DE2915413A1

DE2915413A1 - Elektronischer regelverstaerker

Info

Publication number: DE2915413A1
Application number: DE19792915413
Authority: DE
Inventors: Hubert Georget; Jean-Pierre Touzard
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1978-04-24
Filing date: 1979-04-17
Publication date: 1979-10-31
Also published as: IT7967855A0; BE875285A; NL7903081A; US4260953A; JPS54141547A; LU81176A1; GB2019680A; CA1131320A; GB2019680B; FR2424668B1; FR2424668A1; IT1118594B

Description

ELEKTRONISCHER REGELVERSTARKER

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Regelverstärker mit einem Verstärkungskreis variablen Verstärkungsgrads und einer Regelschleife, in der ausgehend von Amplitudenschwankungen des ausgangssignaIs des Verstärkungskreises ein Regelsignal für den Verstärkungssteuereingang des Verstärkungs kreises gebildet wird. Das Regelsignal ist meist eine Gleichspannung, deren Amplitude proportional oder umgekehrt proportional zum Signaleingangspegel ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rege!verstärker anzugeben, mit dem Eingangssignale, deren Pegel zwischen 0 und -45dB schwankt und deren Frequenzspektrum einen Bereich von beispielsweise 600 bis 3000 Hz überdeckt, mit einem Minimum an Verzerrungen im ganzen Frequenzband auf einen konstanten Pegel, O dB, gebracht werden können.

Ein solcher Regelverstärker wird beispielsweise in Modulator-Demodulatorkreisen für die Übertragung von Daten, insbesondere Faksimilesignale, über Telefonleitungen verwendet. Das Ausgangssignal dieses Regelverstärkers wird dann einem Analog-Digit a !wandler zugeführt, der nur dann zuverlässig arbeitet, wenn sein Eingangssignalpegel konstant ist.

Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Anspruch 1 definierten Regelverstärker gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Regelverstärker gemäß der Erfindung und

Fig. 2 zeigt das Schaltbild des Regelverstärkers gemäß Fig. 1.

Anhand von Fig. 1 wird nunmehr das Prinzip des erfindungsgemäßen Verstärkers näher erläutert. Ein Eingangssignal variablen Pegels wird an einen Eingang E des Verstärkers angelegt und soll zu einem Ausgangssignal konstanten Pegels führen, das an einem Ausgang S verfügbar ist. Das Eingangssignal gelangt an einen ersten Verstärkungskreis 1 mit festem Verstärkungsgrad Diesem Verstärkungskreis 1 folgt der eigentliche Verstärkungskreis 2 mit variablem Verstärkungsgrad, dessen Ausgang zum Ausgang S des Regelverstärkers führt.

Außerdem bildet dieser Ausgang den Eingang einer Regelschleife, in der ein Regelsignal für die Einstellung des Verstärkungsgrads des Verstarkungskreises 2 derart erzeugt wird, daß der Ausgangspegel· dieses Verstarkungskreises unabhängig von Schwankungen des Pegel·s am Eingang E konstant wird. Die Regelschleife besitzt zwei Phasenschieber 3 und 4 mit jeweils gleicher Phasenverschiebung, die am unteren Rand des Übertragungsfrequenzbandes, d.h. bei 600 Hz, eine Phasenverschiebung von 2 JC/3 einführen. Die beiden Phasenschieber sind in Kaskade angeordnet. Ein Gleichrichter- und Summierkreis 5 besitzt mehrere Eingänge, die einerseits an den Ausgang des Verstarkungskreises 2 und andererseits je an einen Ausgang der Phasenschieber 3 und 4 angeschlossen sind. Dieser Gleichrichter- und Summierkreis 5

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besitzt außerdem zwei Ausgänge, von denen der eine die Summe der positiven Halbwellen und der andere die Summe der negativen Halbwellen der ihm zugeführten Eingangssignale bildet. Ein Inverter 6 kehrt die Polarität der Signale an einem der Ausgänge des Gleichrichter- und Summierkreises 5 um und liefert dieses Signal zusammen mit dem Signal am anderen Ausgang dieses Kreises an einen weiteren Summierkreis 7, um ein gleichgerichtetes Ausgangssignal zu erzeugen. Dieses gleichgerichtete Signal wird gefiltert und verstärkt in einem Ausgangsschaltkreis 8 der Schleife, woraus eine Gleichspannung entsteht, die dem Pegel des Signals am Eingang E proportional ist und als Regelsignal dem Regeleingang des Verstärkungskreises 2 zugeführt wird.

In dieser Regelschieire werden die Amplitudenschwankungen des Signals am Ausgang S ermittelt und in ein variables Gleichspannungssignal umgewandelt, mit dem der Verstärkungsgrad des Verstärkungskreises 2 nachgeführt wird.

Die Verwendung der Phasenschieber und des Summierkreises 5 führt dazu, daß die Restwelligkeit des Regelsignals gering ist und die Frequenz dieser Restwelligkeit oder Modulation oberhalb der Obergrenze des Übertragungsfrequenzbandes, d.h. im vorliegenden Fall oberhalb von 3000 Hz, liegt. Dieses Ergebnis wird erreicht, ohne daß die Amplitude des Regelsignals verändert würde. Es genügt daher, eine Filterzelle mit einer geringen Zeitkonstante in der Regelschleife zu verwenden, wodurch die Ansprechdauer der Regelschleife außerordentlich kurz ist, in der Größenordnung von 2 ms.

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Im Rahmen der Erfindung könnten auch mehr Phasenschieber, allgemein η Phasenschieber, verwendet werden. Schaltet man diese Phasenschieber in Kaskade, so erzeugt jeder von ihnen eine Phasenverschiebung um den Wert 2 TC/(n-l-1) bei der unteren Grenzfrequenz des Übertragungsfrequenzbandes, während der Phasenschieberwinkel mit steigenden Frequenzen abnimmt.

Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines Regelverstärkers,wie er schematisch in Fig. I dargestellt ist. Am Eingang E liegt ein Eingangssignal vor, dessen Pegel zwischen O und -45 dB schwankt und ein KTutzfrequenzband von 600 bis 3000 Hz überstreicht. Am Ausgang S soll dieses Signal bei konstantem Pegel 0 dB vorliegen. Die in Fig. 1 dargestellten Funktionseinheiten sind hier gestrichelt abgegrenzt und mit denselben Bezugszeichen versehen.

Der erste Verstärkungskreis 1 besteht aus einem Operationsverstärker 11, dessen Verstärkungsgrad auf den Wert 8 eingestellt ist und der das Eingangssignal nicht invertiert. Sein positiver Eingang ist mit dem Eingang E des Regelverstärkers verbunden sowie über einen Widerstand 12 mit Masse. Sein negativer Eingang liegt über einen Widerstand 13 an Masse sowie über einen Widerstand 14 am Ausgang dieses Operationsverstärkers. Durch diesen Verstärkungskreis wird der Pegel des Eingangssignales generell angehoben..

Der eigentliche Verstärkungskreis 2 variablen Verstärkungsgrads besteht aus einem variablen Dämpfungsglied 21 und einem Operationsverstärker 22, dessen Verstärkungsgrad fest auf den Wert 100 eingestellt ist. Das Dämpfungsglied besteht aus einem Widerstand 23, der zwischen dem Ausgang des Operations-

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Verstärkers ti und dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 22 angeordnet ist, und aus einem Feldeffekt-Transistor 24, dessen Toranschluß mit dem Regelsignal beaufschlagt wird und dessen restliche Anschlüsse zwischen den positiven Eingang des Operationsverstärkers 22 und Masse eingefügt sind.

Der negative Eingang des Operationsverstärkers 22 liegt über einen Widerstand 25 an Masse und über einen Widerstand 26 am Ausgang dieses Operationsverstärkers. Der Feldeffekt-Transistor wirkt als veränderbarer Widerstand abhängig von der Größe des ihm zugeführten Steuersignals. Der Operationsverstärker 22 verstärkt das im Dämpfungsglied abgeschwächte Signal und liefert an seinem Ausgang,der gleich dem Ausgang S ist, das Eingangssignal bei einem konstanten Pegel 0 dB ab. Mehrere Schutzdioden 27, die zwei antiparallele Zweige bilden, verbinden den Ausgang des Operationsverstärkers 22 mit Masse.

Zur Ermittlung der Amplitudenänderung des Signals am Ausgang S und zur Erzeugung des Regelsignals, das an den Toranschluß des Feldeffekt-Transistors 24 angelegt wird, bedient man sich zweier Phasenschieber 3 und 4, die je eine Phasenverschiebung von 2 Jt/3 bei 600 Hz einführen und die in Kaskade an den Ausgang des Operationsverstärkers 22 angeschlossen sind. Der Phasenschieber 3 besitzt einen Transistor 30 vom NPN-Typ, dessen Basis an den Ausgang des Operationsverstärkers 22 angeschlossen ist, dessen Kollektor über einen Widerstand 32 an eine positive Gleichspannung, hier 12 V, angeschlossen ist und dessen Emitter über einen Widerstand 33 mit einem Schaltkreis verbunden ist, der eine stabilisierte Gleichspannung in der Nähe von -5 V liefert,

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Dieser Schaltkreis besteht aus einem Widerstand 90, der an einer negativen Gleichspannung, hier 12 V, liegt und aus einer Zenerdiode 91, die an Masse angeschlossen ist.

Ein Widerstand 34, der einseitig an den Emitter des Transistors 30 angeschlossen ist, und ein Kondensator 35, der einseitig an den Kollektor dieses Transistors angeschlossen ist, sind miteinander verbunden, wobei der Verbindungspunkt zur Basis eines weiteren Transistors 31 vom Typ PNP führt. Der Emitter dieses Transistors ist über einen Widerstand 36 mit der positiven Gleichspannung 12 V verbunden und mit seinem Kollektor an den Schaltkreis zur Erzeugung einer stabilisierten Gleichspannung 9O-9L angeschlossen* Der Emitter dieses Transistors 31 bildet den Ausgang des Phasenschiebers 3.

Der Phasenschieber 4 gleicht dem Phasenschieber 3 und besitzt zwei Transistoren 40 und 41 entsprechend den beiden Transistoren 30 und 31, vier Widerstände 42, 43, 44 und 46 entsprechend den Widerständen 32, 33,-34 und 36, sowie einen Kondensator 45 entsprechend dem Kondensator 35.

Die Signale am Ausgang S und am Ausgang jedes der Phasenschieber 3 und 4 werden im Gleichrichter- und Summierkreis 5 zusammengefaßt. Dieser Kreis besteht aus zwei Stufen 5¹ und 5", die ausgehend von den drei empfangenen Signalen die Halbwellen je einer Polarität auswählen und addieren. Die Stufe 5* besitzt drei Transistoren vom Typ NPN 50, 51 und 52, denen die drei Signale an der jeweiligen Basis zugeführt werden. Die^ollektoren dieser drei Transistoren sind über je einen Widerstand 150, 151 und 152 an die positive Betriebsspannung 12 V angeschlossen. Die Emitter dieser drei Transistoren sind untereinander verbunden,

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und der Verbindungspunkt führt zum Emitter eines NPN-Transistors 53, der als Diode geschaltet ist und dessen Basis an Masse liegt. Außerdem führt dieser Verbindungspunkt über einen Widerstand an eine negative Vorspannung - V (-12 V) sowie an die Basis eines PKP-Transistors 54. Der Kollektor dieses Transistors 54 liegt an der durch die Elemente 90, 91 definierten negativen stabilisierten Gleichspannung, während der Emitter über einen Widerstand 154 an der positiven Vorspannung + V (12V) liegt. In dieser Stufe 5' bestimmt der Transistor 53 die Emitterspannung jedes der Transistoren 5O, 51 und 52 in der Nähe von - 0,7 V, so daß diese drei Transistoren für jeweils negative Halbwellen der an ihre Basen gelangenden Signale gesperrt sind. Dieser Transistor 53 bewirkt also eine schwellenlose Gleichrichtung der der Stufe 5' zugeführten Eingangssignale. Die positiven Halbwellen werden also durch die Transistoren 50, 51, 52 alleine ausgewählt und im Transistor 54 summiert. Am Ausgang der Stufe 5¹, d.h. am Emitter des Transistors 54, liegt also ein Summensignal der positiven Halbwellen der Eingangssignale vor.

Die Stufe 5" ähnelt der Stufe 5¹. Sie addiert die negativen Halbwellen der ihr zugeführten Signale. Hierzu besitzt sie drei Transistoren 55, 56 und 57 vom PNP-Typ, deren Basen dieselben Eingangssignale wie die Stufe 5¹ zugeführt erhalten. Der Kollektor jedes dieser Transistoren ist über einen Widerstand 155, 156 bzw. 157 an die stabilisierte Gleichspannung angeschlossen, während die Emitter dieser Transistoren an einen gemeinsamen Verbindungspunkt führen, der einerseits an die Basis eines als Diode geschalteten NPN-Transistors 58

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mit geerdetem Emitter, andererseits über einen Widerstand 158 an die positive Vorspannung + V und schließlich an die Basis eines Transistors 59 vom NPN-Typ angeschlossen ist. Der Kollektor dieses Transistors liegt an der positiven Vorspannung + V, und sein Emitter liegt über einen Widerstand 159 an der stabilisierten Gleichspannung. In dieser Stufe bestimmt der Transistor 58 die Emitterspannung der drei Transistoren 55, 56 und 57 und bewirkt, daß die positiven Halbwellen des an die Basen dieser Transistoren gelangenden Signals gesperrt werden. Hier erfolgt also eine schwellenlose Gleichrichtung der an die Basen gelangenden Signale unter Auswahl der negativen Halbwellen. Der Emitter des Transistors 59 bildet den Ausgang dieser Stufe und liefert die Summe der negativen Halbwellen.

In den beiden Stufen 5¹ und 5" liefern die Transistoren 54 und 59 jeweils Ausgangssignale, die sich auf dasselbe Massepotential beziehen.

Das Summensignal der positiven Halbwellen, das am Emitter des Transistors 54 vorliegt, wird an den Inverter 6 angelegt, der einen Operationsverstärker 61 sowie drei übliche Beschaltungswiderstände 62, 63 und 64 aufweist. Das invertierte Summensignal der positiven Halbwellen wird vom Ausgang des Operationsverstärkers 61 über einen Widerstand 71 an den negativen Eingang eines Operationsverstärkers 70 angelegt, an den über einen weiteren Widerstand 72 außerdem das Summensignal der negativen Halbwellen vom Emitter des Transistors 59 gelangt. Dieser Operationsverstärker 70 ist als Summierverstärker mit zwei weiteren Widerständen 73 und 74 ausgerüstet. Am Ausgang

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dieses Operationsverstärkers 70 ergibt sich daher die Summe der beiden Halbwellen-Summensignale sowie eine erneute Inversion. Ära Ausgang liegt nun ein gleichgerichtetes Signal positiver Polarität vor.

Im Ausgangsschaltkreis 8 gelangt dieses gleichgerichtete Signal an eine Filterzelle 80 mit einem Serienwiderstand 81 und einem Ableitkondensator 82, der an Masse liegt. Diese Zelle besitzt eine relativ geringe Zeitkonstante, beispielsweise unterhalb 2 ms. Das Gleichspannungssignal, das am Ausgang dieser Zelle vorliegt, wird an den positiven Eingang eines Operationsverstärkers 8 3 über einen Widerstand 84 angelegt. Der negative Eingang dieses Verstärkers ist über einen Widerstand 85 an eine Bezugsspannung in der Nähe von + 5 V angelegt, die mithilfe eines Widerstands 86,der an der positiven Vorspannung +V (12 V) liegt und einer Zenerdiode 87 gebildet wird, die an Masse liegt. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers 83 ist an den negativen Eingang über einen einstellbaren Widerstand 88 rückgekoppelt, so daß ein Ausgangspegel dieses Verstärkers von 0 dB erreicht wird. Diese Gleihspannung am Ausgang des Operationsverstärkers 83, die proportional zum Pegel am Eingang E ist, wird an den Toranschluß des Feldeffekt-Transistors 24 als Regelsignal angelegt. Durch diese Schaltungsanordnung kann das Signal am Eingang E nach der Verstärkung im Verstärkungskreis 1 so gedämpft werden, daß mit einer kurzen Regelverzögerung von höchstens 2 ms am Ausgang S ein Pegel von 0 dB unabhängig vom Eingangspegel erscheint, der zwischen 0 und - 45 dB schwanken kann, und zwar im ganzen Frequenzbereich des Eingangssignals von 600 bis 3000 Hz

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und mit sehr geringen Verzerrungen.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, das Dämpfungsglied 21 durch ein Dämpfungsglied zu ersetzen, in dan eine Stromteilung erfolgt, wie es beispielsweise in der Zeitschrift "Electronic Design", Vol. 19, Nr. Ll vom 27.5,. 1971, Seiten 78 bis 81 beschrieben ist, oder durch ein gleichwertiges Dämpfungsglied.

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Claims

FO 11 185 D

COMPAGNIE INDUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS

CIT- ALCATEL S.A. 12, rue de la Baume, 7 5008 PARIS, Frankreich

ELEKTRONISCHER REGELVERSTARKER

PATENTANSPRÜCHE

l/- Elektronischer Regelverstärker mit einem Verstärkungskreis variablen Verstärkungsgrads und einer Regelschleife, in der ausgehend von Amplitudenschwankungen des Ausgangssignals des Verstärkungskreises ein Regelsignal für den Verstärkungssteuereingang des Verstärkungskreises gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschleife eingangsseitig Phasenschieber (3,4) mit einer bestimmten Phasenverschiebung bei einer gegebenen Frequenz aufweist und daß weiter ein Gleichrichter- und Summierkreis (5,7) in der Regelschleife angeordnet ist, der einerseits das Ausgangssignal des Verstärkungskreises und andererseits die Ausgangssignale der Phasenschieber zugeführt erhält und der das Regelsignal für den Verstärkungssteuereingang des Verstärkungskreises erzeugt.

2 - Regelverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleiche Phasenschieber (3,4) vorgesehen sind, die je eine Phasenverschiebung um den Wert 2 3x/(n+l) bei der unteren Grenzfrequenz des zu verstärkenden

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Frequenzbandes einführt und daß diese Phasenschieber in Kaskade abgeordnet sind, wobei η die Anzahl der Phasenschieber ist.

3 - Regelverstärker nach Anspruch L oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter- und Summierkreis zwei je eine Polarität bearbeitende Stufen (5·, 5") sowie einen Summierkreis {7) aufweist, der das Ausgangssignal der einen Stufe {5") direkt und das Ausgangssignal der anderen Stufe (5') über einen Inverter (6) zugeführt erhält und ein gleichgerichtetes Signal liefert, dessen Amplitude gleich der Amplitude des Ausgangssignals des Verstärkungskreises (2) und dessen Restwelligkeit im wesentlichen Frequenzen oberhalb des Übertragungsfrequenzbandes zeigt.

4 - Regelverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Gleichrichter- und Summierkreise (n+1) Transistoren (5Ο-52, 55-57) aufweist, wobei η die Anzahl der Phasenschieber ist und wobei die Transistoren basisseitig angesteuert werden und ihre Emitter in jeder Stufe gemeinsam an ein Blockiersteuerelement angeschlossen sind und die Transistoren eine schwellenlose Gleichrichtung je einer Halbwelle der ihnen zugeführten Signale durchführen.

5 - Regelverstärker nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe (5¹, 5") außerdem einen zusätzlichen Ausgangstransistor (54,59) aufweist, dessen Basis an die Emitter der Transistoren (50-52, 55-57) angeschlossen ist, wobei die beiden Stufen (5·,5") solche

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ORIGINAL INSPECTED

Vorspannungen für die Ausgangstransistoren besitzen, daß die

sich
AusgangssignaIe der beiden Stufen /auf dasselbe Erdpotential

beziehen.

6 - Regelverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschleife eine Filterzelle (80) mit geringer Zeitkonstante aufweist, die am Ausgang des Gleichrichter- und Summierkreises (5,7) angeordnet ist.

7 - Regelverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungskreis (2) einen Operationsverstärker begrenzten Verstärkungsgrads (22) sowie ein Eingangs-Dämpfungsglied (21) aufweist, welches aus einem Widerstand (23) und einem Feldeffekt-Transistor

(24) besteht, wobei dieser Transistor durch das Regelsignal gesteuert wird und als variabler Widerstand die Dämpfung des Eingangssignals abhängig von dem Regelsignal· bewirkt.

8 - Regelverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstär— kungskreis einen Operationsverstärker beschränkten Verstärkungsgrads und ein Eingangs-Dämpfungsglied aufweist, das aus einem Stromteilerkreis besteht und vom Regelsignal derart gesteuert wird, daß das Eingangssignal abhängig von dem Regelsignal verändert wird.

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