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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur automatischen Verstärkungsregelung bei der ein veränderbarer Spannungsteiler vorgesehen ist, der aus einem Festwiderstand und antiparallel geschalteten Halbleitern, insbesondere Dioden, besteht, zu deren Ansteuerung ein an den Ausgang eines Signalverstärkers angeschlossener symmetrischer Gleichrichter vorgesehen ist, wobei der Eingang des Signalverstärkers mit dem Abgriff des Spannungsteilers verbunden ist.
Schaltungsanordnungen zur Dynamikregelung sind beispielsweise in den Zeitschriften "Internationale Elektronische Rundschau", 1970, Nr. 2, S. 37 ff und "FUNK-Technik", 1972, Nr. 12, S. 437 bis 441 beschrieben. Es handelt sich dabei im wesentlichen um eine Schaltung aus einem Verstärker, einem möglichst schnellen Spitzengleichrichter und eine Einrichtung zum Verstellen der Verstärkung. Die letztere besteht dabei im allgemeinen aus einem elektronischen Spannungsteiler. Ist dieser Spannungsteiler asymmetrisch, so tritt bei Regelsprüngen unweigerlich ein Arbeitspunktpendeln des nachgeschalteten Verstärkers auf. Dies ist selbstverständlich ein grosser Nachteil, der durch die plötzliche Umladung von Kapazitäten und die unsymmetrische Begrenzung des Niederfrequenzsignals bedingt ist, zumindest solange die Regelung noch nicht voll wirksam ist.
Was übrigens die in der zweitgenannten Literaturstelle geoffenbarte Schaltung betrifft, so weist sie auch den Nachteil geringer Steilheit auf und ist wegen der Verwendung eines Feldeffekttransistors nur bedingt integrierbar.
Zwar können diese Nachteile durch symmetrische Stellglieder vermieden werden, jedoch ist es hiezu erforderlich, ideal gleiche Bauteile zu verwenden. Naturgemäss ist dies nur schwer bzw. nur mit grossen Kosten möglich. Überdies muss die Ansteuerung eines symmetrischen Stellgliedes ebenfalls exakt symmetrisch erfolgen, was bisher in der Praxis zu hohen Schaltungsaufwand führte. Nun ist zwar bereits eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bekanntgeworden, durch die ein Grossteil der Unsymmetrien automatisch ausgeregelt werden können. Immerhin bleiben doch Restunsymmetrien bestehen, die nicht mehr ausgeglichen werden können.
Erfindungsgemäss werden alle diese Nachteile dadurch vermieden, dass der Symmetriepunkt des Gleichrichters an einem Astende eines die Verstärkung des als Operationsverstärker ausgebildeten Verstärkers bestimmenden Spannungsteilers des Gegenkopplungskreises liegt und dass der Symmetriepunkt des Gleichrichters über einen Kondensator mit der Masse verbunden ist, so dass hohe Frequenzen gegen die Masse abgeleitet, niedere Frequenzen jedoch in den Gegenkopplungskreis des Verstärkers eingespeist werden. Etwaiges sich noch ergebendes Arbeitspunktpendeln wird gemäss einer bevorzugten Ausbildung dadurch ausgeregelt, dass der Symmetriepunkt zusätzlich mit dem Ausgang des Signalverstärkers über einen Widerstand verbunden ist.
Ist gemäss einer besonders zweckmässigen Weiterbildung der Erfindung mit dem Gleichrichter über einen Widerstand ein weiterer symmetrischer, vorzugsweise aus Transistoren aufgebauter, Gleichrichter mit in an sich bekannter Weise gegenüber dem ersten Gleichrichter unterschiedlicher Zeitkonstante parallelgeschaltet, so ergibt sich damit die Wirkung, dass der eine Gleichrichter als Dynamikkompressor wirkt, wogegen der langsamere Gleichrichter mit langer Haltzeitkonstante die eigentliche Regelung übernimmt. Der Widerstand spielt dabei die Rolle eines Trennwiderstandes.
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Die Fig. l und 2 veranschaulichen zwei Ausführungsformen erfindungsgemässer Schaltungen, wogegen Fig. 3 an Hand eines Diagrammes die Wirkung zweier Gleichrichteranordnungen in Fig. 2 veranschaulicht. Fig. 4 zeigt die Wirkung eines in der Schaltung nach Fig. 2 vorgesehenen Tiefpasses.
Es ist bereits eine Schaltung bekannt, bei der das Signal von einer Eingangsklemme --1-- über einen Vorverstärker --2-- und einen Vorwiderstand --3-- einem Stellglied --4-- zugeführt wird. Das Stellglied ist in den Fig. l und 2 lediglich ein elektronischer Spannungsteiler, bestehend aus zwei Dioden --5, 6--.
Es ist aber ebenso bekannt, mehrere parallel zueinandergeschaltete derartige Spannungsteiler vorzusehen, und es ist ebenso möglich und unter Umständen sogar vorteilhaft, das Stellglied --4-- mit Transistoren zu bestücken. An dieses Stellglied --4-- ist im allgemeinen ein Verstärker --7-- nachgeschaltet, wobei die Schwierigkeit darin besteht, dass bei Auftreten irgendeiner Asymmetrie am Stellglied --4-- bei Regelsprüngen der Arbeitspunkt des Verstärkers --7-- zu pendeln beginnt. Zwar ist an sich das dargestellte Stellglied --4-- symmetrisch ausgebildet, jedoch ergeben sich Asymmetrien durch nicht völlig ideal gleiche Bauteile.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, ist ein symmetrischer Gleichrichter --8-- vorgesehen, über den die Anspeisung des Stellgliedes --4-- erfolgt. Dadurch wird bereits eine wesentliche Verbesserung erzielt.
Der Gleichrichter --8-- weist einen Symmetriepunkt --9-- und eine Eingangsklemme --10-- auf. Um nun Restasymmetrien weiterhin auszuregeln, wird dieser Symmetriepunkt --9-- über einen Koppel-
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--C1-- undVerstärkers --7-- über einen Widerstand --R2-- zum invertierenden Eingang des Verstärkers führt. Auf diese Weise werden Pendelschwankungen auf die Stellgliedmasse geführt und wirken sich über den Gegenkopplungszweig des Verstärkers --7-- auf seinen Eingang aus bzw. werden über den Ausgang des Verstärkers --7--, zweckmässig über ein Potentiometer --R3-- an die Eingangsklemme --10-- des Gleichrichters --8-- rückgeführt. Eine etwaige Neigung zum Pendeln wird so abgebaut.
Dabei stellt der aus den Widerständen --R1, R2-- bestehende Spannungsteiler den die Verstärkung des Verstärkers --7-- bestimmenden Spannungsteiler dar, der sonst an Masse liegende Kondensator-Cl-wird mit dem Widerstand --R1-- auf die Grenzfrequenz des Verstärkers abgestimmt. Ein Kondensator --C2-- hinter dem Potentiometer --R3-- und ein Widerstand --R4-- des Gleichrichters --8-- in der Anspeisung der Regelschaltung sind so bemessen, dass die Zeitkonstante kleiner ist als die kleinste Zeitkonstante des Stellgliedes.
Schliesslich sei noch erwähnt, dass der Symmetriepunkt --9-- zusätzlich über einen Widerstand - mit dem Ausgang des Verstärkers --7-- verbunden ist, wobei etwaiges sich doch noch ergebendes, sehr niederfrequentes Arbeitspunktpendeln mit Hilfe eines Kondensators --C3-- auf die Stellgliedmasse geführt und dort gegengekoppelt wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2, wobei Teile gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen aufweisen. Um das Stellglied --4-- mit niederen Strömen ansteuern zu können, ist ein Impedanzwandler - mit zwei Transistoren --T1, T2-- vorgesehen. Ein Widerstand --R6-- bildet eine Vorlast zum Gleichrichter. In diesem Falle sind jedoch zwei Gleichrichter --8, 12-- vorgesehen, von denen der Gleichrichter --12-- aus Transistoren --T3, T4-- aufgebaut ist. Auch der Gleichrichter --12-- ist symmetrisch, weist aber gegenüber dem Gleichrichter --8-- eine unterschiedliche Zeitkonstante auf. Dabei wurde die Haltezeit so gewählt, dass sich die Wirkung einer Dynamikkompression mit kurzer Ansprech- und Haltezeit einerseits und einer langsam nachgeführten Regelung anderseits ergibt. Bisher war ein derartiger Effekt nur mit aufwendigen Schaltungen möglich.
Die eigentliche Regelung ist nunmehr unempfindlich gegen kurze Störgeräusche, die Dynamik wird um die Hälfte etwa reduziert, wobei dennoch leise Passagen wegen der langen Haltezeit der Regelung mit nur etwa um 6 bis 10 db verringerter Dynamik wiedergegeben werden. Die gewählte Anordnung mit den Trnsistoren --T3, T4-- und Widerständen --R7, R8-- führt zu einer sonst nur in getrennten Stellgliedern möglichen Entkoppelung zwischen Regelung und Dynamikkompression. Die Widerstände --R9, R10-- am Eingang der Gleichrichterdioden --D1, D2-- kompensieren den Spannungsabfall an den Widerständen --R7 bzw. R8--sowie den dazu in Serie liegenden Widerständen--Rll, R12--.
Fig. 3 veranschaulicht die Wirkung dieser beiden Gleichrichter--8 und 12--, wobei auf der Ordinate die Spannung U, auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen ist. Bei einer kurzzeitigen Störung, beispielsweise bei einem Schlag auf das Mikrophon ergibt sich lediglich eine scharfe Zacke z, worauf das Ausgangssignal wieder auf den unveränderlichen Pegel p zurückkehrt. Kurzzeitiges leises Sprechen od. dgl., wie dies im Bereich a des Diagrammes angedeutet ist, führt nur zu einer unwesentlichen Anhebung des Pegels um einen Höhenabstand h. Laute, längere Geäusche, wie im Abschnitt b des Diagrammes, lassen aber schliesslich die Regelung ansprechen, so dass sich am Ende des Abschnittes b eine starke Anhebung des Pegels ergibt.
Es lässt sich also feststellen, dass bei kurzzeitigen Geräuschen od. dgl. die Regelung rasch in ihre Ausgangslage zurückkehrt, wogegen sich die Regelung bei längeren Gesprächen oder Musikstücken auf die neue Situtation einstellt und sich der Bereich der Dynamikkompression verschiebt.
In der Ausführung nach Fig. 2 ist hinter dem Vorwiderstand --3--, jedoch parallel zum Stellglied - -4-- ein Hochpass --13-- vorgesehen. Dieser Tiefpass --13-- erbringt oberhalb der Grenzfrequenz eine lineare Abschwächung, so dass automatisch der unterschiedliche Frequenzgang eines Mikrophons, das aus unterschiedlicher Entfernung bzw. mit unterschiedlicher Lautstärke beschallt wird, ausgeregelt wird.
Fig. 4 veranschaulicht die Absenkung der Verstärkung zur Erzielung gleicher Ausgangsspannung, wobei auf der Ordinate die Lautstärke bzw. der Abstand aufgetragen ist (5 bis 80 cm Abstand) und auf der
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Abszisse die Frequenz. Es zeigt sich, dass sich eine Linearisierung des Frequenzganges mit steigender Spannung durch steigende Wirkung des Stellgliedes bzw. geringere Wirkung des Tiefpasses ergibt.
In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die eben beschriebene Wirkung eines Tiefpasses bei jeder beliebigen Ausbildung des Stellgliedes und jeder beliebigen Anspeisung desselben erzielbar ist, so dass dieses Merkmal besondere und selbständige Bedeutung hat.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur automatischen Verstärkungsregelung bei der ein veränderbarer Spannungsteiler vorgesehen ist, der aus einem Festwiderstand und antiparallel geschalteten Halbleitern, insbesondere Dioden, besteht, zu deren Ansteuerung ein an den Ausgang eines Signalverstärkers angeschlossener symmetrischen Gleichrichter vorgesehen ist, wobei der Eingang des Signalverstärkers mit dem Abgriff des Spannungsteilers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Symmetriepunkt (9) des Gleichrichters (8) an einem Astende (Rl) eines die Verstärkung des als Operationsverstärker ausgebildeten Verstärkers (7) bestimmenden Spannungsteilers (Rl, R2) des Gegenkopplungskreises liegt und dass der Symmetriepunkt (9) des Gleichrichters (8) über einen Kondensator (C3)
mit der Masse verbunden ist, so dass hohe Frequenzen gegen die Masse abgeleitet, niedere Frequenzen jedoch in den Gegenkopplungskreis des Verstärkers (7) eingespeist werden.
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