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Regelbares frequenzabhängiges Netzwerk mit konstantem Eingangsscheinwiderstand
Das frequenzäbhängige Netzwerk dient zur frequenzabhängigen Dämpfungsregelung in
übertragungssystemen, insbesondere in Leitungen oder Verstärkern, in erster Linie
zum Zwecke des Ausgleichs von Dämpfungsverzerrungen, die an anderer Stelle des Übertragungssystems
entstanden sind. Die Regelung kann dabei selbsttätig oder von Hand durchgeführt
werden. Für derartige Zwecke sind Dämpfungsnetzwerke mit konstantem Eingangsscheinwiderstand
bekanntgeworden, wie sie in Fig. r dargestellt sind. Diese Netzwerke bestehen aus
einem oder mehreren frequenzabhängigen Vierpolen TNl und TN2, die durch einen Spannungsteiler
Sp in der dargestellten Weise überbrückt sind. Die Netzwerke sind .durch einen Widerstand
Z, der gleich dem Wellenwiderstand der Netzwerke ist, abgeschlossen. Eingangs- und
Ausgangsspannung des Netzwerkes sind mit Ui bzw. U2 bezeichnet. Die regelbare abgegebene
Nutzspannung US ist gleich der geometrischen Summe aus der Spannung U2 und der Spannung
U4. Dabei ist die Spannung U, die Eingangsspannung des Spannungsteilers Sp und U4
dessen Ausgangsspannung. Die Spannung U3 stellt die geometrische Differenz der Spannungen
Ui und U2 dar.
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Das bekannte Netzwerk hat den Nachteil, daß ein mechanischer Stufenschalter
erforderlich ist, der zu Kontaktschwierigkeiten führen. kann und eine
stetige
Regelung nur bei Anwendung besonderer mechanischer Vorrichtungen ermöglicht. Aufgabe
der Erfindung ist es, bei derartigen Netzwerken eine stetige Regelung ohne die Verwendung
mechanischer Stufenschalter zu bewirken.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht; daß der Spannungsteiler
durch ein mittels Gleich- oder Wechselstrom steuerbares Dämpfungsnetzwerk aus strom-
bzw. spannungsabhängigen Widerständen gebildet ist. Als Strom- oder spannungsabhängige
Widerstände können in dem Dämpfungsnetzwerk Trockengleichrichter oder temperaturabhängige
Widerstände (Heiß- oder Kaltleiter) verwendet werden. Die stromabhängigen Widerstände
lassen sich dabei in Form einer Ringmodulatorschaltung, einer einfachen Gegentaktschaltung
oder als einfacher Spannungsteiler schalten. Werden indirekt gesteuerte strom- bzw.
spannungsabhängige Widerstände benutzt, so läßt sich die Steuerung des Dämpfungsnetzwerkes
in einfacher Weise mit Wechselstrom durchführen. Andernfalls ist Gleichstrom zu
verwenden, Durch Verwendung von steuerbaren Dämpfungsvierpolen, deren Übertragungsmaß
durch einen Steuerstrom stetig von einem positiven Wert -nach einem negativen Wert
geändert wird, erhält man eine Vergrößerung des Regelbereiches. Dies kann z. B.
durch entsprechende Bemessung des Dämpfungsnetzwerkes oder bei Verwendung von Gleichstrom
durch stetigen Übergang des Steuergleichstromes von einem endlichen positiven zu
einem endlichen negativen Wert bewirkt werden.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, an Stelle mechanischer Spannungsteiler
Verstärkerröhren zu verwenden, deren Verstärkungsgrad zur .Änderung des Übertragungsmaßes
geregelt wird. Bei dem Gegenstand der Erfindung kommen derartige Röhren mit ihren
'bekannten Nachteilen (begrenzte Lebensdauer, Notwendigkeit von Speisespannungen)
in Fortfall. .
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Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes werden an Hand der
in den Fig. i bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiele im folgenden. erläutert.
In Fig. 2 besteht das gemäß der Erfindung vorgesehene Dämpfungsnetzwerk D aus vier
Trockengleichrichtern Gl, die zusammen mit zwei Differentialübertragern Ui und Ü2
zu einer bekannten Ringmodulatorschältung zusammengefügt sind. Die Steuergleichspannung
Ust ist reget- und umpolbar und wird an den Symmetriepunkten der Übertrager Ui und
i'l2 zugeführt: In Fig. 3 ist das zugehörige Vektordiagramm für die verschiedenen
Spannungen dargestellt. Die dem Dämpfungsnetzwerk D zugeführte Spannung Us bildet
die geometrische Differenz zwischen der Eingangsspannung Ui und der Ausgangsspannung
U, des Vierpoles N. Ist das Übertragungsmaß
des Dämpfungsnetzwerkes D positiv, so ist die abgegebene regelbare Nutzspannunz
U. kleiner als die Eingangsspannung Ui. Für wird die Spannung U5 gleich der Ausgangsspannung
U2 des Vierpoles N. Ist die Dämpfung des Netzwerkes unendlich,, d.- h. die Spannung
U4 = o, so nimmt die Spannung US den Wert der Eingangsspannung Ui an. Für negative
Werte des Übertragungsmaßes s liegt der Seldor der Spannung U4 nicht mehr zwischen
den Punkten A und B, sondern zwischen A
und C. Die Spannung U5 ist
dann größer als die Spannung Ui. Da die Spannung U4 maximal den Wert der Spannung
U3 annehmen. kann, ergibt sich der Größtwert U5max für die regelbare Netzspannung
durch Verbindung des Punktes o mit dem Punkt C, wobei die Strecke A-C gleich der
Strecke A-B ist.
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Durch die Verwendung einer Vorspannung kann erreicht werden, daß der
Bereich s = z übers = o bis s = - i ohne Umpolung der Steuerspannung Ust bestrichen
werden kann. Das Netzwerk läßt sich dann unmittelbar mit einem Gleichstrom steuern,
der aus einer mit den Signalen übertragenen Steuerfrequenz _(Pilotfrequenz) durch
Gleichrichtung abgeleitet ist..
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Die Dämpfung des frequenzabhängigen Regelnetzwerkes
ändert sich, wie in Fig. q. angegeben, von o bis zu den für s = -3- i und s = -i
angegebenen Grenzen. In Fig.q. ist die Abhängigkeit der Dämpfung b von der
Frequenz f dargestellt.
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Bei dem in. Fig. 5 abgebildeten Ausführungsbeispiel besteht das gemäß
der Erfindung vorgesehene Dämpfungsnetzwerk aus einem einfachen stromabhängigen
Spannungsteiler und aus den beiden Gleichrichtern Gli und Gl2, die über die Drosselspulen
Dr an .die Steuerspannung Uss angeschlossen sind. Die Spannung US wird dabei von
dem gemeinsamen Punkt der beiden Gleichrichter abgenommen. Die Kondensatoren C dienen
gemeinsam mit den Drosselspulen Dr zur Trennung von Gleich- und Wechselstrom. Da
eine Umkehr der Phase zwischen den Spannungen U3 und U4 bei dieser Anordnung nicht
möglich ist, erstreckt sich der Regelbereich auf die Strecke A-B in Fig. 3. Auch
bei dieser An: ordnung muß die Steuerspannung Ust umgepolt werden, soll auf die
Anwendung einer besonderen Vor-Spannung verzichtet werden.
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Fig. 6 zeigt eine der Fig. 2 entsprechende Schaltung, bei der an Stelle
einer Doppelgegentaktschaltung (Ringmodulator) eine einfache Gegentaktschaltung
verwendet wird. Die beiden Gleichrichter der Gegentaktanordnung sind mit Gli und
Gl. bezeichnet. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist aus dem Vorgesagten ohne
weiteres verständlich.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.7, das in seinem Aufbau dem vorher
beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht, sind an Stelle der Trockengleichrichter
Gli und G12 temperaturabhängige Widerstände mit verschiedenen Temperaturkoeffizienten
benutzt worden. HL ist z. B. ein Heißleiter und W ein temperaturunabhängiger
Widerstandoder Kaltleiter (Eisenwasserstoffwiderstand). Auch die in Fig. 5 dargestellte
Schaltung kann in entsprechender Weise mit temperaturabhängigen Widerständen an
Stelle der Gleichrichter Gli und G12 ausgerüstet werden.
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Werden, wie einleitend erwähnt wurde, indirekt geheizte temperatuxabhängige
Widerstände in die
Schaltungen eingebaut, so kann eine Steuerung
unmittelbar durch Wechselstrom vorgenommen werden. Auch wird hierbei eine völlige
Trennung zwischen dem Steuerstrom und den Signalströmen herbeigeführt, ohne das
es erforderlich ist, besondere Selektionsmittel, wie Kondensatoren und Drosselspulen,
vorzusehen.
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Während die vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sich auf
frequenzabhängige regelbare Netzwerke bezogen, die aus nur einem Glied aufgebaut
sind, betreffen die folgenden Ausführungsbeispiele Netzwerke, die aus mehreren Gliedern
(Vierpolen) bestehen. Für diesen Fall sieht die Erfindung vor, daß jedem Vierpol
ein steuerbares Dämpfungsnetzwerk zugeordnet ist, dessen Ausgangsspannungen in Reihe
und dessen Steuerkreise parallel geschaltet sind. Die Dämpfungen der Dämpfungsnetzwerke
werden dabei nacheinander derart gesteuert, daß sich die Dämpfung des nächsten Dämpfungsnetzwerkes
erst ändert, wenn die Dämpfung des vorhergehenden seinen Änderungsbereich im wesentlichen
durchlaufen hat. In Fig. 8 ist ein entsprechendes Ausführungsbeispiel dargestellt.
Das frequenzabhängige regelbare Netzwerk N ist aus zwei Vierpolen TNl und TN2, die
in Kaskade geschaltet sind, aufgebaut. Jedem Teilnetzwerk ist ein steuerbares Dämpfungsnetzwerk
Dl bzw. D2 zugeordnet. Die Ausgangsspannungen U4' und U4' der beiden Dämpfungsnetzwerke
D1 und D2 liegen in Reihe, während die Steuerkreise der beiden Dämpfungsnetzwerke
parallel an die Steuerstromquelle Ust angeschlossen sind. Die beiden Steuerströme
sind mit il und i2 bezeichnet. In dem Steuerstromkreis des Dämpfungsnetzwerkes Dl
ist eine Vorspannbatterie B und in dem des Dämpfungsnetzwerkes D2 eine Glimmlampe
G eingeschaltet. Die Abhängigkeit der beiden Steuerströme il und i2 von der Steuerspannung
Ust zeigt Fig. io. Durch die Vor-Spannbatterie B wird bei einer Steuerspannung Null
ein negativer Strom il in dem Dämpfungsnetzwerk Dl erzeugt. Dieser Strom erreicht
den Wert Null, wenn die Steuerspannung gleich der Spannung UB der Batterie
ist. Wird die Zündspannung Uz der Glimmlampe G erreicht, so findet eine Begrenzung
des Stromes il statt. Bei weiter ansteigender Steuerspannung Ust beginnt der Strom
i2 durch das Dämpfungsnetzwerk D2 zu fließen. Der Strom i2 war während des Anstiegs
des Stromes il bis zu seinem Grenzwert Null. Die beiden Dämpfungsnetzwerke Dl und
D2 werden also nacheinander gesteuert, und zwar ändert sich die Dämpfung des zweiten
Netzwerkes D2 erst, wenn der Änderungsbereich des Netzwerkes Dl durchlaufen ist.
In Fig. 9 ist die zugehörige Abhängigkeit der Dämpfungen bDl und bD2 der beiden
Netzwerke in Abhängigkeit von der Steuerspannung Ust dargestellt. Die Dämpfungen
sind groß, z. B. größer als 3 N, wenn die Steuerströme il und i2 gleich Null sind.
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Fig. ii zeigt die Abhängigkeit der Dämpfung des Netzwerkei
in Abhängigkeit von der Frequenz f für den ausgenutzten Frequenzbereich von f1-
f2. Für Ust< UB ist il negativ, und dieKurven liegen zwischen der Geraden E-F
(Ust = o)
und der Abszisse (Ust = UB). Liegt die Steuerspannung Ust
unterhalb der Zündspannung UZ und oberhalb der Batteriespannung
UB, so ist il positiv und i2 = o. Die Kurven liegen dann im Bereich zwischen
der Abszisse und der Geraden A-B (LTst = UZ). Steigt die Steuerspannung über
den Wert von Uz, so ist i2 positiv, und die Kurven liegen im Bereich zwischen den
Geraden A-B und C-D. Es läßt sich also durch Ändern der Steuerspannung Ust von dem
Wert Null bis zu einem Wert oberhalb der Zündspannung UZ ein verhältnismäßig großer
Dämpfungsbereich überstreichen und damit eine gute Fächerung der Dämpfungsfrequenzkurven
herbeiführen.
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Die an die Netzwerke Dl und D2 angeschlossenen Übertrager werden zweckmäßig
so bemessen, daß, wenn die Netzwerke voll durchlässig sind, die Spannungsdämpfung
-von Netzwerk und Übertrager gleich Null ist. Als Dämpfungsnetzwerke können solche
mit beliebigen stromabhängigen Widerständen benutzt werden, wie sie bereits an Hand
der vorhergehenden Ausführungsbeispiele erläutert werden. Sollen mehr als zwei Teilnetzwerke
gesteuert werden, so können die zugehörigen Dämpfungsnetzwerke an den Stromkreis
der Steuerspannung über weitere Glimmlampen angeschaltet werden, deren Zündspannungen
entsprechend gestaffelt sind, gegebenenfalls unter Benutzung weiterer zusätzlicher
Vorspannungsquellen.
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An Stelle der Glimmlampen können auch Relais benutzt werden, die ein
Umschalten der Steuerspannung Ust zwischen den einzelnen Dämpfungsnetzwerken Dl
und -D2 bewirken. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in Fig. i2 dargestellt.
Die Steuerstromkreise der beiden Dämpfungsnetzwerke Dl und D2 sind an die Steuerspannung
Ust über die Kontakte r1 und rü des Relais R und die Vorspannbatterien
UB, UB und UB' angeschlossen. Die Vorspannungen sind mit Bezug auf
die Spannung Uz in Fig. 9 so gewählt, daß die Spannung
und die Spannung UB' = Uz ist. Die Spannung UB' ist jedoch mit entgegengesetzter
Polarität wie die Spannung UB' an die Steuerspannungszuleitung angeschlossen.
Der Ansprechwert des Relais R liegt bei dem Spannungswert Uz. Solange die Steuerspannung
Ust kleiner als Uz ist, ist lediglich das Dämpfungsnetzwerk Dl an den Steuerstromkreis
angeschlossen. Spricht beim Erreichen des Wertes Uz das Relais R an, so werden die
beiden Kontakte r, und ril umgelegt und damit das Dämpfungsnetzwerk D2 an den Steuerstromkreis
angeschaltet. Die Vorspannbatterie UB bewirkt, daß nach dem Umschalten das
Dämpfungsnetzwerk Dl an einer konstanten Spannung liegt. Der Kondensator Cl ist
vorgesehen, um während des Umschaltvorganges ein Verschwinden des Steuerstromes
il zu verhindern. Durch die Gegenspannung UB' im Steuerstromkreis von D2
wird erreicht, daß der Strom i2 nach dem Ansprechen des Relais bei Null beginnt
oder, wenn sich dies nicht genau erreichen läßt, einen kleinen negativen Betrag
hat und erst beim weiteren Wachsen
der Steuerspannung zunächst Null
und dann positiv wird.
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In Fig. 13 ist eine Vereinfachung der Schaltung gemäß Fig. 1.2 dargestellt,
bei der nur eine einzige Vorspannungsbatterie benutzt wird,. deren Spannung
UB gleich 1/2 UZ ist. Das gepolte Relais R spricht an, wenn die Steuerspannung
größer als die Spannung UB ist.