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Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kopplungstransformatoren für Fernsprechzwecke od. dgl., insbesondere für Niederfrequenzverstärker, und hat den Zweck, bei solchen Transformatoren denjenigen Frequenzbereich zu vergrössern, innerhalb dessen die Dämpfung des Transformators ein Minimum ist. Nach der Erfindung wird an einer Seite oder an jeder Seite des Transformators ein Kopplungselement angeschaltet, welches aus einem oder mehreren Kondensatoren, Induktanzen oder beiden besteht und so gewählt und bemessen ist, dass die Bandbreite, d. h. der Frequenzbereich der mit Minimum von Dämpfung hindurchgelassenen Schwingungen im Verhältnis zur Eigenbandbreite des Transformators vergrössert wird.
Die Erfindung soll an Hand der beigefügten Zeichnungen, die verschiedene Ausführungsformen veranschaulichen, beschrieben werden. Fig. 1 zeigt zum Vergleich ein Schaltungsschema eines gewöhnlichen Transformators für Niederfrequenzverstärker, Fig. 2 zeigt eine bekannte Anordnung, durch welche die Bandbreite des Transformators ungefähr verdoppelt wird. Fig. 3 stellt ein Schema einer Übergangsform dar, die den Übergang zu einer verbesserten Ausführungsform bildet, welch letztere in Fig. 4 dargestellt ist. Fig. 5-8 zeigen Übergangsformen zu andern Ausführungen der Erfindung.
In Fig. 1 besteht der Transformator, dessen Eingangsklemmen mit 1 und Ausgangsklemmen mit 2 bezeichnet sind, lediglich aus einer Primärinduktanz Li und einer Sekundärinduktanz L2, welche bei den Induktanzen durch magnetische Kopplung mit dem Kopplungsfaktor k verbunden sind. Der mit gestrichelten Linien angedeutete Kondensator Asz stellt die Eigenkapazität oder Windungskapazität der Sekundärwicklung des Transformators dar. Da die Primärwicklung meistenteils eine viel kleinere Windungszahl besitzt als die Sekundärwicklung, kann die primäre Wicklungskapazität vernachlässigt werden. An die Ausgangsklemmen 2 des Transformators ist eine Impedanz Z angeschlossen, die die Eingangsimpedanz des Verstärkers darstellt.
Der einfache Transformator nach Fig. 1 lässt mit kleiner Dämpfung Schwingungen aller Frequenzen innerhalb eines gewissen Frequenzbereiches zwischen zwei Grenzfrequenzen w, und 002 hindurch, welche Grenzfrequenzen durch folgende Beziehungen bestimmt sind
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Die sogenannte relative Bandbreite dieses einfachen Transformators ist bestimmt durch den Kopplungsfaktor k und kann durch die Beziehung
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definiert werden, wo o = 1-k die magnetische Streuung ist.
Eine Verdopplung der Bandbreite lässt sich nach der bekannten Schaltung dadurch erzielen, dass ein Kondensator 01 zwischen den Eingangsklemmen J ! des Transformators eingeschaltet wird. Durch die Anbringung dieses Nebenschlusses und durch passende Bemessung der Nebenschlusskapazität Ci wird der Transformator als Bandfilter mit vergrösserter relativer Bandbreite ausgebildet.
Wenn nämlich der aus der Primärinduktanz L1 und der als Nebenschluss geschalteten Kapazität Ci gebildete Schwingung-
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des Bandfilters die Beziehung
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Die Vergrösserung der relativen Bandbreite im Verhältnis zu derjenigen der gewöhnlielhen An-
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Da die Streuung'J sehr klein ist, so findet man hieraus, dass der Frequenzbereich der mit Minimum von Dämpfung hindurchgelassenen Schwingungen verdoppelt worden ist. Die Anbringung des Neben-
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grösserung der Bandbreite zu erzielen, u. zw. durch die Anwendung anderer Kopplungselemente statt des einfachen Nebenschlusskondensators C. Dies kann durch folgende Überlegung klar gemacht werden.
Man denke sich vor den Eingangsklemmen 1 des Transformators nach Fig. 1 oder 2 ein Siebgebilde einge- schaltet, welches die Eingangsklemmen3 (Fig. 3) besitzt und beispielsweise derjenigen Type ist, wo zwischen den Ausgangsklemmen ein mit einer Induktanz LI parallelgeschalteter Kondensator Cl angeschlossen ist und welches Siebgebilde dieselbe Bandbreite hat wie der Transformator nach 1 oder 2 und eine Ausgangsimpedanz besitzt, die der Eingangsimpedanz des letzteren gleich ist.
Die Kombination nach Fig. 3 hat also in bezug auf Bandbreite und Charakteristik identisch dieselbe Wirkung wie die einfache Anordnung
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wo L/, L2', k', wie aus Fig. 4 hervorgeht, die Primärimpedanz, die Sekundärimpedanz bzw. den Kopplungsfaktor des Transformators in der gleichwertigen Schaltung darstellen. Aus der Gleichung (3) findet man, dass der Kopplungsfaktor lc' des letztgenannten Transformators kleiner ist als der Kopplungsfaktor k des ursprünglichen Transformators. Durch die Anordnung nach Fig. 4 hat man also erreicht, dass ein Transformator mit einem kleineren Kopplungsfaktor k'dasselbe Frequenzband wie der Transformator nach Fig. 2 mit dem grösseren Kopplungsfaktor k hindurchlässt.
Man ist nun in der Lage, die Breite des Frequenzbandes des Transformatorfilters nach Fig. 4 noch weiter zu vergrössern, weil nämlich der Kopplungsfaktor k'dieses Transformators kleiner ist als der grösstmögliche Kopplungsfaktor, den man überhaupt bei einem technischen Transformator erzielen kann. Denkt man sich also nun k'bis zu demjenigen Wert ko gesteigert, der überhaupt bei einem Transformator erzielt werden kann, so stellt offenbar der Kopplungsfa1.'ior kin Fig. 3 einen Wert dar, der grösser ist als der tatsächlich erreichbare Wert des Kopplungsfaktors, d. h. der Transformator in Fig. 3 stellt im Verhältnis zur gleichwertigen Anordnung nach Fig. 4 einen fiktiven Transformator dar, der tatsächlich nicht hergestellt werden kann.
Mit andern Worten, Fig. 3 stellt nur eine theoretisch denkbare Übergangsstufe dar, aus der jedoch durch Vereinigung von L und Li die tatsächlich herstellbare Anordnung nach Fig. 4 hervorgeht. Für die Bandbreite dieser letzteren gilt, unter Voraussetzung, dass der Kopplungsfaktor bis zum technischen Höchstwert ko gesteigert worden ist, die Beziehung
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ersetzt werden, wo rio = 1-ko die magnetische Streuung bei dem grössten erzielbaren Kopplungsfaktor bedeutet.
Als Beispiel sei angenommen, dass der erzielbare Kopplungsfaktor ko = 0'995 ist und also 'je = 0'005. In diesem Falle hat man also für die relative Bandbreite bei der Anordnung nach Fig. 4
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Die entsprechende relative Bandbreite für den einfachen Transformator nach Fig. 1 ist naeh (1) bei demselben Höchstwert des Kopplungsfaktors nur
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Die relative Bandbreite ist also durch die Anordnung nach Fig. 4 um das 20fache vergrössert worden.
Als Übergang von Fig. 3 zur Fig. 4 kann man sich die Induktanz L in Fig. 3 auch als Reihen-
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Fig. 5 und 6 zeigen zwei der Fig. 3 entsprechende Übergangsstufen, wo jedoch Siebgebilde anderer Zusammensetzung vor dem Transformator geschaltet sind. Auch bei diesen Siebgebilden ist zwischen den Ausgangsklemmen eine Parallelinduktanz L vorgesehen, die beim Übergang zu den entsprechenden
Schlussformen mit der Primärinduktanz des Transformators vereinigt wird.
Bei den Übergangsstufen nach Fig. 3,5, 6 ist angenommen worden, dass das Siebgebilde vor einem
Transformator geschaltet ist, an deren Primärseite eine Nebenschlusskapazität 01 angeschaltet ist. Fig. 7 und 8 zeigen zwei Übergangsstufen, bei welchen ein Siebgebilde vor einem Transformator ohne Neben- schlusskapazität zwischen den Primärklemmen geschaltet ist. Das Siebgebilde bei diesen beiden Über- gangsstufen enthält auf der Ausgangsseite teils eine Reiheninduktanz, teils eine Parallelinduktanz, und man kann sich dasselbe durch Auflösung und Halbierung eines symmetrischen Siebgebildes entstanden denken.
Anstatt das Kopplungselement auf der Primärseite des Transformators anzuschalten wie bei den gezeigten Ausführungsformen, kann man offenbar mit ähnlicher Wirkung ein passendes Kopplung- element auf der Sekundärseite des Transformators anbringen. Man kann sogar noch einen Sehritt weiter gehen, u. zw. in der Weise, dass man ein passendes Kopplungselement auf jeder Seite des Transformators anschliesst, wobei die Bandbreite noch weiter vergrössert wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung bei Kopplungstransformatoren, die beispielsweise wegen Wicklungskapazität oder
Belastung mit einer Impedanz als Bandfilter wirken, dadurch gekennzeichnet, dass an die eine oder jede
Seite des Transformators ein vierpoliges Netz angeschlossen ist, welches in Verbindung mit einer passend gewählten Parallel-oder Reiheninduktanz auf der dem Transformator zugekehrten Seite ein Filter bildet, das dieselbe Charakteristik und Bandbreite besitzt wie der Transformator ohne Streuung, also eine grössere Bandbreite hat als der Transformator an sich.