-
Elektronische Schaltung zur Linearisierung eines breitbandigen Verstärkers,
insbesondere eines Fernsehsignal-Verstärkers Die Erfindung bezieht sich auf eine
elektronische Schaltung zur Linearisierung eines breitbandigen Leistungsverstärkers,
insbesondere eines Fernsehsignal-Verstärkers. Die Erfindung kann Anwendung finden
bei der Linearisierung bzw. Entzerrung eines Leistungs-Bildverstärkers, sowie eines
Bild-Ton-Verstärkers od.
-
dgl., vorzugsweise auf der Sendeseite eines Fernsehsignai-Ubertragungssystems.
-
Bei allen vorgenannten Anwendungsfällen kommt es auf eine in einem
relativ weiten Frequenzbereich konstante Verstärkung an.
-
Es wird weiterhin eine ideale Übertragungskennlinie mit möglichst
großem linearen Anteil, d.h. mit konstanter Steigung gefordert.
-
Bei der Übertragung von Signalen über Verstärker mit nicht idealer
Kennlinie (die Kennlinie kann von der idealen Form einer Geraden abweichen) entstehen
Verzerrungen quadratischer, kubischer und höherer Ordnung, die die Signaleigenschaften
in ihrer Qualität vermindern (sogenannte nichtlineare Verzerrungen)-.
-
Bei der Ubertragung von Fernseh-Bild-Signalen war es bisher üblich,
diese vorzugsweise in der Endstufe auftretenden Verzerrungen bereits vor der Modulation
im Video-Bereich vorzuentzerren. Diese Vorentzerrung konnte im wesentlichen bisher
nur auf den quadratischen Anteil der Übertragungskennlinie beschränkt werden.
-
Bei der gemeinsamen Übertragung mehrerer Träger, wie dies z.B.
-
bei der Übertragung von Farbfernseh-Signalen oder bei gemeinsamer
Bild-
und Tonübertragung der Fall ist, wird zur Verhinderung der auftretenden Mischprodukte
quadratischer und kubischer Ordnung die Leistungsstufe mit geringer Aussteuerung
betrieben. Dadurch bedingt ist der Wirkungsgrad solcher Anlagen, besonders bei gemeinsamer
Bild- und Tonübertragung, gering.
-
Die Erfindung bezweckt eine gekrümmte Kennlinie eines breitbandigen
Verstärkers, insbesondere eines Fernsehsignal-Verstärkers, an dessen Eingang das
unverzerrte Originalsignal ansteht, so auszugleichen, daß das zu übertragende Signal
möglichst geringe Verzerrungen beinhaltet.
-
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß einer
eingangsseitigen ersten Verzweigungsstelle eine zweite Verzweigungsstelle nachgeschaltet
ist, daß der zweiten Verzweigungsstelle zwei parallele Kanäle folgen, von denen
der eine über eine invertierende Verzerrungsstufe und der andere direkt an eine
erste Addierstufe angeschlossen ist, daß die Verzerrungsstufe eine der des zu linearisierenden
Verstärkers entsprechende Übertragungskennlinie besitzt, daß die erste Addierstufe
unter Zwischenschaltung einer einstellbaren Phasendrehstufe an den ersten Eingang
einer zweiten Addierstufe und die erste Verzweigungsstelle an deren zweiten Eingang
angeschlossen sind und daß dem Ausgang der zweiten Addierstufe der zu linearisierende
Verstärker folgt.
-
Die erfindungsgemäße Schaltung simuliert die Verzerrungen des zu linearisierenden
Leistungsverstärkers und fügt sie dem unverzerrten Originalsignal so zu, daß sie
den in dem Leistungsverstärker entstehenden Verzerrungen invers sind. Es ist somit
in vorteilhafter Weise möglich, Leistungsverstärker, die nichtlineare Übertragungseigenschaften
haben, mit höherer Aussteuerung als bisher üblich zu betreiben bzw. so auszulegen,
daß die Aussteuerung wesentlich über dem bisher Üblichen liegt. Dadurch können
erhebliche
Wirkungsgradsteigertmgefle'rreicht werden.
-
Zweckmäßig sind die erste und die zweite Verzweigungsstelle durch
als Emitterfolger geschaltete Transistoren, einen ersten und einen zweiten, gebildet,
und am Emitter des ersten Transistors ist die zweite Addierstufe Uber einen dritten
Transistor und ein Dämpfungsglied angeschlossen, während am Emitter des zweiten
Transistors die Steuereingänge eines'vierten und eines fünften Transistors angeschlossen
sind.
-
Die invertierende Verzerrungsstufe kann durch einen als Verstärker
betriebenen sechsten Transistor gebildet sein, der an den Emitter des fünften Transistors
angeschlossen ist. Dem sechsten Transistor folgt zweckmäßig ein als Emitterfolger
betriebener siebter Transistor.
-
Zur Realisierung der ersten Addierstufe sind zweckmäßig der Emitter
des vierten Transistors und der Emitter des siebten Transistors jeweils über einen
Widerstand an den Steuereingang eines als Emitterfolger betriebenen achten Transistors
angeschlos sen.
-
Weiterhin kann an den Emitter des achten Transistor$ UberXein Potentiometer,
dessen Abgriff und ein Kondensator an ein al8 Emitterfolger betriebener neunter
Transistor angeschlossen sein, dessen Emitter über einen Kondensator mit einem als
Emitterfolger betriebenen zehnten Transistor verbunden ist, an dessen Emitter eine
Phasenschieberbrücke liegt, bestehend aus einem Widerstands-Kondensatornetzwerk
und einem elften und einem zwölften Transistor.
-
Zur stufenlosen oder stufenweisen Einstellung der Phase von Oo bis
1800 enthält ein Brückenzweig der PhasenschieberbrUcke vorteilhaft einstellbare
oder wählbare Widerstände. Das Signal kann um weitere 1800 gedreht werden, wenn
statt des Kollektors
des zwölften der Kollektor des elften Transistors
an den Steuereingang eines dreizehnten Transistors anschließbar ist.
-
Die zweite Addierstufe kann dadurch gebildet sein, daß der Emitter
des dritten Transistors einerseits und der Kollektor des dreizehnten Transistors
andererseits jeweils über zwei als Emitterfolger betriebene Transistoren an den
Steuereingang eines als Verstärker betriebenen ausgangsseitigen Transistors angeschlossen
sind.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnunge dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der
elektronischen Schaltung und Fig. 2 bis 4 ein Geräteschaltbild zur Fig. 1.
-
Gemäß Fig. 1 ist an eine erste Verzweigungsstelle 1, an der das unverzerrte
Originalsignal liegt, eine zweite Verzweigungsstelle 2 nachgeschaltet. Der zweiten
Verzweigungsstelle 2 folgen zwei parallele Kanäle 3 und 4, von denen der eine über
eine invertierende Verzerrungsstufe 5 und der andere direkt an eine erste Addierstufe
6 angeschlossen ist. Der ersten Addierstufe 6 folgt unter Zwischenschaltung einer
einstellbaren Phasendrehstufe 7 der erste Eingang 8 einer zweiten Addierstufe 9,
an deren zweiten Eingang 10 die erste Verzweigungsstelle 1 angeschlossen ist. An
den Ausgang ii der zweiten Addierstufe 9 schließt sich mittelbar oder unmittelbar
der zu entzerrende Verstärker an.
-
Die Schaltung hat folgende Wirkungsweise: Das unverzerrte Originalsignal
gelangt, vorzugsweise in der Zwischenfrequenzlage, an die erste Verzweigungsstelle
1 und-wird über die zweite Verzweigungsstelle 2 der Verzerrungsstufe 5 zugeführt,
deren Übertragungskennlinie derjenigen des zu linearisierenden
Leistungsverstärkers
entspricht und die eine Phasendrehung um 1800 bewirkt. Das übertragene Signal kann
z.B. ein mit einem Fernsehsignal modulierter Träger sein oder ein Fernsehsignal-Frequenzgemisch,
bestehend aus moduliertem Bild- und Tonträger. Das Ausgangssignal der Verzerrungsstufe
5 enthält grundsätzlich dieselben Verzerrungen, wie sie der zu linearisierende Leistungsverstärker,
z.B. ein Endverstärker, bringen würde, also auch Verzerrungs-Anteile höherer Ordnung.
-
Das so verzerrte und um 180° gedrehte Signal wird jetzt einem ersten
Eingang 601 der ersten Addierstufe 6 zugeführt. An dessen zweitem Eingang 602 liegt
das nicht verzerrte Signal von der zweiten Verzweigungsstelle 2. Am Ausgang der
ersten Addierstufe sind aufgrund der Differenzbildung nur die Verzerrungsprodukte
vorhanden. Diese werden unter entsprechender Phasendrehung in der Phasendrehstufe
mittels der zweiten Addierstufe 9 dem unverzerrten Originalsignal so zugefügt, daß
sie den in dem zu linearisierenden Leistungsverstärker entstehenden Verzerrungen
invers sind.
-
Eine vollständige Schaltung zum Blockschaltbild gemäß Fig. 1 ist in
den Fig. 2 bis 4 dargestellt. Die Fig. 2 bis 4 sind im Signalzug betrachtet im wesentlichen
von links nach rechts zu lesen und auch in entsprechender Reihenfolge hintereinander
zu sehen. Die einzelnen Schaltungsteile befinden sich in Abschnitten eines abschirmenden
Gehäuses 12. Es wird mit einem Potential von z.B. -20 Volt gearbeitet.
-
Der Schaltungseingang ist über einen Kondensator 13 an einen ersten
als Emitterfolger betriebenen Transistor 14 angeschlossen.
-
Am Emitter 15 des ersten Transistors 14 liegen über ein Potentiometer
16 und einen Kondensator 17 ein zweiter Transistor 18 einerseits und über einen
Kondensator 19 ein dritter Transistor 20 andererseits. Am Emitter 21 des zweiten
Transistors 18 sind die
Steuereingänge eines vierten und eines fünften
Transistors 22 und 23 über jeweils einen Kondensator 24 bzw. 25 angeschlossen.
-
Die Steuerelektroden der Transistoren 14, 18, 20, 22 und 23 liegen
jeweils über einen Widerstand 26 bis 30 gemeinsam am Potential -20 V, ebenso die
Emitter über Widerstände 16, 31, 32, 33 und 34.
-
Weiterhin schließen sich an die Emitter der Transistoren 20, 22 und
23 Kondensatoren 35, 36 und 37 an.
-
An den Emitter des fünften Transistors 23 bzw. an den Kondensator
37 ist ein als Verstärker betriebener, die invertierende Verzerrungsstufe 5 darstellender
sechster Transistor 38 mit üblichen Basisspannungsteilern 39, 40 angeschlossen.
-
An den Emitter des dritten Transistors 20 schließt sich über einen
Kondensator 35 ein Dämpfungsglied aus Widerständen 41 bis 43 an (Fig. 3).
-
Im Kollektorkreis des sechsten Transistors38 liegen eine veränderliche
Induktivität 44 und ein Potentiometer 45. Der Abgriff 46 des Potentiometers 45 ist
über einen Kondensator 47 mit der Steuerelektrode eines als Emitterfolger betriebenen
siebten Transistors 48 verbunden. Der Emitter des Transistors 38 liegt über einen
Widerstand 49 und einen Kondensator 50 an Masse. Die Gleichspannung am Steuereingang
des siebten Transistors 48 ist durch Widerstände 51 und 52 festgelegt.
-
Der siebte Transistor 48 ist emitterseitig einmal über einen Widerstand
53 an das Potential -20 Volt und zum anderen über einen Kondensator 54 und einen
Widerstand 55 an eine Additionsstelle 56 bzw. den Steuereingang eines achten Transistors
57 angeschlossen.
-
Der Emitter des Transistors 22 ist über den Kondensator 36 und einen
weiteren Widerstand 58 ebenfalls an die Additionsstelle 56 angeschlossen. An der
Additionsstelle 56 sind nunmehr nur die
Verzerrungsprodukte vorhanden.
- Der achte Transistor 57 ist wie üblich beschaltet (Widerstände 59, 60 und 62).
-An dem Emitter 61 des achten Transistors 57 ist über einen Kondensator 63, ein
Potentiometer 64, dessen Abgriff 65 und einen Kondensator 66 ein als Emitterfolger
betriebener neunter Transistor 67 angeschlossen (Fig. 4). Der als Emitterfolger
betriebene neunte Transistor 67 ist ähnlich beschaltet wie der siebte Transistor
48 - Widerstände 68 bis 70 -, ebenso ist der über einen Kondensator 71 nachfolgende
Transistor 72 beschaltet - Widerstände 73 bis 75. Am Emitter 76 des zehnten Transistors
72 liegt eine Phasenschieberbrücke mit einem elften Transistor 77 und einem zwölften
Transistor 78. Die Phasenschieberbrücke besteht im weiteren aus Widerständen 79
bis 87 und Kondensatoren 88 und 89, wobei die Widerstände 85 bis 87 entsprechend
der Feinheit der Phasensprünge in der Anzahl gewählt werden. - Weiterhin liegen
am Kollektor des Transistors 77 eine Spule 90 und ein Widerstand 91, ebenso am Kollektor
des Transistors 78 eine Spule 92 und ein Widerstand 93. - Die Transistoren 77 und
78 sind emitterseitig einmal über einen Kondensator 94 miteinander verbunden und
zum anderen jeweils über einen Widerstand 95 und 96 an das Potential -20 Volt angeschlossen.
-
Durch eine Brücke 97 kann wahlweise der Kollektor des elften 77 oder
der Kollektor des zwölften Transistors 78 über einen Kondensator 98 an den Steuereingang
eines dreizehnten Transistors 99 angeschlossen werden.
-
Der Emitter des dritten Transistors 20 einerseits und der Kollektor
des dreizehnten Transistors 99 andererseits sind jeweils über zwei als Emitterfolger
betriebene Transistoren 100 und 101 bzw. 102 und 103 an den Steuereingang eines
als Verstärker betriebenen ausgangsseitigen Transistors 104 angeschlossen. Zwischen
den Transistoren 100 bis 104 befinden sich wiederum Kondensatoren
105
bis 109. Die Transistoren 100 bis 103 sind ähnlich beschaltet wie der Transistor
48. Der Transistor 104 liegt mit seinem Kollektor über einen Widerstand 110 an Masse
und mit seinem Emitter über die Parallelschaltung eines Widerstandes 111 mit der
Reihenschaltung eines veränderlichen Widerstandes 112 mit einem Kondensator 113
am Potential -20 Volt. Der Kollektor des Transistors 104 ist der Ausgang 11 der
Schaltung.
-
Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 bis 4 ergibt sich aus
der Wirkungsbeschreibung für das Blockschaltbild.
-
Die erfindungsgemäße Schaltung kann vorteilhaft zur Entzerrung von
Fernsehbildsendern, Fernseh-Frequenzumsetzern mit gemeinsamer Bild- und Tonübertragung
und von Fernsehsendern mit gemeinsamer Bild- Tonendstufe eingesetzt werden.