DE2734353A1

DE2734353A1 - Als elektrischer vierpol ausgebildeter einstellbarer daempfungsentzerrer

Info

Publication number: DE2734353A1
Application number: DE19772734353
Authority: DE
Inventors: Heinz Krause
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1977-07-29
Filing date: 1977-07-29
Publication date: 1979-02-01
Also published as: DE2734353B2; DK337378A; JPS6111008B2; NL183427C; NL7807067A; BE869375A; DE2734353C3; NL183427B; NO146113B; GB2001820B; IT7825761A0; NO146113C; NO782531L; AU506727B1; GB2001820A; FR2399160A1; SE7808232L; JPS5426643A; IT1097162B; FR2399160B1

Description

SIXMENS AKTIENGESELLSCHAFT 3 Unser Zeichen Berlin und München VPA 77P 66 9 1 BRO

Als elektrischer Vierpol ausgebildeter einstellbarer Dämpfungsentzerrer

Die Erfindung betrifft einen als elektrischen Vierpol ausgebildeten, einstellbaren Dämpfungsentzerrer, bei dem eine auf Bezugspotential liegende Leitung unmittelbar von einer Eingangs· klemme zu einer Ausgangsklemme durchgeschaltet ist, bestehend aus einem Differentialübertrager, aus wenigstens einem Differentialkondensator, sowie wenigstens einer Spule und wenigstens einem Widerstand.

Dämpfungsentzerrer der vorgenannten Art lassen sich kontaktfrei und stufenlos einstellen und können beispielsweise in Trägerfrequenzsystemen zum Einsatz kommen. Es lassen sich mit diesen Entzerrern über einer Grunddämpfung Dämpfungshübe mit positivem oder negativem Vorzeichen bei einer vorgebbaren Frequenz erreichen, so daß der Dämpfungsverlauf in Abhängigkeit von der Frequenz im einfachsten Fall einen resonanzartigen Charakter annimmt. Solche Dämpfungsentzerrer sind beispielsweise durch die DT-PS 1 ΘΟ5 461 bekannt geworden und es werden dort ohmsche Spannungsteiler verwendet, was eine relativ hohe Grunddämpfung und keine Übersetzungsmöglichkeit für die amplitudenformende Impedanz zur Folge hat. In weiteren bekannten Schaltungen, wie

Hka 1 Obh / 29. Juli 1977

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beispielsweise Schaltungen nach der DOS 25 12 459, DOS 25 12 805 und DOS 25 33 553, werden übertrager verwendet, die der Spannungsquelle parallelgeschaltet sind. In der Praxis ist es erforderlich, solche Schaltungen zwischen endlichen Betriebswiderständen zu betreiben und es wird dabei durch die Eingangsquerübertrager die Übertragungsmöglichkeit zum Beispiel nach tiefen Frequenzen - bedingt durch die endliche Querinduktivität - eingeschränkt, da bei f = 0 ein Dämpfungspol auftritt. Ferner liegen alle bei Differentialkondensator-Mittelstellung auftretenden kapazitiven Querimpedanzen und parasitären Elemente, wie z.B. Wickelkapazitäten, auf der Eingangsseite und lassen sich deshalb nicht so breltbandlg kompensieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaltungen für kontaktfrei einstellbare Dämpfungsentzerrer anzugeben, bei denen der Übertragungsfrequenzbereich möglichst gerinyn Einschränkungen unterworfen ist und auch die Kompensation parasitärer Elemente möglichst breitbandig erfolgen kann.

Ausgehend von einem als elektrischer Vierpol ausgebildeten einstellbaren Dämpfungsentzerrer, bei dem eine auf Bezugspotential liegende Leitung unmittelbar von einer Eingangsklemme zu einer Ausgangsklemme durchgeschaltet ist, und der einen Differential-Übertrager, sowie wenigstens einen Differentialdrehkondensator, wenigstens eine Spule und wenigstens einen Widerstand enthält, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Differentialübertrager im Längszweig des Vierpols liegt, daß der Differentialdrehkondensator mit seinen Statoren im Eingangs- oder im Ausgangsquerzweig liegt und sein Rotor über eine Spule oder unmittelbar an eine Anzapfung des Differentialübertragers geschaltet 1st, und daß von einer weiteren Anzapfung ein Widerstand zur durchgehenden Leitung geschaltet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

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Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.

Ss zeigen in der Zeichnung

Fig. 1 die Grundschaltung eines Entzerrers und den zugehörigen Dämpfungsverlauf;

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild zu Fig. 1 und den zugehörigen Dämpfungsverlauf für den Einstellparameter cr=1 des Differentialkondensators und ein Windungszahlverhältnis W₁=W₂=W/^ des Differentialübertragers;

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild der Schaltung nach Fig. 1 für

den Einstellparameter <x=O des Differentialdrehkondensators und W₁=W₂=W^ als Windungszahlverhältnis des Differentialübertragers;

Flg. 4 eine Entzerrerschaltung, mit der mehrere Dämpfungshübe über einer Grunddämpfung a_Q erzeugt werden können?

Fig. 5 eine weitere erfindungsgemäße Schaltung und den zugehörigen Dämpfungsverlauf;

Flg. 6 eine Ersatzschaltung zur Schaltung nach Fig. 5 für

den Einstellparameter a=0 des Differentialkondensators;

Fig. 7 eine Ersatzschaltung für den Einstellparameter <r=1 des Differentialkondensators.

Die in Flg. 1 dargestellte Schaltung ist nach Art eines elektrischen Vierpols ausgebildet, bei dem eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme unmittelbar über die mit 1 bezeichnete Leitung durchverbunden sind. Diese Leitung kann beispielsweise auf Bezugspotential liegen, wie dies durch das Massepotentialzeichen

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in Fig. 1 kenntlich gemacht ist. Die nicht auf Bezugspotential liegenden Klemmen sind als Eingangsklemme E und als Ausgangsklemme A bezeichnet. Im Längszweig der Schaltung liegt ein Differentialübertrager 2 mit der Gesamtwindungszahl w. Eine erste zur Impedanztransformation verwendete Teilwicklung hat die Windungszahl w_1f eine zweite, zur Einstellung der Grunddämpfung verwendbare Teilwicklung hat die Windungszahl W₂ und die zwischen diesen beiden Anzapfungen verbleibende dritte Teilwicklung hat die Windungszahl W-W₁-W₂. Im Eingangsquerzweig liegt ein Differentialdrehkondensator 3, der aus den beiden Statoren 4 und 5 und dem Rotor 6 besteht. Der Stator 4 ist mit der Eingangsklemme E verbunden, der Stator 5 mit der durchgehenden Leitung 1. Vom Rotor 6 führt eine Impedanzschaltung aus einer Spule L_Q und einem Widerstand R zur ersten Anzapfung W₁ des Differentialübertragers 2. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, die Induktivität L₀ und den Widerstand R_Q zu schalten, d.h. sie können auch den Wert 0 annehmen. Wenn die Induktivität L_Q den Wert Null hat, entsteht eine einstellbare, steigende oder fallende Dämpfungsschräglage über der Grunddämpfung. Von der Anzapfung W₂ des Differential-Übertragers ist ein Widerstand R₁ zur durchgehenden Leitung 1 geschaltet.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 ist zunächst daran gedacht, sie am Eingang E aus einer Spannungsquelle U_Q mit dem Innenwiderstand RjJ=O zu speisen, am Ausgang A auf einen Widerstand R_A arbeiten zu lassen und die Spannungsdämpfung a_y=ln lu./U^I zu betrachten. Man könnte sie aber ebensogut bei A aus einer Stromquelle I_Q mit dem Innenwiderstand R* speisen, bei E kurzschließen und die Stromdämpfung aj=ln )I_o/l_sf betrachten, die nach dem Reziprozitätssatz der Netzwerktheorie gleich der Spannungsdämpfung a_u ist. Anders ausgedrückt muß in der Schaltung nach Fig. 1 der Differentialdrehkondensator 3 nicht zwingend im Eingangsquerzweig liegen, sondern er kann auch in den Ausgangsquerzweig geschaltet sein, also zwischen der Klemme A und der Leitung 1 liegen. Andererseits 1st es aber auch möglich, Spannungsquelle

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(Stromquelle) und Abschlußwiderstand zu vertauschen, was für die Extremalhöhe aus den FIg* 2 und 3 ohne weiteres erkennbar 1st (Symmetrie der Ersatzschaltungen). Außerdem ist es auch von Interesse, die Schaltung beidseitig mit ohmschen Widerständen gleichen oder auch unterschiedlichen Wertes abzuschließen und die Betriebsdämpfungsfunktion zu betrachten. Diese unterscheidet sich von der Spannungs- oder Stromdämpfungsfunktion grundsätzlich durch eine zusätzliche Nullstelle und einen zusätzlichen Pol auf der negativ-reellen Achse der p-Ebene, die im wesentlichen eine kompensierbare Schräglage der Grunddämpfung verursachen. Eine Umkehrung des Vierpols ist auch in diesem Fall bekanntlich ohne Einfluß, so daß diese verschiedenen Betriebsfälle im folgenden nicht unterschieden werden.

In Fig. 1 ist auch der grundsätzliche Verlauf der Dämpfung a in Abhängigkeit von der Frequenz f gezeichnet, und zwar für die beiden Grenzfälle der Differentialdrehkondensatorstellung mit den Parameterwerten or=1 und ct=O. Die Grunddämpfung ist mit a_Q und der zu erzielende Dämpfungshub mit Δβ₊ und ^a_- bezeichnet. Am Differentialdrehkondensator 3 sind zugleich die Kapazitätswerte C*α bzw. C(1-a) für die Statoren 4 bzw. 5 eingetragen und es steht somit für einen Parameterwert <x=1 der Rotor 6 vollständig dem Stator U gegenüber, während für einen Parameterwert a=O der Rotor 6 vollständig dem Stator 5 gegenübersteht.

In den Flg. 2 und 3 sind zur Erläuterung die elektrischen Ersatzschaltbilder dargestellt, und zwar für die beiden Grenzstellungen cc=1 bzw. <x=O. Zur einfacheren Darstellung ist dabei angenommen, daß in der Schaltung nach Fig. 1 die beiden Anzapfungspunkte W₁ und W₂ in der Mitte zusammenfallen, d.h. die Windungszahlen W₁=JW₂=W/² sind. Dieser Spezialfall läßt sich auch in der Praxis durchaus anwenden und hat den Vorteil, daß nur eine Anzapfung aus dem Differentialübertrager 2 herausgeführt werden muß. In den Ersatzschaltbildern sind für funktionsgleiche Teile die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet. Fig. 2 läßt

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erkennen, daß die Kapazität C des Differentialdrehkondensators mit der Eingangsklemme E verbunden ist, während sie bei Fig. 3 mit der durchgehenden Leitung 1 verbunden ist. Das Ersatzschaltbild nach Fig. 2 liefert ein überbrücktes π-Glied, dessen Schaltelementewerte unmittelbar in die Zeichnung eingetragen sind. Die Ersatzschaltung nach Fig. 3, für die die Elementewerte ebenfalls in die Zeichnung eingetragen sind, liefert eine Vierpolschaltung mit einem Impedanzzweipol im Längszweig, wobei am Ausgang dieses Vierpols eine Phasenumkehr auftritt, die durch eine Leitungskreuzung dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt, daß bei der Differentialdrehkondensatorstellung er=1 der Schaltung Fig. 1 ein positiver Dämpfungshub ^a entsteht, der bei der Kreisfrequenz Ui₀=Il 1 /L_QC₀' sein Maximum hat. Das Verhältnis des Widerstandes R-, zum Abschlußwiderstand R_A bestimmt die Grunddämpfung a , das Widerstandsverhältnis R_Q/R_A zusammen mit R₁/R_A die Amplitude und ^l _o/^ra^Co bestimmt zusammen mit den beiden Widerstandsverhältnissen die Breite des Dämpfungsbuckels. Alle drei Bestimmungsstücke sind also in Grenzen frei wählbar. Der Entzerrervierpol ist minimalphasig bzw. allpaßhaltig, je nach dem R^R-j bzw. R₀<R-, gewählt wird;mit R₀=R-J wird die Amplitude des Dämpfungshubs «<ua₊(u)_o)=co .

Fig. 3 zeigt den entsprechenden negativen Dämpfungshub^ a_ bei der Differentialdrehkondensatorstellung a=O. Auch für seine Amplitude und Breite sind die obengenannten Impedanzverhältnisse bestimmend. Da diese Schaltung aber stets minimalphasig ist, erfolgt beim Durchdrehen des Differentialdrehkondensators zwischen seinen Endstellungen a=1 und cc=O der Übergang vom positiven Dämpfungshub zum negativen Dämpfungshub nur im Falle R^R₁ durch monotones Abnehmen. Im Falle R₀<R<] würde die Amplitude des positiven Dämpfungshubs zunächst noch bis ao wachsen und dann erst abnehmen; in diesem Fall könnte man auf ein Überstreichen des Bereiches großer α-Werte verzichten, d.h. zwischen Stator 5 und Rotor 6 einen entsprechenden Festkondensator parallelschalten.

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Wenn man, wie in Fig. 1 angedeutet, von den Ubersetzungsmöglichkeiten am Differentialübertrager 2 Gebrauh macht, d.h. w^w/2 und Wp^w/2 wählt, so hat man weitere wertvolle Bemessungsspielräume gewonnen, durch die man z.B. einheitliche oder günstiger beziehbare Differentialdrehkondensatoren verwenden kann. Aus Fig. 1 ist auch die große Breitbandigkeit dieser Schaltung ersichtlich, da auch bei endlicher Induktivität des Differential-Übertragers 2 im Falle der Durchschaltung eine konstante Dämpfung a bis zur Frequenz f=0 erhalten bleiben kann.

Eine Entzerreranordnung mit der bei mehreren Frequenzen sog. "Dämpfungsbuckel¹¹ erzeugt werden können, zeigt Fig. 4. Als Beispiel werden über den längsgeschalteten Differentialübertrager sechs Serienkrelse, bestehend aus jeweils einer Induktivität L₀^, einem Differentialkondensator C_Qyund bis zu drei ohmschen Widerständen Ry. bzw. R₂ bis R₁, angeordnet. Hieraus läßt sich auch gut erkennen, daß sich parasitäre Störungen, wie z.B. Erdkapazitäten, und die bei Betrieb mit endlichen Abschlußwiderständen Rj, und R. unvermeidlichen Impedanzstörungen bei der Mittelstellung der Differentialdrehkondensatoren gleichmäßig auf Ein- und Ausgang E und A verteilen und ihre störenden Wirkungen somit vermindern lassen.

Die Schaltung nach Fig. 4 ist eine unmittelbare Weiterbildung der Schaltung nach Fig. 1 und es sind auch dort wiederum funktionsgleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, so daß die für die Fig. 1 bis 3 gegebenen Erläuterungen analog Gültigkeit haben.

In Fig. 4 sind lediglich die an den Anzapfungen des Differential-Übertragers 2 liegenden Impedanzschaltungen mit einem laufenden Zahlenindex versehen. Darüberhinaus ist erkennbar, daß zwischen den Statoren und den einzelnen Differentialdrehkondensatoren C₁ bis Cg und ihren jeweiligen Anschlußpunkten E¹ bzw. A¹ bzw. 1 zusätzlich Widerstände R2 bis R13 geschaltet sein können. Wie

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vorstehend schon erwähnt, ist in Fig. 4 eine vorteilhafte Ausführungsfonn deshalb dargestellt, weil die einzelnen Impedanzzweipole auf der Statorseite der Differentialdrehkondensatoren auf den Eingang und den Ausgang beliebig verteilt sein können.

Alle bisher bekannt gewordenen Entzerrerschaltungen vergleichbarer Art besitzen ungleiche Bandbreiten in den beiden Extremalhüben ^a_L und Aa.

Ein weiterer erheblicher Vorteil der Schaltung nach Fig. 4 besteht nun darin, daß durch die Übersetzung der Impedanzzweipole an den überstehenden Anzapfungen E' bzw. A' des Differential-Übertragers 2 ein zusätzlicher Freiheitsgrad gewonnen wird, wodurch die Bandbreiten der beiden Hübe ^a und ^a_- einander angeglichen werden können. Diese wichtige Eigenschaft läßt sich natürlich auch auf die Schaltungen nach Fig. 1 und Fig. 5 durch eine entsprechende zusätzliche Anzapfung am Differentialübertrager 2 übertragen.

Gegebenenfalls kann - wie in Fig. 4 ebenfalls dargestellt zur Widerstandskorrektur im Eingangs- und/oder Ausgangsquerzweig eine weitere Impedanz Zgg bzw. Z^ geschaltet sein. Hierfür kommt ein ohmscher Widerstand oder auch ein Zweipolnetzwerk aus Spule und Widerstand in Betracht.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 5 und den zugehörigen elektrischen Ersatzschaltungen nach den Fig. 6 und 7 dargestellt. Auch in der Schaltung nach Fig. 5 sind funktionsgleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet. Abweichend von der Schaltung nach Fig. 1 ist Jedoch, daß dem Differentialübertrager 2 im Längszweig ein Widerstand R^ parallelgeschaltet ist. Der im Querzweig liegende Widerstand R₁ muß nicht zwingend geschaltet sein, sondern kann durchaus den Wert a> annehmen. In den Ersatzschaltungen ist für die Einstellparameter a=O (Fig. 6) bzw. <x=1 (Fig. 7) gezeigt,

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daß die Extremalauslenkungea auch ohne R-, zustande kommen. Analog zu den Fig. 2 und 3 sind auch in den Fig. 6 und 7 die Schaltelementewerte unmittelbar in die elektrischen Ersatzschaltbilder eingezeichnet. Für den Parameter <x=O ergibt sich ein T-Glied mit untereinander gleichen Widerständen in den Längszweigen und einem Impedanzzweipol im Querzweig. Die Ersatzschaltung nach Fig. 7 läßt eine Vierpolschaltung erkennen, in deren Längszweig ein Impedanzzweipol liegt. Auch der Verlauf der Dämpfungskurven ist in den Fig. 5 und 7 für die Parameter <x=0 und a=1 schematisch dargestellt.

Fig. 6 zeigt dabei den Extremalhub A a₊ der Schaltung nach Fig. 5; wie man sieht, tritt er hier bei <x=0 und nicht wie bei der Schaltung nach Fig. 1 bei a=1 auf, da der negative Ersatzwiderstand hier in Reihe zu R₀ liegt. Minimalphasigkeit erreicht man, wenn R^R₁'/^ ist.

Die entsprechende Umkehrung der Verhältnisse der Schaltung nach Fig. 1 tritt beim Dämpfungshub A&„ auf, da hier <x=1 und nicht a=O sein muß, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist.

10 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims

77P 669 1 BRO Patentansprüche;

1.AIs elektrischer Vierpol ausgebildeter, einstellbarer Dämpfungsentzerrer, bei dem e-ine auf Bezugspotential liegende Leitung unmittelbar von einer Eingangsklemme zu einer Ausgangsklemme durchgeschaltet ist, bestehend aus einem Differentialübertrager, aus wenigstens einem Differentialkondensator, sowie wenigstens einer Spule und wenigstens einem Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialübertrager (2) im Längszweig (E,A) des Vierpoles liegt, daß der Differentialkondensator (3) mit seinen Statoren (4,5) im Eingangs- oder im Ausgangsquerzweig (S,A) liegt und sein Rotor (6) über eine Spule (L_Q) oder unmittelbar an eine Anzapfung (W₁) des DifferentialUbertragers (2) geschaltet ist, und daß von einer weiteren Anzapfung (w₂) ein Widerstand (R₁) zur durchgehenden Leitung (1) geschaltet ist.

2. Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Anzapfungen (W₁₉W₂) zusammenfallen·

3.Entzerrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Anzapfungen (W₁,W₂) gleiche Windungszahlen haben.

4. Ent zerre r nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Rotorzweig (6) des Differentialkondensators (3) zusätzlich ein Widerstand (R_Q) liegt.

5. Entzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Differentialübertrager (2) ein weiterer Widerstand (R₁*) geschaltet ist.

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6. Entzerrer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der zwischen Differentialübertrager (2) und durchgehender Leitung (1) liegenden Widerstand (R₁) den Wert Unendlich hat.

7. Entzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Impedanzschaltungen aus jeweils einem Differentialkondensator j einer Spule (z.B. L₀₁,C_Q1;Lq^,C^) und gegebenenfalls drei Widerständen (z.B. R₀₁₉R₂(R^) an verschiedenen Anzapfungen des Differentialübertragers (2) angeschaltet sind. (Fig. 4)

8.Entzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (S) und der Ausgang (A) selbst an einer Anzapfung des Differentialübertragers (2) liegen. (Fig. 4)

9. Entzerrer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzschaltungen statorseltig auf Eingang (S) und Ausgang (A) verteilt sind. (Fig. 4)

10. Entzerrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingangs- und/oder im Ausgangsquer zweig weitere Impedanzen (Z^fZ^) ^ge~ schaltet sind, die aus einem ohmschen Widerstand oder einer Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einer Spule bestehen.

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