DE2227675B2

DE2227675B2 - Entzerrer mit einstellbarer Amplitudencharakteristik

Info

Publication number: DE2227675B2
Application number: DE2227675A
Authority: DE
Inventors: Seiya Shida; Toru Tsuchiya
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1971-06-09
Filing date: 1972-06-07
Publication date: 1974-12-12
Also published as: US3794935A; JPS5334698B1; GB1386668A; DE2227675A1

Description

l+R«

Diesen Ausdruck kann man wie folgt modifizieren: l-R'cc

Die Erfindung betrifft einen Entzerrer mit einstellbarer Amplitudencharakteristik. Er betrifft die Entzerrung der Amplitudenverzerrung, die in Übertragungsleitungen für Frequenzteilung-Multiplex-Signale entstehen.

Die herkömmlichen einstellbaren Entzerrer können grob in zwei Arten eingeteilt werden. Die eine arbeitet mit einer Impedanzreflexion, die andere verwendet Kopplungsschleifen. Zu der ersten Gruppe gehört der nach seinem Erfinder, H. W. Bode, benannte einstellbare Bode-Entzerrer. Es sind eine ganze Reihe von Entzerrern dieser Art bekanntgeworden. Ein Entzerrer der zweitgenannten Art ist beispielsweise von En do et al. in »A method for constructing a variable equalizer«, Journal of the Institute of Electronics and Communication Engineering of Japan, April 1969, S. A 166 bis 172, beschrieben worden.

Bei beiden Arten von einstellbaren Entzerrern ist die einstellbare Charakteristik eine lineare Annäherung, d. h., die Dämpfung verändert sich im wesentlichen linear proportional zur Frequenzänderung.

Dabei bedeutet α eine Funktion, durch die die veränderbare Frequenzcharakteristik bestimmt wird. R und R' sind reale Koeffizienten, die die veränderbaret Werte bestimmen.

Wie in dem genannten Aufsatz erörtert, muß im Hilfsschaltkreis eines veränderbaren Bode-Entzerrers ein Netzwerk vorgesehen sein, das zumindest an seinem einen Ende eine Impedanznachbildting in Form

eines festen Widerstandes aufweist. Wird ein derartiger Entzerrer als Breitband-Kompensations-Entzerrer eingesetzt, dann ist ein Pufferverstärktr zwischen den Hilfsschaltkreisen notwendig. Das bringt unabdingbar eine Komplizierung der gesamten Schaltung mit sich.

>5 Der von End ο et al. vorgeschlagene Entzerrer arbeitet nicht mit der Impedanz-Reflexion, sondern mit einer Rückkopplungsschleife. Das macht jedoch einen ausreichenden Stabilitätsabstand für die Rückkopplungsschleife notwendig. Je größer dabei die

Phasenabweichung ist, desto größer wird die Abweichung der veränderbaren Charakteristik vom angestrebten Wert. Damit aber wird der Stabilitätsabstand geringer. Besonders in der für die Übertragung eines breiten Bandes oder hoher Frequenzen vorgesehenen Schaltung muß diese Anforderung an einen hohen Stabilitätsabstand strikt eingehalten werden. Zu diesem Zweck sind Verstärker sehr hoher Qualität mit ausgezeichneten Übertragungseigenschaften notwendig, die einen erheblichen technologischen Aufwand bei der Herstellung bedingen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die dargestellten Nachteile der bekannten veränderbaren, d. h. einstellbaren, Entzerrer zu vermeiden und einen einstellbaren Entzerrer zu schaffen, der einen einfachen schaltungsmäßigen Aufbau aufweist und im Betrieb stabil ist und dessen einstellbare Übertragungscharakteristik durch die genannten Formeln (1) und (2) wie bei den vorbekannten Entzerrern gegeben ist.
Ein Entzerrer mit einstellbarer Amplitudencharakteriuik ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal an eine Schaltung gelangt, die ein Analogsignal mit einer Amplitude erzeugt, die im wesentlichen zweimal so groß ist, wie die des Eingangssignals, daß ferner dieses Analogsignal an eine von einem Zweipol und einem einstellbaren Widerstand gebildete Reihenschaltung gelangt, wobei der Realteil der Admittanz des Zweipols eine vorbestimmte Frequenzcharakteristik aufweist, und daß ferner eine Subtrahierschaltung als Ausgangssignal des Entzerrers ein Differenzsignal bildet, das die arithmetische Differenz der Amplituden eines dem Eingangssignal hinsichtlich seiner Amplitude proportionalen Analogsignals und des an der Verbindung des Zweipols mit dem einstellbaren Widerstand entstehenden Analogsignals darstellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es stellt dar

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines einstellbaren Entzerrers gemäß der Erfindung,

Fig.2 ein schematisches Schaltbild eines konkreten Betspiels des Netzwerkes 4 gemäß Fig. 1,

Fi g. 3 den Kurveaverlauf einer einstellbaren Amplitudencbarakteristik,

pig,4 ein Schaltbild einer beispielsweisen Verwirklichung des Zweipols 10 gemäß F i g. 2,

Fig.5 ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Netzwerkes 4,

Fig. 6 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des in Fig. 5 durch gestrichelte Linien bezeichneten Teiles der Schaltung,

F i g. 7 ein Schaltbild eines einstellbaren Entzerrers gemäß der Erfindung, der zu demjenigen nach F i g. 2 dual ist,

Fig.8 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Zweipols 10 gemäß Fig.7,

F i g. 9 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des einstellbaren Entzerrers gemäß der Er- ^ao findung,

Fig. 10 ein Blockschaltbild eines einstellbaren Breitband-Entzerrers gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine grundsätzliche Schaltung, die das Prinzip der Erfindung erkennen läßt. Eine Spannung *⁵ V₁ liegt an einer Eingangsklemme 1 an. Von dort gelangt sie auf die Hauptübertragungslei»ung 2 und eine Hilfsübertragungsleitung 3. Ein Netzwerk 4 mit der Spannungs-Ubertragungsfunktion T_A ist in der Hilfsübertragungsleitung 3 zwischengeschaltet. Die Spannungs-Ubertragungsfunktion T_A ist folgende:

tragungsfunktion T_A der Schaltung zwischen den Klemman 7 und 11 ist

η —

1 + yk

(5)

Der Realteil von y [Re (y)] sei nun «. Dann wud deutlich, daß das Netzwerk 4 mit der durch Gleichung (3) gegebenen Spannungs-Ubertragungsfunktion, wie sie in der Schaltung nach Fig. 2 enthalten ist, realisiert werden kann. Die einstellbare Amplituden-Frequenz-Charakteristik Δ A (in Neper) ergibt sich dann zu:

Δ A — log e

(6)

2<xR
1 +<xR

(3)

35

An einer Subtrahierschaltung 5, deren Ausgang an die Ausgab gsklemme 6 gelangt, wird die Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der Hauptübertragungsleitung 2 und der Hilfsübertragungsleitung 3 gebildet. Nimmt man an, daß die Spannung an der Ausgangsklemme 6 gleich F₂ ist, dann ist die Spannungs-Ubertragungsfunktion T der Schaltung zwischen der Eingangsklemme 1 und der Ausgangsklemme 6

F₁ \+*R

Es ergibt sich also, daß Gleichung (4) mit Gleichung (2) übereinstimmt. Hat man also bei einem grundsätzlichen Schaltungsaufbau nach F i g. 1 ein Netzwerk, dessen Spannungs-Ubertragungsfunktion T_A gleich derjenigen nach Gleichung (3) ist, dann arbeitet die in F i g. 1 gezeigte Schaltung als einstellbarer Entzerrer, dessen einstellbare Charakteristik dieselbe wie diejenige der bekannten Entzerrer ist.

F i g. 2 enthält eine vereinfachte Darstellung eines Netzwerkes, das eine derartige Spannungs-Ubertragungsfunktion T_A hat. An der Eingangsklemme 7 liegt die Spannung V₁ an. Sie wird von einem Verstärker 8 verstärkt, dessen Verstärkungsfaktor 2 ist. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 8 betragt demnach 2 V₁ an der Klemme 9. Diese Ausgangsspannung des Verstärkers gelangt an die Ausgangsklemme 11 über einen Zweipol 10 mit der Admittanz χ. Die Verbindungsstelle des Zweipols 10 mit der Ausgangsklemme 11 ist über einen einstellbaren Widerstand 12 geerdet. Die Spannungs-Über-Ein derartiger Entzerrer entsteht, wenn man den Realteil der Admittanz χ der gewünschten Frequenzcharakteristik annähert.

Die einstellbare Amplituden-Frequenz-Charakteristik J A nimmt die einstellbare Charakteristik eines einstellbaren Stoßentzerrers (bump type variable equalizer), die in F i g. 3 dargestellt ist, an, wenn sich der Realteil von ν aus einer Schaltung ergibt, wie sie in F i g. 4 dargestellt ist, und die aus einer Reihenschaltung eines induktiven Elements 13, eines kapazitiven Elements 14 und eines Ohmschen Widerstandselements 15 ergibt.

Jedoch muß darauf hingewiesen werden, daß die Verwendung lediglich eines einstellbaren Widerstandes 12 (Fig. 2) noch nicht dazu ausreicht, eine bidirektionale (aufwärts und abwärts) einstellbare Charakteristik, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, zu erzielen. Um auch einen negativen Widerstand k am Widerstand 12 zu verwirklichen, muß ein negativer Widerstandskonverter (NIC) oder eine ähnliche Schaltungsanordnung verwendet werden. Bei einem Stoßentzerrer kann diese bidirektionale einstellbare Charakteristik nur in dem Fall erzielt werden, wenn der Widerstand des Ohmschen Widerstandselements 15 nach Fig. 4 der folgenden Anforderung genügt:

R = 2_m„(*)

(7)

Ein Beispiel eines Netzwerkes gemäß der Erfindung ist in F i g. 5 dargestellt. An der Ausgangsklemme 9 a erhält man die Spannung +2F₁. An einer weiteren Ausgangsklemme 9 b erhält man die Spannung — 2 V₁. Dabei handelt es sich um Ausgangsklemmen eines Differentialverstärkers 8 mit dem Spannungs-Verstärkungsfaktor 2. Diese Ausgangsklemmen 9 a und 9 b des Differentialverstärkers 8 werden jeweils über einen Schalter 16 mit dem Zweipol 17 verbunden, dessen Admittanz y' ist. Es sei nun angenommen, daß folgende Beziehung zwischen den Admittanzen y' und y existiert:

(8)

Das zeigt, üaß in dem Netzwerk nach F i g. 4 die Admittanz desjenigen Teils, der das Ohmsche-Widerstandselement IS nicht mit einschließt, gleich y' ist. Das andere Ende des Zweipols 17 ist mit der Ausgangsklemme 11 über einen der Kontakte des Schalters 18 und von daher über einen Widerstand 19 mit dem Widerstandswert R verbunden. Der andere Schaltkontakt des Schalters 18 ist über einen einstell-

jaren Widerstand 20 an Erde gelegt. Der bewegliche Kontakt des einstellbaren Widerstandes 20 und ebenso der des anderen einstellbaren Widerstandes 21 ist mit der Ausgangsklemme 11 verbunden.

Ein Ende des einstellbaren Widerstandes 21 ist geerdet. Der Gesamtwiderstand der einstellbaren Widerstände 20 und 21 sei R; der Widerstand des Teiles der Schaltung, der zwischen Erde und jedem der beiden einstellbaren Kontakte liegt, sei Ik. Die Schalter 16 und 18 sind miteinander gekoppelt. Der Schalter 18 liegt am Widerstand 19, wenn der Schalter 16 an der Ausgangsklemme 9 a des Dißerentialverstärkers 8 anliegt.

In der Schaltstellung, die in Fig.5 mit durchgezogenen Linien angezeigt ist, stimmt die Spannungs-Übertragungsfunktion T_A des Teiles der Schaltung zwischen den Klemmen 7 und 11 mit Gleichung (5) überein. In der Schaltstellung, die in F i g. 5 durch gestrichelte Linien angedeutet ist, liegt ein Teil des einstellbaren Widerstandes 20 vom Wert (R- 2 k) ohne Wirksamwerden des Widerstandes 19 zwischen dem Schalter 18 und der Klemme 11. In diesem Zustand genügt die Übertragungsfunktion T_A der Gleichung (5), wenn man R durch — R ersetzt. Auf diese Weise kann man die in F i g. 3 gezeigte bidirektionale Charakteristik realisieren.

Der von gestrichelten Linien umgrenzte Bereich der Schaltung nach F i g. 5 kann auch durch eine Jaumann-Schaltung nach F i g. 6 realisiert werden.

Die Spannungs-Übertragungsfunktion T_A basiert grundlegend auf der Schaltung nach F i g. 2. Sie kann jedoch auch durch eine Schaltung nach F i g. 7 verwirklicht werden, die zu der in F i g. 2 gezeigten im Verhältnis der Dualität steht. In F i g. 7 liegt wieder eine Spannung V_x an der Eingangsklemme 7 an. An der Ausgangsklemme 9 eines Verstärkers 8 erhält man die Spannung V₂. Der Verstärker 8 hat wiederum den Verstärkungsfaktor 2. Mit 12 ist ein einstellbarer Widerstand mit dem Leitwert g bezeichnet. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet einen Zweipol mit der Impedanz Z. Bei dieser Schaltung kann die Spannungs-Übertragungsfunktion T_A wie folgt angegeben werden:

(9) Es sei nun angenommen, daß der Leitwert des verändcrlichen Widerstandes 12 g + ' (mho) ist und daß derjenige des einstellbaren Widerstandes 28 y (mho) beträgt. Auf Gleichung (10) ergibt sich auf Grund der Kirchhoflschen Gesetze am Punkt 29:

(2 K₁ - K₂) + — (- 2 K₁ - K_t)

5 G

10 ,, Aus den Gleichungen (10) und (11) gewinnt man die Spannungs-Übertragungsfunküon T_A wie folgt:

2g

IO 1
Z

(12)

Ersetzt man also in Gleichung (9) den ReZ durch «, dann erhält man Gleichung (3). Die Schaltung nach F i g. 7 ermöglicht dieselben Modifikationen wie diejenige nach F i g. 2. F i g. 8 zeigt ein Beispiel eines Zweipols, wie er in der Schaltung nach F ι g. 7 verwendet wird und wie er im Rahmen dieser Schaltung zu demselben Ergebnis führt, wie der Zweipol nach F i g. 4 im Rahmen der Schaltung nach F i g. 2.

F i g. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das demjenigen nach F i g. 5 und 6 entspricht. Am Ausgang eines Verstärkers 8 erhält man wiederum die Spannung 2F₁. Diese Spannung wird durch einen Gabelübertrager in zwei Komponenten aufgeteilt, von denen eine gleiche Phase, die andere invertierte Phase hat. Man erhält also an den Klemmen 25 und 26 die Spannungen 2 V₁ und — 2 V₁. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet einen Zweipol mit der Impedanz Z'. Für sie gilt folgende Beziehung:

r = — (10)

Diese Bedingung stimmt mit Gleichung (9) überein, lsi nun
^>5 G^2_miI(g) (13)

so erhält maß eine direktionale einstellbare Charakteristik, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist. Fig. 10 zeigt als Blockschaltbild einen einstellbaren Breitband-Entzerrer gemäß der Erfindung, bei dem mehrere der vorgeschriebenen Netzwerke 4 verwendet sind. Sie sind parallel zueinander geschaltet und haben Spannungs-Übertragungs-Funktionen T_Ai (/= 1, 2, ...m), die entlang der Frequenzachse an geeigneten Stellen angeordnet sind.

Ein einstellbarer Entzerrer, wie er im Vorstehenden beschrieben worden ist hat eine Reihe sehr großer Vorteile. So wird die Hilfs-Übertragungsleitung ohne Rückkopplungsschleife verwirklicht. Eine Wellenverzerrung kann durch die Entzerrung dadurch ausgegeglichen werden, daß das Spannungsverhältnis von einstellbarem Widerstand 12 (oder 20 oder 21) zu der Schaltung 10 verändert wird, welche in die Hilfsübertragungsleitung zwischengeschaltet und deren Frequenzcharakteristik wählbar ist. D^;<; Schaltung aber kann sehr einfach realisiert werden; sie ist jedoch in höchstem Maße für einstellbare Entzerrer geeignet, mit denen Amplituden hoher Frequenz über ein breites Band sehr präzise entzert werden können. Die in die Hilfs-Ubertragungsleitung bei hohen Frequenzen unvermeidbar eingeführte Phasenabweichung kann leicht dadurch kompensiert werden daß in die Hauptübertragungsleitung eine Schaltung zwischengeschaltet wird, deren Phasenverschiebung gleich der Phasenabweichung in der Hilfs-Über tragungsleitung ist Darin liegt einer der Hauptvor teile gegenüber den herkömmlichen Schaltungen, di eine Rückkopplungsleitung verwenden. Gegenüber den beschriebenen Ausführungsbei spielen sind verschiedene Änderungen möglich. S kann beispielsweise der Verstärker8 nach Fig. durch ein Dämpfungsglied ersetzt werden, das in di Hauptübertragungsleitung 2 eingeschaltet ist, und ds die Signalspannung im Verhältnis 1:2 dämpft Di einstellbare Widerstand 12 (oder 20 oder 21) kar durch den nicht linearen Widerstand einer Di« realisiert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Entzerrer rait einstellbarer Ampütudencharakteristik, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal an eine Schaltung (8) gelangt, die ein Analogsignal mit einer Amplitude erzeugt, die im wesentlichen zweimal so groß ist wie die des Eingangssignals, daß ferner dieses Analogsignal an eine von einem Zweipol (10, 17, 27) und einem einstellbaren Widerstand (12; 20, 21) gebildete Reihenschaltung gelangt, wobei der Realteil der Admittanz des Zweipols (10, 17, 27) eine vorbestimmte Frequenzcharakteristik aufweist, und daß ferner eine Subtrahierschaltung (5) als Ausgangssignal des Entzerrers ein Differenzsignal bildet, daß die arithmetische Differenz der Amplituden eines dem Eingangssignal hinsichtlich seiner Amplitude proportionalen Analogsignals und des au der Verbindung (11) des Zweipols (10, 17, 27) mit dem einstellbaren Widerstand (12; 20, 21) entstehenden Analogsignals darstellt.
2. Entzerrer mit einstellbarer Amplitudencharakteristik, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal an eine von einem Zweipol (10, 17, 27) und einem einstellbaren Widerstand (12; 20, 21) gebildete Reihenschaltung gelangt, wobei der Realteil der Admittanz des Zweipols (10, 17, 27) eine vorbestimn/^fe Frequenzcharakteristik aufweist, und daß ferner eine Subtrahierschaltung (5) als Ausgangssignal de·, Entz./rers ein Differenzsignal bildet, daß die arithmetische Differenz der Amplituden eines dem Signal am Eingang der Reihenschaltung von Zweipol (10, 17, 27) und einstellbarem Widerstand (12; 20, 21) im Verhältnis 1:2 proportionalen Analogsignals und des an der Verbindung (11) des Zweipols (10, 17, 27) mit dem einstellbaren Widerstand (12; 20, 21) entstehenden Analogsignale darstellt.

Die übertragungsfunktion dieser Entzerrer kann man wie folgt angeben;