DE2807067C2 - Schaltungsanordnung zur Verstärkungsregelung von Verstärkern in Nachrichtenübertragungssystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verstärkungsregelung von Wechselspannungsverstärkern in Nachrichtenübertragungssystemen, insbesondere von Zwischenverstärkern der Trägerfrequenztechnik, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt (DE-AS 23 29 427). Solche mit Speichermitteln versehenen Pilotregeleinrichtungen arbeiten üblicherweise mit Proportionalreglern, deren Regelkreisverstärkung etwa 20 beträgt. Hierbei ist die Speichereinrichtung, die beispielsweise aus einem Kondensator-MOSFET-Speicher bestehen kann, im Regelkreis hinter dem Ist-Sollwert-Verstärker auf der Stellgrößenseite angeordnet. Wegen der relativ kleinen Regelkreisverstärkung ergibt sicn ein störender Proportionalfehler. Außerdem steigt die statische Regelabweichung mit wachsender Verstärkungsänderung wegen der Nichtlinearabweichung mit wachsender Verstärkungsänderung wegen der Nichtlinearität des Stellgliedes im Wechselspannungsverstärker noch zusätzlich überproportional an.

Eine Erhöhung der Regelkreisverstärkung ist wegen der Anforderungen an die dynamischen Regeleigenschaften, wie kleine Moduiationsgvadverstärkung und geringes Überschwingen der Sprungantwort nach einem Pegelsprung, nur dann möglich, wenn gleichzeitig die dominierende Zeitkonstante des Regelkreises entsprechend vergrößert wird. Diese Maßnahme wird aber dadurch beschränkt, daß die Größe des Kondensators in der Speichereinrichtung durch sein Volumen und seine Verlusteigenschaften auf Werte um 0.5 μΡ begrenzt ist und daß Widerstände in der Größe über 1 Gn nicht mehr sinnvoll realisierbar sind. Außerdem wird dadurch die Rückregelzeit nach einem F.ingangspegelsprung vergrößert.

Ein weiterer Nachteil von Pilotregeleinrichtungen mit Proportionalreglern und Speichereinrichtungen hinter dem Ist-Sollwert-Verstärker tritt bei Pegelsprüngen des Pilotsignals auf. Schon bei relativ kleinen Pegelsprüngen geht der Ausgang des Differenzverstärkers in die Begrenzung. Die* hat zur Folge, daß die Rückregelgeschwindigkeit im Übersteuerungsfall unabhängig von der Größe des Pegelsprunges Konstant ist. wodurch sich Verschiebungen der Ausregelzeit ergeben

Darüber hinaus ist die Regelkennlinie selbst ohne besondere Maßnahmen zur Temperaturkompensation durch die Umgebungstemperatursteuerung temperaturabhängig, was infolge der verhältnismäßig kleinen Regelkreisverstärkung einen zusätzlichen Proportionalfehler bewirkt. Dies zwingt zu verschärften Maßnahmen bei der Temperaturkompensation an anderen Elementen im Regelkreis, wie z. B. beim Pilotverstärker, um die

maximal zulässige Regelabweichung nicht zu überschreiten.

Eine Verbesserung der statischen Regelgenauigkeit erhält man durch den Einsatz eines integral arbeitenden Reglers, wobei sich dann aber das Problem der Anordnung der Speichereinrichtung im Regelkreis stellt.

F i g. 1 zeigt im Prinzip eine integral arbeitende Regeleinrichtung, bei der die Speichereinrichtung r.uf der Stellgrößenseite angeordnet ist.

Diese Speichereinrichtung Sp besteht im wesentlichen aus einem Schalter S, der ein Relaiskontakt oder ein MOS-Feldeffekttrans'stor sein kann und durch eine Überwachungsschaltung gesteuert wird, einem Speicherkondensator und einem MOS-Feldeffettransistor. Bei dieser Anordnung driftet aber der vor der Speichereinrichtung liegende Integrator beim öffnen des Schalters 5 bei einem Pilotpegeleinbruch in die Begrenzung oder es entlädt sich der Integrationskondensator bei Betriebsspannungsausfall. In beiden Fällen führt die Wiederkehr des Pilotpegels zu unzulässigen Einv-hwi.igvorgängen. besonders wenn eine größere Anzahl von Wechselspannungsverstärkern >.< Kette liegen. Die Verwendung einer Halteschaltung wie sie beispielsweise in der DE-AS 24 12 127 beschrieben wird. Bt wegen des zusätzlichen Aufwandes hier nicht vertretbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand die statische Regelgenauigkeit erhöht, ohne daß sich dadurch die dynamijehen Regeleigenschaften oder die Langzeitspeicherung verschlechtern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird anhand eines in den F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert.

F i g. 2 zeig· ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei der Differenzverstärker V2 MOS-Feldeffekttransistoren in den Eingangsstufen beinhaltet.

F i g. 3 enthält ein Schaltungsbeispiel dieser Eingangs-Stufen mit einem monolithischen Dual-MOS-Feldeffekttransistor.

Die Stellgröße U„ die in F i g. 2 von dem Differenzverstärker V2. der hier als Operationsverstärker ausgebildet ist. erzeugt wird, regelt mittels des Stellgliedes St die Verstärkung des Wechselspannungsverstärke-s Vl. Das Stellglied St kann beispielsweise aus einem veränderbaren W-derstand. der als Heißleiter ausgeführt ist. bestehen. Am Ausgang des Wechselspannungsverstärkers Vl wird das Pilotsignal über den Pilotverstärker VP ausgekoppelt, verstärkt und gleichgerichtet.

Die dem Pilotpegel proportionale Gleichspannung U, !iegt über den Widerstand R 2 bei geschlossenem Relaisknntakt k am invertierenden Lingang des Differenz verstärkern V 2. Am nicht invertierenden Eingang liegt die Referenzspannung (Sollwert) U_r. die beispielsweise über einen Widerstandsteiler mittels einer temperaturkompensierten Zenerdiode gewonnen werden kann.

Der in Fig. 2 dargcstcllie Differenzverstärker V2 enthält in seinen Eingungsstufen MOS-Feldeffekttransistorer, (MOS-FET), wobei der im invertierenden Eingang liegende MOS-FET ein im Eingangskreis ungeschütztes Gate aufweist. Der eine Anschluß des Kondensators Ci ist direkt mit dem invertierenden Eingang unü der andere Anschluß des Kondensators C i ■i über den Widerstand RX mit dem Ausgang des Differenzverstärkers V2 verbunden, wobei zu dem Widerstand RX noch der Kondensator C2 parallel geschaltet ist

Die zwischen dem Verbindungspunkt des Kondensators Cl mit dem Widerstand R X und den beiden Polen der Betriebsspannungsquelle Ug Hegende Schaltung 2 dient zum Schutz des Gates des in der Eingangsstufe des invertierenden Eingangs des Differenzverstärkprs V2 liegenden MOS-FET. Die Schutzschaltung 2 besteht aus dem Widerstand A3, dem Kondensator C3 und den Pico-Ampere-Dioden DX und D2, d.h. Dioden, deren Reststrom im Pico-Ampere-Bereich liegt Das eine Ende des Widerstandes R 3 liegt am negativen Pol — Ub der Betriebsspannungsquelle. Das andere Ende des Wider-Standes R 3 ist über den Kondensator C 3 und parallel zu diesem über die Serienschaltung der beiden Dioden D X, D2 in Sperrichtung mit dem postc.ven Pol 0 der Betriebsspannungsquelle verbunden. Der Anschlußpunkt zwischen den beiden Dioden DX, D2 ist an den

-'5 Verbindungspunkt des Kondensators Cl mit dem Widerstand R X geführt.

Der Überwachungsschaltung 1 wird ebenfalls die dem Pilotsignal proportionale Gleichspannung U\ zugeführt. Diese Gleichspannung U\ wird mit einer Bezugsspan-

w nung Um, die beispielsweise der Verstärkung des Wechselspannungsyerstärkers Vl proportional ist, verglichen. Beim Über- oder Unterschreiten gewisser Pilotpegelwerte oder bei Betriebsspannungsausfall wird der Relaiskontakt k geöffnet, so daß der zuletzt

J5 eingestellte Regelzustand mittels des Kondensators Cl gespeichert wird. Die Speicherzeit hängt vom statischen Eingangswiderstand des invertierenden Eingangs des Differenzverstärkers V2, dem Verlustwiderstand des Kondensators C1 und dem Sperrwiderstand des Kontaktes k ab. Durch die Anordnung der Schaltung 2 auf der bezüglich der Entladung unkritischen Seite des Kondensators Cl ist der statische F.ingangswiderstand am invertierenden Eingang relativ hoch, beispielsweise etwa 2 ■ 1O¹⁴Jl In der gleichen Größenordnung liegt

⁴' der Verlustwiderstand von Cl und der Widerstand des offenen Kontaktes k. so daß mit diesp^r Anordnung verhältnismäßig lange Speicherzeiten realisierbar sind. Die Schutzschaltung 2 hat also keinen Einfluß auf die Speicherzeit, d. h. ein zusätzlicher Ladungsverlust des Kondensators Cl im Speicherfall durch den Schutz des Gates des MOS-Fet in der Eingangsstufe des invertierenden Eingangs wirt' vermieden.

Bei geschlossenem Relaiskontakt k wirkt de^r Differenzverstärker V2 als Integrator. Die Forderung nach n.in.maler Modulationsgradverstärkung und geringem Überschwingen der .Sprungantwort auf einen Eingangspegelsprung wird durch Einfügung des Wider Standes R X zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers V2 und den Kondensator Cl erfüllt, so daß in

^b0 diesem dynamischen Fall noch cm Proportionalanteil hinzukommt. Statisch erfolgt eine reine Integralrege lung.

Der parallel zum Widerstand R 1 liegende Kondensator C2 kompensiert die differenzierende Wirkung der

^b5 Sperrschichtkapazitäten der Dioden D 1 und D2. sowie die weger .!er Hocho^hmigkeit wirksamen Schaltkap«/.; täten, und sichert damit die HF-Stabilität des Integrators.

Der Widerstand R 1 bewirkt mit dem Kondensator ( I eine Phasenrückdrehung. die die Tiefpaßcharakteristik des Stellgliedes Sf kompensiert. Die sich dadurch ergebende Größe des Widerstands R 1 stellt gleichzeitig sicher, daß bei Eingangspegelsprüngen innerhalb des Regeibereiches des Wechselspannungsverstärkers Vi der Ausgang des Integrators infolge des Proportionalanteils nicht in die Begrenzung springt. Dadurch ergibt sich gegenüber Proportionalreglern der Vorteil, daß die Regelgeschwindigkeit von der Größe des Eingangspegelsprunges abhängig ist.

Durch die Ansregebeit. in welcher ein Pegelsprung von 2 dB am Eingang von V 1 bis auf I dB am Ausgang von Kl rückgeregelt wird, ist bei gegebenem Wert von Cl der Widerstand R 2 größenordnungsmäßig festgelegt. Für eine Ausregelzeit von ca. 25 Sekunden beträgt /?2 etwa 50 ΜΩ. womit der Wert dieses Widerstandes gegenüber dem bei Prortionalreglern erforderlichen Wert um den Faktor 20, d. h. um die RegelkreisverstärküFig bei uGfi u\5ttC~i£Zu ι rOpOrtlGM«,TCg₁Cm. "ICuTigCr liegt, was zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit führt.

F.in Ausführungsbeispiel der MOS-Feldeffekttransisioren enthaltenden Eingangsstufen des Differenzverstärkers V2 aus Fig. 2 ist in F i g. 3 dargestellt. Der Differenzverstärker V2 in F i g. 2 besteht also beispielsweise aus der MOS-FET-Schaltung 3 und dem Differenzverstärker V2' in F i g. 3, der ebenfalls als Operationsverstärker ausgebildet ist. Die beiden MOS-Feldeffekttransistoren 71 und T2 bestehen hier aus einem monolithischen Dual-p-Kanal-MOS-FET in Source-Schaltung. Am im Eingangskreis ungeschützten Gate G 1 des ersten Transistors TX liegt der Relaiskontakt k und der Kondensator CX. Das Gate G2 des zweiten Transistors T2 liegt über den Widerstand RA an der Referenzspannung L/_riind über den Kondensator C4an Bezugspotential. Der Widerstand R 4 und der Kondensator C 4 dienen zum Schutz des Gales G 2 vor Überspannungen. Die Schaltung 2 zum Schutz des Gates Cl ist wie in F i g. 2 angeordnet. Der Source-Anschluß Si des ersten Transistors 7 1 ist mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V2' verbunden und der Source-Anschluß 52 des zweiten Transistors Γ2 ist mit dem nicht invertierenden Eingang von V2' verbunden. Die übrigen Elemente der Schaltungsanordnung in F i g. 3 entsprechen den in Pin ~> erf* soicTt£>n ■ · &· ~ c· r>

Zur Sicherstellung der Speichereigenschaften kann der gesamte kritische Teil, wie MOS-FET-Eingangsstufe 3, Schutzschaltung 2. Kondensator Cl und Relais K. in einen hermetisch dichten Metallbecher, der auch Trockenmittel zur Feuchtigkeitsbindung enthalten kann, eingebaut werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   I. Schaltungsanordnung zur Verstärkungsregelung von Wechselspannungsverstärkern in Nachrichtenübertragungssystemen, insbesondere von Zwischenverstärkern der Trägerfrequenztechnik, bei der eine dem Pilotsignal proportionale Gleichspannung in einem Differenzverstärker mit einer Sollgleichspannung verglichen wird und die der Pegelabweichung proportionale Differenzspannung iü mittels einer Regeleinrichtung zur Verstärkung des Wechselspannungsverstärkers über ein Stellglied beeinflußt, wobei ein Speicherkondensator und eine Schalteinrichtung vorgesehen sind zur Speicherung der Reglereinrichtung bei Ober- oder Unterschrei- is tung bestimmter Pilotpegelwerte oder bei Betriebsspannungsausfall, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (V2) in den Eingangsstufen MOS-Feldeffekttransistoren (Ti, T2) enthü't, wobei zumindest der im ersten Eingang des Differeni'verstärkers/V2) liegende MOS-Feldeffekttransistor (Ti) ein im Eingangskreis ungeschütztes Gate (G 1) aufweist, daß diesem ersten Eingang über einen ersten Widerstand (R 2) and einen Relaiskontakt (k) der Schalteinrichtung die dem :s Pilotsignal proportionale Gleichspannung (U\) zugeführt ist und am zweiten Eingang die Sollgleichspannung (U,) anliegt, daß zwischen dem ersten Eingang und dem Ausgang des Differenzverstärkers (V2) die Serienschaltung eines ersten Kondensators (Ci) mit jo einem zweiten Widerstand (R 1) liegt, wobei der erste Kondensator (Ci) einerseits mit dem ersten Eingang unmittelbar und andererseits über ein Net/werk (2) zum Sciiufz gegen Überspannungen mit den beiden Polen der Bi-: iebsspannungsquelle i% (Ub) so verbunden ist, daß der erste Kondensator (Ci) bei geöffnetem Relaiskontakt (k)ah Speicherkondensator und bei geschlossenem Relaiskontakt (k)a\s Integrationskondensator wirkt.
2. 2.Schaltungsanordnung nach Anspruch !.dadurch 4« gekennzeichnet, daß das Netzwerk (2) zum Schutz gegen Überspannungen aus zwei Dioden (Di. D2) einem zweiten Kondensator (Ci) und einem dritten Widerstand (R 3) aufgebaut ist, derart, daß der Widerstand (R 3) einerseits mit dem negativen Pol der Betriebsspannungsquelle (-Ub) und andererseits sowohl über den zweiten Kondensator (Ci) wie auch über die diesem parallel liegende Serienschaltung der beiden Dioden (Di. D2) in Sperrichtung mit dem positiven Pol (0) der w Betriebsspannungsquelle verbunden ist und daß der Verbindungspunkt der beiden Dioden (D 1. D2) mit dem ersten Kondensator (C 1) verbunden ist.
3. J. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem mit v> dem Differenzverstärkerausgang verbundenen Widerstand (R 1) ein dritter Kondensator (C 2) liegt.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dioden (Di, D2) Pico-Ampere-Dioden sind *>n
5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die MOS-Feldeffekttransistoren in den Eingangsstufen des Differenzverstärkers (V2) durch einen monolithischen Dual-MOS-Feldeffekttransistor (Ti, 72) in (·"> Source-Schaltung gebildet sind.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gate (G 2) des zweiten MOS-Feldeffekttransistors (T2) im zweiten Eingang über einen vierten Widerstand (R 4) mit der Sollgleichspannung (Ui) und über einen vierten Kondensator (CA) mit dem Bezugspotential (O) beaufschlagt ist
7. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Relaiskontakt (k) steuernde Überwachungsschaltung (1) als Schaltkriterium die dem Pilotsignal proportionale Gleichspannung (U\) und eine der Verstärkung des Wechselspannungsverstärkers (V 1) proportionale Gleichspannung (Un) benutzt