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Elektrische Anordnung zur Trennung von Stromwegen In der Fernmeldetechnik
besteht vielfach die Aufgabe, Stromwege voneinander zu trennen. Hierzu stehen verschiedene
bekannte Hilfsmittel zur Verfügung. Unter anderem haben sich Schaltungen bewährt,
bei denen diese Trennung durch die Differentiahvirkung von Übertragern mit Mittelanzapfuiig
oder durch die Brückenwirkung einer Anordnung von vier Widerständen bewirkt wird
(Gabel- und Brückenschaltungen). Andere ebenfalls bekannte Methoden verwenden eine
Anordnung, deren Wirkung der eines Umschalters entspricht. Hierbei erfolgt die Trennung
von Stromwegen dadurch, daß ein gewünschter Stromfluß nur während einer Zeitmöglich
ist, während der ein unerwünschter unterbrochen ist.
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Besondere Schwierigkeiten treten bei diesen Methoden auf, .venn Stromwege
zur Vermeidung von Rückfluß- oder Echostörungen getrennt werden müssen. Bild i zeigt
beispielsweise die bekannte Schaltung eines Fernsprechzweidrahtverstärkers, bei
dem bei einer Verschiedenheit der Ströme i' und i" im Symmetrieübertrager einer
Gabel ein Rückfluß der Frequenz f2 über den Stromweg der Frequenz f1 und damit Instabilitäten
auftreten.
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Eine wesentliche Verbesserung der Methode, mittels Symmetrieübertragern,
(Gabelschaltungen) eine Entkopplung von Stromwegen herbeizuführen, erscheint über
das Bekannte hinaus wenig erfolgversprechend. Der Grund liegt darin, daß für das
Brückengleichgewicht der Gabel G eine Nachbildung'des an den Klemmpaaren I und 1I
wirkenden Scheinwiderstandes der angeschlossenen Leitung notwendig ist, die in der
Praxis zwar für eine einzelne Frequenz verhältnismäßig gut nachgebildet werden kann,
für ein breiteres Frequenzband jedoch zu Schwierigkeiten führt, wenn man wirtschaftlich
bleiben will.
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Nachstehend wird eine Methode beschrieben, die
diese
Schwierigkeiten wesentlich verringern oder überhaupt vermeiden kann. Hierbei erfolgt
die Trennung dadurch, daß der in einem übertr.agungsweg störende und z. B. in einem
Zweidraht-Fernsprechverstärker zu Rückflußstörungen führende Strom durch das Zufügen
eines nach Betrag und Phase gleichen, jedoch in entgegengesetzter Richtung fließenden
Stromes kompensiert wird.
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Diese :Methode wird nachstehend an Hand des Bildes 2 erläutert. Hierbei
wird die Frequenz f1 in einem Modulator M mit Hilfe der Trägerfrequenz S2 in das
Frequenzgebiet .i2 ± f l verlagert und nach der Verstärkung V1 wieder delnoduliert.
Auch die Verlagerung der Frequenz f2 in der Gegenrichtung erfolgt mit Hilfe der
Steuerf requenz S2. Da, für die eine der beiden Übertragungsrichtungen betrachtet,
die Frequenz f2 jedoch an dem Klemmpaar l als unerwünscht auftritt, und zwar übertragungsmäßig
gleichberechtigt mit f1, besteht die Möglichkeit, daß f2 über den Cbertragungsweg
von f1 wieder verstärkt an dem Klemmpaar l1 erscheint und so zu unerwünschten Rückkopplungen
des Zweidrahtverstärkers führt. Dies kann nun dadurch vermieden werden, daß am Ausgang
des Verstärkers V2 ein Teil der frequenzverlagerten Schwingungen S2 ± f2 abgezweigt
und nach Betrag und Phase so auf den Eingang des Verstärkers V1 gegeben wird, daß
hier eine Kompensation der in diesem Übertragungsweg störenden Frequenzen S2
± f2 erzielt und damit der Rückkopplungsweg unterbrochen wird. Das gleiche
gilt in analoger Weise für den Rückkoppllingsweg der Frequenz f1 (vgl. Bild 2).
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besonders vorteilhaft ist bei dieser Anordnung zur Trennung von Stromwegen
die Frequenzumsetzung innerhalb des Zweidrahtverstärkers, weil hierbei eine unter
Umständen erforderliche Scheinwiderstandsentkopplung und die für die Kompensation
notwendige Aufteilung der einzelnen Stromwege an den Klemmpaaren l und Il erzielt
werden kann.
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Eine praktisch mögliche Ausführungsform dieses Verfahrens zeigt Bild
3. Hier erfolgt z. B. die Modulation mit Hilfe von Ringmodulatoren mit Trockengleichrichtern.
Dabei entsteht aus der zu übertragenden Frequenz mit Hilfe der Steuerfrequenz am
Ausgang der Modulatoren ein Frequenzspektrum, das im wesentlichen nur die beiden
Seitenfrequenzen S2 ± f als Nutzfrequenzen enthält. Die Amplituden unerwünschter,
störender Modulationsprodukte können dabei besonders klein gellalten werden, wenn
in den Modulationsschaltungell N ichtlinearitäten verwendet werden, deren Stromspannungscharakteristik
einen bestimmten Verlauf hat. Zum Beispiel entstehen bei der Modulation mittels
eines nichtlinearen Elements mit einer linearen Knickkennlinie keine ungeradzahligen
Modulationsprodukte, ausgenommen die ursprünglichen Frequenzen f, .C2 und die Seitenfrequenzen
n ± f.
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Es sind also die Amplituden Aq.Q ± pf = O für
q + p 3, 5, 7 ... Es entsteht also z. B. das störende Modulationsprodukt
3 f, das bei Sprachübertragungen meist innerhalb des zu übertragenden Bandes
liegt, durch die Wahl einer geeigneten Stromspannungsabhängigkeit der zur Modulation
verwendeten Nichtlinearität gar nicht. Bei der einseitigen Parabel dagegen entstehen
keine geradzahligen höheren Modulationsprodukte außer den Nutzseitenfrequenzen S2
± f. Hier ist AqS2 ± pf = O für q + p= 4, 6, 8 ... Weitere
Vorteile für die Modulation hinsichtlich der Amplituden unerwünschter Modulationsprodukte
können durch Wahl einer geeigneten Modulationsschaltung, wie Ringmodulator, Vierpolmodulator
oder Gabelmodulator, erzielt werden, bei denen die Steuerfrequenz und die zu modulierenden
Frequenzen an geeigneten Klemmpaaren angeschaltet werden. Ferner können bei Modulationsschaltungen
mit Gleichrichtern einige der neben den erwünschten Seitenschwingungen mit den Frequenzen
S2± f entstehenden unerwünschten Modulationsprodukte durch das Aussteuerungsverhältnis,
also durch das Verhältnis der Amplitude der zu übertragenden Frequenz f zu der Amplitude
der Steuerfrequenz, klein gehalten werden, und zwar beide bezogen auf die am Gleichrichter
wirkende Spannung. Besonders günstig ist ein Verhältnis von etwa 1:3 bis 1:1o für
Kupferoxydulgleichrichter.
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Entsprechend dem Beispiel nach Bild 3 bringt das beschriebene Verfahren
noch weitere Vorteile, wenn als Trägerfrequenz für hehrere Verstärker die gleiche
geNvählt wird. Das bedeutet, daß in einem Verstärkeramt nur ein zentraler Trägergenerator
für alle Verstärker aufgestellt zu werden braucht.
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Der in dem Beispiel nach Bild 3 verwendete Ringmodulator hat gegenüber
anderen -Modulatior;sschaltungen noch den Vorteil eines besonders guten Wirkungsgrades.
Das Verhältnis der Amplitude der zu übertragenden Frequenz f zu der einen der beiden
entstehenden Seitenfrequenzen S2 - f
oder S2 + f beträgt hier T:2, die Dämpfung
hat demnach den verhältnismäßig geringen Wert von 0,45 N.
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Die hier erläuterte Methode zur Trennung von Stromwegen benötigt nach
(lern ()lugen ein veränderbares Glied, das den gegenphasigen Kompensationsstrom
auf den gewünschten Wert einzustellen gestattet, K in Bild 3. In Bild 4 ist nun
beispielsweise eine Schaltung dargestellt, bei der die Phasenverschiebulrg selbst
durch feste komplexe Widerstände erreicht N\ ird, während der erwünschte Kompensationsgrad
durch Regeln von Ohmschen Widerständen erzielt wird. Erwähnt sei noch, daß die beschriebene
Frequenzumsetzung bei der Trennung von Stromwegen durch Kompensation besondere Vorteile
bei der Ül)ertragung von Frequenzbändern bietet, weil hierbei die Dimensionierung
der frequellzabhängigen Glieder vereinfacht wird. Während die Schwingungen rnit
den Frequenzen f bei Sprachübertragung vielfach mehrere Oktaven umfassen, kann man
die Steuerftequenz S2 so hoch wählen, daß die entstehenden Seitenschwingungen nur
eine Bandbreite von einem Bruchteil einer Oktave umfassen, so daß sich die
Vorteile
bei der Übertragung nur einer Frequenz auf sie anwenden lassen.
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Des weiteren sei hier vorgeschlagen, die in den voneinander zu trennenden
Stromwegen angeordneten Verstärkerröhren gleichzeitig als Nichtlinearität nach dein
obenerwähnten Verfahren zu terwenden.
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Bei den oben beschriebenen Verfahren wird stets eine Steuerfrequenz
benötigt. Hierbei kann es Vorteile bringen, ohne einen besonderen Generator für
diese Steuerfrequenz zu arbeiten. Bei dieser Lösung wird, wie erwünscht, zwar der
Rückkopplungsweg für die z. B. in einem Fernsprechzweidrahtverstärker zu übertragenden
Frequenzen f unterbrochen, er kann jedoch gleichzeitig durch geeignete Siebmittel
für die erforderliche Steuerfrequenz SZ als besonderer Rückkopplungsweg ausgebildet
werden.
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Die bisher dargelegte Anordnung zur elektrischen Trennung von Stromwegen
setzt rückkopplungsmäßig nicht unbedingt einen elektrisch geschlossenen Stromweg
voraus. Es kann dagegen der Rückkopplungsweg auch teilweise akustisch ausgebildet
sein, wie z. B. bei einer Fernsprechteilnehmerstation, die mit einem Lautsprecher
und empfindlichen Mikrofon ausgerüstet werden soll. Durch sofort einsetzende akustische
Rückkopplung ist man bei größerer Ausgangsleistung und empfindlichem Mikrofon gezwungen,
von gleichzeitigem Verkehr in beiden Richtungen Abstand zu nehmen und die jeweils
geforderte Richtung von Hand oder Sprache zu steuern.
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Durch die oben geschilderte Anordnung ist es möglich, auch bei großer
Ausgangsleistung und empfindlichem N9 ikrofon durch die Kompensation und die dadurch
bewirkte Trennung der Stromwege einen gleichzeitigen Hör- und Sprechverkehr ohne
die Gefahr einer Rückkopplung abzuwickeln; wobei es gleichgültig ist, ob der Rückkopplungsweg
ganz oder teilweise elektrisch geschlossen ist.
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N1an kann also entgegen der bisher üblichen Ausrüstung des Endteilnehmers
mit einem Handapparat diesen mit einer Mikrofon-Lautsprecher-Kombination ausrüsten,
ohne Steuerung der Gesprächsrichtung und ohne dabei eine akustische Rückkopplung
befürchten zu müssen.
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Dementsprechend ist aus wirtschaftlichen Gründen die Kombination eines
Rundfunkgerätes mit der für den Endteilnehmer vorgesehenen Mikrofon-Lautsprecher-Einrichtung
naheliegend.
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So kann man gleiche Bauteile bzw. Baugruppen durch Doppelausnutzung
wahlweise für Rundfunkempfang oder für den Fernsprechverkehr auswerten, z. B. Lautsprecher,
Netzteil, NF-Verstärker, HF-Teil zur Schwingungserzeugung u. ä.