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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Verstärkungsregelung
für einen Verstärker, insbesondere Transistorverstärker, in Hochfrequenzspannungen
führenden Kabelnetzen, beispielsweise in Gemeinschafts antennenanlagen, mit gleichzeitiger
Kompensation des frequenzabhängigen Temperaturflusses auf die Kabeldämpfung, wobei
eine von der jeweiligen Kabel- oder Umgebungstemperatur abhängige, aus einem gleichzeitig
mit der Signalspannung in das Kabelnetz eingespeisten Pilotsignal gewonnene Regelspannung
den Widerstandswert eines steuerbaren Widerstandes der Verstärkerschaltung verändert.
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Bei der Übertragung eines verhältnismäßig breiten Hochfrequenzspektrums
über Kabel tritt eine von der Höhe der zu übertragenden Frequenz und von der Kabellänge
abhängige Dämpfung auf. Desgleichen wirken sich Schwankungen der Kabeltemperatur
oder der Umgebungstemperatur des Kabels als Dämpfungsänderungen aus, und zwar nimmt
mit steigender Frequenz und steigender Temperatur die Kabeldämpfung a progressiv
zu. Zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Kabeldämpfung sind Verfahren
bekannt, bei denen von einer die zu übertragenden Hochfrequenzen aussendenden Endstelle
aus, z. B.
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von einer Fernseh-Ortsgemeinschaftsantennenanlage oder einer dazugehörenden
Verstärkereinrichtung, zusätzlich eine oder zwei Pilotfrequenzen konstanten Pegels
in das Kabel eingespeist werden, die dann etwa den gleichen temperaturbedingten
Amplitudenänderungen wie das zu übertragende Hochfrequenzspektrum unterliegen. Der
Übertragungsweg enthält dabei ein oder mehrere regelbare Netzwerke, die in Abhängigkeit
von dem dort eintreffenden Pilotfrequenzpegel bzw. einer von diesem abgeleiteten
Regelspannung unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Sollpegels in temperaturkompensierendem
Sinne gesteuert werden. Als Stellregler für die beispielsweise aus mehreren Spulen,
Kondensatoren und Widerständen bestehenden Netzwerke dienen z. B.
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elektromechanisch arbeitende Einrichtungen wie Stellmotoren und Schrittschaltwerke
oder auch elektronische Einrichtungen, die als Stellglied einen Thermistor, d. h.
einen steuerbaren Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten auf Halbleiterbasis,
aufweisen.
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Für eine Temperaturkompensation bei Hochfrequenzkabeln geeignete
Netzwerke sind in den bisher üblichen Ausführungsformen jedoch verhältnismäßig kompliziert
aufgebaut. Auch eine andere bekannte Möglichkeit, die temperaturbedingten Dämpfungsänderungen
des Kabels durch einen im Gegenkopplungskreis eines im Zuge der Kabel strecke liegenden
Verstärkers angeordneten Thermistor auszugleichen, dessen Widerstandswert sich in
Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur des Kabels ändert und damit den Grad der
Gegenkopplung bzw. der Verstärkung regelt, ist insofern nachteilig, als nur temperaturbedingte
Dämpfungsänderungen des Kabels innerhalb eines verhältnismäßig kleinen Frequenzbandes
ausgeglichen werden und demzufolge eine Anwendung für breitbandige Übertragungssysteme
nicht in Frage kommt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verstärkung eines Transistorverstärkers
in Kabelnetzen für breitbandige Hochfrequenzspannungen derart automatisch zu regeln,
daß auch die mit steigender Frequenz progressiv zunehmenden Ände-
rungen der Kabeldämpfung,
die durch Temperatur-und Alterungseinflüsse verursacht werden, ausgeglichen werden,
ohne daß zu diesem Zweck noch weitere Pilotfrequenzen eingesetzt werden müssen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der steuerbare
Widerstand als Dämpfungswiderstand im Verstärkungsweg liegt und gleichzeitig Teil
eines frequenzabhängigen Gegenkopplungsnetzwerkes des Verstärkers bildet.
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Es ist dabei für die Erfindung gleichbedeutend, ob der Verstärker
aus einer oder aus mehreren Verstärkerstuten besteht. Falls der Verstärker, wie
in der Praxis allgemein üblich, aus mehreren hintereinandergeschalteten Verstärkerstufen
besteht, ist es für die Erfindung ohne Bedeutung, zwischen welchen Verstärkerstufen
innerhalb des Verstärkerweges der steuerbare Widerstand als Dämpfungswiderstand
eingeschaltet ist.
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Der wesentliche Vorteil der Einrichtung gemäß der Erfindung besteht
darin, daß ein verhältnismäßig breites Frequenzband sowohl in seiner Frequenzlage,
der sogenannten »Schräglage«, als auch in seiner Amplitude (Pegel) mit einer einzigen
Pilotfrequenz ausgeregelt werden kann. Ein weiterer Vorteil der Einrichtung gemäß
der Erfindung, der sich aus dem ersten Vorteil folgerichtig ergibt, ist der wesentlich
geringere Aufwand an elektronisehen Bauelementen.
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wie Selektivverstärkern für die Pilotfrequenzen.
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Gleichrichtern, Differenzverstärkern und anderen zur Regelung benötigten
Bauelementen, als bei den bisher bekannten Einrichtungen, die mindestens zwei Pilotfrequenzen
benötigen, und zwar mindestens eine Pilotfrequenz zur Regelung der Frequenzlage
und eine Pilotfrequenz zur Regelung der Amplitude.
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In einem Anwendungsbeispiel gemäß der Erfindung kann in dem Fall,
daß der Verstärker mindestens aus zwei Verstärkerstufen besteht, die Einrichtung
so getroffen sein, daß der steuerbare Dämpfungswiderstand zwischen dem Ausgang einer
ersten Verstärkerstufe und dem Eingang einer zweiten Verstärkerstufe liegt und daß
das frequenzabhängige Gegenkopplungsnetzwerk eine Reihenschaltung aus einem ohmschen
Widerstand und wenigstens einem Blindwiderstand (Kapazität und/oder Selbstinduktion)
enthält, die zwischen dem Eingang der zweiten Verstärkerstufe und dem Eingang der
ersten Verstärkerstufe liegt.
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Gemäß einem weiteren Erfindungsbeispiel kann die Einrichtung auch
so getroffen sein, daß der steuerbare Dämpfungswiderstand zwischen dem Ausgang einer
ersten Verstärkerstufe und dem Eingang einer zweiten Verstärkerstufe liegt und daß
das frequenz abhängige Gegenkopplungsnetzwerk eine Reihenschaltung aus einem ohmschen
Widerstand und wenigstens einem Blindwiderstand (Kapazität und/oder Selbstinduktion)
enthält, die zwischen dem Ausgang der zweiten Verstärkerstufe und dem Ausgang der
ersten Verstärkerstufe liegt.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann auch ein Netzwerk mit T-,
Doppel-T- oder zr-Gliedern beinhalten.
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So kann in einem Anwendungsbeispiel gemäß der Erfindung die Einrichtung
so getroffen sein, daß parallel zu dem steuerbaren Dämpfungswiderstand ein aus ohmschen
Widerständen bestehendes T-Glied liegt.
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Weitere Einzelheiten der Einrichtung gemäß der Erfindung sind an
Hand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeikpiele näher
beschrieben und erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Transistorverstärkerstufe in an
sich bekannten Gegenkopplungsschaltung, F i g. 2 ein Diagramm, das den Verlauf der
Verstärkung einer Transistorverstärkerstufe in Abhängigkeit von der Frequenz der
Hochfrequenzspannung bei verschiedenen Schaltungsgegebenheiten erkennen läßt, Fig.
3 und 4 zwei beispielsweise Einrichtungen gemäß der Erfindung mit je einer Transistorverstärkerstufe
in Gegenkopplungsschaltung, Fig. 5 eine beispielsweise Einrichtung gemäß der Erfindung,
bestehend aus einer Transistorverstärkerstufe mit einem teilweise als T-Glied ausgebildeten
Gegenkopplungsnetzwerk, Fig. 6 ein als Blockschaltung dargestelltes Ausführungsbeispiel
der Gesamteinrichtung gemäß der Erfindung, Fig.7 eine beispielsweise Schaltungsanordnung
der als Differenzverstärker ausgebildeten, in der Fig. 6 dargestellten Verstärkerstufe,
welche dem Gegenkopplungsnetzwerk die Steuerspannungen zuführt.
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F i g. 1 zeigt eine an sich bekannte Transistorverstärkerstufe in
frequenzabhängiger Gegenkopplungsschaltung. Im Kollektor-Basiskreis des Transistors
1 liegt ein Widerstand 3 in Serie mit einer Selbstinduktion 4 und einem Kondensator
5. Es ist bekannt, den Frequenzgang von Breitbandverstärkern mittels einer solchen
Transistorverstärkerstufe in Gegenkopplungsschaltung zu regeln. Zu diesem Zweck
wird der Widerstand 3 durch einen regelbaren Widerstand, z. B. Heißleiter, lichtgesteuertes
Photoelement, pin-Diode usw. ersetzt.
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In dem Diagramm der Fig. 2 ist dargestellt, wie sich eine solche
Regelung des Frequenzganges praktisch auswirkt. Die gestrichelten Kurven zwischen
den zu verstärkenden Frequenzen f1 bis L2 deuten den Zustand bei nichtgeregeltem
Verstärker an. Die Pegel der beiden Frequenzen f1 und J2 weichen stark voneinander
ab, während sie bei geregeltem Verstärker praktisch gleiche Werte annehmen (nicht
gestrichelte Kurve). Die Regelung kann z. B. in bekannter Weise durch Beeinflussung
des steuerbaren Widerstandes 3 mittels einer Pilotfrequenz fp bewirkt werden. Die
Pilotfrequenz fp kann dabei sowohl außerhalb als auch innerhalb des zu übertragenden
Frequenzbandes f1-J2 liegen.
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Erfindungsgemäß ist der steuerbare Widerstand 3 als Dämpfungswiderstand
in dem Verstärkerweg, beispielsweise zwischen dem Ausgang einer ersten Verstärkerstufe
1 und dem Eingang einer zweiten Verstärkerstufe 2 (F i g. 3 und 4) angeordnet, und
zwar so, daß er gleichzeitig einen Teil der frequenzabhängigen Gegenkopplung einer
der Verstärkerstufen 1 oder 2 bildet.
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In F i g. 3 ist beispielsweise eine derartige Einrichtung dargestellt.
Der steuerbare Widerstand 3 in Reihe mit einem von Hand regelbaren Widerstand 9,
einer Selbstinduktion4 sowie einem Kondensator 5 stellt den Gegenkopplungskreis
der Transistorverstärkerstufe 1 dar. Der Kondensator 6 dient lediglich als Blockkondensator
für eine dem Transistorverstärker zugeführte, in der Zeichnung nicht dargestellte
Gleichspannung. Der steuerbare Widerstand 3 ist nun so angeordnet, daß er nicht
nur im Gegenkopplungskreis der Transistorverstärkerstufe 1
liegt, sondern gleichzeitig
auch im Verstärkungsweg zwischen dem Ausgang der ersten Transistorverstärkerstufe
1 und dem Eingang der zweiten Transistorverstärkerstufe 2 angeordnet ist; auf diese
Weise wirkt der steuerbare Widerstand 3 nicht nur als Regelglied für den Frequenzgang,
sondern gleichzeitig auch als Regelglied für die Amplitude des zu verstärkenden
Frequenzbandes, wobei das Frequenzband Ji bis f2 eine verhältnismäßig große Breite
annehmen darf. Mittels der Einrichtung gemäß der Erfindung können mit nur einer
einzigen Pilotfrequenz beide Regelfunktionen, nämlich die Funktion der Amplitudenregelung
und die der Frequenzregelung, ermöglicht werden, so daß ein erheblich geringerer
Aufwand an elektronischen Bauelementen gegenüber den bisherigen Anordnungen erforderlich
ist, bei denen zumindest zwei Pilotfrequenzen benötigt werden.
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In der F i g. 3 ist der Gegenkopplungskreis 3, 6, 9, 4, 5 zwischen
der Basis und dem Kollektor der ersten Transistorverstärkerstufe 1 angeordnet.
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In der Fig. 4 ist die gleiche beispielsweise Einrichtung wiedergegeben
wie in Fig.3, jedoch ist hier der Gegenkopplungskreis 6, 3, 5, 4, 9 zwischen der
Basis und dem Kollektor der zweiten Transistorverstärkerstufe 2 angeordnet. Der
steuerbare Dämpfungswiderstand 3 ist auch bei dieser Einrichtung zwischen dem Ausgang
der ersten Verstärkerstufe 1 und dem Eingang der zweiten Verstärkerstufe 2 angeordnet.
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Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Einrichtung. Die in dem Kollektor-Basis-Kreis der Transistorverstärkerstufe 1 angeordnete
Gegenkopplung ist hier als ein Netzwerk ausgebildet, bei dem parallel zu dem steuerbaren
Dämpfungswiderstand 3 ein aus ohmschen Widerständen bestehendes T-Glied 7 liegt.
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Die aus Kondensator 5, Selbstinduktion 4 und einstellbarem ohmschen
Widerstand 9 bestehende Reihenschaltung liegt an einem vorzugsweise einstellbaren
Abgriff 8 eines Längszweiges des T-Gliedes 7.
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Das Querglied des überbrückten T-Gliedes 7 ist ein zweiter steuerbarer
Widerstand 10, der zu dem steuerbaren Dämpfungswiderstand 3 gegensinnig durch die
Regelspannung gesteuert wird.
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Fig. 6 zeigt die Gesamtanordnung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Einrichtung.
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Am Eingang der Kabelleitung, beispielsweise in einer Gemeinschaftsantennenanlage,
werden die von der Antenne ankommenden Signale in der sogenannten Kopfstation 15
in Kanalverstärkern auf den gleichen Pegel gebracht und nach der Zufügung einer
von dem Pilotgenerator 16 erzeugten Pilotfrequenz fp durch die Kabelstrecke 20 in
der benötigten Frequenzbreite f1 bis f2 weitergeleitet. Auf der Kabelstrecke 20
entlang können mehrere nicht geregelte Breitbandverstärker 14 eingesetzt werden,
um die infolge der Kabeldämpfung geschwächten Signale wieder auf die erwünschte
Höhe zu bringen.
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Sobald sich die Pegelschwankungen nicht tolerierbaren Werten nähern,
wird eine geregelte Verstärkeranordnung eingesetzt, die aus mehreren Verstärkerstufen
1 und 2 besteht. Zwischen dem Ausgang der Verstärkerstufe 1 und dem Eingang der
Verstärkerstufe 2 befindet sich das in F i g. 5 beschriebene Netzwerk, bei dem parallel
zu dem steuerbaren Dämpfungswiderstand 3 ein aus ohmschen Widerständen bestehendes
T-Glied 7 liegt, dessen Querglied
ein zweiter steuerbarer Widerstand
10 ist. Am Ausgang des Verstärkers 2 wird die Pilotfrequenz fp ausgekoppelt und
nach selektiver Verstärkung im Verstärker 11 und Gleichrichtung 12 einem Differenzverstärker
13 zugeführt, der seinerseits den beiden steuerbaren Widerständen 3 und 10 die Pilotfrequenz
fp gegensinnig zuführt.
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Die beispielsweise Schaltungsanordnung eines Differenzverstärkers
13 ist in Fig. 7 näher dargestellt. Dieser besteht im Beispielsfalle aus zwei Transistoren
17 und 18, deren Emitter unmittelbar miteinander verbunden sind und die einen gemeinsamen
Emitterwiderstand 19 haben, wobei die Basis des einen Transistors 17 ein konstantes
PotentiaI hat und der Basis des anderen Transistors 18 die Regelspannung fp vom
Gleichrichter 12 zugeführt wird, derart, daß den Kollektorkreisen der beiden Transistoren
17 und 18 je eine Steuerspannung für den steuerbaren Dämpfungswiderstand 3 bzw.
das steuerbare QuergliedlO entnehmbar ist. Sobald auf der Kabelleitung 20 eine Dämpfung
infolge von Temperatur- und Alterungseinflüssen entsteht, sinkt die Amplitude des
Signals am Ausgang des Breitbandverstärkers2. Dies hat infolge des Regelvorganges
eine Verminderung des Widerstandswertes am Dämpfungswiderstand 3 zur Folge, wodurch
das sinkende Signal wieder auf seine ursprüngliche Amplitude hochgeregelt wird.
Mit der Verminderung des Widerstandswertes des Dämpfungswiderstandes 3 vergrößert
sich aber gleichzeitig auch die Gegenkopplung der Verstärkerstufe 1 durch den im
Gegenkopplungskreis der Verstärkerstufe 1 angeordneten Stellwiderstand 9. Dies hat
seinerseits eine erhöhte Verstärkung der höheren Frequenzen (um f2) des Frequenzbandes
f1 bis f2 zur Folge, wodurch die durch die frequenzabhängige Kabeldämpfung verursachte
»Schräge« des Frequenzganges wieder in die gewünschte Lage gebracht wird (Diagramm
der F i g. 2). Mittels des Stellwiderstandes 9 läßt sich die gewünschte »Schräglage«
sowie die Steilheit der automatischen Schräglage-Regelung auch mit der Hand beliebig
einstellen.
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Außer den oben beschriebenen beispielsweisen Anordnungen der erfindungsgemäßen
Einrichtung können auch andere Anordnungen getroffen werden.
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So kann beispielsweise an Stelle des in Fig. 5 und Fig.6 dargestellten
T-Gliedes im frequenzabhängigen Gegenkopplungsnetzwerk auch ein Doppel-T-Glied oder
ein glied verwendet werden. Ferner kann an Stelle des zweiten steuerbaren Widerstandes
im Querglied 10 auch ein steuerbarer Widerstand im Emitterkreis derjenigen Transistorverstärkerstufe
1 oder 2 angeordnet werden, in deren Basis-Kollektor-Kreis sich das frequenzabhängige
Gegenkopplungsnetzwerk befindet. Es besteht ferner die Möglichkeit, die automatische
Frequenz- und Pegelregelung gleichzeitig an mehreren Stellen auf der Kabelleitung
mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung einzusetzen.