DE1015855B - Gabelschaltung mit einem Gabeltransformator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Gabelschaltungen, wie sie z. B. für Fernsprechzwecke in Stationen verwendet werden, in denen Zweidrahtleitungen an Vierdrahtleitungen angeschlossen oder Verstärker für den Zweirichtungsverkehr über Zweidrahtleitungen vorgesehen sind. Solche Gabelschaltungen ermöglichen die Übertragung zwischen je einem von zwei Signalkreisen einerseits und einem dritten Signalkreis andererseits und verhindern die Übertragung zwischen den beiden erstgenannten Signalkreisen untereinander, wenigstens über die Gabelschaltung. Meistens ist eine solche Schaltung aus einem möglichst linearen Transformator aufgebaut, dessen Primärwicklung in einer der Adern oder, falls Symmetrie gegen Erde erwünscht ist, in beiden Adern des dritten Signalkreises angeordnet ist. Die Sekundärwicklung führt zu einem der beiden übrigen Signalkreise, und eine Mittelanzapfung der Primärwicklung in der einen Ader und ein Punkt der anderen Ader des dritten Signalkreises oder, wenn vorhanden, die Mittelanzapfung der anderen Primärwicklung, bilden die galvanischen Verbindungspunkte mit dem anderen der beiden übrigen Signalkreise. Hierbei ist es wichtig, daß die beiden Teile des dritten Signalkreises beiderseits der Gabelschaltung möglichst abgeglichen sind.

Die Sekundärwicklung des oben geschilderten Gabeltransformators führt in vielen Fällen zum Eingang eines Verstärkers, der die vom dritten Signalkreis stammenden Signale verstärkt weiterleitet.

Die Erfindung schafft eine Schaltungsanordnung, die zugleich die Funktion eines Gabeltransformators und eines Verstärkers erfüllt, so daß eines dieser Elemente eingespart wird. Erfindungsgemäß bilden die im dritten Signalkreis liegenden Primärwicklungen des Gabeltransformators als dessen einzige Wicklungen zugleich die Eingangswicklungen eines mit dem Gabeltransformator vereinigten Verstärkers, dessen Wirkungsweise auf dem HallefFekt oder auf dem Einfluß beruht, den ein Magnetfeld auf die elektrische Leitfähigkeit halbleitender Stoffe ausübt (galvanomagnetischer Effekt).

Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer üblichen Gabelschaltung;

Fig. 2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele von Gabelschaltungen nach der Erfindung zum Übergang von Zweidraht- auf Vierdrahtkreise, und

Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele von Zweidrahtverstärkern nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Gabelschaltung, wie sie zum Anschluß einer Zweidrahtleitung an ein Vierdrahtsystem verwendet wird. Mit 1, 2 und 3 sind drei Signalkreise bezeichnet, bei denen eine Übertragung von 1 nach 3

Gabelschaltung
mit einem Gabeltransformator

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer.nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte" Priorität:
Niederlande vom 11. Juli 1955

Simon Duinker, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

und von 3 nach 2 erfolgt, während eine Übertragung von 1 nach 2 und umgekehrt ausgeschlossen sein soll. Dies wird durch Verwendung eines Gabeltransformators VT erreicht, dessen Primärwicklungen a-b und c-d derart auf einen Kern aufgewickelt sind, daß die verschiedenen, von den Signalströmen des Kreises 3 erzeugten magnetischen Flüsse einander unterstützen. Dabei sind a, b, c und d so weit wie möglich gleiche Wicklungen, und die beiden Hälften des Signalkreises 3 in bezug auf die Punkte P und Q sind mittels der Nachbildung K möglichst abgeglichen. Um eine unverzerrte Übertragung von 3 nach 2 zu bewirken, soll die Magnetisierungskurve des Kernes wenigstens in demjenigen Teil möglichst linear sein, in dem der Kern ausgesteuert wird. An die Sekundärwicklung e des Transformators VT ist ein Verstärker V angeschlossen.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung, welche die gleiche Aufgabe wie die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 hat, bei der aber der Gabeltransformator VT und der Verstärker V durch die Kombination C ersetzt sind. M stellt dabei einen plattenförmigen Körper aus einem Material dar, das den sogenannten HallefFekt aufweist.

Beim HallefFekt wird die Erscheinung benutzt, daß bei der Elektronen- oder Defektelektronenleitung durch einen Körper, der außerdem von einem Magnetfeld beeinflußt wird, von dem mindestens eine Komponente in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung der genannten Ladungsträger wirksam ist,

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eine elektrische Feldstärke senkrecht zu der aus der Strömungsrichtung der Ladungsträger und der Richtung der genannten Magnetfeldkomponente gebildeten Ebene entsteht. Dieser elektrischen Feldstärke entspricht eine elektromotorische Kraft, die als Hallspannung bezeichnet wird.

Die elektrische Feldstärke E hängt dabei in folgender Weise mit der Stromdichte / der genannten Ladungsträger, der magnetischen Feldstärke H und dem Winkel α zwischen der Strömungsrichtung der Ladungsträger und der Richtung des Magnetfeldes zusammen:

E = R · j · sin α,

wobei R eine als Hallkoeffizient bezeichnete Konstante darstellt.

Obgleich jeder Stoff, in dem freie Ladungsträger vorkommen, den Halleffekt aufweist, wird nicht jeder Stoff zur Anwendung bei einer Einrichtung nach der Erfindung in Betracht kommen, da der Koeffizient R, der für die Intensität der auftretenden Wirkung maßgebend ist, einen bestimmten Mindestwert übersteigen soll, damit die erforderliche minimale, für Verstärkungszwecke brauchbare elektrische Spannung erzeugt wird. Stoffe, die in dieser Beziehung günstige Eigenschaften haben, sind bekanntlich Germanium und Silizium.

Der Körper M ist mit metallischen Belägen 4 und 5 versehen, die mit einer Gleichspannungsquelle B verbunden sind. Den mit dem Signalkreis 2 verbundenen Belägen 6 und 7 des Körpers M kann die sogenannte Hallspannung entnommen werden, die unter dem Einfluß eines vorzugsweise senkrecht zum plattenförmigen Körper M stehenden Magnetfeldes entsteht. Weil in der dargestellten Schaltungsanordnung die Stromdichte; konstant ist, ist die Hallspannung der Magnetfeldstärke proportional.

Dieses Magnetfeld wird von Strömen erzeugt, die in den im Signalkreis 3 liegenden Spulen a-b und c-d fließen. Diese Spulen sind zu diesem Zweck z. B. auf einen ringförmigen ferromagnetischen Kern F₁ aufgewickelt, der mit einem Luftspalt 8 versehen ist, in dem der plattenförmige Körper M untergebracht ist.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der galvanomagnetische Effekt ausgenutzt wird. In den Fig. 2 und 3 sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 3 stellt G einen plattenförmigen Körper aus einem Material dar, das den galvanomagnetischen Effekt aufweist. Unter galvanomagnetischem Effekt ist die Erscheinung zu verstehen, daß der elektrische Widerstand bestimmter Stoffe, wie z. B. Wismut, Germanium und Indium-Antimon, verhältnismäßig stark von Magnetfeldern abhängig ist, die in Queroder in Längsrichtung auf die Ladungsträger in diesen Stoffen einwirken. Die Größe des elektrischen Widerstandes solcher Stoffe wird also von den auf die Ladungsträger einwirkenden Magnetfeldern gesteuert. Es sei bemerkt, daß die auftretenden Widerstandsänderungen lediglich von der Größe des Magnetfeldes in einer bestimmten Richtung, nicht aber von der Polarität dieses Feldes abhängen. Der Zusammenhang zwischen elektrischem Widerstand und Magnetfeld ist also quadratisch, so daß, wie bekannt, bei auf diesem Effekt beruhenden Verstärkern das steuernde Magnetfeld einem konstanten Vormagnetisierungsfeld überlagert werden muß.

Um dieses konstante Vormagnetisierungsfeld im Körper G wirksam zu machen, kann der ferromagnetische Kern -F₂, in dessen Luftspalt 8 der Körper G untergebracht ist, z. B. mit zusätzlichen Wicklungen, die von einem konstanten Strom durchflossen werden, versehen oder wenigstens teilweise aus permanentmagnetischem Material hergestellt sein. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist angenommen, daß letzteres zutrifft.

Der Körper G ist mit metallischen Belägen 9 und 10 versehen, die mit einer Gleichspannungsquelle B und z. B. der Primärwicklung eines Ausgangstransformators T verbunden sind. Die Sekundärwicklung dieses Transformators bildet den Eingang des Signalkreises 2. Die Widerstandsänderungen des Körpers G, die unter dem Einfluß der von den in den Spulen a-b und c-d des Kreises 3 fließenden Signalströmen erzeugten Magnetfelder auftreten, rufen an diesem Transformator T den genannten Strömen proportionale Spannungen hervor.

Entsprechend den beabsichtigten Wirkungen kann eine positive oder negative Strom- oder Spannungsrückkopplung Anwendung finden. In Fig. 3 ist z. B. die Schaltungsanordnung mit einem Stromrückkopplungskreis von dem Ausgang des Transformators T zur Primärseite des Gabeltransformators versehen. Entsprechend dem Wicklungssinn der Wicklung f tritt Mit- oder Gegenkopplung auf.

Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung, die z. B. bei Verstärkern in Zweidrahtleitungen für den Zweirichtungsverkehr zur Anwendung kommen kann. Die Verstärker sind im vorliegenden Fall von der in Fig. 2 dargestellten Art. Die Figur bedarf keiner näheren Erläuterung.

Fig. 5 zeigt eine ähnliche Schaltungsanordnung, aber mit nur einem einzigen für beide Richtungen wirksamen Verstärker. Die beiden Kabelhälften beiderseits der Punkte P und Q müssen in diesem Fall hinreichend abgeglichen sein.

Besitzt eine Station oder ein Amt mehrere solcher Kombinationen eines Gabeltransformators und eines Verstärkers, so kann die Speisung, in den Fig. 2 und 3 von der Spannungsquelle B geliefert, aus einer gemeinsamen Quelle erfolgen, ebenso wie die etwaige Gleichstromvormagnetisierung.

Schließlich sei noch bemerkt, daß es im Hinblick auf einen ausreichenden Verstärkungsfaktor der auf den erwähnten Effekten beruhenden Verstärker und im Hinblick auf eine Verringerung des Wärmerauschens vorteilhaft ist, die genannten Kombinationen in Räumen unterzubringen, in denen eine möglichst niedrige Temperatur herrscht.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gabelschaltung zur Übertragung zwischen je einem von zwei Signalkreisen einerseits und einem dritten Signalkreis andererseits, bei der eine Übertragung zwischen den beiden erstgenannten Signalkreisen untereinander, wenigstens über die Gabelschaltung verhindert ist, mit einem Gabeltransformator mit im dritten Signalkreis liegenden Primärwicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungen des Gabeltransformators als dessen einzige Wicklungen zugleich die Eingangswicklungen eines mit dem Gabeltransformator vereinigten Verstärkers bilden, dessen Wirkungsweise auf dem Halleffekt oder auf dem Einfluß beruht, den ein Magnetfeld auf die elektrische Leitfähigkeit halbleitender Stoffe ausübt (galvanomagnetischer Effekt). ^:

2. Gabelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strom- oder Spannungsrückkopplung vorgesehen ist, indem der Ausgangs-

kreis (2) des Verstärkers mit einer Wicklung (/) verbunden ist, die auf dem gleichen ferromagnetischen Kern (F₂) wie die Primärwicklungen (a-b, c-d) des Gabeltransformators angeordnet ist.

3. Gabelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Wirkungsweise des Verstärkers auf dem galvanomagnetischen Effekt beruht, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Kern (F₂), auf dem die Primärwicklungen (a-b, c-d) des Gabeltransformators angeordnet sind, wenigstens teilweise aus permanentmagnetischem Werkstoff besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen