DK156598B - Modforvraengerkobling for informationssignaler - Google Patents

Description

DK 156598 B

Opfindelsen angâr en modforvrængerkobling for in-formationssignaler, hvilken kobling er udformet pâ lig-nende mâde scm en aktiv Bode-modforvrænger, under anvendelse af en med indgangssignalet pavirket forstærker med modfasede ud-5 gange og med en efterkoblet brokobling.

I tidsskriftet BSTJ 1938, Vol 17, siderne 229-244, er der af H.W. Bode angivet variable modforvrænger-koblinger, for hvilke ogsâ udtrykket Bode-modforvrængere har vundet indpas. Som bekendt er der her taie om kob-10 linger, hvor der i basiskonstruktionen anvendes et shuntet T-led. Til shuntningsgrenen og tværgrenen er der knyttet yderligere koblinger, der ogsâ betegnes som im-pedanskorrekte hjælpefirpoler. Virkemâden og anvendelses-mulighederne for sâdanne modforvrængere er i og for sig 15 kendt, sâledes at der her ikke skal gâs nærmere ind der-pâ. Overf0ringsfunktionen Tr (jü)) for sâdanne modforvrængere kan generelt fremstilles pâ f01gende mâde.

Τ(ίω) 1 "ΘΗ0 ‘ H(ja,) T Mm) = - VJ./. = -—- π ) r TQ 1 +ΘΗ0 H(jm) hvor: -1 ao 20 Tq = qQ = e er grunddæmpningsfaktoren, Θ er en reel koblingskonstant med |Θ| < 1,

Hq er en koblingsafhængig svingkonstant, H(jω) en overf0ringsfunktionens frekvensgang bestem-mende funktion med H(joj) | < 1.

25 De i det foranstâende angivne modforvraEingere er realiseret med koncentrerede elementer, altsâ med mod-stande, spoler og kondensatorer. Hvis man med de nævnte strukturer vil realisere dæmpningsmodforvrængere med store dæmpningssving for |θ| < 1, tiltager den for et 30 forudbestemt dæmpningssving n0dvendige grunddæmpning voldsomt, hvilket n0dvendigg0r anvendelsen af yderligere

DK 156598 B

2 forstærkerkoblinger.

I bestræbe1serne pâ i det mindste delvis at af-hjælpe dette er der i mellemtiden ogsâ angivet aktive inodforvrængerkoblinger. En modforvrænger, der i det 5 mindste i en hvis forstand kan betegnes som aktiv Bode-modforvrænger, er angivet i tidsskriftet IEEE Transactions on Circuits and Systems, VOL. CAS-22, Nr. 5, maj 1975, siderne 415 til 418. Den ved denne kendte modforvrænger optrædende vanskelighed skal navnlig ses i, 10 at en gensidig afb0jning kun er mulig ved hjælp af en variabel negativ modstand. Dette begrænser anvendelses-omrâdet til frekvenser, som ligger under 10 kHz.

En modforvrænger af den indledningsvis angivne art til frekvenser, som ligger under 10MHz, er angivet 15 i littératuretedet IEEE Transactions on Circuits and Systems, VOL. CAS-24, Nr. 6, juni 1977, siderne 318-320. Her realiseres overf0ringsfunktionen (1) pâ formen: . ΘΗ0 H(j ω)

Tr <jü» = 2 <5 -11 (jco) <ja) = ϊ^Η'-.ΗϋΜ) 20 0 under anvendelse af to operationsforstærkere med diffe-rensindgang og differensudgang ved hjælp af modkoblin-ger. Den kendte kobling har den egenskab, at maksimal-svinget er begrænset til - 9 dB, hvorhos dette maksimal-25 sving kun opnâs med Z ( joi) som reaktansnetværk.

Grunddæmpningen er ikke frit vælgelig; den an-drager uafhængigt af svinget 6 dB. Koblingskonstanten |Θ| < 0,5. Ved den praktiske realisering af denne kendte kobling er det en yderligere vanskelighed, at to 30 reaktanstopoler skal være udformet indbyrdes fuldstændig ensartet. Allerede af denne ârsag er koblingen forholds-vis modtagelig for fremstillingstolerancer, idet afvigel-ser fra koblingselementernes nominelle værdier ogsâ for-styrrer koblingens symmetri væsentligt.

DK 156598 B

3

Endelig kendes fra US-PS 3 800 265 aktive gruppe-10betidsmodforvrængere raed en forudgivet overf0rings-funktion, i hvilke modstande hver især er tilsluttet modfasede udgange pâ en forstærker. Med henblik pâ at 5 realisere den forudbestemte overf0ringsfunktion er dette aktive allpaskoblinger (fasefiltre), i hvilke enten den ene eller den anden modstand er reel. Tilsvarende er da den anden modstand imaginær.

Opfindelsen tager sigte pâ sâ vidt muligt at af-10 hjælpe de nævnte vanskeligheder og navnlig at angive koblinger til en aktiv Bode-modforvrænger, hvor f01som-heden over for fremstillingstolerancer minimeres mest muligt, og hvor derudoyer den indledningsvis angivne overf0ringsfunktion for den passive Bode-modforvrænger 15 bibeholdes ogsâ i et langt over 10 MHz liggende frek-vensomrâde. Derudover skal der selv med tabbehæftede netværk kunne opnâs væsentligt st0rre maksimalsving.

Med udgangspunkt i en modforvrænger af den indledningsvis nævnte art 10ses denne opgave if01ge op-20 findelsen ved, at en f0rste forstærkerudgang er forbun-det med en f0rste- ende af .en £0rste reel modstand, som danner en f0rste brogren, og med en f0rste ende af en anden reel modstand, som danner en anden brogren, at en anden forstærkerudgang er forbundet med en f0rste ende af en 25 tredje reel modstand, som danner en tredje brogren, og en f0rste ende af en topol, som danner en fjerde bro^-gren, og som udg0res af et med afslutningsmodstand kob-let, karakteristisk-impedanskorrekt shuntet T-led, og foran hvilken der pâ indgangssiden er indkoblet enten 30 en fjerde reel modstand i sérié eller en femte reel modstand i parallel, at en anden ende af den f0rste reelle modstand og en anden ende af topolen ligger pâ referen-cepotential, og at modforvrængerkoblingens udgangsspæn-ding i forhold til referencepotentialet ligger over de 35 med hinanden forbundne andre ender af den anden reelle modstand og af den tredje reelle modstand.

DK 156598 B

4

Fordelagtige udf0relsesformer og anvendelser er angivet i underkravene.

Opfindelsen er i det f0lgende forklaret nærmere pâ grundlag af udf0relseseksempler under henvisning til 5 tegningen, hvor fig. I viser et diagram med en transistor som forstærker, fig. 2 det i fig. 1 med betegnede b01geim- pedanskorrekte shuntede T-led, og 10 fig. 3 en generel kobling som bygger pâ figurerne 1 og 2.

I udf0relseseksemplet i fig. 1 anvendes der som forstærker V et transistortrin, som over en jævnspæn-dingsf0deledning 3 er forbundet med den positive til- / 15 slutning pâ en jævnspændingskilde, hvis négative til-slutning er forbundet med den stelforbundne tilslutnings-ledning. Basisforspændingen udvindes pâ kendt mâde over en spændingsdeler med modstande 4 og 5, og desuden er der mellem jævnspændingskildens positive og négative 20 tilslutning indkoblet en kondensator 6 med kapacitets-værdien O. Henvisningen skal her betyde, at der skal opnâs en jævnspændingsadskillelse, hvorved kapaci-tetsværdien af den tilh0rende kondensator er sâ stor, at vekselspændingssignaler praktisk taget kortsluttes. Ind-

DK 156598B

5 gangsvekselspændingen Xigger mellem tilslutnings- klemmerne 1 og 1 ', og den bliver over en koblings-kondensator C tilf0rt transistorens basis. Udgangs-klemmerne er betegnet med 2 og 2", og pâ disse kan 5 udgangsvekselspændingen U2 aftages over en belast-ningsmodstand R^* Det der ligeledes viste "<»"-tegn skal antydef at afslutningsmodstanden sâ vidt mu- ligt ikke skaï belaste forstærkertrinnet V. Mellem jævnspændingstilslutningen 3 og kollektoren ligger der 10 en modstand Rç, og mellem emitteren og reference- potentialet ligger der en modstand R^, til hvilken der er knyttet en firpol P^. Firpolen P^ er afsluttet med afslutningsmodstanden kW^ (0<k<«>) . Efter kollektoren f01ger der en kondensator, hvis kapacitetsværdi 15 ligeledes er angivet med O, og det samme gælder for emitteren. Ogsâ her skal det antydes, at disse kondensa-torer alene tjener til jævnstr0msadskillelse og for driftsfrekvensomrâdets vekselstr0mssignaler praktisk ta-get ikke udg0r nogen impedans. Efter denne kondensator 20 er der i kollektorgrenen indkoblet en modstand pR2 og i emittergrenen en modstand R2. Sammenkoblingen af disse to modstande Î0rer umiddelbart til udgangsklemmen 2. Den viste koblingsudformning lader erkende, at forstærkertrinnet V har to udgange A-^ og A2/ pâ 25 hvilke signalerne ligger i modfase til hinanden. Den viste kobling har en brokoblings egenskaber, og f01gelig dannes den f0rste brogren af modstandene pR2 og R2·

Den anden brogren dannes af modstanden R^, som over kondensatoren 6 vekselspændingsmæssigt ligger pâ refe-30 rencepotential, og endvidere af indgangsmodstanden pâ det b01geimpedanskorrekte shuntede T-led sammen med den i udf0relseseksemplet i sérié forkoblede modstand

Rl*

Om de her beskrevne koblingers egenskaber skal 35 f0lgende nævnes.

Ved begrebet "aktiv Bode-modforvrænger" skal for-stâs modforvrængerstrukturer, som opfylder de f01gende anfordringer:

DK 156598 B

6

De skal i det mindste indeholde et aktivt element som intégral bestanddel af modforvrængeren, endvidere skal overf0ringsfunktionen være entydigt bestemt ved (1), og endelig skal daempningssvinget Aa (ω,Θ) i det 5 mindste i et vist omrâde være uafhængigt af den fordrede grunddæmpning.

Den i fig. 1 viste kobling opfylder disse betin-gelser. Sâledes gælder det for en svingsymmetrisk mod-forvrænger med P^ if01ge fig. 2: Τ(ιω) 1 "ΘΗο * H (jü)) 10 T (iü)) = — J··-·· = --- · ni

r u ; TQ 1 + ΘΗο· H (jW) UJ

med: Θ = £-=-y- o < k < œ | Θ | < 1, (2) 1 " P+l qo

Ho = - qo > O Hq < lf (3) 1 + 5+ï H(jm) = 1 +^§£- J 2 (4> 15 for dimensioneringen: ^ = γ+τ % - a (5) mea: “ = f1 + ζ" ' <6> hvor y,, betegner den komplekse kortslutnings-over-f0ringsadmittans for transistoren i emitterkobling.

η λ R = R, - - —--E · — · W (7) 20 c 1 p q o v ' c o P > w^TrT (8) O 1

Med henvisning til fig. 2 gives der i det f0lgen-de en nærmere forklaring af den med betegnede

DK 156598E

7 hjælpefirpol, nemlig det b01geimpedanskorrekte shuntede T-led.

Som det umiddelbart fremgâr af diagrammet i fig.

2, er der her pâ i og for sig kendt raâde taie om et 5 shuntet T-led, i hvis længdegrene der er indkoblet mod- stande W . I tværgrenen ligger der en modstand med υ 2 modstandsværdien Wn /Z„, og i shuntningsgrenen ligger der en modstand Z„, fordi shuntgrenen og tværgrenen i L· henseende til deres dimensionering er modstandsreciprok-10 ke til Wq.

Fig. 2 viser naturligvis kun et sâdant shuntet T-leds grundkobling. Alt efter de fordringer, der stil-les til modforvrængeren, kan der her pâ kendt mâde ogsâ anvendes kædekoblinger af sâdanne b01geimpedanskorrekte 15 T-led.

Fig. 3 viser en aktiv Bode-modforvrænger pâ generel koblingsform. Af hensyn til overskueligheden er der ikke indtegnet jævnspændingsforsyninger, og virk-ningsmæssigt til hinanden svarende elementer er betegnet 20 med de samme henvisninger som i fig. 1, sâledes at den dertil h0rende beskrivelse umiddelbart ogsâ kan anvendes analogt til den i fig. 3 viste kobling. Fig. 3 lader ogsâ erkende, at den efter udgangen A1 indkoblede kondensator O ogsâ kan være indkoblet foran udgangs-25 klemmen 2, sâdan som det er indtegnet med punkterede linier. Som indledningsvis nævnt er der her taie om en jævnstr0msadskillelse, for hvilken der eventuelt ogsâ kan tænkes andre muligheder.

Endvidere er der i fig. 3 med punkterede linier 30 indtegnet en mulig koblingsvariant. Det fremgâr deraf, at modstanden R^ ikke tvingende n0dvendigt skal være indkoblet pâ sin vis i sérié foran det b0lgeimpedans-korrekte T-led P^. I stedet kan en modstand R'ogsâ eksempelvis ved svingusymmetriske modforvrængere væ-35 re koblet parallelt med det b01geimpedanskorrekte T-led P^'s variable indgangsmodstand, hvorhos det selvf01ge-lig skal pâses, at ogsâ modstanden R1^ samtidigt er forbundet med forstærkeren V's udgamg A2> Som for-

DK 156598 B

8 stærker V kan der anvendes i og for sig vilkârlige forstærkerkoblinger, eksempelvis ogsâ operationsfor-stærkere. Ogsâ forstærkere med modkoblingssl0jfer mellem udgangene A^ og A2 kan komme pâ taie. Det er kun 5 væsentligt, at forstærkeren V indeholder to ligeværdi-ge, modfasede, altsâ inverterende udgange og A2·

Disse udgange skal være afsluttet med modstandene pR2 og R2 og tilmed skal den ene, i eksemplet altsâ for-stærkerudgangen A2, være afsluttet med en variabel af-10 slutningsimpedans X.

Impedansen X, der jo er sammensat af modstanden R^ henholdsvis modstanden R'^ og det b0lgeimpedans-korrekte T-led P^'s indgangsmodstand, kan varieres ved variation af afslutningsmodstanden kW^. Navnlig 15 ved anvendelse af sâdanne modforvrængere i bæreb0lge-frekvenssystemer eller ogsâ i regeneratorer i PCM-over-f0ringssystemer vil man være interesseret i at udforme modforvrængeren som en sâkaldt automatisk modforvrænger, hvilket altsâ vil sige som en styrbar modforvrænger.

20 I dette tilfælde er det fordelagtigt helt eller delvis at erstatte afslutningsmodstanden kWQ med en styrbar modstand. Der tænkes her navnlig pâ PIN-dioder eller pâ NTC-ledere. I dette tilfælde vil da en i over-f0ringssystemet frembragt styrespænding yderligere blive 25 tilf0rt umiddelbart til PIN-dioden eller til NTC-lede-ren, hvorved modstandsværdien af afslutningsmodstanden kWQ ændres.

Claims (4)

1. Modforvrængerkobling for informationssignaler, hvilken kobling er udformet pâ lignende mâde som en ak-tiv Bode-modforvrænger under anvendelse af en med ind-gangssignalet (U^) pâvirket forstærker (V) med modfasede 5 udgange (A-j^) og med en efterkoblet .brokobling, k e n-detegnet ved, at en f0rste forstærkerudgang (Al) er forbundet med en f0rste ende af en f0rste reel mod-stand (Rc), som danner en f0rste brogren, og med en f0r-ste ende af en anden reel modstand (pï^)t som danner en 10 anden brogren, at en anden forstærkerudgang (A2) er forbundet med en f0rste ende af en tredje reel modstand (R2), som danner en tredje brogren, og en f0rste ende af en to-pol, som danner en fjerde brogren, og som udg0res af et med afslutningsmodstand (kWo) koblet, karakteristisk-im-15 pedanskorrekt shuntet T-led (P1), og foran hvilken der pâ indgangssiden er indkoblet enten en fjerde reel modstand (RI) i sérié eller en femte reel modstand (R1‘) i parallel, at en anden ende af den f0rste reelle modstand (Rç) og en anden ende af topolen ligger pâ referencepo-20 tential ( 1 *,21 ) , og at modforvrængerkoblingens udgangs-spænding (t^) i forhold til referencepotentialet ( 1 ',2') ligger over de med hinanden forbundne andre ender af den anden reelle modstand (pR2> og af den tredje reelle modstand (R2 ) ·

2. Kobling if01ge krav 1, kendetegnet ved, at der pâ mindst en af forstærkerudgangene er indkoblet en kondensator (C<») .

3. Kobling if01ge krav 1 eller 2» k e n d e t e g-n e t ved, at det shuntede T-leds (P^) variable af- 30 slutningsmodstand (kWQ) er udformet som en styrbar modstand, navnlig som PIN-diode eller som NTC-termistor.

4. Kobling if0lge et eller flere af de foregâende krav, kendetegnet ved dens anvendelse som automatisk modforvrænger i regeneratorer i PCM-over- 35 f0ringssystemer.