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Gegengekoppelter Fernkabelverstärker Fernkabelverstärker müssen zwecks
Aufhebung der frequenzabhängigen Kabeldämpfung eine gleichartig frequenzabhängige
Verstärkerungskurve aufweisen, sie müssen also in der Lage sein, den Dämpfungsverlauf
der Strecke zu entzerren. Außerdem ist zur Beeinflussung des Verstärkungsniveaus
eine frequenzunabhängige Verstärkungsregelung, d. h. eine Parallelverschiebung der
Verstärkungskurve, erforderlich. Um einen derartigen Verstärker jeweils den verschiedenen
Kabellängen und -arten anpassen zu können, ist erstens eine Mehrzahl verschiedener
Entzerrungskurven (Fächereng) und zweitens eine größere Anzahl von Niveauregelungsstufen
erwünscht. Dabei muß verlangt werden, daß die Regelung des VerstäA:ungsniveaus die
einmal eingestellte Entzerrungskurve in ihrer Form nicht mehr beeinfiußt, sondern
nur die bereits erwähnte Parallelverschiebung dieser Kurve zur Folge hat. Diese
Forderung muß sehr weitgehend erfüllt sein, da wegen der Vielzahl der in einer Fernleitung
hintereinander wirksamen Verstärker die :dem einzelnen Verstärker zuzugeistehende
Abweichung der Entzerrungskurve vom vorgeschriebenen Verlauf nur sehr gering sein
darf.
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Es ist nun einerseits bekannt, die Entzerrung der an sich geradlinigen
Verstärkungskurve durch die Einschaltung eines Reaktanzzwe.ipols in Reihemit dem
Vorübertrager zu bewirken. Der Vorteil eines solchen Längsentzerrers gegenüber dem
gleichfalls bekannten Vierpolemtzerrer etwa in
Form eines Brücken-T-Teiles
am Verstärkerengang ist .die additive Wirlmng des Längsentzerrers gegenüber der
subtraktiven Wirkung des anderen. Es wird nämlich der Verstärkungsanstieg beim Längsentzerrer
zusätzlich gewonnen, während die andere Art der Entzerrung auf eine von vornherein
höhere (Grundverstärkung angewiesen ist, die mindestens so hoch sein muß, als der
höchsten verlangten Entzerrung entspricht.
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Auch gegenüber den neuerdings häufiger angewendeten Entzerrern im
Rückkopplungszweig von gegengekoppelten Verstärkern ist der Längsentzerrer am Vorübertrager
insofern. vorteilhafter, als bei seiner Verwendung im gegengekoppelten Verstärker
die linearisierende Wh@rkunk der Gegenkopplung im gesamten "übertragenen Frequenzbereich
ungehindert zur Wirkung kommt; unabhängig vom Grade der Entzerrung. Liegt der Entzerrer
im Gegenkopplungszweig, -so bewirkt er den verlangten Verstärkungsanstieg durch
ein entsprechendes Absenken des Gegenkopplungsgrades. Damit ist jedoch in dem entzerrten
Frequenzgebiet eine Minderung der sonstigen Vorteile der Gegenkopplung zwangsläufig
verbunden.
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Es ist andererseits bekannt, die zweite Anforderung an einen Fernkabelverstärker,
nämlich die frequenzunabhängige Verstärkungsregelung, durch einen Regler vorzunehmen,
der schaltungsmäßig als Potentiometer ausgebildet ist und vor dem Vorübertrager
bzw. Längsentzerrer liegt. Bei Einschaltung des Potentiometers an dieser Stelle
muß aber bekanntlich durch einen zusätzlichen Reihenwiderstand, der zugleich mit
dem Pbtentiometerab@griff geändert werden muß, für einen konstanten Geineratorinnenwiderstand,
vom Vorübertrager aus gesehen, gesorgt werden. Nur dann bleibt die Reglersteliung
ohne Einflüß auf den Verlauf der Entzerrungskurve (Vermeidung der sogenanuten Einschnürung).
Der Nachteil dieses Reglers isst also sein verhältnismäßig komplizierter Aufbau.
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Es ist ferner bekannt, bei Verstärkern, die mit Gegenkopplung arbeiten,
die Verstärkungsregelung im Ge@genkopplungskreis vorzunehmen. Es wird dabei -durch
Änderung des Gegenkopplungsgratdes der Verstärkungsgrad beeinflußt. Diese Regelung
hat den Vorteil, daß das Regelglied im Gegensatz zui der oben geschilderten Ausführung
als einfaches Potentiometer im Stromgeagenkopplungsweg ausgebildet werden kann.
Diese Regelung bringt jedoch wieder einen Nachteil mit sich, sobald ein derartiger
Verstärker mit einer Längsentzerrung am Vorübeirtrager ausgerüstet werden soll,
denn jede Gegenkopplungsänderung ruft bekanntlich eine Änderung des Eingangswiderstandes
des Verstärkers hervor. Eine Änderung des Eingangswiderstandes; gemesssen an den
Memmen des Vo@rübertragers, ist aber gleichbedeutend mit einer :Änderung der Entzerrungskurve,
da ja die Längsentzerrung auf der Wechselwirkung zwischen Entzerrer- und Vorübertragerimpedanz
beruht.
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Um nun die beschriebenen Vorteile der Längsentzerrung einerseits und
die der Regelung im Gegenkopplungskreis andererseits sich zunutze machen zu können,
ist es erforderlich, Maßnahmen zu treffen, die Aden geschilderten Nachteil der gegenseitigen
Beeinflussung, @d. h. der Kurvenänderung bei der Regelung, unschädlich machen.
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Die Erfindung betrifft nun einen gegengekoppelten Fernkabelverstärker
mit Entzerrung der frequenzabhängigen Kabeldümpfung und mit Regelung des Verstärkungsniveaus.
Erfindungsgemäß wird die Entzerrung. durch einen Längsentzerrer vor dem Vorübertrab
r und die Regelung im Gegenkoppiungskreis vorgenommen und die störende Rückwirkung
der Verstärkungsregelung auf den Verlauf der Entzerrungskurve durch die Anwenfdung
besonderer zusätzlicher ,Schaltmittel unschadllch gemacht.
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Da sich die Erscheinung der Beeinflussung des Eingangswiderstandes
vom Charakter der Ge!genkopplung nicht trennen läßt, mußte es das Ziel der Erfindung
sein, eine Anordnung zu treffen, die den bei der Regelung entstehenden Kurvenfehler
selbsttätig kompensiert.
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Die Anforderungen an eine eol@che Kompensationsschaltung ergeben sich
aus der Betrachtung der Art der entstehenden Kurvenfehler. Zur Erläuterung sei beispielsweise
eine zweistufige Verstärkerschaltung gemäß Fig. i .betrachtet, bei ,der der gewünschte
Verstärkungsanstieg bei honen Frequenzen durch einen Längsentzerrer ZR vor dem Vorübertrager
PT erreicht wird und bei dem die Einstellung des Verstärkungsniveaus durch einen
Regler RW im Gegenkoppiungskreis erfolgt. Die Gegenkopplung ist in dem gewählten
Beispiel als gemischte Strom-Spannungs-Gegenkopplung ausgebildet, wobei die Verstärkungsregelung
durch Änderung des Betrages ,der über beide Stufen gehenden Stromgegenkopplung erzielt
wird.
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In Stellung 2o des Reglers z. B. herrscht Maximalverstärkung, da nur
eine kleine IGiegenkopplungsspannung an das erste Rohr gelangen kann, während beim
Verschieben,des Abgriffes nach Stellung i zu die Verstärkung abnimmt nach Maßgabe
der zunehmenden Gegenkoppl.ungsspannung.
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Der Ausgangspunkt der Betrachtung sei nun eine vorgeschriebene, durch
Längsentzerrung erreichte Verstärkerkurve bei der mittleren Reglerstellung io. Dieser
Reglerstellung io entspricht ein bestimmter Gegenkopplungsfaktor Klo und damit ein
bestimmtes Verstärkungsniveau bei der Bezugsfrequenz f1 (s. Fig. 2, Kurve a). Der
unter diesen Verhältnissen 'herrschende Eingangswiiderstand Re, gemessen an den
Klemmen. 2s, v des Vorübertragers, beträgt dann
wenn man mit Rg :den Eingangswiderstand und mit t' den Verstärkungsgrad, beide ohne
Gegenkopplung, a bezeichnet. Auf diesen Widerstand arbeitet der Entzerrer. Die Verstärkungsregelung
mittels Rih ist nun gleichbedeutend mit einer Veränderung .des Gegenikoppl.ungsfaktors.
Die Zunahme des Verstärkungsniveaus in der Regierstellung 2o beispielsweise ist
zurückzuführen auf die Abnahme des Gegenkopplungsfalctors, es isst Klo <Klo.
Damit
hat aber auch gleichzeitig der Eingangswiderstand R,, abgenommen,
da der Faktor (i -I- VK)
kleiner geworden ist. Faßt man den Eingangswiderstand
im wesentlichen auf als einen mit einer Kapazität C belasteten und durch einen Parallelwiderstand
RP gedämpften Übertrager, so zeigt sich, daß sich die Abnahme von R, im Ersatzschaltbild
darstellt als Abnahme von RP zugleich mit einer Zunahme von C, was gleichbedeutend
ist mit einer Abnahme der Resonanzfrequenz des Eingangskreises. Zunahme der Eingangskapazität
C bewirkt aber bei der normalen Längsentzerrung stets ein Anheben der Verstärkungskurve.
Die Kurve a bei Reglerstellung i.o in Fig. 2 geht also bei Stellung -2o über in
die Kurve l>. Entsprechend ergibt sich bei Stellung i eine Absenkung der Kurve (s.
den Verlauf c). Bei den Zwischenstellungen,des Reglers ergeben sich entsprechende
Zwischenkurven, wie sie für die ,Stellungen 5 und 15 .des Reglers gestrichelt dargestellt
sind. Die Kurven, die sich außerdem roch im Verstärkungsniveau unterscheiden., sind
in Fig. -2 parallel verschoben gezeichnet, so daß sie in dieser Darstellungsweise
bei der Bezugsfrequenz f1 alle durch denselben Punkt gehen.
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Man erkennt, daß der Betrag des Kurvenfehlers mit steigender Frequenz
zunimmt und daß er positiv oder negativ wird, je nachdem ob man, ausgehend von .der
Normalstellung io; die Verstärkung herauf-oder herunterregelt. Um nun die einmal
eingestellte Entzerru gskurve unabhängig von .der Reglerstellung zu machen, ist
es notwendig, eine Kompensation der entstehenden Verstärkungsfehler vorzunehmen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe nun dadurch, daß eine Beeinflussung
der Verstärkungskurve durch eine entsprechende gegenläufige Beeinflussung des Ge@genkopplungsgrades
erreicht wird. Dabei lehrt die Betrachtung der Kurven in Fig. i2,, daß dieser Einfluß
erstens mit zunehmender Frequenz wachsen muß und zweitens abhängig von der Reglerstellung
verschieden stark und in verschiedenem Sinn auf :den Kurvenverlauf einwirken muß.
Es macht sich somit die Einführung von zwei Schaltelementen mit reziproker Wirksamkeit
erforderlich.
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i. Beim Aufdrehen des Reglers von der Bezu gsstellung -io nach Stellung
2o zu wächst die Verstärkungsanhebung (s. Fig. e). Es muß also ein Korrekturglied
im Gegenkopplüngsweg vorgesehen werden, das mit steigender Frequenz die Gegen, kopplung
erhöht und somit die Verstärkung wieder senkt. Eine derartige Wirkung kann erreicht
werden durch eine Induktivität in Reihe mit dem Gegernkopplungswiderstand Rk. Der
mit der Frequenz zunehmende Widerstand einer solchen Spule erhöht .den Gegenkopplungsgrad.
Gleichzeitig mu ß die Wirkung dieser -Induktivität um so stärker «,erden, je mehr
der Regler RW aufgedreht wird. Dadurch ist die Einfügun!gsstelle für diese Spule
L gegeben. Sie muß in Reihe mit dem Widerstand Rk, und zwar an sein ern geerdeten
Ende liegen.
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In Fig. 3 ist der für diese Betrachtungen wichtige Teil .aus Fig.
i nochmals dargestellt unter Hinzufügung der erfindungsgemäßen Schaltelemente. Es
befindet sich dann bei den niedrigen Reglerstelhingen i bis io, vom Abgriff aus
gesehen, noch ein größerer Teil des Reglerwiderstan@des Rk vor der Spule I_, d.
h. die frequenzabhängige Änderung des ,Spulenwide-rst.andes ist in diesem Re@glungs@
bereich von vernachlässigbarem Einfluß auf den Gesamtwiderstand links vom Abgriff.
Dieser Einfluß wird jedoch um so größer, je geringer .der L@Tiderstand vor der Spule
beim Aufdrehen des Reglers wird. Es tritt also beiden höheren Reglerstellungen eine
stärkere Zunahme der Gegenkopplung mit der Frequenz und damit die gewünschte stärkere
Absenkung der Verstärkungskurve.
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z. Beim Zurückdrehen des Reglers von der Bezugsstellung io nach Stellung,i
zu sinkt die Verstärkungsanhebung (s. Fi:g.2). Es muß also für diesen Regelbereich
ebenfalls ein Korrekturglied im Gregenkopplungsweg vorgesehen werden, daß jedoch
diesmal mit steigender Frequenz die Gegenkopplung erniedrigen muß und somit die
Verstärkung wieder anhebt. Diese Wirkung kann. erreicht werden durch eine Kapazität
parallel zum Gegenkopplungswiderstand Rk. Der mit zunehmender Frequenz abnehmende
,Widerstand dieser Kapazität im Nebenschluß zu Rk senkt dann den Gegenkopplungsgrad.
@Gleichzeitig muß diese Wirkung um so stärker werden, je mehr der Regler zurückgedreht
wird. Diese zweite Anforderung ist zu erfüllen, wenn man den Kondensator K parallel
zu dem Teil des Widerstandes Rk legt, der sich jeweils zwischen dem Angriff und
der Anzapfung für Stellung 2o befindet. Es muß also der eine Pol des Kondensators
K mit dem Schleifer des Reglers verbunden werden, wie Fig. 3 zeigt. .
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Der dem Kondensator K parallel liegende Teilwiderstand von Rk ist
dann um so größer, je mehr der Schleifer nach Stellung ,i hinwandert. Der kapazitive
Nebenschluß wird dabei um -so wirksamer, je niedriger die Reglerstellung ist, und
damit tritt die gewünschte Abhängigkeit der Verstärkungsanhebung von der Reglerstellung
im unteren Regelbereich ein. Im Bereich von der mittleren Stellung aus nach Stufe
2o zu bat der Korden-Bator keinen merkbaren Einfluß mehr, da der links: vom Abgriff
verbleibende Teil von Rk in diesem Regelungsbereich selbst schon klein ist.
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Die Größe von Korrekturspule L bzw. -Kondensator K muß so gewählt
werden, daß ihr bzw. sein im Gegenkopplungskres liegender freque#nzabhängiger Widerstand
den Geggenkopp'lungsgrad beider höchsten zu übertragenden Frequenz gerade um so
viel erhöht bzw. erniedrigt, als die durch die Betätigung des Verstärkerreglers
bei dieser Frequenz verursachte störende Anhebung bzw. Absenkung der Entzerrungskurve
maximal beträgt.
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Da die bei der Verstärkungsregelung im Geb°'enkopplungskreis aufretende
Änderung des E'i,ngangsscheinwiderstan@des je nach der "Steilheit des Anstieges
der En;tzexrungskurve verschieden stark auf diese einwirkt, kann es vorkommen, .daß
man nicht mit einem einzigen Wert der Korrekturelemente
auskommt,
sobald es sich um einen Verstärker handelt, der sehr verschiedenartige Kurven zu
entzerren gestattet. Bei der Einstellung sehr flacher, nur schwach entzerrter Kurven
wird man mit kleinen Korrekturelementen arbeiten, während man bei #hochentzerrt,en
Kurven mixt steilem Verstärkungsanstieg größere Elemente einschalten muß, da dann
auch die störende Rnidkwi-rkung der Verstärkungsregelung auf die Entzerrungskurve
stärker ist.
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Die Umschaltung der Elemente geschieht dann zweckmäßig zwangsläufig
zugleich mit der Umschaltung des Längsentzerrers.
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Dabei genügt es, bei einem Verstärker mit einem umfangreichen Kurvenfächer
die Vielzahl der Kurven in zwei bis drei Gruppen zusammenzufassen und die Korrekurelementedann
nur einmal für jede Gruppe umzuschalten.