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Pegelregelvorrichtung
Die Erfindung beziehtsich auf eine Pegelregelvorrichtung für von einem Steuersignal begleitete Signale, die einen Verstärker und einen zur Pegelregelung dienenden AVC-Kreis (selbsttätigen Schwundausgleichkreis) enthält, der aus einem mit einem Amplitudendetektor versehenen Steuerempfänger besteht und dessen Eingang am Verstärkerausgang liegt, während der Verstärker mit einem Thermistor versehen ist, dessen Wert zur Verstärkungsregelung durch eine dem Ausgang des AVC-Kreises entnommene Pegelregelspannung gesteuert wird.
Der zur Pegelregelung dienende Thermistor kann dabei auf verschiedene Weisen in den Verstärkerkreis aufgenommen werden, z. B. bildet in einer bekannten Anordnung dieser Art der von der Pegelregelspannung gesteuerte Thermistor zusammen mit einem weiteren Thermistor einen einfachen Spannungsteiler am Eingangskreis des Verstärkers, oder es wird der von der Pegelregelspannung gesteuerte Thermistor in ein T-Netzwerk aufgenommen, wobei die Verstärkung der Pegelregelspannung durch einen magnetischen Verstärker durchgeführt wird.
Während in diesen bekannten Einrichtungen die Pegelregelung durch Regelung der Eingangsspannung des Verstärkers erzielt wird, ist es aus andern bekannten Einrichtungen ebenfalls bekannt, diese Pegelregelung durch eine Regelung der Gegenkopplung des Verstärkers zu erzielen, für welchen Zweck der Thermistor in den Gegenkopplungskreis des Verstärkers aufgenommen worden ist.
Es wird hiebei empfohlen, die Thermistoren, die mit den Kathoden der Verstärkerröhren des Verstärkers verbunden sind, mittels Kondensatoren von dem Kathodengleichstrom zu entkoppeln, um eine Änderung der Arbeitspunkte der Verstärkerröhren zu vermeiden.
Die Erfindung bezweckt, eine mit Transistoren bestückte Pegelregelvorrichtung anzugeben, die bei einer äusserst empfindlichen Pegelregelung und einer wesentlichen Herabsetzung der Einwirkung von Störsignalen eine hohe Betriebssicherheit, aufweist, so dass z. B. äusserst starke Steuerpegeländerungen keine völlige Entregelung des Pegelregelsystems oder sogar ein Durchbrennen des Thermistors herbeiführen können.
Die Pegelregelvorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Steuertransistor, an dessen Basiselektrode die Ausgangsspannung des AVC-Kreises zugeführt wird, und mit einem Hilfstransistor versehen ist, der im Pegelregelbereich mittels eines Über einen Speisewiderstand der Basiselektrode zugeführten Speisestromes gesättigt (gebotommed) ist, wobei die Emitterelektrode des Steuertransistors mit der Kollektorelektrode des Hilfstransistors verbunden ist und die Kollektorelektrode des Steuertransistors zum Steuern der Basisspeisespannung des Hilfstransistors an einer Anzapfung des mit der Basiselektrode des Hilfstransistors verbundenen Speisewiderstandes liegt, während der im Rückkopplungkreis des Verstärkers liegende Thermistor, der von der Pegelregelspannung gesteuert wird, im Emitterkreis des Hilfstransistors angebracht ist.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachstehend an Hand der Figuren näher erläutert.
Fig. l zeigt einpegelregelsystem nach der Erfindung, Fig. 2 ein Spannungsdiagramm zur Erläuterung der Pegelregelvorrichtung nach der Erfindung und Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.
Die in Fig. 1 dargestellte Pegelregelvorrichtung nach der Erfindung zur Pegelregelung von Signalen, begleitet von einem Steuersignal, bildet einen Teil eines Verstärkeramtes bei einem mit Transistoren be- stückten Trägerfrequenz-Fernsprechsystem, bei dem die übertragenen Signale über ein Übenragungska-
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zur Pegelregelung dienenden Steuersignals von 84 KHz eingerichtet.
AmAusgangskreis des Verstärkers 2 liegt ein zur Pegelregelung dienender AVC-Kreis, der aus einem Steuerempfänger besteht, der der Reihe nach ein Steuerfilter 3, einen Steuerverstärker 4 und einen Amplitudendetektor in Gegentaktschaltung 5 enthält, wobei der Detektor mit einem Ausgangsfilter 6 mit einem Sperrkreis 7 im Längszweig des Ausgangsfilters 6 zum Sperren der bei der Gegentaktgleichrichtung erzeugten Welligkeitsspannung versehen ist.
Am Ausgangskreis des Gegentaktgleichnchters 5 wird durch Gleichrichtung des Steuersignals eine zur Pegelregelung dienende Pegelregelgleichspannung erzeugt, die einen in einem Gegenkopplungskreis 8 des Verstärkers 2 liegenden Thermistor 9 mit negativem Temperaturkoeffizienten steuert, wobei somit die Pegelregelung durch Steuerung des Gegenl (opplungsfaktors des Verstärkers 2 bewirkt wird. Wie in der Figur angegeben ist, ist der Thermistor 9 in einen Längszweig eines 1r-Gliedes des Gegenkopplungsnetzwerkes 8 geschaltet.
Gemäss der Erfindung ist die Pegelregelvorrichtung mit einem Steuertransistor 10 in Kollektorschaltung, an dessenBasiselektrode die Ausgangsspannung des AVC-Kreises zugefühlt wird, und auch mit einem Hilfstransistor 11 versehen, der im Pegelregelbereich durch einen über einen Speisewiderstand 12,12' der Basiselektrode zugeführton Speisestrom leitend gemacht wird, wobei die Emitterelektrode des Steuertransistors 10 mit der Kollektorelektrode des Hilfstransistors 11 verbunden ist und die Kollektorelektrode des Steuertransistors zum Steuern der Basisspeisespannung des Hilfstransistors 11 an einer Anzapfung 13 des mit der Basiselektrode des Hilfstransistors 11 verbundenen Speisewiderstandes 12, 12' liegt, während der im Kreis des Verstärkers 2 liegende Thermistor 9, der durch die Pegelregelspannung gesteuert wird,
im Emitterkreis des Hilfstransistors 11 angebracht ist. Bei der dargestellten Vorrichtung ist die Basiselektrode des Hilfstransistors 11 aber einen Widerstand 14 mit der Emitterelektrode verbunden, während der Thermistor 9 durch einen in Reihe mit diesem Thermistor 9 geschalteten Transformator 15 mit dem Gegenkopplungskreis 8 des Verstärkers 2 gekoppelt ist, wobei die erhaltene Reihenschaltung von einem Kondensator 16 überbrückt ist, der für die Signalfrequenzen im Band von 60 bis 108 kHz eine erheblich geringere Impedanz aufweist als der Thermistorwiderstand 9, so dass far diese Frequenzen der Thermistor 9 unmittelbar parallel zum Transformator 15 geschaltet ist.
Zur Pegelregelung wirkt der Steuertransistor 10 durch Stromverstärkung als ein Energieverstärker für die Steuerung des Wertes des im Emitterkreis des Hilfstransistors 11 liegenden Thermistors 9, wobei im Pegelregelbereich zugleich die Spannung am Thermistor 9 praktisch gleich der im Gegentaktgleichrich- ter 5 erzeugten Pegelregelspannung ist, denn im Pegelregelbereich ist die Kollektor-Emitter-Innenimpedanz des Hilfstransistors 11, der in diesem Bereich durch die Basisspeisespannung leitend gemacht ist, besonders niedrig und beträgt z. B. 5 - 10 Q. Nimmt z.
B. in diesem Bereich die Amplitude des Steuersignals und infolgedessen die Ausgangsspannung des Gleichrichters 5 zu, so nimmt dabei die dem Thermistor 9 zugeführte Leistung, die durch das Quadrat des den Thermistor 9 durchfliessenden Stromes gegeben wird, gleichfalls zu, was eine Abnahme des Thermistorwiderstandes zur Folge hat, wodurch sich eine dieser Pegelzunahme entgegenwirkende Verstärkungsabnahme ergibt. Umgekehrt wird bei einer Amplitudenabnahme des Steuersignals durch Zunahme des Thermistorwiderstandes eine dieser Pegelabnahme entgegenwirkende Verstärkungszunahme bewirkt.
An Hand der in Fig. 2 dargestellten Strom-Spannungskennlinie des Thermistors 9, die durch die Kurve 17 angegeben ist, wird jetzt die beschriebene Pegelregelvorrichtung näher erläutert. Der Pegelregelbereich der Pegelregelvorrichtung wird von den in der figur durch die Linien 18, 19 angegebenen Grenzen begrenzt und beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel z. B. 8 db.
Bei dieser Vorrichtung tritt die untere Grenze 18 des Pegelregelbereiches auf, wenn der Steuertransistor 10 gesperrt ist, wobei der Thermistorstrom und somit der Thermistorwiderstand durch den Wertdes Basisspeisewiderstandes 12, 12' bestimmt werden, während die obere Grenze 19 des Regelbereiches dann erreicht wird, wenn der Kollektorstrom des Steuertransistors 10 derart zugenommen hat, dass die dadurch herbeigeführte Abnahme des Basisstromes des Hilfstransistors 11 bewirkt, dass der Hilfstransistor 11 aus seinem stark leitenden Zustand in seinen normalen Arbeitsbereich versetzt wird, denn in diesem Arbeitsbereich fängt die Kollektor-Emitterspannung des Hilfstransistors 11 an, zuzunehmen, wodurch eine weitere Zunahme des Emitterstromes verhindert wird.
Hiebei sind die beiden Grenzen 18, 19 des Regelbereiches auf einfache Weise einstellbar, u. zw. erfolgt die Einstellung der unteren Grenze 18 durch Einstellung des Basisspeisewiderstandes 12, 12', während die Einstellung der oberen Grenze durch die Einstellung der Anzapfung 13 oder des zwischen der Emitterelektrode und der Basiselektrode des Hilfstransistors 11 liegenden Widerstandes 14, der z. B. einen Wert von 140 ss aufweist, erfolgt. Die Festlegung des Pegelregelbereiches
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bewirkt, dass eine übermässige Änderung des Steuersignales kein Durchbrenner. des Thermistors 9 bzw. keine völlige Entregelung des Pegelregelsystems herbeiführen kann, weil der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 2 sich um höchstens 8 db ändern kann.
Wie jetzt näher erläutert wird, wird im Pegelregelbereich eine äusserst empfindliche Pegelregelvorrichtung erhalten, denn wenn der Thermistor in dem Punkt P seiner Kennlinie eingestellt ist, welchem Punkt eineThermistorspannungV und ein Thermistorstrom 11 entsprechen, führt eine Zunahme des Steuerpegels eine Abnahme des Thermistorwiderstandes herbei und wird der Thermistorwiderstand durch den Quotienten der zu dem dann auftretenden Arbeitspunkt Q gehörenden Spannung V2 und des Stromes L gegeben, während in gleicherweise bei einer Abnahme des Steuerpegels der Thermistorwiderstand auf einen Wert zunimmt, der vom Quotienten aus der Spannung V und dem Strom], des dann auftretenden Arbeitspunktes R gegeben wird.
Weil die Spannung des Thermistors 9 durch die Spannung bestimmt wird, die dem Arbeitspunkt auf seiner Kennlinie entspricht, und weiter die Thermistorspannung und die Ausgangsspannung des Gegentaktdetektors 5 praktisch gleich sind, wird die Ausgangsspannung des Gegentaktdetektors 5 gezwungen, der Thermistorspannung zu folgen. Bei der angegebenen Festlegung des Pegelregelbereiches, wobei der Thermistor in den dargestellten Teil seinerKennlinie eingestellt ist, wird eine empfindliche Pegelregelung erhalten, z. B. werden hiebei Pegeländerungen von 8 db auf 0, 1-0, 2 db herabgesetzt.
Hiebei sei bemerkt, dass der Verlauf der Thermistorkennlinie im Pegelregelbereich, der darin besteht, dass die Thermistorspannung mit zunehmendem Thermistotstrom ein wenig abnimmt, das Erreichen einer höchstmöglichen Regelempfindlichkeit unterstützt, denn hiedurch ergibt sich ein Ausgleich des bei zunehmendem Thermistorstrom zunehmenden Spannungsabfalles im Kreis Basiselektrode des Steuertransistors 10, Emitterelektrode dieses Transistors, Kollektorelektrode des Hilfstransistors 11, Emitterelektrode dieses Hilfstransistors und Primärwicklung des Transformators 15, welcher. Spannungsabfall zwar äusserst gering, jedoch zum Erhalten einer MchstmöglichenRegelempfindlichkeit nicht vernachlässigbar ist.
Ganz verschieden ist das Verhalten der Pegelregelvorrichtung für Störwechselspannung, das sind Wechselspannungen von so niedriger Frequenz, dass sie das Tiefpassfilter 6 des Gegentaktamplitudenmodulators 5 passieren können, denn der Thermistorwiderstand vermag infolge seiner thermischen Trägheit den Störwechselspannungen nicht zu folgen, und für die Störwechselspannungen bewirkt der Thermistor 9 eine er- hebliche Gegenkopplung, die vom im Emitterkreis des Hilfstransistors liegenden Kondensator 16 praktisch nicht verringert wird, weil dieser Kondensator für die Störfrequenzen eine erheblich grössere Impedanz aufweist als der Thermistorwiderstand.
Die Beeinflussung der Pegelregelvorrichtung durch die Störsignale besteht darin, dass durch den Energieinhalt dieser Störsignale der Einstellpunkt des Thermistors 9 geändert wird, und wenn z. B. im äussersten Falle der Störwechselstrom 10% des den Thermistor durchfliessenden Regelgleichstromes beträgt, so hat dieser Störwechselstrom eine Änderung des Einstellpunktes zur Folge, die einer Änderung des den Thermistor 9 durchfliessenden Regelgleichstromes von nur 1/2% entspricht.
Auf diese Weise wird eine sehr hohe Störfreiheit erzielt, wobei infolge des sehr hohen Gegenkopplungfaktors für die Störsignale keine Gefahr von Verzerrungen in diesen Störsignalen besteht, die sonst einen Beitrag zum Pegelregelgleichstrom liefern könnten.
Für Pegelregelvorrichtungen hat diese hohe Störfreiheit einen wichtigen zusätzlichen Vorteil, denn infolgedessen kann die Sperrfrequenz des Tiefpassfilters 6 im Ausgangskreis des Gegentaktdetektors 5 erhöht und somit die Zeitkonstante des Tiefpasses 6 verrringert werden, so dass in der Pegelregelschleife als einziges Element mit grosser Zeitkonstante nur der Thermistor 9 wirksam ist, wodurch bei einer Steuerpegel- änderung das im Pegel geregelte Ausgangssignal des Verstärkers 2 aperiodisch ohne Ausschwingerscheinungen seinen endgültigen Zustand erreicht.
Das geschilderte Pegelregelsystem gewährt somit nicht nur eine hohe Betriebssicherheit, eine äusserst empfindliche Pegelregelung und eine hohe Störfreiheit, sondern auch einen ruhigen Ausgangspegel ohne Ausschwingerscheinungen, die in der Praxis mit"Jitter"bezeichnet werden.
Bei der beschriebenen Vorrichtung erfährt die Steuerung des Hilfstransistors 11 nur einen geringen Einfluss von Störsignalen, die über den Kollektorkreis des Steuertransistors 10 und den Basisspeisewiderstand 12, 12' die Basiselektrode des Hilfstransistors 11 erreichen, u. zw. infolge der Spannungsteilung der Störsignale auf den verhältnismässig grossen Basisspeisewiderstand 12 und den kleinen Widerstand 14 zwischen derBasiselektrode und der Emitterelektrode des Hilfstransistors 11. Gegebenenfalls kann dieser Einfluss noch weiter dadurch herabgesetzt werden, dass an den Anschlusspunkt 13 der Kollektorelektrode und desBasisspeisewiderstandes 12, 12' einGlättungskondensator 20 gelegt wird, der die Verstärkung der Störsignale durch den Steuertransistor 10 herabsetzt.
Nachstehend werden einige Angaben einer in der Praxis eingehend geprüften Pegelregelvorrichtung angeführt :
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<tb>
<tb> Transistoren <SEP> 10, <SEP> 11 <SEP> : <SEP> OC <SEP> 76 <SEP> Widerstand <SEP> 12' <SEP> : <SEP> 820 <SEP> Q
<tb> Thermistor <SEP> : <SEP> Kleinst-NTC-Widerstand <SEP> Widerstand <SEP> 12 <SEP> : <SEP> 5600 <SEP> Q <SEP>
<tb> Kondensator <SEP> 16 <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> g <SEP> F <SEP> Widerstand <SEP> 14 <SEP> : <SEP> 140 <SEP> a
<tb> Kondensator <SEP> 20 <SEP> : <SEP> 40 <SEP> je <SEP> F
<tb>
Übersetzungsverhältnis des Transformators 15 : 1 : 1.
Ein praktischer Vorteil der beschriebenen Vorrichtung ist auch die hohe Eingangsimpedanz, die in und ausser dem Pegelregelbereich beibehalten bleibt, denn dies ermöglicht eine Überwachung des Steuerpegels am Ausgang des Gegentaktdetektors 5 mit Hilfe eines Gleichspannungsmessers ohne störende Beeinflussung der Anzeige durch Änderungen in der Eingangsimpedanz der Pegelregelvorrichtung.
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausfuhrungsform einer Pegelregelvorrichtung nach der Erfindung, bei der entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
Die Vorrichtung nach Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 1 darin, dass bei der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung die Basiselektrode des Hilfstransistors nicht unmittelbar über einen Widerstand 14 mit der Emitterelektrode, sondern aber einen Widerstand 21 mit dem von der Emitterelektrode abgewendeten Ende des Thermistors 9 verbunden ist. Dieser Widerstand 21, der auch die Thermistorspannung von etwa 4 V aufnehmen muss, ist erheblich, z. B. um das 30-fache, grösser als der zwischen der Basiselektrode und der Emitterelektrode liegende Widerstand 14 in Fig. 1, wodurch sich eine empfindlichere Steuerung des Hilfstransistors 11 ergibt, so dass Einflüsse der Temperatur auf die Lage des Arbeitspunktes des Hilfstransistors 11, die eine Verschiebung der Lage der oberen Grenze 19 des Pegelregelbereiches herbeifuhren könnten, weitgehend beseitigt werden.
Es wurde z. B. in der Praxis festgestellt, dass bei einer Erhitzung des Transistors 11 auf etwa 800C die obere Grenze des Pegelregelbereiches sich nur um wenige lo änderte.
Es stellte sich heraus, dass Störsignale, die über den Kollektorkreis des Steuertransistors 10 die Basiselektrode des Hilfstransistors 11 erreichen, die Steuerung des Hilfstransistors praktisch nicht beeinflussen, was der Tatsache zuzuschreiben ist, dass, wenn der Hilfstransistor 11 in seinem normalen Arbeitsbereich wirksam ist, durch den Kreis : Kollektor des Steuertransistors 10, Basisspeisewiderstand 12 des Hilfs-
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Steuertransistor 10 eine erhebliche Gegenkopplungsspannung zugeführt wird, die den Einfluss der Störsignale erheblich herabsetzt.
Bei dieser weitgehenden Unempfindlichkeit gegen Temperatureinflüsse erweist sich die Störfreiheit
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Zunahme des Steuerpegels die Pegelregelung verzögert wird, denn, wenn eine solche Pegelzunahme auftritt, wird infolge der Steuerung der Basisspannung des Hilfstransistors 11 durch den Steuertransistor 10 der normalerweise stark leitend gemachte Hilfstransistor 11 in seinen normalen Arbeitsbereich gebracht, wodurch im Vergleich zur Vorrichtung nach Fig. 1 der Thermistorstrom nur allmählich ansteigen kann, wodurch der Thermistor 9 nur allmählich erhitzt wird. Nicht nur bei einer Abnahme des Steuerpegels, sondern auch bei einer Zunahme dieses Pegels kann infolge der beschriebenen Wirkung die Verstärkung des Verstärkers sich nur allmählich ändern, was für die Stabilität des Systems besonders vorteilhaft ist.
Bei der geschilderten Vorrichtung. erfolgt die Einstellung der unteren Grenze 18 des Pegelregelbereiches mittels eines zwischen die Speisespannungsklemme und den Thermistor geschalteten Widerstandes 22, während die Einstellung der oberen Grenze 19 durch Einstellung des Anschlusspunktes 13 der Kollektorelektrode des Steuertransistors 10 und des Basisspeisewiderstandes 12, 12' des Hilfstransistors 11 bewirkt wird.
Nachstehend werden einige Angaben über die beschriebene Vorrichtung, bei der Transistoren und Thermistoren vom gleichen Typ wie bei der Ausführung nach Fig. l Anwendung finden, angeführt :
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<tb>
<tb> Kondensator <SEP> 16 <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> JlF <SEP> Widerstand <SEP> 12' <SEP> : <SEP> 560 <SEP> ss
<tb> Kondensator <SEP> 20 <SEP> : <SEP> 40 <SEP> F <SEP> Widerstand <SEP> 12 <SEP> : <SEP> 7500 <SEP> ss <SEP>
<tb> Übersetzungsverhältnis <SEP> des
<tb> Transformators <SEP> 15 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> Widerstand <SEP> 21 <SEP> : <SEP> 3900 <SEP> Q <SEP>
<tb>
Schliesslich sei noch erwähnt, dass an Stelle der Transformatorkopplung des Thermistors 9 mit dem Gegenkopplungskreis 8 des Verstärkers 2 auch eine Drosselspulen-oder eine Widerstandskopplung, z.
B. mit einem Kopplungsthermistor, Anwendung finden kann, wobei diese Kopplung zur Gleichstromtrennung über Trennkondensatoren stattfindet.