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Entzerreranordnung mit frequenzproportionaler Dämpfungsänderung In
der elektrischen Übertragungstechnik werden häufig Schaltungen benötigt, deren Dämpfung
innerhalb eines gewissen Frequenzbereiches proportional zur Frequenz zu- oder abnimmt.
Derartige frequenzabhängige Netzwerke werden vor allem zur Entzerrung von Leitungsverstärkern
im Zuge von Träger' frequenzleitungen benötigt, deren Dämpfung bekanntlich mit der
Frequenz wächst. Es ist bekannt, diese Entzerrerglieder entweder außerhalb des eigentlichen
Verstärkers oder innerhalb der Verstärkerschaltung selbst, vorzugsweise im Gegenkopplungsweg
anzuordnen, wobei in letzterem Falle die Charakteristik des Verstärkers so beeinflußt
wird, daß die Leitungsdämpfungen ausgeglichen werden. Die Dimensionierung solcher
Entzerrervierpole ist verhältnismäßig langwierig und führt meist zu Anordnungen
mit einem erheblichen Aufwand an Schaltmitteln. Dies trifft insbesondere auf die
sogenannten Vorentzerrer außerhalb der Verstärkerschaltung zu.
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Die Erfindung bezieht sich auf Entzerrerschaltungen, die vorzugsweise
im Gegenkopplungsweg von Verstärkern anzuordnen sind. Sie sind jedoch nicht auf
dieses Anwendungsgebiet beschränkt. Für die automatische Regelung von Breitbandverstärkern
ist bereits die Verwendung mehrerer temperaturabhängiger Widerstände bekannt, die
in verschiedenen Stufen des Verstärkers angeordnet und je für sich durch eine andere,
über die Leitung mitübertragene Steuerfrequenz gesteuert werden. Obwohl die Regelorgane
selbst einen äußerst geringen Aufwand darstellen, sind doch, abgesehen von der Notwendigkeit
der Verwendung mehrerer Steuerfrequenzen, erhebliche
Mittel zur
Durchführung der Steuerung erforderlich, so daß im ganzen gesehen der Aufwand beträchtlich
hoch ist. Aber auch die bekannten Entzerrervierpole, die innerhalb der Verstärkerschaltung
selbst Verwendung finden, zeigen meist einen erheblichen Aufwand, insbesondere dann,
wenn an die für die Einstellung solcher Netzwerke benötigten fächerartigen Kennlinien
hohe Anforderungen bezüglich der Linearität gestellt werden. So werden auch bei
den hierfür bekannten überbrückten T-Gliedern mit hochohmigem Abgriff die gestellten
Anforderungen insbesondere für die flacher verlaufenden Frequenzkennlinien nicht
in ausreichendem Maße erfüllt. Außerdem erweist sich der hochohmige Abgriff als
nachteilig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache
Entzerrerschaltung zu schaffen, die eine ausreichende Linerarität im gesamten, in
Frage kommenden Arbeitsgebiet aufweist. Die einfachste Entzerrerschaltung aus Schwingkreis
und Widerstand, wie sie die Abb. i a und i b zeigen, erfüllt die Grundbedingung
einer frequenzproportionalen Dämpfung im allgemeinen nicht in ausreichendem Maße.
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Es ist jedoch erkannt worden, daß bei Einhaltung bestimmter Bedingungen
auch mit solchen Entzerrerschaltungen geringsten Aufwandes in einem praktisch ausreichendem
Bereich eine Linearität bis zu etwa i°% der maximalen Dämpfung erzielt werden kann.
Ausgehend von dieser Erkenntnis besteht die Erfindung in der Verwendung eines Vierpols
als frequenzabhängiges Dämpfungsglied, der aus einem einfachen Schwingungskreis
mit einer Kreisgüte Q - 2,4 und einer maximalen Dämpfung b,"@ rz-- 2,6 N im Längszweig
und einem Widerstand Z im Querzweig oder einer hierzu dualen Schaltung besteht.
Die Fächerung der Dämpfungskennlinien kann dann zweckmäßig durch transformatorische
Änderung des Schwingkreiswiderstandes unter gleichzeitiger Belastung seines freien
Endes mit einer geeignet dimensionierten Reihenschaltung aus einem Widerstand und
einer Spule erfolgen.
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Die Erfindung beruht auf folgenden Gedanken: Nimmt man einen Vierpol,
bestehend aus einem Parallelschwingkreis im Längszweig, belastet durch einen Widerstand
Z, wie in Abb. i dargestellt ist, so ist das Verhältnis Eingangsspannung zu Ausgangsspannung
U1/ U, dem Leitwert der Eingangsseite proportional. Im unteren Frequenzgebiet ist
der Widerstand des Schwingungskreises in erster Näherung Z + j to
L, im oberen Frequenzgebiet wird der Verlauf der Widerstandskurve durch die
Resonanzüberhöhung bestimmt, darüber wirkt die Kapazität auf den Verlauf ein. Trägt
man diesen Widerstandsverlauf über der bezogenen Frequenz im logarithmischen Maßstab
auf, wie dies Abb. 4 zeigt, und verfährt in gleicher Weise mit der Kurve der Kabeldämpfung
gemäß Abb. 2, aus der sich dann der in Abb. 3 wiedergegebene Verlauf ergibt, so
läßt sich aus einem Vergleich der Solldämpfungskurve (Abb. 3) mit der Leitwertkurve
(Abb. 4) erkennen, daß bei Wahl einer bestimmten Kreisgüte und eines geeigneten
Verhältnisses von f"/f", wobei f. die Resonanzfrequenz ist und für f. die Beziehung
2 z f" - L = Z
gilt, eine gute Übereinstimmung der beiden Kurven erzielt
werden kann, so daß es möglich ist, in einem etwa drei Oktaven umfassenden Frequenzbereich
eine Linearität bis auf i0/, der maximalen Dämpfung zu erhalten. Näherungsrechnungen,
die durch experimentelle Untersuchungen bestätigt wurden, haben ergeben, daß dabei
die Kreisgüte Q = 2,:I2 ist und das Verhältnis ful f, = o,ig.
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Da bei der Schaltung nach Abb. i a die Dämpfung b sich nach folgender
Gleichung errechnet
b = Dämpfung in Neper bedeuten. Die maximale Dämpfung im Resonanzfalle, also bei
f = fa, ergibt sich dann zwangsläufig zu
Woraus sich ferner für W der Wert W =i2,7 Z, für
und
ergeben. Eine Berechnung der entsprechenden Werte für eine Schaltung nach Abb. i
b ist sinngemäß durchführbar. Die dualen Schaltungen zeigen selbstverständlich das
gleiche Verhalten.
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Glieder mit einer so großen Maximaldämpfung haben jedoch im allgemeinen
in der Trägerfrequenztechnik nur eine geringe Verwendungsmöglichkeit. Es ist daher
erforderlich, auch hier eine Fächerung der Dämpfungskurven zu schaffen, ohne daß
die Kurven flacheren Verlaufes Abweichungen von der geforderten Linearität aufweisen.
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Die an sich bekannte transformatorische Änderung des Schwingkreiswiderstandes
allein durch stufenweise Ankopplung des Eingangs an Anzapfungen der Schwingkreisspule
bringt bei in der vorstehend angegebenen Weise dimensionierter Entzerrerschaltung
nicht den gewünschten Erfolg. Belastet man jedoch gleichzeitig das freie Ende des
Schwingkreises mit einer Reihenschaltung aus Widerstand und Spule, wie dies in Abb.
5 gezeigt ist, so läßt sich bei geeigneter Dimensionierung dieser Elemente eine
Fächerung mit etwa der gleichen Genauigkeit frequenzproportional realisieren, wie
sie die nichtgefächerte Grundanordnung aufweist. Diese Art der Fächerung ist nicht
auf Grundglieder der angegebenen Dimensionierung beschränkt, sondern mit Vorteil
auch bei Gliedern anwendbar, die für eine andere Maximaldämpfung
ausgelegt
sind. Die hierbei erzielte Kurvenschar ist in Abb. 6 wiedergegeben.
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Wird für Entzerrerschaltungen dieser Art ein frequenzunabhängiger
Eingangswiderstand gefordert, so läßt sich diese Forderung durch Zusammenfassung
zweier dualer Glieder zu einem überbrückten T-Glied erfüllen, wodurch der Widerstand
Z gleich dem Wellenwiderstand wird. Eine angenäherte Erfüllung dieser Bedingung
läßt sich jedoch auch durch Parallelschalten passend gewählter R-C-Glieder zum Eingang
erzielen. Diese R-C-Glieder müßten'an sich für jede der Fächerstellungen gesondert
dimensioniert werden. Um jedoch die hierbei notwendigen Umschaltungen und einen
höheren Aufwand zu vermeiden, wählt man zweckmäßig das R-C-Glied für eine mittlere
Fächerstellung aus und läßt für die übrigen Stellen gewisse Fehler zu. Eine solche
Anordnung zeigt Abb. 7, in welcher die Reihenschaltung von R2 und C2 das entsprechend
einer mittleren Fächerstellung dimensionierte R-C-Glied darstellt.
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Die Entzerrerschaltungen gemäß der Erfindung zeichnen sich nicht nur
durch eine sehr gute Linearität, sondern vor allem durch einen äußerst niedrigen
Aufwand aus. Ein weiterer praktischer Vorteil ist ihre leichte Abgleichbarkeit.
Sie eignen sich demzufolge besonders zur Entzerrung der Kabeldämpfung in Leitungsverstärkern
sowie zur Herstellung einer frequenzabhängigen Verstärkung von Leitungsverstärkern
durch Einschaltung in den Gegenkopplungsweg.