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Einrichtung zum Mitsprechen und Mithören an Vierdraht- und Zweidrahtleitungen
Einrichtungen zum Mitsprechen und Mithören an Vierdrahtstromkreisen sollen folgende
Eigenschaften besitzen: 1. Die Einfügungsdämpfung soll möglichst gering sein, damit
die Anschaltung der Einrichtung an eine Leitung deren Zustand und die Pegelverhältnisse
praktisch nicht verändert.
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2. Die Bezugsdämpfung in Empfangsrichtung soll einen bestimmten Wert
aufweisen, der so festgelegt ist, daß damit der normalerweise auf der Leitung anstehende
Spannungspegel einen Schalleindruck normaler Lautstärke über den Hörer vermittelt.
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3. Die Bezugsdämpfung in Senderichtung soll einen bestimmten Wert
aufweisen, der so festgelegt ist, daß das in normaler Lautstärke besprochene Mikrophon
über den Sprechverstärker einen Pegel normaler Höhe auf die Leitung bringt.
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4. Die Rückhördämpfung soll bei normalem Leitungswiderstand einen
bestimmten Wert aufweisen, der so festgelegt ist, daß ein schwaches Rückhören im
Sprechzeug bemerkbar ist. Bei nicht abgeschlossener Leitung soll die Rückhördämpfung
möglichst groß sein, damit durch das fehlende Rückhören der Eindruck einer »toten
Leitung« vermittelt wird.
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5. Die Übergangsdämpfung soll möglichst groß sein, damit durch die
Einrichtung praktisch keine Verkopplung der beiden Leitungen erfolgen kann.
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Neben diesen Hauptforderungen sind noch einige Nebenbedingungen gestellt,
die die Störspannungsdämpfung, die Symmetrie, Klirrfaktor der Verstärker u. ä. betreffen
und durchwegs leicht zu erfüllen sind, weshalb sie im folgenden nicht weiter berücksichtigt
werden.
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Es sind verschiedene Einrichtungen zum Mitsprechen und Mithören bekanntgeworden,
mit. denen die Erfüllung der oben angeführten fünf Bedingungen angestrebt wurde.
So wurde beispielsweise versucht, durch geeignete Zusammenfügung mehrerer Gabelschaltungen,
Einschaltung von Verstärkern zum. Mikrophon und zum Hörer und hochohmige Ankopplung
an die Leitungen den gestellten Anforderungen , zu genügen. Die hochohmige Ankopplung
erfüllt Punkt 1 der oben angeführten Liste, die Verstärker garantieren die Erfüllung
der Bedingungen 2 und 3, und der richtige Abgleich der Gabelschaltungen gewährleistet
Punkt 5 und zum Teil auch Punkt 4, nämlich insofern, als für einen bestimmten Wert
des Leitungswiderstandes die betreffende Nachbildung und damit ein bestimmter Wert
der Rückhördämpfung erreicht werden kann.
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Bei einem vom Normalwert abweichenden Leitungswiderstand tritt jedoch
eine Verstimmung der Gabelschaltung auf, über die vom Mikrophon zum Hörer eine mit
dem Grad der Verstimmung wachsende Rückhörspannung gelangt. Da diese Rückhörspannung
vom Grad der Verstimmung und vom Verstärkungsfaktor des Sprech- und des Hörverstärkers
in gleicher Weise abhängt, bringt hier eine Vergrößerung der Eritkoppelwiderstände
zur Leitung hin keine Vorteile, denn die dadurch bewirkte Herabsetzung des Einflusses
der Leitungswiderstände wird mehr als aufgewogen durch die Tatsache, daß bei größeren
Entkoppelwiderständen die Verstärkungsfaktoren beider Verstärker erhöht werden müssen,
um die Punkte 2 und 3 weiterhin zu befriedigen.
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Ein anderer Lösungsweg des Problems führt zu einer Schaltung, in welcher
jeweils eine hochohmig wirkende Parallelschaltung des Eingangswiderstands eines
Hörverstärkers und des Ausgangswiderstands eines Sprechverstärkers an jede der beiden
Leitungen angeschlossen wird. Die Eingänge beider Sprechverstärker werden - eventuell
über weitere Entkoppelglieder oder Verstärkerstufen - an das gemeinsame Mikrophon
und die Ausgänge beider Hörverstärker werden - gegebenenfalls über weitere Entkoppelglieder
oder Verstärkerstufen - an den gemeinsamen Hörer angeschaltet. Damit lassen sich
die Forderungen 1, 2, 3 und 5 erfüllen. Die Forderung 4 läßt sich bei einer in der
erläuterten Weise aufgebauten Einrichtung näherungsweise durch eine vorgeschlagene
Einfügung eines Rückhörweges erfüllen, wenn auf diesem eine Kompensation über den
Abgleichpunkt
hinweg erfolgt, so daß bei starken Änderungen des
Leitungswiderstands - vor allem bei Leerlauf -eine nicht zu große Rückhörspannung
auftritt.
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Da auch mit der zuletzt genannten Methode keine vom Leitungswiderstand
vollkommen unabhängige Rückhördämpfung erzielt werden kann und - was bisher meistens
unbeachtet blieb - bei nicht abgeschlossener Leitung der von der Einrichtung auf
die Leitung gebrachte viel zu hohe Sprechpegel Störungen benachbarter Leitungen
hervorrufen kann, wird erfindungsgemäß eine Einrichtung zum Mitsprechen und Mithören
mit selbsttätiger Abschaltung des Sprechverstärkers bei zu hohem Leitungswiderstand
vorgeschlagen. Die im folgenden beschriebene Anordnung vermeidet mit Sicherheit,
daß ein zu hohes Rückhören entsteht und ein zu großer Pegel auf die Leitung gebracht
wird, wenn deren Widerstand einen bestimmten Wert - z. B. 2 k S2 bei üblichen Leitungen
mit 600 a Wellenwiderstand - überschreitet.
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Ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Mitsprechen
und Mithören ist in Fig. 1 wiedergegeben. Mit den Klemmenpaaren 1, 2 und 7, 8 wird
die Einrichtung an eine Vierdrahtleitung angeschlossen. Soll nur eine Zweidrahtleitung
abgefragt werden, so kann ein Eingang offenbleiben. Die Transformatoren 3 bzw. 9
trennen die Einrichtung potentialmäßig von den Leitungen. Sie weisen vorzugsweise
ein übersetzungsverhältnis 1 : 1 auf und können auf der Primärseite durch einen
Kondensator gleichstrommäßig aufgetrennt sein. Der auf der Leitung an den Klemmenpaaren
1, 2 bzw. 7, 8 anstehende Pegel wird durch den Empfangsverstärker 4 bzw.
10 (Bedingung 2 der eingangs angeführten Liste) verstärkt auf den Hörer 14
gebracht. Das Mikrophon 15 ist über den Sprechverstärker 5 bzw. 11 mit der Leitung
verbunden (Bedingung 3). Die Paralleschaltung des Ausgangs des Sprechverstärkers
5 bzw. 11 mit dem Eingang des Empfangsverstärkers 4 bzw. 10 ist hochohmig ausgeführt;
was sich beispielsweise durch eine Transistor-Kollektorstufe im Empfangsverstärker
und eine Emitterstufe mit geeigneter Gegenkopplung im Sprechverstärker verwirklichen
läßt. Ferner muß der Transformator 3 bzw. 9 eine genügend hohe Induktivität aufweisen.
Auf diese Weise ist die Einfügungsdämpfung gering und die Bedingung 1 erfüllt. Da
über die Verstärker 4, 5;: 10 und 11 die beiden Leitungen 1, 2 und 7, 8 entkoppelt
sind, ist auch die Bedingung 5 erfüllt. Für einen normalen Leitungsabschlußwiderstand
von z. B. 300 0 wird nun durch die Verstärkung und die Phasendrehung des Verstärkers
13 die vom Mikrophon 15 über den Sprechverstärker 5 bzw. 11 und den Empfangsverstärker
4 bzw. 10 zum Hörer 14 gelangende Rückhörspannung im gewünschten
Maße (Bedingung 4) kompensiert, wie dies bereits vorgeschlagen worden ist.
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Die bei starkem Anwachsen des Leitungswiderstands, besonders bei Leerlauf,
sich ergebende hohe Rückhörspannung und der dabei entstehende hohe Pegel auf der
Leitung wird dadurch vermieden, daß die Einrichtung zum hochohmigen Mitsprechen
und Mithören an Vierdraht- und Zweidrahtleitungen, bei der an beliebiger Stelle
ohne Auftrennen der Leitung und Einschalten eines Übertragungsgliedes eine hochohmig
wirkende Parallelschaltung des Ausgangswiderstands je eines Sprechverstärkers und
des Eingangswiderstands je eines Hörverstärkers an jede Leitungsseite einer Vierdrahtleitung
angeschaltet wird, je einen Oszillator 6 bzw. 12 enthält, der durch vorzugsweise
kapazitive Ankopplung an jeweils eine Leitungsseite derart mit dem Scheinwiderstand
der Leitung belastet ist, daß der Oszillator beim Anwachsen des Scheinwiderstands
der Leitung über einen definierten Wert hinaus zu schwingen beginnt, wodurch am
Arbeitswiderstand des Oszillators ein Gleichspannungsabfall entsteht, der den zugehörigen
Sprechverstärker 5 bzw. 11 sperrt.
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Die Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Blockschaltbild der Fig.
1, bei dem der Oszillator 6 sowie der Sprechverstärker 5 in den Einzelheiten wiedergegeben
sind. Wenn der Oszillator 6 nicht schwingt, ist sein Transistor 25 durch den Widerstand
27 weitgehend gesperrt, und am Kollektor liegt über den Widerstand 26 die volle
Betriebsspannung. Der Basisstrom des Sprechverstärker-Transistors 18 wird dabei
durch die Serienschaltung der Widerstände 21 und 26 die volle Betriebsspannung bestimmt.
Bei geeigneter Bemessung dieser Widerstände sowie der anderen Schaltelemente 16,
17, 19 und 20 des Sprechverstärkern 5 weist dieser den gewünschten Verstärkungsfaktor
(Bedingung 3) auf.
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Wenn dagegen der Oszillator 6 schwingt, entsteht am Widerstand 26
ein Spannungsabfall, der bei richtiger Bemessung der Schaltelemente so groß ist,
daß die Gleichspannung am Kollektor des Transistors 25 unter der Emittervorspannung
19 des Transistors 18 liegt, so daß letzterer gesperrt wird.
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Wenn der Oszillator 6 bzw. 12 über einen Kondensator an die Leitung
bzw. an die entsprechende Stelle der Sekundärwicklung des Eingangstransformators
3 bzw. 9 angeschlossen wird und der Arbeitspunkt der Schaltung so eingestellt wird,
daß der Oszillator bei Leitungswiderständen kleiner als z. B. 2000 Q nicht schwingt
(zu starke Belastung) und bei größeren Leitungswiderständen schwingt, erfüllt die
Anordnung alle Anforderungen.
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Die frequenzbestimmenden Elemente des Oszillators werden so gewählt,
daß im Schwingfall eine möglichst hohe Frequenz entsteht, damit ein möglichst kleiner
Wert des Ankoppelkondensators 22 gewählt werden kann, wodurch die Einfügungsdämpfung
der Gesamteinrichtung nicht merklich verändert wird. In der Praxis haben sich Schwingfrequenzen
von 100 kHz und höher und entsprechende Koppelkondensatoren 22 von wenigen 100 pF
bewährt. Die Scheinwiderstände derartig kleiner Koppelkondensatoren sind im Sprachfrequenzband
ausreichend groß, so daß der Oszillator die Einfügungsdämpfung nicht verschlechtert.
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Für eine Oszillatorschaltung, die den gestellten Anforderungen entspricht,
sind viele Ausführungsformen denkbar. In der Praxis besonders bewährt hat sich die
in der Fig. 2 dargestellte Schaltung, die mit sehr wenigen und räumlich kleinen
Bauelementen auskommt: Der Oszillator wird von einem Flächentransistor 25 mit den
Widerständen 26 und 27, dem Kondensator 23 und der Spule 24 gebildet. Für die Schwingungsfrequenz
ist im wesentlichen die Induktivität und die Wickelkapazität der Spule 24 maßgebend.
Der Kondensator 23 dient in erster Linie zur gleichstrommäßigen Trennung der Potentiale
von Kollektor und Basis.
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Der Ankoppelkondensator 22 wird am günstigsten zwischen Spule
24 und Trennkondensator 23 angeschlossen. Wird der Transistor 25 über
einen relativ hochohmigen Widerstand 26 an die Betriebsspannung gelegt, dann ist
der Spannungsabfall beim Schwingen
des Oszillators groß, und der
Sprechverstärker wird sicher abgeschaltet.
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Der wesentliche Bestandteil der Erfindung ist also der hochfrequente
Oszillator, der in Abhängigkeit des Leitungswiderstandes bzw. in Abhängigkeit davon,
ob die Leitung leerläuft oder abgeschlossen ist, Schaltvorgänge auslöst. Die Besonderheit
liegt darin, daß der hochfrequente Oszillator von z. B. 160 kHz auf einen reellen
Abschlußwiderstand von z. B. 300 Ohm am fernen Ende der Leitung reagiert, obwohl
die hohen Leitungskapazitäten bzw. die Kapazitäten der Gestellverdichtung vorhanden
sind. mit dem Scheinwiderstand der Leitung belastet ist, daß der Oszillator bei
Anwachsen des Leitungsscheinwiderstands über einen definierten Wert hinaus zu schwingen
beginnt und daß der dadurch am Arbeitswiderstand des Oszillators entstehende Gleichspannungsabfall
den zugehörigen Sprechverstärker (5 bzw. 11) sperrt.
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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator
(6) zur Kleinhaltung des Kapazitätswerts des Ankoppelkondensators (22) auf eine
höhere Frequenz abgestimmt ist.
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3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Oszillator (6) einen Flächentransistor (25) enthält, zwischen dessen Kollektor
und Basis ein Parallelschwingkreis, bestehend aus einer Spule (24) und deren Wickelkapazität,
in Serie zu einem Trennkondensator (23) liegt.
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4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ankoppelkondensator (22) zwischen Parallelschwingkreis (24) und Trennkondensator
(23) des Oszillators (6) angeschlossen ist.
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5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Oszillator-Transistor (25) über einen wechselstrommäßig nicht überbrückten,
relativ hochohmigen Vorwiderstand (26) an der Speisespannung liegt.