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Einrichtung zur Trennung der Impedanzen von elektrischen Netzwerken
Die Trennung zweier elektrischer Netzwerke geschieht im allgemeinen durch eine Röhre,
in deren Gitterkreis das eine Netzwerk und in deren Anodenkreis das andere Netzwerk
liegt. Der Gitter- bzw. der Anoden «viderstand dienen dabei als Abschlußwiderstände
der beiden Netzwerke, so daß die Netzwerke nicht selbst aneinander angepaßt zu werden
brauchen. Als Netzwerke seien hier alle vierpolartigen oder zweipolartigen Gebilde,
also auch Leitungen verstanden. Bei den bisher üblichen Anordnungen mit Röhren war
es jedoch nur möglich, Spannungsimpulse am Abschlußwiderstand des einen Netzwerkes
nach dem anderen Netzwerk zu bringen, nicht aber in entgegengesetzter Richtung,
weil eine Parallelschaltung von Röhren in der Weise, daß der Eingang der einen Röhre
parallel zum Ausgang der anderen Röhre liegt, zum Selbstschwingen der Röhren führt.
Um dies zu vermeiden, mußten Kunstschaltungen (Gabelschaltungen mit Leitungsnachbildungen)
verwendet werden, die einen beträchtlichen Aufwand darstellen.
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Erfindungsgemäß wird eine Netzwerktrennung ohne diese Nachteile durch
eine Anordnung erreicht, die aus zwei derart parallel geschalteten Kathodenverstärkern
besteht, daß der Eingang des einen Verstärkers parallel zum Ausgang des anderen
Verstärkers liegt. Mit dieser Anordnung können nicht nur die Spannungsänderungen
am Abschlußwiderstand des ersten nach dem zweiten Netzwerk übertragen werden, sondern
ebenso auch umgekehrt. Da die Spannungsverstärkung jeder Röhre immer kleiner als
eins ist, kann eine Selbsterregung der Anordnung nicht stattfinden.
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Abb. i zeigt die unabhängige Zusammenschaltung zweier Netzwerke 1:
und 1I durch die erfindungsgemäße Anordnung. Als Abschlußwiderstand für
(las
Netzwerk I dient der Kathodenwiderstand Rkl der Röhre Röl, zu dem parallel der Röhrenwiderstand
i/Sl der Röhre Röl liegt, während der Abschlußwiderstand für das Netzwerk 1I durch
den Kathodenwiderstand Rk. der Röhre Rö2 mit dem dazu parallel liegenden Röhrenwiderstand
ilS2 der Röhre Rö, liegt.
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Durch diese Anordnung wird eine vollständige Trennung der Impedanzen
der beiden Netzwerke bewirkt. Durch geeignete Wahl der Röhren kann jedes der beiden
Netzwerke mit dem geeigneten \\'iderstand abgeschlossen werden.
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Abb. i zeigt lediglich ein Prinzipschaltbild, in das für die geeigneten
Röhrenbetriebsdaten im allgemeinen noch zusätzliche Schaltelemente hinzugefügt werden
müssen, falls dies die Schaltung des Netzwerkes erfordert, z. B. Koppelkondensatoren
zur Trennung von Gleichströmen der Röhren.
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Im folgenden soll die Anwendung des beschriebenen Prinzips an dem
Beispiel einer Gabelschaltung gezeigt werden. Um von einer Zweidraht- auf eine Vierdrahtleitung
übergehen zu können, muß eine Gabelschaltung verwendet werden, wenn man nicht das
Prinzip der wechselseitigen Sperrung verwenden will. Diese Gabelschaltung hat den
Nachteil, daß die Impedanz der Zweidrahtleitung so gut wie nur möglich in einem
Brückenzweig nachgebildet werden muß. Bei dem komplizierten Impedanzverlauf, z.
B. einer Fernsprechleitung, ist dies aber ohne Restfehler praktisch unmöglich. Durch
die erfindungsgemäße Schaltung ist diese Aufgabe ganz einfach zu lösen.
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In Abb. 2 führt die Zweidrahtleitung C über die Röhrenanordnung Röl,
Rö, zur Gabel G und weiter zur Vierdrahtleitung A, B. Die Gabel stellt in
diesem Falle eine Brücke mit zwei Ohmschen Widerständen R1 und R2 dar, während bisher
der Wider-, stand R1 eine Nachbildung der Zweidrahtleitung C sein mußte. Die Genauigkeit
des Abgleichs der Brücke hängt hier nur noch von der Genauigkeit der verwendeten
Schaltelemente und der Genauigkeit der Röhrensteilheit ab. Durch entsprechende Wahl
der Röhre kann die Abgleichgenauigkeit sehr weit getrieben werden. Der Frequenzumfang
einer solchen :Anordnung ist nur durch die Röhrenkapazität und die elektronischen
Laufzeitverzerrungen bedingt.
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Abb.3 zeigt eine Schaltung, die die Nachteile des Differentialübertragers
einer Gabelschaltung vermeidet. An Stelle des Differentialübertragers wird in Abb.
3 eine aus vier Ohmschen Widerständen R1 bis R4 bestehende Wheatstonesche Brückenanordnung
verwendet, bei der ein Zweig durch die erfindungsgemäße, als Ohmscher Abschlußwiderstand
wirkende Schaltung ersetzt ist. Das über die Leitung A ankommende Gespräch oder
Zeichen speist die Brücke in den Punkten a und b. Die Brücke ist so
abgeglichen, daß R1 = R3 und R2 = R4 ist. Zweclcmäßigerweise sind die Widerstände
alle untereinander genau oder annähernd gleich. Dabei gilt für das Brückengleichgewicht,
daß R4/R, = R_,IR3 ist. R4 zwischen den Punkten a und c wird dargestellt durch die
Parallelschaltung der Widerstände R4, den Kathodenwiderstand der Röhre Röl, den
reziproken Wert der Steilheit der Röhre R1 sowie gegebenenfalls den Gitterableitwiderstand
der Röhre Rö2. Bei Brückenabgleich ist die von A kommende Spannung zwischen den
Punkten: c und d gleich Null, so daß der nach B gehende Zweig der Gabelanordnung
von der von A kommenden Spannung frei ist. Ein Teil der Spannung von A wird zwischen
a und c abgegriffen, steuert die Röhre Rö2 und geht in die Zweidrabtleitung C. Für
die aus der Zweidrahtleitung kommenden Spannungsänderungen, die über Röl nach den
Punkten a und c der Brücke geleitet werden, geht der Übertragungsweg über
Punkt c und über den Widerstand R2 und Punkt d nach dem Vierdrahtzweig
B. Der über den Punkt a und über den Widerstand R1 und Punkt h nach A gehende
Anteil ist unwirksam, da im Vierdrahtzweig A Verstärker liegen, die Spannungswerte
nur in der Pfeilrichtung durchlassen.
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Wie schon erwähnt, ist der Brückenzweig R4 u. a. durch den Widerstand
des Reziprokwertes i/Sl der Steilheit Si der Röhre Röl gebildet. Die Steilheit ist
eine Röhrenkonstante, die sich durch Nachlassen der Emissionsfähigkeit der Röhrenkathode
ändert (Alterung). Dadurch . kann die Brücke unsymmetrisch werden. Um dies zu verhindern,
kann man den korrespondierenden Brückenzweig R2 ganz oder teilweise (Parallelschaltung
von i/S und Ohmschen Widerständen) durch eine Röhre veränderlicher Steilheit ersetzen,
die so geschaltet werden muß, daß bei kleiner werdender Steilheit der Röhre Röl
die Steilheit der zusätzlichen Röhre ebenfalls kleiner wird. Als Regelspannung für
diese Röhre kann man zweckmäßigerweise den Spannungsabfall (Gleichspannung) am Kathodenwiderstand
und dessen Parallelwiderständen verwenden.
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Die Widerstandswerte der invertierten Steilheit der üblichen Röhren
(S = 1,5 . . . io) liegen zwischen etwa Zoo und ioo Ohm. Man kann nun die Brücke
so auslegen, daß der Wechselstromwiderstand R4 nur durch i/Sl der Röhre Röl gebildet
wird. Der Gleichstromkathodenwiderstand wird dann durch die Widerstände R1, R3 und
R2 in Reihe gebildet. Man muß nur dafür sorgen, daß die Zweige A und
B der Vierdrahtleitung durch Kondensatoren für den Gleichstrom unterbrochen
werden.
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Die Zweidrahtleitung C muß, wenn es sich um eine pupinisierte Fernleitung
handelt, mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen werden. Man wird zweckmäßigerweise
den Übertrager Ü so auslegen, daß der Kathodenwiderstand der Röhre Rö2 und der zu
ihm parallel liegende Widerstandswert i/S2 der Röhre Rö2 den transformierten Abschlußwiderstand
für die Zweidrahtleitung C bildet.
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Für Zweidrahtleitungen, die nicht abgeschlossen zu werden brauchen,
z. B. Orts-Fernsprechleitungen, kann die röhrenseitige Wicklung des Übertragers
Ü unmittelbar in die Kathodenleitung der Röhre Rö2 geschaltet werden. Man muß hier
dafür sorgen, daß die nötige Vorspannung für das Gitter der Röhre Rö2 an dem Gleichstromwiderstand
der übertragerwicklung oder an einem in Reihe geschalteten
\\liderstand
abfällt, der z\%,eckmäßigerweise durch einen Kondensator überbrückt wird.