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Entzerrerverstärker
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Die Erfindung betrifft einen En t-errcrverstärker mit Transistoren
und in deren Emitterkreis enthaltenen Gegenkopplungsimpedanzen, In der Zeitschrift
"Electronic Engineering", Oct. 1955, Seite 422 ist ein Entzerrerverstärker für symmetrische
Signale beschrieben, der mit Elektronenstrahlröhren aufgebaut ist, in deren Kathodenkreis
frequenzabhängige Gegenkopplungsglieder geschaltet sind. Derartige Entzerrerverstärker
dienen z. B. dazu, den auf Leitungen auftretenden Spannungsabfall bei hfiheren Frequenzen
auszugleichen.
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Gegenüber Entzerrerschaltungen aus passiven Bauelementen haben Entzerrerverstärker
den Vorteil, daß die tiefen Frequenzen nicht erst gedämpft werden, um sie dann anschließend
mittels eines Breitbandverstärkers. auf den Sollpegel anheben zu müssen.
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Es ist ferner bekannt, in den Emitterklseis von Emitterbasisverstärkern
eine Parallelschaltung von einem Widerstand und einem Kondensator zu schalten. Bei
tiefen Frequenzen, die unterhalb der durch die Parallelschaltung gegebenen Grenzfrequenz
liegen, ist die Verstärkung nahezu frequenzunabhängig, dagegen nimmt in dem darüberliegenden
Frequenzbereich, in dem der Wechselstromwiderstand des Kondensators in der Größenordnung
des ohmschen Widerstandes ist, der Verstärkungsgrad stetig zu. Durch Verändern des
ohmschen Widerstandes kann zwar der Ubertragungsbereich zwischen frequenzunabhängiger
und frequenzabhängiger Verstärkung verändert werden, gleichzeitig ändert sich aber
auch der Verstärkungsgrad bei tiefen Frequenzen in unerwünschtem Maße, bei höheren
Frequenzen dagegen nicht. Durch
Vcrändcrn der Kaj)azitjjt des Kondellsators
kann man zwar in erwünschter Weise den UbergangsWereich und die Verstärkung bei
höheren Frequenzen verändern, wobei der Verstärkungsgrad bei tiefen Frequenzen konstant
bleibt. Hierzu ist aber ein Drehkondensator einzusetzen, der wegen seiner Größe
vermieden werden soll. Andere frequenzabhängige, in den mit terkreis eines Transistors
geschaltete Gegenkopplungsglieder enthalten einen zur Kollektor-Emitter-Strecke
in Reihe liegenden Widerstand, dem die Parallelschaltung aus einem weiteren Widerstand
und einem Kondensator in Reihe geschaltet ist. Die beiden Widerstände kann man als
Teilwiderstände eines Potentiometers ausfahren und dem einen Teilwiderstand den
Kondensator parallel schalten. Ein Verstärker mit einem solchen Gegenkopplungsglied
hat im Bereich der tiefen und hohen Frequenzen eine frequenzunabhängige Verstärkung,
im mittleren Frequenzbereich nimmt die Verstärkung wegen des zunehmenden wechselstrommäßigen
Kurzschlusses des einen vom Kondensator überbrückten Teilwiderstandes mit der Frequenz
zu. Bei Verändern des Verhältnisses der Teilwiderstände wird die Verstärkung im
oberen Frequenzbereich und auch die Ubergangsfrequenz vom frequenzabhängigen zum
oberen fre quenzupabhängigen Verstärkungsbereich geändert. Auch ein Verstärker mit
einem solchen Gegenkopplungsglied ist als Entzerrerverstärker, vor allem als Kabelentzerrerjnur
wenig geeignet, da sein Frequenzgang nur in engen Frequenzen an eine beliebige Entzerrerkennlinie
angepaßt werden kann. Insbesondere kann nicht die Steilheit der Frequenzabhängigkeit
der Verstärkung eingestellt werden. Ein Gegenkopplungsglied, das eine solche Eigenschaft
eines Verstärkers bewirkt, besteht aus einem Potentiometer, dessen einem Teilwiderstand
die Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem ohmschen Widerstand parallel
geschaltet ist, wobei der Wert dieses Widerstandes groß im Vergleich zum Widerstandswert
des Spannungsteilers ist. Eine Änderung der Potentiorretereinstellung hat unter
dieser Voraussetzung praktisch keinen Einfluß auf die Verstärkung bei tiefen Frequenzen
und auch nicht auf die Zeit-
konstante der Reihenschaltung des Widerstandes
und des Kondensators, jedoch auf deren Wirksamkeit. Allerdings ist die Wirkung des
Kondetlsators wegen des in Reihe geschalteten großen ohmschen Widerstandes bei höheren
Frequellzen gering, so daß auch ein Verstärker mit einem solchen Gegenkopplungsglied
als einstellbarer Entzerrerverstärker wenig geeignet ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Entzerrerverstärker
zu schaffen, der in weiten Grenzen auf gewünschte Entzerrungskennlinien einstellbar
ist, wobei als Einstellelement veränderliche ohmsche Widerstände oder Potentiometer
vetwendet werden sollen und die Einstellungen voneinander unabhängig sein sollen.
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Ausgehend von der Erkenntnis, daß es schwierig ist, mit einem einzigen
Gegenkopplungsglied die gestellte Aufgabe zu lösen, werden gemäß der Erfindung die
im kennzeichncnden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Schaltungsmaßnahmen vorgeschlagen.
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Da die einzelnen Gegenkopplungsglieder gegenseitig über die Kollektor-Emitter-Strecken
entkoppelt sind und eine Vielzahl von Transistoren in Reihe geschaltet werden können,
kann mit dem erfindungsgemäßen Entzerrerverstärker nahezu jede erforderliche Entzerrerkennlinie
bei gleichzeitiger Verstärkung des Eingangssignals erreicht werden, vor allem dann,
wenn nach einer Weiterbildung der Erfindung den Transistoren Eingangsspannungsteiler
vorgeschaltet sind.
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Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere
Vorteile und Ausgestaltungen näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen die Figuren 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
und
d ie Figuren 3 und 4 Frequenz-Verstärkungsgrad-Diagramme der
Ausführungsbeispiele nach den Figuren 1 und 2.
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13er Entzerrerverstärker nach Figur 1 enthält als aktive Elemente
zwei Transistoren TS1, TS2, deren Kollektor-Emitter-Strecken in Reihe geschaltet
sind. Ihre Basisvorspannungen sind mittels eines Spannungsteilers R1, R2, R3 eingestellt.
Ein Eingangssignal pe wird dem Transistor TSl unmittelbar über einen Kondensator
C1, dem Transistor TS2 über einen Kondensator C2 und einen Eingangsspannungsteiler
P1 zugeführt. Selbstverständlich kann auch dem Transistor TS1 ein EingRngsspannungsteiler
vorgeschaltet sein. An den Emitter des Transistors TS1 ist als erstes Gegenkopplungsglied
GN1 ein Widerstand R4 angeschlossen, Zwischen dem Emitter'des Transistors TS2 und
Masse liegt in einer ersten Ausführungsform als Gegcnkopplungsglied GK2 ein Kondensator
C3. Die Ausgangsspannung a wird zwischen dem Kollektor des Transistors TS2 und einem
Arbeitswiderstand R7 abgegriffen.
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Unter der Voraussetzung, daß der Schleifer des Potentiometers P1 in
der oberen Stellung ist, bekommt die Basis des Transistors TS2 dieselbe Signalspannung
wie die des Transistors TS1. Damit steht, ähnlich wie bei einer Schaltung als Emitterfolger,
an beiden Emittern die gleiche Spannung, und der Kondensator C3 hat die gleiche
Wirkung wie wenn er am Emitter des Transistors TS1 liegen würde.
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Ein solcher Verstärker hat daher einen ähnlichen Frequenzgang wie
eine Schaltung mit einem Transistor, in dessen Einitterkreis die Parallelschaltung
von einem Widerstand.
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und einem Kondensator liegt. Der Unterschied besteht aber darin, daß
mittels des Potentiometers P1 die Wirksamkeit des Kondensators C3 geändert werden
kann. Die Kurve 1,2 zeigt den Verlauf der Verstärkung eines Entzerrerverstärkers
mit den Gegenkopplungsglieern GK1, GK2. Die Verstärkung bei tiefen Frequenzen ist
durch die Größe des Widerstandes R4 bestimmt; die Steilheit der Verstärkungsänderung
im oberen Frequenzbereich kann mit dem Potentiometer P1 eingestellt werden.
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Anstelle des Gegenkopplungsgliedes GK2 Irönllcn an den Emitter des
Transistors TS2 auch Gegenkoppl'ingsgiieder GK3, GK4, GK5 oder andere angeschlossen
werden. Das Gegenkopplungsglied GK3 besteht aus einem Widerstand R5 und einem Kondensator
C4, deren Zeitkonstante so bemessen ist, daß eine Verstärkungsänderung im gewünschten
Frequenzbereich eintritt. Die gestrichelte Kurve 1,3 in Figur 3 zeigt die mit einem
solchen Gegenkopplungsglied erzielte Frequenzabhängigkeit der Verstärkung.
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Das Gegenkopplungsglied GK4 besteht aus einem Widerstand R6, einer
Induktivität Ll und einem Kondensator C5. Dieses Gegenkopplungsglied wirkt als Serienresonanzkreis,
und die damit erzielte Frequenzabhängigkeit der Verstärkung ist in der Kurve 1,4
in Figur 3 veranschaulicht.
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Das Gegenkopplungsglied GK5 besteht aus! einem bedämpften Parallelresonanzkreis
und einem ebenfa]ls bedämpfen Serienresonanzkreis. Damit soll als Beispiel gezeigt
werden, daß hier ein beliebig kompliziertes Netzwerk eingeschaltet werden kann,
um auch Schwierige Entzerrungen zu realisieren.
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Die in jedem Gegenkopplungsglied vorhandenen Kondensatoren C3 ...
C9 trennen außerdem gleichstrommäßig die Emitter der Transistoren TS2 -... TS6 von
Masse Sollen diese Kondensatoren den Frequenzgang in einem bestimmten Bereich nicht
beeinflussen, müssen die Kapazitätswerte entsprechend groß gewählt werden.
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Der Entzerrerverstärker nach Figur 2 dient speziell als Kabelentzerrer,
d. h, zur Frequenzgangentzerrung von breitbandigen Signalen, die über eine Leitung
übertragen werden sollen oder übertragen wurden. Die Verstärkung eines solchen Kabelentzerrers
sollte einen Freq.lenzgang haben, wie er in Figur 4 mit der Kurve K dargestellt
ist. Zur Annäherung einer solchen Kurve sind die Kollektor-Emitter-Strekken von
vier Transistoren TS3, TS4, TS5, TS6 in Reihe geschaltet, wobei zwischen Emitter
und Masse eines jeden
Transistors ein aus einer Impedanz bestehendes
Gegenkopplungsglied GK6, GK7, GK8, GK9 liegt. Die Eingangsspannung Ue ist den Transistoren
TS4, TS5, TS6 über Spannungsteiler P2, P3, P4 zugeführt, mit denen die Wirksamkeit
der Gegenkopplungsglieder GK7, GK8, GK9 eingestellt werden kann. Das tJegenkopplungsglied
GK6 besteht aus einem Potentiometer 5, dessen einem veränderlichen Teilwiderstand
die Reih-nschaltung eines Widerstandes R7 und eines Kondensators CE parallel geschaltet
ist. Der Widerstand R7 ist groß im Vergleich zum Widerstandswert des Potentiometers
P5, so daß dieser die Verstärkung bei tiefen Frequenzen bestimmt. Zur Kabelentzerrung
erhält der Transistor TS3 das größte Steuersignal aller Transistoren, so daß ihm
kein Eingangsspannungstleiler vorgeschaltet zu werden braucht. Sein Beitrag zur
Gesamtverstärkung ist mit der Kurve 6 der Figur 3 veranschaulicht. Die Kurve 7 zeigt
den Verlauf der Verstärkung des Transistors TS4 mit dem Gegenkopplungsglied GK7,
das aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators besteht.
Ähnlich aufgebaut ist das Gegenkopplungsglied GK8 des Transistors TS5. Infolge einer
anderen Dimensionierung der Zeitonstante des Gegenkopplungsgliedes GK8 und einer
unterschiedlichen Einstellung der Potentiometer P3 und P4 verläuft die die Verstärkung
des Transistors TS5 veranschaulichende Kurve 8 steiler als die Kurve 7, wobei die
Verstärkung bei höheren Frequenzen größer als die des Transistors TS4 und bei niedrigen
Frequenzen kleiner ist. Das Gegenkopplungsglied GK9 des Transistors TS6 enthält
einen Serienresonanzkreis, der einen besonders steilen Anstieg im oberen zu entzerrenden
Frequenzbereich bewirkt, wie die strichpunktierte Kurve 9 zeigt. Der Verlauf der
Gesamtverstärkung ergibt sich in etwa aus der Summe der den Kurven 6 bis 9 veranschaulichten
Einzelverstärkungen und ist weitgehend dem gewünschten Verstärkungsverlauf .K angenähert.
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7 Patentansprüche 4 Figuren