NL8702571A - Negatieve immittantieomvormer. - Google Patents

Description

* j» PHN 12.304 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Negative immittant.ieomvormer

De uitvinding heeft betrekking op een negatieve immittan-tieomvormer, bevattende een eerste transformator voorzien van een eerste spoel met middenaftakking en een tweede transformator voorzien van een tweede spoel met middenaftakking, waarbij een eerste aansluiteinde van 5 de eerste spoel via een van, een stuuringang voorzien, eerste versterker-element verbonden is met een eerste aansluiteinde van de tweede spoel waarbij een tweede aansluiteinde van de eerste spoel via een, van een stuuringang voorzien, tweede versterkerelement verbonden is met een tweede aansluiteinde van de tweede spoel, waarbij de midden-aftakkingen 10 van de eerste en de tweede spoel ieder verbonden zijn met een voedmgs-punt van de omvormer en waarbij tussen de eerste - en de tweede transformator via 180° phasedraaier met. elkaar gekoppeld zijn.

Negatieve immittantieomvormers worden toegepast m zogenaamde tweedraadsversterkers, welke deel uitmaken van een teletome-15 systeem. Zo'n tweedraadsversterker, ook wel negistor genoemd, bevat een negatieve impedantieomvormer als negatieve immittantieomvormer en een negatieve immittantieomvormer als negatieve impedantieomvormer. De negatieve impedantieomvormer wordt in serie met de lijn en de negatieve admittantieomvormer wordt m shunt met de lijn opgenomen. Genoemde 20 negistors worden toegepast in lokale kabels, indien de abonnee door een te grote lijnlengte met de eindcentrale verbonden is. Deze lokale lijnen zijn meestal ongepupiniseerde lijnen. Ook worden de negistors toegepast tussen bijvoorbeeld een eindcentrale en een knooppuntcentrale, met meestal gepupiniseerde lijnen, eveneens indien deze centrales door lange 25 lijnen met hoge demping verbonden zijn.

Een negistor moet in de eerste plaats versterken en egaliseren in de spraakband van 300-3400 Hz. Verder moeten ook signalen buiten deze band met hooguit een geringe verzwakking worden doorgelaten. Deze signalen zijn bijvoorbeeld de gelijkstroomvoeding van het 30 telefoontoestel, telpulsen bij onder andere 50 Hz en 12 of 16 KHz, zodat de negistor een redelijk reproduceerbare transmissie van signalen tussen 0 en 16 KHz moet waarborgen.

8702571 Ύ \ ΡΗΝ 12.304 2

Een negistor van de hierboven aangegeven soort is bijvoorbeeld beschreven in Philips Telecommunication Review, Volume 23, no. 1, October 1961, pagina's 1-20. Op pagina 10 van genoemd artikel is een voorbeeld van een negative impedantieomvormer aangegeven en op 5 pagina 11 van genoemd artikel is een voorbeeld van een negatieve admit-tantie aangegeven. De opbouw van de beide converters is nagenoeg identiek. In de negatieve admittantieomvormer wordt de eerste spoel van de eerste transformator gekoppeld met de lijn en wordt de tweede spoel van de tweede transformator met een afsluitimpedantie afgesloten. In de 10 negatieve impedantieomvormer wordt de tweede spoel van de tweede transformator gekoppeld met de lijn en wordt de eerste spoel van de eerste transformator gekoppeld met een op de eerste transformator aangebrachte extra wikkeling, waartussen de afsluitimpedantie is aangebracht.

In de hierboven aangegeven negatieve admittantieomvormers 15 wordt de 180° phasedraaier gevormd door een extra wikkeling, welke is aangebracht op de eerste spoel. Ieder van de aansiuiteinden van deze extra wikkeling is verbonden met een stuuringang van één der verster-kerelementen. Het toepassen van deze extra wikkeling heeft het nadeel, dat de gewenste 180° phaseddraaiing begrensd is tot een betrekkelijk 20 smal frequentiegebied als gevolg van het niet ideale gedrag van de eerste transformator. Dit niet ideale gedrag is een gevolg van de eindige zelfinductie van de transformator, optredende parasitaire capaciteiten, wikkelweerstanden en spreidingszelfinducties.

Genoemde afwijkingen van het niet-ideale gedrag uiten 25 zich in de spraakband van 300-3400 Hz en daarbuiten onder andere door niet lineaire vervorming en buiten deze band treden m samenhang met de afsluitimpedanties van de omvormers zowel beneden als boven deze band dalen in de transmissie karakteristiek, dempingspieken, op. Deze demping-spieken zijn vanwege de toleranties in de elementen, welke door het om-30 vormerprincipe (meekoppeling) uitwendig gezien nog vergroot worden, bovendien niet reproduceerbaar. Dit betekent, dat de frequenties, waarbij genoemde dempingspieken optreden onderhevig zijn aan grote toleranties, zodat de telpulsen bij bijvoorbeeld 50 Hz of 12 KHz niet altijd goed worden overgezonden en bovendien door hun vrij hoge niveau ten 35 opzichte van spraak tot hoorbare vervormingen tijdens het spreken leiden.

De uitvinding beoogt een oplossing aan te geven voor de bovengenoemde nadelen en heeft als kenmerk, dat de 180° phasedraaier 8702571 i * PHN 12.304 3 gevormd wordt door een geiijkspannmgs differentiaal' versterker, waarvan een xngang verbonden is met een punt van een spanningsdeler, welke is aangebraeht tussen de eerste aansluïteinden van de eerste - en de tweede spoel, waarbij de andere ingang van de differentiaal versterker ver-5 bonden is met een punt van een spanningsdeler, welke is aangebracht tussen de tweede aansluïteinden van de eerste en de tweede spoel en waarbij de stuuringangen van het eerste - en het tweede versterker- . element ieder verbonden zijn met een uitgang van de differentiaal versterker.

10 De uitvinding zal beschreven worden aan de hand van de tekening.

Figuur 1 geeft een uitvoeringsvoorbeeld weer van een negatieve immittantieomvormer volgens de uitvinding.

Figuur 2 geeft een schema weer ter verklaring van de 15 werking van de omvormers volgens fig. 1.

Figuur 3 geeft uitvoeringsvoorbeeld weer van een negatieve impedantieomvormer volgens de uitvinding.

In het uitvoeringsvoorbeeld volgens figuur 1 is als negatieve immittantieomvormer een negatieve admittantieomvormer weer-20 gegeven. Hierin is I de eerste transformator, welke voorzien is van een eerste spoel 1 en twee primaire wikkelingen 3 en 4. De punten 51 en 52 zijr, verbonden door eer. capacjlieve impedantie 60. De punten 50 en 53 zijn respectieveli jk verbonden met de middenaftakkmgen e en t van de spoelen 56 en 57 van de negative impedantieomvormer volgens figuur 3. IV 25 primaire wikkelingen zj jn zodoende effectief gezien m shunt met de ïjn opgenomen. De capacitieve belasting 60 dient om de gelijkstroom te blokkeren. Het eerste aansluitpunt 5 van de eerste spoel 1 is verbonden met de collector van de als eerste versterkerelement fungerende power-transistor 10. Het eerste aansluitpunt 5 van de eerste spoel 1 is tevens 30 via de spanningsdeler, gevormd door de weerstand 16 en 17 verbonden met het eerste aansluitpunt 7 van de tweede spoel 2 van de tweede transformator II. De emitter van de transistor 10 is via de impedantie 24 verbonden met het eerste aansluitpunt 7 van de tweede spoel 2. Het tweede aansluitpunt 6 van de eerste spoel 1 is verbonden met de collector van 35 de als tweede versterkerelement fungerende power-transistor 11. Het tweede aansluitpunt 6 van de eerste spoel 1 is tevens via een spannings deler, gevormd door de weerstanden 23 en 28 verbonden met het tweede aan- 8702571 PHN 12.304 4 ï sluitpunt 8 van de tweede spoel 2. De emitter van de transistor 11 via de impedantie 25 verbonden met het tweede aansluitemde 8 van de tweede spoel 2. De middenaftakking 20 van de eerste spoel 1 is verbonden met een punt van positieve constante potentiaal en de middenaftakking 21 van 5 de tweede spoel 2 is verbonden met een punt van negative constante potentiaal. Het verbindingspunt van de weerstanden 16 en 17 is verbonden met de ingang 29 van een gelijkstroom differentiaalversterker 9. Het verbindingspunt van de weerstanden 23 en 28 is verbonden met de ingang 30 van de differentiaalversterker 9. Tussen de ingangen 29 en 30 van de 10 differentiaalversterker 9 is een capaciteit 19 aangebracht. De ingang 29 van de differentiaalversterker 9 is via een instelbare weerstand 18 verbonden met de middenaftakking 20 van de eerste spoel 1. De ingang 30 van de differentiaalversterker 9 is via een regelbare weerstand 22 verbonden met de middenaftakking 20 van de eerste spoel 1. De uitgang 31 15 van de differentiaalversterker 9 is verbonden met de stuuringang van de transistor 10. De uitgang 32 van de differentiaalversterker 9 is verbonden met de stuuringang van de transistor 11. De tweede transformator II is voorzien van de primaire wikkelingen 56 en 57, welke in serie geschakeld zijn en waarbij tussen de aansluiteinden 33 en 34 de 20 afsluitimpedantie Z is aangebracht.

Voor een eenvoudige verklaring van de werking van de negatieve admittantieomvormer aan de hand van figuur 2 worden in eerste instantie de invloeden van de weerstanden 18 en 22, de capaciteit 19, de impedanties 24 en 25 en de basis-emitterspanningen van de transistoren 25 10 en 11 verwaarloosd. De weerstandswaarde van de weerstanden 16, 17, 23 en 28 wordt gelijk aan R gekozen. We veronderstellen, dat tussen de aansluiteinden 5 en 6 van de eerste spoel 1 van de transformator I een spanning staat gelijk aan ü-j en dat tussen de aansluitpunten 7 en 8 van de tweede spoel van de tweede transformator II een spanning staat 30 gelijk aan De spanning tussen de uitgangen 31 en 32 van de differentiaalversterker 9 zal bij genoemde verwaarlozingen, gelijk zijn aan Ü2. Wanneer de versterking van de differentiaalversterker 9 gelijk is aan -A, zal de spanning tussen de ingangen 29 en 30 van de differentiaalversterker 9 gelijk zijn aan -l^/A. Deze spanning is nagenoeg 35 gelijk aan 0 bij voldoende grote A. Dit betekent, dat door de weerstanden 17 en 28 een stroom i zal lopen gelijk aan U2/2R. Omdat de ingangsstroom van de differentiaalversterker 9 verwaarloosbaar klein is, 870257 1 ·> PHN 12.304 5 ’ zullen deze stromen ι ook lopen door de weerstanden 16 en 23. De span-ningsval U(3) over de weerstand 16 zal daarmee gelijk zijn aan 1/2. U2 en de spanningsval U(4> over de weerstand 23 zal eveneens gelijk zijn aan 1/2 U2· Aangezien de spanning tussen de punten 29 en 30 nagenoeg 5 gelijk is aan 0, zal Veronderstellen we verder, dat de wikkelverhouding n van de beide transformatoren I en II gelijk is aan 1 en dat de stroom x<<I1, dan gelden onderstaande relaties.

Zin=Hl/I, (1) I,=u2/Z (2) 10 Combinatie van de relaties (1) en (2) levert, met 0.,=-11-1 1 & (3>

Het toepassen van de differentiaalversterker 9 in combinatie van de weerstanden 16, 17, 23 en 28 voor realisatie van de 180° phasedraaiing tussen de spanningen U2 en heeft, het voor-15 deel, dat geen extra wikkeling nodig is op de tweede transformator II.

Hierdoor kunnen de beide transformatoren I en II volkomen identiek worden uitgevoerd. Dit heeft buiten het voordeel van een betere impe-dantieomzetting en betere admittantieomzetting ook nog fabricagevoor-delen, omdat slechts één transformatortype benodigd is. Door de 20 tegenkoppelmg met behulp van de weerstanden 16, 17 en 23, 28 werkt de omvormer nagenoeg vervormmgsvrij tot aan zijn uitstuurgrenzen, ook voor de agressieve telpulsen bij bijvoorbeeld 25 of 50 Hz. Verder is de fre-quentiekarakteristiek door het minder afhankelijk zijn van het niet ideale gedrag van de transformatoren sterk verbeterd. Buiten de spraak-25 band van 300-3400 Hz vindt een gelijkmatig afvallen van de versterking plaats zonder de bij bekende omvormers optredende geprononceerde dempingspieken.

De weerstanden 18 en 22 zijn aangebracht om de gelijk-stroominstellmgen van de omvormer de juiste waarden te geven met het 30 oog op een zo goed mogelijke uitsturing. De waarde van de weerstanden 18 en 22 wordt vrijwel gelijk gekozen aan de weerstandswaarde van de weerstanden 16 en 17. Door het aanbrengen van de weerstanden 18 en 22 wordt de effectieve versterking van de differentiaalversterker 9 ongeveer gelijk aan -A/3. De beide weerstanden 18 en 22 zijn met behulp van een 35 potentiometer enigszins te variëren om de gelijkspannmgs "off set" aan de uitgangen 31 en 32 te corrigeren. Deze "off set" ontstaat hoofdzakelijk door de toleranties in de wikkelweerstanden van de transforma- 870257 1 t \ PHN 12.304 6 toren, omdat door de vermogenstransistoren 10 en 11 de grootste stromen lopen.

Om de onderlinge beïnvloeding van de differentiaal-versterker en de vermogenstransistor 10 en 11 te verminderen worden deze 5 transistoren bij voorkeur als zogenaamde Darlingtonparen uitgevoerd.

De capaciteit 19 tussen de ingangen 29 en 30 van de differentiaalversterker 9 is aangebracht om de negatieve admittantie omvorming voor frequenties > 10 KHz teniet te doen. De omvormer gedraagt zich bij deze frequentie als een positieve admittantie omvormer en 10 neutraliseert het gedrag van de transformatoren bij deze frequenties.

Bij relatief hoge frequenties 50-100 KHz kunnen zwakke instabiliteiten bovendien nog onderdrukt worden door tussen de collector en de basis van de transistoren 10 en 11 kleine capaciteiten 26 en 27 aan te brengen.

In het uitvoeringsvoorbeeld volgens figuur 3 is als 15 negatieve immittantieomvormer een negatieve impedantieomvormer weerge geven. Het blok III is behoudens een spiegeling op identieke wijze opgebouwd, zoals het tussen de stippellijn gelegen gedeelte III van de negatieve admittantieomvormer volgens figuur 1. De afsluitimpedantie Z is aangebracht tussen het aansluiteinde 50 van de wikkeling 3 en het 20 aansluiteinde 45 van de wikkeling 4. Het aansluiteinde 51 van spoel 3 en het aansluiteinde 52 van spoel 4 zijn met elkaar doorverbonden. Het aansluiteinde 5 en het aansluiteinde 6 van de eerste spoel van de eerste transformator I zijn op de in figuur 1 aangegeven wijze verbonden met het blok III. De b-lijn is verbonden met het aansluiteinde 33 van de van 25 een middenaftakkings e voorziene wikkeling 56 op de transformator II. De a-lijn is verbonden met het aansluiteinde 34 van de van een middenaftak-king f voorziene wikkeling 57 op de transformator II. De middenaftak-kingen e en f zijn verbonden met de punten e en f van de negatieve admittantie omvormer volgens fig. 1. De lijn d is verbonden met het 30 aansluiteinde 54 van de wikkeling 56. De c-lijn is verbonden met het aansluiteinde 55 van de wikkeling 57. Zodoende is de negatieve impedan-tieomvormer effectief in serie opgenomen met de lijnen b en a, respectievelijk de lijnen c en d.

De werking van het blok III is exact hetzelfde zoals de 35 werking van het gedeelte III uit figuur 1, zodat ook hier relatie 3 geldig is. De transformatoren I en II uit de negatieve impedantie omvormer volgens figuur 3 zijn van dezelfde soort als aan de transforma- 870 2571 \ i PHN 12.3.04 7 toren I en II uit de negatieve impedantieomvormer volgens figuur 1.

Wanneer met behulp van deze omvormers een negistor wordt samengesteld, kan gebruik gemaakt worden van één type transformator, hetgeen een enorm fabricage voordeel oplevert.

870257 1

Claims (5)

1. Negatieve immittantieomvormer, bevattende een eerste transformator voorzien van een eerste spoel met middenaftakking en een tweede transformator voorzien van een tweede spoel met middenaftakking, waarbij een eerste aansluiteinde van de eerste spoel via een van een 5 stuuringang voorzien eerste versterkerelement verbonden is met een eerste aansluiteinde van de tweede spoel, waarbij een tweede aansluiteinde van de eerste spoel via een van een stuuringang voorzien tweede versterkerelement verbonden is met een tweede aansluiteinde van de tweede spoel en waarbij de middenaftakkingen van de eerste en de tweede 10 spoel ieder verbonden zijn met een voedingspunt van de omvormer en waarbij tussen het eerste - en het tweede aansluiteinde van de tweede spoel en de beide stuuringangen van de beide versterkerelementen een 180° phasedraaier is aangebracht met het kenmerk, dat de 180° phase-draaier gevormd wordt door een gelijkspanning differentiaalversterker, 15 waarvan een ingang verbonden is met een punt van een spanningsdeler, welke is aangebracht tussen de eerste aansluiteinden van de eerste - en de tweede spoel, waarbij de andere ingang van de differentiaalversterker verbonden is met een punt van een spanningsverdeler, welke is aangebracht tussen de tweede aansluiteinden van de eerste en de tweede spoel 20 en waarbij de stuuringangen van het eerste - en het tweede versterkerelement ieder verbonden zijn met een uitgang van de differentiaalversterker.

2. Negatieve immittantieomvormer volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat tussen de ingangen van de differentiaalversterker en een 25 punt van constante potentiaal instelbare weerstanden zijn aangebracht.

3. Negatieve immittantieomvormer volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat tussen de ingangen van de differentiaalversterker een capaciteit is aangebracht.

4. Negatieve immittantieomvormer volgens één der voor- 30 gaande conclusies met het kenmerk, dat het eerste en het tweede versterkerelement gevormd worden door een darlington transistorpaar.

5. Negatieve immittantieomvormer volgens conclusie 4 met het kenmerk, dat tussen de collectoren van het darlington transistorpaar en de basis van de ingangstransistor van het darlingtontransistorpaar een 35 capaciteit is aangebracht. 87 0 257 1