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Schaltung zur Bildung einer Regelgleichspannung Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltung zur Bildung einer Regelgleichspannung, insbesondere für
die automatische Verstärkungsregelung von Wechselstromverstärkern, bei der zur Gewinnung
einer vorgegebenen Regel-Ansprechzeit und einer davon abweichenden Regel-Nachwirkzeit
in einem aus einem Kondensator, aus Widerständen und aus wenigstens einem Richtleiter
bestehenden Netzwerk der Richtleiter so angeordnet ist, daß er eine vorgegebene
Abweichung der Ladezeitkonstante von der Entladezeitkonstante des Netzwerkes verursacht.
-~~~ Bei Wechselstromverstärkern mit automatischer Verstärkungsregelung muß auch
dann, wenn sich die Größe des Eingangssignals verhältnismäßig schnell ändert, eine
Übersteuerung des Verstärkers vermieden werden. Andererseits sollte, wenn die Eingangsspannung
des Verstärkers schnell auf einen kleinen Spannungswert zurückgeht, die Verstärkung
nicht schlagartig vergrößert werden, weil nämlich sonst diese, nur störende Signale
enthaltende Eingangsspannung bei der Wiedergabe zu unangenehmen Geräuschen führen
würde. Die Regel-Ansprechzeit, das ist die Zeit zum Abwärtsregeln des Verstärkers,
sollte daher kleiner sein als die Regel-Nachwirkzeit, das ist die Zeit zum Aufwärtsregeln
des Verstärkers.
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Es
Es ist bereits bekannt, zum Beispiel zur Erzielung
eines selbsttätigen Schwundausgleiches in Kurzwellenempfängern, Zeitkonstantenglieder
mit unterschiedlicher Lade- und Entladezeitkonstante zu verwenden. Dabei gelangen
richtungsabhängige Widerstände (Richtleiter) zur Anwendung, die so gepolt sind,
daß sich beim Ladevorgang nur der geringe Durchgangswiderstand auswirkt, während
der Entladevorgang über den hohen Sperrwiderstand oder einen dem Richtleiter parallel
geschalteten Widerstand erfolgt; vgl. DT-PS 1 163 921.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Mittel zum
selbsttätigen Schwundausgleich für die Regelung von insbesondere Wechselstromverstärkern
auszunutzen und derart zu verbessern, daß eine Regelspannung erzeugt wird, die eine
Proportional-Integral-Regelung mit linearer Charakteristik ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Schaltung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß die Widerstände und der bzw. die Richtleiter des
Netzwerkes vor dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers liegen, daß
der Kondensator den invertierenden Eingang und den Ausgang des Operationsverstärkers
überbrückt und daß eine von dem Ausgang des Wechselstromverstärkers abgeleitete
Gleichspannung an dem Netzwerk oder dem nichtinvertierenden Eingang des Operati
onsverstärkers liegt.
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Eine solche Schaltung ergibt ein Proportional-Integral-Verhalten lit
linearer Charakteriitik für die Regel-Ansprechzeit und die Rgel-Nachwlrkselt.
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In
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Schaltung
so ausgebildet, daß das Netzwerk aus dem Kondensator und aus einer Parallelschaltung
eines ersten Widerstandes mit einer Reihenschaltung aus dem Richtleiter und einem
zweiten Widerstand besteht.
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Die zuletzt genannte Parallelschaltung bewirkt, daß je nach der gewählten
Polarität des Richtleiters zum Beispiel für die Aufladung des Kondensators eine
Parallelschaltung aus zwei Widerständen und für die Entladung praktisch nur ein
Widerstand zur Wirkung kommt.
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Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden an Hand mehrerer in der Zeichnung
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten: Fig.
1 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Erzeugung einer Regelgleichspannung in
einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 ein Blockschaltbild ähnlich Fig. 1, Fig. 3
ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Erzeugung einer Regelgleichspannung in einer
zweiten Ausführungsform, Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Schaltung ähnlich der
Fig. 3, Fig. 5 ein Blockschaltbild eines regelbaren Mikrofonverstärkers mit der
erfindungsgemäßen Regelschaltung, Fig. 6 das zeitliche Verhalten der Eingangsspannung
der Regelschaltung und Fig. 7 das zeitliche Verhalten der Ausgangsspannung der Regelschaltung.
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In
In den Blockschaltbildern nach den Fig. 1 bis 4
bezeichnet 1 einen Eingang zum ZufUhren einer der zu regelnden Spannung proportionalen
Eingangsgleichspannung ue an eine Schaltung zur Bildung einer Regelgleichspannung.
Zwischen dem Eingang 1 und einem invertierenden Eingang 2 eines Operationsverstärkers
3 liegt eine Parallelschaltung aus einem ersten Widerstand 4 und einer Reihenschaltung
mit einer Diode 5 und einem zweiten Widerstand 6. Ein nichtinvertierender Eingang
7 des Operationsverstärkers 3 liegt auf dem Massepotential. Der invertierende Eingang
2 des Operationsverstärkers 3 und dessen Ausgang 8 sind durch einen Kondensator
9 überbrückt. Das Blockschaltbild in Fig. 2 unterscheidet sich von dem Blockschaltbild
in Fig.l nur dadurch, daß die Diode 5 entgegengesetzt gepolt ist. In dem Blockschaltbild
nach Fig. 3 wird die Eingangsgleichspannung ue dem nichtinvertierenden Eingang 7
des Operationsverstärkers 3 unmittelbar zugeführt. Die Parallelschaltung aus dem
Widerstand 4 und der Reihenschaltung mit der Diode 5 und dem Widerstand 6 liegt
auch in diesem Fall wieder an dem invertierenden Eingang 2 des Operationsverstärkers
3, jedoch liegt das nicht mit dem invertierenden Eingang 2 verbundene Ende der Parallelschaltung
auf dem Massepotential. Das Ausführungsbeispiel in der Fig. 4 unterscheidet sich
von dem in der Fig. 3 nur dadurch, daß die Diode 5 entgegengesetzt gepolt ist.
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Von der jeweils gewählten Polarität der Diode 5 hängt es ab, ob beim
Aufladen des Kondensators entweder nur der Widerstand 4 oder eine Parallelschaltung
aus den Widerständen 4 und 6 zur Wirkung kommt.
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kommt. In Verbindung mit dem Kondensator 9 entsteht dann zum Beispiel
entweder eine verhältnismäßig große oder eine kleine Zeitkonstante.
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Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltungen wird an
Hand eines ausführlicheren Schaltbildes eines regelbaren Wechselstromverstärkers
für Mikrofonspannungen erläutert; vgl.
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Fig. 5. In Fig. 5 bezeichnet 10 ein Mikrofon, das mit einem Eingang
11 eines einstufigen oder mehrstufigen, regelbaren Wechselstromverstärkers 12 verbunden
ist. Von einem Ausgang 13 des Wechselstromverstärkers 12 führt eine Verbindung zu
einer Gleichrichterschaltung 14, die aus der in dem Verstärker 12 verstärkten Niederfrequenzspannung
eine an einem Eingang 15 einer Schaltung 16 zur Bildung einer Regelgleichspannung
liegende Eingangs-Gleichspannung ue erzeugt. Die Schaltung 16 ist in Fig. 5. durch
strichpunktierte Linien umrahmt. Ein Ausgang 17 der Schaltung steht über eine Regelspannungsleitung
18 mit einem Regelspannungsanschluß 19 des Wechselstromverstärkers 12 in Verbindung.
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Die Schaltung zur Bildung einer Regelgleichspannung ist im einzelnen
folgendermaßen aufgebaut. Von dem Eingang 15 führt eine Verbindung über eine Parallelschaltung
eines ersten Widerstandes 20 und einer Reihenschaltung aus einer Diode 21 und einem
zweiten Widerstand 22 an einen invertierenden Eingang 23 eines Operationsverstärkers
24. Ein nichtinvertierender Eingang 25 des Operationsverstärkera 24 liegt an einer
festen Gleichspannung
Gleichspannung Soll, deren Bedeutung weiter
unten erläutert wird. Ein Kondensator 26 verbindet den invertierenden Eingang 23
des Operationsverstärkers mit dessen Ausgang 27, der dem Ausgang 17 der Schaltung
16 entspricht.
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Im folgenden wird die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 5 in Verbindung
mit den Diagrammen in den Fig. 6 und 7 erläutert.
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Wird bei eingeschaltetem Verstärker 12 zu einem Zeitpunkt tl (vgl.
Fig. 6) in das Mikrofon 10 gesprochen, so steigt die Eingangsspannung ue an dem
Eingang 15 der Schaltung 16 plötzlich in positiver Richtung an. Da die Diode 21
in diesem Fall in Durchlaßrichtung betrieben wird, kommt die Parallelschaltung aus
den Widerständen 20 und 22 zur Wirkung. Wenn man die Durchlaßspannung über der Diode
21 vernachlässigt, so ergibt sich für die Aufladung des Kondensators 26 folgende
Zeitkonstante: R1 . R2 TlMCR1 + # worin C den Kapazitätswert des Kondensators 26
und R1 und R2 die Widerstandswerte der Widerstände 20 und 22 bedeuten. Durch das
Proportional-Integral-Verhalten der Regelschaltung 16 entsteht am Ausgang 17 eine
Ausgangsspannung ua, das ist gleichzeitig die Regelgleichspannung u r für den regelbaren
Verstärker 12, die den aus Fig. 7 ersichtlichen Verlauf hat.
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Der Verstärker 12 wird entsprechend der Zeitkonstante T1 solange herabgeregelt,
bis zu einem Zeitpunkt t2 die an dem invertierenden Eingang 23 liegende Spannung
und die an dem nichtinvertierenden Eingang 25 liegende, vorgegebene Spannung U5011
gleich geworden sind. Bei Gleichheit der Eingangsspannemgen gibt der Ausgang 17
Ausgang
17 der Schaltung 16 eine Spannung uasOll ab, die dem Sollwert der Regelgleichspannung
entspricht. Geht dann zu einem Zeitpunkt t3 die Eingangsspannung ue auf etwa null
Volt zurück, das heißt wird das Mikrofon 10 nicht besprochen, zum Beispiel in einer
Sprechpause zwischen zwei Wörtern, so kann sich der Kondensator 26 entladen. Der
Entladestrom fließt von dem Ausgang 27 des Operationsverstärkers 24 über den Kondensator
26 und den Widerstand 20. Der Widerstand 22 kommt hierbei nicht zur Wirkung, weil
die Diode 21 für den Entladestrom in Sperrrichtung liegt. Die Zeitkonstante für
die Entladung des Kondensators 26 ist somit größer als die Zeitkonstante für die
Aufladung. Für die Entladezeitkonstante gilt die Beziehung: T2 = C R1, wobei C wieder
den Kapazitätswert des Kondensators 26 und R1 den Widerstandswert des ersten Widerstands
20 bedeuten.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 hat der erste Widerstand einen
Widerstandswert von 1 Mn und der zweite Widerstand einen Widerstandswert von lOO
kn. Die Zeitkonstanten T1 und t2 verhalten sich somit etwa wie 1 : 10. Während des
Entladevorgangs des Kondensators 26 hat die Ausgangs spannung ua der Regelschaltung
16 den zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 in den Fig. 6 und 7 gezeigten Verlauf.
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Wie die Fig. 7 weiterhin zeigt, verläuft der durch die Aufladezeitkonstante
v1 und der durch die Entladezeitkonstante T2 ge gebene Auflade- bzw. Entladevorgang
linear.
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Zu
Zu dem Zeitpunkt t4 wird das Mikrofon 10 wieder
besprochen, so daß die Eingangsspannung ue wieder ansteigt. Dadurch kann sich der
Kondensator 26 über die Parallelschaltung aus den Widerständen 20 und 22 entsprechend
der Zeitkonstante t1 aufladen, so daß die Ausgangs spannung u a den zwischen den
Zeitpunkten t4 und t5 liegenden Verlauf nimmt. Zu dem Zeitpunkt t5 ist beispielsweise
das Gespräch beendet, so daß die Eingangsspannung ue auf etwa null Volt zurückgeht,
so daß die Entladung des Kondensators 26 beginnt.
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Bei einem regelbaren Mikrofonverstärker wird die Entladezeitkonstante
r2 deshalb verhältnismäßig groß gewählt, damit eine möglichst große Regel-Nachwirkzeit
entsteht, die verhindert, daß bei nicht besprochenem Mikrofon 10 auf dieses Mikrofon
treffende Umweltgeräusche möglichst gering verstärkt werden.
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An dieser.Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Operationsverstärker
3 bzw. 24 in den angegebenen Schaltungen die Eigenschaft haben, ihre Ausgangs spannung
ua solange selbsttätig zu verändern, bis der Spannungswert an dem inbertierenden
Eingang gleich dem Spannungswert an dem nichtinvertierenden Eingang ist. Der geregelte
Mikrofonverstärker nach Fig. 5 stellt lediglich ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dar. Mit gleichem Erfolg kann die Regelschaltung auch bei der Regelung von Hochfrequenzverstärkern
oder zum Beispiel bei der Regelung von Elektromotoren eingesetzt werden.