßt sich auch dann, wenn der Wirkwiderstand der Spulen so gering ist, daß er keinen wesentlichen Einfluß auf den Phasenwinkel ausübt, die Änderung der Dämpfung mit der Frequenz vernachlässigen und der Zustand des unendlich großen Scheinwiderstandes nahezu erreichen. Wenn die Wirk-

widerstände gleichgemacht werden, kann die Dämpfung der Brückenschaltung für Gleichstrom und für niedrige Frequenzen unendlich groß gemacht werden, da sich ein vollständiges Gleichgewicht der Brücke herstellen läßt. Gerade dies ist eine Bedingung, die bei gewissen Fernsprechkreisen häufig erwünscht ist.

Ähnliche Dämpfungszustände lassen sich ίο durch ein T-Netzwerk und durch" ein TT- Netzwerk erzielen, wie sie in Abb. 2b bzw. 2c dargestellt sind. In beiden Fällen ist der Zustand geringer Dämpfung, der in Abb. 3d durch die Linie B veranschaulicht wird, dann vorhanden, wenn die Längsspulen gesättigt und die Querspulen ungesättigt sind, während der Zustand höherer Dämpfung dann eintritt, wenn die Querspulen gesättigt und die Längsspulen ungesättigt sind. Bisher wurde angenommen, daß die Spulen ihren höchsten Scheinwiderstand bei der Sättigung Null besitzen. Manche Spulen zeigen jedoch erst bei einem bestimmten Sättigungszustande das Maximum des Schein-Widerstandes, so daß in diesen Fällen das Arbeitsgebiet zwischen einem Punkt höherer Sättigung und dem Sättigungspunkt, der dem höchsten Scheinwiderstand entspricht, liegen kann. Wenn der höchste Scheinwiderstand bei einem gewissen niedrigen Sättigungswert liegt, kann man entweder die Sättigungskurve oberhalb oder unterhalb dieses Punktes verwerten. Im allgemeinen ist es wünschenswert, den oberhalb liegenden Teil der Sättigungskurve zu verwenden, da sich dann bei hoher Sättigung ein weit kleinerer Scheinwiderstand erzielen läßt und der Scheinwiderstand für kleine Stromänderungen praktisch konstant ist. Durch geeignete Wahl der Vormagnetisierung der Spulen läßt sich der Arbeitsbereich auf jeden gewünschten Teil der Sättigungskurve legen.

Bei Verwendung von Nickel-Eisen-Legierungen als Kernmaterial lassen sich so bemerkenswert gute Sättigungseigenschaften erzielen, daß die Ein- und Ausschaltung des Sättigungsstromes dem Ein- und Ausschalten eines in Reihe mit der Leitung oder zur Leitung in Brücke liegenden Schalters nahekommt. Die Wirkung ist zwar nicht der Wirkung eines Schalters gleichwertig, doch läßt sich durch Verwendung ausreichender Spulen jede gewünschte Dämpfungsänderung erzielen, und es kommt nur darauf an, für den jeweils verwendeten Stromkreis den günstigsten Arbeitspunkt auszuwählen.

Bei den Schaltungen nach Abb. 2a, 2b und 2c ist es notwendig, daß die Abschluß scheinwiderstände dem Wellenwiderstand der Netzwerke möglichst gleichkommen oder daß wenigstens ein festes Verhältnis der Scheinwiderstände für alle Frequenzen besteht, damit für alle Frequenzen die Dämpfung konstant ist.

Abb. 3 zeigt eine Verstärkerschaltung mit sprachgesteuerten Sperrvorrichtungen, in welcher die in Abb. 2a dargestellte Brückenschaltung zur Änderung der Dämpfung in den beiden Übertragungswegen benutzt wird. Dargestellt ist ein Zweidrahtverstärker.

Die Leitung L ist durch ein Netzwerk 28 über den Ausgleichübertrager 1 abgeschlossen, welcher in bekannter Weise die aus der Leitung L ankommenden und die der Leitung L zuzuführenden Ströme trennt. Die weiterführende Leitung L₁ ist in entsprechender Weise durch das Netzwerk 27 über den Ausgleichübertrager 3 abgeschlossen. In den beiden getrennten Übertragungswegen liegen die Verstärker V, von denen der eine Verstärker 2 zur Verstärkung der von L nach L₁ übertragenen Ströme dient, während der Verstärker 32 die in der entgegengesetzten Richtung übertragenen Ströme verstärkt.

Die beiden Übertragungsrichtungen sind ferner mit sprachgesteuerten Sperrvorrichtungen 100 bzw. 200 verbunden, die sowohl eine Echosperrung als auch eine Rückkopplungssperrung bewirken. Jede der beiden Sperrschaltungen besteht aus einer Dämpfungsschaltung 20 bzw. 50, die im Ruhezustand gesperrt ist, und aus einer weiteren Dämpfungsschaltung 40 bzw. 60, die im Ruhezustande durchlässig ist. Die Steuerung der Sperrschaltungen erfolgt über Gleichrichterschaltnngen G₁ die einen abgezweigten Teil der Ströme verstärken und gleichrichten. Die Gleichrichterschaltung 15 richtet die von L nach L₁ übertragenen Ströme gleich und führt den gleichgerichteten Strom den Dämpfungsschaltungen 20 bzw. 40 zu, während der andere Gleichrichter 35 an den entgegengesetzten Übertragungsweg angeschlossen ist und die Dämpfungsschaltungen 50 bzw. 60 steuert.

Die Dämpfungsschaltungen sind so ausgebildet, daß beispielsweise bei Sprachübertragung von L nach L₁ durch die von der Gleichrichterschaltung 15 gelieferten Steuerströme die Dämpfungsschaltung 20, die im Ruhezustande gesperrt ist, durchlässig gemacht wird, während gleichzeitig zur Unterdrückung von Echoströmen die im entgegengesetzten Übertragungswege liegende Dämpfungsschaltung 40, die im Ruhezustande durchlässig ist, nunmehr gesperrt wird. In entsprechender Weise arbeiten die Dämpfungsschaltungen 50 und 60 bei Übertragung von L₁ nach" L.

Obwohl die Ansprechzeit der Sperrvorrichtungen sehr gering ist, kann doch in manchen Fällen die Einschaltung von Verzögerungslei-

tungen VL erwünscht sein, die die zu übertragenden Ströme erst dann an die nachfolgende Dämpfungsschaltung gelangen lassen, wenn diese durchlässig gemacht ist. Dabei ist die \^rerzögerungsleitung 16 für die Übertragung von L nach L₁, die Verzögerungsleitung 36 für die Übertragung von L₁ nach L vorgesehen.

Die Dämpfungsschaltungen entsprechen in dem gewählten Ausführungsbeispiel der in •Abb. 2a dargestellten Schaltung. Es ist natürlich auch möglich, alle anderen Dämpfungsschaltungen zu verwenden, die in der Beschreibung bereits erwähnt worden sind oder sonst in den Bereich der Erfindung fallen.

Die Dämpfungsschaltung 20 ist, wie erwähnt, eine Brückenschaltung vom Typus der Abb. 2a, in deren Zweigen die Spulen 4, 5, 7 und 8 liegen. Zwei gegenüberliegende Brükkenzweige werden durch die Spulen 4 und 5 gebildet, die auf einem gemeinsamen Kern 6 angeordnet sind und den Spulen L₁ in Abb. 2a entsprechen. In den beiden, anderen Brückenzweigen liegen die Spulen 7 und 8, die auf dem gemeinsamen Kern 9 angeordnet sind und den Spulen L₂ entsprechen. Um den Sättigungszustand der Spulenkerne 6 bzw. 9 auf einen bestimmten Ruhewert einstellen zu können, sind ferner Hilfswicklungen 11 und 12 vorgesehen, die durch eine Gleichstromquelle 10 gespeist werden. Die Kerne tragen ferner weitere Wicklungen 13 und 14, die von dem gleichgerichteten Strom der Gleichrichterschaltung 15 gespeist werden. Im Ruhezustande, d. h. wenn kein Strom von L nach L₁ übertragen wird und die Gleichrichterschaltung 15 somit keinen Steuerstrom liefert, befinden sich die beiden Spulenkerne im halbgesättigten Zustande, der sich durch die Größe der Vormagnetisierung mittels der Spulen 11 und 12 einstellen läßt. Der halbgesättigte Zustand entspricht dem Punkt M in dem in Abb. 4 dargestellten Kurvenschaubild. In diesem Schaubild ist der Scheinwiderstand in Abhängigkeit von dem Sättigungszustand dargestellt. Das Maximum des Scheinwiderstandes liegt bei einem geringen Sättigurigswert IV, während bei hoher Sättigung 0 der Scheinwiderstand praktisch gleich Null wird. Die Größe der Kerne und die Windungszahl der Spulen sowie die Größe des Vormagnetisierungsstromes sind zweckmäßig so gewählt, daß alle Spulen im Ruhezustand gleichen Scheinwiderstand besitzen. Die Brücke befindet sich jetzt in vollständigem Gleichgewicht, so daß der Scheinwiderstand der Brükkenschaltung seinen Höchstwert besitzt. Wenn nun bei Übertragung von Nachrichtenströmen die Gleichrichterschaltung einen Steuergleichstrom für die Wicklungen 13 und 14" liefert, so wird der Gleichgewichtszustand der Brücke gestört. Wenn z.B. die Spulen 11 und 12 entgegengesetzt und die Wicklungen 13 und 14 gleichartig gepolt sind, so bewirkt der Durchgang des Steuergleichstromes durch die Wicklungen 13 und 14 die Erhöhung des einen und die Erniedrigung des anderen Sättigungszustandes. Der Sättigungszustand des einen Spulenkerns kann beispielsweise auf den Wert N (Abb. 4) gebracht werden, der dem Maximum des Scheinwiderstandes entspricht, während der Sättigungszustand des anderen Kernes so weit erhöht wird, daß der Scheinwiderstand der auf ihm angeordneten Spulen praktisch Null wird (Punkt ο in Abb. 4).

Die andere Dämpfungsschaltung 40, die im Ruhezustande durchlässig ist und bei Sprachübertragung von L nach L₁ gesperrt wird, ist ebenfalls eine Brückenschaltung, deren Zweige aus den Spulen 17, 18, 19 und 21 bestehen. Die Spulen 17 und 18, die gegenüberliegenden Zweigen der Brückenschaltung angehören, sind wiederum auf einem gemeinsamen Kern 22 angeordnet, ebenso die Spulen 19 und 21 auf dem gemeinsamen Kern 23. Die Kerne tragen außerdem Steuerwicklungen 24 und 25, die entsprechend den Spulen 13 und 14 von der Gleichrichterschaltung 15 gespeist werden. Die Bedingung, daß die Dämpfungs-Schaltung 40 im Ruhezustand durchlässig ist, verlangt, daß das Gleichgewicht der Brückenschaltung gestört ist und erst bei Sprachübertragung in der entgegengesetzten Verkehrsrichtung L-L₁ hergestellt wird. Es muß also bei der dargestellten Anordnung der Spulen der eine der beiden Kerne sich im ungesättigten Zustande befinden, während der andere Kern hochgesättigt ist. Zu diesem Zweck ist auf dem Kern 23 eine Hilfswicklung 37 angebracht, die von der Gleichstromquelle 26 gespeist wird und die erforderliche Vormagnetisierung erzeugt. Der Scheinwiderstand der Spulen 17 und 18 hat in diesem Fall angenähert seinen höchsten Wert, während der Scheinwiderstand der Spulen 18 und 21 praktisch gleich Null ist, entsprechend den Punkten N bzw. 0 in Abb. 4.

Bei Sprachübertragung in der entgegengesetzten Verkehrsrichtung L-L₁ werden die Wicklungen 24 und 25 von dem durch die Gleichrichterschaltung 15 gelieferten gleichgerichteten Strom durchflossen, wodurch der Sättigungszustand der beiden Spulenkerne 22 und 23 geändert wird. Der Stromdurchgang durch die Spule 25 bzw. der Wicklungssinn dieser Spule ist dabei derart, daß der Zustand hoher Sättigung, der durch die Spule 37 bewirkt wurde, zum Teil aufgehoben wird. Auch der Kern 22 wird durch die Spule 24 nicht voll gesättigt, vielmehr ist die Sättigungsänderung bei Stromdurchgang durch die Spu-

len 24. und 25 so gewählt, daß die beiden Spulenkerne sich etwa im gleichen Zustand halber Sättigung befinden. Die Dämpfungsschaltung 40 ist dadurch praktisch undurchlässig gemacht.

Beim Aufhören der Nachrichtenübertragung von L nach L₁ wird das Gleichgewicht der Dämpfungsschaltung 40 wieder gestört, während das gestörte Gleichgewicht der Brükkenschaltung 20 wiederhergestellt wird.

Die Dämpfungsschaltungen 50 und 60, die für die andere Verkehrsrichtung L₁-L vorgesehen sind und von der Gleichrichterschaltung gesteuert werden, entsprechen in ihrer Schaltung den Dämpfungsschaltungen 20 und 40, so daß sich ihre Beschreibung erübrigt.

Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 stellt die Anwendung des Erfindungsgedankens auf einen Zweidrahtverstärker dar, jedoch ist es selbstverständlich, daß die Erfindung auch für alle anderen Schaltungen von Übertragungssystemen, wie z. B. Vierdrahtverbindungen, sinngemäß anwendbar ist.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Netzwerk mit Drosselspulen, deren Induktivität durch Änderung des Sättigungszustandes ihres Kernes veränderlich gemacht ist, um die Einstellung verschiedener Dämpfungen zu ermöglichen, insbesondere zur signalstromgesteuerten Dämpfungsänderung in übertragungssystemen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Frequenzunabhängigkeit der verschiedenen Dämpfungen das Netzwerk nur aus Spulen zusammengesetzt ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk in Form einer Brücke ausgebildet ist, deren sämtliche Zweige aus Spulen bestehen (Abb. ia).
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk in Form eines Kettenleiters ausgebildet ist, dessen sämtliche Längs- und Querglieder aus Spulen bestehen (Abb. ib und ic).
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sätti-

   ' gungszustand sämtlicher Spulen geändert wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wicklungen auf gemeinsamen Kernen angeordnet sind.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitungen für den den Sättigungszustand ändernden Strom zwecks Vermeidung gegenseitiger Störung von den Übertragungsleitungen durch an sich bekannte elektrische Mittel getrennt sind.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erhöhung der Sättigung der Längsspulen (L₁) gleichzeitig die Sättigung der Querspulen (L₂) vermindert wird, und umgekehrt.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen im Ruhezustand teilweise eine bestimmte Vormagnetisierung durch einen zweckmäßig einer Hilfswicklung zugeführten Ruhestrom besitzen, derart, daß bei gemeinsamer Zuführung des die Sättigungsänderung bewirkenden Stromes die Sättigung für einen Teil der Spulen erhöht, für einen anderen Teil aber durch Kompensierung der Ruhesättigung vermindert wird.
9. 9. Gegenverkehrsübertragungssystem mit Echo- und Rückkopplungssperren, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Übertragungswege regelbare Netzwerke nach Anspruch 1 oder folgenden enthalten, derart, daß bei Signalübertragung in einem Weg durch Sättigungsänderung von Netzwerkspulen mittels gleichgerichteter Signalströme eine frequenzunabhängige Dämpfungsverminderung in dem die Signalströme übertragenden Weg und eine frequenzunabhängige Dämpfungserhöhung in dem entgegengesetzten Weg stattfindet.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen