DE736287C - Entzerreranordnung zur Aufhebung der frequenzabhaengigen Daempfungs- und Phasenverzerungen eines UEbertragungssystems - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M736 KLASSE 21a² GRUPPE

156132 VIII a/21 α²

Donald Geoffrey Reid in Southgate, England,

ist als Erfinder genannt worden.

Hans-Bodo Willers in Berlin

Patentiert im Deutschen Reich vom 11. Oktober 1936 an Patenterteilung bekanntgemacht am 6. Mai 1943

Die im nachfolgenden beschriebene Erfindung betrifft eine Entzerreranordnung zur Aufhebung der frequenzabhängigen Dämpfungs- und Phasenverzerrungen eines Übertragungssystems über einen breiten Frequenzbereich. Gemäß der Erfindung ist die Ausgangsspannung der Entzerreranordnung aus der Summe ihrer Eingangsspannung und zweier von der Eingangsspannung über induktive Widerstände abgeleiteter Teilspannungen von solcher Größe und Phase gebildet, daß die eine Teilspannung gegenüber der Eingangsspannung um 90⁰ in der Phase verschoben und in ihrer Größe den Frequenzen der Eingangsspannung proportional ist und daß die andere Teilspannung zur Eingangsspannung gegenphasig und dem Quadrat der Frequenzen der Eingangsspannung porportional ist.

Es ist bekannt, bei negativ rückgekoppelten Verstärkern die frequenzabhängige Änderung des Phasenwinkels durch Entzerrer rückgän-' gig zu machen und gleichzeitig die Amplitude frequenzabhängig zu beeinflussen. Die Erfindung stellt demgegenüber insofern einen Fortschritt dar, als bei ihr die Frequeuzabhängigkeit des Phasenwinkels und damit der zu entzerrende Frequenzbereich wesentlich größer sind als bei den bekannten Anordnungen.

Die Erfindung ist an transformatorgekoppelten Röhrenverstärkern näher beschrieben.

In einem Verstärker, der aus mehreren hintereinandergeschalteten Röhren besteht, die durch Übertrager gekoppelt sind, ist die durch das Verhältnis der Ausgangs- zur Eingangsspannung definierte übertragungskonstante ein Vektor, der gewöhnlich in Richtung

einer Vermehrung" der Nacheilung mit wachsender Frequenz rotiert und dessen Größe entweder zunimmt oder abnimmt, wenn die Frequenz über den für den Verstärker bestimmten Frequenzbereich zunimmt, aber stets bis zu Null abnimmt, wenn die Frequenz unendlich groß wird.

Für sehr viele Anwendungsgebiete derartiger Verstärker, z. B. für die Wiedergabe ίο von Sprache und Musik, ist die entstehende Phasenverschiebung verhältnismäßig unwichtig, so daß im wesentlichen nur Amplitudengleichheit über den Hauptfrequenzbereich verlangt wird. Eine derartige Amplitudenentzerrung kann in bekannter Weise leicht durch die Verwendung passiver Netzwerke erreicht werden, jedoch bewirken derartige Netzwerke eine zusätzliche Phasenverschiebung.

Für andere Anwendungsgebiete von Verstärkern, insbesondere für die Bildwiedergabe beim Fernsehen, ist die Wellenform einer durch den Verstärker übertragenen zusammengesetzten Welle von Bedeutung, und eine störungsfreie Übertragung verlangt, daß die Übertragungskonstante sowohl in bezug auf die Amplitude wie auch in bezug auf die Phase entzerrt wird. Eine derartige Phasenentzerrung erfordert, daß die Phasennacheilung linear mit der Frequenz zunimmt. In • diesem Falle wird das Zeichen lediglich mit Verzögerung übertragen.

Phasenentzerrer, die aus passiven Netzwerken bestehen und die dieses bewirken, sind" bekannt. Jedoch hängt die Wirkungsweise derartiger Entzerrer gewöhnlich von einer Vermehrung der Nacheilung über das ganze Frequenzgebiet ab, wobei diese Vermehrung im Betrage sich mit der Frequenz in der Weise ändert, daß die resultierende Phasennacheilung über den Verstärker und Entzerrer linear mit der Frequenz variiert. Für bestimmte Typen von Verstärkern, in denen die Ausgangsspannung nach dem Eingang hin rückgekoppelt ist, um die in dem Verstärker erzeugten Oberwellen zu vermindern, ist erwünscht, daß die Phasenverschiebung über den gesamten interessierenden Frequenzbereich Null ist. Geht man von der Voraussetzung aus, daß infolge unvermeidlicher konstruktiver Mangel der dort verwendeten Übertrager, wie Streuinduktivität und Eigenkapazität der Windungen, bereits eine Phasendrehung in nacheilender Richtung" vorhanden ist, so ist zur Phasenrückdrehung ein Netzwerk erforderlich, das mit wachsender Frequenz eine Voreilung bewirkt.

Der Phasen- und Dämpfungsentzerrer nach

der Erfindung ist so gebaut, daß er eine zusätzliche Phasenverschiebung bewirkt, die in einer Vermehrung der \^Toreilung mit der Frequenz oder in einer Verminderung der Nacheilung mit der Frequenz über den ganzen übertragenen Nutzfrequenzbereich besteht.

Bei dem Phasen- und Dämpfungsentzerrer nach der Erfindung kann das Verhältnis der übertragenen Spannung im wesentlichen gleich dem reziproken Wert des Spannungsverhältnisses des zu entzerrenden Stromkreises gemacht werden.

Bei dem Entzerrer nach der Erfindung, bei dem die Altsgangsspannung aus der Summe von Teilspannungen gebildet ist, die aus der Eingangsspannung abgeleitet sind, kann jede Teilspannung durch die einzelnen maßgebenden Komponenten des zu entzerrenden Stromkreises bestimmt werden.

Die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnungen dienen zur Erläuterung des Erfindungsgedankens.

Fig. ι a ist ein Vektordiagramm, das die L'bertragungskonstante eines übertragergekoppelten Verstärkers zeigt;

Fig. ι b zeigt das Vektordiagramm der Übertragungskonstante eines Entzerrung*- netzwerkes;

Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Entzerrungsnetzwerkes gemäß der Erfindung;

Fig. 3 zeigt eine besondere Form des Entzerrungsnetzwerkes;

Fig. 4 zeigt eine weitere Form eines Entzerrungsnetzwerkes nach der Erfindung.

Zur Erläuterung der Erfindung sei auf Fig. ι a λ-erwiesen, wo der Weg A-B-C die Lage des Übertragungsvektors eines übertragergekoppelten \^Terstärkers zeigt, der entzerrt werden soll. OA bedeutet den Verstärkerausgang bei einer Frequenz, bei der die Phasenverschiebung Null ist, d. h. bei einer niedrigen Frequenz, die jedoch nicht so niedrig ist, daß der Scheinleitwert der Transformatorgegeninduktivität merklich wird. In der Praxis ist diese Frequenz nicht kritisch und liegt etwa zwischen 200 und 2000 Hz.

Wenn die Frequenz zunimmt, nimmt auch die Phasennacheilung zu, während die Amplitude sich nicht wesentlich ändert. Die Ausgangsspannung ist dann durch den Vektor O Ji gegeben. Bei weiterer Frequenz-erhöhung gelangt der Vektor nach OC, dessen Betrag kleiner ist als der Betrag von OA.

Es ist nun erwünscht, daß die Vektoren 0 Jl und OC wieder nach der Stellung () A zurückgedreht werden.

In der Fig. ib bedeuten OB' und OC" die reziproken Vektoren zu OB und C)C, so daß bei Multiplikation mit 0 B oder C) C das Produkt eins ist. Der Weg A'-B'-C bedeutet demnach den geometrischen Ort des Übertragungsvektors einer Anordnung, die in

Phase und Amplitude einen durch Fig. ι a dargestellten Verstärker entzerrt.

Eine derartige Einrichtung ist für einen gewünschten Frequenzbereich angenähert durch eine Anordnung verwirklicht, wie sie in Fig. ι dargestellt ist.

Die zu entzerrende Spannung wird an den Punkten i, 2 zugeführt, zu denen die Induktivität L₁ in Reihe mit dem Widerstand R₁

xo quergeschaltet ist. L₁ und R₁ sind so gewählt, 'daß über den ganzen interessierenden Frequenzbereich der induktive Widerstand von L₁ im Vergleich zu dem Widerstand von R₁ vernachlässigbar klein ist. Die Spannungen an L₁ und L₁ stehen daher im wesentlichen senkrecht zu der Spannung V₁ und nehmen mit der Frequenz linear zu. Die in L₁ induzierte Spannung wird dann zu der Ursprungsspannung V₁ addiert, während die Spannung L₁ dem Gitter der Röhre T₁ zugeführt wird.

Wird der Widerstand R₂, der den inneren Widerstand der Röhre T₁ mit umfaßt, über das ganze interessierende Frequenzband groß gemacht gegenüber dem induktiven Widerstand von L₂, so ist der Strom durch L₂ im wesentlichen mit der Spannung an L₁ in Phase, und die in L₂' induzierte Spannung" steht hierzu senkrecht. Die in L₂' so" induzierte Spannung ist daher im wesentlichen in Phase mit der ursprünglichen Spannung V₁ und nimmt mit der Frequenz quadratisch zu.

Ein Rückblick auf Fig. 1 b zeigt, daß, wenn

.0 Ä die angelegte Spannung V₁ bedeutet, bei einer geeigneten Wahl der Größe und des Vorzeichens der Gegeninduktivitäten M₁ und M₂ die in L₁ induzierte Spannung durch den Vektor A' B" und die in L₂' induzierte Spannung durch B"B' dargestellt werden kann. Beide zusammen ergeben die resultierende Spannung OB', die den gesuchten voreilenden Vektor darstellt.

Im obigen wurde angenommen, daß die Blindwiderstände von L₁ und L₂ gegenüber R₁ und R₂ vernachlässigbar klein sind. Es ist daher wichtig, zu untersuchen, was sich ergibt, wenn die Frequenz so hoch ist, daß diese Annahme nicht mehr gerechtfertigt ist. Um dies zu tun, wählen wir den anderen Weg, indem wir annehmen, daß die Widerstände Vernachlässigbär klein gegenüber den Scheinwiderständen sind. In diesem Falle wird der Vektor A' B" nicht mehr senkrecht zu OA' stehen, sondern wird mit ihm in Phase sein, und B"B' wird mit AB", d.h. mit OA', ebenfalls in Phase sein. Die Spitze des Vektors OB' wird infolgedessen einen Weg beschreiben, der längs A'-B'-C beginnt und eventuell zu einem Punkt OA' zurückkehrt, der nach rechts herausgeschoben ist. Man ersieht daraus, daß, je größer der Frequenzbereich ist, über den die Entzerrung gewünscht wird, der durch die Entzerrungseinrichtung entstehende Vektorbetrag um so größer wird, jedoch ist die \^/Terstärkung stets ! endlich .und zu berechnen. Bei geeigneter { Planung kann die durch den Entzerrer eintretende Verstärkung kleiner gehalten werden als der durch den zu entzerrenden Übertrager entstehende Verlust mit Ausnahme eines sehr schmalen Frequenzbandes, wo der' Verlust höchstens Bruchteile von Nepern überschreitet.

Das in Fig. 2 gezeigte Netzwerk, das nur den grundsätzlichen Aufbau der Phasenentzerrung zeigt, kann durch die in Fig. 3 ge-■ zeigten Verbesserungen vervollständigt werden. Diese zusätzlichen Einrichtungen bestehen aus folgendem:

1. An Stelle der ganzen Spannung V₁ ist

nur ein Bruchteil —^— dem Ausgang zugeführt. Während diese Anordnung einen Verlust in den Stromkreis einführt, gestattet sie kleinere Werte von M₁ und M₂, als sie sonst gebraucht werden, wodurch im Hinblick auf den Kopplungskoeffizienten und die Selbstkapazität Erleichterungen entstehen.

2. Die Hinzufügung eines Armes, der aus einem Widerstand R₁ ¹ in Reihe · mit einer

Kapazität C₁ besteht, wobei -.-i- = R₁ ² ist,

verwandelt den von den Eingangsklemmen aus gesehenen Scheinwiderstand der Einrichtung in einen reinen Wirkwiderstand, wodurch an dieser Stelle jede Phasenverschiebung ausgeschlossen wird.

.3. Die Punkte 3 und 4 in Fig. 2 müssen an einem unbelasteten Stromkreis liegen, andernfalls würden zwischen den Anoden- und Gitterstromkreisen der Röhre T₁ Rückwirkungen entstehen, die zum Pfeifen oder in manchen Fällen zur Unterbrechung der Wirkungsweise der Anordnung führen können. Die Hinzufügung der Röhre 7\> in Fig. 3 verhindert dieses und ermöglicht gleichzeitig, den durch den Potentiometer R₁₁ + R_b entstandenen Verlust auszugleichen. Der Ausgang von T₂ ist hierdurch ein reiner Widerstand, vorausgesetzt, daß ein genügend großer Koppelkondensator C₂ verwendet wird.

Fig. 4 zeigt eine Erweiterung" der Anordnung nach Fig. 3. Sie ist in den Fällen anzuwenden, in denen der Aufbau des zn entzerrenden Stromkreises mehr Elemente enthält, als durch eine Anordnung gemäß Fig. 3 entzerrt \verden können. In der Anordnung gemäß Fig. 4 ist eine zweite Röhre T₂ verwendet, und es wird dort eine zusätzliche Spannung von dem Übertrager L₃', L₃ in Reihe mit dem Widerstand R₃ in den Anodenstromkreis der Röhre T₂ geliefert.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ι. Entzerreranordnung zur Aufhebung der frequenzabhängigen Dämpfungs- und Phasenverzerrungen eines Übertragungssystems über einen breiten Frequenzbereich, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Entzerreranordnung aus der Summe ihrer Eingangsspannung und zweier von der Eingangsspannung über induktive Widerstände abgeleiteter Teilspannungen von solcher Größe und Phase gebildet ist, daß die eine Teilspannung gegenüber der Eingangsspannung um 90° in der Phase verschoben und in ihrer Größe den Frequenzen der Eingangsspannung proportional ist und daß die andere Teilspannung zur Eingangsspannung gegenphasig und dem Quadrat der Frequenzen der Eingangsspannung proportional ist.
2. 2. Entzerreranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zuerst genannte Teilspannung von einem Übertragerausgang herrührt, dessen Primärseite in Reihe mit einem gegenüber dem Übertragereingangswiderstand hochohmigen Wirkwiderstand zu dem Eingang des Entzerrers quergeschaltet ist, und daß die andere Teilspannung vom Ausgang eines zweiten Übertragers herrührt, der mit einem gegenüber dem Eingangswiderstaud des zweiten Übertragers hochohmigen Wirkwiderstand in Reihe g*eschaltet ist, und daß die letztgenannte Reihenschaltung in dem Anodenkreis einer Röhre liegt, deren Gitter und Kathode parallel zu den Eingangsklemmen des ersten Übertragers liegen.
3. 3. Entzerreranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß weitere zusätzliche Spannungen durch stufenweise Ableitung in der gleichen Art gewonnen werden.
4. 4. Entzerreranordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Eingang des Entzerrers ein Widerstand mit in Reihe geschaltetem Kondensator von solcher Bemessung quergeschaltet ist, daß der Eingangswiderstand ohmisch ist.
5. 5. Entzerreranordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung dem Gitter einer weiteren Röhre zugeführt ist.
6. 6. Entzerreranordnung nach Anspruch 1 bis 5 'in ihrer Verwendung zur Phasenrückdrehung und Amplitudenentzerrung bei gegengekoppelten Verstärkern.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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