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Schaltungsanordnung für entkoppelte Meßaus-und/oder Eingänge bei
einem Verstärker mit Brückengegenkopplung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
für entkoppelte Meßaus- und/oder Eingänge bei einem Verstärker mit Brückengegenkopplung>
insbesondere teitungsverstärker der Weitverkehrstechnik, vorzugsweise Trägerfrequenzverstärker.
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Wenn bei einem Verstärker zusätzlich ein gegenüber dem Nutzeingang
oder Nutzausgang entkoppelter Meßeingang oder Meßausgang vorgesehen werden soll,
so ist es bekannt, hierfür im Verstärkereingang oder -Ausgang Netzwerke in Brückenschaltung
einzusetzen. In Figur la ist nun ein solches Netzwerk für den Verstärkerausgang,
in Figur 1b ein solches für den Verstärkereingang dargestellt, wobei dann Figur
le den Einsatz dieser Anordnungen für einen zusätzlichen' Meßein-und Ausgang bei
einem Trägerfrequenzleitungsverstärker zeigt.
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Figur la zeigt eine Signalquelle G mit dem Quellwiderstand R, ' für
einen Verbraucher, wobei sich dieser Queliwiderstand aus dem Innenwiderstand Ri
der Signaiquelle G und einem etwa bis zum Verbraucher noch vorhandenen Leitungswiderstand
RL zusammensetzt. Die Brückenschaltung wird nun aus den Widerständen R1', R21,,
r' und dem Quellwiderstand R0 gebildet.
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Zwischen den Brückenpunkten 1' und 3', dem Nutzausgang, wird der Verbraucher
Z' angeschlossen, und die Brückenpunkte 2t und 4t bilden den Meßausgang, an dem
ein Meßgerät mit dem Eingangswiderstande W' liegen möge. Eine Entkopplung der beiden
Ausgänge ist dabei gegeben, wenn die Bedingung R0 '/r' = R2'/R1 ' eingehalten wird.
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Den analogen Fall für die Entkopplung einer Nutzsignalquelle G1 mit
dem Quellwiderstand Z und einer Meßsignalquelle G2 mit dem Quellwiderstand W zeigt
Figur 1b.
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R0 ist hier der Eingangswiderstand eines Verbrauchers, z.B. des nachgeschalteten
Verstärkers. Wiederum wird aus R0> r, R1 und R2 eine Brückenschaltung gebildet,
bei der zwischen den Brückenpunkten 1 und 3 die Nutzsignalquelle G1 und zwischen
den Brückenpunkten 2 und 4 die Meßsignalquelle G2 angelegt wird. Für eine Entkopplung
der beiden Eingänge gilt wiederum die Bedingung RO/r = R2/R1.
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Fig. 1c zeigt nun den Einsatz einer solchen Brückenentkopplung am
Beispiel eines Leitungsverstärkers der Nachrichtenübertragungstechnik. Es ist dabei
der Eingangswiderstand des Verstärkers R0 und sein Ausgangswiderstand R0' , Z sei
der Widerstand der ankommenden und Z der der abgehenden Leitung, sowie W der Quellwiderstand
der Meßsignalquelle und W' der Innenwiderstand eines angeschlossenen Meßgerätes.
Für den Eingang ergibt sich die Entkopplungsbedingung R2/R1 = Ro /r und für den
Ausgang R21/Rl' = R0'/r'. Als zusätzliche Bedingung ist hierbei noch zu beachten,
daß die Leitungen Z und ' ohne Fehlanpassung abgeschlossen sein sollen, daß also
der resultierende Widerstand des Brückennetzwerkes zwischen den Punkten 1 und 3
bzw. 1' und 3' der Wert Z bzw. Z sein muß.
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Es ist ferner der Einsatz von Brückennetzwerken im Ein-und/oder Ausgang
eines Verstärkers für die sogenannte Brückengegenkopplung bekannt, die es erlaubt
im Verstärkereingang eine gemischte Parallel- und Seriengegenkopplung und/oder-
im Verstärkerausgang eine gemischte Spannungs-und Stromgegenkopplung durchzuführen
und so den Ein- und/ oder Ausgangswiderstand des Verstärkers auf einen vorgegebenen
Wert auszulegen.
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Die Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, für einen Verstärker, insbesondere
Leitungsverstärker der NachrlchtenUbertragungstechnik, der im Eingang und/oder Ausgang
eine Brückengegenkopplung aufweist, eine Schaltungsanordnung für einen zusätzlichen
Meßeingang und/oder Meßausgang anzugeben, die ohne einen ins Gewicht fallenden Mehraufwand
an Bauelementen, insbesondere an Wickelgütern, wie von Spulen und übertragern, realisiert
werden kann.
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Bei einem Verstärker mit Brückengegenkopplung, bei dem mittels eines
Brückennetzwerkes von der Ausgangsspannung und vom Ausgangsstrom eine Gegenkopplungsspannung
abgeleitet und/oder mittels eines Brückennetzwerkes eine Gegenkopplungsspannung
als kombinierte Parallel- und Seriengegenkopplung auf den Eingang rückgeführt wird,
insbesondere bei einem Leitungsverstärker der Weltverkehrstechnik, vorzugsweise
bei einem Trägerfrequenzversärker,"wird eine Schaltungsanordnung für gegenüber dem
Leitungsanschluß entkoppelte Meßaus- und/oder Meßeingänge erfindungsgemäß dadurch
realisiert, daß den Brückengliedern, deren Verbindungspunkten die Gegenkopplungsspannung
entnommen und/oder zugeführt wird, die Rethenschaltung zweier Widerstände parallelgeschaltet
wird, daß dem Verbindüngspunkte dieser Widerstände die Meßspannung gegenilber dem
Schaltungsbezugspunkt entnommen und/oder zugeführt wird, daß ferner das Verhältnis
dieser Widerstände zueinander gleich dem der parallelliegenden Brückenglied'er gewählt
wird.
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Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren eingehend beschrieben werden.
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Es zeigen dabei: Fig. la ... c bereits zum Stande der Technik beschriebene
Entkopplungsschaltungen, Fig, 2a und b Prinzipschaltbild und Realisation eines Neßeinganges
Fig. 3a ... c Prinzipschaltbild und Reaiisation eines oder mehrerer Meßausgänge.
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Fig. 2a zeigt nun ein Prizipschaltbild der erfindungsgei er.
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Schaltungsanordnung für einen Versbärkereingang, wobei dann in Fig.
2b der zugehörige Stromauf dargestellt ist. In den Figuren wurden dabei für korrespondierende
Elemente und Schaltungspunkte die gleichen Bezugszeichen verwendet wie bei den Figuren
la ... c. In der Figur 2a ist Trs der Eingangstransistor eines Verstärkers, auf
dessen am PurSte 1 angeschlossener Eingangselektrode eine Gegenkopplung mittels
des aus den Gliedern r, r1, r2 sowie Re bestehenden Brückennetzwerkes eine kombinierte
Parallel- und Seriengegenkopplung erfolgt. Re ist dabei ein Widerstandswert, der
sich durch die Gegenkopplung so ergibt, daß das Brückennetzwerk abgeglichen ist.
G1 sei die das zu verstärkende Eingangssignal liefernde Nutzspannungsquelle mit
dem am Verstärkereingang wirksamen Quellwiderstand Z. Für das aus den Gliedern r,
rl, r2 und Re bestehende Brückennetzwerk mit den Brückeneckpunkte 1, 2, 3 und 5
besteht die Gleichgewichtsbedingung: Re/r = r2/r1.
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An den Punkten 5 und 2 liegt dabei das z.B. an der endstufe abgenommene
Gegenliopplungssignal an. Legt man nun den Widerständen rl und r2 zwischen den Punkten
1 und 3 die
Reihenschaltung zweier Widerstände R1 und R2 parallel,
so entsteht ein weiteres aus R1> R2, r und Re bestehendes Brückennetzwerk mit
den Brückeneckpunkten 1, 2, 3 und 4, für das die Gleichgewichtsbedingung besteht:
Re/r = R2/R1.
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Zwischen den Brückeneckpunkten 1 und 3 liegt die Eingangssignalquelle
G1 mit dem Quellwiderstande Z in der einen Brückendiagonale. Schließt man nun an
den Brückeneckpunkten 2 und 4 eine Meßspannungsquelle G2 mit dem wirksamen- Quellwiderstande
W an, so liegt diese in der anderen Brückendiagonale. Beide Spannungsquellen sind
also gegeneinander entkoppelt. Da sowohl für den Gegenkopplungsfall wie auch den
Entkopplungsfall in dem Jeweiligen Brückennetzwerk die Gleichgewichtsbedingung eingehalten
sein muß, ergibt sich:
und mithin r2/rl = R2/R1.
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Figur 2b zeigt nun die praktische Realisation dieser Schaltungsanordnung
für den Eingang eines Verstärkers der Weitverkehrstechnik, insbesonders eines Trägerfrequenzverstärkers.
Da eine direkte Ankopplung der ankommenden Leitung an die Eingangselektrode der
ersten Stufe auch mittels R/C kopplung aus Geräuschgründen nicht erwünscht und im
Falle erdsymmetrischer Ubertragungsleitungen auch nicht möglich ist, erfolgt der
Leitungsanschluß mittels eines -Ubertragqrs Tr, der nicht nur eine gleichstrommäßige
Potentialtrennung, sondern auch noch eine weitere Anpassungsmöglichkeit der Leitungsimpedanz
Z an den resultierenden Eingangswiderstand des Verstärkers gestattet. Ublicherweise
wird dann die Gegenkopplungsspannung an eine Anzapfung der Sekundärwicklung des
Ubertragers Tr angelegt, wobei dann
die Teilwicklungen mit den Windungszahlen
a und b die Widerstände r1 und r2 in Figur 2a ersetzen, so daß sich hier als Entkopplungsbedingung
R2/R1 = b/a ergibt. Der Anschluß der Meßspannungsquelle G2 an den Punkt 4 gegenüber
dem auf Schaltungsmasse liegenden Punkt 2 erfolgt über einen Schutzwiderstand R3,
so daß sich W = R3 + Ri ergibt, worin Ri der Generatorwiderstand der Meßspannungsquelle
G2 ist.
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Figur 3a zeigt nun das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
für den Verstärkerausgang, während in Figur 3b dann der zugehörige Stromlauf dargestellt
ist. Wiederum wurden die bisherigen in Fig. la und c verwendeten Bezugszeichen erhalten.
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In Figur 3 ist Trs' der Ausgangstransistor eines gegengekoppelten
Verstärkers. Zum Erzielen einer kombinierten Strom- und Spannungsgegenkopplung ist
im Ausgang das aus den Gliedern r, rl, r2 sowie Ra bestehende Brückennetzwerk angeordnet.
Ra ist dabei ein Widerstandswert, der sich durch die Gegenkopplung so ergibt, daß
das Brückennetzwerk abgeglichen ist. Z sei hier den zwischen den Brückeneckpunkten
it und 3' wirksame Belastungswiderstand.
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Für das aus den Gliedern r', r11> r2, und Ra bestehende Brückennetzwerk
mit den Brückeneckpunkten 1', 2', 3' und 5' besteht die Gleichgewichtsbedingung:
Ra/r' = r2 '/r1'. An den Punkten 5' und 2' wird das Gegenkopplungssignal abgenommen
und z.B. den Punkten 5 und 2 der Eingangsstufe (Fig. 2a) zugeführt; legt man nun
den Widerständen rl und r2, zwischen den Punkten 1' und 3' die Reihenschaltung zweier
Widerstände R1 ' und R2' parallel, so entsteht ein weiteres aus den Gliedern R1,,
R2', r' und Ra bestehendes Brückennetzwerk mit den Brückeneckpunkten 1', 2', 31
und 4'>
.für das die Gleichgewichtsbedingung besteht: Ra/r' =
R21/R1,.
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Zwischen den Brückeneckpunkten lt und 3' liegt der wirksame Lastwiderstand
Z in der einen Brückendiagonale. Schließt man nun an den Brückeneckpunkten 2' und
4' einen weiteren Verbraucher wie ein Meßgerät an, so liegt dieses in der anderen-Brückendiagonale.
Beide Ausgänge sind also gegeneinander- entkoppelt. Da sowohl für den Gegenkopplungsfall
wie auch für den Entkopplungsfall in dem Jeweiligen Brückennetzwerk die Gleichgewichtsbedingung
eingehalten sein muß, orgibt sich: r@'/r1' Ra/r' = R2'/R1' und mithin r@'/r1' R2'/R1'.
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Figur 3b zeig@ nun wiederum die praktische Realisation dieser Scha@tungsanordnung
für den Ausgang eines Verstärkers der Weitverkehrstechnik, insbesondere eines Trägerfrequenzverstärkers.
Dä auch hier eine direkte Ankopplung der
abgehenden Leitung an die
Ausgangselektrode des Endstufentransistors Trsg im Falle einer erdsymmetrischen
Ubertragungsleitung nicht möglich und auch sonst aus Geräuschgründen nicht erwünscht
ist, erfolgt der Leitungsanschluß wiederum mittels eines Ubertragers Trt, der nicht
nur eine gleichstrommäßige Potentialtrennung, sondern auch noch eine weitere Anpassungsmöglichkeit
an den resultierenden Ausgangswiderstand des Verstärkers gestattet. Die Teilwicklungen
mit den Windungszahlen a und b der Primärwicklung des Ubertragers Tr' ersetzen dann
die Widerstände rt und r2', wobei dann die Gegenkopplungsspannung dem Verbindungspunkte
5' der Teilwicklungen entnommen wird. Die Kondensatoren C1 dienen nur zur gleichstrommäßigen
Potentialtrennung.
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Figur 3c zeigt nun das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
bei der außer dem Nutzausgang mehrere gegen diesen entkoppelte weitere Ausgänge
vorgesehen sind.
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Die weiteren Ausgänge sind dabei gegeneinander nur bedingt entkoppelt.
Da in der Figur 3c auch die bisherigen Bezugszeichen beibehalten wurden und nur
die den einzelnen weiteren Ausgängen zugeordneten durch zusätzliche Ziffern 1 ...ngegeneinander
unterschieden sind, ist diese Figur aus der Beschreibung der Figur 3a heraus selbstverständlich.
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Entsprechend gilt dann auch für die Entkopplungsbedingung:
Bei Trägerfrequenzverstärkern sind zumeist zwei weitere zusätzliche gegenüber den
Nutzausgang entkoppelte Ausgänge erwünscht, und zwar einer für den Anschluß von
Meßgeräten, z.B. eines Pegelmessers und der zweite für die Auskopplung der Pilotfrequenz.
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2 Patentansprüche 3 Bl.Zeichnungefl, 3 Fig.