DE2756846C2 - Entzerrer - Google Patents

Description

β-

K[K+2) 2(K+ I)

y =

K(K + 2)6! + a) K + 2 - aK

gelten, wobei

α das Verhältnis eines zwischen dem Entzerrerausgang (T) und dem invertierenden Verstärkereingang liegenden Widerstandes (10; 17) zu einem zwischen dem Entzerrereingang (6) und dem invertierenden Verstärkereingang liegenden Widerstand (9; 16) ist,

ßR und yR die Widerstandswerte von den Spannungsteiler bildenden Widerständen (11,12) sind, und

K das Verhältnis der Impedanzen der beiden Impedanzstufen (13,14) bezeichnet,
und daß der veränderbare Widerstand (15) einen Änderungsbereich von 0 bis 2Λ aufweist.

Die Erfindung betrifft einen Entzerrer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei einem Übertragungssystem mit elektrischen Leitungen, bei dem z. B. ein Koaxialkabel oder ein Kabelpaar verwendet wird, ändert sich die Übertragungskennlinie des Kabels in Abhängigkeit von der Länge des Übertragungsweges oder von der Umgebungstemperatur. Daher ist es erforderlich, die Änderungen oder Abweichungen z. B. mit einem Verstärker oder Empfänger zu kompensieren.

Unter den Entzerrern zur Durchführung der Kompensation gibt es Frequenzentzerrer, die entsprechend der einer Übertragungsleitung eigenen Kennlinie ausgebildet sind, sowie Entzerrer, die Schwankungen odsr Abweichungen der der Übertragungsleitung eigenen Kennlinie kompensieren, die auf Grund von Änderungen d-r Umgebungstemperatur auftreten.

Die Kennlinien, d.h. die Verstärkungsfaktoren solcher Entzerrer zur Kompensation von auf Grund von Änderungen der Umgebungsbedingungen auftretenden Kenniinienänderungen bzw. -abweichungen, werden grob

gesagt, durch eine Funktion

XY+ 1
A'+ Y

und eine Funktion

X- Y

X+ Y

dargestellt X ist hier ein veränderbarer Wider-

standswert und Keine Impedanz, die sich in Abhängigkeit der Frequenzkennlinie ändert Beim erstgenannten Entzerrer muß der Änderuiigsbereich des veränderbaren Widerstands einen Bereich von Null bis Unendlich überdecken, was im Hinblick auf den Aufbau einerSchaltungs-

anordnung nachteilig ist Dagegen kann der Änderungsbereich des veränderbaren Widerstands beim letztgenannten Entzerrer von -R bis +R liegen. Dieser Entzerrer hat insbesondere den Vorteil, daß der veränderbare Widerstand z. B. aus einem Feldeffekttransistor (FET) bestehen kann.

Als Entzerrer des letztgenannten Typs wurde ein effektiver veränderbarer Entzerrer vorgeschlagen, bei dem ein einziger veränderbarer Widerstand und ein einziger Operationsverstärker benutzt wird, und der weder eine Induktivität noch einen cigativen Widerstand benötigt (vgl. IEEE Transactions on Circuits and Systems, Band CAS-22, Nr. 8, August 1975, S.688-S.691).

Dieser bekannte Entzerrer ist jedoch derart aufgebaut, daß zwei Schaltungsstufen (eine für die Verstärkung und eine für die Dämpfung) mit einem Schalter umgeschaltet werden, um die Frequenzkennlinie bezüglich einer Bezugskennlinie systematisch umzuschalten. Dies ist sowohl hinsichtlich des Schaltungsaufbaus als auch hinsichtlich der Funktionsweise der Schaltung nachteilig.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 24 50 917 ist ein Entzerrer der eingangs genannten Gattung bekannt, der jedoch keine veränderbaren Sthaltungsglieder aufweist und daher keine Änderung seines Frequenzganges zur Kompensation von Änderungen in den Uvngebungsbedingungen gestattet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aktiven veränderbaren Entzerrer zu schaffen, der die Frequenzkennlinie sowohl verstärkungsseitig als auch dämpfungsseitig, d. h. symmetrisch zu einem Bezugs-Verstärkungsfaktor, innerhalb eines bestimmten Widerstandsbereichs eines veränderbaren Widerstands und ohne Verwendung irgendwel-cher Schalteinrichtungen oder Umschalter, ändern kann und/oder dessen Bezugsverstärkungsgrad je nach Wunsch, also nicht nur auf 0 (dB), sondem auch auf einen freigewählten Wert eingestellt werden kann, wenn Kompensationen von Änderungen auf Grund von Umgebungsbedingungen nicht erforderlich sind.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der erfingsgemäße Entzerrer weist einen Differenzverstärker auf, an dessen gegenphasigen Eingang ein Ein= gangssignal, das am Eingang des Entzerrers auftritt, angelegt wird, der dem gegenphasigen Eingangssignal ein Ausgangssignal rückkoppelt und der die Differenz zwischen dem in Phase liegenden Eingangssignal und dem gegenphasigen Eingangssignal als Ausgangssignal des Enlzer-

b5 rers bereitstellt. Es sind ein erster und ein dazu in Reihe geschalteter zweiter Widerstand, d.h. ein Spannungsteiler, vorgesehen, dessen einer Anschluß mit entweder dem Ausgang oder dem Eingang des Entzerrers und dessen

anderer Anschluß mit Masse verbunden ist Eine erste Impedanzstufe, eine zweite Impedanzstufe und ein veränderbarer Widerstand liegen zwischen dem Verbindungspunkt des ersten und zweiten Widerstandes einerseits und Masse andererseits in Reihe. Es sind weitere Schaltungseinrichtungen vorgesehen, die eine am Verbinduiigspunkt der ersten und der zweiten Impedanzstufe auftretende Spannung als in Phase liegendes Eingangssignal dem Differenzverstärker zuleiten.

Der erfindungsgemäße Entzerrer, bei dem nur ein einziger veränderbarer Widerstand verwendet wird, kann also eine Kompensation sowohl zur Verstärkungsseite als auch zur Dämpfungsseite hin vornehmen und man kann damit eine Bezugsspannung je nach Wunsch einstellen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. I die Übertragungskennlinien einer Übertragungsleitung,

Fig. 2A und 2B Schaltungsanordnungen herkömmlicher veränderbarer Entzerrer,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Kompensa'ionskennlinien der herkömmlichen veränderbaren Entzerrer wiedergibt,

F i g. 4 und 5 Schaltungen, die jeweils eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen veränderlichen Entzerrers wiedergeben, und

Fig. 6 und 7 eine konkrete Ausgestaltung des in Fig.5 dargestellten veränderbaren Entzerrers bzw. Meßwerte der Frequenzkennlinie eines solchen Entzerrers.

Bevor die erfindungsgemäßen Ausführungsformen beschrieben werden, werden herkömmliche, veränderbare Entzerrer und die Kennlinien derselben erläutert, um die vorliegende Erfindung besser verstehen zu können.

Fig. 1 zeigt das Diagramm von Frequenzkennlinien einer Übertragungsleitung, wobei auf der Ordinate die Verluste bzw. die Dämpfung und auf der Abszisse die Frequenz aufgetragen ist.

Mit zunehmender Frequenz verstärkt sich auch die Dämpfung, wie dies die Kurve α zeigt. Normalerweise ist die Dämpfung proportional zu Vf. Diese Kennlinie hat eine feste Abhängigkeit z. B. von der Art oder der Länge der Übertragungsleitung, sie streut jedoch auf Grund von Temperaturänderungen in der Umgebung der Übertragungsleitung bezüglich der Kurve α nach oben und nach unten (b, bis b_:). Ir. einem Verstärk; r müssen daher die Dämpfungen kompensiert werden, so daß die Kennlinie über ein Betriebsfrequenzband hinweg gerade verlaufen, kann. Die Entzerrer dienen dazu, derartige Dämpfungsverluste zu kompensiere,". Die einer Leitung eigene Frequenzkennlinie, wie sie beispielsweise durch die Kurve a dargestellt ist, wird mit einem Frequenzentzerrer kompensiert. D'e auf Grund von Änderungen der Umgebungsbedingungen auftretenden Streuungen oder Schwankungen der Kennlinie (die Streuungen im Bereich von 6, bis b₂) werden mit einem separaten veränderbaren Entzerrer kompensiert, der nur dafür vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Entzerrer, der Schwankungen der Kennlinie auf Grund von Änderungen der Umgebungsbedingungen kompensiert.

Die Fig. 2.Λ und 2B zeigoil bekannte veränderbare Entzerrer, die gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert werden sollen (Einzelheiten dieser Entzerrer sind in IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS, Band CAS-22. Nr. 8, August 1975, Seiten 688 bis 691 beschrieben).

Der in I'ig.2A dargestellte, veränderbare Entzerrer besteht aus einem Differenzverstärker 1, dessen Verstärkungsfaktor Unendlich ist. einer ImDedanzstufe 2. deren Impedanz sich in Abhängigkeit von der Frequenz ändert (die Impedanz sei mit Z bezeichnet), einem veränderbaren Widerstand 3 (dessen Widerstandwert mit R_x bezeichnet wird) und festen Widerständen 4 und 5, deren Widerstandswerte einander gleich sind. Der Verstärkungsgrad des veränderbaren Entzerrers ist durch folgende Gleichung gegeben:

Hierbei ist v, die Eingangsspannung und v„ die Ausgangsspannung.

Dieser veränderbare Entzerrer weist den Vorteil auf,

daß die Schaltungsanordnung vergleichsweise einfach ist.

Die Entzerrungskennlinie kann sich für A₁X) nur zur Dämpfungsseite hin ändern, wie dies in Fig. 3 durch die Kurve d dargestellt ist.

Der in Fig. 2B dargestellte veränderbare Entzerrer weist das Merkmal auf, daß anders als ·η F i g. 2 A die Impedanzstufe 2' ausgangsseitig (nämlich tischen einem Ausgang 7 und einem veränderbaren Widerstand 3) angeschlossen ist. Die anderen Schaltungsbauteile und deren Anordnung entsprechen denen, die in Fig. 2A mit denselben Bezugszeichen versehen sind.

Der Verstärkungsgrad dieses veränderbaren Entzerrers

läßt sich durch die Gleichung

Z + /?,
Z-R,

(2)

ausdrücken. Die veränderbare Entzerrungskennlinie ändert sich also nur an der verstärkenden Seite (nach oben hin), wie dies in Fig.3 durch die Kurve c dargestellt ist. Tatsächlich muß die Entzerrungskennlinie sowohl auf der oberen als auch auf der unteren Seite bezüglich eines Bezugsverstärkungsgrades, beispielsweise einer geraden mit dem Verstärkungsgrad 0 (Null) symmetrisch verändert werden. Daher ist ein Umschalter vorgesehen und die beiden Schaltungen werden umgeschaltet. Leider wird die Schaltungsanordnung des veränderbaren Entzerrers kompli7iert, bei dem die Umschaltung mit der Schalterstufe im Falte einer automatischen Regelung vorgenommen wird. 'Fig.4 zeigt die Schaltungsanordnung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen, veränderbaren Entzerrers. Bei diesem veränderbaren Entzerrer wird das Ausgangssignal (mit einer Spannung vj auf den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 8 zurückgekoppelt. Das Ausgangssignal des Entzerrers ist von der Differenz zwischen dem am nicht-invertierenden Eingang und am invertierenden Eingang anliegenden Signal abhängig.

Vorgesehen sind ein erster und ein dazu in Reihe geschalteter zweiter Widerstand 11 und 12 (deren Widerstandswerte ßR bzw. yR sind). Ein Anschluß der in Reihe geschalteten Widerstände 11 und 12 ist mit dem Eingang 6 des veränderlichen Entzerrers und der andere Anschluß mit Masse verbunden. Eine erste und eine zweite Impedanzstufe 13 und 14 (deren Impedanzwerte kZ bzw. Z sind, wobei A- eine Konstante ist), sowie ein veränderbarer Widerstand 15, dessen Widerstandswert A₁ ist, sind in der genannten Reihenfolge zwischen den Verbindungspunki des ersten und zweiten Widerstands 11 und 12 einerseits und Masse andererseits in Reihe geschaltet. Die am Verbindungspunkt der ersten und zweiten Impedanzstufe 13 und 14 erzeugte Spannung liegt am nicht-invertierenden Eingang des Differei.zverstärkers 8 an.

*5 Die am nicht-invertierenden Eingang anliegende Spannung V ist dann:

+ η in + v\ 7 + in + v\ η 4-

Das am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 8 auftretende Signal v" wird

v"

Hierbei ist r der Wiclerstandswert des Widerstands 9 und ar {α ist ein Koeffizient) der Widerstandswert eines Widerstandes 10.

Die am Ausgang 7 des veränderbaren Entzerrers erzeugte Signalspannung ist dann

v„ = G W - V) (5)

wobei G der Verstärkungsgrad des Differenzverstärker 8 ist.

Wenn die Gleichungen G) und (4) in die Gleichung (5) eingesetzt werden und wenn angenommen wird, daß der Versiäckuiigbgfüu Gau DifiercnzvcrstarkcrsS uncnd lieh groß ist, so ergibt sich

v, ₌ {aK(ß + y) + aß-y\ Z + (aß-y) R. + aßyR

, +JSyR

Gleichung (6) kann in folgender Weise umgeschrieben werden:

A IA+ I)(Z + /?) - (R,-R)

t. ^a" K + 2 (K+ 1) (Z + R) +(R -R)

Hierbei ist

\ + a K(K + 2)

ß =

Y =

A(A

2 (A'+ 1)
)(1 + a)

K+2-aK

Durch Einstellen bzw W;ihl der Koeffizienten β und y mit den Bedingungen gemäß der Gleichungen (8) und (9) kann ein veränderbarer Entzerrer geschaffen werden, der die Frequenzkennlinie durch Verändern des Wertes des veränderbaren Widerstands 15 in einem Bereich von 0< R <2 R sowohl auf der Verstärkungsseite als auch auf der Dämpfungsseite ändern kann, ohne daß irgendein Umschalter verwendet wird, wie dies aus der Gleichung (7) zu ersehen ist. Da α und K darüber hinaus je nach Wusch eingestellt werden können, kann der Bezugs-Verstärkungsfaktor willkürlich eingestellt werden. Wie aus Gleichung (9) hervorgeht, wird dann, wenn K so gewählt

ist daß A' = —^;— wird, der Widerstandswert des Wider- a - 1

stands 12 unendlich, und man kann daher auf den Widerstand 12 verzichten.

Fig.5 zeigt die Schaltungsanordnung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen, veränderbaren Entzerrers. Der Unterschied dieser Ausfuhrungsform gegenüber der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform besteht darin, daß der Widerstand 11 mit dem Ausgang 7 verbunden ist Nachfolgend wird erläutert, daß diese Schaltungsanordnung die Eigenschaft eines veränderbaren Entzerrers hat

Wenn mit ar der Widerstandswert des Widerstands 16

und mit rder Widerstandswert eines Widerstands 17 (a ist ein Koeffizient) bezeichnet wird, so können dieselben Rechenvorgänge wie im Falle der in Fig.4 dargestellten Schallung durchgeführt werden. Dann ergibt sich

L, ₌ _ 1 ^Kt² l£±M

ν a ' A ' (A + Γ) (Z + R) - (R. - R)

ίο Hierbei ist

K (K + 2) 2 (A + 1)

A' (A + 2) (1 + a) K + 2 - a K

Vergleicht man die Gleichungen (7) und (10), so stell! man fest, daß Zähler und Nenner ausgetauscht sind.

Daher kann auch die in Fig. 5 dargestellte Schaltung wie die in Fig.4 dargestellte Schaltung einen veränderbaren Entzerrer bilden, der die Kennlinie sowohl zur Verstärkungsseile als auch zur Dämpfungsseite hin verändert, und dessen Bezugsverstärkungsgrad beliebig eingestellt werden kann. Auch die in Fig.5 dargestellte Schaltung funktion'ort ohne Verwendung des Widerstands 12, wenn

K gleich

a - 1

gesetzt wird.

Die Fig. 6 und 7 .zeigen Schaltungsanordnungen eines jo konkreten Entzerrers, der auider Grundlage der in Fig. 5 dargestellten Anordnung aufgebaut ist, bzw. ein Diagramm, welches die gemessenen Ergebnisse der Frequenzkennlinien des Entzerrers wiedergibt. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Werte für die Impe-J5 danzen der verschiedenen Bauelemente folgendermaßen gewählt:

Widerstandselement 16: ar = 1 ΚΩ, α = 1
Widerstandselement 17: r = 1 YJi w Widerstandselement U:ßR = 750 Ω,β = 1,5
Widerstandselement 12: yR = 1,500 Ω, γ = 3

Der Änderungsbereich des Widerstandswertes Λ, des veränderbaren Widerstands 15 beträgt SOOßS/J.S 1 ΚΩ.

Die erste und die zweite Impedanzstufe 13 und 14 sind Parallelschaltungen mit einem einem Kondensator von 82 pF in Reihe liegenden Widerstand von 2,7 kß. mit einem Widerstand von 3,6 kß und einem Kondensator von 120 pF. Das Impedanzverhältnis A' zwischc . der

ersten Impedanzstufe 13 und der zweiten Impedanzstufe 14 wird daher 1 (eins).

Wie die Fig. 7 zeigt, kann eine ideale Kompensation der Frequenzkennlinien erzielt werden, wenn der Widerstand R im Bereich von 500 bis 1000 Ohm verändert wird. Der Bezugs-Verstärkungsgrad, d. h. der Verstärkungsgrad, der über dem gesamten Frequenzband hinweg konstant ist, und der in der Mitte der Kennlinien eingezeichnet ist. wird auf 9 (dB) eingestellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Entzerrer mit einem Differentialverstärker (8), dessen invertierender Eingang über eine erste Schaltungsstufe (9; 16) und dessen nicht-invertierender Eingang über eine zweite Schaltungsstufe (11... 14) an den Entzerrereingang (6) angeschlossen sind, wobei die zweite Schaltungsstufe einen zwischen dem Entzerrereingang (16) oder dem Entzerrerausgang (J) und Masse liegenden Spannungsteiler (11,12) mit einem Abgriff fur die geteilte Spannung, eine zwischen dem Spannungsteilerabgriff und dem nicht-invertierenden Verstärkereingang liegende erste Impedanzstufe (13) und eine mit ihrem einen Ende an den nichtinvertierenden Verstärkereingang angeschlossene zweite Impedanzstufe (14) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der zweiten Impedanz&tafe (14) über einen veränderbaren Widerstand (15) an Masse angeschlossen ist.

2. Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Impedanzen der ersten zu der zweiten Impedanzstufe (13,14) konstant ist.

3. Entzerrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert zwischen dem Spannungsteilerabgriff und Masse unendlich groß gewählt ist.

4. Entzerrer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichungen