DE974956C

DE974956C - Negativer Impedanzwandler

Info

Publication number: DE974956C
Application number: DEW15779A
Authority: DE
Inventors: Stanley Thayer Meyers
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1954-03-22
Filing date: 1955-01-20
Publication date: 1961-06-15
Also published as: NL100386C; NL192904A; GB780177A; CH330330A; BE536601A; US2817822A; FR1117757A

Description

Die Erfindung betrifft negative Vierpol-Impedanzwandler, die in einem vorgegebenen Frequenzbereich an einem Klemmenpaar eine Impedanz zeigen, die im wesentlichen ein negatives Vielfaches einer passiven Impedanz ist, welche an dem anderen Klemmenpaar angeschlossen wird. Die spezielle Aufgabe der Erfindung ist es, eine stabile negative Impedanz des sogenannten Parallel- oder Gegenstromtyps zu schaffen.

Wie von G. Crisson in seinem Aufsatz über »Negative Impedanzen und die Doppel-2i-Verstärker« ausgeführt wird, der auf S. 485 ff. des »Bell System Technical Journal« vom Juli 1931 erschienen ist, können negative Impedanzen in zwei Klassen eingeteilt werden. Die erste Klasse umfaßt negative Impedanzen des Reihen- oder Gegenspannungstyps. Solche negativen Impedanzen sind im Leerlauf stabil und können ohne Pfeifen in Reihenschaltung in eine Übertragungsleitung eingeschaltet werden, um eine Verstärkung zu erzeugen. Die zweite Klasse umfaßt negative Impedanzen des Parallel- oder Gegenstromtyps. Solche negativen Impedanzen sind im Kurzschluß stabil und können ohne Pfeifen parallel zu einer bzw. quer in eine Übertragungsleitung geschaltet werden, um eine Verstärkung zu erzeugen. Eine oder mehrere negative Impedanzen jedes Typs können zusammen verwendet werden, um die Dämpfung einer Übertragungsleitung unter den Wert herabzusetzen, der bei alleiniger Verwendung von negativen Impedanzen eines Typs möglich wäre.

Eine der besten Schaltungen zur Erzeugung von negativen Impedanzen sowohl des Reihen- als auch des Paralleltyps ist von J. L. Merril, Jr. in seinem

109 594/14

Aufsatz »Theorie des negativen Impedanzwandlers« beschrieben, der auf S. 88 ff. des »Bell System Technical Journal«, Januar 1951, erschienen ist. Dieser Aufsatz zeigt z. B. einen negativen Vierpol-Impedanzwandler, der, wenn an ein Klemmenpaar eine Impedanz Z angeschlossen wird, an seinem zweiten Klemmenpaar eine Impedanz von im wesentlichen — k Z aufweist und der, wenn an sein zweites Klemmenpaar eine Impedanz Z angeschlossen wird, an seinem ersten Klemmenpaar eine Impedanz von

im wesentlichen —— aufweist. Bei diesen Impedanzausdrücken stellt — k Z eine negative Impedanz des Reihentyps und —— eine negative Impedanz des

Paralleltyps dar, wobei k in einem vorgegebenen Arbeitsfrequenzbereich im wesentlichen eine reelle Zahl ist.

Der erwähnte negative Impedanzwandler hat sich zur Erzeugung von negativen Impedanzen des Reihentyps als sehr brauchbar erwiesen. Außer der durch diesen Wandler erzeugten tatsächlichen negativen Impedanz ist noch eine unerwünschte Reihenimpedanzkomponente vorhanden, die im wesentlichen proportional den Anodenwiderständen der Elektronenröhren ist, welche die aktiven Elemente des Wandlers bilden. Da die negative Impedanz einen verhältnismäßig hohen Wert in bezug auf die Röhrenwiderstände besitzt, ist diese unerwünschte Komponente von geringer Bedeutung. Die Ankopplung an eine niederohmige Leitung wird über einen Abwärtstransformator vorgenommen, um die negative Impedanz in richtige Beziehung zur Leitung zu bringen.

Wenn, eine negative Impedanz des Paralleltyps einer Übertragungsleitung parallel geschaltet wird, um eine Verstärkung zu erzielen, ist es jedoch manchmal nicht möglich, einen Transformator als Kopphmgselement zwischen der umgewandelten Impedanz und der niederohmigen Leitung zu verwenden. In solchen Fällen kann eine negative Impedanz mit ausreichend hohem Wert in bezug auf die Röhrenwiderstände, um die Wirkungen von Änderungen dieser unerwünschten Impedanzkomponente außer Betracht lassenzu können, nicht benutzt werden. Wenn es z. B. notwendig ist, einen Gleichstromweg parallel zur Leitung zu vermeiden, müssen in Reihe mit einem etwaigen Transformator Sperrkondensatoren geschaltet werden. Eine solche Kombination hat aber wahrscheinlich nicht nur unerwünschte Resonanzstellen, sondern stört auch die erforderliche Frequenzcharakteristik des Wandlers. Wenn dagegen der obenerwähnte Impedanzwandler ohne Transformator parallel zur Leitung benutzt wird, wird die unerwünschte Impedanzkomponente, die proportional dem Anodenwiderstand ist, so groß, daß sie einen wesentlichen Prozentsatz der gewandelten Impedanz darstellt. Unter diesen Umständen können Änderungen der Größe dieses Widerstandes eine schädliche Wirkung auf die Impedanzstabilität des Wandlers haben.

Die Erfindung beseitigt diese Schwierigkeit, indem die Erzeugung einer negativen Impedanz des Paralleltyps mit viel kleinerer unerwünschter Impedanzkomponente ermöglicht wird. Erfindungsgemäße Wandler j erfordern keinen Transformator, um die Stabilität der

j Impedanz zu erreichen, und keine Erhöhung d^r Gesamtzahl der aktiven Einrichtungen, die zur Erzeugung der Verstärkung verwendet werden.

Der negative Impedanzwandler gemäß der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß er mit seinen zwei Klemmenpaaren und zwei Widerständen eine Wheatstonesche Brücke bildet, an deren Diagonalen ein in einer Richtung übertragender Verstärker angeschaltet ist, dessen Eingangs- und Ausgangs-

j spannungen gleichphasig sind.

^; Erfindungsgemäße negative Impedanzwandler gleichen den bekannten Wandlern, wie sie im Aufsatz von Merrill geschildert sind, insofern, als eine an ein Klemmenpaar angeschlossene Impedanz Z bewirkt, daß am anderen Klemmenpaar eine Impedanz im wesentlichen vom Wert — k Z erscheint, bzw. eine am anderen Klemmenpaar angeschlossene Impedanz bewirkt, daß am ersten Klemmenpaar eine Impedanz im

wesentlichen vom Wert

—k

erscheint. Sie unter-

scheiden sich von den bekannten Wandlern unter ■ anderem in ihrem Schaltungsaufbau, in der kleineren unerwünschten zusätzlichen Impedanzkomponente und im Fehlen vo.n Transformatoren und Spulen. Sie sind daher zur Verminderung der Dämpfung in Anwendung als negative Impedanzen des Paralleltyps für das Parallelschalten zu einer Übertragungsleitung allein oder zusammen mit in Reihe in die Leitung geschalteten negativen Impedanzen des Reihentyps besser geeignet.

Verstärker mit Rückkopplung über eine Brückenschaltung sind als negative Impedanzen bereits bekanntgeworden; die negative Impedanz wurde jedoch bisher ausschließlich zur Erzeugung von Schwingungen benutzt; Anwendungen zur Entdämpfung von Leitungen sind unbekannt geblieben. i°°

Die Erfindung soll durch die folgende Betrachtung eines speziellen Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei stellen dar

Fig. ι und 2 Blockschemas eines negativen Vierpol-Impedanz wandlers gemäß der Erfindung,

Fig. 3 und 4 Blockschemas zur Erklärung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen negativen Impedanzwandler,

Fig. 5 ein Ersatzschaltbild der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungen, no

Fig. 6 das schematische Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Impedanzwandlers gemäß der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung gemäß der Erfindung enthält ein erstes Klemmenpaar 11, 12, ein zweites Klemmenpaar 13, 14, einen Verstärker 15 und zwei Widerstände α und c. Die Widerstände α und c sind zwischen einen Knotenpunkt 16 und die Klemmen

11 bzw. 13 geschaltet, während die beiden Klemmen

12 und 14 an einen Knotenpunkt 17 angeschlossen sind. Die Eingangsldemmen des Verstärkers 15, der in einem vorgegebenen Arbeitsfrequenzbereich im wesentlichen keine Phasenverschiebung hat, sind an die Knotenpunkte 16 und 17 angeschlossen, während die Ausgangsklemmen mit den Klemmen 13 und 11 verbunden sind.

Wenn beim Betrieb des in Fig. ι dargestellten negativen Vierpol-Impedanzwandlers eine Impedanz Z an die Klemmen ii und 12 angeschlossen wird, erscheint an den Klemmen 13 und 14 eine Impedanz im

wesentlichen vom Wert —_r, während beim Anschlie-

ßen einer Impedanz Z an die Klemmen 13 und 14 an den Klemmen 11 und 12 eine Impedanz von im wesentlichen — k Z erscheint. Die erste dieser am Wandler erscheinenden Impedanzen ist eine negative Impedanz des Parallel- oder Gegenstromtyps und die zweite eine negative Impedanz des Reihen- oder Gegenspannungstyps. In beiden Fällen ist k im interessierenden Frequenzbereich im wesentlichen eine reelle Zahl (d. h. k hat keinen Phasenwinkel).

In Fig. ι wie auch in den folgenden Figuren sind die Klemmen 11,12 mit »Netzwerk« und die Klemmen 13, 14 mit »Leitung« bezeichnet, um die richtige Lage des Wandlers zur Erzeugung einer negativen Pärallelao impedanz zu zeigen, die einer Übertragungsleitung parallel geschaltet werden soll. Für jede an die »Netzwerk «-Klemmen ii, 12 angeschaltete passive Impedanz erscheint an den »Leitungs«-Klemmen 13, 14 eine negative Impedanz des Paralleltyps, die durch das Impedanztransformationsverhältnis des Wandlers mit der »Netzwerk«-Impedanz in Zusammenhang steht. Wie oben erwähnt wurde, tritt aber zusätzlich eine unerwünschte negative Reihen-Impedanzkomponente auf, die durch die Anordnung gemäß der Erfindung fast zum Verschwinden gebracht wird. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Erzeugung von negativen Impedanzen des Paralleltyps beschränkt; die Lage des Wandlers kann auch umgedreht werden, um eine negative Impedanz des Reihentyps zu schaffen. Da die Erfindung jedoch ursprünglich für negative Parallelimpedanzen bestimmt war, soll sich die folgende Untersuchung der Arbeitsweise des Wandlers in der Hauptsache mit der Erzeugung von negativen Impedanzen dieser Art befassen.' Allgemein gesprochen können die »Leitung« und das »Netzwerk«, die an die entsprechenden Klemmen der in Fig. ι dargestellten Schaltung angeschlossen sind, als Abschlußkreise aufgefaßt werden. Demnach bildet der Wandler für den einen »Abschlußkreis« eine Impedanz, die im wesentlichen ein negatives Vielfaches derjenigen Impedanz ist, mit der der Wandler durch den anderen »Abschlußkreis« abgeschlossen wird. Die Wandlung in einer Richtung liefert eine negative Impedanz des Paralleltyps und die Wandlung in der anderen Richtung eine negative Impedanz des Reihentyps.

In Fig. 2 ist die in Fig. 1 gezeigte Schaltung noch

einmal dargestellt, um gewisse Gesichtspunkte der Schaltung klarer zu zeigen. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, bilden die Widerstände α und c nämlich zwei aneinandergrenzende Zweige einer Wheatstörieschen Brückenschaltung, deren beide anderen Zweige durch die »Netzwerk-Klemmen 11, 12 und die » Leitungs «r-Klemmen 13, 14 gebildet werden. Die Eingangs- und

Ausgangsklemmen des Verstärkers 15 sind jeweils mit den gegenüberliegenden Polen der Brücken verbunden.

Fig. 3 stellt die in Fig. 1 gezeigte Ausführung der Erfindung so geschaltet dar, daß eine negative Impedanz des Paralleltyps erzeugt wird, wobei' "die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen des Verstärkers 15 mit eingezeichnet sind. Der Widerstand 4', el· h- der Eingangswiderstand des Verstärkers 15, liegt parallel zu den Eingangsklemmen des Verstärkers zwischen den Knotenpunkten 16 und 17, während der Widerstand b, d. h. der Verstärkerausgangswiderstahd, parallel zu den Ausgangsklemmen des Verstärkers zwischen den Klemmen 11 und 13 liegt. Zn ist clie ' an den Wandler zwischen den Klemmen 11 und 12 angeschaltete Netzwerkimpedanz und Z' die Impedanz, die zwischen den Klemmen 13 und' 14 erscheint.

Für die nähere Untersuchung ist die Schaltung der Fig. 3 in Fig. 4 noch einmal gezeichnet. Zur Vereinfachung ist angenommen, daß der Verstärkereingangswiderstand d unendlich ist. Bei speziellen Ausführungen der Erfindung liegt d gewöhnlich in der Größenordnung eines Megohms und darüber, so daß dies eine zulässige Vereinfachung ist. V ist die Spannung an den Eingangsklemmen des Verstärkers 15 und μ seine Verstärkung. E ist die Signalspannung an den »Leitungs«-Klemmen 13, 14 und μΥ 'die Ausgangsspannung des Verstärkers 15. In Fig. 4 ist μΥ als getrennter Generator in Reihe mit dem Verstärkerausgangswiderstand b dargestellt. I₁ ist der Strom in dem durch E, c, α und Z_n gebildeten Kreis, während I₂ der Strom in dem durch μΥ, b, α und c gebildeten Kreis ist. Die augenblicklichen Polaritäten der Ströme und Spannungen seien so, wie sie in Fig. 4 angegeben sind, obgleich sie willkürlich gewählt und für das Endergebnis der Untersuchung nicht ausschlaggebend sind. Die einzige Forderung besteht darin, daß die Polaritäten der Spannungen V und μΥ gleich sind.

Die Kreisgleichungen für den in Fig. 4 dargestellten Wandler lauten wie folgt:

105 E = (a + c + Z_n) I₁ — [a + c) I₂, (1)

— _μν = (β + c) I₁ + (α + b + c) I₂, (2)

V= (a+Z_n)I₁-UI₂. (3)

Einsetzen des in Gleichung (3) gegebenen Wertes für V in Gleichung (2) und Auflösen nach J₂ ergibt

Ig —

[a (1 — μ) + c — μΖ_Ν] I₁ ' α{τ—μ) +b + c

(4)

Einsetzen des in Gleichung (4) gegebenen Wertes für J₂ in Gleichung (1) und Auflösen nach -j-, welcher Wert Z' ist, liefert

JL = (a + c + ΖΝ)[α(τ - μ) + b + c] — ja + c) [α [τ—μ) +ο — μΖ_Ν] I₁ α(ΐ-—μ) +b +c

(5)

Nach Vereinfachung reduziert sich Gleichung (5) zu

a{τ — μ)+b+c ^v/

Um das Ergebnis der negativen Impedanzwandlung gemäß der Erfindung klar herauszustellen, werden Zähler und Nenner der rechten Seite der Gleichung (6) durch (a + δ + c) dividiert. Der Ausdruck für Z' lautet dann

= Z_n

μο

a + b

μα

a + b

b{a

ι —

a + b + c μα

b+c (7)

Diese Gleichung kann durch folgende Substitutionen weiter vereinfacht werden:

α+b+c'

a + b + c

Die Gleichung für Z' lautet dann

Z' =Z

+ μβι

b{a+c)

a + b +c (8) ι — m/L

Wenn ^jS₁ und μ ß_z beide sehr groß gegen Eins und in einem vorgegebenen Arbeitsfrequenzbereich im wesentlichen reelle Zahlen sind, ist die an den »Leitungs«- Klemmen 13 und 14 des Wandlers erscheinende Impedanz Z' daher gleich einem negativen Vielfachen der Netzwerkimpedanz Z_n, vermehrt um eine unerwünschte negative Komponente, die durch den zweiten Summanden auf der rechten Seite der Gleichung (8) dargestellt wird.

Fig. 5 ist ein Ersatzschaltbild des im Zusammenhang mit Fig. 4 untersuchten negativen Impedanzwandlers, das die Bedeutung der Gleichung (8) erläutert. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist der erfindungsgemäße negative Impedanzwandler elektrisch einem idealen Wandler mit dem Wandlungsverhältnis

ι— μβ₂

äquivalent, zu dem ein unerwünschter Widerstand in Reihe geschaltet ist, der aus einem Widerstand

gebildet wird, welcher parallel zu der Reihenschaltung zweier Widerstände

und -τ—

τ—μβ₂
liegt. Nur wenn diese Reihenwiderstandskomponente im Vergleich zur Impedanz der Leitung, an die der Wandler angeschlossen ist, klein ist, ist die der Leitung durch den Wandler zugeführte Impedanz Z' im wesentlichen tatsächlich gleich einem negativen Vielfachen der Netzwerkimpedanz Ζχ.

Die negative Impedanz auf der rechten Seite von Gleichung (8) ist sofort als negative Impedanz des 7» Parallel- oder Gegenstromtyps zu erkennen. Sie ist

'-N

— k '

wobei k im wesentlichen gleich dem Verhältnis μβ_% zu μ ß_x ist, und zwar unter der Annahme, daß μβ_χ und μ /J₂ beide sehr groß gegen Eins sind.

Es sei nochmals bemerkt, daß man durch den erfindungsgemäßen Wandler auch eine negative Impedanz des Reihentyps erhalten kann, indem man das passive Impedanznetzwerk an die Klemmen anschließt, die den Klemmen zur Erzeugung einer negativen Impedanz des Paralleltyps entgegengesetzt sind. Es kann leicht gezeigt werden, daß dann das Wandlungsverhältnis 'des idealen Wandlers im Ersatzschaltbild

: ι

sein würde. Wenn μ ß_x und μ ß_z beide wieder sehr groß gegen Eins sind, wäre die negative Impedanz dann — k Zn, wobei k im wesentlichen ebenfalls gleich dem Verhältnis μ ß_z zu μ ß_x ist.

Das Ersatzschaltbild der Fig. 5 zeigt auch die Bedeutung der Erfindung im Hinblick auf die Verbesserung der Impedanzstabilität des Wandlers. Wie oben festgestellt wurde, kann die unerwünschte, durch den Wandler erzeugte Reihenwiderstandskomponente als aus den drei Widerständen

-μβ_ζ

und

bestehend betrachtet werden. Alle drei Widerstände werden durch das Vorhandensein des Ausdrucks (1 — μ j8₂) im Nenner auf einen kleinen Wert herabgesetzt. Der Verstärker 15 ist vorzugsweise ein zweistufiger Verstärker, der den Ausdruck μ ß₂ sehr groß gegen Eins macht. Infolgedessen ist die durch den Wandler erzeugte unerwünschte Widerstandskomponente sehr klein im Vergleich zur Impedanz der Leitung, an die der Wandler angeschlossen ist, und Änderungen ihrer Größe haben eine kleine Wirkung. Ferner sei bemerkt, daß δ, d. h. der Ausgangswiderstand des Verstärkers 15, selbst herabgesetzt und durch Anwendung negativer Rückkopplung im Verstärker 15 stabilisiert werden kann.

Ein vollständiges schematisches Schaltbild einer speziellen Ausführung der Erfindung gibt die Fig. 6. Dort sind die-Klemmen 11 bis 14, die Widerstände a und c und die Knotenpunkte 16 und 17 dieselben wie in den vorangegangenen Figuren, jedoch ist statt des Blockschemas die vollständige Schaltung des Verstärkers 15 gezeichnet. Wie vorher sind die Klemmen

ii, 12 die »Netzwerk «-Klemmen und die Klemmen 13, 14 die »LeitungSif-Klemmen. Wie bereits festgestellt wurde, erzeugt eine solche Anordnung an den »Leitungs «-Klemmen 13, 14 eine negative Impedanz des sogenannten Paralleltyps. Es sei ferner daran erinnert, daß diese Anschlüsse umgekehrt werden können, um an den Klemmen 11, 12, die dann die »LeitungStf-Klemmen werden, eine negative Impedanz des Reihentyps zu erzeugen.

In Fig. 6 sind die Widerstände α und c in Reihe zwischen die Klemmen 11 und 13 geschaltet, wobei ein Kopplungskondensator 18 zwischen der Klemme 11 und dem Widerstand α und ein Kopplungskondensator 19 zwischen der Klemme 13 und dem Widerstand c liegt. Die Klemme 12 ist unmittelbar mit dem Knotenpunkt 17 verbunden, während zwischen diesem und der Klemme 14 ein Kopplungskondensator 20 liegt. Die Betriebsgleichspannungen werden dem Wandlerverstärker durch zwei Spannungsquellen 21 und 22 zugeführt. Die Quelle 21, die eine kleine negative Spannung liefert, ist am positiven Pol geerdet; der negative Pol ist über einen Widerstand 23 mit dem Knotenpunkt 17 verbunden. Die Quelle 22, die eine größere positive Spannung liefert, ist am negativen Pol geerdet; ihr positiver Pol ist über die Reihenschaltung der Widerstände 24 und 25 an den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand c und dem Kondensator 19 angeschlossen. Zwischen dem negativen Pol der Quelle 21 und dem Verbindungspunkt der Widerstände 24 und 25 liegt ein Kondensator 26. Der Verstärker des in Fig. 6 dargestellten negativen Impedanzwandlers ist ein zweistufiger Einrichtungsverstärker, der aus zwei Trioden 27 und 28 besteht. Diese beiden Röhren können auch in einem Kolben untergebracht werden. Das Gitter der ersten Röhre 27 ist über die Reihenschaltung eines kleinen Schutzwiderstandes 38 und eines großen Gittervorspannungswiderstandes 29 an den Knotenpunkt 17 angeschlossen, während die Kathode dieser Röhre über einen kleineren Kathodenwiderstand 30 mit demselben Punkt verbunden ist. Die Kathode der Röhre 27 ist ferner über einen kleinen Ausgleichskondensator 39 zur Erde geführt. Die Anode der Röhre 27 ist über einen Kopplungskondensator 31 und einen kleinen Schutzwiderstand 42 mit dem Gitter der zweiten Röhre 28 verbunden. Zwei Widerstände 32 und 33 sind in Reihe zwischen den Knotenpunkt 17 und den Verbindungspunkt des Widerstandes α und des Kondensators 18 geschaltet. Das Gitter der Röhre 28 ist über einen großen Gittervorspannungswiderstand 34 zum Verbindungspunkt der Widerstände 32 und 33 geführt, zum Widerstand 32 liegen ein Kondensator 40 und ein Widerstand 41 parallel. Die Kathode der Röhre 28 ist an den Verbindungspunkt der Widerstände 33 und α angeschlossen, während die Anode dieser Röhre mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 25 und c verbunden ist. Der Widerstand 35 liegt zwischen der Anode der Röhre 27 und der Anode der Röhre 28. Ein Kopplungskondensator 36 ist zwischen das Gitter der Röhre 27 und den Knotenpunkt 16 geschaltet, während von diesem Punkt ein Kondensator 37 zur Verbindung zwischen den Widerständen 33 und a führt.

Beispielsweise können bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführung der Erfindung folgende Schaltelemente verwendet werden:

Widerstand a 100 000,0 Ohm

Widerstand c 84 500,0 Ohm

Kondensator 18 0,5 μ F

Kondensator 19 1,0 μ F

Kondensator 20 1,0 μ F

Spannungsquelle 21 —· 24,0 Volt

Spannungsquelle 22 + 130,0 Volt

Widerstand 23 3 010,0 Ohm

Widerstand 24 1 000,0 Ohm

Widerstand 25 3 010,0 Ohm

Kondensator 26 20,0 μ F

Röhre 271 .

Röhre 28 J ^-° ^A _go

Widerstand 29 1,0 Megohm

Widerstand 30 681,0 Ohm

Kondensator 31 0,1 μ F

Widerstand 32 5 000,0 Ohm

Widerstand 33 221,0 Ohm _g

Widerstand 34 1,0 Megohm

Widerstand 35 33 200,0 Ohm

Kondensator 36 0,022 μ F

Kondensator 37 47,0 pF

Widerstand 38 47o,o Ohm

Kondensator 39 270,0 pF

Kondensator 40 0,27 μ F

Widerstand 41 24 900,0 Ohm

Widerstand 42 470,0 Ohm

Wenn die in Fig. 6 dargestellte Ausführung der Erfindung parallel zu einer Übertragungsleitung geschaltet wird, muß im allgemeinen dafür Sorge getragen werden, daß eine Störung der Längssymmetrie vermieden wird. Mit anderen Worten: Es ist wichtig, daß auf beiden Adern der Leitung die gleichen Ströme fließen. Zu diesem Zweck wird den Röhren 27 und 28 die Anodenspannung über die Widerstände 23 und 24 zugeführt, die in engen Grenzen aneinander angeglichen sind. Die Leitungskoppelkondensatoren 19 und 20 sind aus den gleichen Gründen genau aneinander angeglichen. Der Abgleichkondensator 39 führt von der Kathode der Röhre 27 zur Erde. Das Batterierauschen wird durch das aus dem Widerstand 24 und dem Kondensator 26 bestehende Filter im Gleichspannungskreis herabgesetzt. Der Anodenwiderstand 35 der ersten Stufe führt zur Anode der Röhre 28, um einen Längsweg zu vermeiden, der vorhanden wäre, wenn er zur Spannungsquelle 22 führen würde.

Zur Umwandlung der Netzwerkimpedanz mit einer minimalen Anzahl von unerwünschten Komponenten (vgl. Fig. 5) ist es im allgemeinen notwendig, alle umgewandelten Schaltungselemente, die zur durch die Widerstände α und c und die y Netzwerk«- und »Leitungstf-Klemmen 11 bis 14 gebildeten Brücke gehören, so genau wie möglich abzugleichen. Aus diesem Grunde werden die »Leitungs «-Kondensatoren 19 und 20 durch den Kondensator 18 an der »Netzwerke-Klemme ι abgeglichen, während die Gleichspannungswiderstände 23 bis 25, der Kondensator 26 und der Widerstand 35 durch die Kombination aus

109 5WR

den Widerständen 32, 33 und 41 und dem Kondensator 40 in den Kathodenkreisen des Verstärkers abgeglichen werden.

Wenn auch ein idealer Wandler jede Impedanz über das gesamte Frequenzspektrum richtigumwandelt, ist es gewöhnlich zweckmäßig, die Bandbreite der Umwandlung zu begrenzen, so daß die Leitungs- und Netzwerkimpedanzen nicht in einem unbegrenzten Frequenzband eingeregelt werden müssen. Die Bandbreite des in Fig. 6 dargestellten Wandlers ist bei niedrigen Frequenzen durch die Widerstands-Kapazitäts-Kopplung begrenzt, die durch den Widerstand 29 und die Kapazität 36 zwischen der Brücke und dem Gitter der Röhre 27 geschaffen wird, und bei hohen Frequenzen durch den am Widerstand α Hegenden Kondensator 37.

Claims

Patentansprüche:

i. Vierpol-Impedanzwandler, an dessen einem Klemmenpaar jeweils die negativen Impedanzz

werte

—k

bzw. — kZ der am anderen Klemmenpaar liegenden Impedanz Z auftreten, gekenn zeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Der Wandler stellt eine Wheatstonesche Brücke dar, deren einen Zweig sein Eingangsklemmenpaar (11, 12), deren benachbarten Zweig sein Ausgangsklemmenpaar (13, 14) und deren beiden anderen Zweige ohmsche Widerstände (a, c) bilden;

b) ein phasengleicher Vierpolverstärker (15) ist so an die Brücke geschaltet, daß sein Eingang an den Diagonalpunkten (16, 17) zwischen den beiden festen Widerständen einerseits und den beiden Wandlerklemmenpaaren andererseits und sein Ausgang an den beiden übrigen Diagonalpunkten (ii, 13) liegt (Fig. 2);

c) die beiden Brückenwiderstände (a, c), der Ausgangswiderstand (δ) des Verstärkers sowie sein Verstärkungsfaktor (μ) sind derart bemessen, daß die Faktoren (μβ_λ und μβ₂) innerhalb des Arbeitsfrequenzbereiches im wesentlichen reelle Werte sehr groß gegen Ems darstellen, wobei .

und B₉ = A ·

α -j-δ +c

α +b +c

d) die vier Wandlerelemente (a, b, c, μ) sind derart bemessen, daß der Wert des Widerstandes

ι— μβι '

dem die Reihenschaltung der Widerstände
a , c

und

parallel liegt, kleiner als die Impedanz der mit dem Wandler gegebenenfalls verbundenen Übertragungsleitung ist (Fig. 5).
2. Impedanzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker zweistufig ist, daß die Steuerelektrode der ersten Röhre (27) an den Verbindungspunkt (16) der beiden Brückenwiderstände (a, c) und ihre Kathode an den Verbindungspunkt (17) der beiden Wandler-Klemmenpaare angeschlossen ist, daß ferner die Anode der ersten Röhre an die Steuerelektrode der zweiten Röhre (28) angekoppelt ist und daß schließlich die Anode der zweiten Röhre an den vom ersten Widerstand (#) abgewandten Pol des zweiten Widerstandes (c) und ihre Kathode an den vom zweiten Widerstand abgewandten Pol des ersten Widerstandes angeschlossen ist (Fig. 6).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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