DE1024572B - Schaltungsanordnung, insbesondere Gabelschaltung fuer Fernmeldeeinrichtungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit drei Klemmenpaaren und mindestens einem elektrisch gesteuerten Umschalter zur wahlweisen Verbindung des ersten oder zweiten Klemmenpaares mit dem dritten Klemmenpaar, insbesondere Gabelschaltung für Fernmeldeeinrichtungen.

Bei Gabelschaltungen mit Brückenschaltung und Differentialübertragern ist eine hohe Fehlerdämpfung bezüglich der zu trennenden Stromwege (Vierdrahtseite) nur unter der Voraussetzung erreichbar, daß in Verbindung mit symmetrischen Übertragern die Impedanz der Nachbildung in Betrag und Phase genau derjenigen der Zweidrahtseite entspricht. Die Impedanz oberirdisch verlegter Freileitungen, Kabel und provisorisch verlegter Feldleitungen ändert sich nun aber infolge von Temperatur- und Witterungseinflüssen in der Regel innerhalb von Stunden derart, daß zur Einhaltung der genannten Forderung eine fortwährende Anpassung der Nachbildung notwendig wäre. Ebenso ist bei jedem Standortwechsel einer transportablen Zentrale vor dem Anschluß an ein anderes Netz eine Anpassung der Nachbildung erforderlich. Diese Nachteile lassen sich mit Gabelschaltungen vermeiden, die zur Trennung der Stromwege Anordnungen enthalten, deren Wirkung der eines Umschalters entspricht. Zwar sind auch in diesem Falle besondere Maßnahmen zur Erzielung einer hohen Fehlerdämpfung bei geringer Durchgangsdämpfung zu treffen; die Verwirklichung derselben ist jedoch mit erheblich geringerem Aufwand möglich und weniger schwierig als eine genaue Nachbildung der Zweidrahtseite. Im Gegensatz zu Brücken-Gabelschaltungen, bei denen sich eine mangelhafte Nachbildung in einem dem Verlauf der Signalspannung getreu folgenden Fehlstrom auswirkt, hat eine bei einer Umschalter-Gabelschaltung mögliche Speicherwirkung, die durch die Blindkomponente der Impedanz einer der angeschlossenen Leitungen hervorgerufen werden kann, zur Folge, daß sich die gespeicherte Energie gemäß einer rasch abklingenden Exponentialfunktion in der Sperrichtung entlädt. Durch geeignete Wahl der Periodendauer der die Umschaltung steuernden Wechselspannung läßt sich der störende Einfluß dieses exponentiell abklingenden Fehlstromes in zulässigen Grenzen halten.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Brückenschaltung, von der zwei gegenüberliegende Zweige und die beiden Diagonalzweige je einen Gleichrichter, die zusammen eine Ringschaltung bilden, und die beiden anderen Zweige je einen Widerstand enthalten und deren gegenüberliegende Eckpunkte jeweils an der Sekundärwicklung eines mit seiner Primärwicklung mit dem ersten bzw. zweiten Klemmenpaar verbundenen Übertragers liegen, während das dritte Klemmenpaar an die Mitte der Sekundärwicklungen dieser Übertrager und eine Steuerspannungs-S chaltungs ano rdrmng,

insbesondere Gabelschaltung

für Fernmeldeeinrichtungen

Anmelder:
Albiswerk Zürich A, G., Zürich (Schweiz)

Vertreter: Dr. M. Eule, Patentanwalt,
München 13, Kurfürstenplatz 2

Dipl.-Ing. Arno Welti, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

quelle an die Enden eines der Widerstände in den Brückenzweigen angeschlossen ist.

Entscheidend für die vorteilhaften Eigenschaften dieser Schaltungsanordnung hinsichtlich der Trennung der Stromwege ist das gemeinsame Auftreten dreier Wirkungen, die durch den Abgleich der Brücke, die Differentialwirkung der Übertrager und den Kurzschluß des abgetrennten Stromweges herbeigeführt werden.

Bei einer bekannten Gabelschaltung mit Umschalter sind demgegenüber je zwei separate Strompfade mit Ventilen vorhanden, die paarweise im Gegentakt geöffnet und geschlossen werden. Dabei verlaufen die Signalströme über die beiden jeweils geöffneten Ventile, zum Teil aber auch über die geschlossenen Ventile, deren endlicher Sperrwiderstand und deren Kapazität einen Stromdurchgang nicht gänzlich verhindern. Eine Brückenschaltung ist bei dieser bekannten Schaltungsanordnung nicht vorhanden, ebenso fehlen die erfindungsgemäß den einen Übertragerwicklungen parallel geschalteten Ventile, die den zu trennenden Stromweg kurzschließen, um störende Potentialdifferenzen an denselben auszuschalten, die durch den endlichen Widerstand der gesperrten Ventile und deren Kapazitäten hervorgerufen werden können.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sind nachstehend verschiedene Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 9 erklärt. Es zeigt

Fig. 1 einen einzelnen Umschalter als Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 die Abhängigkeit der Rückflußdämpfung Br und der Dämpfung b'_F vom Phasenwinkel ψ der Belastung am einfachen Umschalter,

Fig. 3 die Dämpfung b'_F in Funktion des Betragen Z₁ mit dem Phasenwinkel φ als Parameter,

709 880/300

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Fig. 4 den ungefähren Bereich der zeitlichen Schwan- gleiche Ventilzellen und symmetrische Übertragerwickkungen von Betrag und Phase des Kennwiderstandes lungen vorausgesetzt. Die Anordnung kann dann auch einer Feldtelephonieleitung, als abgeglichene Brücke aufgefaßt werden mit Zelle 2, Fig. 5 eine vorteilhafte Zusammenschaltung zweier Widerstand Rl, Zelle 4 und Widerstand R2 als Seiten-Umschalter als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin- 5 zweige und je einer sekundären Übertragerwicklung dung, parallel zu Zelle 1 bzw. 4 als Diagonalzweig. Drei Fig. 6 einen Vergleich der mit einer bereits bekannten verschiedene Wirkungen verhindern nun das Auftreten Gabelschaltung und der mit der erfindungsgemäßen einer Signalspannung am Klemmenpaar C, D: die Schaltungsanordnung erreichbaren Fehlerdämpfungen in abgeglichene Brücke mit dem spannungslosen Diagonal-Funktion der Signalfrequenz und bei einem bestimmten io zweig c, d, die Kompensation entgegengesetzt gleicher Nachbildungsfehler, Ströme in den beiden Wicklungshälften und der Kurz-Fig. 7, 8, und 9 je ein Blockschema einer Leitungs- Schluß der sekundären Wicklung des Übertragers Ue2 verstärkerschaltung als Anwendungsbeispiele der Erfin- durch die Zelle 3. Dieser Kurzschluß ist auch dann sehr dung. wirksam, wenn die Gleichgewichtsbedingungen für die Art Hand des Schaltplanes nach Fig. 1 sollen Aufbau 15 Brücke nicht allzu streng eingehalten werden. Ebenso und Wirkungsweise' eines einzelnen erfindungsgemäßen, wird durch die drei genannten Wirkungen die Überelektrisch gesteuerten Umschalters erläutert werden. Ein tragung einer am Klemmenpaar C, D angelegten Signal-Anschlußklemmenpaar A, B führt auf die Primärwick- spannung auf die Klemmenpaare E, F und A, B verlang des Übertragers UeI, dessen Sekundärwicklung die hindert.

beiden gegenüberliegenden Eckpunkte α und δ einer 20 Die Steuerspannung an Rl muß mindestens so hoch

Brückenanordnung speist. Das Entsprechende gilt für sein, daß sie nicht durch die an diesem Widerstand

das Anschlußklemmenpaar C, D, den Übertrager Ue2 auftretenden Signalspannungen kompensiert wird. Bei

und die Eckpunkte c und d. Ein weiteres Anschluß- der Bemessung von Rl muß unter Umständen der

klemmenpaar E, F ist mit den sekundärseitigen Wick- Innenwiderstand der Steuerspannungsquelle S berück-

lungsmitten der Übertrager UeI und Ue2 verbunden. 25 sichtigt werden. Es kann auch zweckmäßig sein, die

Zwei gegenüberliegende Seitenzweige und die beiden Spannungsquelle S anstatt parallel in Serie zu Al zu

Diagonalzweige der Brücke a, b, c, d enthalten je eine schalten. Sie wird dann von den Signalströmen direkt

Ventilzelle 1.. .4, die zusammen eine Ringschaltung durchflossen.

bilden. Die beiden anderen Seitenzweige der Brücke Zur Umschaltung, d. h. Signalübertragung zwischen enthalten je einen Widerstand Al bzw. R2. Im Seiten- 30 E, Fund C, D und Sperrung von und nach A, B, braucht zweig b, c ist eine Steuerspannung wirksam, die von der nun lediglich die Polarität der Steuerspannung gewechselt Gleichspannungsquelle S geliefert wird. zu werden. Dann sind die Zellen 1 und 2 in Durchlaß-Diese Anordnung wirkt nun als elektrisch gesteuerter richtung und die Zellen 3 und 4 in Sperrichtung vorUmschalter, indem das eine Mal ein elektrisches Signal gespannt. Die Funktionsweise der Schaltung ist genau zwischen den Klemmen A, B und E, F übertragen wird, 35 wie vorhin beschrieben, jedoch mit vertauschten Rollen ohne nach C, D zu gelangen, und ein anderes Mal —■ bei der Klemmen .4, B und des Übertragers UeI einerseits entgegengesetzter Richtung der Steuerspannung — das und den Klemmen C, D und dem Übertrager i7d;2ander-Signal zwischen den Klemmen C, D und E, F passieren seits.

kann, ohne nach A, B zu gelangen. Diese Wirkung Bei geeigneter Ausführung der Übertrager läßt sich kommt auf folgende Weise zustande: Eine Steuer- 40 erreichen, daß der Kennwiderstand Q der Schaltung spannung mit einer Polarität, wie sie in der Fig. 1 bei- — abgesehen vom Übersetzungsverhältnis der Überspielsweise angegeben ist, spannt die Ventilzellen 1 und 2 trager — an allen drei Klemmenpaaren annähernd gleich

in Sperrichtung, die Zellen 3 und 4 aber in Durchlaß- _{1 f}

richtung vor, so daß in den ersteren der Sperrwiderstand ist. Er beträgt dann ungefähr — j/Al · R2.
und in den letzteren der Durchlaßwiderstand wirksam ist. 45

In diesem Schaltzustand nehmen die Signalströme einen Ein Umschalter nach Fig. 1 läßt sich mit Vorteil auch Verlauf, wie er in Fig. 1 angedeutet ist. Im Übertrager UeI so verwenden, daß als Steuerspannung eine Wechselwerden sie zwischen der Primärwicklung und der sekun- spannung angelegt wird. Die Signalübertragung wechselt dären Wicklungshälfte Eb übertragen, verzweigen sich dann periodisch im Rhythmus der Steuerfrequenz im Punkt b auf Widerstand R1 und Ventilzelle 4 und 50 zwischen dem Klemmenpaar E, F einerseits und den fließen in entgegengesetzter Richtung durch die sekun- Klemmenpaaren A, B und C, D anderseits, während eine dären Wicklungshälften des Übertragers Ue2 nach der Übertragungzwischen den letztgenannten Klemmenpaaren Klemme F. Ist Widerstand R2 relativ hochohmig, so nicht stattfindet. Diese Schaltungsanordnung kann dann führen dieser und die gesperrten Zellen 1 und 2 sowie für ähnliche Aufgaben eingesetzt werden wie die in der die Wicklungshälfte Ea entsprechend geringe Signal- 55 Übertragungstechnik als Gabelschaltungen bezeichneten ströme. Entspricht Rl wenigstens annähernd dem Durch- Anordnungen.

laßwiderstand der Zelle 4, so weisen die Punkte c und d Bei jedem Nulldurchgang der Steuerwechselspannung gegenüber Klemme E bzw. F annähernd gleiches Potential setzt die Vorspannung für die Ventilzellen für einen auf, und dementsprechend werden die einander entgegen- kurzen Zeitmoment aus, und die Zellen steuern sich auf gesetzten Ströme durch die sekundären Wicklungshälften So mehr oder weniger unkontrollierbare Weise durch des Übertragers Ue2 gleich groß sein, so daß an den Gleichrichtung der Signalspannungen selbst. Dies bewirkt Klemmen C, D keine resultierende Signalspannung auf- auch ein kurzes Durchlecken des Signals zwischen den zu tritt. Die Zelle 3 bewirkt im leitenden Zustand einen trennenden Klemmenpaaren A, B und C, D. Der angekräftigen Nebenschluß für die gesamte Sekundärwicklung nähert sprunghaften Widerstandsänderung der Ventilvon Ue2, so daß auch eine allfällige Potentialdifferenz 65 zellen bei Umkehrung der Vorspannung ist es jedoch zwischen c und d sich in diesem Übertrager nur schwach zuzuschreiben, daß die Dauer des Durchleckens im auswirken würde. Die Bedingungen für eine minimale Vergleich zu einer Periodendauer der Steuerspannung Signalspannung an den Klemmen C, D sind dann kaum ins Gewicht fällt. Man könnte vermuten, daß eine erfüllt, wenn Rl gleich dem Durchlaßwiderstand und Rechteckspannung zur Umschaltung besonders geeignet R2 gleich dem Sperrwiderstand einer Ventilzelle ist, 70 wäre. Versuche haben jedoch gezeigt, daß mit sinus-

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förmiger Steuerspannung praktisch gleich gute Resultate schaltung ist allein durch den Energierückfluß bestimmt, erzielt werden können. Ferner gilt für die Dämpfung zwischen C, D und Ä, B:

Für verzerrungsfreie Übertragung gilt als Richtlinie, b'p = 2δ/> -f- δ#, da z. B. das von C, D kommende und daß die Frequenz der Steuerspannung mindestens doppelt nach A, B zurückfließende Signal auf seinem Wege so hoch wie die höchste zu übertragende Signalfrequenz 5 zweimal die Durchgangsdämpfung bß des Umschalters gewählt werden soll. Können Verzerrungen in Kauf erfährt. Es kann beispielsweise gezeigt werden, daß bei genommen werden, so bringt die Wahl einer tieferen einem kapazitiven Energiespeicher Br in erster Linie Steuerfrequenz unter Umständen beachtenswerte Vor- vom Phasenwinkel φ der Impedanz Q₁ abhängt, und teile, wie später noch gezeigt werden soll. Eine obere zwar bei konstantem, an Z angepaßtem Betrag Z₁ und Grenze für die Steuerfrequenz ist erst dort gegeben, wo io vernachlässigbarem Einfluß der Steuerfrequenz nach der sich die Streukapazitäten der Schaltung, besonders der Funktion

Ventilzellen, schädlich auswirken, indem sie die Durch- , 1

gangsdämpfung für die Signale erhöhen. ^R ~ ^~'

In einer Gabelschaltung sind zwei Arten von Dämpfung *§ ~2~

von Bedeutung. Einmal erfahren die Signale auf ihrem *5

Weg zwischen den Klemmenpaaren E, F und A₁B Diese Funktion ist in Fig. 2 durch die Kurve 1 dargestellt, bzw. C, D eine Dämpfung. Diese sogenannte Durchgangs- Sie gilt für Z = Z₁ = 1000 Ω konstant, Signalfrequenz dämpfung b_D soll möglichst gering sein. Der durch die f = 1 kHz, Steuerfrequenz f_s = 10 kHz. Die Funktion Schaltelemente bedingte Anteil an der Durchgangs- geht für reelle Belastung gegen 30 und für rein imaginäre dämpfung kann in der Größenordnung von 0,1 bis 20 Belastung gegen 0. Kurve 2 stellt die gegenüber b_R um 0,2 Neper gehalten werden. Der Umstand, daß jeder der die doppelte Durchgangsdämpfung b_D erhöhte Dämpfung genannten Wege infolge der periodischen Umschaltung b'j? dar. Die gemessenen Werte der Kurve 2 bestätigen nur während der halben Zeit durchgeschaltet ist, bringt die theoretischen der Kurve 1 gut, indem die Werte für eine zusätzliche Durchgangsdämpfung von 0,69 Neper 2 · b_D alle annähernd gleich groß sind, nämlich Δ1 mit sich. Die andere Art Dämpfung, die sogenannte 25 = I₁SN, Zl2 = 1,7N und Δ3 = 1,8N. Die Abhängigkeit Fehlerdämpfung, ist ein Maß für die Dämpfung zwischen der um die zwei Durchgangsdämpfungen erhöhten den Klemmenpaaren A, B und C, D. Diese Dämpfung Fehlerdämpfung, also der Dämpfung b'_F vom Betrag Z₁ soll in einer Gabelschaltung möglichst hoch sein. Diese der Belastung zeigt Fig. 3, und zwar Kurve 1 für φ = 10³ Forderung ist an sich beim erfindungsgemäßen Umschal- und Kurve 2 für φ = 30°. Die Funktion weist in der ter erfüllt. Es können sich jedoch bei seiner Verwendung 30 Gegend der Anpassung an Z (1000 Ω) ein Minimum auf Schwierigkeiten einstellen, auf die im folgenden näher und ändert sich für höhere Z₁ nur noch wenig,
eingegangen werden soll. Die obigen Angaben in bezug auf den Phasenwinkel φ

Es sei angenommen, ein an den Klemmen A, B von Q₁ gelten nur, wenn der Imaginärteil der Belastung dauernd vorhandenes Signal werde nach den Klemmenis, F sich nur aus Komponenten mit denselben Vorzeichen übertragen, ohne daß es nach den Klemmen C, D 35 zusammensetzt. Enthält ^₁ neben kapazitiven zugleich gelangen soll. Ist die an E, F angeschlossene Belastungs- induktive Komponenten, so liegen kompliziertere Verhältimpedanz rein ohmisch, so wird sich die das Signal nisse vor. Dies ist besonders dann offensichtlich, wenn darstellende Energie darin augenblicklich und vollständig die Belastung aus einem Schwingungskreis besteht, der umwandeln. Eine nicht reelle Belastung an E, F wirkt mit der Resonanzfrequenz angeregt wird. Kapazitive jedoch für die von A, B zufließende Signalenergie als 40 und induktive Komponente kompensieren sich dann zu Speicher. Nach Umschaltung der Klemmen E, F nach φ = 0, währenddem die Speicherwirkung noch vorhan- C, D entlädt sich die gespeicherte Energie gemäß einer den ist.

Exponentialfunktion der Zeit teilweise nach den Klem- Es sei nun angenommen, daß die Impedanz Q₁ von

men C, D. Auf diese Weise kann also Signalenergie von einer Feldtelephonieleitung gebildet werde. Die Eigen- A, B nach C, D und auch umgekehrt von C, D zu A, B 45 schäften einer solchen Leitung sind in hohem Maße von gelangen. Dieser sogenannte Energierückfluß vermindert äußeren Bedingungen, wie Feuchtigkeit und Temperatur, die hohe Fehlerdämpfung des Umschalters auf uner- abhängig. Der Verlauf des Betrages Z₁ und des Phasenwünschte Weise. winkeis φ des Wellenwiderstandes einer solchen Leitung

Das Ausmaß dieser schädlichen Verminderung der in Funktion der Signalfrequenz f ist als Beispiel in Fehlerdämpfung ist von der Steuerfrequenz stark 50 Fig. 4 wiedergegeben. Hierbei geben die Kurven 1 und 2 abhängig. Es leuchtet ein, daß hierbei das Verhältnis für Z₁ und die Kurven 3 und 4 für φ die Grenzen an, zwischen der Zeitkonstante der Speicherentladung und zwischen denen die Werte innerhalb weniger Stunden der Dauer einer Steuerspannungsperiode von Einfluß schwankten. Die Schwierigkeit, eine sich diesen großen ist; z.B. wird bei langer Steuerspannungsperiode der Schwankungen dauernd anpassende Nachbildung zu Rückfluß relativ zur Periodendauer rasch abgeklungen 55 schaffen, setzte bisher der in diesen Leitungen anwendsein und damit eine nur unbedeutende Verminderung der baren Verstärkung eine Grenze, da eine hohe Verstärkung Fehlerdämpfung bewirken. eine hohe Fehlerdämpfung und diese wiederum eine gute

Der Einfluß der Steuerfrequenz erstreckt sich im Nachbildung voraussetzte. Bei Verwendung des erfinwesentlichen auf den Bereich zwischen halber und dungsgemäßen Umschalters als Gabelschaltung resultiert doppelter Signalfrequenz. 60 nach Fig. 2 ohne jegliche Nachbildung eine gewisse

Als Rückflußdämpfung b_R wird definiert: Fehlerdämpfung, die in einigen Fällen genügen kann.

I ^y Durch geeignete Zusammenschaltung zweier Um-

bR = -γ In -Vr-, schalter können jedoch wesentlich höhere Fehlerdämp-

^R . fungswerte erreicht werden, wie noch gezeigt werden soll. ■

wobei iVs die vom Umschalter an die an den Klemmen E, F 65 In Fig. S ist als Beispiel eine solche Kombination darliegende und an die Signalquelle g angepaßte Belastungs- gestellt. Erfindungsgemäß sind die beiden Anschlußimpedanz g_x abgegebene Signalleistung und Nr die von- klemmenpaare A', B' und C", D' je an ein in Serie ge-S₁ in dieselben Klemmen E, F des Umschalters rück- schaltetes Paar von Primärwicklungen der Übertrager fließende Signalleistung ist. Für die Fehlerdämpfung UeZl und UeIl bzw. Ue 22 und UeYl angeschlossen, gilt dann bj? = Br, d. h., der Fehler der Zweigweg- 70 Die Wechselspannungsquelle 5 steuert beide Umschalter

gemeinsam. Die Widerstände R13, RU, R23 und Ä24 dienen zur Entkopplung der Signalströme in RIl und R 21. Der Umlauf sinn der im Ring geschalteten Ventilzellen bei den beiden Umschaltern ist, bezogen auf die Polarität der Steuerspannung, entgegengesetzt. So ist ζ-. B. von den beiden einander entsprechenden Zellen 11 und 21 in einem bestimmten Zeitmoment die eine durchlässig und die andere gesperrt. Dies hat zur Folge, daß die beiden Umschalter im Gegentakt arbeiten, d. h., die Signalübertragung erfolgt gleichzeitig über JJe 11 und Ue22, während Uel2 und £7e21 sekundärseitig kurzgeschlossen sind, und umgekehrt. Am Klemmenpaar El, Fl liegt die Leitung L mit dem Kennwiderstand Q^ und am Klemmenpaar E2, F2 die Nachbildung N mit der Impedanz Q_n.

Von der Leitung L aus erfolgt die Signalübertragung nach A', B' und C, D' auf ähnliche Weise, wie wenn nur ein Umschalter vorhanden wäre. Ein z. B. an C, D' angelegtes Signal wird hingegen infolge der Gegentaktschaltung abwechselnd nach der Leitung X und der Nachbildung Λ^Γ übertragen. Hierbei wird nun die kontinuierlich anfallende Signalenergie auch dauernd ausgenutzt, wogegen dies bei einem einzelnen Umschalter nur während der halben Zeit der Fall ist. Ein von Leitung und Nachbildung anfallender Rückfluß entlädt sich abwechselnd über UeIl und L^re21 nach den Klemmen A', B'. Hier wird sich das rückgeflossene Signal in dem Maße kompensieren, wie die Speichereigenschaften von 5i und 3a^t übereinstimmen.

An einer gewöhnlichen Gabelschaltung ist die Fehlerdämpfung gegeben durch den Ausdruck:

bp = In ——, Pl

wobei der Reflexionsfaktor zwischen Leitung und Nachbildung

j sL -c sy

Es bereitet oft Schwierigkeiten und ist in vielen Fällen gar unmöglich, die Frequenzabhängigkeit von Q/, ^so nachzubilden, daß über den ganzen Frequenzbereich ein geringer Reflexionsfaktor und damit eine hohe Fehlerdämpfung resultiert. In Fällen, wo "gi sich auch noch zeitlich ändert, müßte zudem ζ_Ν dauernd nachgestellt werden. Es besteht daher das Bedürfnis nach einer Gabelschaltung, in der auch mit einer schlechten Nachbildung noch eine relativ hohe Fehlerdämpfung erreicht werden kann. Dies ist nun bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 der Fall. Zum besseren \^Terständnis sei zunächst angenommen, daß bei den Impedanzen gj, und §λ^γ die Phasenwinkel <fi und φ χ übereinstimmen. Dann gilt für die Fehlerdämpfung die Formel:

bp — bjt = In

te-^

wobei φ = φι — φ_Ν,

Pl =

Zl — Z_n Zl + Zn

= Reflexionsfaktor zwischen Leitung und Nachbildung,

Reflexionsfaktor zwischen Leitung und Umschalter, Z_n ~ Z

Pn =

N 1-

= Reflexionsfaktor zwischen Nachbildung und Umschalter.

Von den drei Summanden der Formel sind die ersten beiden nur vom Phasenwinkel selbst, nicht aber von der Übereinstimmung der Beträge Zl und Z_n abhängig. Sie ergeben eine systematische Erhöhung der Fehlerdämpfung. Der dritte Summand läßt sich gut mit dem Ausdruck für die gewöhnliche Gabel vergleichen. Der Unterschied liegt darin, daß hierbei der Nenner des Bruches mit einer Zahl < 1 multipliziert wird, so daß der dritte Summand bzw. bp gegenüber der gewöhnlichen Gabel wiederum erhöht wird.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß im Betrieb die Phase φ sich prozentual bedeutend weniger ändert als der Betrag Zl der Leitung. Eine Übereinstimmung der Phasen von Qi und §# ist also leichter zu erreichen als eine Anpassung der Beträge. Bei verbleibenden Phasenunterschieden ist der Ausdruck für bp weniger übersichtlich, aber auch dann ergibt sich eine bedeutend höhere Fehlerdämpfung als mit der gewöhnlichen Gabel. Allgemein verhält es sich so, daß bei Phasendifferenzen und übereinstimmenden Beträgen der Impedanzen gi und 3a~ die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gegenüber der gewöhnlichen Gabelschaltung noch keinen Gewinn an Fehlerdämpfung zeigt. Je mehr aber der Nachbildungsfehler auf voneinander abweichende Beträge Z_L und Zχ entfällt, um so deutlicher tritt der Gewinn der erfindungsgemäßen Gabelschaltung hervor. Ferner ist der Gewinn um so größer, je kleiner die absoluten Phasenwinkel <fL und qr_N sind. Bei Phasenwinkeln 0° wird die erfindungsgemäße Anordnung schließlich völlig unempfindlich gegen beliebige Änderungen von Zl und Z_x. Da gerade die Nachbildung des Betrages die größte Schwierigkeit bereitet, ferner der Betrag Zl der Leitung viel größeren Schwankungen ausgesetzt ist als der Phasenwinkel, bringt die Erfindung einen beträchtlichen Zuwachs an systematischer Fehlerdämpfung. In Fig. 6 sind die Verhältnisse für einen beispielsweisen Nachbildungsfehler sowohl nach Betrag als auch nach Phase dargestellt, und zwar für Z_L = 2300 Ω, Z_n = 400 Ω, (fr, = 34,5", ψ_χ = 19=, alle Werte bei 1000 Hz. Kurve 1 gibt den Verlauf der Dämpfung b'p = 2 bß 4- Of für eine gewöhnliche Gabelschaltung an. Infolge der schlechten Nachbildung ist die Fehlerdämpfung bp nur noch sehr gering; die Dämpfung b'p ist zur Hauptsache durch die zwei Durchgangsdämpfungen 2 · bß = 2 · 0,35 N = 0,7N bestimmt. Mit derselben schlechten Nachbildung wird aber mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach Fig. 5 eine Dämpfung b'p gemäß Kurve 2 (Fig. 6) erzielt. Bei der Ermittlung des tatsächlich ausnutzbaren Gewinns an Fehlerdämpfung ist zu berücksichtigen, daß die Durchgangsdämpfung bß bei der erfindungsgemäßen Gabel höher ist (0,7 N) als bei der gewöhnlichen (0,35N).

Es ist daher von den Werten der Kurve 2 die doppelte Differenz der Durchgangsdämpfungen abzuziehen, also · 0,35 N = 0,7 N, was die Kurve 3 ergibt. Die Verwendung der Gabelschaltung nach Fig. 5 bringt demnach gegenüber der gewöhnlichen Gabel und bei den beispielsweise genannten Werten von Zl und Zy einen effektiven Gewinn an Fehlerdämpfung, wie er durch die Differenz der Kurven 3 und 1 in Fig. 6 gegeben ist.

Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen als Blockschemata Beispiele iür die Zusammenschaltung der als Gabelschaltung verwendeten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Fernmeldeleitungen und Leitungsverstärkern. Fig. 7 ist das Blockschema einer sogenannten Einrohr-Verstärkerschaltung. Mit DG ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nach Fig. S bezeichnet. Die Klemmenbezeichnungen korrespondieren mit denjenigen in dieser Figur. Das von den Fernmeldeleitungen Ll und L2 an A', B' durchgeschaltete Signal wird im Verstärker V verstärkt und über die Klemmen C, D' wieder auf die Leitungen gegeben. Das Filter F am Verstärkereingang hat die Aufgabe, die an A', B' mit dem Signal auftretende Steuerspannungskomponente und weitere unerwünschte Kombinationsfrequenzen wegzudämpfen. Damit wird verhindert, daß diese Komponenten mitverstärkt werden und dann über C, D' die Ventilzellen steuern. Der vorliegende Einrohr-Verstärker kommt ohne Leitungsnachbildung aus, d. h., jede Leitung ist gewissermaßen die Nachbildung der anderen. Mit den bisher bekannten Gabelschaltungen war dies wegen der geforderten hohen Nachbildungstreue nicht möglich. Die Schaltung nach Fig. 5 liefert aber auch bei Verwendung von stark voneinander abweichenden Leitungen L1 und L2 eine relativ hohe Fehlerdämpfung.

Das Blockschema einer Zweirohr-Verstärkerschaltung mit Gabelschaltungen nach Fig. 5 weicht nicht sehr von der Schaltung mit bereits bekannten Gabelschaltungen ab, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist. Die Übertragung erfolgt abwechslungsweise von Ll nach L2 über den Verstärker Vl und von L2 nach Ll über den Verstärker V2. Die Filter Fl und F 2 erfüllen dieselbe Aufgabe wie beim Einrohr-Verstärker (Fig. 7). Dank der hohen systematischen Fehlerdämpfung der Gabeln DGl und DG 2 können die Eigenschaften der angeschlossenen Leitungen gegenüber ihren Nachbildungen Nl und N 2 in weiten Grenzen schwanken, oder es kann eine hohe Verstärkung zur Anwendung kommen, ohne daß Selbsterregung der Verstärker eintritt. Jedenfalls können die Nachbildungen sehr einfach ausgebildet werden, so daß im wesentlichen nur der Frequenzgang von φ^- ungefähr mit demjenigen von φι übereinstimmt.

Es ist aber auch denkbar, daß als Gabelschaltung ein einfacher Umschalter nach Fig. 1 genügt. Insbesondere für Leitungsimpedanzen Q/, mit kleinen Phasenwinkeln ist seine Fehlerdämpfung recht hoch. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, beträgt Bf = b_R für φ = 10° mehr als 2 N. Solche und auch kleinere Phasenwinkel kommen z. B. bei Freileitungen vor, und die so erreichte Fehlerdämpfung wird in gewissen Fällen genügen. Die Zweirohr-Verstärkerschaltung vereinfacht sich dann nochmals beträchtlich, wie das Blockschema nach Fig. 9 zeigt. Die Gabelschaltungen Gl und G 2 sind einfache Umschalter nach Fig. 1 und kommen ohne jede Nachbildung aus. Die Funktion der Filter Fl und F 2 und der Verstärker Fl und V 2 ist dieselbe wie in Fig. 8.

Wie aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen hervorgeht, bringt die Erfindung einen großen Fortschritt

auf dem Gebiete der elektrisch gesteuerten Umschalter und der Gabelschaltungen für elektrische Signale.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit drei Klemmenpaaren und mindestens einem elektrisch gesteuerten Umschalter zur wahlweisen Verbindung des ersten oder zweiten Klemmenpaares mit dem dritten Klemmen-•^rpaar, insbesondere Gabelschaltung für Fernmeldeeinrichtungen, gekennzeichnet durch eine Brückenschaltung, von der zwei gegenüberliegende Zweige und die beiden Diagonalzweige je einen Gleichrichter (1 ... 4), die zusammen eine Ringschaltung bilden, und die beiden anderen Zweige je einen Widerstand (221,222) enthalten und deren gegenüberliegende Eckpunkte (a, b bzw. c, d) jeweils an der Sekundärwicklung eines mit seiner Primärwicklung mit dem ersten bzw. zweiten Klemmenpaar (A, B bzw. C, D) verbundenen Übertragers (UeI bzw. Ue2) liegen, während das dritte Klemmenpaar (E, F) an die Mitte der Sekundärwicklungen dieser Übertrager und eine Steuerspannungsquelle (5) an die Enden eines der Widerstände (221) in den Brückenzweigen angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des in dem einen Brückenzweig enthaltenen Widerstandes (221), an dem die Steuerspannung liegt, mindestens annähernd dem Durchlaßwiderstand und der Widerstandswert des Widerstandes (222) im gegenüberliegenden Brückenzweig mindestens annähernd dem Sperrwiderstand eines der Gleichrichter (1 ... 4) entspricht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Umschalter vorgesehen sind, deren entsprechende Übertrager (UeIl, Ue2l bzw. Uel2, Ue22) mit ihren jeweils in Reihe geschalteten Primärwicklungen am ersten bzw. zweiten Klemmenpaar (A', B' bzw. C, D') liegen und deren von einer gemeinsamen Steuerspannungsquelle (S) gespeiste Brückenschaltungen, bezogen auf die Polung der Steuerspannung, entgegengesetzte Durchlaßrichtungen der im Ring geschalteten Gleichrichter (11 ... 14 bzw. 21 ... 24) aufweisen, während die Mitte der Sekundärwicklungen der Übertrager (UeIl, Uel2) des einen Umschalters mit dem dritten Klemmenpaar (E 1, Fl) und die Mitte der Sekundärwicklungen der Übertrager (Ue21, Ue22) des anderen Umschalters über ein weiteres Klemmenpaar (E 2, F 2) mit einer Nachbildung (N) der am dritten Klemmenpaar anzuschließenden Impedanz verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 826 152;

Patentschrift Nr. 1363 des Amtes für Erfindungsund Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands;

USA.-Patentschrift Nr. 2 169 360.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen