-
Schaltungsanordnung zur pilotgesteuerten Regelung von Verstärkern
in Nachrichtenübertragungsstrecken Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
zur pilotgesteuerten Regelung von Wechselstromverstärkern in Nachrichtenübertragungsstrecken,
insbesondere von Zwischenverstärkern der Trägerfrequenztechnik. Bei diesen wird
über die Übertragungsstrecke eine Pilotfrequenz mitübertragen, die am Ausgang des
geregelten Zwischenverstärkers ausgekoppelt und einem selektiven Pilotverstärker
zugeführt wird, an dessen Ausgang eine dem Pilotpegel proportionale Gleichspannung
zur Verfügung steht. 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 Wechselstromverstärkers.
Hierfür kann beispielsweise ein temperaturgesteuerter Widerstand oder ein Feldeffekttransistor
verwendet werden.
-
Es ist bei derartigen Einrichtungen ferner eine Überwachungseinrichtung
vorgesehen, die anspricht, sobald der Ausgangspegel des Wechselstromverstärkers
einen bestimmten Schwellwert unterschreitet. In solchen Fällen wird eine Umschaltung
derart bewirkt, daß die pilotgesteuerte Regelung unterbrochen und der Wechselstromverstärker
entweder auf eine bestimmte Verstärkung eingeregelt oder der vor der Umschaltung
zuletzt bestehende Verstärkungszustand beibehalten (gespeichert) wird. Oberirdische
Zwischenverstärkerstellen sind zusätzlich mit einer 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. Dieser
Schwellwert wird im folgenden als Alarmschwelle bezeichnet.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lage der Alarmschwelle der
Überwachungseinrichtung von der Regelreserve abhängig gemacht wird, indem als Vergleichsspannung
eine dem Verstärkungsgrad des Wechselstromverstärkers proportionale Spannung verwendet
wird. Hierdurch wird erreicht, daß die Umschaltung auf Speicherung oder Mittenverstärkung
bzw. Alarmierung unabhängig vom j jeweiligen Verstärkungszustand des Wechselstromverstärkers
stets beim gleichen Pilotpegel am Eingang des Wechselstromverstärkers erfolgt.
-
Die Erfindung bezweckt eine weitere Verbesserung dieser Schaltungsanordnung
derart, daß unter Beibehaltung ihrer Vorteile mit möglichst einfachen Mitteln und
mit geringem Aufwand eine Umschaltung bzw. Alarmierung sowohl bei Unter- als auch
bei Uberpegel des Pilotsignals am Eingang des Wechselstromverstärkers möglich ist.
Zu den Vorteilen gehört besonders, daß die Alarmschwellen sowohl für Unter- als
auch für Überpegel unabhängig von der Änderungsgeschwindigkeit des Pilotsignals
sind, d.h. daß Umschaltung bzw. Alarmierung immer beim gleichen Eingangspegel des
Pilotsignals erfolgen.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine zweite
Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, an deren Eingängen eine dem Pilotpegel am
Ausgang des Verstärkers proportionale Spannung und als Vergleichsspannung eine dem
Verstärkungsgrad des Wechselstromverstärkers proportionale Spannung in Bezug auf
die erste Überwachungseinrichtung gegensinnig anliegen und an deren Ausgang beim
Überschreiten eines bestimmten Pilotpegels ein Signal zur Abschaltung der pilotgesteuerten
Regelung und zur Alarmierung abnehmbar ist.
-
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispiels, bei dem im Alarmfall auf
Mittenverstärkung
umgeschaltet wird, näher beschrieben und erläutert werden.
-
Der Wechselstromverstärker V1 ist der geregelte Zwischenverstärker,
seine Verstärkung wird durch das Stellglied St geregelt. Das Stellglied St ist beim
Ausführungsbeispiel durch einen Heißleiterwiderstand realisiert. Der Widerstand
R1 stellt den Gegenkopplungswiderstand im Längszweig des Wechselstromverstärkers
Vi dar. Die gleichstrommäßige Trennung zwischen dem Stellglied St und dem Wechselstromverstärker
V7 wird durch den Kondensator C1 bewirkt, der zwischen dem Ausgang des Stellgliedes
und dem Gegenkopplungskreis des Wechselstromverstärkers liegt.
-
Eine dem Piloten proportionale Gleichspannung wird durch einen selektiven
Pilotverstärker V3 erzeugt, der am Ausgang des Wechselstromverstärkers V7 angeordnet
ist. Der Ausgang des selektiven Pilotverstärkers hat einen niedrigen Innenwiderstand
(Ri ~ O D).
-
Die im Ausführungsbeispiel angewandte vorteilhafte und überraschend
einfache Anordnung zur Erzeugung einer der Verstärkung des Wechselstromverstärkers
V1 proportionalen Spannung wird im wesentlichen durch den Gleichstromverstärker
V2 gebildet. Dieser Gleichstromverstärker V2 ist im Ausführungsbeispiel mit einem
Operationsverstärker realisiert. Sein Arbeitspunkt ist mit der am nicht invertierenden
Eingang angeschlossenen Gleichspannung U1 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
V7 vom Stellglied beeinflußt. Die Drossel Dr hat den Zweck, den Gleichstromverstärker
V2 vom Gegenkopplungskreis des Wechselstromverstärkers Vi zu trennen.
-
Die beiden Widerstände Ri und R2 im Längszweig des Wechselstromverstärkers
Vi bzw. zwischen dem invertierenden Eingang des Gleichstromverstärkers V2 und seinem
Ausgang sind einander gleich. Durch diese Dimensionierung wird ein exakt proportionaler
Zusammenhang
zwischen der Verstärkung des Wechselstromverstärkers Vi und der Ausgangsspannung
U2 des Gleichstromverstärkers V2 geschaffen. Die Spannung U2 ist also ein Maß für
die Verstärkung des Wechselstromverstärkers Vi. Der Wechselstromverstärker Vi ist
mit dem Gleichstromverstärker V2 gleichstrommäßig nachgebildet.
-
Die Schaltung ist in diesem Ausführungsbeispiel so bemessen, daß die
Spannung U2 bei mittlerer Verstärkung des Wechselstromverstärkers V1 gleich der
Ausgangsspannung U3 des selektiven Pilotverstärkers V3 ist.
-
Die erste Überwachungseinrichtung V4 und die zweite Überwachungseinrichtung
V5 sind ebenfalls durch Operationsverstärker realisiert. Der invertierende Eingang
des Operationsverstärkers V4 ist mit dem Ausgang des selektiven Pilotverstärkers
verbunden. Sein nicht invertierender Eingang ist über einen Spannungsteiler aus
den beiden Widerständen R4 und R5 an den Ausgang des Gleichstromverstärkers V2 angeschlossen.
Durch diesen Spannungsteiler wird bewirkt, daß dem nicht invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers V4 nur eine Teilspannung U2' der Spannung U2 zugeführt
wird.
-
Durch das Verhältnis der Teilspannung U2' zur Spannung U2 wird die
Alarmschwelle der durch den Operationsverstärker gebildeten ersten Überwachungseinrichtung
bestimmt.
-
V5 Der durch den Operationsverstärker/gebildeten zweiten Überwachungseinrichtung
wird im Gegensatz dazu die Ausgangsspannung U2 des Gleichstromverstärkers über den
invertierenden Eingang ungeteilt zugeführt, während der nicht invertierende Eingang
über einen Spannungsteiler aus den beiden Widerständen R6 und R7 mit dem Ausgang
des selektiven Pilotverstärkers verbunden ist. Der Operationsverstärker V5 erhält
dadurch nur eine Teilspannung U3' der Ausgangsspannung U3 des selektiven Pilotverstärkers
zugeführt, wodurch in diesem Fall die Alarmschwelle des Operationsverstärkers V5
festgelegt ist.
-
Sind die Widerstände der beiden Spannungsteiler jeweils einander gleich,
so haben die beiden Alarmschwellen den gleichen Abstand von der Mitte, d.h. von
dem Wert der Verstärkung,
der sich einstellt, wenn die beiden Spannungen
U2 und U3 einander gleich sind.
-
Eine andere im Ausführungsbeispiel jedoch nicht weiter dargestellte
Möglichkeit der gegensinnigen Anschaltung der beiden Spannungen besteht darin, daß
die durch den Spannungsteiler RA und R5 festgelegte Teilspannung U2' auch dem invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers V5 zugeführt wird. In diesem Fall ist der Spannungsteiler
aus den Widerständen R6 und R7 anders zu bemessen.
-
Die zur Erzeugung der Hysterese für die Alarmschwellen erforderlichen
Schaltmittel sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet und zum
Verständnis der Erfindung nicht nötig.
-
Der Operationsverstärker V6 hat die Funktion eines Integralreglers.
Über einen Schalter sowie über einen Widerstand R8 wird an seinen invertierenden
Eingang die Ausgangsspannung des selektiven Pilotverstärkers V3 geführt. Der Schalter
T ist in diesem Ausführungsbeispiel durch den Drain-Source-Kanal eines Feldeffekttransistors
gebildet, der im durchgeschalteten Zustand sehr niederohmig ist. Als Referenzspannung
ist eine Spannungsquelle mit der Spannung U5 an den nicht invertierenden Eingang
gelegt. Zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers V5 und seinem
Ausgang liegt ein Kondensator C2. Mit diesem Kondensator C2 und dem Widerstand R8
wird ein Zeitglied gebildet.
-
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers V6 ist außerdem
in diesem Ausführungsbeispiel über einen Widerstand R3, der als Entkopplungswiderstand
dient, an dem Ausgang des Gleichstromverstärkers V2 angeschlossen. Der Ausgang des
Operationsverstärkers V6 ist mit dem Stellglied St verbunden, er liefert den Heizstrom
des Heißleiterwiderstandes.
-
Solange der Drain-Source-Kanal des Feldeffekttransistors niederohmig
ist, wird der Integralregler V6 von der Spannung U3 gesteuert, die über den Widerstand
R8 an seinem Eingang liegt. Die Spannung U2 ist bei diesem Betriebszustand
am
Eingang des Integralreglers V6 nicht wirksam, weil der Entkopplungswiderstand R3
wesentlich hochohmiger ist als der Durchlaßwiderstand des Drain-Source-X'anals des
Feldeffekttransistors. Wird der Drain-Source-Eanal hochohmig und wird sein Widerstand
wesentlich größer als der Widerstand R3, so steuert die Spannung U2 den Integralregler.
-
Der Regelvorgang wird beendet, sobald die Spannung U2 gleich dem Wert
der Referenzspannung U5 des Integralreglers ist.
-
Die beiden Uberwachungseinrichtungen für Unter- und Überpegel besitzen
zwei prinzipiell voneinander unabhängige Ausgänge. Es ist daher möglich, ihre Ausgangsspannungen
unabhängig voneinander auszuwerten oder aber beliebige Verknüpfungen vorzunehmen.
So ist es möglich, sowohl bei Unterpegel als auch bei Überpegel zu alarmieren, aber
nur bei Unterpegel eine Umschaltung der Regelung vorzunehmen. Es können aber auch
bei Unter- und Überpegel die gleichen Schaltmaßnahmen, jedoch jeweils getrennte
Alarmierung ausgelöst werden. Im Ausführungsbeispiel sind die beiden Ausgänge A
und B der Überwachungseinrichtungen V4 und V5 über die beiden Dioden D7 und D2,
welche als Entkopplungsdioden dienen, gemeinsam an den Gate-Anschluß des als Feldeffekttransistor
ausgebildeten Schalters T gelegt. In diesem Fall wird der Feldeffekttransistor von
beiden Überwachungseinrichtungen angesteuert. Die Steuersignale für den Alarm bei
Unter- bzw. bei Überpegel können an den Ausgängen A bzw. B der beiden Überwachungs
einrichtungen getrennt voneinander abgenommen und entsprechenden Alarmeinrichtungen
zugeführt werden.
-
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 nicht invertierenden Eingang des Integralreglers
V6. Die Spannung U3 wird dem invertierenden
Eingang der Üb erwachungs
einrichtung V4 in voller Höhe zugeführt, dem nicht invertierenden Eingang der Überwachungseinrichtung
V5 jedoch nur mit zu dem Teilbetrag U3'. Dagegen erhält die Überwachungseinrichtung
V5 die volle Spannung U2 zugeführt und die Überwachungseinrichtung V4 nur den Teilbetrag
U2', so daß jeweils die Spannungen an den invertierenden Eingängen größer sind als
die Spannungen an den nicht invertierenden Eingängen. In diesem Fall liefern die
Ausgänge beider Überwachungseinrichtungen eine Spannung von ~ O V.
-
Hierdurch ist der Drain-Source-Kanal des Feldeffekttransistors T
niederohmig gesteuert und der Integralregler V6 steuert mit seiner Leerlaufverstärkung
das Stellglied St derart, daß der Wechselstromverstärker Vi mittlere Verstärkung
hat.
-
2.) Ein Ansteigen des Pilotpegels am Eingang des Wechselstromverstärkers
Vi verursacht über die Regelung zunächst eine Verminderung des Heizstromes für den
Heißleiterwiderstand des Stellgliedes St. Wird durch das Ansteigen des Pilotpegels
die durch die Widerstände R6 und R7 festgelegte Alarmschwelle überschritten, so
überschreitet die Spannung U3' den Wert der Spannung U2, die zweite Überwachungseinrichtung
V5 spricht an und ändert ihren Ausgangszustand schlagartig derart, daß durch ihre
Ausgangsspannung der Feldeffekttransistor so gesteuert wird, daß der Widerstand
seines Drain-Source-Içanals hochohmig und damit wesentlich größer wird als der Widerstand
R3. Dann steuert die Spannung U2 den Integralregler V6. Dieser Regelvorgang endet,
sobald die Spannung U2 den Wert der Referenzspannung U5 des Integralreglers erreicht
hat.
-
Wie bereits 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.
-
Dadurch wird im vorliegenden Fall erreicht, daß sich nach Beendigung
des Regelvorgangs der Wechselstromverstärker V7 auf mittlere Verstärkung einstellt.
-
3.) Sinkt der Pilotpegel und erreicht die durch die Widerstände R4
und R5 festgelegte Alarmschwelle, so wird der Wechselstromverstärker Vi auf maximale
Verstärkung geregelt und die Spannung U2 erreicht ebenfalls den maximal möglichen
Wert. Fällt der Pilotpegel weiter ab, so sinkt die Spannung U3 unter den Wert der
Spannung U2' und die erste Überwachungseinrichtung V4 spricht an. Ihr Ausgangszustand
ändert sich dabei schlagartig derart, daß der Feldeffekttransistor so gesteuert
wird, daß der Widerstand seines Drain-Source-Kanals hochohmig und wesentlich größer
wird als der Widerstand R3, so daß der gleiche Regelvorgang unter den gleichen Bedingungen
abläuft, wie vorstehend unter 2.) erläutert.
-
Bei den unter 2.) und 3.) zuletzt beschriebenen Betriebszuständen
ist davon ausgegangen, daß sich der Pilotpegel so langsam ändert, daß die Regeleinrichtung
jeweils noch nachregeln kann und die jeweilige Überwachungseinrichtung erst in dem
Augenblick anspricht, in dem die Alarmschwelle tatsächlich über- bzw. unterschritten
wird. Jedoch arbeitet die Schaltung gleich vorteilhaft, wenn sich der Pilotpegel
sprunghaft ändert. Steigt er beispielsweise sprunghaft über die durch die Widerstände
R6 und R7 festgelegte Alarmschwelle an, so wird die Teilspannung U3' am Eingang
der zweiten Überwachungseinrichtung V5 sofort größer als die Spannung U2 und die
zweite Überwachungseinrichtung spricht sofort an.
-
Dies gilt analog für den Fall, daß der Pilotpegel sprunghaft unter
die durch die Widerstände R4 und R5 festgelegte Alarmschwelle abfällt.
-
Das Ausführungsbeispiel macht deutlich, daß durch die Erfindung auch
die Überwachung eines zulässigen Höchstpegels des Piloten mit überraschend einfachen
Mitteln zuverlässig möglich ist. Gegenüber einer Schaltungsanordnung, die nur bei
Unterschreiten des Mindespegels des Piloten ein Signal abgibt, ist die im vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel erläuterte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
lediglich um eine zweite Überwachungseinrichtung sowie um einen zusätzlichen Spannungsteiler
erweitert. Dabei werden
zwei voneinander völlig unabhängige Signalspannungen
gewonnen, deren Auswertung nach Belieben unterschiedlich erfolgen kann.
-
Die beiden Operationsverstärker besitzen gleiche Kennwerte, so daß
für jeden Opetationsverstärker die gleiche Type eingesetzt werden kann. Es ist auch
möglich, integrierte Bauteile zu verwenden, die zwei gleiche Operationsverstärker
enthalten, so daß der räumliche Aufwand minimal ist.