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Brückenschaltung zur gleichzeitigen Begrenzung großer und Unterdrückung
kleiner Amplituden in Übertragungssystemen Seit Jahren .spielt in der Fernmeldetechnik,
insbesondere in der Fernsprech- und Verstärkertecbnik, das Problem der Amplituden-6egrenzung,
d. h. der Begrenzung ,großer und der Unterdrückung kleiner Amplituden, eine große
Rolle. Die Begrenzung solcher Amplituden hat den Zweck, die Gefahr einer überla.stung
der Verstärkereinrichtungen, wie sie besonders bei Mehrfachträgerfreqüenzsystemen
besteht, zu beseitigen - und gleichzeitig die Leistung, für die die Verstärkereinrichtungen
dimensio.niertwerdenmüssen, auf teinen.wveseeitlichgeringeren Wert herabzusetzen.
Bei einer Mehrfachträgerfrequenzanlage öhne Ampli, tudenbegrenzung müssen beispielsweise
die für verschiedene Gesprächskanäle gemeinsauren Gruppenverstärker so bemessen
werden, daß sie alle zu übertragenden Gespräche gleichzeitig urverzerrt verstärken.
Es darf also auch in dem Fäll, @daß zufällig alle; Maximalamplituden der einzelnen
Kanäle sich addieren, keine Übersteuerung leintreuen. Die Gruppenverstärker müssen
demnach für verhältnismäßig große Leistungen dimensioniert werden. Begrenzt man
jedoch jedes Gespräch auf eine bestimmte Maximalamplitude, so können die Gruppenverstärker
für wesentlich geringere Leistungen bemessen werden. Die Begrenzung großer Amplituden
hat weiterhin auch den Zweck, zu hohe Eisensättigung der Transformatoren und Spulen
wegen der damit verbundenenVerzer'rungen zu vermeiden. Auch
soll
kein s.chädliches;-vor allem im Interesse der Geheimhaltung unerwünschtes Nebensprechen
in benachbarten. Leitungen hervorgerufen werden. Die Unterdrückung kleiner Amplituden
dient ebenfalls der Schwächung des Nebensprechens und dann aber weiter der Verringerung
der Störgeräusche aller Art, wie sie durch atmosphärische oder Starkstromeinflüsse
oder Ursachen hervorgerufen werden, die in den Schaltungen selbst begründet sind,
wie dies z. B. beim Röhrenrauschen der Fall ist.
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Es sind bereits Vierpole in Form einer Brückenschaltung oder einer
dieser äquivalenten Schaltung bekannt, die- entweder eine Begrenzung großer Amplituden
(Amplitudentiefpaß) oder eine Unterdrückung kleiner Amplituden (Amplitudenhochpaß)
gestatten. Es ist ferner bekannt, zur Erzielung einer gleichzeitigen Begrenzung
großer und Unterdrückung kleiner Amplituden (Amplitudenbandpaß).einen Begrenzer-
und einen Unterdrückervierpol öder mehrere solcher Vierpole hintereinanderzuschalten.
Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß erstens ein großer Aufwand an Schaltelementen
erforderlich ist und daß zweitens der Begrenzungs- bzw. Schwellwert, d. h. der Amplitudengrenzwert,
von dem ab die Begrenzung bzw. Unterdrückung erfolgt, jedes. einzelnen Teilvierpoles
der Reihenschaltung unter Berücksichtigung der Dämpfungen der anderen Teilvierpole
gewählt werden müssen, was oft Schwierigkeiten bereitet.
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Gegenstand der Erfindung, die diese Nachteile -der bekannten Anordnungen
vermeidet, ist eine Brückenschaltung zur Begrenzung von Amplituden oberhalb eines
bestimmten Begrenzungswertes bzw. Unterdrückung von Amplituden unterhalb eines bestimmten
Schwellwertes, bei der zwei Brückenzweige je einen amplitudenabhängigen Widerstand
enthalten und bei der einer Diagonalen der Brücke die -zu regelnden Amplituden zugeführt
und der anderen Diagonalen die geregelten Amplituden entnommen werden.
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Erfindungsgemäß besitzen zur gleichzeitigen Erzielung einer Begrenzung
und Unterdrükkung die beiden amplitudenabhängigen Widerstände eine derart verschiedene
Amplitudenabhängigkeit, daß die Brücke für Amplituden unterhalb des Schwellwertes
abgeglichen ist, für Amplituden oberhalb des Schwellwertes durch die Wirkung des
- einen amplitudenabhängigen Widerstandes ,verstimmt und für Amplituden oberhalb
des Begrenzungswertes durch die Wirkung des anderen amphtudenabhängigen Widerstandes
mit wachsenden Eingangsamplituden dem Abgleichszustand wieder angenähert wird.
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Der durch die Erfindung ,erzielte technische Fortschritt besteht insbesondere
darin, daß, in den Endschaltungen einer übertragungsanlage, beispielsweise einer
Mehrfachträgerstromübertragungsanlage, an Stelle des bisher üblichen, getrennt angeordneten
Amplitudenb@egrenzers bzw. -unterdrückers für die abgehende bzw. ankommende übertragungsrichtung
ein einziger Begrenzerunterdrücker verwendet werden kann, was eine erhebliche Herabsetzung
des Aufwandes in den Endschaltungen bedeutet. Mit besonderem Vorteil kann der Erfindungsgegenstand
außerdem für Sprachuntersuchungen Verwendung finden.
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Im folgenden sei nun der Erfindungsgedanke an Hand der Abb. i näher
erläutert. Bekanntlich ist bei einer aus vier Scheinwiderständen Ri, R2, R3 und
R4 gebildeten Brückenanordnung (Abt. i ),deren Brückenpunkten u, b eine Spannung
Ui ,angelegt wird, die Spannung U2 zwischen den Brückenpunkten c und d gleich Null,
wenn die Brücke abgeglichen, d. h. die Beziehung
erfüllt ist. Verwendet man nun in einem Brückenzweig einen amplitudenabhängigen
Widerstand, der seinen Wert von Amplituden einer bestimmten Größe, dem sog. Schwellwert,
ab ändert, so erreicht man durch entsprechenden Brückenabgleich, daß für Amplituden,
die kleiner sind, als diesem Schwellwert entspricht, die Spannung U2 gleich Null
ist. Wachsen die Amplituden - über den 'denn Schwellwert entsprechenden Wert an,
dann tritt an den Klemmen c und ,deine @Spannung auf. Man gewinnt also durch die
Verwendung eines solchen amplitudenabhängigen Widerstandes -eine Brückenanordnung,
die zur Unterdrückung von Amplituden unterhalb eines bestimmten Wertes, also als
Amplitudenunter-,drücker, benutzt werden kann.
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Eine Brücke läßt sich nun aber auch zur Begrenzung von Amplituden
oberhalb eines bestimmten Wertes, also als Amplitudenbegrenzer, verwenden. Denkt
man sich zunächst das Gleichgewicht der Brücke gestört, d. h. also die Bedingung
nicht erfüllt, dann tritt zwischen -den Punkten c und d eine Spannung auf. Ist z.
B. R1 = R2, dann ist U2 um so größer, je mehr das Verhältnis -
von z verschieden ist. Wird nun dafür gesorgt, daß der eine Brückenzweigwiderstand,
z. B. R3, sich von Amplituden einer bestimmten Größe an so ändert, daß die Störung
des Brückengleichgewichtes geringer wird, dann wächst auch die Spannung U2 von da
an nicht mehr linear mit der Eingangsspannung an. Bei Änderung von R3 im richtigen
Sinne wird also eine Amplitudenbegrenzung erzielt. Für
R1 = R2 wächst
U2 linear mit U1 an, solange
=const. i ist. Die Amplitudenbegrenzung erfolgt, wenn
sich mit wachsenden Amplituden dem Werte i nähert.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Vereinigung der beiden
Prinzipien in einer Brückenschaltung möglich ist. Beispielsweise kann der Widerstand
R4 zur Unterdrückung der kleinen Amplituden und der Widerstand R3 zur Begrenzung
der großen Amplituden verwendet werden. Der. zu übertragende Amplitudenbereich wird
dann durch die Schwellwerte, bei denen die Änderung der Widerstände eintritt, bestimmt.
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Zur praktischen Verwirklichung von ,nach vorstehend erläuterten Gesichtspunkten
aufgebauten Brückenschaltungen lassen sich prinzipiell alle Widerstände- benutzen,
die den erforderlichen Bedingungen der Amplitudenabhängigkeit genügen. Besonders
vorteilhaft ist z. B. die Verwendung von Voliweggleichrichtern (Duodioden), die
bei genügendgroßer negativer Vörspannung einen praktisch uhe,ndlich großen Sperrwiderstand
besitzen und außerdem völlig temperaturunabhängig sind.
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Die Abb.2 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens.
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Die Brückenzweige sind mit i, 2, 3 und q. bezeichnet. Die amplitudenunabhängigen
Zweige i und 2 bestehen aus je einer Hälfte des Eingangstransformators TL, ,essen
Primärwicklung die zu beehiflussenden Amplituden' zugeführt werden. Der amplitudenabhängige
.Zweig3 bzw. q. besteht aus einem über einen Transformator_Tg bzw. T4 angekoppelten
Vollweggleirhrichter B bzw. A, der mit einer Vorspannung VB bzw.
VA betrieben wird.
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Infolge dieser Vorspannung kommt der Vollweggleichrichter A erst bei
Amplituden obierhalb des Schwellwertes, d. h. des Amplitudenwertes, unterhalb dessen
die, Amplituden unterdrückt werden sollen, und der Vollweggleichrichter B erst bei
Amplituden oberhalb Ides Begrenzungswertes, d, h. des Amplitudenwertes, oberhalb
dessen die Amplituden begrenzt werden sollen, zum Ansprechen. Die vier Zweige der
Brücke bestehen daher für unterhalb des Schwellwertes liegende ' Amplituden sämtlich
aus Induktivitäten, und die Brücke ist für diesen Fallabgeglichen.
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Erreichen die Amplituden den Schwellwert, dann spricht der Voll-,veggleichrichter
A an, es schaltet sich der Induktivität des Brückenzweiges q. ein Ohmscher Widerstand
parallel; dadurch wird das bis .dahin vorhandene Brückengleichgewicht gestört, und
am mit dem Gitter einer Verstärkerröhre C verbundenen Ausgang der Brücke tritt eine
mit der Eingangsspannung linear ,anwachsende Wechselspannung auf. Wird der' Begrenzungswert
erreicht, dann spricht der Vollweggleichrichter B an, der Brückenzweigwiders.tand
3 ändert sich und vermindert die von A hervorgerufene Verstimmung der Brücke. Die
am Gitter der Röhre C auftretende Wechselspannung wächst dann nicht mehr linear
mit der Eingangsspannung an, sondern erfährt eine Amplitudenbegrenzung.
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Soll vorstehend beschriebene Brückenanordnung f-ür ein breites Frequenzband
wirksam sein oder wählt man aus Gründen kleinsten Leistungsverbrauches die Induktivitäten
der Brückenzweige groß, dann wird die am Gitter der Röhre C auftretende Wechselspannung
frequenzabhängig. Da letztere nun bei konstanter Eingangsspannung tnit wachsender
Frequenz ansteigt, läßt sich, wie in Abb.2 dargestellt, in bekannter Weise durch
Einschaltung eines Spannungsteilers aus einem Ohmschen Widerstand R1 und einem Kondensator
Cl erreichen, daß für die am Kondensator Cl liegende Gitterspannung .die Frequenz=
äbhängigkeit in weiten Grenzen anfg-eh6ben wird.
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In der Schaltung der Abb.2 können im Rahmen der Erfindung selbstverständlich
auch zwei ,andere amplitudenabhängige Widerstände an Stelle der beiden Vollweggl@eichrichter
verwendet werden, wie Trockengleichrichterzweipole, z. B. in Form der bekannten
Parallelschaltung zweier Gleichrichter mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung, oder
,andere nichtlineare Elemente, die zur Einstellung des gewünschten Schwell- bzw.
Begrenzungswertes -mit entsprechend verschiedener negativer Vorspannung betrieben
werden.