DE850011C - System zur UEberwachung von Verstaerkern - Google Patents
System zur UEberwachung von VerstaerkernInfo
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- DE850011C DE850011C DEJ4147A DEJ0004147A DE850011C DE 850011 C DE850011 C DE 850011C DE J4147 A DEJ4147 A DE J4147A DE J0004147 A DEJ0004147 A DE J0004147A DE 850011 C DE850011 C DE 850011C
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/52—Circuit arrangements for protecting such amplifiers
- H03F1/54—Circuit arrangements for protecting such amplifiers with tubes only
Description
(WiGBl. S. 175)
AUSGEGEBEN AM 22. SEPTEMBER 1952
/ 4147 Villa ! 21a-
Frangois Job, Paris
ist als Erfinder genannt worden
Francois Job, Paris
Die Erfindung bezieht sich auf Systeme für Störungsmeldung bei Verstärkern, insbesondere bei Verstärkern
mit zwei parallelen Verstärkungswegen, die einen gemeinsamen Gegenkopplungsweg besitzen.
Es wurden Verstärker dieser Art zur Verstärkung von Signalen mit sehr breitem Band vorgeschlagen,
insbesondere von Signalen, welche in Mehrkanalträgerstromsystemen auftreten, deren Betriebssicherheit um so größer sein muß, je größer die Anzahl der
gleichzeitig verstärkten Kanäle ist. Bei diesen Verstärkern wird die Meldung mit Hilfe eines Pilotstromes
vorgenommen, der eine bestimmte Frequenz besitzt, welche in selektiven und auf diese Frequenz geregelten
Belastungsimpedanzen der letzten Stufe jedes Verstärkungsweges Spannungen zur Überwachung der
richtigen Wirkungsweise dieser Verstärkungswege entwickelt. Daraus folgt, daß das System zur Störungsmeldung
bei solchen Verstärkern nur anspricht, wenn ein Pilotstrom an ihrem Eingang zugeführt wird
und zwei selektive Überwachungsimpedanzen, je eine am Ausgang jedes Verstärkungskanales, vorgesehen
sind.
Die Erfindung bezweckt die Ausbildung eines Systems für Störungsmeldung für jeden Verstärkungsweg, welches nicht die Zuführung eines Pilotsignals
am Eingang des Verstärkers erfordert.
Weiterhin bezweckt die Erfindung die Ausbildung eines Systems zur Störungsmeldung für den einen
und den anderen Verstärkungsweg mit Hilfe einer einzigen selektiven Impedanz am Ausgang des einen
Verstärkungsweges.
Die Erfindung kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch, daß als Meldeströme die Grundgeräusche
benutzt werden, welche durch die Röhren der ersten
Stufe jedes Verstärkungsweges eingeführt werden. Diese Ströme werden in dem Ausgangskreis des einen
Verstärkungsweges in einem selektiven Meldenetz abgenommen, dessen Durchlaßband außerhalb des von
den Nutzsignalen eingenommenen Bandes liegt, so daß nur die Geräusche beibehalten werden, deren Frequenzen
von denjenigen der Nutzsignale verschieden sind, jedoch in dem Frequenzband liegen, wo der
Gegenkopplungsgrad ausreichend 1st. ίο Wenn die beiden Verstärkungswege in normaler
Weise arbeiten, sind diese Geräusche von derselben Größenordnung wie diejenigen, welche ohne Gegen
kopplung vorhanden wären, während sie im Falle der Störung des einen Verstärkungsweges sehr gering sind.
Diese Änderung der von dem Grundgeräusch der Röhren herrührenden Meldeströme ist viel ausgeprägter,
als wenn diese Ströme von einem Pilotsignal oder von dem Grundgeräusch stammen, welches durch
die Leitung aufgenommen und dem Eingang des Verstärkers zugeführt wird. Wie im folgenden dargelegt
wird, beruht der Unterschied zwischen dieser Änderung des Meldestromes in den beiden angenommenen
Fällen im wesentlichen darin, daß im Falle des Pilotsignals oder des durch die Leitung aufgenommenen
Grundgeräusches die Eingangssignale der beiden Verstärkungswege in Phase sind (oder in
Opposition, wenn der Verstärker ein Gegentaktverstärker ist, oder wenigstens gegeneinander eine
Phasenbeziehung aufweisen), während die Grundgeräusche der Röhren als zufällige Veränderliche betrachtet
werden müssen und sich wie derartige Veränderliche zusammensetzen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung.
Die Zeichnung zeigt zwei Verstärkungswege, von denen der erste aus drei Röhren 11, 12, 13 und der
zweite aus drei Röhren 21, 22, 23 besteht. Die Verbindung zwischen den Verstärkerröhren desselben
Weges erfolgt durch Verbindungskondensatoren 14, 15 bzw. 24, 25.
Die Eingangssignale werden an den Klemmen 1, 2 der Primärwicklung des für die beiden Verstärkungswege gemeinsamen Eingangstransformators 3 zugeführt,
dessen Sekundärwicklung an dem einen Ende 4 an Masse liegt, während das andere Ende 5 gleichzeitig
mit den Gittern 10 und 20 der ersten Röhren 11 bzw.
21 jedes Verstärkungsweges verbunden ist.
Der Anodenkreis der Endröhre 13 des ersten Verstärkungsweges
enthält eine Wicklung 16 des Ausgangstransformators 6 und ein selektives Netzwerk 18,
dessen Durchlaßband außerhalb des Frequenzbandes der Nutzsignale liegt. An den Klemmen von 18 ist
ein Spannungsmesser 30 angeschlossen, welcher das Meldegerät darstellt. Das Gerät 30 kann ein Verstärkerspannungsmesser
sein oder durch einen Gleichrichter mit einem nachfolgenden elektromechanischen Melderelais ersetzt werden.
Der Anodenkreis der Endröhre 23 des zweiten Verstärkungsweges enthält eine zweite Wicklung 26 des
Ausgangstransformators 6 und ein gestrichelt angegebenes Netzwerk 28, das mit 18 übereinstimmt, aber
weggelassen werden kann. Der Ausgang der Nutzsignale ist an den Klemmen 7, 8 der Sekundärwicklung
des Transformators 6.
Die Kathodenwiderstände 19 und 29 der beiden Röhren 13 bzw. 23 sind mit dem Punkt 9 verbunden
und durch die Kondensatoren 17 bzw. 27 entkoppelt. Der gemeinsame Kathodenwiderstand 31 bildet eine
negative Rückkopplung in Serienanordnung am Eingang. Jeder Verstärkungsweg der Schaltung zeigt
die Serienanordnung am Eingang und die Serienanordnung am Ausgang.
Nach dem dargestellten Schema besitzt das erfindungsgemäße System zwei parallel angeordnete Verstärker,
an deren gemeinsamen Eingang durch einen gemeinsamen Widerstand 31 eine Gegenkopplungsspannung zurückgeführt wird, die proportional ist zu
der Summe der Ausgangsströme der beiden Verstärkungswege.
Auf Grund dieser der Summe der Ausgangsströme entsprechenden Gegenkopplung ist, wenn ein Signal
an dem gemeinsamen Eingang der beiden Verstärker zugeführt wird, die Summe der Ausgangsströme unabhängig
von der Verstärkung jedes Verstärkers, und zwar innerhalb der Grenze, wo der Gegenkopplungsgrad groß genug bleibt. Dies gilt jedoch nicht für den
Ausgangsstrom jedes einzelnen der beiden Verstärker, vielmehr stehen diese Ströme im Verhältnis der Verstärkungen
der beiden Verstärker ohne Gegenkopplung.
Im folgenden wird beispielsweise angenommen, daß die Ausgangsröhren 13 und 23 Pentoden sind. Wenn
ein Signal nicht an den gemeinsamen Eingangsklemmen i, 2 der beiden Verstärker, sondern inner-
halb des einen Verstärkungsweges zugeführt wird, z. B. des Weges 11, 12, 13 (dies ist der Fall des durch
die Röhre 11 eingeführten Geräusches), dann erscheint dieses Signal wie ein Strom, der durch die Ausgangsröhre
13 in die gemeinsame Belastungsimpedanz geschickt wird.
Auf Grund des Gegenkopplungswiderstandes 31 wird dieser Strom durch die Summe der Ströme, die in jeder
Röhre 13 bzw. 23 auftreten und von der Verstärkung der in den Widerstand 31 eingeführten Geräuschspannung
herrühren, beträchtlich vermindert und sogar praktisch zum Verschwinden gebracht.
Wenn die beiden Verstärker denselben Verstärkungsgrad
haben, sind diese letzteren Ströme gleich und betragen demnach etwa je die Hälfte des Geräuschstromes,
welcher ohne Gegenkopplung vorhanden wäre. Im Ergebnis betragen die resultierenden
Ströme in jedem Ausgangskreis der Röhren 13 und 23 etwa die Hälfte des Geräuschstromes, welcher ohne
Gegenkopplung vorhanden wäre.
Wenn der Verstärkungsweg 21, 22, 23 augenblicklich außer Betrieb ist, wird der Gegenkopplungsstrom,
welcher den ursprünglichen Geräuschstrom praktisch aufhebt, ausschließlich durch die Röhre 13 geliefert.
Der entsprechende Ausgangsstrom dieser Röhre ist demnach beinahe Null, tatsächlich gleich dem anfänglichen
Geräuschstrom geteilt durch den Gegenkopplungsgrad.
Durch eine entsprechende Überlegung für das durch den zweiten Verstärkungsweg eingeführte Geräusch
ergibt sich, daß dieses Geräusch praktisch zu dem
850 Oil
ersten hinzugefügt wird und die Größenordnungen nicht verändert; im Gegenteil verstärkt es den Vorgang.
Daraus folgt, daß man eine Meldeanordnung verwenden kann, die von dem Geräusch betätigt und in
den Ausgangskreis einer Verstärkungskette eingeschaltet wird, weil im Störungsfalle dieses Geräusch
beträchtlich vermindert oder sogar zu Null gemacht wird.
ίο Allerdings kann das System praktisch nur arbeiten,
wenn die benutzte Meldeanordnung gegen die normalerweise durch die Verstärker übertragenen Signalströme,
d. h. gegen die Ströme mit Fernsprech- oder Trägerfrequenzen, unempfindlich ist. Zu diesem Zweck
ist das selektive Netzwerk 18 vorgesehen, an dessen Klemmen die Betätigungsspannung der Meldeanordnung
30 abgegriffen wird. Dieses Netzwerk muß so ausgebildet sein, daß durch die Nutzsignalströme an
seinen Klemmen keine nennenswerte Spannung entwickelt wird.
Die vorstehenden Überlegungen können wie folgt mathematisch erläutert werden.
Es seien:
eY die entsprechende Geräuschspannung der Röhre 11,
bezogen auf den Verstärkereingang,
E1, E2 die entsprechenden Ausgangsspannungen
an den Klemmen der Impedanzen 18 bzw. 28,
e2 die entsprechende Geräuschspannung der Röhre
21, bezogen auf den Verstärkereingang,
E}". E2" die entsprechenden Ausgangsspannungen an den Klemmen derselben Impedanzen,
E}". E2" die entsprechenden Ausgangsspannungen an den Klemmen derselben Impedanzen,
μχ und μ2 die Verstärkungsgrade der beiden ohne
Rückkopplung angenommenen Verstärkungswege,
μχ, βλ und μ2, ß2 die Verstärkungen auf den Rückkopplungsschleifen.
Diese letzteren Verstärkungen umfassen einen gemeinsamen Teil ßy = ß2 = ß, jedoch wird zunächst
die Berechnung ohne diese Vereinfachung durchgeführt.
Für das Eingangssignal ex läßt sich schreiben:
'2 Hi) —
—μ2 (E1' βχ + E2' β2)
(i)
Für das Eingangssignal e2 gelten die Gleichungen:
\-μι (E1" β, +Ε2"β2) = E1"
\ MiCt-E1" β,-Et''ßJ = E2"
(2)
Die erste Gleichung ergibt die Ausgangsspannung E1, die von dem Geräusch der Röhre 13 herrührt:
γ /_ ri *i \x
I + ^i Pi T j"2 /->2
Die zweite Gleichung liefert die Ausgangsspannung E1", die von dem Geräusch der Röhre 23 herrührt:
E1" =
i e2 · fh
Mißi +
Mißi +
Unter Berücksichtigung des Umstandes, daß ßx
= ßs = β und unter der Annahme, daß die beiden
Röhren π und 21 von gleicher Art sind, so daß ex = e2 = e, erhält man
μι e (1 + μι ß)
1 + (Mi+ Mi) ß
Miß
(3)
'* ι + (μι + Mi) ß
Die Spannung an den Klemmen von 18 ist
B1 = VE1* + E1*"
Mie
(Mi + M2) ß
E1
(μι + μ2) β
(4)
ι +Miß
(6)
hh K- (Ei) ßi-(E2)ß2] = (E1)
I M2 [«· - (E1) ßx - (E2) ß2] = (E2)
wobei (E1) und (E2) die Ausgangsspannungen bezeichnen.
Daraus ergibt sich
{E ) = «1 Mi (J
M2 ß2) — e2 ß2 μι μ2
τ+Mißi+Mißi
wobei .E1 = μχ e das Ausgangssignal des ersten Verstärkungsweges
ist, wenn dieser ohne Gegenkopplung angenommen wird.
Wenn der erste Verstärkungsweg gestört wird, d. h. μ1 = ο, so ergibt sich
C1 = o. (5)
Wenn der zweite Verstärkungsweg gestört wird, go
d. h. u2 = o, so ergibt sich
Nimmt man als Beispiel bei normalem Betrieb Miß = Miß — 20>
s0 ergibt sich
bei normalem Betrieb E1 = 0,70 E1,
bei gestörtem 1. Verstärkungsweg E1 = o,
bei gestörtem 2. Verstärkungsweg E1 = 0,05 E1.
Wie ersichtlich, ist, wenn der zweite Weg gestört ist, die Meldespannung etwa durch den Faktor 15
geteilt. Der Spannungsmesser 30 wird einen Abfall anzeigen, der die Verstärkungsstörung dieses Weges
meldet. Der Abfall wird noch viel ausgeprägter und die Anzeige des Spannungsmessers wird zu Null, wenn
der erste Weg gestört wird.
Zur Erläuterung der Vorteile der Erfindung wird im folgenden dargelegt, welche Form die Gleichungen
(4), (5) und (6) annehmen würden, wenn als Signal an Stelle der entsprechenden Geräuschspannungen
ex und e2 der Röhren 11 und 21 das durch
die Leitung eingeführte Grundgeräusch genommen würde. Dieses Signal e würde dann in Phase an den
Gittern 10 und 20 der ersten Röhren mit Amplituden
ex und e2 zugeführt, und die Gleichungen (1)
und (2) würden wie folgt geändert:
Claims (1)
- 850 Oilund unter den obigen Annahmen βγ — ß2 = β und e, = e« = e(E1) =(μι +E1ι +(μι + μ2) βwobei E1 wie oben das Ausgangssignal des ersten Verstärkungsweges ist, wenn dieser ohne Gegenkopplung angenommen wird.Wenn der erste Verstärkungsweg gestört wird, d. h. ^1 = o, ergibt sich(E1) = o. (5')Wenn der zweite Verstärkungsweg gestört wird, d. h. μ2 = ο, ergibt sichiv \ _ Ei _ (6')Mit demselben Zahlenbeispiel wie oben erhält manbei normalem Betrieb (E1) = 0,025 E1,bei gestörtem 1. Verstärkungsweg (.E1) =0,bei gestörtem 2. Verstärkungsweg (E1) = 0,05 E1.Wie ersichtlich, wird, wenn der zweite Weg gestört wird, die Meldespannung diesmal mit 2 multipliziert, und nicht durch 15 geteilt.
Wenn ein erfindungsgemäßer Verstärker beispielsweise zur Verstärkung eines Signals benutzt wird, welches eine Bandbreite zwischen 60 kHz und 4 MHz einnimmt, kann man das Netzwerk 18 auf ein Frequenzband einstellen, dessen untere Grenze über 4 MHz liegt. Die Bandbreite von 18 wird so bestimmt, daß sich ein für die Meldung ausreichender Ausgangsstrom ergibt, unter Berücksichtigung des Umstandes, daß ein solcher Strom unter sonst gleichen Verhältnissen sich wie die Quadratwurzel der Bandbreite ändert.Das Netzwerk 28 kann weggelassen werden, wenn man keine Meldung mit einer doppelten Sicherheit wünscht, da, wie oben gezeigt, eine einzige Meldeanordnung wie 18, 30 schon die Alarmgebung ermöglicht.Die möglichen Rückkopplungen zwischen den beiden Verstärkungsketten über den Transformator 6 werden auf ein Minimum vermindert, wenn man für 13 und Röhren mit einer hohen inneren Impedanz verwendet, oder in jedem Falle, wenn die Impedanz der Anodenkreise dieser Röhren groß ist gegen die Impedanz des Netzwerks 18.Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das in verschiedener Hinsicht, beispielsweise hinsichtlich der Röhrenzahl jedes Verstärkungsweges und der Ausbildung der Rückkopplungsschleife, abgeändert werden könnte, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Γ.\·; ι-:::tan s i'p.och:System zur Überwachung eines Verstärkers mit zwei Verstärkungsketten, deren Eingänge parallel geschaltet und deren Ausgänge an ein und denselben Nutzstromkreis gekoppelt sind, wobei die beiden Verstärkungsketten eine gemeinsame Rückkopplungsschleife aufweisen und eine Meldeeinrichtung vorgesehen ist, welche von einer Spannung betätigt wird, die an den Klemmen einer in Reihe im Ausgangskreis einer Verstärkungskette liegenden selektiven Impedanz oder eines selektiven Netzwerks abgegriffen wird, wobei diese Impedanz oder dieses Netzwerk so bemessen sind, daß sie nur Steuerspannungen aufnehmen oder zu der eigentlichen Meldeeinrichtung übertragen, deren Frequenzen außerhalb der Frequenzbänder liegen, welche von den Trägerfrequenz-Fernsprechsignalen oder anderen Signalen, für deren Verstärkung der Verstärker vorgesehen ist, eingenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Meldespannung von dem Grundgeräusch der Verstärkerröhren jeder Eingangsstufe der beiden Verstärkungswege geliefert wird.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen© 5358 9.
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