DE1153081B - UEbertragungsgabel mit einem Transformator - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl. 21a² 36/03

INTERNATIONALE KL.

H 03h; H 04in

N20064Vffla/21a²

ANMELDETAG: 18. MAI 1961

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 22. AUGUST 1963

Die Erfindung bezieht sich auf eine Übertragungsgabel mit einem Transformator, über welchen zwei voneinander entkoppelte Gabelzweige induktiv mit einem gemeinsamen Gabelzweig gekoppelt sind, z. B. um die beiden Zweige einer Vierdrahtleitung an eine Zweidrahtleitung zur Speisung von zwei unabhängigen Belastungen u. dgl. anzuschließen. Solche Übertragungsgabeln des symmetrischen Typs haben den Vorteil, daß eine Mittelanzapfung jedes der voneinander entkoppelten Gabelzweige geerdet werden kann, wodurch jedoch ihr Aufbau verwickelter ist als bei Ubertragungsgabeln des nicht symmetrischen Typs, bei denen lediglich ein Punkt der beiden voneinander entkoppelten Gabelzweige geerdet werden darf.

In der Praxis sind vor allem die Transformatorgabeln wegen ihrer besonders günstigen elektrischen Eigenschaften allgemein bekannt, da in diesem Falle die voneinander entkoppelten Gabelzweige genau an den gemeinsamen Gabelzweig angepaßt werden können, während bei der Signalübertragung in der Gabel an sich keine Energie verlorengeht. Die bei solchen Transformatorgabeln verwendeten Transformatoren haben jedoch einen verwickelten Aufbau; sie haben nämlich z. B. fünf Transformatorwicklungen mit zehn nach außen geführten Anschlußleitungen, wodurch diese Bauart besondere Sorgfalt erfordert, um die an die Gabel gestellten Anforderungen zu erfüllen.

Um eine derartige Ubertragungsgabel zu vereinfachen, ist es bereits bekannt, einen Transformator mit zwei Kopplungswicklungen vorzusehen, die mit einer an den gemeinsamen Gabelzweig angeschlossenen Wicklung induktiv gekoppelt sind, wobei die Enden letzterer Wicklung die Anschlußklemmen für den gemeinsamen Gabelzweig bilden. Dabei sind in die Verbindung von den Enden der Kopplungswicklungen zu den Anschlußklemmen der entkoppelten Gabelzweige als Spannungsteiler geschaltete Gabelwiderstände aufgenommen, die bei geeigneter Einstellung der Spannungsteilerverhältnisse die erwünschte Entkopplung der Gabelzweige mittels Kompensation bewirken. Zusammen mit der erwünschten Entkopplung der Gabelzweige haben diese Spannungsteiler jedoch zur Folge, daß ein erheblicher Verlust an Leistung in diesen Spannungsteilern auftritt, der eventuell durch Verstärker beseitigt werden muß.

Die Erfindung bezweckt eine neuartige Schaltung einer Übertragungsgabel mit einem zwei Kopplungswicklungen aufweisenden Transformator und mit einer Entkopplung der beiden gegenseitig entkoppelten Gabelzweige mittels Gabelwiderstände, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet, der diese Übertragungsgabel mit einem Transformator

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt, Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität: Niederlande vom 21. Mai 1960 (Nr. 251 885)

Petrus Cornells Maria Ahnering,

Hüversum (Niederlande), ist als Erfinder genannt worden

Übertragungsgabel besonders geeignet macht für die in der Transistortechnik verlangte Miniaturbauweise und bei der die Leistungsverluste in der Ubertragungsgabel weitgehend beseitigt sind.

Die Übertragungsgabel nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das eine Ende der einen Kopplungswicklung und das entsprechende Ende der anderen, identischen Kopplungswicklung jeweils ein Gabelwiderstand geschaltet ist, dessen Wert jeweils gleich dem Wellenwiderstand der entkoppelten Gabelzweige ist, und daß die Anschlußklemmen für die beiden entkoppelten Gabelzweige jeweils durch dasjenige Ende der einen Kopplungswicklung und dasjenige Ende der anderen Kopplungs- wicklung gebildet werden, die nicht durch einen Gabelwiderstand miteinander verbunden sind.

Die Übertragungsgabel nach der Erfindung wird nachstehend an Hand der Figur näher erläutert. Die in der Figur dargestellte Übertragungsgabel des symmetrischen Typs enthält zwei voneinander entkoppelte Gabelzweige 1, 2 mit zugehörigen Anschlußklemmen 3, 4 bzw. 5, 6 und einen gemeinsamen Gabelzweig 7 mit zugehörigen Anschlußklemmen 8, 9 welcher Zweig mittels eines Transformators 10 mit den beiden voneinander entkoppelten Gabelzweigen 1, 2 verbunden ist. In der veranschaulichten Ausführungsform wird die Übertragungsgabel in

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einem transistorisierten Leitungsverstärker für Trägerfrequenz-Fernsprechverkehr verwendet, wobei der Leitungsverstärker einerseits ein an die Klemmen 5,6 angeschlossenes Kabel und andererseits ein an die Klemmen 3, 4 angeschlossenes Meßwerk speist. Der Leitungsverstärker ist in der Figur schematisch durch eine Signalquelle 11 angedeutet, die eine EMK2Zs hat und mit der ein Widerstand 12 in Reihe geschaltet ist, der den Innenwiderstand des Leitungsverstärkers andeutet. Die durch das Kabel und das Meßwerk gebildeten Belastungen an den Klemmen 3, 4 bzw. 5, 6 werden durch die Widerstände 13 bzw. 14 gebildet.

Zum Erzielen einer in elektrischer und baulicher Hinsicht besonders günstigen Übertragungsgabel enthält der Transformator 10 zwei identische Kopplungswicklungen 15,16, die mit einer an den gemeinsamen Gabelzweig 7 angeschlossenen Wicklung 17 induktiv gekoppelt sind, deren Enden die Anschlußklemmen d i Gbli bild Gäß

und der beiden Kopplungswicklungen 15, 16 gleich ist, gilt die einfache Beziehung:

Es fließt somit durch jede der Kopplungswicklungen 15,16 ein Strom I₀, und die Spannung über diesen Kopplungswicklungen wird 2 E — Z₀ R betragen.

Trotz der Einschaltung der Gabelwiderstände 18, 19 in die Übertragungsgabel treten in dem angepaßten Zustand keine Verluste in der Übertragungsgabel auf, und die von der Signalquelle 11 an die Übertragungsgabel gelieferte Leistung wird in gleiche Hälften zwischen den Belastungswiderständen 13, 14 geteilt, was aus der nachfolgenden Netztwerkanalyse ersichtlich ist. Der Stromlauf durch die Übertragungsgabel kann auf einfache Weise dadurch bestimmt werden, daß angenommen wird, daß die Spannung über der Kopplungswicklung 15 in dem Gabelwiderstand 18 einen Strom Z₁ und die Spannung über der Koppi d Gblidd

gpp ₁ pg pp

8, 9 für den gemeinsamen Gabelzweig bilden. Gemäß 20 lungswicklung 16 in dem Gabelwiderstand 19 einen d d hd Ed d S/ hf h d

der Erfindung sind die entsprechenden Enden der beiden identischen Kopplungswicklungen 15, 16 über je einen Gabelwiderstand 18 bzw. 19 miteinander verbunden, und die Anschlußklemmen 3, 4 bzw. 5, 6 für die beiden entkoppelten Gabelzweige 1, 2 werden durch jeweils ein Ende einer Kopplungswicklung 15 und ein Ende der anderen Kopplungswicklung 16 gebildet, die nicht durch einen Gabelwiderstand 18 bzw. 19 miteinander verbunden sind. Diese Gabelwiderstände 18, 19 sind ihrem Wert nach praktisch gleich dem Wellenwiderstand der entkoppelten Gabelzweige 1, 2 gemacht. Ohne weiteres können in dieser Schaltung die Mittelpunkte der Belastungswiderstände 13 und 14 gleichzeitig mit Erde verbunden werden.

In dem üblichen Betriebszustand der Übertragungsgabel wird jeder der voneinander entkoppelten Gabelzweige 1, 2 durch einen Belastungswiderstand 13 bzw. 14 belastet, der gleich dem Wellenwiderstand R ist. Infolgedessen ist jeder der Widerstände 18, 19, 13, 14 der Gabel dem Wert nach gleich dem Wellenwiderstand«, wobei die Signalquelle 11 mit dem Innenwiderstand 12 an die durch die Übertragungsgabel übersetzte Belastung angepaßt wird. d. h., der Innenwiderstand 12 der Signalquelle 11 ist dabei gleich der durch die Übertragungsgabel gebildeten Belastung, was stets durch eine passende Wahl des Übersetzungs-Verhältnisses der Wicklung 17 und der beiden Kopplungswicklungen 15, 16 bewerkstelligt werden kann. Ist der Innenwiderstand 12 der Signalquelle z. B. ¹hR, so soll zur Belastungsanpassung das Übersetzungsverhältnis 1:1:1 gewählt werden.

Wenn in diesem Zustand die EMK der Signalquelle 11 durch 2Zi und der durch den Innenwiderstand 12 fließende Strom durch Z bezeichnet wird, tritt über der Wicklung 17 eine Spannung von

auf, die, da das Übersetzungsverhältnis gleich 1:1:1 ist, somit auch die Spannung über den Kopplungswicklungen 15, 16 darstellt. Wegen der Symmetrie der Übertragungsgabel sind die Ströme durch die beiden Kopplungswicklungen 15, 16 einander gleich und b B Z ih d d

Strom/₂ hervorruft, während der Strom durch den Belastungswiderstand 13 Z₃ beträgt. In der Figur ist die Richtung der verschiedenen Ströme durch die Pfeile angedeutet.

Für die nachfolgenden Kreise können zum Bestimmen der Ströme I₁, Z₂ und Z₃ die folgenden Gleichungen geschrieben werden:

Kreis: Kopplungswicklung 15, Belastungswiderstand 14, Gabelwiderstand 18, Kopplungswicklung 15:

- Zl₁ K

I₂K

I₃K

(111)

Kreis: Kopplungswicklung 16, Gabelwiderstand 19, Belastungswiderstand 14, Kopplungswicklung 16:

_ _
I₀K- Zl₂

I₁K

Kreis:
stand 13,
stand 16:

Kopplungswicklung 16, Gabelwiderstand 18,

(IV)

BelastungswiderKopplungswider 2E
^weiter

I R = 21 R

I R,

(V)

T — T h ~ h

-1 /

+ h

Aus diesen Gleichungen wird abgeleitet, daß

Z₁

7=0

2 — >

β
Z₃ = ■■--

(VII)

(VUl)

(IX)

Somit werden die Gabelwiderstände 18, 19 nicht von Strom durchflossen, so daß in diesen Widerständen 18, 19 keine Leistung verlorengeht, während jeder der Belastungswiderstände 13, 14 von einem Strom durchflossen wird, der gleich EIR und entsprechend einer Leistung E²ZR ist, d.h. genau der Hälfte der von der Signalquelle 11 an die Gabel gelieferten Leistung; diese Leistung ist nämlich gleich der Spannung über der Wicklung 17 (2Zs—I_eR); multipliziert mit dem durch diese Wicklung 17 fließenden Strom 2 Z₀ und somit gleich 2E²JR. Die über id d

pg g

betragen z. B. Z₀, und zwischen diesen Strömen Z₀ und dem durch die Wicklung 17 fließenden Strom Z beh

dem Innenwiderstand 12 der Signalquelle mit der Größe ¹ItR entwickelte Leistung ist auch gleich

g 2E²IR₇ was lediglich bedeutet, daß die Signalquelle

steht die bekannte Beziehung, daß die Gesamtzahl der 65 mit dem Innenwiderstand 12 an die Gabel angepaßt Amperewindungen des Transformators 10 gleich 0 ist, was bereits vorstehend erwähnt wurde, ist, d. h.,, in dem dargestellen Ausfuhrungsbeispiel,
bei dem die Anzahl der Windungen der Wicklung 17

Bei der veranschaulichten Schaltung wird durch die Bemessung jedes der Gabelwiderstände 18, 19 gleich

dem Wellenwiderstand R dafür gesorgt, daß die Belastungswiderstände 13, 14 untereinander wirksam entkoppelt sind, d. h. eine Änderung an den Anschlußklemmen 3, 4 verursacht keine Änderung an den Anschlußklemmen 5, 6. Wird bei der dargestellten Schaltung z. B. einer der Belastungswiderstände 13 oder 14 geändert, so wird gemäß den Formeini bis VI bei der angegebenen Bemessung der Gabelwiderstände 18, 19 gleich dem Wellenwiderstand R ein solcher Ausgleichsstrom durch diese Gabelwiderstände 18, 19 fließen, daß der Strom durch den anderen Widerstand 14 bzw. 13 und somit auch die Spannung über diesem Widerstand 14 bzw. 13 konstant bleiben. Sogar bei einer außerordentlichen Änderung z. B. des Belastungswiderstandes 13 in Form einer Unterbrechung oder eines Kurzschlusses, wodurch der Strom durch den Belastungswiderstand 13 oder die Spannung über diesem Widerstand zu Null wird, tritt keine Änderung des den anderen Belastungswiderstand 14 durchfließenden Stroms auf, der dabei gleich dem Wert EIR in dem angepaßten Zustand der Gabel bleibt. Umgekehrt wird auch bei Kurzschluß oder Unterbrechung des Belastungswiderstands 14 der den anderen Belastungswiderstand 13 durchfließende Strom gleich dem Wert E/R in dem angepaßten Zustand der Gabel bleiben.

Außer den erwähnten Vorteilen der veranschaulichten Übertragungsgabel, nämlich kein Energieverlust in dem angepaßten Zustand und wirksame Entkopplung der Gabelzweige 13,14 voneinander hat die Übertragungsgabel nach der Erfindung den wichtigen Vorteil in elektrischer Hinsicht, daß die an den Gabeltransformator 10 zu stellenden Anforderungen erheblich vereinfacht werden, da die Transformator-Streuimpedanzen welche die Gabeleigenschaften beeinflussen könnten, besonders niedrig sind. Bei der besonders einfachen Bauart des Transformators, der nur drei Wicklungen mit sechs Anschlußleitungen enthält, ist diese Gabel besonders gut für den Miniaturbau in der Transistortechnik geeignet.

Es wurde vorstehend angenommen, daß das Transformationsverhältnis zwischen der Wicklung 17 und den Kopplungswicklungen 15, 16 gleich 1:1:1 ist; die gleichen Erwägungen gelten jedoch mit der gleichen Genauigkeit, wenn zur Anpassung der Signalquelle 11 an die Gabel ein anderes Transformationsverhältnis benutzt wird.

Nachstehend werden die Daten einer in der Praxis ausführlich erprobten Gabel des veranschaulichten Typs angegeben:

Wicklung 17: 59 Windungen, Induktivität: 1OmH;

Kopplungswicklungen 15, 16: je 42 Windungen und Induktivität je 5 mH;
Widerstände 13, 14, 18, 19: 150 Ohm;

Transformationsverhältnis der Wicklungen 17, 16, 15: 1,41:1:1.

Für den ferromagnetischen Kern des Transformators 10 wird ein Kreuzkern mit den Abmessungen -20-20 mm aus hochpermeablen, nichtleitenden Ferriten benutzt, wobei die Abmessungen der Übertragungsgabel als Ganzes 16 · 22,5 · 22,5 mm betragen.

Es sei vollständigkeitshalber bemerkt, daß die dargestellte Schaltung auch für andere Zwecke benutzt werden kann. Es kann z. B. an die Klemmen 8, 9 eine Zweidrahtleitung und an die Klemmen 3, 4 bzw. 5, 6 ein Sendezweig und ein Empfangszweig angeschlossen werden, wobei auf die vorstehend geschilderte Weise eine wirksame gegenseitige Entkopplung zwischen dem Sendezweig und dem Empfangszweig erhalten wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Übertragungsgabel mit einem Transformator, über welchen zwei gegenseitig entkoppelte Gabelzweige durch zwei Kopplungswicklungen induktiv mit einer an einen gemeinsamen Gabelzweig angeschlossenen Wicklung gekoppelt sind und bei dem Gabelwiderstände für die Entkopplung der beiden gegenseitig entkoppelten Gabelzweige vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das eine Ende der einen Kopplungswicklung (15) und das entsprechende Ende der anderen, identischen Kopplungswicklung (16) jeweils ein Gabelwiderstand (18,19) geschaltet ist, dessen Wert jeweils gleich dem Wellenwiderstand der entkoppelten Gabelzweige (1, 2) ist, und daß die Anschlußklemmen (3, 4 bzw. 5, 6) für die beiden entkoppelten Gabelzweige (1, 2) jeweils durch dasjenige Ende der einen Kopplungswicklung (15) und dasjenige Ende der anderen Kopplungswicklung (16) gebildet werden, die nicht durch einen Gabelwiderstand (18, 19) miteinander verbunden sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Patentschrift Nr. 1062 des Amtes für Erfindungsund Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 309 668/241 8.