DE2424771A1 - Schaltung zur bildung einer regelgleichspannung - Google Patents

Schaltung zur bildung einer regelgleichspannung

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DE2424771A1
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Avi Adler
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Robert Bosch Elektronik GmbH
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/36Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Amplifiers (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine solche Schaltung ergibt ein Proportional-Integral-Verhalten lit linearer Charakteriitik für die Regel-Ansprechzeit und die Rgel-Nachwlrkselt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • kommt. In Verbindung mit dem Kondensator 9 entsteht dann zum Beispiel entweder eine verhältnismäßig große oder eine kleine Zeitkonstante.
  • Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltungen wird an Hand eines ausführlicheren Schaltbildes eines regelbaren Wechselstromverstärkers für Mikrofonspannungen erläutert; vgl.
  • 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.
  • 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.
  • Im folgenden wird die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 5 in Verbindung mit den Diagrammen in den Fig. 6 und 7 erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Wie die Fig. 7 weiterhin zeigt, verläuft der durch die Aufladezeitkonstante v1 und der durch die Entladezeitkonstante T2 ge gebene Auflade- bzw. Entladevorgang linear.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (5)

  1. Patentansprüche
    L)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, dadurch gekennzeichnet, daß die WiderstAnde (4, 6, 202 22) und der bzw. die Richtleiter (z. B.
    5, 21) des Netzwerkes vor dem invertierenden Eingang (2, 23) eines Operationsverstärkers (3, 24) liegen, daß der Kondensator (9, 26) den invertierenden Eingang (2, 23) und den Ausgang (8, 27) des Operationsverstärkers überbrückt und daß eine von dem Ausgang des Wechselstromverstärkers (12) abgeleitete Gleichspannung (ue) an dem Netzwerk oder dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers liegt.
  2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk aus dem Kondensator (26) und alls einer Parallelschaltung eines ersten Widerstandes (20) mit einer Reihenschaltung aus dem Richtleiter (21) und einem zweiten Widerstand (22) besteht.
  3. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelschaltung zwischen dem invertierenden Eingang (2) des Operationsverstärkers (3) und Masse und die Gleichspannung (ue) an dem nichtinvertierenden Eingang (7) des Operationsverstärkers liegt.
  4. 4. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtleiter eine Diode (5, 21) ist.
  5. 5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der invertierende Eingang (23) des Operationsverstärkers (24) über das Netzwerk mit dem Ausgang einer die Ausgangsspannung des Wechselstromverstärkers (z. B. 12) gleichrichtenden Gleichrichterschaltung (14) verbunden ist, während der nichtinvertierende Eingang (23) des Operationsverstärkers auf einem festen, dem Sollwert der Regelgleichspannung (ur) entsprechenden Potential (U5011) liegt.
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