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Schaltungsanordnung zur Steuerung eines angepaßten Pegel-
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stellgliedes Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für ein Pegelstellglied,
welches in Form eines tiberbrückten T-Glledes mit je einem elektronisch steuerbaren
Widerstar.d ir. Querzweig und im Uberbrückungszweig ausgebildet ist und wobei die
steuerbaren Widerstände vorzugsweise Pin-Dioden sind, die in Durchlaßrichtung betrieben
werden.
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Dämpfungsglieder dieser Art mit einer Steuerschaltung für das Pegelstellglied
sind aus der DE-AS 21 43 096 bekannt.
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An ein solches Dämpfungsnetzwerk wird in der Regel die Forderung gestellt,
daß es seinen an die übrige Schaltung angepaßten ellenwiderstand in einem vorgeg-benen
Frequenz- und Regelbereich nur wenig ändert. Diese Forderung erfüllt besonders im
Falle breitbandiger Anpassung das iiberbrückte T-Glied, das im Überbrückungszweig
und im Querzweig je einen variablen Widerstand, beispielsweise Heiß leiter, Transistoren,
Dioden, Pin-Dioden enthält. Ein von der Dampfungseinstellung unabhängiger Wellenwiderstand
läßt sich dann erreichen, wenn die beiden Regelwiderstände im Uberbrfickungs- und
Querzweig zueinander dual sind und diese Dualitätsbedingung über den gesamten Regelbereich
eingehalten wird. Dies bedeutet, daß im Verwendungsfall von Dioden entweder das
Produkt der durch die beiden Regelwiderstände fließenden Ströme oder die Summe der
über jeder der beiden RegelwiderstAnde liegenden Einzelspannung konstantgehalten
wird. Da die beiden Regelwiderstände infolgedessen gegensinnig gegeneinander geregelt
werden müssen, ist der Aufwand hierfür erheblich. Wie die Praxls zeigt, läßt sich
die Forderung nach einem innerhalb eines bestimmten Regelbereichts unabhängigen
Wellenwiderstand eines solchen
Dämpfungsgliedes nur mit großem Aufwand
für die Steuerschaltung verwirklichen. Dies hat seine Ursache darin, daß die unterschiedliche
Werte aufweisenden und in unterschiedlicher Weise gesteuerten Regelwiderstände innerhalb
des Frequenz- und Regelbereichs ein unterschiedliches Temperaturverhalten zeigen,
welches auch unter Anwendung temperaturkompensierter Maßnahmen nicht vollständig
kompensiert werden kann.
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In Breitbandübertragungssystemen, z.B. Kabelfernsehsystemen, sind
zur Pegelhaltung über größere Kabelstrecken hinweg Verstärker mit Stellgliedern
erforderlich. Diese Stellglieder müssen zur Verminderung der Däpfungsverluste und
zur Vermeidung Reflexion der elektromagnetischen Wellen den Kabel- und Verstärkerwellenwiderständen
angepaßt sein. Verwendet man für die im Uberbrückungs- und Querzweig eingeschalteten
variablen Widerstände z.B.
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Pin-Dioden, so wird ein von der jeweiligen Dämpfungseinstellung unabhängiger
Wellenwiderstand dann erreicht, wenn das Produkt der durch die Dioden fließenden
Ströme oder die Summe der an den beiden Dioden anliegenden Spannungen konstantgehalten
wird. Durch geeignete Kennlinienformung in einer Steuerschaltung können die Stellströme
als Funktion einer Stellgröße so erzeugt werden, daß sie diese Forderung erfüllen.
Der Aufwand hängt dabei von der geforderten Genauigkeit ab. Breitbandsysteme weisen
in der Regel weitverzweigte Leitungsnetze mit von einer zentralen Verteilstelle
strahlenförmig ausgehenden Stammleitung auf, wobei sich die Stammleitungen ihrerseits
baumartig in mehreren Netzausläufern verzweigen.
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In einem derartigen Leitungsnetz, beispielsweise für eine Kabelfernsehanlage,
sind eine Vielzahl von Verbrauchern mit einer zentralen Fernempfangs- und Verteilstelle
verbunden. Im Leitungsnetz sind in gewissen Abständen zueinander eine Anzahl von
Streckenverstärkern vorhanden, welche eine Anhebung des durch z.B. Kabel-
dämpfung
herabgesetzten Signalpegels frequenzunabhängig auf den am Ausgang eines Sendeverstärkers
in der Empfangs- und Vrteilstlle auftretenden Systemnennpegels ermöglichen. Die
Vcrstrker in einem solchen Leitungsnetz der elektrischen Nachrichtentechnik werden
in der Regel pilotfrequenzgesteuert und von der Sendestelle aus zentral ferngespeist.
Die Fernspeisespanr.ung wird vorzugsweise über das Koaxialkabel selbst oder über
im Beipack geführte Speiseadern übertragen. Bei Störung der Stellgröße Pilotspannung,
z.B. Ausfall des Pilotgenerators, können durch die eintretenden Regelvorgänge auf
maximale Verstärkung Störungen der übertragenen Fernseh- und UKW-Signale auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine
Steuerschaltung für ein Peoelstellglied der einleitend beschriebenen Art zu schaffen,
welche bei vorhandener Stellgröße innerhalb eines vorgegebenen Frequenz-und Regelbereichs
annähernd wellenwiderstandrichtig anpaßt und welche beim Ausfall der Stellgröße
das Pegelstellglied auf mittlere Verstärkung einstellt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Vierpol
mit Längs- und Quer zweigen vorgesehen ist, wobei einem ersten Polpaar eine Gleichspannung
und einem zweiten Polpaar eine Stellgröße zugeführt ist, daß ein Pol des ersten
Polpaars über einen ersten Längs zweig, bestehend aus einem ersten steuerbaren Regelwiderstand,
mit einem Pol des zweiten Polpaars verbunden ist, daß mit diesem Pol ein erster
Querzweig, bestehend aus einem zweiten steuerbaren Regelwiderstand, verbunden ist
und daß die steuerbaren Widerstände sich sowohl im Stromkreis der Regelwiderstände
als auch im Stromkreis des Pegelstellglieds befinden.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß bei vorhandener Stellgröße
der Wellenwiderstand des Stellglieds unabhängig von der jeweiligen Dämpfungseinstellung
und im vorgegebenen Frequenz- und Regelbereich annähernd konstant ist. Weiterhin
besteht in vorteilhafter Weise durch die Verwendung eines angepaßten Dämpfungsgliedes
mit annähernd linearer Steuerkennlinie ein proportionaler Zusammenhang zwischen
der DmPfung des Stellglieds und der Stellgrößo. Damit kann der Betriebszustand des
Stellglieds gemessen und angezeigt werden.
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Im einzelnen wird vorgeschlagen, daß sowohl der erste als auch der
zweite steuerbare Regelwiderstand aus der Reihenschaltung eines Widerstands und
zwei in Serie geschalteten Pin-Dioden besteht. Der Uberbrückungszweig ergibt sich
aus der Reihenschaltung eines Kondensators und eines Kreises mit den Pin-Dioden
des zweiten steuerbaren Regelwiderstands und zwei Kondensatoren. Ein Widerstand
wird dem Überbrückungszweig des Pegelstellglieds parallelgeschaltet. Ein Widerstand
im Querzweig des über brückten T-Gliedes ist über einen Kondensator mit dem gemeinsamen
Punkt der Pin-Dioden des ersten steuerbaren Widerstands verbunden. Die Pin-Dioden
ihrerseits sind jeweils mit einem Kondensator an Masse gelegt.
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Die Schaltungsanordnung zeichnet sich durch ihre Einfachheit Übersichtlichkeit
aus. Durch die Verwendung gleichartiger Regelwiderstände mit Pin-Dioden und Widerständen
kann auf Maßnahmen zur Terperaturkompensation verzichtet werden.
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Weiterhin ist zur Ldsung der Aufgabe gemäß der Erfindung vorgesehen,
den Widerstand des ersten und zweiten steuerbaren Regelwiderstandes jeweils einen
weiteren Zweiq mit einem Widerstand und einer Zenerdiode parallelzuschalten.
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Die Anordnung nach der Erfindung erfordert einen besonders geringen
Aufwand an Mitteln um bei Ausfall der Stellgröße das Pegelstellglied annähernd wellenwiderstandsrichtig
anzupassen und auf mittlere Verstärkung einzustellen. In der Praxis zeigt es sich,
daß dieser Betriebszustand näher am letzten Betriebszustand liegt als maximale Verstärkung.
Auperdem kann eine Störung der übertragenen Fernseh- und UY'-Signale infolge Regelvorgänge
auf maximale Verstärkung vermindert werden, wenn bei fehlendem Pilotsignal eine
Regelung auf mittlere Verstärkung stattfindet.
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Weiterhin ist dem ersten Längs zweig oder dem ersten Querzweig ein
Widerstand parallelgeschaltet. Dadurch kann Exemplarstreuungen, welche zur Abweichung
von der linearen Steuerkennlinie des Vierpols führen, entgegengewirkt werden.
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Eine nähere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nach.olgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung.
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Es zeigt: Fig. 1 ein Pegelstellglied, Fig. 2 eine Schaltung des Vierpols
zur Steuerkennlinienerzeugung.
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In Fig. 1 ist ein Pegelsteilglied in Form eines überbrückten T-Glieds
zwischen einem Koaxialleitungsanschluß Le und La beispielsweise in das Leitungsnetz
eines Kabelfernsehsysteras eingeschcltet. rer Wellenwiderstand der betreffendan
Koaxialleitungsabschnitte ist gleich dem Wellenwiderstand Z. Ein steuerbarer Stellwiderstand
im Überbrückungszweig ist durch die Serienschaltung eines Kondensators C1 mit einem
Kreis mit zwei Pin-Dioden D11, D12 und zwei Kondensatoren C11, C12 realisiert. In
gleicher Weise ist ein steuerbarer Stellwiderstand im
Querzweig
durch die Reihenschaltung eines Widerstandes R2, welcher über einen Kondensator
C2 mit einem gemeinsamen Punkt zweier Pin-Dioden D21, D22 verbunden ist, verwirklicht.
Die Pin-Dioden D21, D22 ihrerseits sind jeweils mit einem Kondensator C21, C22 an
Masse gelegt.
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Zur Gleichstromabblockung ist im Überbrückungszweig der Kondensator
C1 sowie im Querzweig der Kondensator C2 vorgesehen. Die Pin-Dioden D11 und D12
im Uberbrückungszweig sowie D21 und D22 im Querzweig des Pegelstellglieds sind jeweils
so parallelgeschaltet, daß sich die durch die Nichtlinearitäten hedin ten Oberwellen
eines am Koaxialleitungsanschluß Le angebotenen Wechselstromsignals weitgehend aufgehoben
wird. Die Kondensatoren C11 und C12 im Stromkreis der Pin-Dioden D11 und D12 sowie
die Kondensatoren C21 und C22 im Stromkreis der Pin-Dioden D21 und D22 dienen zur
Gleichstromabblock.ung. Die Größe des steuerbaren Stellwiderstands im Uberbrückungszweig
bzw. im Querzweig wird durch den die Pin-Dioden D11 und D12 bzw. D21 und D22 durchfließencen
Strom bestimmt. Dieser Strom wird von der Steuersenaltung geliefert und ist mit
Jdl bzw. Jd2 bezeichnet. Für ein Pegelstellglied nach Fig.l gilt die Bedingung,
daß ein von der jeweiligen Dämpfungseinstellung unabhängiger Wellenwiderstand dann
erreicht wird, wenn das Produkt der durch die Dioden fließenden Ströme konstantgehalten
wird. Ein an dem Koaxialleitungsanschluß Le anstehendes Wechselstromsignal kann
dadurch gedämpft werden, daß sich die Impedanz der Parallelschaltung der Dioden
D12 und D11 im Uberbrückungszweig und die Impedanz des Diodenpaares D21 und D22
ändert. Der Stromkreis für den Strom Jdl wird gebildet durch eine Drossel L1, die
Pin-Dioden D1 und D2 sowie eine Drossel L2. Die zur Impedanzregelung der Diodenpaare
D11, D12 bzw. D21 und D22 erorderlichen regelbaren Gieichströme werden von Der Steuerschaltung
geliefert, welche über die Klerrjnen A und 13 bzw. C und D auf die steuerbaren Stellwiderstande
einwirkt.
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Fig.2 zeigt ein bevorzuJtes Ausführungsbeipiel für einen Vierpol zur
Steuerkennlinienerzeugung. Am ersten Polpaar des Vierpols liegt an den Klemmen 1
und 2 eine Gleichspannung U an, während dem zweiten Polpaar an den 0 Klemmen 3 und
4 eine Stellgröße U zur Impedanzregelung der Diodenpaare zugeführt wird. Klemme
1 und Klemme 3 sind über einen Widerstand R3 und zwei seriell geschaltete Pin-Dioden
D21 und D22 des ersten Längszweigs miteinander verbunden. An den Anschlußklemmen
C und D ist das Pegelstellglied nach Fig.l angelegt, so daß die Pin-Dioden sowohl
im Stromkreis der Steuerschaltung als auch im Stromkreis des Pegelstellglieds liegen.
Gleiches gilt für die Pin-Dioden D11 und D12 im ersten Querzweig der Steuerschaltung.
Der erste Querzweig der neben den Pin-Dioden D11 und D12 einen 'çiderstand R4 enthält,
liegt sowohl an der Anschlußklemme 3 des zweiten Polpaars als auch am ersten Längszweiq
an. Die durch die Pin-Dioden D11 und D12 bzw. D21 und D22 fließenden Ströme sind
gegenläufig zueinander, wobei der Strom durch D11 und D12 von der Stellgröße U und
der Strom durch die Diode D21 und D22 von der Differenz zwischen der Gleichspannung
U0 und der Stellgröße U abhängt. Dem Widerstand R4 im ersten Querzweig sowie R3
im ersten Lnnqszweig ist die Serienschaltung einer Zenerdiode Z1 und R7 bzw. einer
Zenerdiode Z2 und RG parallelgeschaltet. uebersteigt die Stellgröße U die Zenerspannung
an der Zenerdiode Z1, so fließt durch die Dioden D11 und D12 ein durch R7 bestimmter
zusätzlicher Strom. Entsprechendes gilt für die Differenz zwischen der Gleichspannung
U0 und der Stellgröße u, wobei der Strom durch die Pin-Dioden D21 und D22 jedoch
beim Überschreiten der Zenerspannung an der Zenerdiode Z2 im stärkeren Maße absinkt.
Die zusätzliche Stromzunahme bzw. Stromabnahme kann bei unterschiedlicher Zenerspannung
mit Hilfe der Parallelschaltung eines Widerstands R5 zum ersten Längszweig bzw.
zum ersten Querzweig ausgeglichen werden, so daß für die Steuer-
schaltung
sich eine lineare Abhängigkeit der Dämpfung von der Stellqröße U einstellt. Bei
Ausfall der Stellgröße U beispielsweise infolge einer Störung im Leitungsnetz eines
Kabelfernsehsystems stellt sich am gemeinsamen Punkt des ersten Längszweigs und
ersten Querzweigs der halbe Wert der Gleichspannunx UO ei. Die Widerstände R3 und
R4 sowie die Gleichspannung U0 sind so gewählt, daß das Pegelstellglied infolge
der fliegenden Regelströme Jdl und Jd2 auf mittlere Dämpfung eingestellt wird. Die
Zenerspannungen an dn Zenerdioden Z1 und Z2 sind dabei größer als der halbe Wert
der Gleichspannung U gewählt, 0 so daß diese sperren. Für diesen Betriebsfall kann
mit Hilfe eines Widerstands Ri, welcher i Pegelstellglied nach Fig.l dem Überbrückungszweig
parallelgeschaltet ist, der Strom durch die steuerbaren Stellwiderstände so festgelegt
werden, daß die Dämpfung des Pegelstellglieds sich auf 6 dB einstellt. Da ein linearer
Zusammenhang zwischen der Dämpfung des Pegelstellglieds und der Stellgröße U besteht,
kann mit Hilfe eines Anzeigeinstruments eine Aussage über den Betriebszustand des
Pegelstellglieds erhalten werden. Das Pegelstellglied verhält sich in dem betrachteten
Frequenz- und Regelbereich wie ein Bode-Netzwerk.