DE2319784C3

DE2319784C3 - Pilotgeregelter Trägerfrequenz-Leitungsverstärker

Info

Publication number: DE2319784C3
Application number: DE19732319784
Authority: DE
Inventors: Peter 8000 Muenchen Bartenstein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-04-18
Filing date: 1973-04-18
Publication date: 1975-10-02
Also published as: DE2319784A1; DE2319784B2

Description

daß der Zusatzstrom bei unteren Werten der Aus- Für die exakte Pegelregelung wird ein am oberer gangsspannung der Regeleinrichtung einen vorgege- 65 Ende des Übertragungsbandes gelegener Leitungsbenen Wert annimmt, welcher bei niedrigerer Umge- pilot herangezogen, welcher durch den Pilotbungstemperatur größer als bei höherer Umgebungs- verstärker 4 aus dem Ausgangssignal des Leitungstemperatur ist, und daß der Zusatzstrom bei anstei- Verstärkers ausgefiltert, verstärkt und gleichgerichtei

! gleichgerichtete Pilotspannung wird in dem _;halteten Differenzverstärker 6, welcher als irichtung i d S

dient, mit der Spannung einer ,,UH₁M^qUeIIe 5 verglichen und verstärkt mgsklemmen 62 und 63 des; Differenz-6 führen beim Vorhandensein des SoIl_v„ am Ausgang 3 des Leitungsverstärkers ^tieren Gleichstrom von z. B. 16 mA, welcher aJeBegreozereinrichtung7 und durch die Eeizjg des indirekt geheizten Heißleiters 81 fließt, gesteuerte Widerstand des Heißleiters 81 ist _[es Gegenkopplungsnetzwerkes 8 und bestimmt rerstärkung des Leitungsverstärkers zwischen isgang 3 und dem Eingang 1. Bei einer sehr Gegenkopplung über einen sehr weiten Fre-" " mit einer durch die Kabeleigenschaften BEBucuMi Schar von Frequenzcharakteristiken der zulässigen Variierbarkeit der Verstärkung «,ausreichender Stabilität der Gegenkopplungs- «Meife jedoch enge Grenzen gesetzt. Zur Beurteitone der Stabilität dient die Ortskurvendarstellung !ter Schleifenverstärkung. Im Bereich positiver «dueifenverstärkung wird ein genügend großer Ptoenabstand, im Bereich um den Nulldurchgang Aa Phase wird eine ausreichende Dämpfung des Betrages der Schleifenverstärkung gefordert.

Wird nun die Verstärkung des Leitungsverstärkers /durch Absenken des Heizstromes des Heißleiters 81) abeesenkt so steigt die Schleifenverstärkung ic der Geeenkop'plungsschleife an, und es verringert sich der Phasenabstand. Bei einer Erhöhung der Verstärkung des Leitungsverstärkers (durch Erhöhung des Heizstromes) verringert sich jedoch der Betragsabstand der Schleifenverstärkung im Bereich des Nulldurchgangs der Phase.

Es ist nun des Ziel der Erfindung sicherzustellen, daß bei Exemplarstreuungen des Heißleiters 81 und vor allem bei sämtlichen vorkommenden Betriebsfällen der Leitungsverstärker in einem Stellbereich arbeitet, in dem eine ausreichende Stabilität gegen Selbsterregung besteht. Der Stellbereich der Ausangsspannung an den Ausgangsklemmen 62-63 des bifferenzverstärkers 6 bewirkt an sich eine unzulässig hohe Variation der Verstärkung, die infolge der Exemplarstreuungen der Heißleiter im allgemeinen nicht symmetrisch zur mittleren Verstärkung liegt.

Durch die Temperaturabhängigkeit des Heißleiters 81 dessen geregelter Widerstand als Stellglied im entzerrenden Gegenkopplungsnetzwerk 8 des pilotgeregelten Leitungsverstärkers angeordnet ist, ändert sich der Regelbereich der Verstärkung des Leitungsverstärkers relativ stark mit dessen Umgebungstemperatur. Die Minimalverstärkung des Leitungsverstärkers kann z. B. durch den Parallel widerstand ι Widerstand des Heißleiters 81 im bei einer bestimmten Temperatur

Verstärkung des Leitungsverstärkers auf einen genauen Wert begrenzt werden kann, ohne daß hierdurch die Regelsteilheit wesentlich verringert wird und extrem niederohmige Widerstände benötigt werden.

Die Begrenzereinrichtung 7 ist zwischen die Ausgangsklemmen 62-63 des Differenzverstärkers 6 und die Klemmen 75-76 der Heizwicklung des indirekt geheizten Heißleiters 81 geschaltet Der Ausgang des Differenzverstärkers 6 kann hierbei durch die Stromquelle 60 und den parallelgeschalteten Innenwiderstand 61 charakterisiert werden.

Parallel zu den Klemmen 75-76 der Heizwicklung des Heißleiters 81 ist in der Begrenzereinrichtung 7 die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 71 geschaltet, dessen Basis an den Abgriff eines Basis-Spannungsteilers 72,73,74 angeschlossen ist. Von den Widerständen des Basisspannungsteilers liegt der Widerstand 72 parallel zur Emitter-Basis-Strecke und die parallelgeschalteten Widerstände 73 und 74 liegen parallel zur Kollektor-Basis-Strecke. Mit dem abgleichbaren Widerstand 74 wird der genaue Wert der maximalen Verstärkung des Leitungsverstärkers abgeglichen.

Solange nun der von der Stromquelle 60 gelieterte Gleichstrom im unteren oder mittleren Teil des Stellbereiches liegt, ist die Begrenzereinrichtung 7 verhältnismäßig hochohmig, so daß der über die Klemme 62, 63 gelieferte Gleichstrom fast in voller Stärke über die Klemmen 75 und 76 die Heizwicklung durchfließt. Bei Erreichen eines kritischen Wertes des Stromes I_Hl durch die Heizwicklung fällt auch eine entsprechende Spannung an den Klemmen 75, 76 ab, von der eine Teilgleichspannung am Widerstand 72 die Emitter-Basis-Strecke d<* Transistors 71 zu öffnen beginnt. Hierdurch wird die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 71 mederohmig und begrenzt so unter Mitwirkung des Innenwiderstandes 61 des Differenzverstärkers 6 den Heizstrom /„,. Die Begrenzereinrichtung 7 benötigt außer dem Regelstrom I_R keinerlei Stromversorgung, und sie ist bis zum Einsatzpunkt ihrer Begrenzung hochohmig, so daß sie die Regelsteilheit nur unwesentlich verringert. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemaßen ScM-tungsanordnung besteht dann, daß der begrenzte Maximalwert der Verstärkung von der Umgebungstemperatur unabhängig gehalten ^ J""^ durch ein optimaler Regelbereich der Verstärkung möglich ist. Eine gute Kompensation des Temperaturkoeffizienten des Heißleiters 81 wird im_ Fall der Begrenzung bereits durch den Temperamrkoeftaenten der Emitter-Basis-Strecke erzielt. Die Kompensation kann zusätzlich leicht durch eine .entsprechende Temperaturabhängig der Basis-Teilerwiderstände 72, 73, 74 OP*™« werder.

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lieh gemacht. Die Kurven α und c beziehen sich dere bei kleinen Werten der Ausgangsspannung U_R hierbei auf Heißleiter* welche an der unteren ToIe- wirken soll in den Innenwiderstand des Ausgangs der ianzgrenze liegen und die Kurven b und d beziehen Regeleinrichtung 6 abfließt, ist der längs in den Heizsich auf Heißleiter, welche an der oberen Toleranz- weg eingeschaltete Transistor 95 vorgesehen, welcher grenze liegen. 5 emitterseitig mit der Ausgängsklemme 62 der Regel-

Fig; 4 zeigt hauptsächlich die Einrichtung 9 zur einrichtung 6 und köllektorseitig mit dem Heizwider-Erzeügung eines Zusätzstromes I₂ für den Heiz- stand des Heißleiters 81 und dem Kollektor des den strom iff_t des fremdgeheizten Heißleiters 81 des Lei- Zusatzstrom I₁ erzeugenden Transistors 97 verbüntungsverstärkers. Die Einrichtung stellt ein Ausfüh- den ist. Die Basis des längsgeschalteten Transistors rungsbeispiel zur Lösung des nachstehend darge- io 95 ist über den Widerstand 96 mit der Ausgangslegten Problems dar. klemme 63 der Regeleinrichtung 6 verbunden. Hin-Durch die Temperaturabhängigkeit des Heißleiters sichtlich des von der Regeleinrichtung 6 erzeugten 81, der als Stellglied im entzerrenden Gegenkopp- Regelstromes l_R ist der Transistor 95 in Basisschallungsnetzwerk 8 des Leitungsverstärkers angeordnet tung eingeschaltet, so daß sein Kollektor gegenüber ist, ändert sich der Regelbereich der Verstärkung 15 der Einspeisestelle des Zusatzstromes I₂ hochohmig des Leitungsverstärkers relativ stark mit dessen Um- ist und den Rückfluß zum Ausgang der Regeleinrichgebungstemperatur. Die Minimalverstärkung des Lei- tung 6 unterbindet. Darüber hinaus verbessert der tungsverstärkers kann nun, wie bereits an Hand der hohe Ausgangswiderstand des Transistors 95 die Be-Fi g. 2 erläutert, durch den Parallelwiderstand 82 zum grenzerwirkung der Begrenzereinrichtung 7. gesteuerten Widerstand des Heißleiters 81 im Hoch- 20 Mit Hilfe der Zenerdiode 99 und dem Vorwiderfrequenzweg hinsichtlich einer bestimmten, insbeson- stand 100 wird eine konstante Versorgungsspannung dere der eingeplanten höchsten Temperatur einge- für die Transistoren 93 und 97 erzeugt Dabei ist stellt werden; jedoch ist der resultierende Tempe- die Kathode der Zenerdiode 99 mit der Ausgangsraturkoeffizient des gesteuerten Widerstandes des klemme 63 der Regeleinrichtung 6 verbunden, der Heißleiters 81 so groß, daß die grundsätzliche Ge- 35 Vorwiderstand 100 liegt an dem Minuspotential (-) fahr besteht, daß bei (den hohen Pilotpegeln entspre- der Versorgungsspannung, und die stabilisierte Spanchenden) kleinen Werten des Regelstromes I_R bzw. nung am Verbindungspunkt der Zenerdiode 99 und der Ausgangsspannung U_R der Regeleinrichtung 6 des Vorwiderstandes 100 ist über den Widerstand 94 und gleichzeitig auftretender geringer Umgebungs- dem Emitter des Transistors 93 und über den Widertemperatur die Umlaufverstärkung in der Gegen- 30 stand 98 dem Emitter des Transistors 97 zugeführt, kopplungsschleife den maximal zulässigen oberen welcher basisseitig unmittelbar aus dem Emitter des Wert überschreitet. Durch Verkleinern des Parallel- Transistors 93 gesteuert ist.

Widerstandes 82 kann man diese Gefahr nur durch Der Transistor 93 wird mit seiner Basis von der

einen einschneidenden Verzicht auf den verfügbaren Ausgangsspannung der Regeleinrichtung angesteuert, Regelhub des Leitungsverstärkers einschränken. 35 und zwar so, daß bei kleiner A.usgangsspannung V_R

Zur Lösung dieses Problems dient die Einrich- der Transistor 93 leitend ist, sofern der temperaturtung 9 nach F i g. 4, welche zwischen die Regelein- abhängige Widerstand 92 infolge niedriger Temperichtung 6 und den Heizwiderstand des Heißleiters ratur hochohmig ist. Am Emitterwiderstand 94 des 81 eingeschaltet ist. wobei zusätzlich zwischen die Transistors 93 tritt dann ein entsprechender Span-Einrichtung 9 und den Heißleiter 81 auch noch die 40 nungsabfall auf, der die Basis-Emitterdiode des Tran-Begrenzereinrichtung 7 nach F i g. 2 eingefügt ist. sistors 97 öffnet, über dessen Kollektor dann der zu-Die Einrichtung 9 erzeugt einen Zusatzstrom I₁, sätzliche Strom /_z in den Heizwiderstand des Heißweicher sich in seiner Wirkung zu dem Regelstrom I_R leiters 81 fließt. Der zwischen Emitter des Transistors der Regeleinrichtung 6 addiert. Dieser Zusatzstrom 97 und die Basis des Transistors 93 geschaltete temnimmt bei unteren Werten der Ausgangsspannung U_R 45 peraturabhängige Widerstand 92 bewirkt zusätzlich der Regeleinrichtung 6 einen vorgegebenen Wert an, noch ein definiertes Maß an Mitkopplung, so daß die welcher bei niedriger Umgebungstemperatur größer Steuerwirkung hinsichtlich der Spannung U_R und hinals bei höherer Umgebungstemperatur ist. Bei an- sichtlich der Umgebungstemperatur noch erhöht steigender Ausgangsspannung V_R der Regeleinrich- wird. Bei hoher Temperatur wird infolge des niedtong 6 wird der Zusatzstrom I₂ verringert. 50 rigen Wertes des temperaturabhängigen Widerstan-Der die Atisgangsspannung U_R der Regeleinrich- des 92 das Basispotential beider Transistoren 93 und tung 6 bewertende Transistor 93 ist kollektorseitig 97 soweit abgesenkt, daß kein Zusatzstrom in den mit der Ausgangsklemme 63 der Regeleinrichtung 6 Heizwiderstand fließt

und emitterseitig einerseits über den Widerstand 91 Zweckmäßigerweise ist der temperaturabhängige

mit der anderen Ausgangsklemme 62 der Regelein- 55 Widerstand 92 räumlich in der Nahe des Heißleiters richtung 6 und andererseits über den temperatur- 81 angeordnet wodurch eine thermische Kopplung abhängigen Widerstand 92 mit dem Emitter des den dieser beiden Elemente bedingt ist Dies hat den Zusatzstrom erzeugenden Transistors 97 verbunden, Vorteil, daß in der Zeit, in der der Verstärker noch welcher mittels seines Kollektors den Zusatzstrom I₂ nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat, die durch in die von der Ausgangsklemme 62 des Reglers 6 60 den Zusatzstrom I₂ bewirkte zusätzliche Heizung des gespeiste Heizleitung einspeist Der Innenwiderstand Heißleiters den kalten Zustand des Verstärkers kotndes Ausgangs 62-63 der Regeleinrichtung 6 ist nun pensiert. Zwecks dieser Maßnahme ist zu verhindern, stark von der Stellung des Reglers abhängig und daß der Verstärker im kalten Zustand zu stark gegensinkt bei unteren Werten der Ausgangsspannung U_R gekoppelt werden kann und hierbei die Stabflitätsbis auf Werte von etwa 25 bis 30 Ohm ab. Anderer- 65 grenze überschreitet.

seits beträgt jedoch der Wert des Heizwiderstandes Die Einrichtung 9 hat den Vorteil, daß bei (den

des Heißleiters 81 etwa 100 Ohm. Um nun zu ver- hohen Pilotpegeln entsprechenden) kleinen Werten hindern, daß der Zusatzstrom I₇. welcher insbeson- der Ausgangsspannung der Regeleinrichtung bzw.

bei Ausfall oder vorübergehender Abwesenheit der Regeleinrichtung und bei allen Betriebs- bzw. Umgebungstemperaturen der Leitungsverstärker bis zu derjenigen vorgegebenen minimalen Verstärkung regelbar ist, bei welcher die Stabilität der Gegenkopplung, d. h. ein genügender Sicherheitsabstand gegen Selbsterregung gesichert ist, ohne daß die Grenze für den sicheren Verstärkungshub überschritten werden kann. Es ist auch möglich, die die Regeleinrichtung 6 enthaltende Baugruppe vorübergehend zu entfernen, wobei sich die zulässige Minimalverstärkung des Leistungsverstärkers automatisch einstellt.

F i g. 5 zeigt das Diagramm der Abhängigkeit des Heizstromes I_llz von der Ausgangsspannung U_K der Regeleinrichtung 6, wobei die Kurve e für tiefe und die Kurve / für hohe Temperaturen zutrifft, Der Zusatzstrom I₂ bewirkt, daß bei minimaler bzw. ausgefallener Ausgangsspannung U_R bei tiefen Temperaturen gemäß dem unteren Ende der Kurve e der minimale Heizstrom 1_IU etwa 9 mA und bei hohen Temperaturen gemäß Kurve / etwa 2 mA beträgt. Die Abweichung der Kurven e und / von der Proportionalität im oberen Bereich der Ausgangsspannung U_R der Regeleinrichtung 6 wird durch die Begrenzerwirkung 7 hervorgerufen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

ι 2 gender Ausgangsspanaung der Regeleinrichtung verPatentansprüche: ringert wird. Durch Anwendung dieser Maßnahmen entsteht der

1. Pilotgeregelter Trägerfrequenz-Leitungsver- Vorteil, daß bei (den hohen Pilotpegeln entsprechenstärker mit einem den Frequenzgang Lestimmen- 5 den) kleinen Werten der Ausgangsspannung der den Gegenkopplungsnerzwerk, welches einen Regeleinrichtung bzw bei Ausfall oder voruberindirekt geheizten Heißleiter enthält, der mittels gehender Abwesenheit der Regeleinrichtung und bei einer den Piloten bewertenden Regeleinrichtung allen Betriebs- bzw. Umgebungstemperaturen der gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, Leitungsverstärker bis zu derjenigen vorgegebenen daß ein die Ausgangsspannung (U_R) der Regel- io minimalen Verstärkung regelbar ist, bei welcher die einrichtung (6) bewertender Transistor (93), Stabilität der Gegenkopplung, d. h. ein genügender welchem ein temperaturabhängiger Widerstand Sicherheitsabstand gegen Selbsterregung gesichert ist, (92) zugeschaltet ist, derart steuernd mit einem ohne daß die Grenze für den sicheren Verstärkungseinen Zusatzstrom (7_Z) in den Heizweg des Heiß- hub überschritten werden kann.

leiten (81) speisenden Transistor (97) verbunden 15 In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ist, daß der Zusatzstrom (7_Z) bei unteren Werten parallel zu den Heizwiderstand des Heureiters der Ausgangsspannung (üjj) der Regeleinrichtung jeweils die Kollektor-Emitterstrecke eines oegren-(6) einen vorgegebenen Wert annimmt, welcher zenden Transistors und ein Basisspannungsteiler gebei niedrigerer Umgebungstemperatur größer als schaltet sein, an dessen Abgriff die Basis des begrenbei höherer Umgebungstemperatur ist, und daß so zenden Transistors liegt Hierdurch entsteht der weider Zus.atzstrom (I₂) bei ansteigender Ausgangs- tere Vorteil, daß auch bei (den tiefen Pilotpegeln spannung (l/_R) der Regeleinrichtung (6) ver- entsprechenden) großen Werten der Ausgangsspanringertwird(Fig. 4). nung der Regeleinrichtung und bei allen Betriebs-

2. Leitungsverstärker nach Anspruch 1, ge- bzw. Umgebungstemperaturen der Leitungsverstärker kennzeichnet durch einen längs in den Heizweg as bis zu derjenigen vorgegebenen maximalen Verstäreingeschalteten Transistor (95), welcher emitter- kung regelbar ist, bei welcher die Stabilität der Geseitig mit der Regeleinrichtung (6) und kollektor- genkopplung gesichert ist, ohne daß die Grenze für seitig mit dem Heizwiderstand des Heißleiters den sicheren Verstärkungshub überschritten werden (81) verbunden ist (F i g. 4). kann.

3. Leitungsverstärker nach Anspruch 1 oder 2, 30 Nachstehend wird die Erfindung an Hand der gekennzeichnet durch eine thermische Kopplung Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt

der Umgebungstemperatur des Heißleiters (81) Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines pilotgeregelten

und der des temperaturabhängigen Widerstan- Trägerfrequenz-Leitungsverstärkers,

des (92). Fig. 2 eine Begrenzereinrichtung für den Heiz-

4. Leitungsverstärker nach einem der vorher- 35 strom des fremdgeheizten Heißleiters des Verstärkers gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, nach Fig. 1,

daß parallel zu dem Heizwiderstand des Heiß- Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirleiters (81) jeweils die Kollektor-Emitterstrecke kungsweise der Begrenzereinrichtung nach F i g. 2,
eines begrenzenden Transistors (71) und ein F i g. 4 eine Einrichtung zur Erzeugung eines Zu-Basisspannungsteiler (72, 73, 74) geschaltet sind, 40 satzstromes für den Heizstrom des fremdgeheizten an dessen Abgriff die Basis des begrenzenden Heißleiters des Verstärkers nach F i g. 1 und
Transistors (71) liegt (F i g. 2). F i g. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung nach F i g. 4.

Fig. 1 zeigt einen pilotgeregelUn Trägerfrequenz-

45 Leitungsverstärker, der im Fall des Trägerfrequenzsystems V 10800 das Frequenzband 4 bis 60 MHz überträgt. Der Leitungsverstärker mit dem Eingang 1

Die Erfindung betrifft einen pilotgerechten Träger- und dem Ausgang 3 weist den dreistufigen, aktiven frequenz-Leitungsverstärker mit einem den Frequenz- Teil 2 auf, welcher über das den Frequenzgang begang bestimmenden Gegenkopplungsnetzwerk, wel- 50 stimmende Gegenkopplungsnetzwerk 8 stark gegenches einen indirekt geheizten Heißleiter enthält, der gekoppelt ist. Das Gegenkopplungsnetzwerk 8 entmittels einer den Piloten bewertenden Regeleinrich- hält neben den nicht weiter dargestellten entzerrentung gesteuert ist. den Elementen den indirekt geheizten Heißleiter 81 Aufgabe der Erfindung ist es, die Stabilität der und ist derart ausgelegt, daß hauptsächlich die fre-Gege.i iv>pplung bei einem im Gegenkopplungsweg 55 quenzabhängige Dämpfung des zugehörigen Streckengeregelten Leitungsverstärker unter allen vorkom- abschnittes ausgeglichen wird. Da jedoch die gesamte menden Betriebsfällen zu sichern. Leitungsstrecke zum größten Teil aus Strecken-Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, abschnitten besteht, deren Dämpfung lediglich durch daß ein die Ausgangsspannung der Regeleinrichtung temperaturgesteuerte Leitungsverstärker aufgehoben bewertender Transistor, welchem ein temperatur- 60 wird, kommt den pilotgesteuerten Leitungsverstärkern abhängiger Widerstand zugeschaltet, ist, derart steu- die Aufgabe zu, zusätzlich die aufgelaufenen Dämpernd mit einem einen Zusatzstrotn in den Heizweg fungsfehler der lediglich temperaturgesteuerten Strekdes Heißleiters speisenden Transistor verbunden ist, ken auszugleichen.