DE1236015B

DE1236015B - Schaltungsanordnung zum Verstaerken von Sprachsignalen auf Leitungen unter Aufrechterhaltung von deren galvanischer Durchverbindung fuer die UEbertragung tieffrequenter Signale

Info

Publication number: DE1236015B
Application number: DEC20064A
Authority: DE
Inventors: Jacques Oswald
Original assignee: Alcatel CIT SA; Compagnie Industrielle de Telecommunication CIT Alcatel SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1958-11-18
Filing date: 1959-10-28
Publication date: 1967-03-09
Also published as: US3215788A; NL245045A; CH379581A; GB897613A; NL130508C; BE584752A; FR1215805A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ÄIKnSS PATENTAMT Int. CL:

H04b

AUSLEGESCHRIFT

H 04 m Deutsche Kl.: 21 a2 - 36/06

Nummer: 1236 015

Aktenzeichen: C 20064 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 28. Oktober 1959

Auslegetag: 9. März 1967

Die Erfindung betrifft Schaltungsanordnungen zum Verstärken von Sprachsignalen auf Leitungen in einer oder in beiden Richtungen mit einem über einen Differentialübertrager an die Leitung angekoppelten Verstärker, bei denen die ankommende und die abgehende Leitung zur Übertragung tieffrequenter Signale gavanisch durchverbunden sind.

Eine solche Schaltungsanordnung ist in Form des negativen Widerstandsverstärkers bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung ist es jedoch erforderlich, daß beide Leitungszweige exakt gleiche Impedanzen aufweisen, und zwar im gesamten Frequenzbereich sowohl hinsichtlich des Absolutwertes als auch der Phasenlage. Diese Bedingung ist in der Praxis nicht erreichbar, so daß ein Teil der bereits verstärkten Sprachsignale wieder an den Verstärkereingang zurückgeführt wird; es tritt also Rückkopplung ein, die Verstärkerpfeifen verursachen und damit jede Sprachübertragung unmöglich machen kann. Die bekannte Schaltungsanordnung hat sich deshalb in der Praxis nicht allgemein durchsetzen können.

Durch die Erfindung soll eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art verfügbar gemacht werden, die im Betrieb stabil arbeitet. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß von den Erkenntnissen der Vierpoltheorie ausgegangen und durch Verwendung weiterer Differentialübertrager ein Vierpol geschaffen, der wechselstrommäßig dem Verstärker äquivalent ist, für Gleichstrom und sehr tiefe Frequenzen aber durchlässig ist. Aufbauend auf diesem Grundgedanken, ergeben sich zwei verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; die erste ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verstärker und dem mit seinen beiden Primärwicklungen in die Leitung eingeschalteten Differentialübertrager ein weiterer Differentialübertrager liegt, von dem zwei Ausgangsklemmen mit. der Sekundärwicklung und zwei Ausgangsklemme'n mit den Mittelpunkten der beiden Primärwicklungen des in der Leitung liegenden Differentialübertragers verbunden sind, derart, daß die von den Leitungszweigen her gesehene Eingangsimpedanz der Schaltungsanordnung gleich der an den Verstärkerklemmen gemessenen ist; die zweite ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Differentialübertrager mit seinen beiden Primärwicklungen in die Leitung eingeschaltet und mit den Anschlüssen seiner beiden Sekundärwicklungen an die Leitungsanschlüsse des bzw. der Differentialübertrager(s) des Verstärkers angeschlossen ist, während die Mittelpunkte seiner beiden Sekundärwick- so lungen mit den Mittelpunkten der in der Leitung liegenden beiden Primärwicklungen verbunden sind, Schaltungsanordnung zum Verstärken
von Sprachsignalen auf Leitungen unter
Aufrechterhaltung von deren galvanischer
Durchverbindung für die Übertragung
tieffrequenter Signale

Anmelder:

C. I. T. Compagnie Industrielle des

Telecommunications, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Leinweber, Patentanwalt,

München 2, Rosental 7

Als Erfinder benannt:

Jacques Oswald, Versailles, Seine-et-Oise

(Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 18. November 1958 (779 413)

derart, daß die von den Leitungszweigen her gesehene Eingangsimpedanz der Schaltungsanordnung gleich der an den Verstärkerklemmen gemessenen ist.

Auf diese Weise wird eine Schaltungsanordnung zum Verstärken von Sprachsignalen beispielsweise auf Zweidrahtleitungen verfügbar, ohne daß negative Impedanzen verwendet werden müssen.

Die Erfindung beruht im wesentlichen auf den Eigenschaften der Vierpolumformung, die in F i g. 1 schematisch dargestellt ist. Gemäß F i g. 1 wird ein Eingangssignal mit einer Spannung U₁ und einer Stromstärke J₁ an die Klemmen 1,1'eines Differentialübertragers D₁ angelegt, und das Ausgangssignal mit einer Spannung U₂ und einem Strom J₂ wird an den Klemmen 2,2' des gleichen Differentialübertragers abgenommen. Q bezeichnet einen beliebigen passiven oder aktiven Vierpol, dessen Klemmen a, a! mit den Klemmen 3, 3' des Differentialübertragers verbunden sind und dessen Klemmen b, b' mit den Klemmen 4, 4' des Differentialübertragers verbunden sind.

Mit U_a wird die Spannung und mit J_a wird der Strom im Kreis a, d des Vierpols Q bezeichnet und mit Ub die gleichen Werte im Kreis b,' b' desselben

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Vierpols. Andererseits werden mit Z₀₀, Z_a&, Zba,
die Werte der Impedanzmatrix an den entsprechenden Klemmen des Vierpols Q bezeichnet. Es ergeben sich dann die Grundgleichungen des linearen Vierpols Q:

Ua = ^

Ub =

2 U₁- U₂

Ua — Zaa J_a -f- Zab Jb >
Ub = Zba Ja + Zbb Jb ·

(D

Ja — J\ + Ji >

Entsprechende Gleichungen ergeben sich, wenn die 10 Wenn im Gleichungssystem (1) U_a und Ub, J_a und J_b verschiedenen Werte der Impedanzmatrix an den durch die Werte des Gleichungssystems (3) ersetzt. Klemmen 1, V und 2, 2' der F i g. 1 mit ZZ₁, Z₁₂, werden, erhält man:

Z/i und Z₂'₂ bezeichnet werden:

Ui + U₂

LZ₁ Ζ,γ ι Jι -\~ Ζ,γ ₂ t/₂ ,

U2 ⁼⁼ ^2] «Μ I -^22 **2 ·

(2)

2 U₁- U₂

= Zfto (J₁ +

ι L Ύ ._ ( T T \

+ Zbb (J₁ — Ji) ■

Andererseits bestehen Beziehungen zwischen U_a, Wenn die beiden Gleichungen des Systems (1')

Ub und U₁, U₂ sowie zwischen J_a, Jb und J₁, J₂. so Glied für Glied addiert werden, erhält man einen

Diese Beziehungen, die die bekannten Eigenschaften Ausdruck für U₁ ; wird auf gleiche Weise die Differenz

des Differentialübertragers mit drei Wicklungen gebildet, erhält man einen Ausdruck für U₂. Diese

gleicher Windungszahl η ausdrücken, sind: Ausdrücke sind:

(T)

U₁ = (Z_aa + Zab + Zba + Zbb) J₁ + (Z_aa — Z_ab + Zba — Zbb) Λ »
U₂ = (Zaa + Zab Zba ~~ Zbb) J₁ + (Zaa Zab Zba + Zbb) Jz ■

Werden die Ausdrücke der Gleichungen des Systems (2) und des Systems (2') vergleichen, lassen sich folgende Beziehungen aufstellen:

Z₁ j = Zaa + Zab + Zba + Zbb ,

Aus Symmetriegründen können unmittelbar die Ausdrücke der Impedanzmatrix des Vierpols Q" angeschrieben werden, wobei auf das System (4) Bezug genommen wird:

Z₁₂ = Zaa — Zab + Zba — Zbb ,
Z₂₁ = Zaa + Zab ~~ Zba Zbb j
Z₂ 2 = Zaa — Zab — Zba + Zbb ·

(4)

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Man kann unterstellen, daß die Klemmen 1, 1'; 2, 2' die Klemmen eines nicht dargestellten Vierpols Q' sind, dessen Impedanzmatrix durch das System (4) gegeben ist.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 ist derjenigen nach F i g. 1 äquivalent, so daß hier die gleichen Beziehungen gelten. Es sind ebenfalls ein Differentialübertrager D₁ und ein Vierpol Q vorgesehen. Dieser ist mit den Klemmen 1, 1' und 2, 2' des Differentialübertragers statt mit den Klemmen 4, 4' der Primärwicklung und den Mittelpunkten 3, 3' verbunden. Der Eingang befindet sich an den Primärwicklungsklemmen 4, 4' und den Mittelpunkten 3, 3' statt an den Klemmen 1, 1' und 2, 2'. Es ist bekannt, daß bei einem Differentialübertrager die Klemmenpaare vertauscht werden können, sofern dem Verhältnis der Impedanztransformation Rechnung getragen wird.

In F i g. 3 umschließt das unterbrochen gezeichnete Rechteck den Vierpol Q und den Differentialübertrager D₁, bildet also nach obigem den Vierpol Q'. An diesen Vierpol Q' wird der Differentialtrans ■ formator D₂ in der gleichen Weise angeschlossen, wie in F i g. 1 der Differentialübertrager D₁ an den Vierpol Q angeschlossen worden ist; die Klemmen 4₃, A₂ des Differentialübertragers D₂ werden mit den Klemmen 1, 1' des Vierpols Q' verbunden und die Klemmen 3₂, 3₂' des Differentialtransformators D₂ mit den Klemmen 2, 2' des Vierpols Q'.

Die Klemmen I₂, I₂' und 2₂, 2₂' des Differentialtransformators D₂ können als Eingangsklemmen eines neuen, nicht dargestellten Vierpols Q" betrachtet werden.

7"	+	Z₁',+	Z₂₁	+	Z₂₂,
7» _ ■ Z.₁₂ — .	—	*7 ^r* Z,₁₂ —	*7 <* Z-21	—	Z₁',,
*y Il*	+	7" Zz₁₂	7' Z-21	—	7' ■£-22 j
*7 Il* Z-22 — ·		Z'	V Zz₂I	+	7/ ■^22 ·
*7 '*
ZVi
ZVi

Wenn in diesem Gleichungssystem (5) die Ausdrücke Zl_x, ZIi, ZZ₁ und Z₂'₂ durch Werte in Abhängigkeit von Zaa, Zab, Zba, Zbb aus dem Gleichungssystem (4) ersetzt werden, werden nach Vereinfachung folgende Ergebnisse erhalten:

ZII Λ 7

Ii — *t ^aa ,

Zn λ 7

\% — ^ ^ab ,

Z₂₁ = 4 Ζ_6α ,

Zz₂₂ ~~ T^- Z₆₆ .

Die Formeln (6) zeigen, daß bis auf den Koeffizienten 4 der Vierpol Q" die gleiche Impedanzmatrix hat wie der ursprüngliche Vierpol Q. Es ist einfach, dem Vierpol Q" die gleichen Impedanzen zu erteilen wie dem Vierpol Q, indem Übertrager mit dem Übersetzungsverhältnis 1: 2 eingefügt werden, oder einfacher, indem die Windungsverhältnisse der Differentialtransformatoren passend gewählt werden, ent-'sprechend den bekannten Eigenschaften solcher Übertrager.

Es ergibt sich also, daß mit einer Schaltung nach F i g. 3 und ähnlichen Schaltungen sowohl eine galvanische Kopplung erzielbar ist als auch die Beibehaltung der obenerwähnten elektrischen Größen.

Es sind zwei Varianten einer solchen Umwandlung möglich, von denen bei einer die Verwendung eines HilfsÜbertragers mit geeignetem Übersetzungsverhältnis erforderlich ist.

Eine erste Variante ist in F i g. 3 dargestellt. Mit D₁, D₂ sind die beiden Differential übertrager bezeich-

net, deren Anschlüsse dieselben Bezugszeichen tragen wie diejenigen der entsprechenden Übertrager gemäß den F i g. 1 und 2. Diese Bezugszeichen sind jeweils mit einem Index versehen, der den betreffenden · Differentialübertrager kennzeichnet. Der Differentialübertrager D₂ formt den Vierpol Q' mit den Klemmen (l-l')i) (2-2^₁ in analoger Weise um wie der Differentialübertrager D₁ den Vierpol Q.

Der Vierpol Q" mit den Anschlüssen (1-1')2 ^und (2-2')₂ hat Impedanzen von jeweils vierfachem Wert derjeniger 'des Vierpols Q; damit er dem Vierpol Q äquivalent ist, ist es erforderlich, an den Anschlüssen von Q Übertrager mit dem Übersetzungsverhältnis 1 : 2 einzuschalten.

Die zweite Variante, die in F i g. 4 veranschaulicht ist, unterscheidet sich von der ersteren dadurch, daß die Anschlüsse an den ersten Differentialübertrager ausgetauscht sind. Der Vierpol Q" mit den Anschlüssen (1-1')₂ und (2-2')₂ ist streng dem Vierpol β äquivalent.

Wenn für Q ein Ein-Richtungsverstärker V eingesetzt wird, liefern die Schaltungen gemäß den F i g. 3 und 4 (bei Einschaltung von Übertragern mit dem Übersetzungsverhältnis 1: 2 im Fall der F i g.3) äquivalente Verstärker mit galvanischer Durchschaltung der Zweidrahtleitung.

F i g. 5 veranschaulicht eine Ausführungsform eines aus dem Schema der Fig. 4 abgeleiteten Ein-Richtungsverstärkers. Bei dem Schema nach F i g. 4 sind die Differentialübertrager D₁ und D₂ einerseits über ihre Mittelpunkte (3-3')_x und (3-3')₂ und andererseits über ihre dritten Wicklungen (4-4^₁ und (4-4')₂ verbunden. Diese letztere. Verbindung führt zu einer Identität der Gesamtflüsse durch die beiden Differentialübertrager und zur Gleichheit der Spannungsabfälle in den entsprechenden Wicklungen. Dieses Ergebnis kann ebensogut durch Fortlassen der dritten Wicklungen der beiden Differentialübertrager und durch Aufspulen sämtlicher anderer Wicklungen auf einem gemeinsamen Kern erzielt werden, was zu dem Schema nach F i g. 5 führt.

In dem einen wie in dem anderen Schema ist fest-; zustellen, daß die Spannungen an den entsprechenden Klemmen der beiden Differentialübertrager auf Grund der Verbindungen über die Mittelpunkte gleich sind, während die D₂ durchfließenden Ströme den aus D₁ austretenden, d. h. in den Verstärker V eintretenden Strömen gleich sind. Der Austausch des Schemas nach F i g. 4 durch das der F i g. 5 ist deshalb in jeder Hinsicht zulässig.

Zwei herkömmliche Schaltungen mit Zweidrahtverstärkern sind in den F i g. 6 und 7 dargestellt. Diese Schaltungen entsprechen den Fällen, in denen jeder der Leitungsabschnitte, der hier angrenzt, mit den Anschlüssen 1-1' bzw. 4-4' der beiden Differentialübertrager, die der Verstärker enthält, verbunden ist. Die F i g. 8 und 9 veranschaulichen die äquivalenten Verstärker gemäß der Erfindung.

In F i g. 6 sind die Klemmen a,a' und b,b' des Zweidrahtverstärkers jeweils mit den Klemmen l_a, la'; Is, Is' der Differentialübertrager D_a und Db verbunden. Der Verstärker V in Richtung a-b ist zwischen die Klemmen 4_a, 4_O' und 3&, 3&' geschaltet, während der Verstärker V in Richtung b-a zwischen die Klemmen 4b, 4b' und 3_e, 3_tt' geschaltet ist. Leitungsnachbildungen Sa, Sb sind jeweils zwischen die Klemmen 2_a, 2_a'; 2b, 2b' eingesetzt.

Der äquivalente Verstärker gemäß F i g. 8 wird durch die Schaltung gemäß F i g. 4 gewonnen, wobei zwei Kopplungswicklungen durch Differentialübertrager D₁ und D₂ einer Direktkopplung entsprechend dem Schema der F i g. 5 ersetzt sind. Die Kondensatoren K und K' verhindern eine Ableitung tiefer Frequenzen! Durch diese Schaltung werden zwei inverse Umformungen der Impedanzmatrix verwirklicht, so daß der Vierpol mit den Klemmen I₂, I₂'; 2₂, 2₂' dem Zweidrahtverstärker gemäß F i g. 6 streng äquivalent ist.

Der in F i g. 7 veranschaulichte bekannte Zweidrahtverstärker ist mit den Leitungen über die Klemmen 4_tt, Aa bzw. 4b, 4b' der Wicklungen 4, 4' der ausgeglichenen Differentialübertrager D_a und D& verbunden. Die Impedanzen W_a, Wb, die zwischen die Klemmen paare 3_a, 3«' bzw. 3&, %' geschaltet sind, stehen mit den Impedanzen der entsprechenden Leitungen in

n'²
einem Verhältnis gleich —^-, wobei η und ri die Anzahl

der Windungen der leitungsseitigen Primärwicklung bzw. der Sekundärhalbwicklungen darstellen.

Der Verstärker gemäß F i g. 9 ergibt sich durch Anwendung des ersten Umformverfahrens, das in F i g. 3 veranschaulicht ist, unter Einsparung von Wicklungen. Hier ist die Verschmelzung der Wicklung 4a, 4_a'~ des Differentialübertragers D_a in F i g. 7 mit den Primärwicklungen I₁, I₁; I₁', 2/ des ersten Differentialübertragers D₁ von Fig. 3, die direkt mit den Sekundärwicklungen von D_a gekoppelt sind, verwirklicht.

Um an den Klemmen I₂, I₂'; 2₂₎ 2₂' einen dem Zweidrahtverstärker gemäß F i g. 7 äquivalenten Vierpol zu erhalten, muß man η Windungen auf die Primärwicklungen I₁', I₁ und I₁, 2_r von D₁ verteilen und andererseits die Zahl der Windungen der Wicklung b, b' auf die Hälfte verringern.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Verstärken von Sprachsignalen auf Leitungen in einer oder in beiden Richtungen mit einem über einen Differentialübertrager an die Leitung angekoppelten Verstärker, bei der die ankommende und die abgehende Leitung zur Übertragung tieffrequenter Signale galvanisch durchverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verstärker (V, V) und dem mit seinen beiden Primärwicklungen in die Leitung eingeschalteten Differentialübertrager ein weiterer Differentialübertrager liegt, von dem zwei Ausgangsklemmen (I₁, I₁') mit den Klemmen (4₂₎ 4₂') der Sekundärwicklung und zwei Ausgangsklemmen (2^ I₁) mit den Mittelpunkten (3₂, 3₂') der beiden Primärwicklungen des in der Leitung liegenden Differentialübertragers verbunden sind, derart, daß die von den Leitungszweigen her gesehene Eingangsimpedanz der Schaltungsanordnung gleich der an den Verstärkerklemmen gemessenen ist (F i g. 9).

2. Schaltungsanordnung zum Verstärken von. Sprachsignalen auf Leitungen in einer oder in beiden Richtungen mit einem über einen Differentialübertrager an die Leitung angekoppelten Verstärker, bei der die ankommende und die abgehende Leitung zur Übertragung tieffrequenter Signale galvanisch durchverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differentialübertrager mit seinen beiden Primärwicklungen in die Leitung eingeschaltet und mit den Anschlüssen (I₁, I₁'; 2_l3 I₁)

seiner beiden Sekundärwicklungen an die Leitungsanschlüsse (la, la bzw. Ib, V) des bzw. der Differentialübertrager(s) (D_a, Db) des Verstärkers (V, V) angeschlossen ist, während die Mittelpunkte (3_lt 3/) seiner beiden Sekundärwicklungen mit den Mittelpunkten (3₂, 3₂') der in der Leitung liegenden beiden Primärwicklungen verbunden sind, derart, daß die von den Leitungszweigen her

gesehene Eingangsimpedanz der Schaltungsanordnung gleich der an den Verstärkerklemmen gemessenen ist (Fig. 8).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 062 752;
K. Bergmann: »Lehrbuch der Fernmeldetechnik I«, Zeitz, 1939, S. 381.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen