DE1954000A1 - Signaluebertragungsvorrichtung - Google Patents

Description

TEXTRON INC., Providence, Rhode Island (V. --St. A.)

Signalübertragungsvorrichtung

(Zusatz zum Patent . (Pat.Anm. P 17 62 "137.3))

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Signalübertragungsvorrichtung zur Übermittlung von Ausgangssignalen von einer hochohmigen Impedanzquelle über einen Doppelleiter an einen entfernten Punkt.

Es ist sehr oft notwendig, ein von einer hochohmigen Spannungsquelle, beispielsweise einer piezoelektrischen Stromquelle abgeleitetes Signal über eine längere Leitung an einen entfernten Verwendungspunkt zu leiten. Es ist dabei wohl bekannt, daß aufgrund der Leitungskapazität und der Leitungsisolationswiderstände sehr starke Beschränkungen an die maximal überbrückbare Entfernung gesetzt sind. In der Vergangenheit wurden die verschiedensten Versuche gemacht, um diese Schwierigkeiten zu überwinden, jedoch weisen alle diese Versuche Nachteile und Beschränkungen auf.

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Ziel der urliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die gegenüber Leitungskapazitäten und Leitungsisolationswiderständen weniger empfindlich ist und die Verwendung längerer Leitungen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß

a) die Spannung einer regulierten Spannungsquelle über eine normalerweise kons tant gehaltene Impedanz an das Ende des Doppelleiters zur Übertragung von elektrischer Energie geführt ist,

b) eine elektronische Einheit an dem anderen Ende des Doppelleiters zur Leistungsaufnahme und Stromsteuerung angeordnet ist,

c) eine Anordnung zur Verbindung der hochohmigen danzquelle mit der elektronischen Einheit zur Steuerung der Durchgangseigenschaften von letzterer vorgesehen ist,

d) eine unabhängig von dem durchflaäßeneden Strom ein Ende des Doppelleiters im wesentlichen auf konstanter Spannung haltende Einheit mit dem zuerst genannten Ende des Doppelleiters angeschlossen ist, und

e) ein Ausgangssignal an der Impedanz in Funktion des dadurch fließenden Stroms erhalten wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen niederohmigen Ausgang am Verwendungspunkt auf, wodurch die Empfindlichkeit der auf der Leitung induzierten Spannungen und der beim Biegendes Kabels induzierten elektrischen Geräusche bei niedrigen Frequenzen minimiert werden. Das Frequenzverhalten des Systems wird dabei bei normalen

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Werten von Leitungsisolationswiderständen und Leitungskapazitäten nicht nachteilig beeinflußt«

Obv;ohl die vorliegende Erfindung zur Übertragung von beliebigen, aus hochohmigen elektrischen Quellen herstammenden Signalen verwendet werden kann, so liegt ihre wichtigste Anwendung doch in Verbindung mit Ladungsträger erzeugenden Signalquellen, beispielsweise pieoelektrisehen Wandlern» Demzufolge ist die vorliegende Erfindung: besonders vorteilhaft für die Übertragung von Signalen verwendbar, die durch Kondensatormikrofone, piezoelektrischen Temperaturmeßwertgeber und dergl. erzeugt werden.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltdiagramm der Signalübertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 einschematisches Schaltdiagramm eines Zusatzelements zu der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.

Fig. 3 ein Schaltdiagramm einer Ladungs-Stromwandlerstufe zum Ersatz der in Fig. 1 dargestellten Spannunsrs-Stromverstärkerstufe*

Fig. M- ein schematisches Schaltdiagramm zum Eichen des in Fig. "1 dargestellten Schaltkreises, und

Fig. 5 ein sshematisches Schaltdiagramm eines Kontrollkreises zur Überwachungsanzeige des Betriebszustandes des in Fig. 1 dargestellten Schaltkreises.

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Im folgenden soll auf Fig. 1-der Zeichnung Bezug genommen werden, in welcher ein piezoelektrischer Wandler 1o dargestellt ist, der am Eingang eines hochohmigen dargestellten Verstärkers 11 liegt. Der Verstärker 11 kann ebenfalls als Spannungsstromwandler angesehen werden. Ein Zweileiterkabel 12 mit verteilter Kapazität und Isolationswiderständen verbindet den Verstärker 11 mit einem innerhalb einer Einheit 13 angeordneten. Spannungssteuerelement. In Serie mit einem der beiden Leiter des Kabels 12 ist ein innerhalb einer Einheit 14 angeordnetes Stromsteuerelement angeordnet, welches durch das Spannungssteuerelement 13 gesteuert ist. Eine geregelte Gleichstrom-Strom-Versorgungseinheit 15 ist wie dargestellt über eine Impedanz 16 mit der Stromsteuereinheit 14 verbunden. Ein innerhalb einer Einheit 17 angeordneter Verstärker, der von der Stroinversorgungseinheit 15 gespeist ist, ist mit seinen Eingangsklemmen mit der Impedanz 16 verbunden. Aus einer Kapazität 18 und einem V/iderstand 19 bestehendes Netzwerk verbindet den Ausgang des Verstärkers 17 mit einem Ausgangsklemmenpaar 2o.

Im folgenden soll der Verstärker 11 genauer unter- . sucht werden, der mit seinen Eingangsklemmen 21 und 22 mit dem piezoelektrischen Wandler 1o bzw. einer ähnlichen Quelle verbunden ist. Dabei soll angenommen werden, daß der Verstärker 11 in der- Nähe des Wandlers 1o angeordnet ist. Die Klemme 22 ist über einen Leiter 23 mit der Ausgangsklemme 24 des Verstärkers 11 verbunden. Die Eingangsklemme 21 ist über eine Leitung 25 mit der Torelektrode 26 eines Feldeffekttransistors 27 verbunden. Die Quellenelektrode des Transistors 27 ist, wie dargestellt, über einen Widerstand 29 über einen Kondensator 30 mit der Klemmstelle von drei Widerständen31, 32 und 33 verbunden.

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Während der Widerstand 33 die Torelektrode 26 mit besagter Klemmstelle verbindet, bilden Widerstände 31 und 32 einen Spannungsteiler, der zwischen dem Leiter 23 und einer Ausgangsklemme 34- angeordnet ist. Die Ausgangsstufe des Verstärkers 11 besteht aus einem Stromsteuerelement in Form eines N-P-N-Transistors 35. Die Basiselektrode 36 des Transistors 35 ist, wie dargestellt, mit der Abflußelektrode 37 ä'es Feldeffekttransistors 27 verbunden. Die Kollektorelektrode des Transistors 35 ist hingegen mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 29 und der Quellenelektrode 28 verbunden. Die Emitterelektrode 39 ist mit der Ausgangsklemme 34· verbunden.

Das Zweileiterkabel 12 verbindet, wie dargestellt, die Ausgangsklemmen 24- und 34- des Verstärkers 11 mit den Eingangsklemmen 4-o und 41 des AuswertungsStromkreises, der mehrere hundert Meter entfernt sein kann. Die Eingangskiemine 41 ist mit einer Erd- bzw. Bezugsleitung 42 verbunden. Die Impedanz 16 besteht, wie dargestellt, aus einem Widerstand 43 und einem dazu parallel liegenden Kondensator 44. Das Seriensteuerelement 14 ist,, wie dargestellt, ein P-N-P-Transistor 45.

Ein Stromkreis bildet sich somit von der Eingangsklemme 4o über einen Leiter 46 bis zur Emitterelektrode 47 eines Transistors 45 und-von dort über' die Kollektorelektrode 48, die Parallelschaltung dss Widerstandes 43 und des Kondensators 44 und über eine Leitung 49 bis zur negativen Klemme der Stromversorgungseinheit 15 aus. Die positive Klemme der Stromversorgung 15 ist mit der Leitung 42 verbunden.

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Von der negativen Klemme der Stromversorgungseinheit 15 wird Strom über eine Leitung 49 und einen Lastwiderstand 50 zur Kollektorelektrode 5I eines weiteren P-N-P-Transistors 52 geleitet. In Serie geschaltete Widerstände 53 und 54 sind mit der Stromversorgungseinheit 15 verbunden, wobei der gemeinsame Klemmpunkt mit der Emitterelektrode 55 des Transistors 52 verbunden ist. Die Basiselektrode 55 des Transistors 52 ist hingegen mit dem Verbindungspunkt von zwei Widerständen 57 und 58 verbunden, die zwischen den Klemmen 4o und 41 angeordnet sind. Der Widerstand 57 ist. ferner durch einen parallel liegenden Kondensator 55 überbrückt.

Der Ausgangsverstärker I7 besteht aus einem P-N-P-Transistor 61 und einem N~P-N-Transistor 60, die in Kaskade miteinander verbunden sind. Die Basiselektrode 62 des Transistors 60 ist, wie dargestellt, durch einen Leiter direkt mit dem Verbindungspunkt, dem Widerstand 43 und der Kollektorelektrode 48 des Transistors 45 verbunden. Die Emitterelektrode 63 des Transistors 60 ist hingegen über einen Widerstand 64 mit dem gegenüberliegenden Ende des Widerstandes 43 verbunden. Die Kollektorelektrode 65 des Transistors 60 ist direkt mit der Basiselektrode 66 des Transistors 6^ verbunden. Die Köllektorelektrode 67 des Transistors 61 ist hingegen mit der Verbindungsstelle des Widerstandes 64 und der Emitterelektrode 63 verbunden. Die Emitterelektrode 68 des Transistors 61 ist über einen Widerstand 6.9 über eine Leitung 7.0 mit einer Erdleitung 42 verbunden. Die Leitung 7o ist ebenfalls mit der einen der beiden Ausgangsklemmen 2o verbunden. Die. andere Klemme ist hingegen, wie dargestellt, über den Widerstand 19 mit der Leitung 70 verbunden. Schließlich ist der Kondensator 7I zwischen der Basisä.ek-trode 66 und der Leitung 7o angeordnet.

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Es ist leicht zu erkennen, daß die Transistoren des Verstärkerkreises 11 ihre Leistung über einen Stromkreis beziehen, der von der negativen Klemme der Stromversorgereinheit 15 über den Leiter 49, denWiderstand 4-3, den Transistor 4-5, die Leitung 4-6, die Klemme 4-o, einen beider Leiter des Kabels 12 (vorzugsweise der innere Leiter, wenn das Kabel einKoaxialkabel ist), die Klemme 34·, die Transistoren 35 und 27» den Leitungswiderstand 29, von dort zur Klemme 24- und über den äußeren Leiter des Kabels 12, die Klemme 4-^, die Erdleitung 4-2 zur positiven Klemme der Stromversorgungseinheit 15 führt. Die von dem Wandler abgegebenen Signale erzeugen Leitfähigkeitsänderungen innerhalb des Transistors 35· Dadurch werden an den Klemmen 4-o und 4-1 Spannungsschwankungen erzeugt, welche über das aus den Widerständen 57 und 5? uiu dem Kondensator 59 bestehende Wetzwerk an die Basiselektrode 56 des Transistors 52 geleitet werden. Diese Spannungsenderungen werden mit einer Vergleichsspannung verglichen, die über dem aus den Widerständen 53 und 5^ bestehenden Spannungsteiler an die Emitterelektrode 55 geführt sind. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Widerstände 53 und 54· mit der Stromversorgungseinhext 15 verbunden sind. Demzufolge ändert "sich die Leitfähigkeit des Transistors 52 in bekannter Weise als Funktion der an den Klemmen 4-o und 4-1 auftretenden Spannung. ·

Veränderungen der Leitfähigkeit des Transistors 52 bedingen eine an dem Widerstand 50 auftretende Steuerspannung. Das wiederum bestimmt -die Leitfähigkeit und damit die Impedanz des Transistors 4-5 in bezug auf den zu der Klemme 4-o fließenden Strom. Daraus erklärt sich, daß aus den Einheiten 13 und 14 bestehender Stromkreis einen Spannungsregler darstellt, der im wesentlichen eine konstante Spannung an den Klemmen 4-o und 4-1 aufrecht

-it·-.

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erhält. Demgegenüber ändert sich jedoch der durch das Kabel 12 zum Verstärker fließende Strom. Diese Stromänderungen bedingen am Widerstand 43 ein Spannungssignal, welches durch die zwei Stufen des Verstärkers verstärkt wird.

Es soll verstanden sein, daß die Transistoren 27 und 35 einen unipolaren - bipolaren Kaskadenverstärker darstellen, der mithilfe des Feldeffekttransistors eine sehr hohe Eingangsimpedanz aufweist. Die Übertragungsei-genschaften dieses Verstärkers 11 werden durch das von dem piezoelektrischen Wandler 1o abgegebene Signal gesteuert.

Eine zufriedenstellende Ausführungsform des in Pig. 1 gezeigten Stromkreises wurde gebaut, wobei die folgenden, in der Tabelle angegebenen Werte verwendet wurden. Es soll verstanden sein, daß diese Werte in Form eines speziellen Ausführungsbeispiels gegeben sind.

Widerstände Kondensatoren

Bezugs- Ohm zeichen

19	100	K
29	1,000
31	3,3	M
32	2,2	M
33	22,0	M
43	1,000
5o	20,0	K
53	5,620
54	1,580
57	5,620
58	5,620
64	1,000
69	1,000

Be zugs-	/uF	Typ
zeichen	/
18	'50	2N2606
30	3,3 _, 2,2 χ 10 °	2N3904
44	1 , 0,1 X 10"-	2N3906
59 71	Transistoren	2N3906
Bezugs-	2N3904
zeichen	2N39O6
27
35
45
52 -
60
61

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-9-Stromversorgungseinheit 15 * 4-2 Volt.

Die maximal verwendbare Kabellänge einer gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Schaltdiagramm gebauten Vorrichtung kann wesentlich erhöht werden, indem zusätzliche Spannungssteuerkreise an gewissen Stellen entlang des Kabels gemäß der Darstellung in Fig. 2 angeordnet werden.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist innerhalb des Kabels zwischen den Klemmen 24- und 34·· auf einer Seite und den Klemmen 4-0, 4-1 auf der anderen Seite eine VierpolspannungsSteuereinheit 72 angeordnet. Die Steuereinheit besteht aus einem Seriensteuerelement bzw. einer veränderlichen Impedanz in der Form eines P-N-P-Transistors 75» der zwischen den Klemmen 74- und 75 angeordnet ist. Ein aus den Widerständen 76 und 77 bestehender Spannungsteiler ist, wie dargestellt, zwischen der Klemme 74- und einer Klemme 78 angeordnet. Die Verbindungspunkte der Widerstände 76 und 77 sind mit der Basiselektrode 79 eines anderen P-N-P-Transistors 8o verbunden. Die Kollektorelektrode 81 des Transistors 8o ist mit der Basiselektrode 82 eines Transistors 73 und von dort über einen Lastwiderstand 83 mit der Klemme 75 verbunden. Ein aus den Widerständen 84- und 85 und einem Kondensator 86 bestehender Stromkreis ist, wie dargestellt, zwischen der Klemme 75 und einer anderen Klemme 87 angeordnet. Die Emitterelektrode 88 des Transistors 8o ist mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der drei Elemente des erwähnten Stromkreises verbunden. Die Kollektorelektrode 89 des Transistors 73 ist mit der Klemme 75-und die Emitterelektrode 9o dieses Transistors mit der Klemme 74- verbunden.

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-Ιο-Die Funktionsweise der in Fig. 2 gezeigten Transistoren 73 und 8o ist im wesentlichen die gleiche wie der entsprechenden Transistoren 45 und 52 von Fig. 1. Obwohl in Fig. 2 nur eine Zwischensteuereinheit dargestellt ist, so können doch mehrere derartige Einheiten in geeigneten Abständen voneinander angeordnet werden. Typische Stromkreiskonsonanten sind in Fig. 2 des gezeigten Stromkreises wie folgt: Widerstände 76, 77 und 85 je 5620 Ohm. Widerstände 83 und 84 je 1° °fc^m· Kondensator 86 : 10/UF. Transistor 73 und 80: Typ 2N39O6.

Während die Spannungs-Stromverstärkerstufe 11 von Fig. im allgemeinen zufriedenstellend arbeitet, solange dieselbe nahe genug an der Signalquelle Io angeordnet werden kann, so ergeben sich doch gewisse Beschränkungen, wenn eine unmittelbare Anordnung dieser Stufe im Bereich der Quelle 1o nicht möglich ist. In diesem Fall ergibt sich nämlich aufgrund des hohen Impedanzeingangs eine Empfindlichkeit gegenüber Störgeräuschen und Schwierigkeiten mit der Eichung, insbesondere wenn eine derartige Schaltung mit ladungsträgererzeugenden Elementen wie piezoelektrischen Wandlern verwendet wird. Wenn des demzufolge notwendig ist, die erste Stufe des Signalübertragungssystems über ein Kabel hinweg in einem gewissen Abstand von der Signalquelle anzuordnen, erweist es sich als vorteilhaft, eine Ladungsstromwandlerstufe zu verwenden, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist.

Der in Fig. 3 dargestellte Stromkreis kann direkt anstelle der Spannungsstromverstärkeratufe 11 an der Eingangsseite zwischen den Klemmen 21, 22 und an der Ausgangsseite zwischen den Klemmen 24-, 34 verwendet werden. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Eingangsklemme 21 ' mit dem Verbindungspunkfc 91 zwischen einem Kondensator und einem Widerstand und der Gatterelektrode 94 eines

• -11-

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Feldeffekttransistors 95 verbunden. Die Quellenelektrode 96 des Feldeffekttransistors 95 ist direkt mit der die Klemmen 22, 24- verbindenden positiven Leitung 97 angeschlossen. Die Ablaufelektrode 98 des Feldeffekttransistors 95 ist über eine Leitung 99 mit der Kollektorelektrode 1oo eines Τί-P-N-Transistors io1 verbunden. Der Transistor 1o1 ist mit seiner Emitterelektrode 1o2 über einen Widerstand 1o3 mit der negativen Verbindungsleitung 1o4 verbunden, die zu der Anschlußklemme 34 führt. Eine aus einem Kondensator 1o5 und einer stromregulierenden Diode 1o6 bestehende Parallelschaltung verbindet die Basiselektrode 1o7 des Transistors 1o1 mit der Verbindungsleitung 1o4.

Die BasiaaLektrode ^o9 eines anderen N-P-N-Transistors 1o8 ist mit der Leitung 99 verbunden, während die Emitterelektrode 11ο dieses Transistors 1o8 über einen Widerstand "11 mit der Verbindungsleitung 1o4 und die Kollektorelektrode 1o2 mit der Basiselektrode 11? eines weiteren Transistors 114- verbunden ist. Der Verbindungspunkt zwischen den Kollektor- und Basiselektroden 112, 11-3 ist über einen Widerstand II5 mit der positiven Anschlußleitung 97 und über einen Kondensator 116 mit der Leitung 99 verbunden. Die Emitterelektrode Ho des Transistors I08 ist über eine aus einem Widerstand 118 und einem Kondensator i19 bestehende Parallelschaltung mit der Kollektorelektrode 117 eines P-N-P-Transistors 114 verbinden. Die Emitterelektrode 12o des Transistors 114 ist direkt mit der Verbindungsleitung 97 verbunden..

Die Kollektorelektrode II7 des Transistors 114 ist ebenfalls mit der Basiselektrode 121 eines weiteren

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P-N-P-Transistors 122 verbunden. Die Kollektorelektrode 123 des Transistors 122 ist direkt mit der Verbindungsleitung 1o4 verbunden. Die Emitterelektrode 124 des
Transistors 122 ist über zwei in Serie liegende Widerstände 125 und 126 mit der Verbindungsleitung 97
verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 125, 126 ist, wie dargestellt, mit dem Widerstand 93 verbunden. Der Rückkopplungspunkt bei der
Emitterelektrode 124 des Transistors 122 ist über eine
Leitung 128 mit dem freien Ende des Kondensators 92
und ebenfalls über den Widerstand 129 mit der Basiselektrode des Transistors Ιοί verbunden.

De Transistoren 95, Ιοί, I08, 114, 122 bilden in der
in Fig. 3 dargestellten Schaltung einen/Verstärker
mit einem hohen Verstärkungsfaktor in offener Schleife. Der erste Feldeffekttransistor 95 wird wegen seiner hohen Eingangsimpedanz und seiner hohen Spannungsverstärkung verwendet. Die Transistoren I08 und 114 bilden mit den entsprechenden Elementen, d.h. Widerständen 11,115» 118 und Kondensatoren 116, 119» einen Impedanzanpassungskreis zur Spannungsverstärkung zwischen dem Ausgang des Feldeffekttransistors 195 ^un(i cL^em Eingang des Ausgangstransistors 122. Während der Feldeffekttransistor 95
eine Spannungsverstärkung in der Größenordnung von 500
haben kann, kann die Impedanzanpassungsstufe mit den
Transistoren I08 und 114 einen Spannungsverstärker von
ungefähr 2 1/2 aufweisen.

Der Transistor 122 bildet mit seinen Ausgangsbelastungswiderständen 125, 126 einen weiteren Impedanzanpassungskreis. Der aus der Leitung 128, dem V/iderstand 129, der Diode I06 und dem Kondensator 1o5 gebildete Kreis ergibt eine niederfrequente Rückkopplung, durch welche der Betriebspunkt des Transistors Ιοί beeinflußt werden kann,

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welcher als Stromquelle für die negative Gleichstromrückkopplung zur Stabilisierung des Betriebsarbeitspunktes des Schaltkreises dient. Der den Verbindungspunkt 127 mit der Gatterelektrode 94 .des Feldeffekttransistors 95 verbindende Widerstand 93 ergibt zusätzlich eine niederfrequente Rückkopplung. Die durch den Kondensator 92 gebildete Verbindung -zwischen dem Emitter 124 und der Gatterelektrode 94 ergibt eine negative kapazitive Rückkopplung, die bei einem hohen Verstärkungsfaktor in offener Schleife bewirkt, daß die ganze Stufe eine hohe effektive Eingangskapazität aufweist.

Während des Betriebes wird die an der Gatterelektrode des Transistors 95 durch das der Klemme 21 zugeführte Ladungseingangssignal bewirkte Spannung verstärkt und mit negativer Phase an den Eingang über den Rückkopplungskondensator 92 zurückgeleitet, wodurch die Eingangsspannung am Verbindungspunkt 91 sehr nahe an Null gehalten ist. Es kann gezeigt werden, daß praktisch die gesamte Eingangsladung in dem Rückkopplungskondensator 92 gespeichert wird, so daß an seinen Klemmen eine Spannung erzeugt wird, die gleich dem Wert der Eingangsladung, dividiert durch die Kapazität, ist. Die an dem Emitter 124 des Transistors 122 auftretende Spannung ist demzufolge für alle praktischen Erwägungen gleich der Spannung des an dem Rückkopplungskondensator 92. Es kann ferner gezeigt werden, daß der durch den Transistor 122 zwischen den Klemmen 34 und 24 fließende Strom im wesentlichen proportional zu der an den Eingangsklemmen 21, 22 zugeführten Ladung ist,

Wenn der in Fig. 3 dargestellte Schaltkreis anstelle des Verstärkers 11 in der Schaltung von Fig. 1 ver-

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wendet wird, arbeiten der Schaltkreis und die Kabel 12 in genau derselben Art und Weise, wie dies bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung von Fig. 1 erörtert worden ist. Demzufolge ist das an den Ausgangsklemmen 2o von Fig. 1 erscheinende Spannungssignal proportional dem Ladungssignal der Klemmen 21, 22, sobald ein LadungsStromkonverter gemäß Fig. 3 verwendet ist.

Es ist oft wünschenswert, eine Eichung des oben beschriebenen Schältkreises vorzunehmen. Zu diesem Zweck kann der in Fig. 4 verwendete Stromkreis verwendet wer-

jjfc ' den, der aus einer Wechselstromquelle 13ο mit vorgegebenem Ausgangssignal und einem normalerweise offenen Testschalter 131, einem Überbrückungswiderstand 132, einem strombestimmenden Serienwiderstand 133 und einem Serienkondensator 134 besteht. Diese Elemente sind gemäß Fig. 4 mit den Ausgangsklemmen 135» 136 verbunden, welche mit den Klemmen 4o, 41 in der in Fig. 1 dargestellten Anordnung in Verbindung stehen. Sobald der Schalter 131 geschlossen wird, fließt ein Strom bekannter Größe in der Form eines Eichsignals an die Klemmen 4o, 41. Wenn das System in gewünschter Weise arbeitet, sollte eine Spannung vergebener GrSße an den Klemmen 2o auftreten. Der Kondensator 134 ergibt

ρ eine Entkopplung gegenüber Eichspannungen, die die Stromquelle 13o von der Stromversorgungsquelle 15 erreichen könnten. Der Widerstand 133 ist in bezug auf die Stromquelle 13o so gewählt, daß sich zum Eichen ein bekannter Strom ergibt. Der die Stromquelle 13o und den Schalter 131 überbrückende Widerstand 132 bewirkt, daß der Kondensator 134 geladen bleibt, wodurch Einschalteffekte beim Schließen des Schalters 131 vermieden werden.

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Da die Signalquelle 1o mit dem daran anschließenden Eingangskabel, der Konverter 11 bzw. der in Fig. 3 dargestellte Konverter und die Hauptlänge des Übertragungskabels 12 bis zu 1oo m von dem eigentlichen Verwendungspunkt angeordnet sein können, ist es wünschenswert, einen Stromkreis am Verwendungspunkt vorzusehen, durch welchen Fehlerstellen in den entfernten Teilen des Systems festgestellt werden können. Eine Anordnung zur Feststellung abnormaler Betriebszustand^ ist in Fig. 5 dargestellt.

Wie in Fig. 5 darstellt ist, sind die Schaltelemente des Überwachungskreises innerhalb eines Blockes 137 angeordnet. Von dem Stromkreis von Fig. 1 sind nur $en Elemente gezeigt, die für den Anschluß an den Schaltkreis 137 notwendig sind. Die Schaltelemente des Blokkes 137 sind zwischen der positiven und negativen Leitung 4-3 bzw. 49 angeordnet, wobei das Eingangssignal von dem Verbindungspunkt zwischen der Kollektorelektrode 48 und der starren Impedanz 16 abgeleitet ist. Demzufolge ist dieser Verbindungspunkt über eine Leitung 138 und einen Widerstand 139 mil; der Basiselektrode 14o eines N-P-N-Transistors 141 verbunden. Die Kollektorelektrode IGL des Transistors 141 ist direkt mit der Leitung 142 verbunden. Zwischen der Leitung und der Basiselektrode 14o ist ebenfalls ein Kondensator 143 vorgesehen. Zwischen der Leitung 149 und der Emitterelektrode 146 des Transistors 141 ist ein Paar ' von in Serie liegenden Widerständen 144, 145 vorgesehen. Ein weiterer Widerstand 147 führt von der Emitterelektrode 146 zu der Kollektorelektrode 148 eines N-P-N-Transistors 149, dessen Basiselektrode 150 mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 144, 145 verbunden ist. Die Emitterelektrode 151 des Transistors

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ist direkt mit der Leitung 49 verbunden. Die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 149 ist durch einen Widerstand 152 überbrückt. Ein weiterer N-P-N-Transistor 153 ist mit seiner Basiselektrode 154 mit der
Kollektorelektrode 148 des Transistors 149 verbunden. Die Emitterelektrode 155 des Transistors I53 ist direkt mit der Leitung 49 verbünden. Die Kollektorelektrode 156 des Transistors 153 ist hingegen über einen Widerstand 157 und eine in Serie dazu liegende Lampe mit der Leitung 42 verbunden.

Der Widerstand 139 und der Kondensator 143 ergeben
ein Tiefpaßfilter, durch welches das an der Kollektorelektrode des Transistors 45 erscheinende Signal,
d.h. der Spannungsabfall an der starren Impedanz 16,
der Basiselektrode 14o des Transistors 141 zugeleitet wird. Aufgrund der sich dadurch ergebenden Filterwirkung bewirkt dieses Signal einen Strom durch den Emitterkreis des Transistors 141, welches proportional zu dein Ruhestrom ist, der durch die Impedanz 16 an die
entfernten Teile des Systems fließt.

Die Widerstände 144, 145, 147 und 152 sind derart gewählt, daß der Emitterstrom des Transistors 141 in einer Weise verteilt wird, daß sich folgende Betriebszustände ergeben:

a) Wenn das System sich im Ruhezustand befindet bzw.
der konstante Strom abnormal niedrig ist, d.h. unter
einen bestimmten Grenzwert fällt, ist die Spannung an dem Emitter 146 nicht ausreichend, einen der beiden
Transistoren 149, 153 leitend zu machen, so daß die
Lampe I58 nicht aufleuchtet.

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b) Wenn der konstante Strom normal ist, ist die Spannung am Emitter 146 nicht ausreichend, den Transistor 149 leitend zu machen; der Transistor 153 ist jedoch leitend, so daß die Lampe 158 aufleuchtet.

c) Wenn ein abnormal hoher Langzeitstrom durch die Impedanz 16 fließt, dann ist die am Emitter 14-6 auftretende Spannung genügend groß, so daß ebenfalls der Transistor 14-9 leitend ist, wodurch der Transistor nicht-leitend gemacht wird und die Lampe 158 zum- Erlöschen gebracht ist.

Es ergibt sich demzufolge, daß die Transistoren 141, 149 und 153 derart angeordnet sind, daß sich ein Schaltkreis zur Steuerung und Signalisation der Lampe 158 ergibt. Demzufolge ergibt der in Pig. 5 dargestellte Schaltkreis eine Signalisation bei hohen und niedrigen Signalwerten mit einer entsprechenden Signalabgabe, wodurch/ongezeigt ist, ob das Gesamtsystem zufriedenstellend arbeitet oder nicht.

Es soll verstanden sein, daß' der Eichkreis von Fig. und der Überwachungskreis von Fig. 5 allein oder gemeinsam in Verbindung mit dem Stromkreis von Fig. 1 verwendet werden können, wobei wahlweise ein Spannungsstromkonverter 11 oder ein Ladungsstromkonverter gemäß Fig. 3 verwendbar ist. Ferner kann in all diesen Fällen zusätzlich ein in der Leitung liegender Regulator gemäß Fig. 2 verwendet werden.

Im Hinblick auf den Transistor 35 und den Widerstand 29 von Fig. 1 bzw. den Transistor 122 und die Widerstände 125 und 126 von Fig. 3 ergibt sich, daß jeder dieser Transistoren für sich als Stromsteuerelement

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angesehen werden kann, welches zwischen den mit dem Hauptübertragungskabel in Verbindung stehenden Ausgangsklemmen in Serie mit einem starren Belastungsimpedanz, d.h. dem zugehörigen Widerstand, angeordnet ist.

Typische Werte der ii*&en Fig. 3 bis 5 verwendeten
Schaltelemente sind wie folgt:

Kondensatoren

Widerstände	Ohm
Bezugs-
zeichen	22 M
93	10 K
1o5	18 K
111	18 K
115	27 K
118	923
125	47
126	39 K
129	22 K
132	1 K
133	150 κ
139	470
144	10 K
145	10 K
147	2,7 K
152	1,2 K
157

el, lampe; 14 V. 27 ma.

Be zugs-	AlF	Typ
zeichen	1
92	180x10
105	0,022
116	0,1
119	100x10
134	2x1 O^
143	Halbleiter
Bezugs-
zeichen

95	2N3698
101	D26E-1
106	1N5283
108	D26E-1
114	2N3906
122	2N3906
141	2N3904
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Claims (1)

1. -19-Patentansprüche;

   1 . Signalübertragungsvorrichtung zur Übermittlung von Ausgangssignalen von einer hochohmigen Impedanzquelle über einen Doppelleiter an einen entfernten

   Punkt nach Patent . (Patentanmeldung

   P 17 62 1?7.3), dadurch gekennzeichnet, daß:

   a) die Spannung einer regulierten Spannungsquelle (15) über eine normalerweise konstant gehaltene Impedanz an das Ende des Doppelleiters (12) zur Übertragung von elektrischer Energie geführt ist,

   b) eine elektronische Einheit (11) an dem anderen Ende des Doppelleiters (12) zur Leistungsaufnahme und Stromsteuerung angeordnet ist,

   c) eine Anordnung zur Verbindung der hochohmigen Impedanzquelle (1o) mit der elektronischen Einheit (11) zur Steuerung der Durchgangseigenschaften von letzterer vorgesehen ist,

   d) eine unabhängig von dem durchfließenden Strom ein Ende des Doppelleiters im wesentlichen auf konstanter Spannung haltende Einheit mit dem zuerst genannten Ende des Doppelleiters (12) angeschlossen ist, und

   e) ein Ausgangssignal an der Impedanz in Punktion des dadurch fließenden Stroms erhalten wird.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Einheit (11) aus einem Verstärkerkreis einschließlich einer Stromsteuereinrichtung (27) mit wenigstens drei Elektroden besteht, wo-

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   . ' 19 5 A O O Q

   -2o-

   bei die erste und zweite Elektrode zur Speisung mit dem Doppelleiter (12) verbunden ist und die dritte Elektrode, zusammen mit einer der anderen der beiden Elektroden, für die Aufnahme des Ausgangssignals der hochohmigen Quelle (1o) bestimmt ist.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Einheit ("¹I) ein Unipolar-Bipolar-Kaskaden-Transistorverstärker ist, wobei der Unipolar-Transistor ein Feldeffekttransistor (27) ist, der mit seinen Tor- und Quellenelek-

   ^ troden das Ausgangssignal der hochohmigen Spannungs-

   P quelle (1ο) empfängt.

   4-, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Vierpolspannungssteuereinheit (72) innerhalb des Doppelleiters (12) an einer Zwischenstelle angeordnet ist.

   5· Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Vierpoleinheit (72) aus einer veränderlichen Impedanzeinrxchtung besteht, die in Serie mit einem der beiden Leiter (12) verbunden ist, und daß zwischen den beiden Leitern eine Einrichtung vorgesehen & ist, welche die veränderliche Impedanzeinrxchtung zur Steuerung der Impedanz von letzterer in Abhängigkeit der Spannungsänderung zwischen beiden Leitern (12) ankuppelt, wobei besage Spannung konstant gehalten wird.

   6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Einrichtung die Ausgangsstufe eines Verstärkers mit hochohmigemExngang ist.

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   ⁿ. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch -gekennzeichnet, daß die elektronische Einrichtung einen Ladungsstromverstärkerkreis aufweist, der eine Ladungsstromkonversion ergibt.

   8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal ein Spannungssignal ist, und daß an den
   Eingangsklemmen eine Signalquelle hoher Eingangsimpedanz angeschlossen ist.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konversionseinrichtung ein Verstärker mit einem hohen Schleifenverstärkungsfaktor ist, der mit einer Spannungsrückkopplung versehen ist, in welcher ein kapazitives Element zur Erzielung einer negativen Rückkopplung vorgesehen ist, wodurch der durch den Verstärker fließende
   Strom in Abhängigkeit der den Eingangsklemmen übermittleten Ladung veränderbar ist.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn>zeichnet, daß die übertragende Einrichtung aus folgenden Elementen besteht:

   a) einer Stromsteuereinrichtung,

   b) einer starren Belastungsimpedanz,

   c) einer Einrichtung zur Verbindung des Stromsteuerelements in Serie mit der Belastungsimpedanz an einem Zweiklemmenausgang, und

   d) einer Einrichtung zur Verbindung der Eingangsklemme

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   mit der Stromsteuereinrichtung zur Veränderung des durch das Element fließenden Stroms in Punktion des den Eingangsklemmen übermittelten Eingangssignals.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, durch welche an die aus Signalquelle und Impedanz bestehende Serienanordnung ein Eichsignal anlegbar ist, das aus einem Wechselstrom bekannter Größe besteht.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn- Wk zeichnet, daß die Einrichtung zur Erzielung eines Eichsignals aus einer Wechselstromquelle bekannter Größe besteht, die in Serie mit einem normalerweise offenen Testschalter liegt, wobei ein festliegender Widerstand und ein Kondensator an jener aus Signalquelle und Impedanz bestehenden Serienschaltung liegt, so daß der Testschalter an der Wechselstromquelle angeschlossen ist, während ein weiterer Widerstand parallel mit der aus Testschalter und Wechselstromquelle bestehenden Serienschaltung angeordnet ist.

   13· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn-P zeichnet, daß eine weitere Einrichtung mit der star-r ren Impedanz verbunden ist, wodurch sich eine erste Signalabgabe ergibt, wenn der durch die Impedanz fließende konstante Strom zwischen einem oberen und unteren Grenzwert liegt, während ein zweiter Signalzustand auftritt, wenn der konstante Strom außerhalb dieser Grenzen liegt.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung ein mit der starren

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   Impedanz verbundenes Tiefpaßfilter, ein eingangsseitig mit dem Ausgang dieses Tiefpaßfilters verbundener Schaltkreis vorgesehen ist und eine mit dem Ausgang des Schaltkreises verbundene Signaleinrichtung auf weist, wobei der Schaltkreis die Signaleinrichtung erregt, wenn der durch die starre Impedanz fließende konstante Strom zwisctm einem oberen und unteren Grenzwert liegt.

   15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auskuppeln des Ausganprssignals der Signalquelle über ein Zweileiterkabel an einen entfernten Punkt folgende Elemente vorgesehen sind: ■

   a) eine Stromsteuereinrichtung,

   b) eine starre Belastungsimpedanz,

   c) eine Einrichtung zur Verbindung der Stromsteuereinrichtung in Serie mit der Belastungsimpedanz,

   d) ein Zweiklemmenausgang,

   e) Eingangsklemmen, und

   f) eine Einrichtung zur Verbindung der Eingangsklemmen mit der Stromsteuereinrichtung zur Veränderung des durch dieses Element fließenden Stroms von den Zweiklemmen in Funktion des den Eingangsklemmen angelegten Signals.

   16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Leitung des

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   AusgangssignaIs der Signalquelle über ein Zweileiterkabel an einen entfernten Punkt folgende Elemente vorgesehen sind:

   a) eine Spannungsquelle mit regulierter Gleichspannung,

   b) eine starre.Impedanz,

   c) eine veränderliche Impedanz,

   d) eine Einrichtung zur Verbindung in Serie der Stromquelle der starren Impedanz und der veränderlichen Impedanz, wobei letztere am Ende des Kabels entfernt von der Signalquelle angeordnet ist,

   e) eine Einrichtung zum Anschluß an die aus Stromquelle und Impedanz bestehende Serienschaltung, wodurch die an der variablen Impedanz anstehende Spannung die Tendenz hat, die zuerst erwähnte Spannung konstant zu halten, und

   f) eine mit der starren Impedanz verbundene Einrichtung, wodurch sich ein Ausgangssignal in Abhängigkeit des durch die starre Impedanz flxeßendenStroms ergibt.

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   Leers e i t e