DE1211690B

DE1211690B - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Unterdrueckung einer Harmonischen und deren Kombinationstoene in Verstaerkeranordnungen, vorzugsweise in Zwischenverstaerkern von Fernmeldeuebertragungsanlagen

Info

Publication number: DE1211690B
Application number: DEJ21433A
Authority: DE
Inventors: Hector Thomas Prior
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1961-03-14
Filing date: 1962-03-13
Publication date: 1966-03-03
Also published as: CH400241A; GB959316A; US3202928A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03f

Deutsche Kl.: 21 a2-18/04

Nummer: 1211 690

Aktenzeichen: J 21433 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 13. März 1962

Auslegetag: 3. März 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung der Signalqualität durch Unterdrückung einer Harmonischen und deren Kombinationstöne in Verstärkeranlagen, vorzugsweise in Zwischenverstärkern von Fernmeldeübertragungsanlagen.

Es ist oft wichtig, den Betrag der von den einzelnen Übertragungsgliedern, insbesondere der von den Verstärkern hervorgerufenen Klirrprodukte und Kombinationstöne so klein als möglich zu halten. Dieses ist besonders bei verstärkten Fernmeldeleitungen der Fall, bei denen auf langen Kabelstrekken eine große Anzahl von Zwischenverstärkern hintereinander eingesetzt wird. Hier können sonst Klirrprodukte und Kombinationstöne die Reichweite begrenzen. Zu ihrer Unterdrückung werden üblicherweise Gegenkopplungen in den Verstärkeranordnungen eingesetzt und diese dabei oft auch als Gegentaktschaltungen ausgebildet. Während durch eine Gegenkopplung alle Klirrprodukte und Kombinationstöne in ihrem Betrag vermindert werden, unterdrücken Gegentaktschaltungen nur die der geradzahligen Harmonischen.

Es ist weiterhin ein Verfahren zur Beseitigung von Verzerrungen in Verstärkern bekannt, bei dem zwei parallele Verstärkerzweige vorgesehen sind. Dem Eingang des ersten Verstärkers im ersten Zweig wird das Eingangssignal zugeführt, das im zweiten Zweig an den Eingang eines die gleiche Laufzeit wie der erste Verstärker aufweisenden ersten Laufzeitgliedes gelegt ist. Aus den Ausgangsspannungen des ersten Verstärkers und des ersten Laufzeitgliedes wird durch Differenzbildung ein nur die Verzerrungen des ersten Verstärkers enthaltendes Signal gebildet, das dem Eingang eines zweiten Verstärkers im zweiten Zweig zugeführt wird. Aus dem mittels eines zweiten Laufzeitgliedes um die Laufzeit des zweiten Verstärkers verzögerten Ausgangssignal und dem Ausgangssignal des zweiten Verstärkers wird durch erneute Differenzbildung ein Ausgangssignal erhalten, in dem die Verzerrungen des ersten Verstärkers eliminiert sind. Verzerrungen des zweiten Verstärkers werden nicht beseitigt, hierzu müßte das Verfahren auch für diesen zweiten Verstärker wiederholt werden, wobei in dem Ausgangssignal dann wiederum die Verzerrungen des hierzu benötigten dritten Verstärkers enthalten wären.

Die Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, ein weniger aufwendiges Verfahren zur Verzerrungsverminderung anzugeben, und beschränkt sich darauf, eine bestimmte Harmonische zu eliminieren. So können z. B. durch Gegentaktschaltungen die geradzahligen Harmonischen an sich unterdrückt werden,

Verfahren und Schaltungsanordnung zur
Unterdrückung einer Harmonischen und deren
Kombinationstöne in Verstärkeranordnungen,
vorzugsweise in Zwischenverstärkern von
Fernmeldeübertragungsanlagen

Anmelder:

International Standard Electric Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,

Stuttgart W, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:
Hector Thomas Prior, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 14. März 1961 (9305)

wobei dann von den ungeradzahligen Harmonischen im allgemeinen nur noch die dritte Harmonische eine Rolle spielt. Sie macht sich hierbei zunutze, daß die Amplituden der zweiten Harmonischen quadratisch, der dritten kubisch usw. von der Ausgangsamplitude eines Verstärkers abhängig sind. Eine n-te Harmonische und deren Kombinationstöne wird in einer Verstärkeranordnimg, die aus zwei gleichphasigen, parallelen Verstärkerpfaden mit elektrisch gleichen Verstärkern besteht, durch Kompensation gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß diese Verstärker eine um /n(db) unterschiedliche Eingangsamplitude erhalten und so ungleich stark ausgesteuert werden, daß ferner die Ausgangsspannung des stärker ausgesteuerten Verstärkers zur Unterdrückung der «-ten Harmonischen um (n — 1) · m (db) frequenzunabhängig erniedrigt wird und daß diese so erniedrigte Ausgangsspannung von der des schwächer ausgesteuerten subtrahiert wird.

Zur Durchführung dieses Verfahrens werden dann zwei spezielle Schaltungsanordnungen aufgezeigt.

Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren eingehend beschrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung, Fig. 2 ein Blockschaltbild eines abgewandelten Ausführungsbeispiels,

609 510/309

Fig. 3 eine Verstärkerkette mehrerer in einem Übertragungsleitungszuge hintereinander eingesetzter Verstärker ebenfalls als Blockschaltbild.
. Fig. 1 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel einer solchen erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung. An ihrem Eingang 1 liege ein Signal, das durch Übertrager 2 mit ihren beiden Ausgängen 3 und 4 — z. B. durch einen Übertrager mit zwei Sekundärwicklungen — in zwei parallele Teilsignale mit gleichen Phasen und Amplituden aufgespalten wird. Das an 3 anstehende Teilsignal werde durch ein Dämpfungsglied 5 abgeschwächt und dieses abgeschwächte Signal 6 dann einem Verstärker 7 zugeführt, an dessen Ausgang die verstärkte Signalspannung 8 auftritt.

Im anderen Signalzweig wird das an 4 anstehende Teilsignal gleich dem Eingang eines Verstärkers 9, der vollständig dem Verstärker? entspricht, zugeführt. Das verstärkte Signal 10 wird einem Dämpfungsglied 11 zugeführt, dessen Dämpfung n-mal größer ist als die des Dämpfungsgliedes 5. Die Ausgangsspannung des Dämpfungsgliedes 11 wird durch einen verlustlosen Übertrager 12 mit dem Übersetzungsverhältnis 1:1 zum Signal 13 in der Phase umgekehrt. Ein Übertrager 14 mit gleichem Übersetzungsverhältnis für beide Verstärkerpfade addiert die Ausgangsspannung 8 des Verstärkers 7 mit der Signalspannung 13, wobei dieses resultierende Signal dem Ausgang 15 entnommen werden kann.

Da an den Eingangspunkten 3 und 4 der parallelen Zweige amplitudengleiche Signale liegen, vor dem Eingang des Verstärkers 7 jedoch noch das Dämpfungsglied 5 sich befindet, ist die Eingangs- und damit auch die Ausgangsspannung des Verstärkers 7 niedriger als die des Verstärkers 9, und zwar um einen Wert, der der Dämpfung des Dämpfungsgliedes 5 entspricht. Da der Klirrfaktor eines Verstärkers nun abhängig von seiner Ausgangsspannung ist, wird der Klirrfaktor der Ausgangsspannung des Verstärkers 9 größer sein als der des Verstärkers 7.

Da die Signalspannungen 3 und 4 gleich sind, ist die Spannung am Punkt 6 um den Wert m(db) der Dämpfung des Dämpfungsgliedes 5 kleiner als die des Punktes 4. Hierdurch wird die n-te Harmonische am Ausgang des Verstärkers 9 um η · m(db) größer sein als die am Ausgang des Verstärkers 7.

Es wird also für die «-te Harmonische die Ausgangsspannung 8 am Verstärker 7 mit der n-ten Potenz kleiner sein als die am Ausgang 10 des Verstärkers 9. (Hierbei sei angenommen, daß die Verstärker innerhalb ihres Aussteuerungsbereiches arbeiten und nicht begrenzen.)

Wenn also das Dämpfungsglied 11 den «-fachen Dämpfungswert aufweist wie das Dämpfungsglied 5:

11,

Wb)

η · £_5(db) = η · i»(db) für D₅ = m(db),

so sind Amplituden der «-ten Harmonischen an den Punkten 8 und 13 gleich, die Amplitude der Grundwelle ist dagegen am Punkt 13 um (n — l)· m(db) geringer als diejenige am Punkt 8. Wenn also in der Einrichtung 14 die Differenz beider Spannungen gebildet wird, wird die Spannung für die «-te Harmonische gleich Null, während die Amplitude der Grundwelle sich zwar etwas erniedrigt, aber nicht ausgelöscht wird.

Bei Einsatz von Gegentaktanordnungen werden die geradzahligen Oberwellen und die auf diese zurückgehenden Kombinationstöne unterdrückt. So liefert z. B. bei als Gegentaktverstärkern aufgebauten Zwischenverstärkern die dritte Harmonische den größten Störanteil. Es kann erfindungsgemäß die dritte Oberwelle unterdrückt werden, indem der Faktor « gleich 3 wird. Wenn also Dämpfungsglied 5 eine Dämpfung von 3 db hat, so muß das Dämpfungsglied 11 eine solche von 9 db haben. Wenn also am Punkt 8 die Spannung U ansteht, so ist für die ίο Grundwelle am Punkt 13 der Pegel um (3 —1) · 3db = 6 db, also Va U kleiner. Der resultierende Pegel der Grundwelle am Punkt 15 beträgt also in diesem Falle

U - Va U = V₂ U.

Hat dagegen beispielsweise 5 eine Dämpfung von 6 db, so muß 11 eine solche von 18 db haben. Am Punkt 15 ergibt sich für die Grundwelle

U- V₄CZ = ⁸Af/.

In der in F i g. 1 beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung wird der Pegel am Eingang 6 des Verstärkers 7 gegenüber dem am Eingang 1 der Anordnung durch Übertrager 2 und Dämpfungsglied 5 herabgesetzt, so daß das Nutz-Störspannungsverhältnis am Ausgang 8 schlechter wird. Diese Störspannungen kompensieren sich nicht und werden über die Leitung zum nächsten Zwischenverstärker übertragen.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung nach F i g. 2 sollen nun diese Nachteile weitgehend behoben werden. Das Eingangssignal 16 wird durch einen Vorverstärker 17, der vernachlässigbar kleinen Klirrfaktor und Eigenrauschen aufweist, verstärkt und dann mittels einem dem Übertrager 2 entsprechenden Übertrager 19 in zwei amplituden- und phasengleiche Teilsignale 20 und 21 aufgespalten.
Eine Verstärkerstufe 23, die frequenzlinear ist und eine Verstärkung von m(db) aufweist, verstärkt das Signal 21 zum verstärkten Signal 24. Die Signale 20 und 24 werden wiederum gleichartigen Verstärkern 22 bzw. 25 zugeführt. Die verstärkten Signalspannungen 27 bzw. 28 werden einer Differenzbildungsanordnung 29 zugeführt, die aus der Signalspannung 27 und der um den Betrag von (n—l)· m(db) verminderten Signalspannung 28 die Differenzspannung ihrem Ausgang 30 liefert. Hierbei erfolgt die zur DifferenzbildungnotwendigePhasenumkehrwiederum durch einen verlustlosen Übertrager 26 mit dem Übertragungsverhältnis 1:1.

Gegenüber der F i g. 1 ist also das Dämpfungsglied 5 durch die Verstärkerstufe 23 im anderen Zweig ersetzt worden. Ebenso übernimmt die Differenzbildungsanordnung 29 die Funktion des Dämpfungsgliedes 11. Um die dritte Oberwelle zu unterdrücken, muß also die Ausgangsamplitude des Verstärkers 25 durch diese Differenzbildungsanordnung 29 — beispielsweise einen unsymmetrischen Übertrager — um den Betrag (« — l)m = 2m(db) herabgesetzt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung nach F i g. 2 erzielt man nun zwar eine hinreichend gute Signalqualität, allerdings wird für die Realisation eines solchen Verstärkers etwa der doppelte Aufwand gegenüber einem üblichen benötigt. In F i g. 3 ist nun eine Verstärkerkette dargestellt, die aus «Zwischenverstärkern bestehen soll. Alle mit Aus-

nähme des letzten «-ten Verstärkers haben üblichen Aufbau. Dieser letzte habe aber einen Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieser «-te Verstärker wird nun so ausgelegt, daß er nicht nur seine eigenen Klirrprodukte der dritten Oberwelle, sondern auch die der übrigen vorhergehenden (n — 1) Zwischenverstärker ausgleicht.

Claims

Patentansprüche: IO

1. Verfahren zur Unterdrückung einer Harmonischen und deren Kombinationstöne in einer Verstärkeranordnung, die aus zwei gleichphasigen, parallelen Verstärkerpfaden mit elektrisch gleichen Verstärkern besteht, durch Kornpensation vorzugsweise für Zwischenverstärker in Nachrichtenübertragungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verstärker eine um m(db) unterschiedliche Eingangsamplitude erhalten und so ungleich stark ausgesteuert werden, daß ferner die Ausgangsspannung des stärker ausgesteuerten Verstärkers zur Unterdrückung der λζ-ten Harmonischen um (n — 1) · m (db) frequenzunabhängig erniedrigt wird und daß diese so erniedrigte Ausgangsspannung von der des schwächer ausgesteuerten subtrahiert wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (1) mittels eines Übertragers (2) in zwei phasen- und amplitudengleiche Teilsignale (3,4) aufgespalten wird, daß das eine Teilsignal (3) durch ein Dämpfungsglied (5) um m(db) erniedrigt dem Eingang (6) eines Verstärkers (7) zugeführt wird, daß ferner das andere Teilsignal (4) dem Eingang eines Verstärkers (9) zugeführt wird und das verstärkte Ausgangssignal (10) durch ein Dämpfungsglied (11) erniedrigt und durch einen Übertrager (12) in seiner Phase umgekehrt wird, daß weiterhin mittels eines Übertragers (14) die Differenz zwischen den Spannungen der beiden Verstärkerpfade durch Addition gebildet und einem Ausgang (15) zugeführt wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (16) in einem Vorverstärker (17) verstärkt und mittels eines Übertragers (19) in zwei amplituden- und phasengleiche Teilspannungen (20, 21) aufgespalten, das Teilsignal (20) in einem Verstärker (22) verstärkt wird, daß ferner das Teilsignal (21) nach Verstärken um m (db) in einer Verstärkerstufe (23) dem Verstärker (25) zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung mittels eines Übertragers (26) in der Phase umgekehrt wird, daß weiterhin diese Spannung durch das ungleiche Übersetzungsverhältnis eines weiteren als Differenzbildungsanordnung (29) dienenden Übertragers gegenüber der Ausgangsspannung des Verstärkers (22) um (n—l)·/» (db) erniedrigt und die durch Addition dieser erniedrigten Spannung mit der Ausgangsspannung des Verstärkers (22) sich ergebende Differenzspannung beider Verstärkerpfade einem Ausgang (30) zugeführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1085 194.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen