DE2542873B2

DE2542873B2 - Elektrische Regeleinrichtung für Trägerfrequenz-Übertragungssysteme

Info

Publication number: DE2542873B2
Application number: DE19752542873
Authority: DE
Inventors: Werner Ing.(Grad.) Kabl; Walter Dipl.-Ing. Lechler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-09-25
Filing date: 1975-09-25
Publication date: 1979-12-06
Also published as: DE2542873A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Regeleinrichtung für Einrichtungen zur pilotgesteuerten Regelung des Signalpegels in Trägerfrequenz-Übertragungssystemen, mit einem Regelverstärker und mit einem Regler, dessen Soll-Istwert-Vergleirher ein Operationsverstärker ist, dessen einem Eingang der Istwert und dessen anderem Eingang der Sollwert zugeführt sind und der mit einem Kondensator verbunden ist

Eine derartige elektrische Regeleinrichtung ist bereits aus der DE-PS 20 47 321 bekannt Bei der vorbekannten

ίο Anordnang zur Pilotregelung werden zur Bildung der Regelabweichung einem Differenzverstärker eine Sollwert-Spannung und eine durch eine Pilotspannung gebildete Istwert-Spannung als Eingangsgrößen zugeführt Die Pilotspannung wird einem Pilotempfänger

eines Trägerfrequenz-Übertragungssystems entnommen.

Der Operationsverstärker der vorbekannten Einrichtung gibt eine Stei'.erspannung ab, die Ober einen Gleichspannungsverstärker den Kanalwiderstand eines im Stellglied enthaltenen Feldeffekttransistors steuert Der gesteuerte Kanalwiderstand liegt im Gegenkopplungskreis eines Regelverstärkers, der in einem Nachrichtenübertragungsweg angeordnet ist und von dessen Ausgang der dem Pilotempfänger zugeführte Pilot abgezweigt wird. Ein zur Speicherung der Stellgröße vorgesehener Kondensator ist zwischen der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors und Bezugspotential angeordnet Es ist ferner bereits bekannt (Tietze und Schenk, Halbleiter-Schaltungstechnik, 1971, Seite 232, 233), einen P-I-Regler mit Hilfe eines Operationsverstärkers aufzubauen, bei dem zwischen Ausgang und invertierendem Eingang ein Kondensator und ein Widerstand angeordnet sind und bei dem dem invertierenden

Eingang ein weiterer Widerstand vorgeschaltet ist.

Bei pilotgeregelten Trägerfrequenz-Übertragungseinrichtungen kann es vorkommen, daß dem Pilotton Störspannungen überlagert sind. Störungen des Pilots können insbesondere dadurch entstehen, daß in einer Lücke zwischen zwei Kanälen eines Trägerfrequenz-Übertragungssystems außer dem Regelpilot weitere Signale übertragen werden, insbesondere eine weitere Frequenz, die zu Ruf- oder Wahlzwecken getastet wird. Insbesondere kann eine zur Übertragung von Wählzei chen oder für Meßzwecke vorgenommene Tastung eines Wahltones Spektrallinien ergeben, die trotz sendeseitiger Einfügung einer Pilotsperre und trotz Verwendung eines sehr schmalen Piloibandpasses zu einer Schwebung mit der Pilotfrequenz führen können.

Diese Schwebung überlagert sich der verstärkten und gleichgerichteten Piiotspannung in Form einer niederfrequenten Störspannung, die auch durch das Siebglied des Gleichrichters nur unwesentlich gedämpft wird. Besonders störend kann sich dabei die Zeichenüber tragung bei der sogenannten Hochpegelwahl auswir ken, vor allem dann, wenn Oberwellen in einen Bereich fallen, bei dem die Summendämpfung, gegeben durch eine in Verbindung mit der Eintastung der Wählzeichen vorgesehene Pilotsperre und dem im Pilotempfänger vorhandenen Filter, relativ klein ist oder sogar ihr Minimum erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Regeleinrichtung der vorstehend näher bezeichneten Art derart auszubilden, daß der Regelfehler, der durch den Pilot überlagerte Störspannungen hervorgerufen wird, möglichst kleine Werte annimmt.

Gemäß der Erfindung wird die elektrische Regeleinrichtung zur Lösung dieser Aufgabe derart ausgebildet,

daß der Operationsverstärker zwischen Ausgang und invertierendem Eingang mit dem Kondensator beschallet ist, daß dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers über einen Widerstand der Istwert zugeführt ist und daß das Stellglied derart ausgewählt und/oder im Gegenkopplungsnetzwerk des Regelverstärkers angeordnet ist, daß sich die Verstärkung des Regelverstärkers gleichläufig mit der Stellspannung ändert Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß der Regler, der im Regelbereich keinen Proportionsfehler ai'/weist und eine hohe Konstanz gegen Temperatur- und Alterungseinflüsse hat, mit besonders geringem Aufwand gewährleistet, daß der durch Störspannungen hervorgerufene Regelfehler klein bleibt

Man kann die Regeleinrichtung derart ausbilden, daß auf der Eingangsseite des Operationsverstärkers nur dem invertierenden Eingang ein Widerstand vorgeschaitet ist und daß der dem invertierenden Eingang vorgeschaltete Widerstand derart bemessen ^;st, daß die aufgrund des Eingangsstromes des Operationsverstärkers an diesem Widerstand abfallende Spannung kleiner ist als eine Spannung, die den maximal zulässigen Regelfehler hervorruft

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Regeleinrichtung derart ausgebildet, daß dem nicht invertierenden Eingang ein weiterer Widerstand vorgeschaltet ist und daß die beiden, den Eingängen des Operationsverstärkers vorgeschalteten Widers lande gleich groß und derart bemessen sind, daß die aufgrund des Offsetstromes des Operationsverstärkers an diesen Widerständen abfallende Spannung kleiner ist als eine Spannung, die den maximal zulässigen Regelfehler hervorrruft Da sich im Hinblick auf die Kompensation des Eingansstromes der Wert der beiden Widerstände dabei anstatt durch den Eingangsstrom durch den Offsetstrom des Operationsverstärkers ergibt, kann der Widerstandswert bei kleinerem oder gleichem Regelfehler um eine od;r mehrere Größenordnungen erhöht werden, was im Hinblick auf eine möglichst kleine Kapazität des im Gegenkopplungskreis des Operationsverstärkers angeordneten Kondensators von Vorteil ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die elektrische Regeleinrichtung derart ausgebildet, daß die durch den Widerstand und den Kondensator bestimmte Zeitkonstante innerhalb der durch die zulässigen Bereiche der Regelgeschwindigkeit einerseits und Modulationsverstärkung andererseits vorgegebenen Grenzen so groß wie möglich bemessen ist. Durch diese Maßnahmen ergibt sich eine im Hinblick auf gegebene Randbedingungen optimale Dämpfung von dem Pilot überlagerten niederfrequenten Störspannungen.

Besonders vorteilhaft kann sich die Verwendung der elektrischen Regeleinrichtung in einem Trägerfrequenz-Übertragungssystem mit systemeigener Hochpegelwahl erweisen, bei dem pilotgeregelte Grund-Primär- und/ oder Grund-Sekundärgnippen übertragen werden, insbesondere dann, wenn der Abstand zwischen der Pilotfrequenz und einem systemeigenen Hochpegelwahlton etwa 70 Hz beträgt. Selbst eine Tastung des ω Wahltones mit einem Tastverhältnis von etwa 30/30 ms oder etwa 50/50 ms, bei der hauptsächlich durch die dritte bzw. fünfte Oberwelle eine niederfrequente Schwebung mit dem Pilotton entsteht und Spektrallinien nur einige Hz neben dem Pilot auftreten, ist in vorteilhafter Weise möglich, ohne daß ein unzulässig großer Regelfehler auftritt.

Die Erfindung wird anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert

Die Figur zeigt eine elektrische Regeleinrichtung mit einem als Integralregler geschalteten Operationsverstärker.

Die in der Figur gezeigte elektrische Regeleinrichtung ist für ein Trägerfrequenz-Obertragungssystem vorgesehen. In den Übertragungsweg des Trägerfrequenz-Übertragungssystems ist der regelbare Verstärker 6 eingefügt Dem Verstärker 6 ist in Übertragungsrichtung 5 die Gabel 2 nachgeschaltet die zusätzlich zu einem Ausgang für das zu übertragende Nachrichtenband einen Meßausgang 1 und einen Anschluß 3 zur Pilotauskopplung aufweist Der mit Hilfe der Gabel 2 ausgekoppelte Pilot wird dem Pilotempfänger 4 zugeführt wo er im Filter 41 ausgesiebt im Verstärker 42 verstärkt und in der Gleichrichteranordnung 43 gleichgerichtet wird. Der Pilotempfänger 4 gibt die Pilotgleichspannung Um ab, der die Störspannung U_Stör überlagert sein kann.

Der im Pilotempfänger enthaltene Pilotverstärker ist so ausgebildet daß er die in dem Übertragungssystem zu erwartenden maximalen Störamplituden unverzerrt wiedergibt. Der dem Regelverstärker nachgeschaltete Gleichrichter gewährleistet eine Linearität der Gleichrichtung in einem Bereich der Eingangsspitzenspannung, der so gewählt ist, daß auch hier bei Berücksichtigung der Störampiituden keine Begrenzung eintritt. Auch beim Operationsverstärker ist eine Begrenzung insbesondere durch entsprechende Wahl der Referenzspannung zu vermeiden. Insbesondere erhält die Referenzspannung einen ausreichend großen Abstand zu den Betriebsspannungen. Insbesondere wird sie etwa in die Mitte der verwendeten Versorgungsspannungen gelegt.

Der Pegelregler 8 enthält den, insbesondere integrierten, Operationsverstärker 81, dessen Ausgang über den Kondensator 4 an den invertierenden Eingang »—« geführt ist. Dabei ist zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärker«; nur der Kondensator angeordnet. Der Ausgang des Pilotempfängers 4 ist über den Widerstand 83 an den invertierenden Eingang »—« des Operationsverstärkers 81 geführt. Die Referenzspannung LWgelangt über den Widerstand 82 an den nicht invertierenden Eingang » + « des Operationsverstärkers 81.

Der Ausgang 85 des Operationsverstärkers 81, an den die Stellspannung U_a liegt, ist an das Stellglied 7 angeschlossen, mit dessen Hilfe die Verstärkung des Verstärkers 6 gesteuert wird.

Wesentlich für die gewünschte Dämpfung von Störspannungen ist es, daß die Pilotgleichspannung und damit auch der dieser überlagerten Störspannung LW dem invertierenden und nicht dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 81 zugetührt wird.

In diesem Fall ist das Stellglied 7 derart beschaffen und wirkt auf den Regelverstärker 6 derart ein, daß bei betragsmäßig wachsender Stellspannung Us die Verstärkung des Regelverstärkers ebenfalls anwächst bzw. daß sich die Ausgangsspannung des Pegelreglers 8 gegenläufig zur Pilotgleichspannung Um ändert.

Da eine Vertauschung der Pilotgleichspannung Um mit der Referenzspannung LW auf der Eingangsseite des Pegelreglers ausgeschlossen ist, wird, die Anordnung des Stellgliedes im Gegenkopplungsnetzwerk des Regelverstärkers in Abhängigkeit von dem Verhalten des Stellgliedes so gewählt, daß sich die Verstärkung des Regelverstärkers 6 gleichsinnig bzw. gleichläufig mit dem Betrag der Stellspannung Un ändert.

Die den Sollwert darstellende Referenzspannung L/Ref Ist eine konstante Gleichspannung. Die Pilotgleichspannung Upii ist eine dem Hochfrequenz-Pilotpegel proportionale Gleichspannung. Durch die Art der Anschaltung dieser Spannungen an den Operationsverstärker 81 ergibt sich die im Regelkreis erforderliche Vorzeichenumkehr.

Die Widerstände 82 und 83 sind gleich groß bemessen, wodurch der Einfluß des vom Operationsverstärker 81 aufgenommenen Eingangsstromes kompensiert wird Der absolute Wert der Widerstände 82 und 83 ist so gewählt, daß einerseits der durch den Eingangs-Offsetstrom des Operationsverstärkers 81 hervorgerufene Spannungsabfall für den Regelfehler vernachlässigbar bleibt, andererseits aber die Kapazität des als Integrierkondensator dienenden Kondensators 84 wirtschaftlich klein bleiben kann. Eine kleine Kapazität des Kondensators 84 ist insbesondere dann wichtig, wenn wegen der Forderung nach einem möglichst kleinen Reststrom hierfür ein Kunststoffkondensator Verwendung findet

Im ausgeregelten Zustand ist die Pilotgleichspannung Um praktisch gleich groß mit der Referenzspannung URe/, die den Sollwert der Regelung darstellt. Die das Stellglied 7 steuernde Stellspannung U_sl am Ausgang 85 des Operationsverstärkers 81 steht z. B. auf irgendeinem, die erforderliche Verstärkung herstellenden Wert im Aussteuerbereich. Weicht nun die Pilotgleichspannung Um aufgrund einer Störung von der Referenzspannung LJRcf ab, so bleibt nur die am invertierenden Eingang »—« des Operationsverstärkers liegende Spannung U- praktisch gleich groß mit der Referenzspannung Urci. Durch die Abweichung zwischen den Spannungen Un und U-, wobei die am invertierenden Eingang »—« liegende Spannung U- ungefähr gleich der am nicht invertierenden Eingang » + « liegenden Spannung U₊ bzw. der Referenzspannung Ur_ci ist, wird vom Widerstand 83 ein Strom eingeprägt, der wegen der Hochohmigkeit der Eingänge des Operationsverstärkers 81 praktisch ausschließlich zum Kondensator 84 fließt und den Kondensator 84 so lange auf- oder entlädt, bis die genannte Abweichung ausgeregelt ist.

Die Kapazität des Kondensators 84 bestimmt zusammen mit dem vom Widerstand 83 eingeprägten Strom die Umladegeschwindigkeit dieses Kondensators 84 und damit die Regelgeschwindigkeit. Diese ist sowohl wegen dynamischer Anforderungen an den Regelkreis, insbesondere Stabilität und Modulationsverstärkung, als auch wegen der notwendigen Abstimmung auf die Regeleinrichtungen höhergebündelter Trägerfrequenzsysteme nach oben und unten hin begrenzt.

Insbesondere kann die Regelgeschwindigkeit systembedingt nach unten und im Hinblick auf eine geforderte Grenze für die Modulationsverstärkung nach oben hin begrenzt sein.
Der unteren und oberen Grenze für die Regelgeschwindigkeit entsprechen eine obere und untere Grenze für die Zeitkonstante des aus dem Widerstand 83 und dem Kondensator 84 bestehenden ÄC-Gliedes. Innerhalb dieser Grenzen wird die Zeitkonstante, die die Hauptzeitkonstante des Regelkreises ist, so gewählt, daß niederfrequente Störspannungen, die der Pilotspannung überlagert sind, optimal gedämpft werden. Derartige Störspannungen können insbesondere durch Tastung eines Hochpegelwahltones hervorgerufen werden, dessen Frequenzabstand zum Pilotton von z. B.

70 Hz beträgt.

Die Zeitkonstante wird im Hinblick auf eine optimale Dämpfung der Störspannungen innerhalb des genannten Bereiches vorzugsweise so groß wie möglich gewählt

Durch diese Maßnahmen wird der durch diese Störspannungen verursachte zusätzliche Regelfehler wesentlich verringert

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische RegeJeinrichtung für Einrichtungen zur pilotgesteuerten Regelung des Signalpegels in Trägerfrequenz-Übeitragungssystemen, mit einem Regelverstärker und mit einem Regler, dessen Soll-Istwert-Vergleicher ein Operationsverstärker ist, dessen einem Eingang der Istwert und dessen anderem Eingang der Sollwert zugeführt sind und der mit einem Kondensator verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker zwischen Ausgang (85) und invertierendem Eingang (—) mit dem Kondensator (84) beschaltet ist, daß dem invertierenden Eingang (—) des Operationsverstärkers über einen Widerstand

(83) der Istwert zugeführt ist und daß das Stellglied (7) derart ausgewählt und/oder im Gegenkopplungsnetzwerk des Regelverstärkers (6) angeordnet ist, daß sich die Verstärkung des Regelverstärkers (6) gleichläufig mit der Stellspannung (U_a) ändert.

2. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Eingangsseite des Operationsverstärkers (81) nur dem invertierenden Eingang (—) ein Widerstand (83) vorgeschaltet ist und daß der dem inveriierenden Eingang (—) vorgeschaltete Widerstand (83) derart bemessen ist, daß die aufgrund des Eingangsstromes des Operationsverstärkers (81) an diesem Widerstand (83) abfallende Spannung kleiner ist als eine Spannung, die den maximal zulässigen Regelfehler hervorruft

3. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem nicht invertierenden Eingang (+) ein weiterer Widerstand (82) vorgeschaltet ist und daß die beiden, den Eingängen (+, —) des Operationsverstärkers (81) vorgeschalteten Widerstände (83 und 82) gleich groß und derart bemessen sind, daß die aufgrund des Offsetstromes des Operationsverstärkers (81) an diesen Widerständen (83,82) abfallende Spannung kleiner ist als eine Spannung, die den maximal zulässigen Regelfehler hervorruft.

4. Elektrische Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Widerstand (83) und den Kondensator

(84) bestimmte Zeitkonstante innerhalb der durch die zulässigen Bereiche der Regelgeschwindigkeit und Modulationsverstärkung vorgegebenen Grenzen so groß wie möglich bemessen sind.

5. Elektrische Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Verwendung in einem Trägerfrequenzsystem mit systemeigener Hochpegelwahl, bei dem pilotgeregelte Grund-Primär- und/oder Grund-Sekundärgruppen Übertragen werden.

6. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Pilotfrequenz und einem systemeigenen Hochpegelwahlton etwa 70 Hz beträgt

7. Elektrische Regeleinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Tastung des Wahltones mit einem Tastverhältnis von etwa 30/30 ms oder etwa 50/50 ms.