DE2531132C3 - Breitband-Leitungsverstarker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Breit- '><> band-Leitungsverstärker.

Leitungsverstärker der vorgenannten Art mit einer hohen Schleifenverstärkung über ein weiteres Frequenzgebiet sind üblicherweise derart dimensioniert, daß die Stabilität der Gegenkopplung (Sicherheit gegen v> Selbsterregung) so lange ausreichend gewährleistet ist, solange die speisende Quelle an den Eingangswiderstand des Leitungsverstärkers und der Lastwiderstand an den Ausgangswiderstand des Leitungsverstärkers angepaßt sind. m>

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leitungsverstärker der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Gegenkopplung auch bei hoher Schleifenverstärkung und/oder betriebsmäßig wechselnden Abschlußwiderständen bzw. bei starken Fehlab- *> Schlüssen am Eingang und/oder Ausgang eine gute Stabilität aufweist.

Diese Aufgabe ist durch die Anwendung der

kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches I gelöst.

Durch die Anwendung dieser Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß Breitbandverstärker mit linearem Frequenzgang (Endverstärker) oder Leitungsverstärker mit ansteigendem Frequenzgang jeweils mit vielen verschiedenen Baugruppen zusammengeschaltet werden können, deren Reflexionsdämpfung, insbesondere außerhalb des Übertragungsbandes, teilweise sehr gering ist

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung nachstehend näher erläutert Diese Zeichnung zeigt in

F; g. 1 das Prinzipschaltbild eines bekannten, brükkengegengekoppelten Breitbandverstärkers,

Fig.2 und 3 bekannte Brückennetzwerke zu dem Verstärker nach F i g. 1,

F i g. 4,5 und 6 Ausführungsbeispiele des aktiven Teils des Breitbandverstärkers.

F i g. 1, 2 und 3 zeigen gemeinsam einen briickengegengekoppelten Breitbandverstärker, wie er z. B. als Leitungsverstärker oder Endverstärker in der Trägerfrequenztechnik für einen Übertragungsfrequenzbereich von 3,8 bis 62 MHz verwendbar ist. Das zu verstärkende Breitbandsignal gelangt vom Eingang 10 über das eingangsseiüge Brückennetzwerk 20 zum aktiven Teil 30 und von hier über das ausgangsseitige Brückennetzwerk 40 zum Ausgang 60 des Leitungsverstärkers. Die Gegenkopplungsschleife verläuft vom Ausgang 34 des aktiven Teils 30 über die Tore 43 und 45 des ausgangsseitigen Brückennetzwerkes 40 zum Eingang 54 des Gegenkopplungsnetzwerkes 50 und von dessen Ausgang 52 über die Tore 25 und 23 des eingangsseitigen Brückennetzwerkes 20 zum Eingang 32 des aktiven Teils 30.

Leitungsverstärker entdämpfen jeweils den vorhergehenden Kabelabschnitt, deren Dämpfung im betrachteten Frequenzbereich etwa mit dt? Wurzel der Frequenz ansteigt Der gewünschte Frequenzgang der Verstärkung wird im wesentlichen durch den Frequenzgang des Gegenkopplungsnetzwerkes 50 bestimmt, dessen Dämpfungsanstieg dem Dämpfungsanstieg des zu entdämpfenden Kabels weitgehend entspricht Endverstärker dagegen werden in den Endämtern eingesetzt und weisen eine konstante Verstärkung im Übertragungsfrequenzbereich auf, um Dämpfungen von passiven Baugruppen auszugleichen.

Das eingangsseitige Brückennetzwerk 20 ist in F i g. 2, das ausgangsseitige Brückennetzwerk 40 ist in F i g. 3 näher dargestellt Der sekundärseitig angezapfte Übertrage 27 nach F i g. 2 ist gleichzeitig Eingangsübertrager und der primärseitig angezapfte Übertrager 47 nach Fig.3 ist gleichzeitig Ausgangsübertrager des gesamten Leitungsverstärkers. Der Fußpunkt der Sekundärwicklung des Eingangsübertragers 27 ist über den Widerstand 28 und der Fußpunkt der Primärwicklung des Ausgangsübertragers 47 ist über den Widerstand 48 mit dem Nullpotential der Tore 32 und 52 bzw. 34 und 54 verbunden. Der spannungsführende Anschluß des Eingangs 54 des Gegenkopplungsnetzwerkes 50 ist an die Anzapfung des Ausgangsübertragers 47 und der spannungsführende Anschluß des Ausgangs 52 des Gegenkopplungsnetzwerkes 50 ist an die sekundärseitige Anzapfung des Eingangsübertragers 27 angeschlossen, so daß unter Mitwirkung der Widerstände 28 und 48 die gesamte Gegenkopplungsschleife auf beiden Seiten des aktiven Teils 30 als Strom-Spannungs-Gegenkopp-

lung anzusehen ist. Darüber hinaus sind die Brückennetzwerke 20 und 30 derart dimensioniert, daß der Anschluß 52 des Gegenkcipplungsnetzwerkes 50 vom Eingang 10 des Leitungsvertärkers und der Anschluß 54 des Gegenkopplungsnetzwerkes 50 vom Anschluß 60 des Leitungsverstärkers entkoppelt ist.

Bei den bisher konzipierten Breitbandleitungsverstärkern ist die vorerwähnte Dimensionierung der Brückennetzwerke 20 und 40 üblich; jedoch wurden die Innenwiderstände des Eingangs 32 und des Ausgangs 34 des aktiven Teils 30 keinen einschränkenden Bedingungen Hinter worfen, da bei genügend großer Schleifen verstärkung diese Innenwiderstände keinen wesentlichen Einfluß auf die Innenwiderstände des Eingangs 10 und des Ausgangs 60 des gesamten Leitungsverstärkers haben.

Der Verstärker nach Fig. 1 mit einer Entkopplung zwischen den Toren 21 und 25 des eingangsseitigen Brtickennetzwerkes 20 und einer Entkopplung zwischen den Toren 45 und 46 des ausgangsseitigen Brückennetzwerkes 40 ist crfindungsgemäS nun derart ausgestaltet und bemessen, daß innerhalb des Frequenzbereiches, in dem die Schleifenverstärkung über das Gegenkopplungsnetzwerk 50 größer als 1 ist, der Eingang 32 des aktiven Teils 30 an den Innenwiderstand des zugehörigen Anschlusses 23 des eingangsseitigen Brückennetzwerkes 20 und der Ausgang 34 des aktiven Teils 30 an den Innenwiderstand des zugehörigen Anschlusses 43 des ausgangsseitigen Brückennetzwerkes 40 angspaßt ist. Bei einem Leitungsverstärker mit einem Übertragungsfrequenzbereich bis 62 MHz erstreckt sich der vorgenannte kritische Frequenzbereich der Gegenkopplungsschleife bis in die Gegend zu 1 GHz. Um die vorgenannte Bemessung zu realisieren, kann der aktive Teil 30 teils mit ohmschen, teils mit frequenzabhängigen Netzwerken passiv oder aktiv an die Innenwiderstände der Tore 23 und 43 angepaßt werden.

Durch die Anpassung zwischen den Toren 23 und 32 einerseits und den Toren 34 und 43 andererseits wird eine wesentliche Erhöhung der Stabilität der Gegenkopplungsschleife erreicht, insbesondere bei nicht zu vermeidenden Fehlabschlüssen an dem Eingang 10 und/oder dem Ausgang 60 des Breitbandverstärkers. Hierbei ist es von besonderer Bedeutung, daß die Reflexionsdämpfung der angeschlossenen Baugruppen (wie z. B. Meßadapter) vor allem außerhalb des Übertragungsbandes teilweise sehr gering ist.

Die Fig.4, 5 und 6 zeigen Ausführungsbeispiele des aktiven Teils 30, bei denen die Innenwiderstände des Eingangs 32 und des Ausgangs 34 jeweils aktiv, d. h. mittels interner GegenkopplungsmaBnahmen angepaßt sind, wobei jeweils ein dreistufiger Verstärker mit den Transistoren 71, 72 und T3 gewählt ist.

Die Anordnung nach Fig.4 enthält innerhalb der ersten Stufe mit dem Transistor 7*1 eine Parallelgegenkopplung über den Widerstand R 1 und eine Seriengegenkopplung über den Widerstand R 3, Die Parallelgegenkopplung, ausgehend von dem Arbeitswiderstand A4 des ersten Transistors 71 über den Widerstand R 1 zum Eingang 32, erniedrigt den Innenwiderstand dieses Eingangs 32. Dagegen erhöht die Seriengegenkopplung über den Widerstand R 3 den Innenwiderstand des Eingangs 32. Insgesamt wird dieser Innenwiderstand durch die Widerstände R I₁ R 3 und R 4, aber auch durch die frequenzabhängigen Parameter des Transistors 71 bestimmt. Eine Kompensation des Frequenzganges der Parameter des Transistors 71 kann durch eine entsprechende Ausbildung, insbesondere der Widerstände Ri und R 3 als frequenzabhängige Netzwerke bzw. Zweipole erreicht werden.

Die letzte Stufe mit dem Transistor 73 weist eine Parallelgegenkopplung vom Ausgang 34 über den Widerstand R 2 zum Arbeitswiderstand R 6 des Transistors 72 und eine Seriengegenkopplung über den Widerstand Λ 7 auf. Bemessung und Auswirkung auf den Innenwiderstand des Ausgangs 34 .-ss aktiven Teils sind analog zu den internen Gegenkoppiu.igsmaßnahmen der ersten Stufe. Der zweite Transistor 72 arbeitet in Emitterschaltung und ist mittels seines Emitterwiderstandes R 5 stromgegengekoppelt

Fig.5 reigt eine Parallelgegenkopplung vom Arbeitswiderstand R 6 des zweiten Transistors 72 über den Widerstand R 8 zur Basis bzw. dem Eingang des ersten Transistors 71. Der dritte Transistor 73 ist über den Widerstand R 2 parallel gegengekoppelt, und zwar vom Kollektor des Transistors 73 zu dessen Basis, welche an den Kollektor des zweiten Transistors 72 angeschlossen ist. Außerdem sind die Transistoren 71 und 73 jeweils über den zugehörigen Emitterwiderstand A3 bzw. Rl seriengegengekoppelt Der zweite Transistor 72 arbeitet in Basisschaltung. Analog zu der Anordnung nach F i g. 4 können auch bei der Anordnung nach F i g. 5 die Widerstände R 8, R 2, R 3 und R 7 frequenzabhängig ausgebildet werden, um den Frequenzgang der Parameter der Transistoren 71, 72 und 73 zu kompensieren.

Die Anordnung nach F i g. 6 weist eine Parallelgegenkopplung vom Kollektor des dritten Transistors 73 über den Widerstand Λ 9 zum Emitter des zweiten Transistors 72 auf, welcher wie bei der Anordnung nach F i g. 5 in Basisschaltung arbeitet. Der Emitter des Transistors 72 ist an dem Arbeitswiderstand R 4 des Transistors 71 angeschlossen, welcher analog zu der Anordnung nach F i g. 4 gegengekoppelt ist.

Schließlich kann — was in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist — der aktive Teil 30 zwischen seinem Ausgang 34 und seinem Eingang 32 auch eine über alle Stufen gehende, interne Gegenkopplung aufweisen, um die Inrr mviderstände seines Eingangs und seines Ausgangs an die Brückennetzwerke 20 und 44 anzupassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche;

   J. Breitband-Leitungsverstärker mit einem aktiven Teil und einem über ein eingangsseitiges und ein '< ausgangsseitiges Brückennetzwerk angekoppeltes Gegenkopplungsnetzwerk, bei dem jedes Brückennetzwerk den jeweiligen Anschluß des Gegenkopplungsnetzwerkes vom jeweiligen Außenanschluß des Leitungsverstärkers entkoppelt, wobei die Schlei- ι» fenverstärkung über das Gegenkopplungsnetzwerk innerhalb eines Frequenzbereiches größer als 1 ist, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil (30) des Leitungsverstärkers derart ausgestaltet und bemessen ist, daß innerhalb des Frequenzberei- ι "> ches, in dem die Schleifenverstärkung über das Gegenkopplungsnetzwerk (50) größer als 1 ist, der Eingang (32) des aktiven Teils (30) an den Innenwiderstand des zugehörigen Anschlusses (23) des eingangssciiigen Brückennetzwerkes (20) und -'< > der Ausgang (J4) des aktiven Teils (30) an den Innenwiderstand des zugehörigen Anschlusses (43) des ausgangsseitigen Brückennetzwerkes (40) angepaßt ist.
2. 2. Leitungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch ->· gekennzeichnet, daß dem Eingang (32) und/oder dem Ausgang (34) des aktiven Teils (30) frequenzabhängige Netzwerke zur Erzielung der jeweiligen Anpassung zugeschaltet sind.
3. 3. Leitungsverstärker nach Anspruch 1 oder 2, i< > dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (32) und/oder der Ausgang (34) des aktiven Teils (30) mittels einer oder mehrerer interner Gegenkopplungen innerhalb des aktiven leih (30) aktiv angepaßt ist. r>
4. 4. Leitungsverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil (30) derart ausgestaltet und bemessen ist, daß innerhalb der Teilfrequenzbereiche, bei denen die Schleifenverstärkung über das Gegen- ■».· kopplungsnetzwerk (50) größer als eins und gleichzeitig die Phase der Schleifenverstärkung kleiner als 30° ist, die Reflexionsfaktoren bei der Anpassung des Eingangs (32) und des Ausgangs (34) des aktiven Teils (30) kleiner als 10% sind. v<