DE1088165B - Aktive Schaltelemente enthaltendes impedanzinvertierendes Netzwerk - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es besteht oft großes Interesse, bei den hauptsächlich für die Nachrichtenübertragung benutzten Regel- und Entzeiyereinrichtungen über zwei regelbare Impedanzen zu verfügen, deren Produkt bei allen Frequenzen konstant bleibt. Die Umkehrimpedanz einer gegebenen Impedanz kann zwar immer leicht bei einer bestimmten, unveränderbaren Frequenz verwirklicht werden. Dagegen sind Impedanzinversionen genau vorgeschriebenen Verhältnisses in einem weiten Frequenzbereich mit Schaltungsanordnungen, die nur passive Schaltelemente enthalten, schwer erreichbar. Es lassen sich jedoch aktive Vierpole mit Vorteil zum Aufbau von Schaltungsanordnungen heranziehen, die in einem weiten Frequenzbereich Impedanzinversionen innerhalb enger Toleranzgrenzen bewirken sollen.

Es ist bekannt, daß an den Eingangsklemmen eines T-Gliedes, dessen Längszweige durch Widerstände R₀ und dessen Querzweig durch den negativen Widerstand —R₀ verwirklicht sind, die Impedanz —R\jZ in Erscheinung tritt, wenn dieses T- Glied ausgangsseitig mit der Impedanz Z abgeschlossen wird. Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Impedanz Z in eine Impedanz R\jZ umzuwandeln. Diese Aufgabe ist an. sich durch ein mit der ImpedanzZ abgeschlossenes T-Glied lösbar, dessen Längszweige von negativen Widerständen — R₀ gebildet sind und dessen Querzweig aus dem Widerstand R₀ besteht. Es bereitet jedoch Schwierigkeiten, die üblichen, der Verwirklichung negativen Widerstände dienenden Röhrenschaltungen in die ungeerdeten Längszweige von Abzweigschaltungen einzufügen. Die Erfindung weist einen Weg, diese Schwierigkeiten zu umgehen. Der Schaltungsanordnung nach der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zwei aktive, impedanzwandelnde Vierpole ausfindig zu machen, die einseitig mit 'Erde verbindbare Röhrenschaltungen enthalten, von welchen die Röhrenschaltung des einen aktiven Vierpols bei passend gewählter ausgangsseitiger Beschattung die Vierpol-Eingangsimpedanz R%\Z + R₀ ergibt, die durch die Eingangsimpedanz -R₀ des zweiten aktiven Vierpols, der in sogenannten Vorn-Reihenr schaltung mit dem ersten aktiven Vierpol verbunden ist, in die Impedanz R\jZ übergeführt wird. :

Die Anordnung nach der Erfindung gehört somit der Gattung der impedanzinvertierenden Netzwerke an, die aktive Schaltelemente enthalten und die an ihrem Eingangsklemmenpaar die Impedanz RIjZ hervorbringen, wenn ihr Ausgangsklemmenpaar mit der Impedanz Z beschaltet wird. Gemäß der Erfindung wird diese Impedanzwandlung im einzelnen dadurch erreicht, daß die am Eingangsklemmenpaar des impedanzinvertierenden Netzwerkes in Erscheinung tretende invertierte Impedanz sich als Summe der Eingangswiderstände zweier eingangsseitig durch Vierpol-Reihenschaltung miteinander verbundener, aktive Schaltelemente enthaltender Vierpole Aktive Schaltelemente enthaltendes
impedanzinvertierendes Netzwerk

Anmelder:

Compagnie Industrielle des Telephones, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing, H. Leinweber, Patentanwalt,
München 2, Rosental 7

Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 16. August 1955

Robert Leroy, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

ergibt, von welchen der eine, an seinem Eingangsklemmenpaar die Impedanz —R₀ aufweisende Vierpol ausgangsseitig durch eine aus passiven Schaltelementen bestehende Impedanz abgeschlossen ist, während der andere, an seinem Eingangsklemmenpaar die Impedanz RIjZ + R₀ hervorbringende Vierpol ausgangsseitig über zwei Längsimpedanzen mit einer Sparbrückenschaltung verbunden ist. Die beiden Brückenzweigimpedanzen dieser Brückenschaltung werden durch zwei in Serie geschaltete Impedanzen von halber Größe der zu invertierenden Impedanz Z gebildet.

Die Elemente der Anordnung nach der Erfindung, welche negative Impedanzen bilden, können in beliebiger, bekannter Weise ausgeführt sein.

Als Beispiel wird nachstehend eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei welcher die aktiven Vierpole durch eine im Schrifttum zu findende Brückenschaltung mit einem Differentialtransformator und einer Verstärkerröhre realisiert sind. Der Querzweig dieser Brückenschaltung wird durch die Gitter-Kathoden-Strecke der Verstärkerröhre gebildet, während als Längszweige die Primärwicklungshälften des Differentialtransformators dienen, dessen Sekundärwicklung dem Anodenkreis der Verstärkerröhre angehört, deren Anodenaußenwiderstand Merdurch den Uberbrückungszweig verwirklicht.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer Anordnung mit. einer Impedanz, die unter bestimmten Umständen ziemlich gleichwertig der Parallelschaltung einer Impedanz und einer Impedanz mit geändertem Vorzeichen ist;

Fig. 2 zeigt eine bekannte Schaltung einer Vierpol·· Allsperre und

Fig. 3 das Schaltbild des'Ausführungsbeispieles der Inversionsvorrichtung nach der Erfindung mit einer solchen Allsperre. '.■"_-

009 589/361

Nachfolgend wird noch im einzelnen gezeigt werden, -Z₁, derart, daß zwischen den Punkten ft und q die

daß bei dem durch Fig. 1 veranschaulichten aktiven Impedanz [Z₀, -Z₁

Z₀ · (—Z₁) Dabei ist unter

meßbar ist.
Z₀, —Ζ-Λ der sich aus der Parallel-

Vierpol am Klemmenpaar ft-q die Impedanz "°-¹ t¹ ^t₊ Y τ ¹A ^l!l T a \ Ia

* r r 2 f _Zo — _Zl\ schaltung der Impedanzen Z₀ und -Z₁ ergebende

in Erscheinung tritt, wenn das Klemmenpaar m-n mit 5 _Impedanzwert ^zo · (-^₁) verstehen

der Impedanz Z₁ und das Klemmenpaar ft-q mit der ^F Z₀ — Z₁

Impedanz Z₀ beschaltet ist. · Man bemerkt übrigens, daß es leicht ist, den Wirk-

Dieser Sachverhalt wirkt sich bei der Anordnung nach -jj.jj.-i² ι · · t_j.

der Erfindung im Fall der Anwendung von aktiven widerstandsanteü -^ zu kompensieren, wenn er nicht

Netzwerken gemäß Fig. 1 in der Weise aus, daß bei dem io vernachlässigbar ist. Man setzt in diesem Fall an die Vierpol, an dessen Eingang die Impedanz Riß + -K₀ Stelle von Z₁ die Impedanz
meßbar sein soll, dieser Impedanzwert zum einen durch ₍ 2

Beschattung der Vierpol-Eingangsklemmen mit dem Z₁ -Z₁- -^-, (6)

Widerstand R₀, zum anderen durch eine solche Beschattung der Vierpol-Ausgangsldemmen erzielt wird, 15 was immer möglich ist, wenn man den Wicklungssinn des daß die Gleichung Transformators so wählt, daß k negativ ist.

R₀- ( R₀ Z) Es soll nun dem Widerstand der Primärwicklung des

Roß + -Ro ⁼ D /ο _i_ 7, Transformators T Rechnung getragen werden.

⁰ ^ ⁰^ > Es sei X₁ die Induktivität dieser Wicklung und'M die

erfüllt ist. Unter der später noch eine Korrektur er- 20 gegenseitige Induktivität zwischen den Primär- und den fahrenden Annahme, daß der Differentialtransformator Sekundärwicklungen.

von Anordnungen nach Fig. 1 sich wie ein idealer Die Gleichung (3) ist dann zu ersetzen durch

Übertrager verhalt ist somit das Ausgangsklemmenpaar U *= (Z₁ + T₁ + 3 ω L₁) J₁+j co M J₉ ; (7)

des in. Rede stehenden aktiven Vierpols der Anordnung \ 1 1 1 1 ./ 1/./1 1 y j ν > \ j

nach der Erfindung mit der Impedanz R₀ -f- Z ab- 25 ω bezeichnet die Kreisfrequenz der an die Klemmen ft zuschließen. und q angelegten Spannung.

Betrachtet man Fig. 1, so sieht man, daß zwischen Von der Gleichung (2) ausgehend, kann man in der

den Klemmen ft und q einerseits eine Impedanz Z₀ und Gleichung (7) J₂, durch seinen aus der Gleichung (2) andererseits die Serienschaltung einer Impedanz Z₁ und gezogenen Wert ersetzen. Dies ergibt
der Primärwicklung eines Transformators T parallel 30
geschaltet sind. Z₀ und Z₁ sind mit ihrer einen Klemme tj g

an Erde gelegt. Der mittlere Punkt K der Primärwicklung -=- = -Z₁ =-==— ^r= . (8)

des Transformators T ist mit dem Gitter 2 einer Pentodeö J¹ j _ω — 1 j ω — 1

mit praktisch unendlich hohem Innenwiderstand ver- 2 2

bunden, deren Kathode 1 an Erde liegt. Die Sekundär- 35 Solange ω MS/2 groß ist gegenüber Eins, gilt

wicklung des Transformators T ist in den Kreis der . tj 1 2L

Anode 3 der Röhre geschaltet. 4 bezeichnet das Brems- -γ- ^ —Z₁ =j^ . (9)

gitter der Röhre und 5 deren Schirmgitter. Ji ' j_ω ^{Mi} M ά}

Es sei J₁ der Strom in der Primärwicklung des Trans- 2 Y₁

formators von ft nach q und T₇, der Strom im Anoden- 40 _, „, . , , i/LT ■ ±. i_ j. t_j. j- -r> ■ %.

kreis der Röhre 6. Da M = yi^ und Ä = j/^ ist, besteht die Beziehung

U sei die Spannungsdifferenz an den Klemmen ft und q. 2L₁ 2

Das Potential des PunktesK und folglich das des MS ~ kS '

„.,, „ -c-j-j. -j. U+ Z₁J₁ Unter Einführung von

Gitters 2 gegen Erde ist somit ■ · «

MS j 2L₁ .

Wenn 5 die Steilheit der Röhre 6 ist, erhält man 7 = 27" Ψ = ~ (¹⁰)

Jp — S 2 · (2) läßt sich über die Schaltung nach Fig. 1 aussagen, daß

an ihren Klemmen ft und q bei einem Wicklungssinn des

Nimmt man in erster Näherung an, daß der Trans- 50 Transformators T, der negativen Werten von M ent-

formator die Eigenschaften eines idealen Übertragers spricht, die Impedanz JjZ₀, -Z₁I meßbar ist, wenn die

aufweist, so erhält man: Klemmen m und η mit der Impedanz

J₁ = —kj₉. (3) _z„ _{=Zi +} __rl_ _{+ φ} (H)

h ist hier das Übersetzungsverhältnis des Transformators. 55

Den Wert von J₁ in Gleichung (2) eingesetzt ergibt somit: beschaltet werden.

jj 2 ' B^e* Anwendung auf eine Regel- oder Entzerrer-

-=- = -Z₁ —=-7-. (4) schaltung besteht ein Interesse, dieselbe Impedanz Z

Ji mit den regelbaren Elementen zugleich in der Schaltung

^p- und k sind sehr viel größer als Eins anzunehmen, ^{6o md} ™ ^der Inversionsvorrichtung nach der Erfindung * benutzen zu können. Dies erreicht man, falls der Mittelderart, daß punkt der regelbaren Impedanz Z zugänglich ist, ohne 2 .. weiteres durch die Verbindung der Inversionsvorrichtung £5 "^ I ι' mit der ImpedanzZ durch eine Allsperre.

und daß ^6s ^*£" ^ ^zeigt ^ Ausführungsbeispiel eine Allsperre in

jj bekannter Form. Zwischen die Eingangsklemmen α und b

-γ—cz —Z₁. (5) der Schaltung sind zwei Impedanzen? und 8 vom

Ji 2

tv τ j τ j j· π · ·· · π JT Wert—-in Serie gelegt. Eine Ausgangsklemmen ist

Die Impedanz Z₁ und die Primärwicklung des Trans- 2 0 t> ο &

formators T zusammen sind somit gleich einer Impedanz 70 direkt mit der Klemme b und die andere Ausgangs-

klemme c mit dem Punkt e über die Primärwicklung eines idealen Transformators 9 mit dem Übersetzungsverhältnis —1 verbunden. Die Sekundärwicklung dieses Transformators ist parallel zur Impedanz 8 zwischen der Eingangsklemme α und dem Mittelpunkt e geschaltet.

I₂ sei der Eingangsstrom an den Klemmen c und d. Man erkennt leicht, daß ein Strom I₁ + I₂ zwischen den Punkten b und e in der Impedanz 7 fließt, während ein Strom I₁ — I₂ in der Impedanz 8 fließt. Die Spannung an den Klemmen a, b hat einen Wert ZI₁ und die Spannung an den Klemmen c-d einen Wert

|-(ii + h) -~{h-h) =ZI». .

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Inversionsvorrichtung nach der Erfindung.

Diese Anordnung, an deren Klemmen p und q das Inversionsergebnis auftritt, enthält in Serie die Eingangskreise zweier Vierpole Q₁ und Q₂ desselben Aufbaues wie der Vierpol p qmn nach Fig. 1.

Die Eingangsklemmen fi-r des Vierpols Q₁ sind an den Widerstand R₀ und seine Ausgangsklemmen M₁-^n über einen Widerstand R₁ und einen Kondensator γ_Λ mit den Klemmen d-c eines Vierpols Q₃ verbunden, welcher zusammen mit den beiden Hälften — der vorgegebenen

Impedanz Z, die umgewandelt werden soll, eine Allsperre bildet, welche der Allsperre nach Fig. 2 ähnlich ist. Der

Widerstand R₁ weist den Wert R₀ +

M₁

auf. Mit L₁

ist die Induktivität der Primärwicklung des Transformators T₁ bezeichnet, M₁ ist die wechselseitige Induktivität dieses Transformators und S₁ die Steilheit der Röhre P₁. Andererseits besitzt der Kondensator y_x

eine Kapazität, die gleich ist. Mit T₁ ist der Widerstand der Primärwicklung des Transformators T₁ bezeichnet.

Unter diesen Umständen ist die meßbare Eingangsimpedanz des Vierpols Q₁ gleich R\\Z + R₀.

Ferner ist ein Widerstand R₃ gleich aR₀ (cc > 0) mit den Eingangsklemmen r-q des Vierpols Q₂ verbunden, und die Ausgangsklemmen m_%-n desselben sind mit der Serienschaltung eines Widerstandes

2 L₂

M₂S₂ M₂S₂

und eines Kondensators mit - verbunden. Der Index »2«

2 -I ι (

1 -(- a
der Kapazität γ₂ =

kennzeichnet die Parameter des Transformators T₂ und der Röhre P₂.

Somit ist zwischen den Klemmen φ und r des Vierpols Q₁ eine Impedanz ||i?₀, — (R₀ + Z) || und zwischen den Klemmen r und q des Vierp.ols Q₂ eine Impedanz

ll^ai?t" - TT^

Folglich entsteht zwischen den Klemmen p und q der Gesamtschaltung aus den Vierpolen ^₁ und Q₂ eine in bezug auf R* umgekehrte Impedanz der gegebenen Impedanz Z, die mit den Klemmen α und δ des Vierpols Q₃ verbunden ist.

Die Anordnung nach der Erfindung kann insbesondere benutzt werden, um die Umkehrung von Impedanzen durchzuführen, die Thermistoren oder Induktivitäten enthalten, deren Wert von der Intensität eines magnetischen Feldes abhängt. Beispielsweise finden bei Übertragungssystemen mit koaxialen Leitungen witterungsbedingteDämpfungsverzerrungenselbsttätigausgleichende Entzerrer Anwendung, die ein überbrücktes T-Glied aufweisen, dessen Längszweige Wirkwiderstände enthalten und dessen Querzweig aus Wirkwiderständen und Kondensatoren aufgebaut ist, während der Überbrückungszweig aus Induktivitäten besteht, deren Wert von einem magnetischen Feld abhängt, das durch einen Steuerstrom beeinflußt wird. Bei Benutzung der Inversionsvorrichtung gemäß der Erfindung kann man erreichen, daß der Querzweig dieses überbrückten T-Gliedes eine umgekehrte Impedanz von derjenigen des Überbrückungszweiges besitzt. In diesem Fall bereitet die Aufteilung der Schaltelemente des Überbrückungszweiges in zwei Teile keine Schwierigkeiten; es genügt, die Wicklungen der steuerbaren Induktivitäten und die Widerstände, welche mit diesen verbunden sind, in zwei Hälften aufzutrennen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Aktive Schaltelemente enthaltendes impedanzinvertierendes Netzwerk, das eine an sein Ausgangsklemmenpaar angeschlossene Impedanz Z in eine an seinem Eingangsklemmenpaar auftretende Impedanz RIjZ umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß die am Eingangsklemmenpaar des impedanzinvertierenden Netzwerkes in Erscheinung tretende invertierte Impedanz sich als Summe der Eingangswiderstände zweier eingangsseitig durch Vierpol-Reihenschaltung miteinander verbundener, aktive Schaltelemente enthaltender Vierpole (Q₁ und Q₂) ergibt, von welchen der eine, an seinem Eingangsklemmenpaar die Impedanz —R₀ aufweisende Vierpol ausgangsseitig durch eine aus passiven Schaltelementen bestehende Impedanz (γ, R₂) abgeschlossen ist, während der andere, an seinem Eingangsklemmenpaar die Impedanz R\\Z + R₀ hervorbringende Vierpol ausgangsseitig über zwei Längsimpedanzen (γ, R₁) mit einer Sparbrückenschaltung verbunden ist, deren zwei Brückenzweigimpedanzen durch zwei in Serie geschaltete Impedanzen von halber Größe der zu invertierenden Impedanz Z gebildet wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Französische Patentschrift Nr. 886 452;
   Journal of The Institution of Electrical Engineers, Bd. 65, 1927, S. 373 bis 376.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen