DE2734353C3 - Als elektrischer Vierpol ausgebildeter einstellbarer Dämpfungsentzerrer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen als elektrischer Vierpol ausgebildeten, einstellbaren Dämpfungsentzerrer, bei dem eine aus Bezugspotential liegende Leitung unmittelbar von einer Eingangsklemme zu einer Ausgangsklemme durchgeschaltet ist, bestehend aus einem Differentialflbertrager, aus wenigstens einem Differentialkondensator, dessen Statoren den Eingangsanschlüssen parallel geschaltet sind und dessen Rotor eine Spule und ein Widerstand nachgeschaltet sind. _ Dämpfungsentzerrer der vorgenannten Art lassen sich kontaktfrei und stufenlos einstellen und können beispielsweise in Trägerfrequenzsystemen zum Einsatz kommen. Es lassen sich mit diesen Entzerrern über einer Gninddämpfung Dämpfungshübe mit positivem oder negativem Vorzeichen bei einer vorgebbaren Frequenz erreichen, so daß der Dämpfungsverlauf in Abhängigkeit von der Frequenz im einfachsten Fall einen resonanzartigen Charakter annimmt Solche Dämpfungsentzerrer sind beispielsweise durch die DE-PS 18 05 461 bekanntgworden und es werden dort ohmsche Spannungsteiler verwendet, was eine relativ hohe Gninddämpfung und keine Obersetzungsmöglichkeit für die amplitudenformende Impedanz zur Folge hat In weiteren bekannten Schaltungen, wie beispielsweise Schaltungen nach der DE-OS 25 12 459, DE-OS 25 12 805 und DE-OS 25 35 553, werden Übertrager verwendet, die der Spannungsquelle parallelgeschaltet sind. In der Praxis ist^s erforderlich, solche Schaltungen zwischen endlichen Betriebswiderständen zu betreiben und es wird dabei durch die Eingangsquerübertrager die Übertragungsmöglichkeit zum Beispiel nach tiefen Frequenzen — bedingt durch die endliche Querinduktivität — eingeschränkt, da bei /=0 ein Dämpfungspol auftritt Ferner liegen alle bei Differentialkondensator-Mittelstellung auftretenden kapazitiven Querimpedanzen und parasitären Elemente, wie z. B. Wickelkapazitäten, auf der Eingangsseite und lassen sich deshalb nicht so breitbandig kompensieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaltungen für kontaktfrei einstellbare D^Dfungsentzerrer anzugeben, bei denen der Übertragungsfrequenzbereich möglichst geringen Einschränkungen unterworfen ist und auch die Kompensation parasitärer Elemente möglichst breitbandig erfolgen kann.

Ausgehend von einem einleitend genannten Dämpfungsentzerrer wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Differentialübertrager im Längszweig des Vierpoles liegt, daß der Rotor des Differentialkondensators über die Spule bzw. den Widerstand oder unmittelbar an eine Anzapfung des Differentialübertragers geschaltet ist, oder daß im Ausgangsquerzweig die Statoren eines weiteren Differentialkondensators entweder zusätzlich oder anstelle der im Eingangsquerzweig liegenden Statoren angeschaltet sind, und daß von einer weiteren Anzapfung des Differentialübertragers ein Widerstand zur durchgehenden Leitung geschaltet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.
Es zeigen in der Zeichnung

Fig. 1 die Grundschaltung eines Entzerrers und den zugehörigen Dämpfungsverlauf,

F i g. 2 ein Ersatzschaltbild zu F i g. 1 und den zugehörigen Dämpfungsverlauf für den Einstellparameter <x-l des Differentialkondensators und ein Windungszahlverhältnis W)» W₂= iv/2 des Differentialübertragers,

F i g. 3 ein Ersatzschaltbild der Schaltung nach F i g. 1

für den Einstellparameter λ-Ό des Differentialdrehkondensators und w\-W2-wl2 als Windungszahlverhlltnis des Differentialübertragers,

Fig.4 eine Entzerrerschaltung, mit der mehrere Dampfungshübe Ober einer Grunddampfung S₀ erzeugt werden können,

F i g. 5 eine weitere erfindungsgemäße Schaltung und den zugehörigen Dämpfungsverlauf,

Fig.6 eine Ersatzschaltung zur Schaltung nach F i g. 5 für den Einstellparameter <x«0 des Differentialkondensator^

F i g. 7 eine Ersatzschaltung für den Einstellparameter α-1 des Differentialkondensators.

Die in F i g. 1 dargestellte Schaltung ist nach Art eines elektrischen Vierpols ausgebildet, bei dem eine Eingangsklemme und eine Ausgangskiemme unmittelbar Ober die mit 1 bezeichnete Leitung durchverbunden sind. Diese Leitung kann beispielsweise auf Bezugspotential liegen, wie dies durch das Massepotentialzeichen in Fig. 1 kenntlich gemacht ist Die nicht auf Bezugspotentiai liegenden Klemmen sind als Eingsr.gsklemme E und als Ausgangsklemme A bezeitf raet Im Längszweig der Schaltung liegt ein Differentialübertrager 2 mit der Gesamtwindungszahl w. Eine erste zur Impedanztransformation verwendete Teilwicklung hat die Windungszahl w\, eine zweite, zur Einstellung der Grunddampfung verwendbare Teilwickluhg hat die Windungszahl w₂ und die zwischen diesen beiden Anzapfungen verbleibende dritte Teilwicklungsn hat die Windungszahl w-w\-wt. Im Eingangsquerzweig liegt ein Differentialdrehkondensator 3, der aus den beiden Statoren 4 und 5 und dem Rotor 6 besteht Der Stator 4 ist mit der Eingangsklemme E verbunden, der Stator 5 mit der durchgehenden Leitung 1. Vom Rotor 6 führt eine Impedanzschaltung aus einer Spule La und einem Widerstand Rd zur ersten Anzapfung W\ des Differentialübertragers 2. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, die Induktivität Io und den Widerstand Ro zu schalten, d. h. sie können auch den Wert 0 annehmen. Wenn die Induktivität L₀ den Wert Null hat, entsteht « eine einstellbare, steigende oder fallende Dämpfungsschräglage über der Grunddampfung. Von der Anzapfung W₂ des Differentialübertragers ist ein Widerstand R\ zur durchgehenden Leitung 1 geschaltet.

Bei der Schaltung nach F i g. 1 ist zunächst daran gedacht, sie am Eingang Faus einer Spannungsquelle i/o mit dem Innenwiderstand Re**0 zu speisen, am Ausgang A auf einen Widerstand Ra arbeiten zu lassen und die Spannungsdämpfung aty==ln | Uo/Ua\ zu betrachten. Man könnte sie aber ebensogut bei A aus einer Stromquelle /0 mit dem Innenwiderstand Ra speisen, bei E kurzschließen und die Stromdämpfung a/·= In | Uh \ betrachten, die nach dem Reziprozitätssatz der Netzwerktheorie gleich der Spannungsdämpfung ay ist Anders ausgedrückt muß in der Schaltung nach Fig.) der Differentialdrehkondensator 3 nicht zwingend im Eingangsquerzweig liegen, sondern er kann auch in den Ausgangsquerzweig geschaltet sein, also zwischen der Klemme A und der Leitung 1 liegen. Andererseits ist es aber auch möglich, Spannungsquelle (Stromquelle) und eo Abschlußwiderstand zu vertauschen, was für die Extremalhöhe aus den F i g. 2 und 3 ohne weiteres erkennbar ist (Symmetrie der Ersatzschaltungen). Außerdem ist es auch von Interesse, die Schaltung beidseitig mit ohmschen Widerständen gleichen oder auch unterschiedlichen Wertes abzuschließen und die Betriebsdämpfungsfunktion zu betrachten. Diese unterscheidet sich von der Spannungs- oder Stromdämpfungsfunktion grundsatzlich durch eine zusätzliche Nullstelle und einen zusätzlichen Pol auf der negativreellen Achse der p-Ebene, die im wesentlichen eine kompensierbare Schräglage der Grunddampfung verursachen. Eine Umkehrung des Vierpols ist auch in diesem Fall bekanntlich ohne Einfluß, so daß diese verschiedenen Betriebsfalle im folgenden nicht unterschiedeil werden.

In Fig. 1 ist auch der grundsätzliche Verlauf der Dämpfung a in Abhängigkeit von der Frequenz / gezeichnet, und zwar für die beiden Grenzfälle der Differentialdrehkondensatorstellung mit den Parameterwerten <x«l und «=0. Die Grunddämpfung ist mit S₀ und der zu erzielende Dämpfungshub mit Δ a+ und Δ a- bezeichnet Am Differentialdrehkondensator 3 sind zugleich die Kapazitätswerte C ■ λ bzw. C(I — tx) für die Statoren 4 bzw. S eingetragen und es steht somit für einen Parameterwert «=1 der Rotor 6 vollständig dem Stator 4 gegenüber, während für einen Parameterwert ««0 der Rotor 6 vollständig dem Stator 5 gegenübersteht.

In den Fig.2 und 3 sind zur Erläuterung die elektrischen Ersatzschaltbilder dargestellt, und zwar für die beiden Grenzstellungen a = l bzw. λ=0. Zur einfacheren Darstellung ist dabei angenommen, daß in der Schaltung nach F i g. 1 die beiden Anzapfungspunkte W\ und W₂ in der Mitte zusammenfallen, d.h. die Windungszahlen w\ — w₂**w/2 sind. Dieser Spezialfall läßt sich auch in der Praxis durchaus anwenden und hat den Vorteil, daß nur eine Anzapfung aus dem Differentialübertrager 2 herausgeführt werden muß. In den Ersatzschaltbildern sind für funktionsgleiche Teile die gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 1 verwendet. Fig.2 läßt erkennen, daß die Kapazität C des. Differentialdrehkondensators mit der Eingangsklemme E verbunden ist, während sie bei Fig.3 mit der durchgehenden Leitung 1 verbunden ist. Das Ersatzschaltbild nach F i g. 2 liefert ein überbrücktes π-Glied, dessen Schaltelementewerte unmittelbar in die Zeichnung eingetragen sind. Die Ersatzschaltung nach F i g. 3, für ό^:: die Elementewerte ebenfalls in die Zeichnung eingetragen sind, liefert eine Vierpolschaltung mit einem Impedanzzweigpol im Längszweig, wobei am Ausgang dieses Vierpols eine Phasenumkehr auftritt, die durch eine Leitungskreuzung dargestellt isc.

F i g. 2 zeigt, daß bei der Differentialdrehkondensatorstellung £x»=l der Schaltung Fig. 1 ein positiver Dämpfungshub Δ a₊ entsteht, der bei der Kreisfrequenz ü>o-*v/1/IoQ sein Maximum hat. Das Verhältnis des Widerstandes R\ zum Abschlußwiderstand Ra bestimmt die Grunddämpfung ac das Widerstandsverhältnissen die Breite des Dämpfungsbuckels. Alle drei Bestimmungs««ü<:ke sind also in Grenzen frei wählbar. Der Entzerrervierpol ist minimalphasig bzw. allpaßhaltig, je nach dem Ä_o> R\ bzw. Ro< R₁ gewählt wird; mit /?₀= R\ wird die Amplitude des Dämpfungshubs Δ 3+(ω₀) - °°.

Fig.3 zeigt den entsprechenden negativen Dämpfungshub Δ a- bei der Differentialdrehkondensatorstellung ««0. Auch für ..eine Amplitude und Breite sind die obengenannten Impedanzverhältnisse bestimmend. Da diese Schaltung aber stets minimalphasig ist, erfolgt beim Durchdrehen des Differentialdrehkondensators zwischen seinen Endstellungen «-1 und a — 0 der Übergang vom positiven Dämpfungshub zum negativen Dämpfungshub nur im Falle Ro> Ri durch monotones Abnehmen. Im Falle Ro<R\ würde die Amplitude des positiven Dämpfungshubs zunächst noch bis °° wachsen und dann erst abnehmen; in diesem Fall könnte man auf

ein Oberstreichen des Bereiches großer α-Werte verzichten, d. h. zwischen Stator 5 und Rotor 6 einen entsprechenden Festkondensator parallelschalten.

Wenn man, wie in Fig. 1 angedeutet, von den Obersetzungsmöglichkeiten am Differentialübertrager 2 Gebrauch macht, d. h. w\ + wll und w^+wll wählt, so hat man weitere wertvolle Bemessungsspielräume gewonnen, durch die man z. B. einheitliche oder gunstiger beziehbare Differentialdrehkondensatoren verwenden kann. Aus Fig. 1 ist auch die große Breitbandigkeit dieser Schaltung ersichtlich, da auch bei endlicher Induktivität des Differentialübertragers 2 im Faile der Durchschaltung eine konstante Dämpfung ag bis zur Frequenz /— 0 erhalten bleiben kann.

Eine Entzerreranordnung mit der bei mehreren Frequenzen sog. »Dämpfungsbuckel« erzeugt werden können, zeigt Fig.4. Als Beispiel werden über den !än^oE^a£schä!t£t£n Diffcrcntialubcrtrii^r 2 sechs Serienkreise, bestehend aus jeweils einer Induktivität Lc einem Differentialkondensator G, und bis zu drei ohmschen Widerständen Ab» bzw. A₂ bis An angeordnet. Hieraus läßt sich gut erkennen, daß sich parasitäre Störungen, wie z. B. Erdkapazitäten, und die bei Betrieb mit endlichen Abschlußwiderständen R_E und Ra unvermeidlichen Impedanzstörungen bei der Mittelstellung der Differentialdrehkondensatoren gleichmäßig auf Ein- und Ausgang E und A verteilen und ihre störenden Wirkungen somit vermindern lassen.

Die Schaltung nach Fig.4 ist eine unmittelbare Weiterbildung der Schaltung nach F i g. 1 und es sind auch dort wiederum funktionsgleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, so daß die für die F i g. 1 bis 3 gegebenen Erläuterungen analog Gültigkeit haben.

In F i g. 4 sind lediglich die an den Anzapfungen des Differentialübertragers 2 liegenden Impedanzschaltungen mit einem laufenden Zahlenindex versehen. Darüber hinaus ist erkennbar, daß zwischen den Statoren und den einzelnen Differentialdrehkondensatoren G bis G und ihren jeweiligen Anschlußpunkten E' bzw Λ'bzw. 1 zusätzlich Widerstände R'l bis Ä13 geschaltet sein können. Wie vorstehend schon erwähnt, ist in F i g. 4 eine vorteilhafte Ausführungsform deshalb dargestellt, weil die einzelnen Impedanzzweipole auf der Statorseite der Differentialdrehkondensatoren auf den Eingang und den Ausgang beliebig verteilt sein können.

Alle bisher bekannt gewordenen Entzerrerschaltungen vergleichbarer Art besitzen ungleiche Bandbreiten in den beiden Extumalhüben Aa₊ und Aa-.

Ein weiterer erheblicher Vorteil der Schaltung nact F i g. 4 besteht nun darin, daß durch die Obersetzung dei Impedanzzweipole an den Oberstehenden Anzapfung« E'bzw.A'des Differentialübertragers 2 ein zusätzliche! Freiheitsgrad gewonnen wird, wodurch die Bandbreiter der beiden Hübe Δ t₊ und A s- einander angeglicher werden können. Diese wichtige Eigenschaft läßt siel natürlich auch auf die Schaltungen nach F i g. 1 unc F i g. 5 durch eine entsprechende zusätzliche Anzapfung am Differentialübertrager 2 übertragen.

Gegebenenfalls kann — wie in Fig.4 ebenfalls dargestellt — zur Widerstandskorrektur im Eingangs und/oder Ausgangsquerzweig eine weitere Impedanz Zke bzw. Zka geschultet sein. Hierfür kommt ein ohmscher Widerstand oder auch ein Zweipolnetzwerk aus Spule und Widerstand in Betracht

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist ir IT ΐ η £ fin/4 /]an TliaeliArtaen AlAlMric/than f?reot-ye/*hal.

tungen nach den F i g. 6 und 7 dargestellt Auch in dei Schaltung nach Fig.5 sind funktionsgleiche Teile mil den gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 1 bezeichnet Abweichend von der Schaltung nach F i g. 1 ist jedoch daß dem Differentialübertrager 2 im Längszweig ein Widerstand R'\ parallelgeschaltet ist Der im Querzweig liegende Widerstand Ri muß nicht zwingend geschaltet sein, sondern kann durchaus den Wert » annehmen. In den Er Jitzschaltungen ist tür die Einstellparameter a-0 (Fig.6) bzw. a-1 (Fig.7) gezeigt daß die Extremalauslenkungen auch ohne R\ zustande kommen. Analog zu den F i g. 2 und 3 sind auch in den F i g. 6 und 7 die Schaltelementewerte unmittelbar in die elektrischen Ersatzschaltbilder eingezeichnet Für den Parameter λ-0 ergibt sich ein T-Glied mit untereinander gleichen Widerständen in den Längszweigen und einem Impedanzzweipol im Querzweig. Die Ersatzschaltung nach F i g. 7 läßt eine Vierpolschaltung erkennen, in deren Längszweig ein Impedanzzweipol liegt Auch der Verlauf der Dämpfungskurven ist in den F i g. 5 und 7 für die Parameter a »0 und α — 1 schematisch dargestellt

Fig.6 zeigt dabei den Extremaihuh Aa₊ der Schaltung nach Fig.5; wie man sieht, tritt er hier bei α—0 und nicht wie bei der Schaltung nach Fig. t bei α -1 auf, da der negative Ersatzwiderstand hier in Reihe zu Ro liegt Minimalphasigkeit erreicht man, wenn Äo>Ä|74ist

Die entsprechende Umkehrung der Verhältnisse der Schaltung nach Fig. 1 tritt beim Dämpfungshub Aa. auf, da hier « = 1 und nicht «=0 sein muß, wie dies in F i g. 7 gezeigt ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Als elektrischer Vierpol ausgebildeter einstellbarer Dämpfungsentzerrer, bei dem eine auf s Bezugspotential liegende Leitung unmittelbar von einer Eingangsklemme zu einer Ausgangsklemme durchgeschaltet ist, bestehend aus einem Differentialübertrager, aus wenigstens einem Differentialkondensator, dessen Statoren den Eingangsan-Schlüssen parallel geschaltet sind und dessen Rotor eine Spule und ein Widerstand nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialübertrager (2) im Längszweig (E, A) des Vierpols liegt, daß der Rotor (6) des Differentialkondensators (3) über die Spule (L₀) bzw. den Widerstand (Ro) oder unmittelbar an eine Anzapfung (w\) des Differentialübertragers (2) geschaltet ist, oder daß im Ausgangsquerzweig die Statoren eines weiteren Differentialkondensators (Cm bis Gx) M entweder zusätzlich oder anstelle der im Eingangsquerzweig liegenden Statoren (4, 5) angeschaltet sind, und daß von einer weiteren Anzapfung (W₂) des Differentialübertragers (2) ein Widerstand (Ri) zur durchgehenden Leitung (1) geschaltet ist

2. Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anzapfungen (w\, W₁) zusammenfallen.

3. Entzerrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teiiwicklungen (w_x, W₁) des Differentialübertragers (2) gleiche Windungszahlen haben.

4. Entzerrer nach eirem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzei· ^;;net, daß der im Rotorzweig (6) des Differentialkondensators (3) liegende Widerstand (R₀) den Wert Null hat

5. Entzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Differentialübertrager (2) ein weiterer Widerstand (R_x') geschaltet ist.

6. Enzerrer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Differentialübertrager (2) und durchgehender Leitung (1) liegenden Widerstand (R_}) den Wert Unendlich hat.

7. Entzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Impedanzschaltungen aus jeweils einem Differentialkondensator, einer Spule (z. B. Lot, C01; L<n, Cw) und gegebenenfalls drei Widerständen (z. B. /?oi, Ri, Ri) an verschiedenen Anzapfungen des Differential-Übertragers (2) angeschaltet sind (F i g. 4).

8. Entzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (E) und der Ausgang (A) selbst an einer Anzapfung des Differentialübertragers (2) liegen (F'g-4).

9. Entzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingangs- und/oder im Ausgangsquerzweig weitere Impedanzen (Zke, Zugeschaltet sind, die aus einem eo ohmschen Widerstand oder einer Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einer Spule bestehen.