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Schaltungsanordnung zur linearen Entzerrung und/oder Pegelregelung
in Ubertracqunqssystemen Es ist bekannt, zur linearen Entzerrung in auf Leitungen
betriebenen Nachrichtenübertragungsanlagen in den Zwischenverstärkerpunkten frequenzabhängige
Dämpfungsnetzwerke mit konstantem Eingangsscheinwiderstand und veränderbarem Frequenzgang
zu verwenden, mit denen sich jeweils eine Anzahl von Dämpfungskurven verschiedenen
Charakters einstellen, d. h. eine Fächerung der Dämpfungskurve erreichen läßt. Diese
Netzwerke werden meist in Form eines oder mehrerer in Übertragungsrichtung vor dem
Verstärker eingeschalteter Brücken-T-Glieder oder hieraus abgeleiteter Glieder ausgebildet,
deren Längswiderstand durch einen Spannungsteiler überbrückt ist, der mit einer
der gewünschten Zahl der Dämpfungskurven entsprechenden Zahl von Anzapfungspunkten
versehen ist. An diesen wird die Ausgangsspannung bisher über einen mechanischen
Stufenschalter abgenommen und dem Steuergitter der Verstärkereingangsstufe zugeführt.
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Es ist ferner bekannt, zur stufenweisen Niveauregelung, bei der nur
ein kleiner Regelbereich von maximal 1,8 N überstrichen werden soll, frequenzunabhängige
Dämpfungsvierpole mit konstantem Eingangswiderstand zu verwenden, die ganz entsprechend
den vorgenannten Entzerrervierpolen aufgebaut sind, an Stelle der frequenzabhängigen
Glieder
jedoch frequenzunäbhängige Elemente, insbesondere Ohmsche
Widerstände, enthalten.
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Es ist schließlich auch bekannt, zur Niveauregelung, bei der ein Regelbereich
von mindestens i,8 N gefordert wird, einen kontinuierlich arbeitenden kapazitiven
Spannungsteiler im Verstärkerein- oder -ausgang zu verwenden.
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Bei den bekannten Schaltungsanordnungen, die Dämpfungsnetzwerke benutzen,
stellt die Abnahme der Spannung über einen mechanischen Stufenschalter einen insbesondere
bei hochwertigen Übertragungssystemen, z. B. Mehrfachträgerfrequenzsystemen, schwerwiegenden
Nachteil insofern dar, als bekanntlich jeder Kontakt infolge der unvermeidlicherweise
im Laufe der Zeit eintretendenÄnderung des Kontaktwiderstandes die Betriebssicherheit
und Übertragungsgüte der Übertragungsanlage bedeutend herabsetzt. Außerdem ist bei
Hochfrequenz für die Erzielung einer einwandfreien Schaltwirkung ein kapazitätsarmer
und daher besonderen Aufwand erfordernder Stufenschalter nötig. _ Die bekannten
Schaltungsanordnungen mit kontinuierlich arbeitendem kapazitivem Potentiometer haben
diesen Nachteil nicht. Dafür tritt bei ihnen aber wieder die Schwierigkeit auf,
daß sich, sofern normale Drehkondensatoren mit Kreisplattenschnitt verwendet werden,
die Dämpfung nicht proportional mit dem Verdrehungswinkel des Kondensators ändert.
Man kann die erforderliche Proportionalität zwar durch Verwendung von Drehkondensatoren
mit Spezialplattenschnitt erreichen, dies stellt jedoch ein äußerst umständliches
und kostspieliges Verfahren dar, da sich der erforderliche Spezialplattenschnitt
im allgemeinen noch von Schaltung zu Schaltung ändert.
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Die diese Nachteile bzw. Schwierigkeiten der bekannten Schaltungsanordnungen
vermeidende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur linearen Entzerrung
und/oder Pegelregelung in Übertragungssystemen, insbesondere Mehrfachträgerfrequenzsystemen,
mit Hilfe von mit mehreren Anzapfungspunkten versehenen Dämpfungsvierpolen bzw.
kapazitiven Potentiometern. Erfindungsgemäß wird als Abgriffs-bzw. Korrekturelement
ein DifferentialkondensatQr mit mehreren, insbesondere vier, gleichförmigen, voneinander
isolierten Statoren und einem den einzelnen Statoren ähnlich geformten Rotor verwendet,
bei dem die Summe der Kapazitäten zwischen den Rotor- und Statorbelägen unabhängig
vom jeweiligen Einstellwinkel konstant ist.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand einiger in den Fig.-i bis 13
der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele bzw. der Erläuterung dienender
Diagramme näher erläutert.
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In Fig. i ist eine Schaltung zur linearen Entzerrung gezeigt, bei
der ein aus drei vorzugsweise gleichen Gliedern Gl, G2 und G3 frequenzäbhängiger
Dämpfung, die z. B. jeweils in Form einer überbrückten T-Schaltung ausgebildet sind,
bestehender Entzerrer für maximal 1,8 N im Steuergitterkreis der Eingangsstufe V
eines Zwischenverstärkers einer Übertragungsleitung liegt. Bei einem maximalen Regelbereich
von i,8 N genügt es, den Entzerrcr aus drei Gliedern aufzubauen, wenn die Aufgabe
vorliegt, geradlinige Regelkurven, wie in Fig. 2 dargestellt, zu erzeugen. Der Entzerrer
ist mit dem Widerstand Z abgeschlossen. Die ein- und ausgangsseitigen Wellenwiderstände
der einzelnen Entzerrerglieder sind gleich dem Widerstand Z. An die Eingangsklemmen
a, b ist ersatzschaltbildmäßig die von einer Spannungsquelle Q mit dem Widerstand
R1 7Z gelieferte Signalspannung angelegt. Die Klemmen i bis q. des abzutastenden
Elementes des Entzerrers, z. B. eines seinen Längswiderstand überbrückenden Potentiometers,
sind mit den vier Statoren S, bis S4 eines Vierfachdifferentialkondensators C verbunden.
Der Rotor dieses Kondensators ist an das Steuergitter der Röhre V geführt. In an
sich bereits vorgeschlagener Weise sind die vier Statoren des Kondensators gleichförmig
in Gestalt eines Sektors von jeweils go° ausgeführt und voneinander isoliert, während
der Rotor ebenfalls in Form eines Sektors von go° ausgebildet ist, derart, daß die
Summe der Kapazitäten zwischen den Rotor und Statorbelägen unabhängig vom jeweiligen
Einstellwinkel praktisch konstant ist. Hierdurch ist es mit der dargestellten Schaltung
möglich, bei kontaktloser Abtastung in allen vier Abtaststellungen, entsprechend
den Verdrehungswinkeln o, go, 18o und 27o° des Rotors, die Eingangsimpedanz der
Röhre V praktisch unverändert zu lassen, da zwischen Gitter und Erde (Klemme b)
die in allen vier Stellungen praktisch gleiche Kapazität zwischen Rotor und Stator
liegt. Der in Reihe liegende Widerstand 2 (Parallelschaltung zweier Widerstände
Z) ist hiergegen vernachlässigbar klein.
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Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der Dämpfung b des kapazitiv abgetasteten
Entzerrers in Abhängigkeit von der Frequenz f der Signalspannung. Die dargestellten,
einen Fächer bildenden Kurven entsprechen den vier Verdrehungswinkeln o, go, 18o
und 27o°.
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Die Abtastung des Entzerrers-- erfordert an sich einen hochohmigen
Abschluß (höchohmige Gitterkathodenimpedanz), jedoch wird diese Forderung dadurch
gemildert, daß zwischen dem abzutastenden Element und dem Rotor in jeder Stellung
praktisch die gleiche Kapazität wirksam ist, während das einzelne Entzerrerglied
im ungünstigsten Falle nur von der Kapazität C" zwischen benachbarten Statoren überbrückt
ist, die maximal (bei der Mittelstcllung des Rotors zwischen benachbarten Statoren)
etwa cin Viertel der Rotor-Stator-Kapazität beträgt. Hinzu kommt, daß infolge der
vom Einstellwinkel unabhängigen Rotor-Stator-Kapazität eine durch die Schaltung
gegebene Belastung auf der Gitterseite durchaus tragbare Folgen ergibt. Ist die
Belastung rein kapazitiv, so äußert sie sich in einer frequenzunabhängigen, konstanten
Niveauverschiebung, während im Falle einer Ohmschen Belastung eine von der Stellung
des Rotors unabhängige und damit leicht entzerrbare Verschiebung auftritt.
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Werden die drei Entzerrerglieder der Schaltung nach Fig. z durch frequenzunabhängige
Dämpfungsglieder von jeweils maximal o,6 N Dämpfung ersetzt, so ergibt sich ein
kontaktloser Niveauregler mit einem Regelbereich von maximal 1,8 N. Ein Ausführungsbeispiel
hierfür zeigt Fig. 3, bei der die Dämpfungsglieder
aus Ohmschen
Widerständen aufgebaut sind. Die den vier Einstellwinkeln o, go, 18o und 27o° entsprechenden
Dämpfungsfrequenzkurven 5 bis 8 sind in Fig. q. dargestellt; sie sind Parallelen
zur Frequenzachse. In derselben Figur ist außerdem die Abhängigkeit der Dämpfung
vom Einstellwinkel a des Rotors dargestellt. Die gestrichelte Kurve g gibt den tatsächlichen,
die Kurve io den (in fast allen Fällen gewünschten) ideal geradlinigen Verlauf an.
Beide Kurven stimmen im allgemeinen genügend genau überein.
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Die Fig. g bis i2 zeigen Ausführungsbeispiele für Niveauregler mit
einem Regelbereich von mehr als 1,8 N. Die Regler sind dabei in Form eines kapazitiven
Spannungsteilers aufgebaut, der eine feste Längszweigkapazität Cl und eine veränderbare
Querzweigkapazität C2 enthält. Wird letztere Kapazität, wie es zweckmäßig und daher
erwünscht ist, durch einen normalen Drehkondensator mit Kreisplattenschnitt verwirklicht,
so verläuft die Kurve, welche die Dämpfung des Niveaureglers in Abhängigkeit vom
Einstellwinkel des Drehkondensators darstellt, im allgemeinen nicht geradlinig,
sondern mehr oder weniger stark gekrümmt. Zur Korrektur dieser Krümmung ist nun
der obenerwähnte Mehrfachdifferentialkondensator hervorragend geeignet, indem er
unter Zuhilfenahme bestimmter Zusatzkapazitäten je nach der Art der Krümmung der
zu korrigierenden Kurve parallel zur Längs- oder Querzweigkapazität oder parallel
zu beiden geschaltet oder zur Bildung eines vorgeschalteten Spannungsteilers benutzt
wird. Der Differentialkondensator C und der Drehkondensator C2 des Spannungsteilers
werden dabei zweckmäßigerweise gemeinsam angetrieben. Durch Einbau eines Über-bzw.
Untersetzungsgetriebes (2: 1 bzw. i : 2) muß dann dafür gesorgt werden, daß einem
beliebigen Verdrehungswinkel beim Differentialkondensator C stets ein halb so großer
Verdrehungswinkel beim Kondensator C2 entspricht, da der maximale Verdrehungswinkel
des ersteren Kondensators 36o° beträgt, der des letzteren aber nur 18o°.
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In der Schaltung nach Fig. 5 ist der Differentialkondensator C mit
drei Zusatzkapazitäten C3, C4 und C5 parallel zur Längskapazität Cl geschaltet.
Die Zusatzkapazitäten liegen zwischen der Klemme a und jeweils einem der den Einstellwinkeln
go, 18o und 27o° entsprechenden Statoren des Kondensators C, während der vierte,
dem Winkel o° entsprechende Stator frei bleibt. Die Schaltung gestattet die Korrektur
einer nach oben gekrümmten Regelkurve, wie sie die Kurve g in Fig. 6 zeigt, in welcher
die Dämpfung in Abhängigkeit vom Verdrehungswinkel des Differentialkondensators
dargestellt ist. Es ist angenommen, daß in den Endstellungen (a = o° und a = 36ö°)
keine Korrektur der Regelkurve nötig ist. Die gestrichelte Kurve io zeigt die tatsächlich
erzielbare, die Kurve ii die ideale Regelkurve. Durch entsprechende Wahl der Kapazitäten
C3 bis C, kann die Regelkurve bei den Einstellwinkeln go, 18o und 27o° exakt korrigiert
werden, wie die Kurve io erkennen läßt. Mittels der Zusatzkapazitäten kann die jeweils
benötigte Korrekturkapazität, die aus der Reihenschaltung der Rotor-Stator-Kapazität
CRS des Köndensators C und der zugehörigen Zusatzkapazität gebildet wird, zwischen
den Grenzen 0 und CRS verändert werden.
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Fig. 7 zeigt eine der Fig. 6' entsprechende Schaltung, bei der jedoch
die drei Korrekturkapazitäten parallel zur Querzweigkapazität C2 geschaltet sind.
Mit dieser Schaltung ist eine nach unten gekrümmte Regelkurve korrigierbar, wie
sie die Kurve 12 in Fig. 8 zeigt. Auch bei dieser Kurve ist in den Endstellungen
des Kondensators C2 eine Korrektur nicht nötig. 13 bezeichnet die korrigierte, 14
die ideale Regelkurve.
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Erfordert eine $-förmige Regelkurve, wie sie Kurve 15 in Fig. io zeigt,
in den Endstellungen von C2 eine nach Betrag und Sinn gleiche Korrektur b1, so kann
sinngemäß so vorgegangen werden, daß die Korrekturkapazitäten teilweise parallel
zur Längskapazität Cl, teilweise parallel zur Querkapazität C2 geschaltet werden,
so daß sie teilweise eine Anhebung, teilweise eine Absenkung der Regelkurve bewirken.
Bei einer solchen Schaltung könnten indessen für die Korrektur der Regelkurve beim
Höchstwert der Kapazität C2 unter Umständen erhebliche Werte der Kapazität CRs erforderlich
werden, deren Herstellung Schwierigkeiten bereitet.
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Eine diese Schwierigkeiten vermeidende Schaltung zeigt die Fig. g.
Hier ist der Längskapazität Cl eine feste Kapazität C8 vorgeschaltet. Der Rotor
des Differentialkondensators C ist zwischen beiden Kondensatoren angeschlossen.
Die den Einstellwinkeln o und go° entsprechenden Statoren sind über Zusatzkapazitäten
C7 und C3 an Erde geführt; die den Einstellwinkeln 18o und 27o° entsprechenden Statoren
sind über die Zusatzkapazitäten C4 und C5 an das Gitter der Röhre V geführt. Letztere
Kapazitäten werden wie in Fig. g jeweils in Reihe mit CRS der Kapazität Cl parallel
geschaltet.
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Bei der Einschaltung der Kapazitäten C4 und C5 in den Stellungen i8o
und 27o° des Kondensators C wird wie in Fig. 3 jeweils eine Absenkung der Dämpfung
bewirkt, wie es zur Korrektur der Kurve 15 erforderlich ist. Bei der Einschaltung
der Kapazitäten C7 und C3 in den Stellungen o (bzw. 36o) und go° wird die erforderliche
Dämpfungsanhebung nicht durch unmittelbare Überbrückung und Vergrößerung der Kapazität
C2 bewirkt, sondern durch eine von den Kapazitäten C, CRs und C7 bzw. C6, CRS und
C3 bewirkte Spannungsteilung der an den Klemmen a, b
angelegten Signalspannung.
In diesen beiden Einstellungen des Kondensators C wird dem eigentlichen Spannungsteiler
Cl, C2 sozusagen ein zweiter Spannungsteiler vorgeschaltet. Hierdurch lassen sich
bei Verwendung eines rein nach Maßgabe möglichst wirtschaftlicher Herstellung bemessenen
Kondensators C alle erforderlichen Werte der Dämpfungsanhebung ohne Schwierigkeiten
erreichen.
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Bei einer praktisch ausgeführten Schaltung nach Fig. g hatten die
wesentlichen Kapazitäten folgende Werte: C6 = CRs = 400 pF; Cl = 7o pF und C2 =
iooo pF maximal.
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In Fig. io bezeichnet 16 die korrigierte, 17 die ideale Regelkurve.
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In der Praxis kommt es nun häufig vor, daß die Regelkurve eines kapazitiven
Niveaureglers
entsprechend der Kurve =8 in Fig. =i in der Nähe der
beiden Endstelhingen des Drehkondensators C2 in entgegengesetztem Sinne von der
idealen Regelkurve abweicht. In diesem Falle läßt sich eine Korrektur der Regelkurve
mit Hilfe der Schaltung nach Fig. i2 a bzw. =2b erreichen. -In dieser Schaltung,
die weitgehend der nach Fig. g entspricht, ist die Kapazität C2' als Drehkondensator
mit Kreisplattenschnitt ausgebildet, der zwei gleiche Rotoren R1, R2 (Doppelrotor)
und Statoren S5, S6 besitzt. Die halbkreisförmigen Rotoren sitzen um =8o° verdreht
gemeinsam auf der Antriebswelle und sind. ebenso wie die halbkreisförmigen Statoren
elektrisch voneinander isoliert (normaler handelsüblicher Drehkondensator). C2m,
bezeichnet den Höchstwert der zwischen den Rotoren R1, R2 und den Statoren S5, S6
jeweils auftretenden Einzelkapazität. Der Rotor R2 und der Stator S6 sind an- Erde
(Klemme b) geführt; der Rotor R1 liegt an der gitterseitigen Klemme des Längskondensators
Cl, die außerdem über je eine der drei Zusatzkapazitäten C3, C4 und C5 mit den den
Winkelstellungen go, =8o und 270° entsprechenden Statoren des Differentialkondensators
C. verbunden ist. Der vierte, der Stellung o bzw. 36o° entsprechende Stator ist
über die Zusatzkapazität C7 mit dem Stator S5 verbunden.
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Die Fig. 12 ä zeigt die Schaltung in der Stellung »kleinste Dämpfung«
und die Fig. izb in der Stellung »größte Dämpfung« des Niveaureglers, da die zwischen
Gitter und Erde liegende Querkapazität C2 in Fig. 12 a ihren kleinsten, in Fig.
12 b ihren größten Wert besitzt. Beim Übergang von einer dieser Endstellungen zur
anderen macht der Rotor des Kondensators C einen vollen, der des Kondensators C2'
einen halben Umlauf. In beiden Endstellungen steht der erstere Rotor, wie in der
Figur dargestellt, genau gleich, der letztere Rotor dagegen um =8o° verschieden.
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In der Fig. =2 a liegt der Längskapazität Cl die Reihenschaltung aus
CRS, C7, C2max parallel, wobei C7 zur Dosierung der Kapazität der Reihenschaltung
dient. -In der Anfangsstellung hat die Korrektur C7 in Reihe mit CRS und CZmax die
gleiche Wirkung wie C3, C4 und C5. Im Bereich o bis go° :wird der steile Anstieg
somit abgeflacht (Dämpfungserniedrigung).
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In der Fig. izb dagegen bilden die Kapazität C, einerseits und die
aus der Reihenschaltung von CRs, C7 und C2max resultierende Kapazität andererseits
einen Spannungsteiler für die bei a, b angelegte Signalspannurig, der dem
aus Cl-und C.."" gebildeten Hauptspannungsteiler vorgeschaltet ist. Durch diesen
vorgeschalteten Spannungsteiler wird, wie zu Fig. g erläutert, für a = 36o° eine
Dämpfungserhöhung erreicht. Die Kurve =s kann also auch in diesem Punkt korrigiert
werden.
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In den Zwischenstellungen a = go°, a = =8o° und a = 28o° liegt der
Kapazität C, die Reihenschaltung der Kapazitäten CRS und C3, CRS und C4 und CRS
und C5 parallel. In diesen Stellungen wird somit, wie schon erwähnt, - die zur Korrektur
erforderliche Dämpfungserniedrigung erzielt. Insgesamt ergibt sich als korrigierte
Kurve die in Fig. =z mit 2o bezeichnete Kurve.
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Fig: 13 zeigt eine Schaltung zur kombinierten Entzerrung und Niveauregelung.
Der Entzerrer E ist entsprechend Fig. i, der Niveauregler 1V entsprechend Fig. 12,
aufgebaut. In beiden findet vorzugsweise der gleiche Differentialkondensator C Verwendung.
Als Längskapazität Cs ist hier die konstante Kapazität CRs des Differentialkondensators
des Entzerrers wirksam.
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Beim Aufbau von Schaltungen nach Fig. 12 und 13 ist besonderer Wert
darauf gelegt, daß die Schaltungen an allen Stellen des Verstärkers, also auch in
dessen Eingang verwendet werden können. Die Einschaltung in den Eingangskreis ist
im Hinblick auf die Erzielung einer möglichst hohen Klirrdämpfung bei kleiner Verstärkung,
d. h. bei großen Dämpfungswerten des Niveaureglers, erwünscht. Dabeikommt es aber
darauf an, daß der Vorteil der Erhöhung der Klirrdämpfung nicht durch- den gleichzeitig
auftretenden Nachteil einer Verminderung der Geräuschdämpfung wieder aufgehoben
wird. Um dies zu vermeiden, muß die Quelle für die Geräuschspannung, nämlich der
Ohmsche Widerstand des Gitterkreises, möglichst durch einen Blindwiderstand belastet
werden. Die vom Gitter aus gesehene Impedanz des Reglers muß daher in allen Reglerstellungen
möglichst eine reine Reaktanz, im vorliegenden Falle also möglichst rein kapazitiv
sein. Diese Forderung ist in den Schaltungen nach Fig. =a und 13 weitgehend
erfüllt. In der für die Geräuschdämpfung besonders kritischen Reglerstellung »größte
Dämpfüng«gemäß Fig. =2 b ist derkapazitive Charakter der vom Gitter aus gesehenen
Impedanz des Reglers dadurch gegeben, daß zwischen Gitter und Erde die verhältnismäßig
große Kapazität C2max liegt. Aber auch in der Reglerstellung »kleinste Dämpfung«
gemäß Fig. 12 a kann ein genügend kapazitiver Charakter der erwähnten Impedanz dadurch
erreicht werden, daß die an sich nur kleine Kapazität Cl durch die Reihenschaltung
von CRS; C7 und C2",ax überbrückt wird. Der Gitterableitwiderstand R, kann daher
auch hier ohne Rücksicht auf die Rauschspannung bemessen werden.