DE3744130C2 - Schaltungsanordnung zur Reduktion von Längsspannungen auf Zweidrahtleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Reduk­ tion von Längsspannungen auf Zweidrahtleitungen.

Längsspannungen auf Zweidrahtleitungen werden induktiv auf beide Adern der Zweidrahtleitung gleichzeitig eingekop­ pelt. Bisher übliche Zweidrahtleitungen besitzen durch Verdrillen eine außerordentlich hohe Symmetrie, so daß in der Leitung selbst praktisch keine Störquerspannungen ent­ stehen. Mittel zur Beseitigung von Störquerspannungen sind deshalb für diese Leitungen noch nicht vorgeschlagen worden.

Es gibt nun aber Übertragungssysteme mit unverdrillten Zweidrahtleitungen in lenkbaren Einheiten, in denen stören­ de Längsspannungen schon in der Leitung infolge der dort fertigungsbedingten Unsymmetrie erhebliche Störquerspan­ nungen erzeugen. Sie werden in der klassischen Fernmelde­ technik durch Symmetrieübertrager nahezu vollständig un­ wirksam gemacht, wobei infolge der Übertragerunsymmetrie dennoch ein kleiner Teil dieser Spannung als Störspannung in eine Querspannung umgeformt wird.

Aus der DE-OS 29 37 424 ist es bekannt, die Längsspannungen voll elektronisch ohne Übertrager durch Modulation der Speiseströme zu kompensieren. Diese Methode ist jedoch sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Störquer­ spannungen möglichst auf ein tragbares Maß zu reduzieren. Sie wird durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Es ist nunmehr möglich, die störenden Längsquerspannungen auf einfache Weise zu beseitigen, in dem die erfindungs­ gemäße Schaltungsanordnung am Leitungsende parallel zu den Adern a, b angeschlossen wird, ohne daß die bereits be­ stehende Anordnung aufgetrennt oder verändert werden muß. Da der Scheinwiderstand einer Zweidrahtleitung bei 1kHz bei etwa 1 kΩ liegt, werden die symmetrischen Nutzsignale durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung praktisch nicht belastet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 sind Längs­ spannungsunterdrückungen bis zu 50dB erreichbar. Die durch Längsspannungen hervorgerufenen Störquerspannungen werden restlos unterdrückt.

Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 die Ersatzschaltung einer Zweidrahtleitung mit der erfindungsgemäßen Reduktionsanordnung.

Fig. 2 ein Zeigerdiagramm von Netz- und Störspannungen am sendeseitigen Leitungsende.

Fig. 3 ein Zeigerdiagramm entsprechend Fig. 2 am Empfangs­ ende der Leitung ohne Reduktion.

Fig. 4 ein Zeigerdiagramm entsprechend Fig. 3 jedoch mit Reduktion der Längsspannungen.

Fig. 1 zeigt als Block 1 ein Ersatzschaltbild einer Zwei­ drahtleitung mit Ersatzabschlüssen Za und Zb, die gegenpha­ sigen Netzspannungsquellen U1 und U2 und die gleichphasigen Längsspannungsquellen U3 und U4.

In Fig. 2 sind die Spannungen U1 bis U4 vekteriell darge­ stellt. An den empfangsseitigen Leitungsenden, deren Adern mit a und b bezeichnet sind, ist der Symmetriepunkt der Klemmenspannung U um die Längsspannung (U3 + U4)/2 vom Nullpotential verschoben. Auf einen am Leitungsende (a, b) angeschlossenen isolierten Differenzverstärker 3 (Fig. 1) bleibt die Längsspannung U3 ≈ U4 ohne Einfluß.

Ein von der Längsspannung U3 herrührender Strom erzeugt an dem Ersatzabschluß Za eine Spannung U3* und entsprechend erzeugt die Längsspannung U4 am Ersatzabschluß Zb eine Spannung U4*. Fig. 3 zeigt hierzu die Spannungen in vek­ terieller Darstellung. Zwischen den Enden der Spannungs­ vektoren U3* und U4* liegt der Differenzvektor U*, der, wie ohne weiteres ersichtlich, von der Eingangsspannung (U1 + U2) erheblich abweichen kann.

Anstelle der Spannung (U1 + U2) steht folglich infolge der durch äußere Einflüsse auftretenden Längsspannungen die Spannung U* am Eingang des Verstärkers 3, wodurch insbe­ sondere auf Zweidrahtleitungen für die Nachrichtenüber­ tragung erhebliche Störquerspannungen auftreten können.

Zur Vermeidung dieser Störungen ist gemäß der Erfindung ein Differenzverstärker 2 vorgesehen, dessen einer Eingang über einen Widerstand R3 mit einem auf dem Symmetriepotential der Leitung liegenden Anschluß, z. B. Masse, verbunden und dessen anderer Eingang am Mittelabgriff eines an den Adern a und b des Leitungsendes angeschlossenen ersten Spannungs­ teilers (R1, R2) angeschlossen ist. Der Ausgang des Dif­ ferenzverstärkers 2 ist am Mittelabgriff eines ebenfalls an den Adern a und b angeschlossenen zweiten Spannungsteiler (R4, R5) angeschlossen.

Die Spannungsteiler sollen jeweils gleiche Widerstands­ werte R1 und R2 bzw. R4 und R5 aufweisen.

Als Verstärker 2 ist ein intern unkompensierter Differenz­ verstärker mit hoher Leerlaufverstärkung vorteilhaft.

Die Wirkungsweise des Verstärkers 2 in Verbindung mit den Widerständen R1 bis R5 besteht darin, daß über die Wider­ stände R4 und R5 soviel Strom den Leitungen entzogen wird, bis die mittlere Längsspannung U5 (siehe unten) verschwin­ det.

Wie aus dem Vergleich der beiden Fig. 1 und 3 folgt, liegt der eine Eingang des Verstärkers 2 über einen Wider­ stand R3 am in Fig. 3 mit "O" bezeichneten Punkt und der andere Eingang, infolge seines Anschlusses am Spannungs­ teiler, am in Fig. 3 mit "M" bezeichneten Punkt, der auf der Mitte des Spannungsvektors U* liegt. Am Eingang des Differenzverstärkers 2 liegt folglich die in Fig. 3 mit U5 bezeichnete Spannung. Die Polung der Eingangsspannung ist so zu wählen, daß der durch die Spannung U5 bewirkte Aus­ gangsstrom des Verstärkers die Spannung U5 zum Verschwinden bringt. Die dann vorliegenden Spannungsverhältnisse an den Adern a und b zeigt Fig. 4. Der Restfehler ist, wie dort ersichtlich auf zwei symmetrische Anteile U3r und U4r zusammengeschrumpft.

In Fig. 4 sind - wie in Fig. 3 - die Störspannungen zur Erläuterung übertrieben dargestellt. In der Praxis zeigt sich, daß die Längsspannungen mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung um bis zu 50 dB reduziert werden können.

Die beiden an der Leitung anzuschließenden Spannungsteiler bilden für den Verstärker 2 eine Gegenkopplung. Zur Sta­ bilisierung des gegengekoppelten Verstärkers 2 ist die Kenntnis des Frequenzganges der Leitungsscheinwiderstände Za und Zb erforderlich, die für die Stabilität der Ver­ stärkung bei hohen Frequenzen verantwortlich sind. Bei hohen Frequenzen sind die Scheinwiderstände Za und Zb reel und liegen in der Größenordnung von 100 Ω, so daß mit den Widerstandswerten R1 = R2 = R4 = R5 von beispielsweise 20 kΩ die Gegenkopplung schwach und damit eine Phasenkom­ pensation nicht erforderlich ist.

Eine starke interne Kompensation des Phasengangs des Ver­ stärkers 2, wie sie bei fast allen integrierten Operations­ verstärkern üblich ist, verschlechtert die Wirkung der Längsspannungsreduktion. Es hat sich als besonders vor­ teilhaft erwiesen, einen extern kompensierbaren, breit­ bandigen Differenzverstärker 2 vorzusehen.

Als Widerstände sind Metallschichtwiderstände mit möglichst geringer Toleranz und mit möglichst niedrigem Temperatur­ koeffizienten für eine stabile Kompensation empfehlenswert.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Reduktion von Längsspannungen auf Zweidrahtleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß am zu entstörenden Ende zwischen die Adern (a, b) der Zweidraht­ leitung zwei Spannungsteiler (R1, R2; R4, R5) angeschlos­ sen sind, wobei der Mittelabgriff des ersten Spannungs­ teilers (R1, R2) an einem ersten Eingang eines Differenz­ verstärkers (2) und der Mittelabgriff des zweiten Span­ nungsteilers (R4, R5) an dem Ausgang des Differenzver­ stärkers (2) angeschlossen sind, und der zweite Eingang des Differenzvertärkers (2) mit dem Symmetriepunkt der Zweidrahtleitung (Masse) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannungsteiler jeweils durch die Rei­ henschaltung zweier Widerstände mit gleichem Widerstands­ wert realisiert sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (2) ein extern kompensierbarer Differenzverstärker mit hoch eingestellter Leerlaufbandbreite ist.