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Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Störsignalen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Störsignalen, welche
durch unterschiedliche Erdpotentiale an den Enden einer unsymmetrischen, das Nutzsignal
übertragenden Doppelleitung, insbesondere eines Koaxialkabels, hervorgerufen werden.
Häufig schwanken die Erdpotentiale an den Leitungsenden mit Netzfrequenz. Wird die
Leitung daher zur Übertragung von Signalen mit sehr niedriger Grenzfrequenz, z.
B. von Fernsehsignalen, benutzt, so fallen die Störfrequenzen in den Frequenzbereich
des zu übertragenden Signals und überlagern sich diesem.
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Bei unmittelbarer Verbindung des geerdeten Leiters der Doppelleitung
(Kabelmantel) mit dem geerdeten Pol des an das Leitungsende angeschlossenen Gerätes
fließt über den geerdeten Leiter (Kabelmantel) ein starker Ausgleichsstrom, dessen
Spannungsabfall im Leiter das Störsignal verursacht. Um diesen Ausgleichsstrom und
damit das Störsignal auf unschädliche Werte zu begrenzen, ist man gezwungen, den
geerdeten Leiter mit dem Gerät über einen im Vergleich zum Widerstand der Leitung
großen Widerstand zu verbinden. Dann ist zwar die den unterschiedlichen Erdpotentialen
an den Enden der Leitung entsprechende Störspannung nahezu in voller Höhe am Eingang
des Gerätes vorhanden, jedoch mit gleicher Amplitude zwischen beiden Leitern der
Doppelleitung einerseits und dem geerdeten Pol des Gerätes andererseits, während
die Potentialdifferenz zwischen beiden Leitern gleich dem Nutzsignal allein ist.
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Zur Unterdrückung des Störsignals ist es bereits bekannt, einen Verstärker
vorzusehen, dessen Eingang das Erdpotential der Leitung aufweist, während der Ausgang
des Verstärkers wechselstrommäßig an dem hiervon verschiedenen Erdpotential des
Gerätes liegt, und durch geeignete Ausbildung des Verstärkers dafür zu sorgen, daß
sich die Differenz zwischen den Erdpotentialen nicht oder nicht mehr störend auf
den Ausgang des Verstärkers überträgt. Bei bekannten Anordnungen dieser Art ist
der geerdete Leiter der Doppelleitung, z. B. der Kabelmantel bei einem Koaxialkabel,
mit einer gegen Erde niederohmigen Elektrode des Verstärkerelementes, z. B. der
Kathode eines Röhrenverstärkers, galvanisch verbunden, während der das Nutzsignal
gegen Erde führende Leiter mit der Steuerelektrode des Verstärkerelementes, z. B.
dem Steuergitter eines Röhrenverstärkers, auch kapazitiv verbunden sein kann.
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Beim Ersatz der in bekannten Verstärkeranordnungen dieser Art benutzten
Elektronenröhren durch Transistoren tritt nun die Schwierigkeit auf, daß eine galvanische
Verbindung des Transistors mit der Leitung zu einer Gefährdung oder sogar zur Zerstörung
des Transistors führen kann. Eine kapazitive Ankopplung des Transistors an die Doppelleitung
ist nur für die Basiselektrode möglich, während diese für den Emitter wegen dessen
kleinen Eingangswiderstandes bei Frequenzbändern mit extrem niedrigen Frequenzen,
z. B. Fernsehsignalen, nicht anwendbar ist, weil zur Übertragung der tiefen Frequenzen
ein extrem großer Kondensator erforderlich wäre, der praktisch nicht realisierbar
ist.
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Es ist auch schon bekannt, beide Leiter der Doppelleitung am Ende
mit den Eingangselektroden zweier gesonderter Verstärkerelemente zu verbinden, die
einen hohen Widerstand gegen Erde aufweisen und bei denen daher beide Leiter kapazitiv
angekoppelt werden können. Bei der bekannten Schaltung erhalten beide Verstärkerelemente
auch die Störspannung, die wesentlich größer als die Nutzspannung sein kann. Es
sind daher Verstärkerelemente mit entsprechend großer Aussteuerfähigkeit erforderlich.
Außer den beiden Verstärkerelementen benötigt die bekannte Schaltung noch ein drittes
Verstärkerelement als Phasenumkehrstufe.
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Bei einer Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Störsignalen,
welche durch unterschiedliche Erdpotentiale an den Enden einer unsymmetrischen,
das Nutzsignal übertragenden Doppelleitung, insbesondere eines Koaxialkabels, hervorgerufen
werden, deren Leiter jeweils an die Steuerelektrode eines gesonderten Verstärkerelementes
angeschlossen sind, sind erfindungsgemäß als Verstärkerelemente Transistoren entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyps vorgesehen, deren Basen als Steuerelektroden dienen und deren
Emitter-Kollektor-Strecken mit über einen Widerstand miteinander verbundenen Emittern
in
Reihe an der Speisespannung liegen, derart, daß an dem Widerstand
eine der Differenz der den Basen der Transistoren zugeführten Steuerspannungen und
somit der Spannung des Nutzsignals entsprechende Spannung auftritt, so daß in den
Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren nur ein dem Nutzsignal entsprechender
Strom fließt.
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Bei einer anderen Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Störsignalen,
welche durch unterschiedliche Erdpotentiale an den. Enden einer unsymmetrischen,
das Nutzsignal übertragenden Doppelleitung, insbesondere eines Koaxialkabels, hervorgerufen
werden, deren Leiter jeweils an die Steuerelektrode eines gesonderten Verstärkerelementes
angeschlossen sind, sind erfindungsgemäß als Verstärkerelemente Transistoren gleichen
Leitfähigkeitstyps vorgesehen, deren Basen als Steuerelektroden dienen und deren
über einen Widerstand miteinander verbundene Emitter über gesonderte, im Vergleich
zu diesem Widerstand große Emitterwiderstände an dem einen Pol der Speisespannungsquelle
liegen, derart, daß an dem Widerstand zwischen den Emittern eine der Differenz der
den Basen der Transistoren zugeführten Steuerspannungen und somit der Spannung des
Nutzsignals entsprechende Spannung auftritt, so daß in den Emitter-Kollektor-Strecken
der Transistoren nur ein dem Nutzsignal entsprechender Strom fließt.
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Bei den erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen sind im Gegensatz
zu den bekannten Anordnungen die Transistoren nur mit dem dem Nutzsignal entsprechenden
Strom belastet. Weiterhin wird außer den beiden Transistoren kein weiteres Verstärkerelement
zur Phasenumkehr benötigt.
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Von den bekannten Gegentaktverstärkern mit zwei Verstärkerelementen,
unterscheiden sich die vorstehend gekennzeichneten Schaltungsanordnungen in mehrfacher
Hinsicht. Bei den bekannten Gegentaktverstärkern werden den Eingangselektroden der
Verstärkerelemente gegenphasige Eingangsspannungen zugeführt, während sich gleichphasige
Eingangsspannungen in bekannter Weise im Ausgang des Verstärkers kompensieren. Dagegen
erhält bei den erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen nur ein Verstärkerelement
die Nutzspannung. Ferner sind auch bei den bekannten Schaltungen beide Verstärkerelemente
durch die von der Störspannung hervorgerufenen Ströme belastet.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht auf die Verwendung von Transistoren
beschränkt, sondern kann mit Vorteil such mit anderen Verstärkerelementen, z. B.
Hochvakuumröhren, ausgeführt werden.
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Die Erfindung wird an Hand der Ausführungsbeispiele darstellenden
Schaltungsanordnungen mit Transistoren als Verstärkerelemente näher erläutert.
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F i g. 1 und 2 zeigen besonders vorteilhafte Schaltungsanordnungen
mit Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps; F i g. 3 ist eine ebenfalls
mit Transistoren aufgebaute Schaltungsanordnung nach der Erfindung, die außerdem
eine gleichstromstoßfreie Verstärkungsregelung ermöglicht.
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In F i g. 1 stellt 1 eine Koaxialleitung dar, über die das Signal
übertragen wird und deren Außenleiter gegenüber der geerdeten Leitung des anzuschließenden
Gerätes oder der anzuschließenden Leitung ein unterschiedliches Potential aufweist.
Der Widerstand 2 versinnbildlicht den dem Wellenwiderstand gleichen Abschlußwiderstand
der Koaxial-Leitung von z. B. 75 Ohm. Der Innenleiter und: der Außenleiter des Koaxialkabels
sind über die Kondensatoren 3 bzw. 4, je 10 [F, an die Basen der Transistoren 5
und 6 angeschlossen. Diese sind von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp. Im vorliegenden
Fall ist der Transistor 5 vom pnp-Typ, z. B. AF 124, und der Transistor 6 vom npn-Typ,
z. B. 2 N 708. Die Basen der Transistoren 5 und 6 sind mit Hilfe eines Spannungsteilers
über die Betriebsspannung von z. B. 24 Volt geeignet vorgespannt. Der Spannungsteiler
enthält die Widerstände 7 und 9, z. B. je 27 kOhm, und den Widerstand 8, z. B. 6,8
kOhm. Die Eingangswiderstände der Transistoren sind somit im Vergleich zum Wellenwiderstand
des Kabels hochohmig. Zwischen den Emittern der beiden Transistoren 5 und 6 ist
ein Widerstand 10, z. B. 1 kOhm, geschaltet. Der Signalstrom im Kollektorkreis der
komplementären Transistoren 5 und 6 ist in dieser Schaltungsanordnung der Potentialdifferenz
zwischen dem Innen- und Außenleiter der Leitung 1 proportional.
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Die beiden Basen in gleicher Größe zugeführte Störspannung verursacht
keinen entsprechenden Strom in den Kollektorkreisen.
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Im Kollektorkreis kann daher eine unsymmetrische Ausgangsspannung
abgenommen werden, die gegenüber dem vom Erdpotential der Verbindungsleitung verschiedenen
Erdpotential der Anordnung keine Störspannung enthält. Die Ausgangsspannung kann
an einem oder auch an beiden Kollektoren der Transistoren 5 und 6 (an den im Kollektorkreis
eingeschalteten Widerständen 11 bzw. 12, z. B. 1 kOhm) abgenommen werden.
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F i g. 2 zeigt eine ähnliche Schaltung mit komplementären Transistoren,
wobei jedoch die Spannung am Innenleiter der Leitung 1 einen Transistor 15 vom npn-Typ
(2N708) und die am Außenleiter einen Transistor 16 vom pnp-Typ (AF 124) steuert.
Die übrigen Schaltelemente können ebenso wie in der Schaltungsanordnung nach F i
g. 1 bemessen sein und sind daher mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Um in der Anordnung außer einer Unterdrückung der Störsignale auch
eine Verstärkungsregelung vornehmen zu können, wäre es möglich, den Widerstand 10
zwischen den Emittern der Transistoren 5 und 6 bzw.15 und 16 veränderbar auszubilden.
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Bei einer Änderung dieses Widerstandes und damit der Ausgangsspannung
würde sich aber nicht nur diese, sondern auch das mittlere Potential der Ausgangsspannung
gegenüber der geerdeten Ausgangsleitung ändern, was häufig unerwünscht ist.
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F i g. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der bei Änderung der
Verstärkung die Gleichspannung nicht mitgeändert wird. Auch hier sind wieder Innenleiter
und Außenleiter des Koaxialkabels 1 kapazitiv über die Kondensatoren 33 und 34 (je
10 RF) mit den Basen der Transistoren 35 und 36 gekoppelt. Die Transistoren sind
jedoch vom gleichen Leitfähigkeitstyp, z. B. vom pnp-Typ (z. B. AF 124). Die Widerstände
37 und 39 (je 20 kOhm) sind jeweils zwischen die Basis und die geerdete Bezugsleitung
der Anordnung geschaltet. An der Basis des Transistors 35 ist außer der Signalspannung
auch die Störspannung wirksam, an der Basis des Transistors 36 die Störspannung
allein. Damit die den Transistoren zugeführten Störspannungen keine Steuerung des
Kollektorstromes bewirken können, ist es erforderlich,
daß die Zuführungsleitungen
für den Betriebsgleichstrom in den Emitterkreisen einen möglichst hohen Wechselstromwiderstand
aufweisen. Um diese Forderung zu erfüllen, können die Emitterspeisewiderstände mit
Transistoren 45 und 46 ausgeführt werden. Die Basen der Transistoren 45 und 46 sind
durch den Spannungsteiler mit den Widerständen 47,
48, z. B. je 5 kOhm,
geeignet vorgespannt. Die Vorspannung ist durch einen Kondensator 49 gegen die Bezugsleitung
der Anordnung überbrückt, z. B.10 nF. Zur Vergrößerung ihres Kollektorinnenwiderstandes
sind die Transistoren durch die Widerstände 50, 51 (2 kOhm) stark stromgegengekoppelt.
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Zur Regelung der Verstärkung ist der Widerstand zwischen den Emittern
35 und 36 veränderbar. Er besteht aus einem Regelwiderstand 40, z. B. 1 kOhm, der
mit dem Widerstand 41, z. B. 50 Ohm zur Begrenzung des Regelbereiches in Reihe liegt.
Da die Emitter der Transistoren 35 und 36 dasselbe Gleichspannungspotential aufweisen,
beeinflußt die Größe des Widerstandes zwischen den Emittern nur die Ausgangsspannung,
das Gleichspannungspotential an den Transistorelektroden bleibt dagegen ungeändert.
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Die Ausgangsspannung kann wieder an einem oder an beiden Kollektorkreisen
der Transistoren 35 bzw. 36 abgenommen werden. Hierzu liegt in einem oder in beiden
Kollektorkreisen ein Kollektorwiderstand 42 bzw. 43, z. B. 1 kOhm.
Die Betriebsspannungsquelle mit einer Spannung von z. B. 24 Volt kann, wie in der
Figur dargestellt, derart angeordnet sein, daß gegenüber der geerdeten Bezugsleitung
jeweils etwa die halbe Spannung vorhanden ist.