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Schaltungsanordnung zur pilotgesteuerten Regelung von Verstärkern
in Nachrichtenübertragunsstrecken Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
zur pilotgesteu'-erzen Regelung von Wechselstromverstärkern in Nachricht enübertragungsstrecken,
insbesondere von Zwischenverstärkern der rnrä gerfrequenztechnik. Bei diesen wird
über die Übertragungsstrecke eine Pilotfrequenz mitübertragen, die am Ausgang eines
geregelten Zwischenverstärkers ausgekoppelt und einem selektiven Pilotverstärker
zugeführt wird, an dessen Ausgang eine dem Pilotpegel proportionale Gleichspannung
zur Verfügung steht.
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Diese Gleichspannung wird mittels eines Vergleichers mit einer Sollspannung
verglichen. Eine Differenz zwischen diesen beiden Spannungen wird verstärkt und
dient als Stellgröße zur Steuerung des Stellgliedes, das die Verstärkung des Wechselstromverstärkers
beeinflußt. Dies geschieht in der Weise, daß der Ausgangspegel annähernd konstant
bleibt, wenn sich der Eingangspegel innerhalb gewisser Grenzen ändert. Als Stellglied
eignet sich ein veränderbarer Widerstand im Gegenkopplungsnetzwerk des Wechselstromvertärkers.
Hierfür kann beispielsweise ein HeiP-leiter oder ein Feldeffekttransistor verwendet
werden.
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Es ist bei derartigen Schaltungsanordnungen ferner eine überwachungseinrichtung
vorgesehen, die anspricht, sobald der Ausgangspegel des Vechselstromverstärkers
einen bestimmten Schwellwert unterschreitet. In solchen Fällen wird eine Umschaltung
derart bewirkt, daß die pilotgesteuerte Regelung unterbrochen und der echselstromverstärker
entweder auf eine bestimmte Verstärkung eingeregelt oder der vor der Umschaltung
zuletzt bestehende Regelzustand beibehalten wird. Bei einem etwas höheren Ausgangspegel
schaltet die Überwachungseinrichtung wieder zurück, so daß dann wieder eine pilotgesteuerte
Regelung erfolgen kann.
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Die Mehrzahl derartiger Wechselstromverstärker einer Übertragungsstrecke
ist in unterirdischen Zwischenverstärkerstellen
untergebracht und
deshalb meistens unzugänglich. Nach einer Anzahl unterirdischer Zwischenverstärkerstellen
ist in der Regel eine oberirdische Zwischenverstärkerstelle vorgesehen.
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Diese oberirdischesZwischenverstärkerstellen sind mit einer zusätzlichen
Einrichtung zur Alarmierung ausgerüstet, die ebenfalls von der vorerwähnten überwachungseinrichtung
angesteuert wird. Eine Alarmierung erfolgt, sobald der Ausgangspegel des Wechselstromverstärkers
den bestimmten Schwellwert unterschreitet und die Umschaltung ausgelöst wird.
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Das Absinken des Ausgangspegels des Wechselstromverstärkers unter
den bestimmten Schwellwert kann zwei Ursachen haben.
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Während sich der Eingangspegel beliebig schnell oder langsam ändern
kann, erfolgt die durch die Regelung bewirkte Verstärkungsänderung stets mit endlicher
Geschwindigkeit. Sprunghafte Anderungen des Eingangspegels treten daher zunächst
unverändert am Ausgang auf und werden erstanschließend mit der Geschwindigkeit des
Regelkreises ausgeregelt. Wird in einem solchen Fall der Schwellwert unterschritten,
obwohl die verbleibende Regelreserve den Pegelsprung noch ausregeln könnte, so wird
dennoch Alarm- gegeben und die Regelung unterbrochen. Dies ist in diesem Fall unnötig.
Als Regelreserve wird die Differenz zwischen der maximal möglichen und der momentanen
Verstärkung bezeichnet, die Regelreserve ist also der Wert, um den die Verstärkung
jeweils noch zunehmen kann. Die Regelreserve ist um so größer, je kleiner die augenblickliche
Verstärkung ist. Je größer die Regelreserve ist, um so stärker darf der Pilotpegel
noch unter den momentan bestehenden Pegel absinken.
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Ist der Eingangspegel langsam abgesunken, so daß der N!Dechselstromverstärker
ständig nachgeregelt werden konnte,so wird in der jeweiligen oberirdischen Station
erst dann Alarm gegeben, wenn deren Wechselstromverstärker an der unteren Grenze
des Regelbereiches angekommen bzw. diese überschritten ist.
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Eine Verbesserung dieser Regeleinrichtung wird dadurch erreicht, daß
die Lage der 'Ansprechschwelle der Überwachungseinrichtung von der Regelreserve
abhängig gemacht wird, so daß eine gleitende
Überwachungsgrenze
erzeugt wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Umschaltung bzw.Alarmierung
unabhängig vom augenblicklichen Verstärkungszustand des geregelten Wechselstromverstärkers
stets beim gleichen Pilotpegel am Eingang des Wechselstromverstärkers erfolgt.
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Hierzu ist es erforderlich, daß der jeweilige Verstärkungsgrad des
Wechselstromverstärkers exakt festgestellt wird. Als Maß für die Verstärkung könnte
die am Ausgang des Reglers zur Verfügung stehende Stellgröße herangezogen werden.
Der Zusammenhang zwischen der Stellgröße und der tatsächlichen. Verstärkung des
Wechselstromvers.tärkers ist jedoch nicht unbedingt linear.
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Wird beispielsweise als Stellglied ein Heißleiter verwendet, so besteht
zwischen der Heizspannung und dem Widerstand des Heißleiters kein streng linearer
Zusammenhang, was für die Verstärkungsregelung selbst keine Rolle spielt. Die Verwendung
der Heizspannung oder einer aus ihr a;bgeleiteten proportionalen Größe als l.haß
für den Verstärkungsgrad des Wechselstromverstärkers würde jedoch infolge dieser
Ungenauigkeiten unzulässige Schwankungen in der Lage des Schwellwertes der überwachungseinrichtung
ergeben.
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Die Erfindung geht von einer Schaltungsanordnung zur pilotgesteuerten
Regelung von lF7echselstromverstärkern in Nachrichtenübertragungssystemen, insbesondere
Zwischenverstärkern der Trägerfrequenztechnik aus, bei denen abhängig vom Pilotpegel
durch ein Stellglied mit einem auf einen Widerstand im Gegenkopplungskreis de's
Wechselstromverstärkers wirkenden Stellwiderstand die Verstärkung geregelt und bei
Unterschreiten eines Mindestpegels des Piloten mittels einer Überwachungseinrichtung
mit gleitender Überwachungsgrenze die pilotgesteuerte Regelung abgeschaltet wird.
Es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, hierfür eine dem Verstärkungsgrad des geregelten
Wechselstromverstärkers streng proportionale elektrische Größe zu erzeugen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Gleichstromverstärker
vorgesehen ist und der Stellwiderstand die Verstärkung dieses Gleichstromverstärkers
proportional
zur Verstärkung des Wechselstromverstärkers verändert
und daß die Ausgangsspannung des Gleichstromversärkers die Schaltschwelle der Überwachungseinrichtung
bestimmt. Dies wird gemäß ciner Ausgestaltung der Erfindung dadurch bewirkt, daß
der Gegenkopplungswiderstand des Wechselstromverstärkers ebenso groß bemessen ist
wie der C-egenkopplungswiderstand des Gleichstromverstärkers. Eine Weiterbildung
der Erfindung besteht darin, daß eine dem Pilotpegel am Ausgang des Wechselstromverstärkers
proportionale Gleichspannung und eine der Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers
proportionale Gleichspannung den Eingängen der Überwachungseinrichtung zugeführt
sind. In einer besonderen Ausbildungsform der Erfindung wird nach Unterschreiten
des Regelbereiches der Wechselstromverstärker auf mittlere Verstärkung eingeregelt,
indem beinnittlerer Verstärkung des Wechselstromverstärkers die Ausgangsspannung
des Gleichstromverstärkers und die den Pilotpegel am Eingang des Wechselstromverstärkers
proportionale Gleichspannung gleich gemacht sind.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert werden.
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Der Wechselstromverstärker Vi ist der geregelte Zwischenverstärker,
seine Verstärkung wird durch das Stellglied St geregelt. Das Stellglied St ist beim
Ausfiihrungsbéispiel durch einen Heißleiterwiderstand realisiert. Der Widerstand
Ri stellt den Gegenkopplungswiderstand im Längszweig des Wechselstromverstärkers
V1 dar. Die gleichstrommäßige Trennung zwischen dem Stellglied St und dem Wechselstromverstärker
V1 wird 'durch den Kondensator C1 bewirkt, der zwischen dem Ausgang des Stellgliedes
-ünd dem Gegenkopplungskreis des Wechselstromverstärkers liegt.
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Die dem Piloten proportionale Gleichspannung wird durch einen selektiven
Pilotverstarker V3 erz'eugt, der am Ausgang des Wechselstromverstärkers V1 angeordnet
ist.Der Ausgang des
selektiven Pilotverstärkers hat einen niedrigen
Innenwiderstand (Ri @ OQ).
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Die Überwachungseinrichtung V 4 ist durch einen Operationsverstarker
realisiert, dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang des selektiven Pilotverstärkers
verbunden ist. Sein nichtinvertierender Eingang ist über einen Spannungsteiler aus
den beiden Widerständen R4 und R5 an den Ausgang eines Gleichstromverstärkers V
2 angeschlossen. Als Gleichstromverstärker V2 dient in diesem Ausführungsbeispiel
ebenfalls ein Operations verstärker. Sein Arbeitspunkt ist mit der am nichtinvertierenden
Eingang angeschlossenen Gleichspannung Ui eingestellt. Der invertierende Eingang
ist über einen Widerstand R2 mit seinem Ausgang sowie über eine Drossel Dr mit dem
Stellglied St verbunden und wird daher in gleicher Weise wie der Wechselstromverstärker
V1 vom Stellglied beeinflußt. Die Drossel Dr hat den Zweck, den Gleichstrornverstärker
V2 von Wechselstromeinflüssen des Gegenkopplungskreises des Wechselstromverstärkers
V1 zu trennen.
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Die beiden Widerstände Ri und R2 im Längszweig des Wechselstromverstärkers
V1 bzw. zwischen dem invertierendentingang des Gleichstromverstärkers V2 und seinem
Ausgang sind einander gleich. Durch diese Dimensionierung wird ein exakt proportionaler
Zusammenhang zwischen der Verstärkung des Wechselstromverstärkers V1 und der Ausgangsspannung
U2 des Gleichstromverstärkers V2 geschaffen. Die Spannung U2 ist also ein Maß für
die Verstärkung des Wechselstromverstärkers V1. Der Wechselstromverstärker V1 ist
mit dem Gleichstromverstärker V2 gleichstrommäßig nachgebildet. Durch den Spannungsteiler
aus den Widerständen R4 und m am Ausgang des Gleichstromverstärkers V2 wird bewirkt,
daß dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers V4 nur eine Teilspannung
U2' der Spannung U2 zugeführt wjrd Durch das Verhältnis der Teilspannung U2' zur
Spannung U2 wird die Schaltschwelleder durch den Operationsverstärker V4 gebildeten
Üb erwachungseinrichtung bestimmt.
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Die zur Erzeugung der TSysterese für die Schaltschwelle erforderlichen
Schaltmittel
sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet und zum Verständnis der
Erfindung nicht nötig. Die Schaltung ist in diesem Ausführungsbeispiel so bemessen,
daß die Spannung U2 bei mittlerer Verstärkung des Wechselstromverstärkers V1 gleich
der Ausgangssspannung U3 des selektiven Pilotverstärkers V3 ist.
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Die Misgangsspannung des selektiven Pilotverstärkers V3 ist ferner
über einen Schalter sowie über einen Widerstand !6 an den invertierenden Eingang
eines weiteren Operationsverstärkers V5 geführt. Der Schalter ist in diesem Ausführungsbeispiel
durch den Drain-Source-Kanal des Feldeffekttransistors T gebildet. Der Operationsverstärker
V5 hat die Funktion eines Integralreglers. Als Referenzspannung ist eine Spannungsquelle
mit der Spannung IJ5 an den nichtinvertierenden Eingang gelegt.
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Zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers V5 und
seinem Ausgang liegt ein Kondensator C2. Mit diesem Kondensator C2 und dem Widerstand
P.6 wird ein Zeitglied gebildet. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers
VS ist außerdem in diesem Ausführungsbeispiel über einen Widerstand R3, der als
Entkopplungswiderstand dient, an dem Ausgang des Gleichstromverstärkers V2 angeschlossen.
Der Ausgang des Operationsverstärkers V5 ist mit dem Stellglied St verbunden, er
liefert den Steuerstrom des Heizers des Heißleiterwiderstandes.
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Es sollen nun verschiedene Betriebszustände erläutert werden: 1. Hat
der Pilot am Eingang des Wechselstromverstärkers Vi seinen Nennpegel, dann ist die
Spannung U3 am Ausgang des selektiven Pilotverstärkers V3 entsprechend der vorgenommenen
Dimensionierung gleich der Spannung U2 am Ausgang des Gleichstromverstärkers V2
und gleich der Vergleichsspannung U5 am nichtinvertierenden Eingang des Integralreglers
V5. Die Spannung U3 wird dem invertierenden Eingang der Überwachungseinriçhtung
V4 in voller Höhe zugeführt, von der Spannung U2 jedoch nur die Teilspannung U2',
so daß die Spannung am invertierenden Eingang größer ist
'als die
Spannung am nichtinvertierenden Eingang. In diesem Fall -liefert der Ausgang der
Überwachungseinrichtung eine Spannung von 0 O Volt.
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Hierdurch ist der Drain-Source-Kanal des Feldeffekttransistors T
niederohmig, die Spannung U3 liegt über den Widerstand R6 am Eingang des ntegralreglers
V5. Die Spannung U2 ist bei diesem Betriebazustand am Eingang des Integralreglers
V5 unwirksam, weil der Entkopplungswiderstand R3 wesentlich hochohmiger ist als
der Durchlaßwiderstand des Drain-Source-Kanals des Feldeffekttransistors. Der Integralregler
V5 steuert mit seiner Beerlauf-Verstärkung das Stellglied St derart, daß der Wechselstromverstärker
V1 mittlere Verstärkung hat 2. Bei langsamen Pilotpegeländerungen am Eingang des
Wechselstromverstarkers Vi, die innehalb des Regelbereiches liegen, wird durch die
Regelung die Verstärkung des Wechselstromverstärkers V1 so geändert, daß die Spannung
U3 am Ausgang des selektiven Pilotverstärkers nahezu konstant bleibt. Gleichzeitig
wird jedoch infolge der Änderung des Heißleiterwiderstandes des Stellgliedes St
die Verstärkung des Gleichstromverstärkers proportional dazu verändert, wodurch
sich dessen Ausgangsspannung U2 ebenfalls ändert.
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Die Spannung am nichtinvertierenden Eingang der Überwachungseinrichtung
V4 bleibt jedoch so lange kleiner als die Spannung U3 am invertierenden Eingang,
solange die Pilotpegeländerungen innerhalb des Regelbereiches bleiben Die Ausgangsspanrlung
U4 der Überwachungseinrichtung behält daher den Wert von 0 O Volt bei. Der Drain-Source-Kanal
des Feldeffekttransistors T bleibt niederohmig.
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3. Ändert sich der Pilotpegel am Eingang des Wechselstromverstärkers
Vi so schnell, daß infolge der durch den Kondensator C2 und den Widerstand R6 am
Integralregler V5 bestimmten Zeitkonstante die Regelung nicht ebenso schnell folgen
kann, so bleibt die Spannung U 2 am Ausgang des Gleichstromverstärkers im ersten
Augenblick des Pegelsprungs ebenso
unverändert wie die Verstärkung
des Wechselstromverstärkers Vi. Die Spannung U3 folgt dem Pegelsprung wesentlich
schnell ler. Es ist auch hier vorausgesetzt, daß der Pilotpegclsprung innerhalb
des Regelbereiches bleibt. Dann bleibt auch nach der durch den Pilotpegelsprung
hervorgerufenen Änderung der Ausgangsspannung des Pilotverstärkers diese größer
als die Spannung U2' und die Spannung am Ausgang der Überwachungseinrichtung V4
ändert sich nicht. Der nach dem Pilotpegelsprung einsetzende Regelvorgang hat zur
Folge, daß sich die beiden Spannungen U2 und U3 proportional zueinander ändern.
Die Spannung U3 bleibt aber größer als die Spannung U2', der Ausgangszustand der
Überwachungseinrichtung bleibt unverändert.
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4. Langsame Pilotpegeländerungen, bei denen der Regelbereich über-
oder unterschritten wird.
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4.1 Ein Ansteigen des Pilotpegels am Eingang des ',tiechselstromverstärkers
V 1 verursacht über die Regelung eine Verminderung des Steuerstromes für den Heizer
des Heißlelterwiderstandes des Stellgliedes St. Wird durch das Ansteigen des Pilotpegels
der Regelbereich überschritten, so wird das Stellglied St stromlos und die Spannung
U3 am Ausgang des Pilotverstärkers folgt dem Pilotpegel am Eingang des Wechselstromverstärkers
Vi. Dieser hat dann minimale Verstärkung,' die Spannung U2' nimmt den kleinsten
erreichbaren Wert an.
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Jedoch bleibt die Spannung U3 am invertierenden Eingang der Überwachungseinrichtung
V4 größer als die Spannung U2' und der Ausgangszustånd der Überwachungseinrichtung
ändert sich nicht, der Brain-Source-Kanal des Feldeffekttransistors T bleibt niederohmig
(U2' < U3).
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4.2 Sinkt der Pilotpegel und erreicht die Regelbereichsgrenze des
Wecbselstromverstärkers V1, so wird dieser auf maximale Verstärkung geregelt und
die Spannung U2 erreicht ebenfalls den maximal möglichen Wert. Fällt der Pilotpegel
weiter ab, so unterschreitet die Spannung U3 den Wert der Spannung U2', die Überwachungseinrichtung
spricht an und ändert ihren
Ausgangszustand schlagartig, die Ausgangsspannung
nimmt den Wert -UB an. hierdurch wird der Feldeffekttransistor so gesteuert, daß
der Widerstand seines Drain-Source-Kanals hochohmig und damit wesentlich größer
wird als der Widerstand R3, so daß nun die Spannung U2 den Integralregler V5 ansteuert.
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Der Regelvorgang wird beendet, sobald die Spannung U2 gleich dem
Wert der Referenzspamlung U5 des Integralreglers ist.
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Wie vorher ausgeführt, ist die Schaltung so dimensioniert, daß bei
mittlerer Verstärkung des Wechselstromverstärkers V1 die Ausgangsspannung U3 des
Pilotverstärkers V3 gleich der Ausgangsspannung U2 des Gleichstromverstärkers V2
ist.
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Dadurch wird im vorliegenden Fall erreicht, daß sich nach Beendigung
des Regelvorgangs der Wechselstromverstärker V1 auf mittlere Verstärkung einstellt.
Das Überschreiten der Maximalverstärkung des Wechselstromverstärkers V1 wird also
letztlich durch das Ansprechen der Überwachungseinrichtung V4 verhindert.
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5. Schnelle Pilotpegeländerungen, bei denen der Regelbereich über-
oder unterschritten wird.
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5.1 Steigt der Pilot pegel sprunghaft über die Grenze des Regelbereichs,
so ist im ersten Moment die Spannung U3 größer als die Spannung U2', wodurch sich
der Ausgangszustand der Überwachungseinrichtung V4 nicht ändert und die Ausgangsspannung
den Wert O Volt beibehält. Bei dem darauf einsetzenden Regelvorgang wird der Wechselstromverstärker
V1 auf minimale Verstärkung geregelt, die Spannung U2 am Ausgang des Gleichstromverstärkers
V2 erreicht ihren Minimalwert, jedoch bleibt der Ausgangszustand der Überwachungseinrichtung
unverändert.
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5.2 Eine sprunghafte Änderung des Pilotpegels zu kleineren Werten,
als sie noch ausgeregelt werden können, hat ur Folge; daß die Ausgangsspannung 113
des Pilotverstärkers kleiner wird als die Teilspannung U2' der Spannung U2 am Ausgang
des Gleichstromverstärkers V2. Hierdurch ändert sich der Ausgangszu stand der Überwachungseinrichtung
V4 von 0 G Volt und nimm-t
den Wert # -ETB an. Hierdurch wird der
Drain-Source-Kanal des Feldeffekttransistors T hochohmig und der Wechselstromverstärker
V1 wird, wie bereits oben beschrieben, auf mittlere Verstärkung geregelt.
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Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt
eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dar, was insbesondere durch die Mehrfachausnutzung
des Gleichstromverstärkers V2 bedingt ist. Dessen Ausgangsspannung U2 ändert sich
streng proportional zur Verstärkung des Wechselstromverstärkers Vi, sodaß hierdurch
in überraschend'einfacher Weise mit geringem Aufwand die dem Verstärkungsgrad des
geregelten Wechselstromverstärkers proportionale elektrische Größe zur Verfügung
steht.
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Weiter wird mit der Ausgangs spannung U2 die Regelung des Wechselstromverstärkers
V1 auf mittlere Verstärkung bewirkt, sobald der Pilotpegel am Eingang des Wechselstromverstärkers
V1 den Regelbereich unterschreitet. Es ist ferner noch möglich, die Spannung U2
zur Anzeige des Verstärkungsgrades des Wechselstromverstärkers Vi zu benutzen.
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Es sei ferner erwähnt, daß die Ausgangsspannung U4 der 'Überwachung
V4 auch zur Signalgabe für Alarmierungseinrichtungen benutzbar ist, wobei U4 # -UB
den Alarmfall und U4 = O Volt den Betriebsfall darstellt. Beide Spannungen stehen
an Punkten niedrigen Imlenv-iderstandes zur Verfügung, sodaß ihre Weiterverarbeitung
problemlos ist. Die Alarmierung erfolgt gemäß der vorstehenden Erläuterung dabei
unabhängig von der Geschwindigkeit der Pilotpegeländerung stets beim gleichen Ausgangspegel
des Piloten am Eingang des Wechselstromverstärkers.Die Alarmierungeschaltung wird
durch einen Regelfehler des Pilotregelkreises nicht beeinflußt.
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Anstelle des Heißleiterwiderstandes kann als Stellglied St selbstverständlich
aucn der Drain-Source-Kanal eines Feldeffekttransistors oder ein anderer steuerbarer
Widerstand, wie beispielsweise eine Kapazitätediode oder eine Feldplatte,verwendet
werden.