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電力線搬送電話用圧伸器

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(1)

u.D.C.d21.395.44:d21.395.d45

圧 伸

巌*

Compandor

for

the

Power

Line

Carrier

Telephony

ByIwao Tashima

Totsuka Works,Hitachi,Ltd.

Abstract

=Compandor= denotes a device which compresses speech amplitude at the

transmittingend andallowsit to restore toits orlglnalvolume at the receivlng

end,afeaturewhich makespossibletheimprovementofsignal-tO-nOiseratiotothe OutStandingadvantageinthecarriertelephony.

The writer discussesin thearticle thestandard

whichshouldbe abodeby the COmpandorfor the speci丘c use with powerline carrier telephony as wellas the

actualdesignlng Ofit,Citing a few examples and experimentalresults.Healso

describes severalrequirementsin determining the

generalcharacteristics of the

Same COmpandor,dealingin the

end with some problems which arise when the

COmpandorisinuse for the carrier system.

〔Ⅰ〕緒

入力g⊥と出力ピコとが比例しない増幅講話を一般に非線 型増幅器といい,入力の増大につれて増幅度の減少する ものを圧縮器(Compressor〕,その逆を伸長器(Ex・ pandor)というっ特にelとe2 とが ♂2=烏・β⊥7乙. l 、、ノ なる関係にある時刀<1又ほ 刀を圧縮率叉乙・よ伸 2一伸長器の 率と呼ぶ。 想特性を図 〃>1に従って,それぞれ 例えば1/■2一 圧縮器と 図 第 ば 、 、 」プ 云 のようである。周知の如く搬 (攻頁参照〕 配送信側に放て, 圧縮掛こよって苗声入力レベルを平均化し,逆に受信側 に於て伸長器を通してこれを復元する如く使用する時, かゝる圧縮器と伸長器の一一組は,所謂,庄伸器(Com-pandor)であり,近時装置小型化等のため屡々用いられ 日立

作所に於てもPJ-41,PH-3等の搬■送装置に実装さ

れている。その利点の主なるものは次の二つであろう。 (1〕標準レベルより高い苫声入力は,圧縮掛こよつ てレベルを低下される故,変復調器,増幅器,な かんずく送信増幅器を小型化することが出来る。 日立製作節戸嫁工場 (2)標準レベルより低い音声人力ほ,圧縮器によつ て逆忙レベルを上昇し,更に受信雑音は伸長器に よってレベルを低下される故,全体として信号対

雑音比が大中副こ改善されて,濾波器の親格を

し得る。 和 ところで,かゝる搬送届話装置用圧伸掛も 勿論音声 波形の包路線を圧伸するもので,この点搬送波の或時間 内での平均レベルで動作する日動利得調整装置や,入力 波形の瞬時値を圧伸する瞬時圧伸器との 質的相異であ る。従ってその構造iも

一般に動作遅れを看せぬ可変損

失回路を,適当な時短数回路を経て,入力(又は出力)

整流電流で制御する形式が用いられる。これをブロック

ダイヤで示せば第2図(衣貢参照)のようである。 以下先ずか_」 設計規準に就い て考察し,それに基く設計法を述べる。次いで設計例と その実験結果の概要に就いて検討し,今後の設計資料と する。最後に関連する二三の問題に就いて ミる。

〔ⅠⅠ〕設計規準に対する考察

力線搬送用圧伸器の設計に対してほ,以下の

関する規準を確立することが必要である。

(i)入出力レベル範困及び標準レベル

項に

(2)

目 立 評 論 :竜 ・F ーZ∫

号 別冊第 6 -〟 ./、' へ竜) く 五 十∠J+〝 入 刀(彪ノ ■、・こ一 第1図1/2一圧縮器及び2一伸長器の理想特性 (A)圧縮器 (B)伸長器 Fig.1.IdealCharacteristics ofl/2-Com-pressor and2-Expandor 〔A〕Compressor(B)Expandor (ii)圧桁率及び伸長率 (iii)時定数 (iv)歪

(Ⅴ)特性偏差(温度偏差を含む)

以下これらに就いて順次考察する。 (1)入出力レベル範囲及び標準レベル 音声エネルギー測定結果の大略ほ第1表(A〕憫のよう である。これは送話器によって 気 エネルギーに変換さ れ,この際約20db増幅され,攻で送話回路,線路及び 交換機による約5dbの減衰を経て澱 加えられる。一方, 装置入力端子に 力線搬送装置標準入力レベルは, 各電力会社とも Odb と規定しており,その関係は第1 表B欄のようになる。〕これらは更に 置内の抵抗減衰器, 三巻変成器等による10乃至15dbの減衰を経て圧縮器 に加えられる故,圧縮器入力レベル範囲及び標準レベル の関係ほ第1図(A)のようである。この際標 レ′ベルに 可変椙チ凪諮 綿型増幅器

l

レ= 可変帽矢間路 ■硝団1増幅蓋 綿製増幅富

Fこ「

綿製整流署 員吉定数皿 (の 第2図 圧縮器及び伸長器のブロリクダイヤグラム (A)圧縮器 (B〕伸長器

Fig.2.Blockdiagrams of Compressor and Expandor

(A〕Compressor (B〕Expandor

第1表

Tablel.

の レ 範 囲

Range of Speech Energy

放ける増幅度ほ装置自身の条件により任意に決定して差 支えないが,普通第1図の如き値が 当である。.なお受 信出力標準-8dbを得るための伸長器出力ほ三巻変成

器等による10∼15dbの減衰及び圧縮器標準入力を考慮

すれば第1図(B)の如くしなければならない。 ルに放ける増幅度は圧縮器と同 レべ 装置自身の条件により 任意に選び得るが,普通第1図の如き債がとられる。 (2)圧縮率及び伸長率 伸長率を粥 とすれば圧縮率は1/搾でなければならな いことは圧伸器の作用より明かである。圧伸器の利点を 強調するためには乃の大なる程望ましいが一方〃を大

(3)

綿こ

二搬

とすると庄伸器の 作困難となり,且つ装置の盃率を低 下する。これらを考慮して普通乃=2が選i・甜Lるが,こ してほ歪率の項でもう一度触れることにする。 (3)時定数 圧縮器(又は伸長器〕の 定数とi・ま,入力レベルが急 変したとき出力レベルの変動が全変化の約80%に及ん だ時迄の時間であり,既に述べた如く圧伸器ほ音声電流 の包路線を圧伸するものであることを考慮すれば,伝 周波数巾の最低のものゝ周斯こ比して長く選定されな ければならない。普通15∼20ms程度の値が用いられ る。 (4)歪 率 明瞭なる通話を確保するためにどの程度の歪 されるかは-・一意的な決定ほ困 であり, が許容 耕するに足る 資料も不十分である。そのため各電力会社に於ける仕様 もまた必ずしも明際ではないが,大体 話路の歪率-30 db以下が要求されているように思われる。 一方圧伸器可変損失回路ほ, から, の平衡変調器である 率の低下は次の如き原因に分 せられる「、 (A)可変損失回路の不平衡による漏洩

(二B)直流制御電流の不平滑分による変調波

(C〕その他の川ブ]高調波分

第・一]:刻ま整流片の選択並びに変成器の製作に注意すれ ば-60db以下に抑えることは困難ではない。第二項ほ 整流

流のリップル含有率に直接比例し,簡単な平滑回

路でこれを1%に抑えた時, 率-40dbを与える。 第_- 三項の]一三なるものは入力信号波の第二高調波で,これ ほ非線型特性の三ぺの項と,信号 流の二乗とに比例す る故,〝二2 を採用L,且つ低入力の場合,問題とする 必宴はないであろう。以上を考慮し拝仲誤の歪孝として 一40dbを-一一応の規準とするり (5〕特性偏差 通話品質に及ばす特性偏差の影響錮こ関しては, 率同 様,信頼するに足る濱料不足であるが,・一方製作上から は圧仲器動作範囲の中央50dbの問で,偏 を∵⊥0.5db 内に抑えることは左群困難ではない。勿論,このために は整流片の達別に特別の考慮が必要であり,これらに関

しては後述する。なお温度変化による圧縮器又は伸長器

の特性変動は整流片の温度特性より考 ノ巴、して概ね平行移 動であり,その変動も温度100Cの変化は対して 3db 以下であるが,幸いに両者の温度変化ほ相殺する如く起

るので綜合の特性偏差は大幅に改善される。水項に就い

てi・も なお詳細なる検討が加えらるべきであり,これに 関しては更めて報告したい。 以上

力線搬

話用圧伸誤設計規準の大要を述べ た。以下これに塞く設計法に就いで考察する。 1

-・-・. (月) 、・L ■ ′」 田 四 ノ;〈■ノ「 ククク′ .戎

_戎匠

一〟♭=l〃′β′\ 」′ ノ■′′ ノン1′ / / /

読ノンク;

′整流丘 特性 /据〟`′′.` y ′ ′ l ′ ′ l加′

i′

♂ ノ .Z .J ど2 ‖/) (の 第3囲(A)圧縮器可変損央回路と (B)その直流伝達特性 Fig.3.〔A)Schematic-Circuit of Vario-losserinthe Compresser (B〕D.C.Transmission Charac-terjstics of Vario-losser of (A〕

〔ⅠⅠⅠ〕設計法の概要

非線型増幅岩詮の入力plと出力gヨとのl川に gl=′(e2)又ほ e2=g(gl〕 なる関係が要求されている時,

変損失回路に必要な直流娼性

次式で与えられる。 ヽノ 2 ( 後動作到又は前動作 可 El-E2の関係はそれぞれ

且っ=去i了(忍r)灘

又は 昂2=〟γ g(EL/〃γ) El dEl .(3〕

/J及びγはそれぞれ線型増幅器の増幅度及び

である。(第2図参照)後動作型1/2-圧縮器及び前動作型2-伸長器の場合上式はそれぞれ E2=範・logEl, 範= 及び E2=垢・E12, γが ……(4-1)

垢=孟‥‥‥(4-2)

(4)

日 立 1

-ろ ヘヤS 通

しイ.

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′ l I ′β.タ朋 -/.

l

描 I lJ ′

ン2 整流片特性 ♂ぷ 〟/ ′ 〟

l l l 一♂/ ノ / 〝 ∴ 「.●! β 第4図(A)伸長器可変損一失回路と (B)その直流伝達特性

Fig.4.〔A〕Schematic Circuit of Varjo-losserin the Expandor.

(B)D.C.Transmission Charac-teristicsofVario-losserof(A) となる。こゝに々は(1)式に於ける比例定数であり, 20logk(db)は入力Odbに於ける出力レベルを表わす。 可変損失回路の基本型は,通例第3図及び第4図(A) の如きものである。整流片特性を ′=′(丘〕とする時, その直流伝

特性ほ

圧縮器では 丘⊥=βu・ぺ草)十E,E2=丘 ‥‥(5【1) 伸長器では gl=尺0・考古)+且,Eユ=斤0ぺE)(5-2) 今5mm声亜酸化銅整流片の代表的特性に就いて,種々 の尺0に対する(5-1〕及び(5-2)式を図示すれば第 3図及び第1図(B)を得る。(4-1)及び(4-2)式よりこ

れらの特性は第3図でほ直線,第4図でほ勾配2の直線

に近似することが望ましい。これより吼の適当な債と, 近似範囲の大略が定まる。整流片枚数をⅣ枚とすれば

斤0も亦〃倍とすべきことは明かである。次に非線型回

路がこの近似範囲内で動作する如く鰊彗恒1路の定数 〟r へユ〕 ミ㌧

1-1

l、、\ ∴ ‥▲ 、-1 ∂ 、、● 第5図 近似範囲と制御回路定数との関係 (A〕圧縮器 〔B〕伸長器 Fig.5.RelationsbetweenApproximation

Range and Constants of ControI Circuit (A〕Compressor し】ざ)Expandor 乃一 第6園 Fig.6. 伸長器可変損共回路の具体例

Example of Var三0-losser Circuit in the Expandor が決定されねほならない。整流片の棲分抵抗をγとし近 似範囲の下限及び上限をそれぞれ汽云宇J 及び〟で表わ すとき圧縮器に対して 且っヱ 1+β0/γせ£ 1+β0/尺∼阜

1了布7打● 1ニト斤。/斤J

・E2-′〔6-1)

=(1+莞)(1+芸:)賢・・……‥‥〔6-2)

又伸長器に対して

(5)

ズ.僅「1持

1

と1メ . 弟 凋 r/7J ▼【 ▲1\ l -〉 し ガr 名

紅†節

轟〝2 〟ィ ぺ十左=爪/ 第7岡 n三 器 設 計 例 ( A )圧縮一器二 〔B〕伸長器

Fig.7.Design Examples of Compandor

〔A 〕Compressor(BうExpandor J∴ 、・・i・J∴ .ヽ 、一、 ■E-′ト. イ 7-1、) ‥.(7-2〕 の関係が成立たねほならず,第1図の規二衝こ対してこれ らを図示すれば第5図のようである〔⊃これより前記 〃〕

の大略の値を得るノなお-一一般に仲島器では適当な押を

求め碍ぬ敵,補助回路を附加して近似範囲を拡大する。 補助回路は第る図の如く二i二回路に 従ラ に使用L,主「可路 を受端開放と見徹し得る程度に補助回路入力インピ←ダ ンスを大きくとれば,両回路の伝達特性ほ独立と考えて よく,結合特性ほそれらの組合せで められる。文一般 に近似範囲外では基本回路特性ほ線酬哨▼に近ずくもの であるから,補助回路特性ほ主回路の近似範囲に近接し て,これと首-」静性を柏つ如く定めればよい。これは前

迄の方法により,整流片枚数Ⅳを加減 して行う。

以上の ・ .■l-ii又.計規 れを 法に従って圧伸器を設計し これが前述の 足するかに克たいて 験した。以下 ベる。

〔ⅠⅤ〕設計例,実験結果及びその検

前述の設計規準及び設計法に基く圧縮器及び伸長器の

設計例を第7囲(A)(B)に示す。水回路による実験結果

の概要は第8図∼第11図のようである。第8図(A)(B) ・:、二 仁 ヽ、ヽ ハ十乃=〝〝β

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l 一〝 -〝 ∠∼ 十〟 --・---1、∩"別 ∴タJ 箪8図 圧 器 特 性 〔A二)托縮器 〔B)伸長器 Fjg.8.Characteristics of Compandor (A)Compressor(B)Expandor ほ整流回路抵抗γをパラメータとした圧縮・仲良特性 第9図(A〕(B〕は緑亜恒路部分のみの入出力特性であ る。又第10図(A)(B〕は盃率,第11図(A)(B〕は標準入 力に放ける周波数哨性を示す。この実験を検討して次の 如き 論 が得られた.。 〔1)第2表の如き偏差範囲の圧縮器及び伸長器を作 ることほ左程困難ではない。 第 2 仕伸器特性偏差範 Table2.Deviations of Compandor Characteristic 綜 ー1db

(6)

Hu 〃 〃 ♂ へ竜) 仁召郎盟架 ll 整流選出乃 増幅芸人乃

し∴+ l∵J -.形

「}、 増幅蓋顆粒 1 ・.● ・!--. ・こ・ 増幅星人刀(〟) (月) へ雪雲出由云云這忘芸芦Y略讐聖

牛寺

集 号 別冊第 6 号 -、 ●、-.‥ ・・、' ∴l 入 れ /〟) 、、! ー〝 ♂ 〃 ♂ ⊂君間望聖

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増幅蓋整流置

l

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(蕗プ 十2♂ /♂ J/ l I ★ 制御 増幅選管 手性 ヽ l へ竃こ]出師〔召咤州側悪くY瑚讐聖 ∴、 ・、 ・・∴ 増幅星人n(助 (β) 第9L窒1制 御 回 路 部 分 の 特 性 ぐ:A〕圧縮号と;二 〔B)伸長器 Fig.9.Characteristjcsof ControICircuit (A〕Compressor〔B〕Expandor (2〕偏差の原因は次の二つに分類せられる。

(A〕整流片特性が所要の特性に十分近似L′ないこ

と。 (B〕第9図(攻買参照)の如く整流回路能率が低 レベルに放て低下すること、〕 前者は整流片の選別に当って特性の少くとも二点以上 でこれを選別することにより或程度の目的を達する。後 者は整流片動作点を適当に選定すると大いに改善され る。

(3)特別の注意を払わず

をこ した可変損失回路むこ

於ても歪率

-30db が得られる。整流回路リップルを 1%程度に,又特に低レベルに放ける整流片平衡度を5 %程度に抑えれば,歪率-40dbを得ることほ左程困難 でほない。 舞10図 歪 しA_)圧縮器ニ(B)伸長器 Fig.10.Measurement of Klirrfactor (:A〕Compressor〔首)Expandor ∫ β 一 ¶ へ竜) 仁 ヨーーーー

l

【 /十+ 十 ・x¶_舞=メ 圧 縮 盈 ク / 2 J ・ ニ 周 フ便 数(仰) ・ご・

l

伸 長 器 / Z 周 波 数 r〝どJ 「β) 第11図 圃 波 数 特 性 (二A〕任縮器(B〕伸長器 Fjg.11.Frequency Characteristics 〔A〕Compressor(B)Expandor

(7)

]殻

(4) 以上を 周波数特性は良好である。 含して整流片の選別兢絡を適当にすれば所期 の設計規準を満足する圧仲器を作製し得ることが分つ た。なお整流片選別娩格は圧伸器特性の偏差規格によつ て定まるものであり, 報告したい。 搬 出 れ -、、 ∵、 如 しては改めて

〔Ⅴ〕庄伸器の利用に関連する=三の問題

装置に圧伸器を利用する場合,次の如き

慮されなければならない。

(り AGC回路の設計 線路損 項が考 の変動を補償するためにAGCが用いられて いる場合,AGC の残留偏差ほ伸長器によって2倍に拡 大される故,AGC特性はこれを考 に設計しておかなければならない。 (2)周波数特性偏差規格 思、 Lて圧縮率を2倍

周波数特性の残留偏差も亦前項同様2倍に拡大される

が,この場合ほ,圧伸器が音声 もので,通話

流の包絡線を圧伸する

流周波数成分のレベル差に応じて作用す るものではないことを考慮すれば,寧ろ 筐の周波数特

i喜日凸製品

L _\

話 用 圧

性偏差規格を2倍に 和するのが合理的である〔ノ(このこ とほ,各電力会社とも未だ実施されていない。〕

〔ⅤⅠ〕溝

口 電力線搬送朋圧伸器の設計規準,設計法,実験結架の 大要を くべ ,この利用に関連する二三の間置に就いて考 察した。紙数の都合上十分のデータを述べ得なかった が,大プJの御意見,御叱正を頂ければ幸甚である。 参 考 文 献 (1二〕R.C.Mathes,S.B.Wright:B.S.T.J.13′ 3, P.315(July,1934〕 (2〕J.Lawton:P.0.E.E.,32′1,P.33(April, 1939) (3)C.W.Carter,Jr.,A.C.Dickieson and D. Mitchell:A.I.E.E.`5,P.1079(1946) 〔4)R.D.Fracassi:BellLab.Rec.31,11,P.452 (Nov.1953〕 (二5:)F.R.Stansel:BellLab.Rec.37′12,P.501 (Dec.1953)

携帯用無線機に使用するバイプレータ

電源装置の製作

Vibl-atOr Power SⅥpply fo】T Portable Radio Sets under Const.r11Ction

日立製作所戸塚工場に於ては保安J rより受注した携

用無線機JSCR¶300及び市価用無線機JSCR-619の納

入に引 き,:弔商用無線機JSCR∴619,JSCR-608を 大量受注し,これ等無線機と同時にバイブレータ竃瀕 JPP-114ノVRC-3の注文を受けた。この桔梗々の技術的

困難を排して,その試作機を完成L,すべての性能規格

を満足することを確め得た。 パイプレ←タ JSCR-300を耳禰に 代りに華葡附属の苗 JPfし114/VRC-3 は携相和無線機 載する場合, 源として乾電池の 池を使用して,バイプレトタによ り安定な低圧高圧電、源を得る 置である。本電源装置は バイブレータと特殊な飽和変圧器を使用して二次側に安 第1図 バ ブ レ ー・タ 源JPP-114/VRC-3 Fig.1.VibratorPowerSupplyJPPql14/VRC-3 定な高圧電源と低圧 瀕を砺甘L■,これを無線機に供 するようになっている。一次側電圧ほ6V,12V,24V

の3段に切替使用可能で,然も入力電圧の大幅の変化,

対 に レ」 封 の 当 日 ▼十叶 の しても極めて安定な一定出力 電圧が供給されるようになっている。

(8)

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No.5

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参照

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