DE629261C - Schaltungsanordnung zur Frequenzentzerrung von Stromkreisen, welche mittels negativer Widerstaende von nicht traegheitsfreiem Verhalten entdaempft sind - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Frequenzentzerrung von Stromkreisen, welche mittels negativer Widerstaende von nicht traegheitsfreiem Verhalten entdaempft sindInfo
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- H04B3/02—Details
- H04B3/04—Control of transmission; Equalising
- H04B3/16—Control of transmission; Equalising characterised by the negative-impedance network used
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Description
DEUTSCHES REICH
AUSGEGEBEN AM
27. APRIL 1936
REICHSPATENTAMT
PATENTSCHRIFT
KLASSE 21a2 GRUPPE 18 os
Siemens & Halske Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt*)
Patentiert im Deutschen Reiche vom 29. Dezember 1933 ab
Während sich durch negative Widerstände, die als wirksame Elemente Elektronenröhren
enthalten, ein reeller negativer Widerstand bis zu hohen Frequenzen realisieren läßt, ist
dies bei negativen Widerständen, die aus festen, flüssigen oder gasförmigen Körpern
bestehen, häufig nicht der Fall. Derartige Widerstände sind zwar dadurch gekennzeichnet,
daß von einer kritischen Stromstärke ab
to ihre Stromspannungscharakteristik fällt; legt man jedoch den Arbeitspunkt durch geeignete
Wahl des Gleichstromes auf den fallenden Teil der Kennlinie und überlagert man dann
diesem Gleichstrom den Nutzwechselstrom, so ist der durchsteuerte differentielle Widerstand zwar negativ, die Durchsteuerung erfolgt
jedoch nicht trägheitslos. Aus diesem Grunde haben derartige Widerstände einen Frequenzgang, der wie beispielsweise in
Fig. ι durch die Ortskurve eines Vektors dargestellt werden kann.
In Fig. ι ist die Ortskurve mit A bezeichnet.
Nach links sind die reellen Werte (negativ), nach oben die imaginären Werte aufgetragen.
1-2 stellt infolgedessen dein reellen negativen Widerstand bei der Frequenz
ο dar. Mit η ist das Verhältnis, von Betriebsfrequenz / zu Grenzfrequenz fg bezeichnet,
wobei unter der letzteren diejenige Frequenz zu verstehen ist, bei welcher die Ortskurve
des Widerstandes die Ordinatenachse schneidet. Aus der Fig. 1 erkennt man, daß
der negative Scheinwiderstand für Frequenzen, die hinreichend weit von der Grenzfrequenz
fg entfernt sind (z.B. ο bis 0,001 fg), verhältnismäßig konstant ist, daß er jedoch
für Frequenzen in der Nähe der Grenzfrequenz einen sehr starken Gang aufweist. Da man in der Wahl der Grenzfrequenz nicht
frei ist, diese vielmehr durch die physikalisehen Eigenschaften des Widerstandes bestimmt
ist, wird man fast immer gezwungen sein, den Widerstand auch in einem Gebiet zu
verwenden, in dem der Frequenzgang bereits eine starke Rolle spielt.
Um die Beeinflussung eines Stromkreises durch einen derartigen negativen Widerstand,
insbesondere die dadurch hervorgerufene Frequenzverzerrung, anschaulich wiederzugeben,
sind die entsprechenden Verhältnisse in einem vereinfachten Diagramm in Fig. 2 dargestellt, welches an die Fig. 1 angelehnt
ist. Der Einfachheit wegen soll angenommen werden, daß der zu entdämpfende Stromkreis
(vgl. Fig. 2 a) aus einer Stromquelle E00 mit
dem inneren Widerstand Rit einem äußeren "
Nutzwiderstand Ra und dem entdämpfenden Widerstand^ besteht, wobei R1=R0=R angenommen
ist. Es soll ferner angenommen werden, daß die Ortskurve A in Fig. 1 sich So
angenähert durch die Gerade B darstellen lasse, wobei die starke Frequenzabhängigkeit
beispielsweise durch das Gesetz Rn = Rn{f0)
(—· ι -f- γη + j' Υη) bestimmt sei. Es soll jedoch
gleich hier bemerkt werden, daß die hier angestellten Betrachtungen sich auch auf
*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:
Dr. Richard Feldfkeller und Dr.-Ing. Kurt Reche in Berlin-Siemensstadt.
()292(il
alle diejenigen Fälle beziehen, in denen der Frequenzgang des negativen Widerstandes
nicht gleich dem angenommenen ist, sondern ihm nur ähnelt, und in denen die Widerstände
i?,· und Ra nicht gleich und nicht reell,
sondern komplex sind. In Fig. 2b ist wiederum wie in Fig. 1 der negative Widerstand
für die Frequenz ο mit 1-2 bezeichnet, während die Gerade 1-4 die angenäherte
Ostkurve des negativen Widerstandsvektors entsprechend der Geraden B in Fig. 1 darstellt.
Durch 0-2 ist der reelle positive Widerstand des Stromkreises =i?j+i?o=2 R
wiedergegeben. Rn bezeichnet dann den zu der Frequenz ft gehörigen Vektor des negativen
Widerstandes, und der Vektor 0-3 gibt den resultierenden Scheinwiderstand Rr des
ganzen Systems wieder. Da die durch die Entdämpfung 'bewirkte Verstärkung durch das Verhältnis · des absoluten Betrages von
R1-IzR gegeben ist, so ist aus Fig. 2 b zu erkennen,
daß die Verstärkung für die von fg weit entfernten Frequenzen nahezu konstant
ist, dann jedoch stark abfällt, um schließlich den Wert ο anzunehmen und in der unmittelbaren
Nähe von fg sogar in eine ,Dämpfung
,überzugehen, da ja der absolute Betrag von
Rr größer als 2 J? ist.
Die Fig- 2c gibt den bereits 'hesehrielienen
Verlauf der Verstärkung jaochmals an Hand .einer iöirae wieder, wo als Abszissen die
Frequenzen im llogarithmischen Maßstab und
als Ordinaten die erzielte Verstärkung z.B. in Neper eingetragen sind. Es ist daraus jzu
entnehmen, daß für .Frequenzen von etwa 0,1 fg die Verstärkung praktisch bereits ο
geworden ist. Da, wie oben -erwähnt, die Grenzirequenz fg nicht beliebig iaoch .gewählt
werden kann, ist ein Betrieb mit solchen Widerständen über eine gewisse verhältnismäßig
tiefliegende Frequenz hinaus praktisch unmöglich, oder ßs 'ergibt sich zumindest eine
sehr starke Frequenzabhängigkeit« Eine Übertragung von Sprache z, B. ist in praktischen
4-5 Fällen .ohne die Anwendung besonderer Mittel mit .-außerordentlich !tönen Schwierigkeiten
verknüpft oder überhaupt unmöglich ,gemacht. Nach der vorliegenden Erfindung werden
diese .Schwierigkeiten dadurch beseitigt, daß durch ^zusätzliche Scheinwiderstände der Einfluß
des negativen Widerstandes auf .die Ortskurve .des resultierenden Sckeinwiderstandes
.derart -verändert wird, daß sich der Betrag dieses Scheinwiderstandes in Abhängigkeit
von der Frequenz zumindest für einen gewünschten Frequenzbereich nicht wesentlich
ändert -oder'sich nur in einem gewünschten
-Sinne ändert. Daß der genannte Scheinwiderstand sich nicht wesentlich ändert, kann dadurch
erreicht werden, daß alle Frequenzpunkte des interessierenden Gebietes durch geeignete Maßnahmen in der Nähe eines
Punktes zusammengedrängt werden oder daß die Ortskurve so verformt wird, daß der Betrag
von Rr weitgehend konstant bleibt, z. B. wenn sich der Endpunkt des Vektors R1. auf
einem Kreise bewegt, insbesondere werden nach der weiteren Erfindung die zusätzlichen
Scheinwiderstandselemente derart gewählt, daß einer Abnahme des Betrages des reellen
Teiles des negativen Widerstandes mit zunehmender Frequenz entgegengewirkt wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der nachfolgenden Beispiele näher
erläutert:
In Fig. 3 ist als Beispiel der Einfluß einer in Reihe geschalteten und einer parallel geschalteten
Kapazität auf die Lage eines Scheinwiderstandspunktes A bzw. Ä auf der
Ortskurve im positiven und im negativen Ge-Met gezeigt. Die senkrechten Pfeile 1, 1' bezeichnen
die Veränderung des Scheinwiderstandes bei Reihenschaltung einer Kapazität,
die Pfeile 2,2' .den Einfluß einer Parallelkapazität.
Man erkennt deutlich, daß der Gang bei einer Parallelschaltung in beiden Fällen verschieden ist. Bei Einschaltung
einer Parallelkapazität läßt sich infolgedessen !beispielsweise der Punkt 3 der Fig. 2 b derart
verlegen, daß der Betrag von RT ungefähr = 0-1 wird, die Verstärkung also nahezu
konstant bleibt.
In Fig. 4 ist dargestellt, wie die ursprüngliche Frequenzkurve 1-4 (Fig. 2b) durch
Parallelschaltung verschiedener Kapazitäten zu dem negativen Widerstände Rn weitgehend
umgeformt werden kann, a, b ..... g bezeichnen
je eine Ortskurve mit einem bestimmten Kapazitätswert. Die Kurven zeigen zunächst
einen nach rechts oben ansteigenden Verlauf 1°°
und biegen dann nach links bzw. unten ab. Betrachtet man beispielsweise die Kurven d
und g, so erkennt man, daß der Abstand ihrer Frequenzpunkte vom Punkte o, d. h. auch die
Verstärkung des negativen Widerstandes in einem weiten Frequenzgebiete bis zu etwa
1/4 fg, nahezu konstant ist, so daß also die
Schädlichkeit des Frequenzganges weitgehend -ausgeglichen ist.
In Fig. S ist nochmals anschaulich dargestellt, wie durch die genannte Maßnahme
.eine Entzerrung bewirkt werden kann. Es ist deutlich zu erkennen, daß bis zu einer
Frequenz von 0,25 fg der Verstärkungsgrad einigermaßen konstant bleibt.
Nach der weiteren Erfindung lassen sich noch bessere Ergebnisse dadurch erzielen,
daß zu dem negativen Widerstand außer einer Kapazität noch -eine Induktivität parallel geschaltet
wird. Die Wirkung ist beispielsweise in Fig. 6 a angedeutet. Mit 1 sei der Endpunkt
des negativen Widerstands für die
Frequenz ο bezeichnet, wobei der Anfangspunkt des Vektors fortgelassen ist, während
ο den Anfangspunkt des resultierenden Scheinwiderstandes Rr angibt. Entsprechend
Fig. 4, z. B. Kurve e, nimmt der resultierende Scheinwiderstand den in Fig. 6 a angegebenen
Verlauf wenn nur eine Kapazität zu dem negativen Widerstand parallel liegt. Wird
dagegen (vgl. Fig. 6 b) eine Induktivität L
ίο außerdem zur Kapazität C parallel geschaltet,
so nimmt der resultierende Scheinwiderstand den in Fig. 6c angedeuteten Verlauf, d.h.
der in Fig. 6 a nach rechts oben ansteigende Teil der Charakteristik ist nach oben abgebogen.
Das Gebiet der Konstanz des Vektors Rn also auch der Verstärkung, läßt sich
auf diese Weise noch bedeutend mehr vergrößern. Die Induktivität und Kapazität können so dimensioniert werden, daß dieVer-Stärkung
beispielsweise den in Fig.6d dargestellten Verlauf erreicht. Es ist natürlich
auch möglich und liegt im Rahmen der Erfindung, auch andere Scheinwiderstände den
negativen Widerständen zuzuordnen, z. B.
Netzwerke usw. Wie sich aus vorstehendem ergibt, genügt es, wenn sich der Endpunkt
des Vektors Rr auch auf einer kreisellipsenähnlichen
usw. Kurve zumindest innerhalb eines gewünschten Frequenzgebietes bewegt.
In manchen Fällen kann es auch ausreichend sein, wenn nur die imaginäre Komponente
des negativen Widerstandes durch einen geeigneten Scheinwiderstand, z. B. eine Serienkapazität,
herabgesetzt wird.
Die Fig. 7 und 8 zeigen Ausführungsbeispiele für die praktische Durchführung des
. Erfindungsgedankens. In Fig. 7 ist die Stromquelle E mit dem inneren Widerstand i?; an
einen Stromkreis mit dem äußeren Widerstände Ra angeschlossen, wobei zur Entdämpfung
dieses Stromkreises ein negativer Widerstand Rn verwendet ist, der sich in
einem besonderen, mit dem erstgenannten Stromkreise gekoppelten Stromkreise befindet.
Für die Kopplung ist ein Transformator T verwendet. Eine derartige Trennung
des negativen Widerstandes von dem eigentlichen, zu entdämpfenden Stromkreis erweist
sich besonders im Falle der der Erfindung zugrunde liegenden Widerstände als vorteilhaft,
da sich auf diese Weise der Stromkreis der Vorspannungsquelle von dem zu entdämpfenden
Stromkreis trennen läßt und sich eine besonders einfache Anordnung ergibt.
Außerdem läßt eine Kopplung mittels Transformators infolge der freien Wahl des Übersetzungsverhältnisses
eine gewünschte Anpassung des negativen Widerstandes an den zu entdämpfenden Stromkreis zu. Parallel
zur Sekundärwicklung des Transformators T ist eine Kapazität C geschaltet, die auch vollständig
oder zum Teil der Wicklungskapazität von T entsprechen kann. Letztere kann
für diesen Zweck besonders ausgeprägt sein. Entsprechend dem oben Genannten kann
parallel zur Kapazität eine besondere Induktivität gelegt sein. Zweckmäßig wird hierfür
die durch den Übertrager bereits gegebene Querinduktivität verwendet. Die Kapazität C
kann auch parallel zur Primärwicklung von T angeordnet sein, B bezeichnet eine Stromquelle
für die Erzeugung einer geeigneten Vorspannung für den negativen Widerstand Rn.
In Fig. 8 a ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei welcher der negative
Widerstand Rn in den Leitungszug direkt geschaltet
ist. L1 C bezeichnen die aus einer Kapazität und Induktivität bestehende Entzerrungsschaltung,
wobei die Selbstinduktivitat gleichzeitig einen Strom weg für die Vorspannungsquelle
B herstellt. Der Kondensator C ist lediglich für die Sperrung des Gleichstromes von B vorgesehen. Fig. 8 b ist
analog* Fig. 8a und ohne weiteres verständlich. <
Die Erfindung ist nicht auf einfache Reihenschaltungen von negativen Widerständen
mit Ohmschen Widerständen beschränkt, sie kann auch dann angewendet werden, wenn
die Widerstände des Stromerzeugers und des Verbrauchers frequenzabhängig sind, wie es
z. B. der Fall ist, wenn der negative Widerstand zwischen einer Kabelleitung und einem
Telephonapparat angeordnet ist. Bei geringer Frequenzabhängigkeit der Scheinwiderstände
von z. B. Kabelleitung und Teilnehmerstation wird man mit ähnlich bemessenen Kapazitäten
und Induktivitäten wie bei der oben angegebenen Einschaltung von negativen
Widerständen zwischen Ohmschen Widerständen auskommen. Bei größerer Frequenzabhängigkeit
muß man gegebenenfalls das dem negativen Widerstand zur Entzerrung beigeordnete Netzwerk durch weitere Kapazitäten
oder/und Induktivitäten in Reihe oder/und parallel zum negativen Widerstand vermehren. Die gleichen Betrachtungen gelten,
wenn der negative Widerstand beispielsweise nur für den Teil eines Stromkreises, no
ζ. B. einen Abschnitt einer Kabelleitung, vorgesehen ist. Auch wenn ein bestimmter
Frequenzgang des Systems gewünscht ist, können die Verhältnisse so gewählt werden,
daß der Einfluß des oder der negativen Widerstände mit den oben bezeichneten Maßnahmen
aufgehoben wird.
Die' Erfindung ist ferner auch nicht auf
Reihenschaltungen von negativen Widerständen mit Verbrauchs widerständen und Generator
beschränkt. Es ist bereits bekannt, Kettenleiter, z. B. T-, Kreuzglieder oder
äquivalente Schaltungen mit negativen Widerständen herzustellen, um so Schaltungen mit
bestimmten Wellenwiderständen zu erzielen, die als Zwischenverstärker im Leitungszuge
benutzt werden können, ohne daß Reflexionen wegen verschiedener Wellenwiderstände von
Leitung und Verstärker auftreten. Diese geben, bekanntlich zu Echoers'dheinungien, Rückkopplungsverzerrungen
und gegebenenfalls
ίο auch zur Selbsterregung Anlaß. Eür alle derartigen
Schaltungen können ebenfalls negative Widerstände mit der durch die Erfindung
angegebenen Entzerrung verwendet· werden. Wenn annäherungsweise der Wellenwiderstand
der zu entdämpfenden Leitung als konstant angenommen wird, so werden Netzwerke mit ebenfalls konstantem reellem Wellenwiderstand
benötigt.. Bekanntlich sind Brückenschaltungen zur Realisierung solcher
ao konstanten Wellenwiderstände besonders geeignet. Mit den durch die Erfindung angegebenen
Mitteln ist beispielsweise eine Schaltungsweise nach Fig. 9 möglich, wobei Rnl,
R„2 die negativen Widerstände bedeuten und
die »Übertragerinduktivitäten wiederum endlich bemessen sind,
Claims (12)
1. Schaltungsanordnung zur Frequenzentzerrung von Stromkreisen, welche mittels
negativer Widerstände von nicht trägheitsfreiem Verhalten entdämpft sind, dadurch
gekennzeichnet, daß durch zusätzliche Scheinwiderstände der Einfluß der negativen Widerstände auf die Ortskurve
des resultierenden Scheinwiderstandes des zu entdäimpfenden Stromkreises derart
verändert ist, daß der Betrag dieses Scheinwideretandes in Abhängigkeit von der Frequenz einen gewünschten Verlauf
nimmt, insbesondere zumindest für einen gewünschten Frequenzbereich sich nicht
wesentlich ändert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die
zusätzlichen Scheinwiderstandselemente derart gewählt sind, daß sie einer Abnahme
des Betrages des reellen Teiles des negativen Scheinwiderstandes mit zunehmender
Frequenz entgegenwirken.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß
den entdämpfenden Widerständen Scheinwiderstände zugeordnet sind, derart, daß der Endpunkt des resultierenden Widerstandsvektors
des entdämpften Stromkreises sich in Abhängigkeit von der Frequenz auf einer zum Drehpunkt des Vektors
konkaven Kurve, z. B. auf einem Kreise, einer kreis- oder ellipsenähnlichen usw.
Kurve, bewegt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß den
entdämpfenden Widerständen Scheinwiderstände zugeordnet sind, derart, daß eine imaginäre Komponente des entdämpfenden
Widerstandes aufgehoben bzw. verringert ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß den entdämpfenden Widerständen entzerrende Scheinwiderstände parallel geschaltet sind.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
den entdämpfenden Widerständen Kapazitäten parallel geschaltet sind.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß den entdämpfenden Widerständen s0 außerdem Induktivitäten parallel geschaltet
sind.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß
sich sowohl die entdämpfenden Wider- sg stände als auch die zur Entzerrung vorgesehenen
zusätzlichen Scheinwiderstände außerhalb des zu entdämpfenden Stromkreises in besonderen Stromkreisen befinden,
die mit dem zu entdämpfenden go Stromkreise gekoppelt sind.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
eine induktive Kopplung angewendet ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wicklungskapazität des Kopplungsübertragers, gegebenenfalls absichtlich vergrößert, für die Entzerrung verwendet
ist.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 und 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Induktivität des Kopplungsübertragers als Parallelinduktivität für den negativen Widerstand dient.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die
resultierende Charakteristik des negativen Widerstandes und des diesem zugeordneten
Scheinwiderstandes in Abhängigkeit von der Frequenz einen derartigen
Verlauf besitzt, daß auch eine Frequenzabhängigkeit der übrigen Widerstandselemente
des zu entdämpfenden Stromkreises aufgehoben oder in einem gewünschten Sinne geändert ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES112346D DE629261C (de) | 1933-12-29 | 1933-12-29 | Schaltungsanordnung zur Frequenzentzerrung von Stromkreisen, welche mittels negativer Widerstaende von nicht traegheitsfreiem Verhalten entdaempft sind |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES112346D DE629261C (de) | 1933-12-29 | 1933-12-29 | Schaltungsanordnung zur Frequenzentzerrung von Stromkreisen, welche mittels negativer Widerstaende von nicht traegheitsfreiem Verhalten entdaempft sind |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE629261C true DE629261C (de) | 1936-04-27 |
Family
ID=7531719
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DES112346D Expired DE629261C (de) | 1933-12-29 | 1933-12-29 | Schaltungsanordnung zur Frequenzentzerrung von Stromkreisen, welche mittels negativer Widerstaende von nicht traegheitsfreiem Verhalten entdaempft sind |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE629261C (de) |
-
1933
- 1933-12-29 DE DES112346D patent/DE629261C/de not_active Expired
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