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Mehrstufiger, galvanisch durchverbundener Gegentåktverstärker Die
Erfindung betrifft einen mehrstufigen, galvanisch durchverbundenen Gegentaktverstärker
mit zwei in Emitterschaltung betriebenen Transistoren einer Gegentakt-Vorstufe und
zwei über Emitterwiderstände in Emitterschaltung betrie benen Transistoren einer
Gegentakt-Eiidstuf'e sowie zwei Gleichstrom-Parallelgegenkopplungswiderständen,
von denen je einer den Emitter eines Transistors der Endstufe mit der Basis eines
'2rlnsistors der Vorstufe im gegenkoppelnden Sinn verbindet.
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Ein Verstärker der vorstehend angegebenen Art ist aus der deutschen
Auslegeschrift 1 166 833, insbesondere Fig. 1, bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen symmetrisch aufgebauten Verstärker
mit besonders stabilen Eigenschaften zu schaffen, der sich gut für den Aufbau in
integrierter Technik eignet.
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Erfindungsgemäß ist der Verstärker der eingangs-genannten Art durch
zwei Rückkopplungswiderstände gekennzeichnet, von denen je einer einen Schaltungspunkt
mit kollektorseitigem Potential eines der ransistoren der Endstufe mit einem Schaltungspunkt
mit kollektorseitigem Potential eines der vransistoren der Vorstufe derart verbindet,
daß die Zuordnung der Transistoren der Vorstufe zu denen der Endstufe hinsichtlich
der Gleichstrom-Parallelgegenkopplungs widerstände einerseits und der Rückkopplungswiderstände
andererseits
umgekehrt ist.
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Durch Anwendung dieser Maßnahmen wird bei einer ausgezeichneten Stabilisierung
der Gleichstromarbeitspunkte der beiden Verstärkerzüge und deren Weehselstromparameter
eine besonders gute Symmetrierung erreicht.
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Die Erfindung wird anhand des in den Figuren 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert, ;wobei Fig. 2 ein Detail des in Fig. 1 vereinfacht
dargestellten Verstärkers zeigt.
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Das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 zeigt einen Leitungsverstärker,
welcher insbesondere für die Video-Übertragung von Bildfernsrechsignalen auf symmetrischen
Teilnehmeranschlußlc-itungen des Fernsprechnetzes Verwendung finden kann. Die Leitungsverstärker
sind hierbei über einen Gleichstrom-Fernspeisekreis ferngespeist, wobei der Fernspeisegleichstrom
sich jeweils über die beiden Adern einer Doppelleitung gleichmäßig aufteilt und
der gesamte Fernspeisekreis als Phantomkreis der beiden Doppelleitungen der beiden
tfl)ertragungsrichtungen gebildet ist.
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Der grundsätzliche Aufbau des Leitungsverstärkers ist in Fig. 1 dargestellt.
Es handelt sich um einen dreistufigen Verstärker mit zwei in Gegentaktschaltung
arbeitenden Verstärkungszügen, bei denen jeder Verstärkungszug galvanisch durchverbunden
ist, so daß der Verstärkerkern selbst keine Kondensatoren enthält und dadurch leicht
in integrierter Schaltung aufgebaut werden kann.
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Die zwei Transistoren TI und T2 der Gegentaktvorstufe arbeiten jeweils
in Emitterschaltung und sind je über einen Emitterwiderstan R3 bzw. R4 mit dem'Schaltungspunkt
des emitterseitigen Versorgungsspannungspotentials des Verstärkers verbunden. Die
beiden Transistoren T3 und T4 der Treiberstufe arbeiten in und sind emitterseitig
jeweils über ein Emitterwiderstand R15 bzw. Rx6 mit dem Schaltungspunkt des,emitterseitigen
Versorgungsspannungspotentials verbunden und basisseitig jeweils an den Kollektor
eines der Transistoren T1 bzw. T2 angeschlossen. Die beiden Transistoren T5 und
iX der Endstufe arbeiten wiederum in Emitterschaltung und sind emitterseitig jeweils
über einen der Widerstände R17 und R18 mit dem emitterseitigen Potential des Verstärkers
verbunden und basisseitig jeweils an einen der Emitter der Transistoren T3 bzw.
T4 angeschlossen. Weiterhin sind die Kollektoren der Transistoren T3 und T5 unmittelbar
an die eine Ader L3 der abgehenden Leitung und die Kollektoren der Transistoren
T4 und T6 an die andere Ader L4 der abgebenden Leitung angeschlossen. Sodann sind
zwei Gleichstrom-Parallelgegenkopplungswiderstände R11 und R12 vorgesehen, von denen
je einer den Emitter eines Transistors der Endstufe mit der Basis eines Transistors
dcr Vorstufe im gegenkoppelnden Sinn verbindet. Im einzelnen verbindet der Widerstand
R11 den Emitter des ersten Transistors T5 der Endstufe mit der Basis des ersten
Transistors T1 der Yorstufe,und es verbindet der Widerstand R12 den Emitter des
zweiten Transistors T6 der Endstufe mit der Basis des zweiten Transistors T2 der
Vorstufe, so daß in jedem der beiden Verstärkungszüge (T1, T3, T5 einerseits und
T2, 24, T6 andererseits) eine gute Stabilisierung der Gleichstromarbeitspunkte einerseits
und der Wechselstromparameter andererseits gewährleistet ist.
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Die besonders gute Symmetrie der beiden Verstärkungszüge zueinanderwird
durch zwei Rückkopplungswiderstände R13 und R14 erreicht, von denen je einer einen
Schaltungspunkt mit kollektorseitigem Potential eines der Transistoren T5 bzw. T6
der Endstufe mit einem Schaltungspunkt mit kollektorseitigem Potential eines der
Transistoren T1 bzw. T2 der Vorstufe derart verbindet, daß die Zuordnung der Transistoren
der Vorstufe zu denen der Endstufe hinsichtlich der Gleichstrom-Parallelgegenkopplungswiderstände
R11, R12 einerseits und der Rückkopplungswiderstände R13, R14 andererseits umgekehrt
ist. Im vorliegenden Fall verbindet somit der erste Rückkopplungswiderstand R13
den Kollektor des ersten Transistors T5 der Endstufe mit dem Kollektor des zweiten
Transistors 22 der Vorstufe, und es verbindet der zweite Rückkopplungswiderstan
R14 den Kollektor des zweiten Transistors T6 der Endstufe mit dem Kollektor des
ersten Transistors T1 der Vorstufe. Durch diese Art der kreuzweisen Rückkopplung
wird bei einer ausgezeichneten Stabilisierung, der Gleichstromarbeitspunkte eine
besonders.gute Symmetrierung und Stabilisierung, der beiden Verstärkungszüge, erreicht.
Diese Eigenschaften werden noch weiter verbessert durch die vier Widerstände R5,
R6, R7 und R8, die in folgender Weise geschaltet sind: Zwischen dem Kollektor des
ersten Transistors T5 der Endstufe und dem Emitter des zweiten Transistors T6 der
Endstufe ist eine erste Serienschaltung der beiden Widerstände R5 und R7 angeschaltet.
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An den Verbindungspunkt der beiden Widerstände R5 und R7 ist der Emitter
des ersten Transistors Tl der Vorstufe angeschlossen. Zwischen dem Kollektor des
zweiten Transistors T6 der Endstufe und dem Emitter deo ersten Transistors T5 der
Endstufe ist eine zweite Serienschaltung der beiden Widerstände R6 und R8 angeschaltet,
wobei an den Verbindungspunkt der beiden Viderstände R6 und R8 der Emitter des zweiten
Transistors T2 der Vorstufe angeschlossen ist.
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Ergänzt werden die vorbeschriebenen Gegenkopplungsmaßnahmen durch
einen ersten zusätzlichen Widerstand R9 zwischen dem Kollektor des ersten Transistors
T5 der Endstufe und der Basis des zweiten Transistors T2 der Vorstufe sowie einen
zweiten zusätzlichen Widerstand RiO zwischen dem Kollektor des zweiten Transistors
T6 der Endstufe und der Basis des ersten Transistors TI der Vorstufe.
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Die vorgenannten Rückkopplungsmaßnahmen können in ihrer Gesamtheit
so dimensioniert werden, d:iß der Verstärker a seinem Ausgang aktiv an den Wellenwiderstand
der Leitung bei hohen Frequenzen angepaßt wird (z.B. Innenwiderstand von Ri = 130
g). Es müssen keine passiven Bauelemente, z.Bv in Reihe zu den Kollektoren der Transistoren
T5 und T6 und zu den Leitungen L3 und L4 geschaltet werden, um die gewünschte Anpassung
zu erreichen. Damit ergibt sich ein guter Wirkungsgrad für den Verstärker und der
Gleichspannungsabfall am Verstärker ist, wie erwünscht, bei einer vorgegebenen Aussteuergrenze
vergleichsweise sehr klein.
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Die Ansteuerung der beiden Verstärkungszüge durch die Signale der
Adern LI und L2 der ankommenden Leitung geschieht über die beiden Koppelkondensatoren
C1 und C2.
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Der Eingang des Verstärkers ist so hochohmig, daß mit einer Bemessung
von 1,5 µf für die beiden Koppelkondensatoren Cl und 02 eine untere Grenzfrequenz
entsteht, die weit unter dem Wert von einigen Hertz liegt, welcher für die Übertragung
von Video-Signalen notwendig ist.
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Die Gleichstromversorgung geschieht mit Konstant strom-Speisung über
die gleichstrommäßig parallelgeschalteten Signaladern L1, L2 auf der Eingangsseite
und L3, B4 auf der Ausgangsseite. Dabei dient der auf der'Ader L3 ankommende Gleichstrom
zur Versorgung der ersten Verstärkerhälfte und der auf der Ader L4 ankommende Gleichstrom
zur Versorgung
der zweiten Verstärkerhälfte. Der Strom sammelt sich
an einem Schaltungspunkt, welcher das emitterseit-ige Versorgungsspannungspotential
des Verstärkers darstellt. Mit diesem Schaltungspunkt sind sodann die beiden Gleichstrom-Zufirfirungswiders
tände Ri und R2 verbunden, deren jeweils diesem Schaltungspunkt abgewendeter Anschluß
mit dem dem Verstärker abgewendeten Anschluß des Kopplelkondensators C1 bzw. C2
verbunden ist. Die beiden Stromzuführungswiderstände RI und R2 sind jeweils auf
den halben Wellenwiderstand der ankommenden Leitung lii, L2 bemessen und übernehmen
die Anpassung des Eingangswiderstandes des Verstärkers an diese Leitung für hohe
Frequenzen (z.B. Wellenwiderstand Z = 130 # Zum Zwecke der Entzerrung der Leitungsdämpfung
weist der Verstärker einen Vorentzerrer-Vierpol B-i und einen Entzerrungszweipol
E2 auf, welche der besseren Übersichtlichkeit halber in der allgemeinen Darstellung
nach Fig. 1 nicht enthalten sind und dafür als Detail i Fig. 2 näher dargestellt
sind. z Fig. 2 zeigt, daß zwischen die Gleichstromzuführungswiderstände R1 und R2
und die Koppelkondensatoren C1 und C2 jeweils ein Längswiderstand R19 bzw. R20 und
ein nachfolgender Querwiderstand R21 angeschaltet sind, an welche der einstellbare
Vorentzerrer-Vierpol El anschaltbar ist.
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Weiterhin ist der Quersriderstand R21 durch einen weiteren Querwiderstand
R22 abgleichbar.
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Der Vorentzerrervierpol E1 wird relativ niederohmig gespeist, da RI+R2'=
130 # ist, und außerdem relativ hochohmig belastet durch R21, R22 und dem auf Grund
der speziellen Gegenkopplungen hochohmigen Eingangswiderstand des Verstärkers. Die
Impedanzen des Vorentzerrervierpols El können daher vorteilhafterweise so gewählt
werden, daß sie ausreichend
hochohmig gegen R1+R2 = 13Q Q sind
und damit' den Abschluß der Leitungen Ll und L2 nicht merkenswert beeinflussen.
Außerdem ergeben sich durch diese Dimensionierung keine sehr großen Kapazitätswerte.
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Parallel zu den beiden Emitterwiderständen R3 und R4 der Transistoren
T1 und T2 der Vorstufe ist der einstellbare Entzerrungszweipol 32 anschaltbar, durch
welchen die Gegenkopplung des Verstärkers derart frequenzabhängig eingestellt werden
kann, daß die Verstärkung im oberen Frequenzbereich bis über das Nutzband mit einer
oberen Grenzfrequenz von ca. 1 IGHz hinaus an die Kabeldämpfung derart angepaßt
werden kann, daß auch die Laufzeitverzerrungen der Leitung, die mit der Dämpfung
in minimalphasigem Zusammenhang stehen, mit/korrigiert werden. In diesem Frequenzbereich
liegt die Verstärkung genügend über dem Minimaiwert. Bei tiefen Frequenzen, bei
denen die Leitungsdämpfung unter der Minimalverstärkung liegt, wird der gewünschte
Frequenzgang passiv mit dem Vorentzerrer B: eingestellt Durch diese Aufteilung des
gesamten zu entzerrenden Frequenzbereiches in zwei Bereiche entstehen folgende Vorteile:
Der Dämpfungsverlauf bei hohen Frequenzen ist in erster Näherung von der Art der
verwendeten Leitung unabhängig. Man kann also den notwendigen Entzerrungszweipole
32 für die Gegenkopplung allein nach der Verstärker felddämpfung bei 1 MHz bestimmen.
Bei tiefen Frequenzen, etwa unter 300 kllz, hängt die Verstärkerfelddämpfung zusätzlich
stark von der verwendeten Leitungstype ab. I diesem Bereich wird die Verstärkung
durch den einstellbaren Vorentzerrer-Vierpol El an die Leitung angepaßt.
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Damit der Verstärker für alle vorizommenden Falle den Erfordernissen
angepaßt werden kann, sind der Vorentzerrer E1 und der im Gegenkopplungsweg liegende
Entzerrungszweipol E2 steckbar ausgefühbt. Diese Einheiten E1 und E2 werden nun
im
Einsatzfall zweckmäßigerweise entsprechend den unterschiedlichen Leitungsdämpfungen
bereitgehalten. Der Entzerrungszweipol E2 kann unter Umständen einheitlich sein.
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Im unteren Frequenzbereich, der durch den Vorentzerrer EI entzerrt
wird, hängt die Dämpfung sowohl von der Leitungslänge wie auch von der Art der verwendeten
Leitung ab. Bs ist anzustreben, für jede Doppeladertype einheitliche Feldlängen
einzuführen, da dann die Leitungsverstärker zumindest bei gleichartigen Leitungen
einheitlich werden.
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Bei den ganz tiefen Frequenzen ist die Verstärkung frequenzunabhängig
und wird durch den zusätzlichen Querwiderstand R22 hinter dem Vorentzerrer-Vierpol
EI abgeglichen. Im anschließenden Frequenzbereich (von einigen Kilohertz bis etwa
50 kHz) wird der Verstärker durch die Längsimpedanz des Vorentzerrers auf die Leitungseigenschaften
eingestellt.
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Durch die Aufteilung der Entzerrung auf drei punkte wird eine gute
Entzerrung mit wenigen Mitteln ermöglicht. Die Betzexrer-Sweipole' sind in einfacher
Weise ails RC-Gliedern aufbaubar, die keine extrem großen Kapazitätswerte enthalten.
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Gegen die Wirkung von Beeinflussimgsspannungen ist der Verstärker
durch nicht näher dargestellte Überspaniiungsableiter geschützt.
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9 Patentansprüche 2 Figuren