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Die Erfindung betrifft einen auf konstante Ausgangsamplitude geregelten
Verstärker mit einer Gegenkopplung vom Ausgang zum Eingang, vorzugsweise für Träger
oder Pilote der Trägerfrequenztechnik.
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Auf dem Gebiet der Trägerfrequenztechnik sind häufig amplitudenkonstante
Pilot- und Trägerverstärker erforderlich. Diese werden normalerweise als Regelungsverstärker
ausgebildet, die Last-, Temperatur- und Eingangsspannungsschwankungen weitgehend
ausregeln.
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Die bekannten geregelten Verstärker für Träger oder Pilote der Trägerfrequenztechnik
sind im Verstärkungsweg geregelt, und zwar sind zweierlei Arten von Regelverstärkern
bekannt, Verstärker, denen ein Dioden enthaltendes Dämpfungsglied vorgeschaltet
ist, deren differentieller Widerstand gesteuert ist, und Verstärker, bei denen die
Regelung durch Verschieben des Arbeitspunktes eines Transistors (oder einer Röhre)
erfolgt. In beiden Fällen werden meist mehrstufige Verstärker verwendet, um die
notwendige hohe Verstärkung für eine ausreichende Regelsteilheit zu erhalten.
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In der deutschen Auslegeschrift 1160 510 ist die Ausgangsspannungsregelung
eines Transistorverstärkers beschrieben, dem ein Dioden enthaltendes Dämpfungsglied
vorgeschaltet ist, deren differentieller Widerstand durch eine Differenzgleichspannung
gesteuert ist, die aus einer der Ausgangsspannung des Transistorverstärkers proportionalen
Gleichspannung und einer Normalgleichspannung erzeugt ist, die durch eine Zenerdiode
stabilisiert und einen ohmschen Spannungsteiler einstellbar ist.
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In der deutschen Auslegeschrift 1200 368 ist ein geregelter
Transistorverstärker beschrieben, in dem mit einer Differenzgleichspannung, gebildet
aus einer Meßgleichspannung und einer Zenerspannung, der Gleichstromarbeitspunkt
eines Transistors und damit seine Verstärkung veränderbar ist. Aus Gründen der Betriebssicherheit
ist dieser Arbeitspunkt durch eine zusätzliche Schaltungsanordnung stabilisiert,
unter anderem für den Fall, daß der Transistorverstärker keine Eingangsspannung
bekommt.
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In der deutschen Patentschrift 1047 844 wird ein Niederfrequenzröhrenverstärker
mit Dynamikregelung, insbesondere mit Dynamikerweiterung, beschrieben. Bei diesem
Verstärker wird jedoch nicht auf konstante Ausgangsamplitude geregelt. Der ihm zugrunde
liegenden Aufgabe entsprechend sollen sämtliche innerhalb eines Frequenzbandes liegenden
Amplitudenschwankungen möglichst getreu übertragen werden, wobei die sehr hohen
Amplituden stärker gedämpft werden sollen als die niedrigen. Derartige Verstärker
haben daher eine exponentielle Kennlinie, während die Regelkennlinie eines auf konstante
Ausgangsamplitude geregelten Verstärkers eine lineare Regelkennlinie aufweisen muß.
Wie aus Spalte 1, Zeilen 50 bis 54 und Spalte 2, erster Absatz der vorstehend genannten
Patentschrift zu entnehmen ist, ist die Regelwirkung bei dem dort beschriebenen
Niederlrequenzverstärker zunächst sehr gering und kann nur durch zusätzliche Maßnahmen
verbessert werden, wobei diese Verbesserung auch nur für einen bestimmten Bereich
überhaupt eintritt. Während dies bei einem derartigen Verstärker in Kauf genommen
werden kann, da die Dynamikregelung ja sowieso erst bei sehr hohen Amplituden eintreten
soll, ist dies bei Pilotverstärkern für Trägerfrequenzsysteme störend, da an die
dort verwendeten Verstärker hohe Anforderungen an die Stabilität der Eingangsspannung
gestellt werden müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen gegenüber bekannten auf konstante
Ausgangsamplitude geregelten Träger- oder Pilotverstärkern verbesserten geregelten
Verstärker zu schaffen.
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Gemäß der Erfindung ist der geregelte Verstärker der eingangs erwähnten
Art so ausgebildet, daß in den Gegenkopplungsweg ein Transistor eingefügt ist, der
durch eine Differenzgleichspannung in seiner Verstärkung der Gegenkopplungsspannung
steuerbar ist und daß der Verstärker einen Ausgangsübertrager mit einer erdfreien
Gegenkopplungswicklung besitzt, die den Emitter des Transistors mit dem Ausgang
einer Diodenschaltung verbindet, der eine der Ausgangsspannung proportionale Gleichspannung
liefert, und daß die Basis des Transistors mit einer Normalspannungsquelle verbunden
ist.
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Durch Anwendung dieser Maßnahmen wird die Regelung der Ausgangsamplitude
durch Beeinflussung der Gegenkopplung des Verstärkers abhängig von der Differenzgleichspannung
und die Verstärkung der Gegenkopplungsspannung durch den Transistor erreicht, so
daß sich für den Verstärker sehr gute Regeleigenschaften ergeben, die ihn besonders
bei höheren Eingangsleistungen gegenüber bekannten geregelten Verstärkern auszeichnen.
Da der geregelte Verstärker nach der Erfindung am Eingang des Verstärkerweges mit
annähernd gleichbleibenden, lediglich durch Gegenkopplung abgesenkten Pegeln arbeitet,
ergeben sich große Erleichterungen bei der Erzielung von hohen Rausch- und Brummabständen,
wie sie bei Trägerfrequenzverstärkern gefordert werden.
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Der Transistor läßt sich mit hoher Steilheit an seiner Emitter-Basisstrecke
durch die Differenzgleichspannung steuern. Er braucht im ungeregelten Zustand keine
besondere Arbeitspunktstabilisierung, da er in diesem Fall stromlos ist. Die Verstärkerstufe
hat einen festliegenden Arbeitspunkt und kann daher entsprechend gut stabilisiert
werden. Es gelingt schon bei bezüglich des Verstärkerweges einstufigen Transistorverstärkern
Eingangsspannungs-, Temperatur- und Lastschwankungen so auszuregeln, daß dabei die
besonders hohen Anforderungen für Pilotregelverstärker erfüllt werden, so daß sich
wesentliche Einsparungen an Bauelementen und ein geringer Stromverbrauch gegenüber
bekannten Pilotregelverstärkern erzielen lassen, die aus regelungstechnischen Gründen
mindestens zweistufig ausgeführt sind.
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Zur Erzeugung der Normalgleichspannung verwendet man zweckmäßigerweise
die durch eine Zenerdiode stabilisierte Batteriespannung. Mit dem einstellbaren
ohmschen Spannungsteiler parallel zu der Zenerdiode läßt sich der benötigte genaue
Wert der Normalgleichspannung gewinnen, um den genauen vorgegebenen Wert der Ausgangsamplitude
des geregelten Verstärkers einstellen zu können.
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Pilot- und Trägerverstärker, die auf eine konstante Ausgangsspannung
geregelt sind, werden meist über eine der Ausgangsspannung proportionale Gleichspannung
überwacht und gegebenenfalls automatisch auf eine Ersatzspannungsquelle umgeschaltet,
wobei die der Ausgangsspannung proportionale Gleichspannung durch Gleichrichtung
einer der Ausgangsspannung proportionalen Wechselspannung mittels
einer
Diodenschaltung erzeugt ist. Verteilhafterweise ist diese Gleichspannung als Regelkriterium
verwendet, was wegen der üblichen negativen Polarität dieser Gleichspannung gegen
den geerdeten Pluspol der Batteriespannung nicht bei allen bekannten Regelverstärkern
möglich ist. Da der geregelte Verstärker so ausgeführt ist, daß der Emitter des
im Gegenkopplungsweg befindlichen Transistors über eine erdfreie Gegenkopplungswicklung
des Ausgangsübertragers an den Ausgang der Diodenschaltung angeschlossen ist, und
die Basis des Transistors mit der Normalspannungsquelle verbunden ist, wird auf
einfache Weise eine Spannungsgegenkopplung erzielt, die den dynamischen Ausgangswiderstand
des Verstärkers und damit seine Lastabhängigkeit herabsetzt und die Normalspannungsquelle
nur durch den geringen Basisstrom des Transistors belastet ist. Durch die geringe
Belastung der Normalspannungsquelle wird ein großer Einstellbereich des ohmschen
Spannungsteilers und damit der Ausgangsspannung des Verstärkers erreicht, ohne Verschlechterung
der Regelungseigenschaften durch den Innenwiderstand des Spannungsteilers einerseits
und ohne übermäßige Belastung der Normalspannungsquelle durch einen zu niederohmigen
Spannungsteiler andererseits.
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An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird
die Erfindung näher erläutert. Am Eingang E des geregelten Verstärkers liegt die
ungeregelte Träger- bzw. Pilotspannung, die aus Entkopplungsgründen über die einenEingangsspannungsteiler
bildenden Widerstände R 1 und R 2 der Primärwicklung 1 des Eingangsübertragers U
1 zugeführt ist. Die Sekundärwicklung 2 des Eingangsübertragers Ü 1 speist die Basis
des in Emitterschaltung arbeitenden Verstärkertransistors T l, dessen Kollektor
mit der durch den Kondensator C 6 abgestimmten Primärwicklung 5 des Ausgangsübertragers
Ü 2 und mit der Diode D verbunden ist, die an dem Kondensator C 7 eine negative
Gleichspannung erzeugt, die der Ausgangsspannung proportional ist. Die Ausgangsspannung
wird von der Sekundärwicklung 6 des Ausgangsübertragers Ü 2 erzeugt und steht am
Ausgang A des geregelten Verstärkers zur Verfügung. Die negative Gleichspannung
an dem Kondensator C 7 ist über einen abgleichbaren Meßspannungsteiler, bestehend
aus den Widerständen R 12 und R 13, auf einen Spannungswert geteilt, der für Meß-
und überwachungszwecke an der Klemme 7 zur Verfügung steht. Die Gegenkopplungswicklung
4 des Ausgangsübertragers U 2 ist amVerbindungspunkt der Diode D und des Kondensators
C 7 angeschlossen und leitet dessen Gleichspannung über den Widerstand R 10 zum
Emitter des Transistors T 2, der die Gegenkopplungsspannung verstärkt. Die verstärkte
Spannung wird vom Kollektor des Transistors T 2 über die mit dem Kondensator C 1
abgestimmte Tertiärwicklung 3 des Eingangsübertragers U 1 in den Eingang
des Verstärkertransistors T 1 gegengekoppelt.
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Das Maß der Gegenkopplung ist durch die Verstärkung des Transistors
T 2 gegeben, die durch eine Differenzgleichspannung an seiner Emitter-Basisstrecke
gesteuert ist. Die Differenzgleichspannung entsteht durch Gegeneinanderschaltung
zweier Gleichspannungen. Die erste ist die der Ausgangswechselspannung proportionale
Gleichspannung an dem Kondensator C 7 und bringt ein negatives Potential an den
Ermitter des Transistors T 2 gegen den geerdeten Pluspol -f- UB der Batteriespannung.
Die zweite ist eine Normalgleichspannung an dem Spannungsteilerwiderstand R 11 und
bringt negatives Potential an die Basis des Transistors T2 bezogen auf Erdpotential.
Im Betriebsfall überwiegt die der Ausgangsspannung proportionale Gleichspannung,
so daß die Emitter-Basisstrecke geöffnet ist und somit ein mittlerer Arbeitspunkt
und eine mittlere Verstärkung des Transistors T 2 im Gegenkopplungsweg besteht.
Eine Erhöhung der Ausgangsspannung bewirkt eine Verschiebung des Arbeitspunktes
des Transistors T 2 zu einem größeren Kollektorgleichstrom und damit zu einer Vergrößerung
der Verstärkung im Gegenkopplungsweg und einer Verkleinerung der Ansteuerung des
Verstärkertransistors T 1.
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Zur Erzeugung der Normalgleichspannung ist die Kathode der Zenerdiode
Z mit dem geerdeten Pluspol -f- UB, die Anode über den Widerstand R 8 mit
dem Minuspol - UB der Batteriespannung verbunden. Die negative Spannung der
Anode ist über die Spannungsteilerwiderstände R 9 und R 11 geteilt.
Der Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände R 9 und R 11 ist mit der Basis
des Transistors T 2 und mit dem Kondensator C 5 verbunden, der parallel zu dem Widerstand
R 11 liegt und die Normalgleichspannung siebt. Um die Ausgangsspannung des geregelten
Verstärkers auf einen vorgegebenen Wert einstellen zu können, ist der Widerstand
R 9 von Hand veränderbar, womit die Normalgleichspannung am Widerstand R
11 und damit die geregelte Ausgangsspannung einstellbar ist. Der einstellbare
Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R 9 und R 11 wird durch den Basisgleichstrom
des Transistors T 2 sehr wenig belastet.
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Bezüglich der Verstärkung der Gegenkopplungsspannung arbeitet der
Transistor T 2 in Basisschaltung. Die Kollektorspannung bezieht der Transistor
T 2 über die Tertiärwicklung 3 des Eingangsübertragers Ü 1 vom Pluspol -f-
UB der Batteriespannung. Der Verstärkertransistor T1 arbeitet in Emitterschaltung,
die in üblicher Weise durch die in Serie geschalteten Emitterwiderstände R 5 und
R 6 stromgegengekoppelt ist, wobei letzterer durch den Kondensator C 3 überbrückt
ist. Der Fußpunkt des Emitterwiderstandes R 6 ist über den Widerstand R 7 mit dem
Minuspol - UB der Batteriespannung und über den Kondensator C 4 mit Erde
verbunden. Parallel zu dem Kondensator C 4 liegt eine Serienschaltung zweier Widerstände
R 3 und R 4, deren Verbindungspunkt das richtige Gleichstrompotential über die Sekundärwicklung
2 des Eingangsübertragers Ü 1 an die Basis des Verstärkertransistors T 1 liefert,
das dessen Arbeitspunkt bestimmt. Der Widerstand R 4 ist durch den Kondensator C
2 überbrückt.
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Der vorstehend beschriebene geregelte Verstärker nach der Erfindung
ist weitgehend unempfindlich gegen Temperaturschwankungen. Der Temperaturgang wird
hauptsächlich durch die stark temperaturabhängigen Halbleiter hervorgerufen. Durch
das Zusammenwirken der TK-Werte des Transistors T 2 und die Diode D einerseits und
der Zenerdiode Z andererseits, tritt eine weitgehende Temperaturkompensation auf.
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Außer des im Ausführungsbeispiel beschriebenen Verstärkers mit einer
gesteuerten Spannungsgegenkopplung lassen sich auch Verstärker nach der Erfindung
ausführen, die eine gesteuerte Stromgegenkopplung besitzen, die den Ausgangswiderstand
des Verstärkers heraufsetzt, was insbesondere bei auf
konstanten
Ausgangsstrom geregelten Verstärkern von Vorteil ist, wie sie z. B. zur Ansteuerung
von Eisenverzerrern verwendet werden.