DE19757019C2 - Schaltungsanordnung zum Auskoppeln von Gleich- und Wechselspannungssignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Fernsehstudiotechnik wird die sogenannte "Durchschleiftechnik" verwendet, bei welcher die Videosignalquelle, welche einen einheitlichen Innenwiderstand von 75 Ohm aufweist, in eine wellenwiderstandsrichtig abgeschlossene Leitung einspeist. Dort, wo ein Verbraucher sitzt, wird die Leitung unterbrochen und das Signal auf dem Innenleiter abgegriffen.

Die in Fig. 1 dargestellte, bekannte Durchschleifschaltung besteht im Prinzip aus einem elektronischen Verstärker 13, der einen hochohmigen Eingangswiderstand aufweist und dessen Spannungsverstärkung v_u = 2 ist. Dem niederohmigen Ausgangswiderstand des Verstärkers 13 ist zur Anpassung ein Reihenwiderstand von 75 Ohm nachgeschaltet.

Die Annahme, daß bei der bekannten Durchschleifschaltung nach Fig. 1 jeder Verbraucher einen konstanten Signalpegel erhält, ist nur im idealisierten, d. h., reflexionsfreien Fall gewährleistet. Treten dagegen Reflexionen infolge von Fehlanpassungen auf, ist der Signalpegel an jedem Verbraucher nicht mehr konstant, sondern ändert sich ggfs. sogar frequenzabhängig. Diese Rückwirkung ist besonders krass, wenn das System unterbrochen wird. Die vor der Unterbrechungsstelle liegenden Komponenten erhalten in diesem Fall einen um 6 dB erhöhten Pegel. Bei einem Kurzschluß an irgend einer Stelle der Leitung sind dagegen alle Verbraucher ohne Signal.

Aus der DE 195 31 125 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Durchschleifen von Videosignalen bekannt, bei welchem das am Videoeingang eines Fernsehgerätes anliegende Eingangssignal sowohl zur Ansteuerung eines Videoeingangsverstärkers als auch über einen Koppelkondensator zum Videoeingang weitergeleitet wird. Zwischen Videoeingang und Masse ist ein Abschlußwiderstand angeordnet, welcher aus der Serienschaltung eines FET- Transistors und eines niederohmigen Widerstandes besteht. Je nach Betriebszustand des Fernsehgerätes bildet entweder die genannte Serienschaltung oder der am Videoeingang angeschlossene Verbraucher den Abschlußwiderstand für das Videosignal.

Es ist ferner aus der DE 195 18 605 A1 eine Verstärkeranordnung bekannt, mit welcher Videosignale in eine angepaßte Leitung eingespeist oder ausgekoppelt werden können.

Aus "Television Engeneering Handbook" von Benson, McGraw Hill Book Company, 1986 (ISBN 0-07-004779-0), Seiten 14.25 bis 14.31 ist es bekannt, anstelle einer Durchschleifschaltung eine Kette von Verteilverstärkern vorzusehen, um die bereits erwähnten Probleme bei Reflexionen zu vermeiden. Indessen weist nach wie vor jedes professionelle Videogerät einen Durchschleifeingang auf, da es den Käufern solcher Geräte überlassen bleibt, auf welche Weise das Videoverteilsystem geplant und ausgeführt wird. Des weiteren lassen sich in der Praxis Durchschleifeingänge oftmals nicht vermeiden, so daß trotz des Einsatzes von kaskadierten Verteilverstärkern die erwähnten Probleme von Durchschleifschaltungen nach wie vor bestehen.

Aus der GB 21 73 077 A ist eine Schaltungsanordnung zum Auskoppeln von Gleich- und Wechselspannungssignalen bekannt, welche ein Eingangstor sowie ein erstes und zweites Ausgangstor aufweist. Zwischen dem Eingangstor und dem ersten Ausgangstor besteht ein passiver Übertragungsweg. Dagegen besteht zwischen dem Eingangstor und dem zweiten Ausgangstor ein aktiver Übertragungsweg mit einem elektronischen Verstärker. In dem passiven Übertragungsweg ist ein Netzwerk angeordnet, welches ausgangsseitig an den Innenwiderstand der Quelle für die Gleich- und Wechselspannungssignale angepaßt ist und den elektronischen Verstärker speist. Indessen läßt sich mit dem Netzwerk in dem passiven Übertragungsweg eine rückwirkungsfreie Entkopplung der beiden Ausgangstore nicht erzielen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung anzugeben, welche einen Durchschleifeingang kompatibel ersetzt und dabei die beiden Ausgangstore wirksam im Sinne einer Rückwirkungsfreiheit entkoppelt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, das im passiven Übertragungsweg zwischen dem Eingangstor und dem ersten Ausgangstor der Kopplungsschaltung angeordnete Widerstandsnetz so auszubilden, daß an ihm eine Teilspannung abgegriffen wird. Diese Teilspannung wird mit einem elektronischen Verstärker derart verstärkt, daß das Signal am zweiten Ausgangstor genau so groß ist wie das Signal am ersten Ausgangstor.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer gegenüber Fig. 2 vereinfachten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungs­ anordnung weist die Tore 1, 2 und 3 auf, von denen das Tor 1 den Eingang darstellt, welcher von einer nicht dargestellten Quelle mit Innenwiderstand R_i (75 Ohm) mit Gleich- und Wechselspannungssignalen gespeist wird. Vorzugsweise handelt es sich um FBAS- Fernseh-Signale, welche Gleich- und Wechselspannungsanteile aufweisen. Wesentlich ist, daß ein passiver Übertragungsweg 12 zwischen dem Eingangstor 1 und dem ersten Ausgangstor 2 vorhanden ist, wie dies auch bei der Durchschleifschaltung gemäß Fig. 1 der Fall ist. Zwischen dem Eingangstor 1 und dem zweiten Ausgangstor 3 befindet sich ein aktiver Übertragungsweg mit einem elektronischen Verstärker 13, welcher vorzugsweise in Form eines sogenannten Instrumentenverstärkers ausgebildet ist. Die Bemessung der Spannungsverstärkung v_u des elektronischen Verstärkers 13 wird unter Voraussetzung eines hochohmigen Eingangswiderstandes und eines niederohmigen Ausgangswiderstandes nachstehend noch näher behandelt. Zwischen dem Ausgang des Verstärkers 13 und dem zweiten Ausgangstor 3 liegt ein Reihewiderstand R₅ von 75 Ohm, damit das Tor 3 für einen angeschlossenen Verbraucher wie eine Quelle mit einem Innenwiderstand von 75 Ohm wirkt.

Das Widerstandsnetzwerk im passiven Übertragungsweg 12 umfaßt einen niederohmigen Längswiderstand R₁ (z. B. 1 Ohm) sowie einen Spannungsteiler mit einem ersten Teilerwiderstand R₃ (z. B. 149 Ohm) und einem zweiten Teilerwiderstand R₄ (11.101 Ohm), wobei der Spannungsteiler R₃, R₄ zwischen dem ersten Ausgangstor 2 und Bezugspotential (Masse) liegt. Zu Abgleichzwecken kann der Spannungsteiler R₃, R₄ als Potentiometer ausgebildet werden. Der Abgriff des Spannungsteilers R₃, R₄ ist mit dem invertierenden Eingang (-) des Verstärkers 13 verbunden. Der nicht-invertierende Eingang (+) des Verstärkers 13 führt über einen Vorwiderstand R₆ (z. B. 146 Ohm) zum Eingangstor 1. Der Vorwiderstand R₆ kann ggfs. weggelassen werden, falls der verwendete Verstärker 13 vernachlässigbare Offset-Ströme hat.

Das in Fig. 2 dargestellte Widerstandsnetzwerk weist ferner einen Querwiderstand R₂ (11.­ 250 Ohm) auf, welcher zwischen dem Eingangstor 1 und Bezugspotential (Masse) angeordnet ist. Der Querwiderstand R₂ kann, wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zeigt, unter Umständen weggelassen werden, wobei sich in diesem Falle die Widerstandswerte der Widerstände R₃, R₄ und R₆ in etwa halbieren. In beiden Fällen der Ausführungsbeispiele nach Fig. 2 und 3 besitzt der elektronische Verstärker 13 die Spannungsverstärkung v_u von 76.

Definiert man mit X das Verhältnis der Spannungen an dem ersten Ausgangstor 2 und dem Eingangstor 1 im angepaßten Zustand, d. h., wenn das erste Ausgangstor 2 mit einer Impedanz (75 Ohm) beschaltet ist, deren Wert dem Innenwiderstand R_i der Quelle entspricht, so lassen sich die Widerstände R₁ bis R₆ und die Spannungsverstärkung v_u nach den folgenden Beziehungen berechnen:

Läßt man, wie in Fig. 3 gezeigt ist, den Widerstand R₂ weg, wobei eine geringe Fehlanpassung am Eingangstor 1 in Kauf genommen wird, so gilt:

Eine wesentliche Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, den bisher als Durchschleifeingang von professionellen videotechnischen Geräten ausgeführten Eingang zu ersetzen. Dies bringt den erheblichen Vorteil, daß die Impedanz nachgeschalteter Geräte ohne Einfluß auf ein mit der erfindungsgemäßen Schaltungs­ anordnung ausgerüstetes videotechnisches Gerät ist, weil die beiden Ausgangstore der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung entkoppelt sind. Gleiches gilt, wenn in einer Kette von nachgeschalteten Geräten alle Geräte als Eingang die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung aufweisen. Signalleitungen können beispielsweise während des Betriebes aufgetrennt oder geschlossen werden, ohne daß Unterbrechungen oder unzulässige Pegel am zweiten Ausgangstor 3 die Folge wären. Gleichzeitig bleibt der Vorteil des Durchschleifeinganges, nämlich der passive Signalweg zwischen Eingangstor und erstem Ausgangstor im vollen Umfang erhalten. Es ist lediglich mit einer geringen, frequenzunabhängigen Dämpfung von beispielsweise kleiner als 0,1 dB pro Kopplungsschaltung zu rechnen. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist daher ein kompatibler Ersatz für die bekannte Durchschleifschaltung.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch als gesonderter Koppler ausgeführt werden kann. Vorhandene Systeme erhalten auf diese Weise einen zusätzlichen Signalausgang.

Die Kosten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind gering. Es sind preiswerte Verstärker 13 auf dem Markt erhältlich, welche die Forderungen nach hoher Verstärkung, sehr guter Gleichtaktunterdrückung, geringer nicht-linearer Verzerrungen und geringes Rauschen im gewünschten Frequenzbereich von beispielsweise 0 bis 5 MHz erfüllen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung läßt sich in bevorzugter Weise in integrierter Halbleitertechnik ausführen. Dabei ist von entscheidendem Vorteil, daß keinerlei Kondensatoren in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorhanden sind.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß der Übertragungsbereich bei 0 Hz, d. h., für Gleichspannungssignale beginnt und bis in den Bereich hoher Frequenzen reicht, wobei die obere Frequenzgrenze lediglich eine Frage der Technologie zur Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist. Selbst bei einem Aufbau aus diskreten, handelsüblichen Bauelementen läßt sich eine obere Frequenzgrenze von etwa 20 MHz erreichen.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum Auskoppeln von Gleich- und Wechselspannungssignalen, insbesondere von FBAS-Signalen, mit einem Eingangstor, einem ersten Ausgangstor und einem zweiten Ausgangstor, wobei ein passiver Übertragungsweg zwischen dem Eingangstor und dem ersten Ausgangstor besteht, und ein aktiver Übertragungsweg mit einem elektronischen Verstärker zwischen dem Eingangstor und dem zweiten Ausgangstor besteht,
dadurch gekennzeichnet, daß im passiven Übertragungsweg (12) ein Widerstands­ netzwerk angeordnet ist, welches ausgangsseitig an den Innenwiderstand (R_i) der Quelle für die Gleich- und Wechselspannungssignale angepaßt ist und den elektronischen Verstärker (13) speist, und daß das Widerstandsnetzwerk folgende Merkmale aufweist:

• a) einen niederohmigen Längswiderstand (R₁), der zwischen dem Eingangstor (1) und dem ersten Ausgangstor (2) liegt, und
• b) einen Spannungsteiler (R₃, R₄) für die Spannung am ersten Ausgangstor (2),

wobei der Verstärker (13) mit einem ersten Eingang (-) an den Abgriff des Spannungsteilers (R₃, R₄) angeschlossen ist und mit einem zweiten Eingang (+) ggfs. über einen Vorwiderstand (R₆) zum Eingangstor (1) führt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsnetzwerk einen hochohmigen Querwiderstand (R₂) aufweist, welcher zur eingangsseitigen Anpassung des Widerstandsnetzwerkes zwischen dem Eingangstor (1) und Bezugspotential liegt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsverstärkung (v_u) des elektronischen Verstärkers (13) nach folgender Beziehung bemessen ist:
wobei
v_u die Spannungsverstärkung des elektronischen Verstärkers 13 ist und
X das Verhältnis der Spannungen an dem ersten Ausgangstor (2) und dem Eingangstor (1) im angepaßten Zustand ist, d. h., wenn das erste Ausgangstor (2) mit einer Impedanz beschaltet ist, deren Wert dem Innenwiderstand (R_i) der Quelle entspricht.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände des Widerstandsnetzwerkes nach folgenden Beziehungen bemessen sind:
wobei
R₁ der niederohmige Längswiderstand,
R₂ der hochohmige Querwiderstand,
R₃ der mit dem ersten Ausgangstor (2) verbundene Widerstand des Spannungsteilers (R₃, R₄,
R₄ der mit Bezugspotential verbundene Widerstand des Spannungsteilers (R₃, R₄),
R_i der Innenwiderstand der Quelle,
X das Verhältnis der Spannungen an dem ersten Ausgangstor (2) und dem Eingangstor (1) im angepaßten Zustand
bedeuten.