CS216461B1 - Zapojení pro vícestupňové tranzistorové zesilovače se sériovou napěťovou zápornou zpětnou vazbou a samočinnou regulací zesílení, závislou na kmitočtu - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení pro vícestupňové tranzistorové zesilovače se sériovou napělovou zápornou zpětnou vazbou a samočinnou regulací zesílení, závislou na kmitočtu, za použití čtyřpólového obvodu, sestávajícího z podélného a příčného odporu, působícího jako dělič napětí a zapojeného do větve záporné zpětné vazby, zejméně pro regenerační zesilovače v přenosových soustavách s impulsovou kódovou modulací.

Zesilovače pro impulsovou kódovou modulaci nebo regenerační zesilovače slouží k tomu, aby ze vstupního signálu, který je kabelem zkreslen a utlumen a přes který mohou být superponovány také poruchy, opět vytvořil původně vyslaný sled impulsů. Takový regenerační zesilovač sestává v zásadě ze tří funkčních jednotek, totiž z vyrovnávacího čili korekčního zesilovače, z obvodu pro získání taktu a z obvodu pro regeneraci impulsů.

Úkolem vyrovnávacího neboli korekčního zesilovače, který bude nadále označován jako zesilovač, je změnit tvar a amplitudu deformovaných a utlumených impulsů odstraněním zkreslení a zesílením tak, aby bylo zaručeno co nejoptimaálnějáí rozeznání vyslaných impulsů na výstupu zesilovače i při vlivu poruch vstupního signálu.

Jak známo, je pro optimální rozeznání výhodné usilovat o charakteristiku dolněkmi točtové propusti na způsob Gaussovy křivky jako přenosové funkce pro řetězové

216 461

216 461 zapojení přenosové cesty a zesilovače. Oaussova dolněkmitočtová propásl mé malý útlum pod hlavním kmitočtem, který při blpolérním sledu Impulsů je roven polovičnímu sledu bitů a v jeho okolí je eouetředčn hlavni podíl energie impulsů. V tomto oboru by měl proto zesilovač odstraňovat zkreslení tak, aby ee přibližně vyrovnal útlum způsobený kabelem. Nad hlavním kmitočtem je pro enížení vlivu přeslechů na blízkém konci nutné omezení pásma, které lze vyvolat strmým stoupáním útlumu Gaussovy dolněkmitočtové propusti. Jelikož k tomu účelu nepostačí samotný útlum kabelem závislý na kmitočtu, je třeba příslušně ovlivňovat zesilovací charakteristiku, tj. nad hlavním kmitočtem se musí zesílení snížit. V důsledku teplotní závislosti kabelového útlumu, jakož i vzhledem k tolerancím kilometrového kabelového útlumu, k výšce a šířce vyslaných impulsů a se zřetelem na obvyklé stupňovité přizpůsobení zesílení kabelovému útlumu při nastavení délky pole mohou nastat odchylky v amplitudě a ve tvaru zesílení impulsů zbavených zkreslení. Pro optimální rozeznání musí však rozhodující práh ležet asi na poloviční amplitudě Impulsů.

K tomu účelu je znám způsob, při kterém se hrotovým usměrňovačem vytváří stejnosměrné napětí, které je úměrné výstupnímu napětí tranzistorového zesilovače a je přibliž ně rovno poloviční amplitudě impulsů. Toto napětí se jako protinapětí zapojí do série se signálním napětím, čímž je zaručena správná poloha rozhodujícího prahu. Tento postup řízení prahu má však tu nevýhodu, že kolísání výstupní amplitudy zesilovače působí plnou měrou na následující zapojení pro vytváření taktu a tím nelze odstranit odchylky ve tvaru impulsů.

Dále jsou známa zapojení s pevným rozhodujícím prahem při rozeznávání impulsů, u kterých je vrcholová hodnota impulsů na výstupu zesilovače udržována konstantní samočinným regulováním zesílení. Změny kabelového útlumu vyvolané kolísáním teploty a zbytkový rozdíl kabelového útlumu, pozůstávající při obvyklém stupňovitém přizpůsobení zeeílení kabelovému útlumu při nastavení délky pole, mají přibližně charakteristiku \J~f~ a vedou kromě změny amplitudy impulsu také ke změně tvaru impulsu. U této jednoduché na kmitočtu nezávislé regulaci zesílení se sice vrcholové hodnota udržuje konstantní, avšak nedostane ee zpět optimální tvar impulsů.

Udržení optimálního tvaru impulsů by se dosáhlo tehdy, kdyby i regulace zesílení měla charakteristiku \[f~.

Kromě toho odpovídají změny výšky impulsu a šířky Impulsu na vysílací straně přibližně změně útlumu nezávislé na kmitočtu. Regulace charakteristikou fí by vedla k nežádoucí změně tvaru impulsů při jejich konečném rozeznávání. Pro vyrovnání takových změn by tedy muselo i zesílení být regulováno nezávisle na kmitočtu.

Při blízkém styku za použití impulsové kódové modulace jsou odchylky nezávislé na kmitočtu a odchylky fF přítomny přibližně ve stejné míře. Pro tento případ dají ae příznivé výsledky při rozeznání dosahovat i tehdy, když závislost regulace na kmitočtu

216 461 by byla mezi charakteristikou na kmitočtu nezávislou e mezi charakteristikou ^f. To by však vyžadovalo oddělených obvodů pro odstranění zkreslení a regulaci, oož by znamena lo značné náklady na zapojení.

Vynález vychází z úlohy vytvořit několikastupňový tranzistorový zesilovač, který bez značného nákladu provádí jak odstraňování zkreslení tak i regulaci, přičemž současně má být zaručena definovaná závislost amplitudy výstupních impulsů na teplotě.

Tento úkol se podle vynálezu řeší tím, že ve větvi záporné zpětné vazby je jako podélný odpor čtyřpólového obvodu zapojen dvoupólový obvod, závislý na kmitočtu a jako příčný odpor čtyřpólového obvodu elektricky řiditelný reálný odpor, a pomocné vinutí výstupního translátoru je přes RC-člen spojeno s podélným odporem tvořeným dvoupólem a s emitorem vstupního zesilovače a že před reálným odporem je zapojen regulační tranzistor, působící jako regulační zesilovač, jehož dráha báze - emitor je přes hrotový usměrňovači obvod spojena se sekundárním vinutím výstupního translátoru.

Dalším význakem vynálezu pak je, že elektricky řiditelný reálný odpor sestává ze dvou diod, které jsou pro stejnosměrný proud zapojeny v sérii a pro střídavý proud paralelně.

Rozvinutí vynálezu spočívá rovněž v tom, že mezi pomocné vinutí a mezi dvoupólový obvod závislý na kmitočtu zapojený RC-Člen je tvořen odporem, přemostěný kondenzátorem.

Další rozvinutí vynálezu spočívá v tom, že dvoupólový obvod závislý na kmitočtu sestává ze sériového resonančního obvodu, ke kterému jsou paralelně připojeny indukčnost a odpore který je jedním pólem spojen s emitorem vstupního tranzistoru a druhým pólem s emitorem výstupního tranzistoru.

Posledním význakem vynálezu pak je, že mezi odpory děliče napětí báze vstupního tranzistoru je zapojena kompenzační dioda, jejíž anoda je dále pres odpor zapojena na kladný potenciál, kdežto katoda je připojena na emitor následujícího tranzistoru a současně na kondenzátor spojen s přístrojovou zemí.

Zapojením podle vynálezu se dosáhne toho, že dvoupólový obvod závislý na kmitočtu a ležící v podélné větvi pečuje o zesilovací charakteristiku, jaká je zapotřebí pro odstranění zkreslení kabelového útlumu závislého ne kmitočtu, kdežto změnou elektricky řiditelného reálného odporu, ležícího v příčné větvi, se dosahuje změny zesílení s kmitočtovým průběhem, který leží mezi charakteristikou nezávislou na kmitočtu a mezi charakteristikou ^f, přičemž amplituda a tvar výstupních impulsů zůstávají uvnitř regulačního rozsahu v podstatě konstantní při definované teplotní závislosti výstupních Impulsů.

Dále se ve všech stupních zesilovače dosáhne potřebné stabilizace stejnosměrného proudu proti kolísání teploty. Tím se za pomoci jediného záporného zpětnovazebního obvodu a poměrně nízkých nákladů splní několik podmínek.

216 461

Vynálag bude blíže vysvětlen v dalším textu na příkladu provedení, znázorněného na výkreaeoh. Na obr. 1 ja znázorněn schematicky princip zapojení, na obr. 2 příklad zapojení tranzistorového zesilovače podle vynálezu a na obr. 3 schematicky několik charakteristik.

Podle obr. 1 a 2 sestává vyrovnávací zesilovač z například třístupňového zesilovače 2 ae vstupními svorkami Εχ, E2 a a výstupními svorkami Al až A3. z výstupního translétoru Ú s vinutími NI až N4 a ss zpětnovazebním záporným obvodem s frekvenčně závislou impedancí, působící jako dělič nepětí a podélný odpor, tvořenou dvoupolovým obvodem j v podélné větvi a a reálným odporem Z2 ležícím v příčné větvi, jehož hodnota je elektricky regulovatelná prostřednictvím regulačního zesilovače VI a usměrňovacího obvodu G, Na svorku +UB je připojeno provozní napětí. Podle obr. 2 sestává podélný odpor, tvořený dvoupólovým obvodem > ₃ v podélné větvi z obvodu β paralelním resonančním obvodem, tvořeným indukčnostmi Ll. L2, kondenzátorom Cl a odporem R2. jehož reeonanční kmitočet Je těžišťovým kmitočtem sledu impulsů f. s příslušným sériovým resonančním obvodem L, Cl. jehož reeonanční kmitočet lečí u 3. harmonické těžišťového kmitočtu.

Při velmi nízkých kmitočtech a při sériově resonanci je odpor R2 prakticky zkratován. Tím se dostane větěí záporné zpětnovazební napětí na vstupu zesilovače V sestávajícího ze tří tranzistorů TI až TJ, nežli při paralelní resonanci, při která je odpor R2 plně účinným. V důsledku této kmitočtově závislé záporné zpětné vazby, oož je způsobeno impedanci dvoupólového obvodu ležícího v podélné větvi, se zasílaní ovlivní ve smyslu požadované přenosové charakteristiky. Regulací reálného odporu Z2 ležícího v příčné větvi a který sestává ze dvou diod DJ, D4 záporné zpětné vazby, se změní záporná zpětná vazba zesilovače V tak, že výstupní amplituda zesilovače V zůstává konstantní.

Prostřednictvím pomocného vinutí N2 výstupního translétoru Ú zesilovače V se v době .§ odebírá střídavé napětí záporné zpětné vazby a přivádí se do větve záporné zpětné vazby. Kmitočtově závislým paralelním resonančním obvodem Ll. L2. C2,. R2 v podélné větvi ae zaručuje požadované kmitočtově záviálá korekce, stejně jako regulace.

Usměrňovači obvod G sestává zs dvou usměrňovačích diod Dl. D2, dvou filtračních kondenzátorů C2. 08 a dvou odporů RJ, R10. Na vetupu třístupňového zesilovače V je zapojen bázový dělič napětí tvořený odpory R6, R7. přičemž mezi těmito odpory R6. RJ je zapojena v propustném směru kompenzační dioda Dg.

V dalším textu bude blíže vysvětlena funkce, reep. způsob regulace.

Jsko kriterium slouží vrcholová hodnota výstupního napětí zesilovače, které se odebírá na prvním sekundárním vinutí N3 a které ae přivádí ueměrňovacímu obvodu G.

Řídicí stejnoměrné napětí, působící na dráze báze-emltor regulačního tranzistoru

T£, vzniká jako rozdílová hodnota ze srovnání mezi hodnotou napětí úměrného výstupnímu napětí zesilovače V a referenční hodnotou, která vyplývá z prahová hodnoty napětí

216 461 usměrňovačích diod Dl, D2 a dráhy emitor-báze. Pomocí dvou odporů Rj, R10 se nastavuje referenční hodnota. Řídicí stejnosměrné napětí řídl kolektorový proud regulačního transistoru T4. Mezi regulačním tranzistorem T4 e diodami D3. D4 záporné zpětné vazby, ležícími v příčné větvi a které jeou překlenuty kondenzátorem C3. dochází k dělení proudu, přičemž celkový proud zůstává přibližně konstantním. Jestliže se kolektorový proud regulačního tranzistoru T4 zvětšuje, pak ee proud, tekoucí diodami Dj, D4 záporné zpětné vazby zmenšuje a naopak. V důsledku změny proudu, tekoucího diodami D3. ££ záporné zpětné vazby, mění se odpař těchto diod Dj, D$ záporné zpětné vazby, čímž se ovlivní proud záporné zpětné vazby zesilovače V. Jestliže například stoupá výstupní střídavé napětí zesilovače V nad jeho žádanou hodnotu, pak ee dostane kladnější řídicí stejnosměrné napětí, kolektorový proud regulačního tranzistoru T£ se zvětšuje a proud, protékající diodami Dj, D4 záporné zpětné vazby se zmenšuje. Odpor diod Dj,

D4 záporné zpětné vazby se zvětěuje a tím i záporné zpětnovazební napětíjv důsledku toho se zmenšuje zesílení.

Tímto způeobem se udržují amplitudy výstupního napětí zesilovače V konstantní.

Místo usměrňovačích diod X£L, D2 je také možno použít tranzistorů v zapojení se společným kolektorem; přitom se zatížení zesilovače V v důsledku jeho proudového zesílení zmenšuje a tím se ještě zlepšuje přesnost regulace.

Úbytek stejnosměrného napětí na odporu Rl zapojeného ve větvi záporné zpětné vazby, ee přivádí přímo na emitor výstupního tranzistoru Tj zesilovače V a přes indukčnost L2, která má pro stejnosměrný proud relativně nízký ohmický odpor, na emitor vstupního tranzistoru Tl. Kondenzátor C7 zkratuje při střídavém proudu odpor Rl. Emitor středního tranzistoru T2 zesilovače V je připojen na odpor R7 a je přibližně na stejném potenciálu jako emitory obou druhých tranzistorů Tl. T3 a je pro střídavé napětí uzemněn prostřednictvím kondenzátoru C5.

V důsledku stejnosměrného proudu záporné zpětné vazby ee dalekosáhlým způsobem odstraní změny pracovního bodu zesilovače, způsobené rozptylem jednotlivých součástí nebo teplotními změnami. Kompenzační diodou D5. kte.rá má přibližně stejnou teplotní charakteristiku jako dráha báze-emitor středního tranzistoru T2, se dosáhne jeětě přídavné kompenzace při změně teploty, neboť napětí na emitoru vstupního tranzistoru Tl se nastaví podle odporu kompenzační diody Dg,.

V obr. 3 znázorněné charakteristiky představují posunutí hladiny KL. K2 je charakteristika \ff a Kj je charakteristika zesílení tranzistorového zesilovače podle vynálezu. Charakteristika zesílení K3 udává změnu zesílení v závislosti na kmitočtu a leží mezi hladinou posunutí K1 a charakteristikou K2. to je charakteristickou 77.

Claims (5)

1. PŘEDUfiT VYNÁLEZU

   1. Zapojeni pro vícestupňové transistorové zesilovače ae sériovou napělovou zápornou zpětnou vazbou a samočinnou regulací zesílení, závislou na kmitočtu, za použití čtyřpólového obvodu, sestávajícího z podélného a příčného odporu, působícího jako dělič napětí a zapojeného do větve záporné zpětné vazby, zejména pro regenerační zesilovače v přenosových soustavách s impulsovou kódovou modulaci, vyznačující se tím, že ve větvi záporné zpětné vazby je jako podélný odpor čtyřpólového obvodu zapojen dvoupólový obvod (závislý na kmitočtu, a jako příčný odpor čtyřpolového obvodu elektricky řiditelný reálný odpor (Z2) a pomocné vinutí (N2) výstupního trenslátoru (Ú) je přes RC-člen spojeno β podélným odporem tvořeným dvoupólem (Jl·^) závislým na kmitočtu a a emitorem vstupního tranzistoru zesilovače (V) a že před reálným odporem (Z2) je zapojen regulační tranzistor, působící jako regulační zesilovač (V), jehož dráha báze-emitor je přes hrotový usměrňovači obvod (O) spojena sekundárním vinutím (N4) výstupního tranalátoru (Ú).
2. 2. Zapojení podle bodu 1, vyznačující ee tím, že elektricky řiditelný reálný odpor (Z2) sestává ze dvou diod (D3, D4) záporné zpětná vazby, které jeou pro stejnosměrný proud zapojeny v sérii a pro střídavý proud paralelně.
3. 3. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že mezi pomocné vinutí (N2) a mezi dvoupólový obvod (^) závlelý na kmitočtu zapojený RC-člen, je tvořen odporem (Rl) přemostěný kondenzátorem (C7).
4. 4· Zapojení podle bodu 1, vyznačující ee tím, že dvoupólový obvod (<^) závislý na kmitočtu, sestává ze sériového rezonančního obvodu (Ll, Cl), ke kterému jsou paralelně připojeny indukčnost (L2) a odpor (R2) a který je jedním pólem spojen e emitorem vstupního tranzistoru (Tl) e druhým pólem s emitorem výstupního tranzistoru (T3).
5. 5. Zapojení podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že mezi odpory (R6, R7) bázového děliče napětí vstupního tranzistoru (Tl) je zapojena kompenzační dioda (D5), jejíž anoda ja dála přes odpor (R5) zapojena na kladný potenciál (+UB), kdežto katoda je připojena na emitor středního tranzistoru (T2) a současně na kondenzátor (C5), který je druhou stranou spojen ee zemí.