DE2415313C3

DE2415313C3 - Breitband-Leitungsverstärker

Info

Publication number: DE2415313C3
Application number: DE19742415313
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 8228 Freilassing Kretz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-03-29
Filing date: 1974-03-29
Publication date: 1981-12-03
Also published as: DE2415313A1; DE2415313B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Breitband-Leitungsverstärker mit einem über ein eingangsseitiges und/ oder ein ausgangsseitiges Brückennetzwerk angekoppelten Gegenkopplungsnetzwerk, bei dem jedes Brückennetzwerk eine parallel zum Eingang bzw. Ausgang des aktiven Teils des Verstärkers liegende Serienschaltung aus einer einen Parallelschwingkreis aufweisenden ersten Impedanz, einen reellen Bezugswiderstand und einer hinsichtlich des Bezugswiderstandes zur ersten Impedanz widerstandsreziproken zweiten Impedanz enthält, wobei das Hingangs- bzw. Ausgangssignal des Verstärkers an Her Serienschalrung rus der ersten Impedanz und uem Bezugswiderstand anliegt und das Gegenkopplungsnetzwerk an die Serienschaltung aus dem Bezugswiderstand und der zweiten Impedanz angeschaltet ist.

Ein Breitbandverstärker mit einem eingangsseitigen Brückennetzwerk der vorgenannten Art ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 13 302 bekannt,

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Breitband-Leitungsverstärker der eingangs genannten Art mit

ίο einem die mit ansteigender Frequenz steigende Dämpfung des zu entdämpfenden Kabelabschmttes kompensierenden Verstärkungsgang anzugeben, welcher in bekannter Weise am oberen Ende des Übertragungsfrequenzbandes günstige Rauscheigenschaften us id oberhalb dieses Frequenzbandes Eigenschaften aulweist, die eine gute Stabilität des Leitungsverstärkers ergeben.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen parallel zu dem Parallelschwingkreis der ersten Impedanz liegenden Serienschwingkreis mit einem in Serie liegenden Bedämpfungswiderstand und durch einen in Reihe zum Serienschwingkreis der zweiten impedanz liegenden Parallelschwingkreis mit einem parallel liegenden Bedämpfungswiderstand gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erstens im oberen Bereich des Übertragungsfrequenzbandes eine geringe Dämpfung des Außenweges, d. h. des Weges zwischen dem Eingang bzw. Ausgang des Leitungsverstärkers einerseits und dem Eingang bzw. Ausgang von dessen aktivem Teil andererseits erreicht, woraus optiraale Rauscheigenschaften resultieren, und zweitens ergibt sich, oberhalb des Übertragungsfrequenzbandes ein sehr günstiger Frequenzgang von Betrag und Phase des Innenweges, d. h. des

Weges zwischen Gegenkopplungsnetzwerk und aktivem Teil, wodurch die außen angeschlossenen Übertrager mit ihren parasitären Elementen unwirksam werden und eine sehr hohe Schleifenverstärkung der Gegenkopplung bei guter Stabilität erzielbar ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich mit Hilfe der Schwingkreise die gewünschte Abhängigkeit der Verstärkung des Leitungsverstärkers von der Frequenz sehr exakt realisieren läßt, so daß sich besonders gute Rauscheigenschaften ergeben.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

F i g. 1 den Breitband-Leitungsverstärker in vereinfachter Gesamtdarstellung und in

F i g. 2 erfindungsgemäße Details des Breitband-Verstärkers nach Fig. 1.

Die Anordnung nach F i g. 1 ist — mit Ausnahme der Ausbildung des Gegenkopplungsnetzwerkes als Querzweipol ZR — an sich bekannt. Sie enthält den

■>⁵ Eingangsübertrager Ü1, das eingangsseitige Brückennetzwerk ZIl, RIO, Z12, den aktiven Teil V des Breitband-Leitungsverslärkers, das ausgangsseitige Brückennetzwerk Z21, Ä20, Z22, den Ausgangsübertrager ül und das als Querzweipol ZR ausgebildete Gegenkopplungsnetzwcrk. An die Primärwicklung des Eingängsübcrtfägefs Ul ist die Signalquelle G mit dem Innenwiderstand RG, an die Sekundärwicklung des Ausgangsübertragers Ul ist der Lastwiderstand RL angeschlossen.

Das eingangsseitige Brückennetzwerk enthält die parallel zum Eingang 3-0 des aktiven Teils V liegende Serienschaltung aus der ersten Impedanz ZIl, dem reellen Bezugswiderstand R 10 und der zweiten Im-

pedanz Z12, Das auf der erdfreien Sekundärwicklung des Eingangsübertragers Ü1 gelieferte übersetzte Eingangssignal liegt an den Klemmen 1-2 und damit an der Serienschaltung aus der ersten Impedanz ZIl und dem Bezugswiderstand Λ10 an. Die Ausgangsklemmen 4-0 des Gegenkopplungsnetzwerkes ZR sind an die Serienschaltung aus dem Bezugswiderstand Ä10 und der zweiten Impedanz Z12 angeschaltet. In gleicherweise enthält das ausgangsseitige Brückennetzwerlc die parallel zum Ausgang 5-0 des aktiven Teils V liegende Serienschaltung aus der ersten Impedanz Z21, dem reellen Bezugswiderstand R 20 und der zweiten Impedanz Z22, Das an die erdfreie Primärwicklung des Ausgangsübertragers Ül gelieferte primärseitige Ausgangssignal liegt an den Klemmen 7-8 und damit an der Serienschaltung aus der ersten Impedanz Z 21 und dem Bezugswiderstand R 20 an. Die Eingangsklemmen 6-0 des Gegenkopplungsnetzwerkes ZR sind an die Serienschaltung aus dem Bezugswiderstand R 20 und der zweiten Impedanz Z 22 des ausgangsseitigen Brückennetzwerkes angeschaltet. Die jeweils mit 0 bezeichneten Klemmen liegen auf dem gemeinsamen Bezugspotettial.

Fig. 2 zeigt, daß die erste Impedanz ZIl des eingangsseitigen Brückennetzwerkes und die dazugehö- ₂s rige zweite Impedanz Z12 zueinander dual aufgebaut sind. Darüber hinaus sind die Impedanzen ZIl und Z12 hinsichtlich des Bezugswiderstandes .RIO auch zueinander widerstandsreziprok bemessen, d. h., es gilt für die Werte Z_n -Z₁₂ = A₁₀ ² im gesamten relevan- _J0 ten Frequenzbereich. Das gleiche gilt für die Zweipole des nicht näher dargestellten ausgangsseitigen Brückennetzwerkes, bei welchem die erste Impedanz Z 21 und die zweite Impedanz Z 22 zueinander dual aufgebaut und hinsichtlich des dazugehörigen Bezugs- y, Widerstandes -R 20 zueinander widerstandsreziprok bemessen sind, so daß gilt Z₂₁ -Z₂₂ = -R₂₀ ².

Die jeweiligen Widerstandsreziprozitäten bedingen, daß das Klemmenpaar 1-2 der übersetzten Eingangsquelle vom Ausgangsklemmenpaar 4-0 des Gegenkopplungsnetzwerkes entkoppelt ist und in gleicher Weise das Klemmenpaar 7-8 der übersetzten Last vom Eingangsklemmenpaar 6-0 des Gegenkcpplungsnetzwerkes ZR entkoppelt ist.

Die erste Impedanz ZIl des eingangsseitigen Brückennetzwerkes enthält erstens den Parallelschwingkreis mit den Elementen Ll und Cl und zweitens dsn parallel hinzugeschalteten Serienschwingkreis mit den Elementen Ll, Cl sowie dem in Serie liegenden Bedämpfungswiderstand R1. In Serie zu der Induktivität Ll des Parallelschwingkreises liegt noch der weitere Bedämpfungswiderstand Rl, dessen Wert jedoch auch zu Null werden und somit dieses Bauelement R1 auch entfallen kann. Die erste Impedanz Z 21 des nicht näher dargestellten ausgangsseitigen Brückennetzwerkes ist in gleicher Weise aufgebaut.

Die zweite Impedanz Z12 (bzw. Z 22) enthält erstens den Serienschwingkreis mit den Elementen L 3 und C 3 und zweitens den in Serie geschalteten Parallelschwingkreis mit den Elementen L4, C'4 sowie dem parallelliegenden Bedämpfungswiderstand R 4. Parallel zu der Kapazität C 3 des Serienschwingkreiscs liegt noch der weitere Bedämpfungswiderstand R 3, dessen Wert jedoch auch unendlich groß werden und somit dieses Bauslement R 3 analog zu dem hierzu dualen Bauelement R 1 auch entfallen kann.

Fig. 2 zeigt weiterhin, daß zwischen das Klernmenpaar 1-2 der übersetzten EingangsqueUe für das eingnngsseitige Brückennetzwerk und die Sekundärwicklung des Eingangsübertragers Ül eine symmetrische Drussel D mit je einer Wicklung für die Klemmen 1 und 2 eingeschaltet ist. Diese Drossel D bewirkt bei Frequenzen oberhalb des Übertragungsfrequenzbereiches eine Entkopplung zwischen dem eingangsseitigen Brückennetzwerk und dem Eingangsübertrager Ül. Die analoge Maßnahme kann auch am Ausgang des Verstärkers vorgesehen sein, wodurch bei dem genannten Frequenzbereich eine Entkopplung zwischen dem ausgangsseitigen Brükkennetzwerk und dem Ausgangsübertrager Ό 2 bewirkt wird. Durch diese Maßnahmen wird bewirkt, daß die parasitären Elemente der Übertrager Ü1 und Ü2 bei den hohen Frequenzen keinen Einfluß mehr auf die Gegenkopplungsschleife nehmen können, wodurch die Stabilität der Gegenkopplungsschleife bis zu den höchsten Frequenzen hin zusätzlich verbessert werden kann.

Der Leiiungsverstärker gemäß de^i Ausführungsbeispiel hat btispielsweise einen Obertragungsfrequenzbereich von 4 bis 60 MHz und kompensiert die mit der Frequenz gemäß einer Wurzelfunktion ansteigende Dämpfung eines Kabels. Hierbei müssen die Signale am oberen Frequenzbandende am stärksten verstärkt werden, wobei bei diesen Frequenzen gleichzeitig optimale Rauschverhältnisse vorliegen sollen. Die Impedanzen der Brückennetzwerke sind daher derart ausgestaltet und deren Elemente derart bemessen, daß die Dämpfungen des jeweiligen Brükkennetzwerkes auf dem Außenweg, d. h. dem Weg zwischen den Klemmen 1-2 des übersetzten Eingangssignals (bzw. zwischen den Klemmen 7-8 des primärseitigen Ausgangssignals) und den Eingangsklemmen 3-0 (bzw. Ausgangsklemmen 5-0) des aktiven Teils V «m oberen Ende des Übertragungsfrequenzbandes möglichst geringe Werte annehmen. Dagegen nimmt die Dämpfung der Brückennetzwerke auf dem Innenweg, d. h. dem Weg zwischen den Ausgangsklemmen 4-0 (bzw. Eingangsklemmen 6-0) des Gegenkopplungsnetzwerkes ZR und den Eingangsklemmen 3-0 (bzw. Ausgangsklemmen 5-0) des aktiven Teils V in dem genannten Frequenzbereich, vergleichsweise große Werte an. Überlegungen im Rahmen der Erfindung führen weiteuiin dazu, daß die Dämpfungsdifferenz zwischen dem Innenweg und dem Außenweg bei den beiden Brückennetzwerken innerhalb des Übertragungsfrequenzbereiches mit zunehmender Frequenz leicht ansteigen soll, wobei bei den tiefen Frequenzen die Dämpfung im Innenweg nur wenig und bei den höheren Frequenzen stärker über der Dämpfung des Außenweges verläuft.

Ein erstes Bemessungsbeispiel trägt der vorerwähnten Überlegung Rechnung, wobei von einem Wert des Bezugswiderstrndes R10 bzw. R 20 von 75 Ohm ausgegangen ist:

A₁ = 120,7 il,
L₁ = 563 nH,
C₁= 18,6 pF,

R₂ = 501 Ω,
L₂ = 1,96 μΗ,
C₂ = 10,55 pF.

Bei einem zweiten Bemessungsbeispiel, welches ebenfalls von den Werten R_1n = R_7n = 72 Ohm ausgeht, ist der Bedämp/ungswiderstand R1 in Serie zu der Induktivität L1 des Parallelschwingkreises der ersten Impedanz ZIl bzw. Z21 fortgelassen:

R₁ = OQ, R₂ =500 Ω, stand /Π0 = Λ 20 = 75 Ohm. Zum Beispiel gilt

L₁= 35OnH, L₂ = 1 μΗ, ^₃ = ^Λ.ο²' C₁; C, = L₁ : R₁₀^

C — 8 oF C = 3 F ^^as C'^cg^en'^;oPP'^ung^snelzwer'^{ ZÄ ^mit den ein-

¹^' 2 P · ganasseitipen Klemmen 6-0 und den ausgangsseitigen

"' klemmen 4-0 besteht — wie aus der Anordnung

Bei beiden Bemessungsbeispielen ergeben sich die nach F i g. 1 ersichtlich — lediglich aus einem Quer-Werte der Elemente der zweiten Impedanz Z12 bzw. zweipol ZR. Dieser Querzweipol ZR ist frequenz-Z22 durch Impedanzreziprozität am Bezugswider- abhängig und regelbar bzw. einstellbar ausgestaltet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Breitband-Leitungsverstärker mit einem über ein eingangssejtiges und/oder ein ausgangsseitiges BrOclcennetzwerk angekoppelten Gegenkopplungsnetzwerk, bei dem jedes Brückennetzwerk eine parallel zum Eingang bzw. Ausgang des aktiven Teils des Verstärkers liegende Serienschaltung aus einer einen Parallelschwingkreis aufweisenden ersten Impedanz, einen reellen Bezugswiderstand und einer hinsichtlich des Bezugswiderstandes zur ersten Impedanz widerstandsreziproken, einen Serienschwingkreis aufweisenden zweiten Impedanz enthält, wobei das Eingangs- bzw. Ausgangssignal des Verstärkers an der Serienschaltung aus der ersten Impedanz und dem Bezugswiderstand anliegt und das Gegenkopplungsnetzwerk an die Serienschaltung aus dem Bezugswiderstand und der zweiten Impedanz angeschaltet ist, gekene zeichnet durch einen parallel zu dem Parallelschwingkreis (Li, Ci) der ersten Impedanz (Z ii bzw. Z21) liegenden Serienschwingkreis (LI, C2) mit einem in Serie liegenden Bedämpfungswiderstand (R 2) und durch einen in Reihe zum Serienschwingkreis (L 3, C3) der zweiten Impedanz (7ΑΊ bzw. Z22) liegenden Parallelschwingkreis (L 4, C4) mit einem parallel liegenden Bedämpfungswiderstand (R 4).

2. Breitband-Leitungsverstärker nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktivität (L 1) des Parallelsch./ingkreises (Li, Cl) der ersten Impedanz (ZU bzw. Z21) ein -reiterer Bedämpfungswiderstand (R 1) in Serie und der Kapazität (C3) des Serienschwingkreises (L ~, C3) der zweiten Impedanz (Z 12 bzw. Z22) ein weilerer Bedämpfungswiderstand (R 3) parallel geschaltet sind.

3. Breitband-Leitungsverstärker nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch je eine symmetrische Drossel (D) zwischen dem Eingangsübertrager (Üi) bzw. dem Ausgangsübertrager (U 2) und dem eingangsseitigen bzw. ausgangsseitigen Briickennetzwerk.

4. Breitband-Leitungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem ausgangsseitigen und dem eingangsseitigen Brückennetzwerk eingeschaltete Gegenkopplungsnetzwerk lediglich aus einem Querzweipol (ZR) besteht.

5. Breitband-Leitungsverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querzweipol (ZR) frequenzabhängig und regelbar bzw. einstellbar ausgestaltet ist.