DE2456577A1

DE2456577A1 - Breitbandige verstaerkeranordnung fuer intermittierende signale

Info

Publication number: DE2456577A1
Application number: DE19742456577
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Petit
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1973-11-30
Filing date: 1974-11-29
Publication date: 1975-06-05
Also published as: FR2280246A2; FR2253311B1; FR2253311A1; DE2456577C3; NL7415456A; FR2280246B2; GB1490730A; DE2456577B2

Description

PATENTANWALiE

OiFVRlCN LEWINSKY

HEiNz-JOACHiMHUBER 29.November 1974

REINER PRIETSCH 8137-ΐν/κ

Thornson-CSF, Paris, Bid,Haussmann 173 (Prankreich)

"Breitbandige Verstärkeranordnung für intermittierende Signale"

Priorität vom 30.November 1973 aus der französischen Patentanmeldung 73 42765

Die Erfindung betrifft eine breitbandige Verstärkeranordnung hoher Verstärkung für intermittierende Signale, mit einer Anzahl i direkt gekoppelter Verstärkerstufen und einer Gegenkopplungsschleife, die ein Tiefpaßfilter bestimmter Zeitkonstante ent- ; hält. Insbesondere ist hierbei an lineare oder logarithmische ■ Verstärkeranordnungen gedacht, die in der Lage sind, mit maxi- .' maler Wiedergäbetreue Videosignale wie etwa Impulse zu übertra- j gen, deren Amplitudendynamik beträchtlich ist. j

Derzeit ist es nicht möglich, einen Verstärker hoher Verstärkung ! und großer Bandbreite mit einer einzigen Verstärkungsstufe zu j bauen. Vielmehr sind mehrere Stufen notwendig. Diese Stufen sind entweder direkt oder kapazitiv gekoppelt.

Bei den kapazitiv gekoppelten Verstärkern kann der Gleichspan- · nungsanteil des Videosignals nicht übertragen werden. Nimmt, man beispielsweise an, daß ein positiver Rechteckimpuls am Eingang der Verstärkeranordnung anliegt, so lädt sich die Koppelkapazität, die den Ausgang der ersten Stufe mit dem Eingang der zweiten Stufe verbindet, während der Dauer des Impulses auf. Vom Ende des Impulses an läßt die Entladung der Kapazität einen negativen Impuls entstehen, die den Rest der Verstärkeranordnung in die Sättigung treibt. Die Dauer dieses Impulses, die im folgen-

509823/0867

den als "Desensibilisierungszeit" bezeichnet wird, ist um so länger, je größer der Wert der Koppelkapazität ist. Darüber hinaus ist der übertragene Impuls nicht mehr rechteckig. Es hat eine Differenzierung des Videosignals stattgefunden.

Verstärkeranordnungen mit direkter, also galvanischer Kopplung ■ zwischen den einzelnen Stufen sind von diesen Nachteilen frei, besitzen jedoch andere Nachteile. Insbesondere schwankt die Ausgangsspannung bei konstanter Eingangsspannung in Abhängigkeit . von der Temperatur, den Versorgungsspannungen usw.

Die Eingangsgleichspannung, die einer Ausgangsspannung Null entspricht, und die als Restspannung oder Offsetspannung bezeichnet wird, unterliegt ebenfalls Schwankungen, übliche Verstärker sind im allgemeinen mit Schaltungen zur Kompensation der Restspannung ausgerüstet. Um die Schwankungen der letzteren ' zu beseitigen, ist es bekannt, zwischen dem Eingang und dem Aus-· gang der Verstärkeranordnung eine Gegenkopplungsschleife vorzusehen, die ein Tiefpaßfilter enthält. Die Gleichspannungsgegen-I kopplung beseitigt zwar die Schwankungen, jedoch werden dadurch j Videosignale langer Dauer im Verlauf ihrer übertragung geän- ' dert. Sie sind symmetrisch in Bezug auf das Bezugspotential ver-j· schoben und die Desensibilisierungszeit ist außerordentlich » hoch. '

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkeranordnung der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die von diesen Nachteilen frei ist und intermittierende Signale, insbesondere Videosignale mit größter Treue überträgt wobei die Gleichspannungskomponente dieser Signale korrekt wieder hergestellt ist.

Die Lösung dieser Aufgabe sowie vorteilhafte Ausführungsformen j hiervon sind in den Patentansprüchen angegeben.

509823/0867

In" der Zeichnung ist die Verstärkeranordnung nach der Erfindung anhand von beispielsweise gewählten Ausführungsformen im Blockschaltbild schematisch vereinfacht wiedergegeben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Verstarkeranordnung nach, der Erfindung für nicht einer Gleichspannung überlagerte Signale,

Fig. 2 eine Weiterbildung der Verstarkeranordnung

für Eingangssignale, die einer Gleichspannung überlagert sind,

Figuren 3_S ^ und 5 andere Weiterbildungen der Verstärkeranordnung nach der Erfindung,

Fig. 6 verschiedene mögliche Ausführungsformen einer Weiterbildung des Verstärkers nach der Erfindung, die ein korrektes Arbeiten nach dem Einschalten gewährleisten,

Fig. 7 eine Weiterbildung der Ausführungsform nach . Hg. 3,

Fig. 7 die Verwendung der Verstarkeranordnung nach der .Erfindung in Verbindung mit einem Funküberwachungsempfänger und

Fig. 9 eine Weiterbildung des Empfängers nach Fig. 8.

Die in Fig.l dargestellte Verstärkeranordnung umfaßt mehrere hintereinander geschaltete Verstärkerstufen. Lediglich die erste Verstärkerstufe Al und die letzte Verstärkerstufe An j sind dargestellt. Die Gesamtheit der Verstärkerstufen- Al bis | An ist mit dem Bezugszeichen A bezeichnet. Jede der Verstärkerstufen besteht beispielsweise aus einem breitbandigen Ver- i stärker, der jedoch wegen der zu erzielenden hohen Bandbreite eine niedrige Verstärkung besitzt. Mit dem Eingang der Verstärkerstufen A ist eine Subtrahier schaltung B. verbunden (die i eine erste Verstärkerstufe mit Differenzeingängen sein kann). ^!

-4 - j

509823/086·?

j Die Subtrahierschaltung ist mit ihrem positiven Eingang (+) mit dem Eingang E der Anordnung und mit ihrem negativen Eingang (-) mit der Gegenkopplungsschleife verbunden. Diese Schleife umfaßt eine Kapazität Cl, die zwischen die Subtrahierschaltung B und das Bezugspotential, also Masse, geschaltet ist sowie einen Widerstand Rl in Serie mit einem Unterbrecher SW. Ein Schwellwertvergleicher D erhält einerseits das an einem Anschluß V anliegende Bezugssignal und andererseits das Ausgangs- ! signal der Verstärkerstufen A. Der Ausgang des Vergleichers ist mit dem Unterbrecher SW derart verbunden, daß dieser öffnet, sobald das Ausgangssignal bei S größer als der Schwellwert bei V ist. Der Unterbrecher SW kann vorteilhaft ein Feldeffekttransistor sein, der an seiner Steuerelektrode (gate) die Steuersignale des Vergleichers D erhält. Selbstverständlich liegt zwischen dem Vergleicher und dem Unterbrecher eine Interfaceschaltung. Zur Vereinfachung der Erläuterungen ist jedoch angenommen, daß diese Schaltung einen Teil des Vergleichers bildet. Die Anordnung arbeitet wie folgt:

Wenn am Eingang E keinerlei Signal anliegt, tritt am Ausgang S ebenfalls keinerlei Signal auf.. Für den Fall, daß am Ausgang ein gewisser Rauschpegel auftritt, wird der Pegel des bei V anliegenden Bezugsschwellwertes auf einen über diesem Rauschpegel j liegenden Wert festgesetzt. In diesem Fall hält das Ausgangssignal des Vergleichers D den Unterbrecher SW geschlossen und j die Gegenkopplungsschleife ist ebenfalls geschlossen. Die Ka- ; . pazität Cl lädt sich folglichjUber den Widerstand Rl auf den Wert der Rest- oder Offsetspannung des Verstärkers auf, also auf einige Millivolt. Das Ausgangssignal bleibt somit bei fehlendem Videosignal am Eingang nahezu immer gleich Null und das Bezugspotential Null ist, solange keine Signale am Eingang auftreten, immer auf dem Massepotential.

- 5 ^ 5098 23/086 7

ι Wenn am Eingang ein Signal anliegt, steuert der Vergleicher D \ das öffnen der Gegenkopplungsschleife, sobald der Signalpegel j am Ausgang den Schwellwert überschreitet. Während der gesamten j Dauer des Signales bleibt die Gegenkopp lungs schleife aufgetrennt.! Die Verstärkung der Verstärkeranordnung ist somit im gesamten ; Frequenzband, einschließlich der Gleichspannungen, maximal und j die Signale werden am Ausgang S mit einer großen Wiedergabetreue I abgegeben. · |

Während dieser Zeit speichert die Kapazität Gl den Wert der Restoder Off set spannung. Auf diese Weise kann die Amplitude der Ausgangssignale stets in Bezug auf das Massepotential gemessen werden, das in jedem Augenblick das Bezugspotential bleibt. Es tritt daher keine Veränderung oder Verschiebung des Videosignals ein.

Die einzige Verschiebung, die während der" Dauer des Signals auftreten kann, schwankt aus der Ladung oder Entladung der Kapazi- ι tat Cl, was über den Eingang der Subtraktionsschaltung B, über
den Unterbrecher SW oder auch infolge der eigenen Leckverluste
des Kondensators Cl eintreten kann. Durch Verwendung von Feld- ' effekttransistoren sowohl am Eingang der Subtraktionsschaltung ; B als auch für den Unterbrecher SW sind diese Mängel jedoch auf . ein Minimum reduzierbar. Es ist folglich möglich, intermittie- \ rende Videosignale, deren Dauer eine Sekunde erreichen kann, j ohne merkbare Beeinträchtigungen oder Verschiebungen zu ver- ' stärken. |

Im Fall der Erfindung muß die Gegenkopplungsschleife eine sehr
hohe Impedanz besitzen um die in der Kapazität Cl gespeicherte
Rest- oder Offsetspannung aufrecht zu erhalten. Es ist möglich,
die Impedanz des die Gegenkopplungsspannung aufnehmenden Einganges durch Hinzufügung einer Impedanzwandlerschaltung mit
Feldeffekttransistor zu erhöhen. Zur Vereinfachung der Beschrei-

• SO9323/O88-7

^; bung wird angenommen, daß die Gegenkopplungsspannung dem Ein- ; gang (-) der Subtrahierschaltung B zugeführt wird und daß die-

ser Eingang sehr hochohmig ist.

Sofort nach dem Ende des Signals steuert der Vergleicher von neuem das Schließen der Gegenkopplungsschleife. Zufolge der Kapazität Cl, die den Wert der Restspannung gespeichert hat, wird das Ausgangssignal sofort wieder Null. Wenn die Ladung der Kapazität Cl sich ein wenig geändert, hat, nimmt sie ihren ur- ' sprünglichen Wert sehr rasch wieder an.

Die Werte der Kapazität Cl und des Widerstandes Rl sind für eine gegebene Grenzfrequenz der Gegenkopplungsschleife ausgelegt. Darüber hinaus ist die Kapazität so gewählt, daß die Leckverluste, die etwaige Abweichungen oder Verschiebungen verursachen können, minimal sind, und daß die Kapazität sich sofort nach dem Ende des Videosignals sehr rasch wieder aufladen kann. Der Wert ; des Widerstandes Rl ergibt sich hieraus.

■ Die Verstärkeranordnung nach der Erfindung kann mit hoher Treue ohne Verschiebungen und bei einer Desensibilisierungszeit von Null verstärken. Darüber hinaus bleibt die Amplitude der Signale in Bezug auf Masse exakt definiert.

; Fig. 2 zeigt eine Weiterbildung der Schaltung nach der Erfindung, Diese Schaltung ist in der Lage, auch solche intermittierenden : Signale mit hoher Treue zu verstärken, die einer Gleichspannung überlagert sind, welche sich zeitlich langsam ändern kann oder mit der Form des Signals schwankt. Im Fall der Fig. 1 wäre bei fehlendem Videosignal die Eingangsspannung gleich der Überlager- : ten Gleichspannung und die Ausgangsspannung wäre unter der Annahme, daß die Gegenkopplungsschleife geschlossen bleibt, ebenfalls gleich dieser Gleichspannung, da die Verstärkung bei geschlosse- · ner Schleife gleich 1 ist. Ein Verstärker H ist folglich in Serie

■ . -.7- j

S09823/086?

in die Gegenkopplungsschleife geschaltet (Pig.2). Alle anderen Elemente der Fig.2 sind die gleichen wie in Fig.1. Wenn VE die Gleichspannung am Eingang, Vs die Ausgangsspannung und G die Verstärkung des Verstärkers H sind, ergibt sich" Vs =. VE/G. Da der Verstärker H nur auf Signale sehr niedriger Frequenz einwirkt, kann er eine sehr hohe Verstärkung (beispielsweise 100000) besitzen. Die Restgleichspannung am Ausgang ist folglich sehr klein (einige Millivolt).

I Es tritt jedoch ein Nachteil auf. Der Rauschpegel am..Ausgang S,. der infolge der hohen Verstärkung der Verstärkerstufen A bereits merkliche Werte annimmt, wird durch den Verstärker H nochmals j verstärkt, wodurch der Verstärker H vollständig in die Sättigung gelangen kann und die Anordnung instabil macht..

Fig. 3. zeigt eine andere Weiterbildung der Verstärkeranordnung nach der Erfindung, die diesen Nachteil nicht aufweist. In die Gegenkopplungsschleife wird in Höhe des Verstärkers H ein Tiefpaßfilter eingefügt. Der Verstärker besitzt Differenzeingänge. Sein positiver Eingang ist mit dem Ausgang S über einen Schalter SW2 verbunden, der durch den Vergleicher D in Synchronismus mit dem Schalter SWl am Ausgang des Verstärkers H gesteuert wird. Sein negativer Eingang ist mit Masse über einen, Widerstand R2, . mit seinem Ausgang über eine Kapazität C2 verbunden. Solange die Schleife geschlossen ist, arbeitet der Verstärker wie ein wirksames Tiefpaßfilter und beseitigt das Rauschen in der Schleife. Seine Verstärkung bleibt gleich G für die Gleichspannungssignale, während sie gleich 1 für die Signale, die oberhalb der durch R2 und C2 bedingten Grenzfrequenz liegen, wird.

Sobald das Ausgangssignal bei S den Schwellwert V überschreitet, öffnen die beiden Unterbrecher SWl und SW2 unter der Wirkung des Vergleichers D. Die Rest- oder Offsetspannung wird doppelt

- 8 - , .' 809823/08S7 '

gespeichert, nämlich einerseits in der Kapazität Cl und anderer- ^! seits in der Kapazität C2. Der Schalter SW2 liegt am Eingang des : Verstärkers H, damit die Ausgangsspannung bei S nicht in C2 ge- j speichert wird, was das Arbeiten der Schleife in Verwirrung brin-j gen würde, sobald das Videosignal verschwände. Bei offener Schlei fe sind die Spannungen an den beiden Anschlüssen des Schalters SWl gleich, was die Leckverluste der Kapazität Cl über diesen Schalter stark vermindert. In einer anderen Ausführungsform dieser Anordnung wäre es auch möglich, den Schalter SWl wegzulassen. Darüber hinaus sind die anderen Elemente der Anordnung und ihre Arbeitsweise die gleichen wie im Fall der Figuren 1 und 2.

Fig. 4 stellt eine vierte Weiterbildung der Verstärkeranordnung dar, die dieselben Vorteile wie die vorhergehenden Ausführungsformen besitzt, deren Aufbau jedoch ein anderer ist.

Die Grundanordnung der Fig.1 mit der Subtrahierschaltung B, den Verstärkerstufen A, dem Vergleicher D, dem Unterbrecher SVi und dem Filter Rl statt Cl findet sich hier exakt wieder. Ein Verstärker F, dessen Verstärkung gleich 1 ist und der zwei Differenzeingänge besitzt, i.st am Ausgang der Anordnung eingefügt. Der positive Eingang dieses Verstärkers ist ständig direkt mit dem Ausgang der'Verstärkerstufen A verbunden. Der negative Eingang ist einerseits mit Masse über eine Kapazität C3 und andererseits mit dem Ausgang der Verstärkerstufen A über einen Widerstand R3 und einen Unterbrecher SW3 verbunden. Die beiden Unterbrecher SW und SW3 werden gleichzeitig durch den Vergleicher D gesteuert. Die Anordnung R3 C3 bildet ein Filter, dessen Zeitkonstante größer sein soll als die Anstiegszeit des Videosignals. Bei fehlendem Videosignal sind die beiden Unterbrecher geschlossen und die Spannungen an den beiden Eingängen des Verstärkers F sind gleich der Gleichspannung am Eingang E. Die Ausgangsspannung bei S ist folglich Null.

Sobald das Videosignal am Ausgang der Verstärkerstufen A er-

5Ö9823/Ö8S7

scheint, steigt die Spannung am positiven Eingang des Verstärkers F,raseher als die Spannung am negativen Eingang. Am Ausgang erscheint eine Spannung, die den Vergleicher D auslöst. Die beiden Schalter SW und SW3 öffnen. Bei fehlendem Videosignal speichert die Kapazität Cl die von den Verstärkerstufen A .gelieferte Gleichspannung. Die Kapazität C3 speichert eben dieselbe Spannung Die Gleichspannung am Ausgang bleibt folglich gleich Null.

Anders als bei den Schaltungen nach den Figuren 2 und 3 wird die \ Gleichspannung am Ausgang der Verstärkerstufen A nicht auf Null herabgedrückt. Sie wird vielmehr von sich selbst subtrahiert, derart, daß das Bezugspotential wieder auf Null gebracht wird. Auch ist hier wiederum wichtig, daß die Leckverluste der in der j Kapazität C3 gespeicherten Ladung auf ein Minimum reduziert wer- ! den. Der negative Eingang des Verstärkers F muß eine sehr große Impedanz besitzen. Desweiteren ist die Verstärkung des Verstärkers F gleich 1 gewählt, da ein solcher Verstärker eine praktisch vernachlässigbare Drift besitzt.

Die Anordnung kann in der in Fig.5 gezeigten Weise vereinfacht werden. Der Unterbrecher SW 3₅ der Widerstand R3 und die Kapazität C3 sind entfallen und der negative Eingang des Verstärkers F ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand Rl und der Kapazität Cl verbunden. Die Arbeitsweise bleibt die gleiche wie im vorhergehenden Fall, wobei die Kapazität Cl die Rolle der Ka-^ pazität C3 der Fig.4 spielt.

Fig.6 zeigt verschiedene Ausführungsformen einer Weiterbildung der Verstärkeranordnung nach der Erfindung, die ein korrektes Arbeiten der Erfindung nach dem Einschalten sicherstellen. Tatsächlich besteht beim Einschalten, also beim Anlegen der Spannung; an den Verstärker die Gefahr, daß der Ausgang der Verstärkerstufen positiv wird (beispielsweise hatte die Kapazität Cl nicht

- lo-

" 609823/0887 -

-IQ-

genügend Zeit um sich aufzuladen). Der Vergleicher steuert dann das Auftrennen der Schleife, die ständig offen bleibt. Die Anordnung arbeitet nicht mehr. Das öffnen der Schleife im Moment des Anlegens der Versorgungsspannung an die Anordnung muß daher unterbunden werden. Hierzu bieten sich verschiedene Möglichkeiten, die sämtlich in derselben Figur dargestellt wurden.

Eine erste Lösung besteht darin, den Unterbrecher SW im Moment des Einschaltens zeitweilig kurzzuschließen. Hierzu ist parallel zu den Anschlüssen des Unterbrechers SW ein Unterbrecher X angeordnet. Eine dem Unterbrecher X zugeordnete Zeitgeberschaltung öffnet diesen mit einer Verzögerung von beispielsweise etwa einer Sekunde nach dem Einschalten. Als Unterbrecher X können ein Feldeffekttransistor oder ein Relais verwendet werden.

Eine zweite Lösung besteht darin, zeitweilig oder dauernd eine negative "Restspannung" zu erzeugen, die hinreichend ist, damit ; die Spannung am Ausgang der Verstärkerstufen beim Einschalten , niemals positiv wird. Der Verstärker kann die Schleife dann nicht;

auftrennen, bevor diese ihr ordnungsgemäßes Arbeiten aufgenommen j hat. Eine negative Gleichspannungsquelle W ist folglich mit einen} negativen Eingang der Subtrahierschaltung B verbunden. Diese i Spannungsquelle muß mit der Anordnung vor deren Einschalten ver- ! bunden werden.

Eine dritte Lösung besteht darin, zeitweilig das öffnen der •Schleife durch Einfügung einer Schaltung Y zwischen dem Vergleicher D und dem Unterbrecher SW (oder die Unterbrecher SWl, SW2, SW3 der vorhergehenden Figuren) zu unterbinden. Die Schaltung Y besteht beispielsweise aus einem UND-Glied, dessen einer Eingang mit dem Vergleicher und dessen anderer Eingang mit einer Zeitgeberschaltung verbunden sind. Die Steuersignale des Vergleichen werden über das UND-Glied erst nach Ablauf eines bestimmten, vom j

ι Einschalten an gerechneten ZeitIntervalls übertragen.

— Il -

509823/0867

Eine vierte Möglichkeit besteht darin, das Arbeiten des Vergleichers ρ zeitweilig zu sperren. Hierzu ist dem Vergleicher . eine Zeitgeberschaltung Z zugeordnet um dessen Arbeiten während eines kurzen Augenblickes nach dem Einschalten zu verhindern. In den Eingang oder den Ausgang des Vergleichers können Schalter, die durch die Schaltung'Z gesteuert sind, eingefügt werden. Diese Änderung am Vergleicher oder eine der anderen Änderungen werden in Abhängigkeit von der verwendeten Schaltung und dem Anwendungsfall bestimmt. . '

Für das korrekte Arbeiten der Verstärkeranordnung nach dem Einschalten ist eine der vier vorstehend genannten Lösungen ausrei- j chend. Zwei oder mehrere dieser Lösungen können jedoch offensichtlich auch kombiniert zur Anwendung gelangen. Alle Lösungen sind in gleicher Weise auf die Anordnungen nach den Figuren 1 bis 5 anwendbar.

Bis hierher wurde als Beispiel angenommen, daß die Schalt- oder Auslöseschwelle des Vergleichers D für positive Videosignale positiv ist. Die beschriebenen Ausführungsformen können jedoch

, auch mit Videosignalen negativer Polarität arbeiten, wobei die Schwelle bei V dann negativ ist.

Die vorstehend beschriebenen Verstärkeranordnungen sind insbeson- ; dere für Impulsverstärker nützlich. Wenn jedoch die Dauer der

Impulse sehr kurz ist, arbeiten die Anordnungen nicht mehr korrekt : Der oder die Unterbrecher/der Schleife besitzen nämlich eine gewisse Ansprechzeit. Ebenso verursacht der Vergleicher, der der ■ oder die Unterbrecher steuert, eine zusätzliche Verzögerung. Wenn die Dauer der verstärkten Impulse kleiner oder gleich der Summe dieser Verzögerungen ist, öffnet die Gegenkopplungsschleife, so-

! bald das Signal vorbei ist und das Ausgangssignal wird sehr stark

j verformt.

j Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Verstärkeranordnung, das

509823/0867 "

diesen Nachteil nicht besitzt. Die Anordnung der verschiedenen Schaltungsteile ist ähnlich derjenigen in Fig.3, die als Beispiel gewählt wurde. Die Weiterbildung ist jedoch auf andere | Verstärkeranordnungen j die gegebenenfalls eine Schaltung auf- ' weisen, die ein korrektes Arbeiten beim Einschalten sicherstellen, anwendbar.

Der insgesamt mit A bezeichnete Verstärker umfaßt mehrere in

Serie geschaltete Verstärkerstufen. Am Eingang liegt eine Sub- j trahierschaltung B, die eine erste Verstärkerstufe mit Differenzeingängen sein kann.

Die Eingangssignale liegen am Eingang (+) der Subtrahierschaltung B. Die Gegenkopplungsschleife liegt zwischen dem Ausgang S und dem Eingang (-) der Subtrahierschaltung B. !

Diese Schleife umfaßt -vom Ausgang S her gesehen eine Verzöger rungsschaltung Q, einen Unterbrecher SW2, einen Verstärker/Integrator H, dem ein Widerstand R2 und eine Kapazität C2 zugeordnet sind, sodann einen Unterbrecher SWl und ein Tiefpaßfilter, das aus einem Widerstand Rl und einer Kapazität Cl besteht. Ein j Schwellwertvergleicher D, dessen Eingang mit dem Ausgang S ver- : bunden ist, steuert das öffnen der Unterbrecher SWl und SW2, : sobald der Pegel des Ausgangssignals über einem Schwellwert V

liegt. Die Arbeitsweise der Verstärkeranordnung wird nochmals j kurz in Erinnerung gebracht: Solange kein Eingangssignal anliegt], ist die Schleife geschlossen und beseitigt eine eventuelle Drift j und die Rest- oder Offsetspannung des Verstärkers. Sobald am j Eingang ein Signal anliegt, wird das verstärkte Signal am Aus- j gang durch den Vergleicher festgestellt₉ der das öffnen der Unterbrecher steuert.

Die durch die Verzögerungsschaltung Q eingeführte Verzögerung ist nun gleich der Summe aus der durch den Vergleicher verur-

- 13 -

SO 9823/0867

sachten Verzögerung und den Ansprechzeiten der Unterbrecher und der für das ordnungsgemäße Arbeiten der Vergleicher- Unterbrecher-Anordnung notwendigen Interfaceschaltungen.

Das verstärkte Signal kann somit nicht in die Schleife gelangen, da es bis zum öffnen der Unterbrecher verzögert wird.

Die Verstärkeranordnung nach der Erfindung kann folglich Impulse beliebigerj insbesondere auch sehr kurzer Dauer verstärken, wobei die Bandbreite der Verstärkerstufen A selbstverständlich der Impulsdauer angemessen sein muß. Beispielsweise ermöglicht eine Verzögerung in der Größenordnung von 20 bis 100 Nanosekunden ein korrektes Arbeiten einer-Verstärkeranordnung, die aus gegenwärtig erhältlichen. Bauteilen bestehlt.'

Fig. 8 zeigt ein Anwendungsbeispiel einer Verstärkeranordnung nach der Erfindung auf einem Punküberwachungsempfänger. Die überwachung von Punksendungen macht einen Empfänger erforderlich, der in der Lage ist, Signale aufzunehmen, deren Wellenformen sehüj· verschieden sein können und der die Parameter dieser Signale, beispielsweise den Pegel, die Dauer und die Wiederholfolge mit großer Genauigkeit zu messen erlaubt.

Die möglichen Wellenformen erstrecken sich von der Gleichspannung bis zu sehr schmalen Impulsen (einige zehn Nanosekunden), welche eine sehr hohe Wiederholfrequenz (beispielsweise größer als 10 Hz) haben/Dies ist beispielsweise bei Stationssignalen von Radarsendern der Fall.

Der Empfänger umfaßt eine Antenne 1, die die aus einer festzustellenden Quelle stammende elektromagnetische Strahlung auffängt. Auf die Antenne 1 folgen gegebenenfalls-Selektionsfilter 2, die die Eingrenzung des überwachten Frequenzbandes gestatten, Ein den Filtern nachgeschalteter Schalter 3 ermöglicht das Zer-

- 14 -

■ ""■"= ' 509323/0867 ,

hacken der Signale, wenn diese CW-Signale sind. Auf den Schalter 3 folgt ein Amplitudenmodulationsdetektor 4, der die Rückgewinnung der Hüllkurve der empfangenen Signale erlaubt. Ein rauscharmer, linearer Vorverstärker paßt die Ausgangsimpedanz des Detektors an diejenige einer übertragungsleitung 7 niedriger Impedanz (beispielsweise eines Koaxialkabels) an, welches die detektieren Signale der Verstärkeranordnung 8 zuführt, die den Gegenstand der Erfindung bildet. Ein Befcriebsartenwähler 6 steuert den Schalter 3 entsprechend der jeweils gewünschten Betriebsart des Empfängers. . .-

In der Betriebsart, wo die au detektierenden Signale CW-Wellen sind, arbeitet der Schalter 3 als Unterbrecher oder Abtaster. Er zackt das aufgenommene Signal mit einem Formfaktor von etwa 0,5. Die Steuerung des Schalters erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Multivibrators.

Sofern es sich bei den zu detektierenden Signale um Impulse handelt, bleibt der Schalter 3 geschlossen. Die Signale können korrekt verstärkt werden. Signale extrem kurzer Dauer unter ho- , her Wiederholfrequenz werden mit großer Treue zufolge der Hinzufügung der Verzögerungsschaltung in die Verstärkeranordnung ; nach der Erfindung verarbeitet.

Der Betriebsartenwähler 6 ermöglicht die Wahl der Betriebsart je nach der Natur der empfangenen CW-oder impulsförmigen Sig- ;

nale. · ι

Pig. 9 zeigt eine Einzelheit einer an dem Empfänger angebrach- ! ten Verbesserung. Der Amplitudenmodulationsdetektor umfaßt eine durch einen geeigneten Strom vorgespannte Diode 40, wodurch die Empfindlichkeit des Empfängers erhöht wird. Der Polarisationsstrom wird der Diode über einen Widerstand 41 zugeführt, der mit einer Spannungsquelle + Vcc verbunden ist; ein nach der

- 15 """"■" 503823/0867

Diode angeordneter Widerstand 42 schließt den Stromkreis für den Polarisationsstrom. Die detektierten Signale werden einem Tiefpaßfilter zugeführt, das aus einer Kapazität 43 und einem Widerstand 44 besteht, und gelangen dann auf den Vorverstärker 5«

Die kapazitive Verbindung zwischen dem Detektor und dem Vorverstärker ist zufolge der Eigenschaft der Verstärkeranordnung möglich, das Signal wiederherzustellen. Diese Verstärkeranordnung beseitigt praktisch vollständig den durch die kapazitive Verbindung hervorgerufenen Differentiationseffekt. Dagegen erfolgt die koaxiale Verbindung gleichstrommäßig, um eine weitere Differentiation zu vermeiden. Auch wenn die Gleichspannungsdrift des Vorverstärkers 5 erheblich-ist, wird diese durch die Wiederherstellungseigenschaften der Verstärkeranordnung nach der Erfindung ohne weiteres kompensiert.

Die Verstärkeranordnung nach der Erfindung hat in einem Ausführungsbeispiel eine hohe Verstärkung in der Größenordnung von 60 dB, die auf einige Zehntel dB stabil ist. Die Verstärkung des Vorverstärkers liegt bei 20 bis 30 dB. Die Arbeitsfrequenz des Schalters liegt im allgemeinen zwischen einigen zehn Hertz und mehreren hundert Kilohertz.

509823/-08S7

Claims

H.:i>^i J·λ*>⁽ -;·.■'■'" -j-^:";;-;^: 29.November 1974

iLizi ^ ^ ti ,- ^. u. ^^. ι v. 8137-IV/K

Thornson-CSP

Patentansprüche:

fly Breitbandige Verstärkeranordnung hoher Verstärkung für inter-¹ mittierende Signale, mit einer Anzahl direkt gekoppelter Ver-' stärkerstufen und einer Gegenkopplungsschleife, die ein Tief-' paßfilter bestimmter Zeitkonstante enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleicher (D) zum Vergleich der Amplitude des verstärkten Ausgangssignals mit einem Bezugsschwellwert und ein von dem Vergleicher betätigter, in Serie in der Gegenkopplungsschleife liegender Unterbrecher (SW), der , die Schleife auftrennt, sobald die Amplitude des Ausgangssignals den Bezugsschwellwert überschreitet, vorgesehen sind.
2. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gegenkopplungsschleife ein Verstärker (H) liegt, dem passive Schaltungselemente (R2, C2) zur Bildung eines Integrators zugeordnet sind und ein zweiter Unterbrecher (SW2) in der Gegenkopplungsschleife vor dem Integrator angeordnet , ist. - - '
3. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ; daß ein weiterer Verstärker (P in Fig.4) mit zwei Differenz- I eingängen vorgesehen ist, von denen der eine direkt mit dem "\ Ausgang der Verstärkerstufen (A) und der andere über ein ! Tiefpaßfilter mit einer Zeitkonstante, die größer als die ;^! Anstiegszeit der Signale ist und einen Unterbrecher (SW3) mit diesem Ausgang verbunden sind, und daß der Vergleicher (D) mit einem Eingang mit dem Ausgang des weiteren Verstärkers (P) und mit seinem Ausgang mit den Steuereingängen der Unterbrecher verbunden ist.

509823/0867
4. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Verstärker (P in Fig.5) mit zwei Differenzeingängen vorgesehen ist, von denen der eine mit dem Ausgang der Verstärkerstufen (A) und der andere mit dem Ausgang der Gegenkopplungsschleife verbunden ist.
5. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jedem Unterbrecher ein weiterer Unterbrecher (X) vorgesehen ist, der einer Zeitgeberschaltung zugeordnet ist, um die Gegenkopplungsschleife für eine bestimmte Dauer vom Einschalten der Verstärkeranordnung an geschlossen zu halten.
6. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5₅ dadurch

gekennzeichnet, daß eine Gleichspannungsquelle (W). mit zur

i Polarität der zu verstärkenden Signale umgekehrte Polarität I aufweisender Spannung sowie eine Einrichtung zur Addition die-;

ι ser Spannung zu den Signalen vorgesehen sind.
7. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,' daß eine weitere Zeitgeberschaltung (Y) in Serie zwischen dem Vergleicher (D) und dem Steuereingang je- j des Unterbrechers vorgesehen ist, die die Gegenkopplungsschlei fe für eine gewisse Zeitdauer vom Einschalten der Verstärkeranordnung an geschlossen hält.
8. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis J₃ da-

durch gekennzeichnet, daß dem Vergleicher (D) eine Zeitgeberj schaltung (Z) zugeordnet ist, die die Gegenkopplungsschleife für eine gewisse Zeitdauer vom Einschalten der Verstärkeranordnung an geschlossen hält.
9. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Verstärkerstu-

"509.823/0867

-V-

fen (A) und dem entsprechenden Eingang der Gegenkopplungsschleife eine Verstärkungsschaltung (Q) liegt, deren Verzögerung etwa gleich der Summe der Ansprechzeiten des Unterbre- j chers und des Vergleichers ist.

509823/0867

Leerseite