-
Schaltungsanordnung zur Begrenzung von Wechselspannungen In der Nachrichtentechnik
liegt in zahlreichen Fällen die Aufgabe vor, die Amplitude einer Wechselspannung
beim überschreiten eines bestimmten Eingangswertes zu begrenzen. Das ist z. B. der
Fall, wenn die Übersteuerung von Fernsprechverstärkern vermieden werden soll oder
zur Vermeidung von Amplitudenschwankungen bei Frequenzmodulation. Dabei wird häufig
gefordert, daß die Amplitude der Grundwelle der Ausgangsspannung unabhängig von
der Eingangsspannung bzw. vom Eingangsstrom ist.
-
Es sind bereits Begrenzerschaltun.gen bekannt, bei denen vorgespannte
Richtleiter gegensinnig in Reihe geschaltet sind. Bei Richtleitern mit idealer Kennlinie,
also mit unendlich hohem Widerstand bis zu einem vorgegebenen Grenzwert und mit
dem Widerstand Null von diesem Grenzwert an, wäre bei dieser Schaltungsanordnung
eine eindeutige Amplitudenbegrenzung mit konstantem Grenzwert zu erzielen. Derartige
Richtleiter sind aber bisher nicht herzustellen. Es wird daher bei den bekannten
Schaltungen eine Begrenzung stattfinden, die einen Verlauf der jEinganglUAasgang-Kennlinie
hat, wie sie beispielsweise in Fig. 5, Kurve 1, der Zeichnung dargestellt ist. Diese
Begrenzung ist aber in vielen Fällen unzureichend, so daß die Aufgabe entsteht,
eine Begrenzungskennlinie zu erzeugen, wie sie als Kurve 2 der Fig.5 dargestellt
ist. Für manche Zwecke kann es auch vorteilhaft sein, bei zunehmendem Eingangsstrom
eine abnehmende Ausgangsspannung zu erhalten, wie in Fig. 5, Kurve 3, gezeigt ist.
-
Es sind auch bereits Begrenzerschaltungen in Brückenanordnung bekannt.
Durch solche Brückenschaltungen wird eine verbesserte Begrenzung erreicht unter
der Voraussetzung, daß die Richtleiter in den Brückenzweigen zueinander genau widerstandsreziprok
sind. Dies ist aber wegen der Fertigungstoleranzen bei diesen Schaltelementen im
allgemeinen nicht zu erreichen. Aus diesem Grunde wurden bereits verschiedene Verbesserungen
derartiger Brückenschaltungen vorgeschlagen. Alle diese Anordnungen bringen jedoch
gegenüber den zuerst genannten einen wesentlich höheren Schaltungsaufwand.
-
Es ist weiterhin eine Begrenzerschaltung mit gegensinnig in Reihe
geschalteten Gleichrichtern bekannt, die zwischen zwei Röhrenstufen arbeitet. Die
Vorspannung für die Gleichrichter wird bei diesen Anordnungen aus der Anodengleichspannung
der Röhren gewonnen. Die Gleichrichter sind mit einem Netzwerk aus Spulen und Kondensatoren
zusammengeschaltet, mit dessen Hilfe die Ankopplung der zweiten an die erste Röhrenstufe
erfolgt. Eine Beeinflussung der Amplitudenverhältnisse am Begrenzer in dem oben
beschriebenen und in Fig. 5 dargestellten Sinne ist durch dieses Netzwerk nicht
möglich, da die Spulen für die Betriebsfrequenz hochohmig sein müssen und die Kondensatoren
wechselstrommäßig mit verhältnismäßig niedrigen ohmschen Widerständen überbrückt
sind.
-
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung von
Wechselspannungen, in welcher in einem Längszweig eines Vierpols zwei vorzugsweise
von einem eingeprägten Gleichstrom in Durchlaßrichtung durchflossene Dioden mit
entgegengesetzter Durchlaßrichtung angeordnet sind. Eine Verbesserung der Begrenzerwirkung
gemäß Fig. 5, Kurven 2 und 3, wird bei dieser Schaltung erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß vom Verbindungspunkt der beiden Dioden zum zweiten Längszweig als
Querwiderstand ein Zweipol geschaltet ist, der für den Gleichstrom einen möglichst
hohen Widerstand besitzt und dessen Wechselstromwiderstand so bemessen ist, daß
eine Einstellung der gewünschten Begrenzerkennlinie, dargestellt durch die Abhängigkeit
der Ausgangs- von der Eingangsamplitude, in einem vorgegebenen Frequenzbereich ermöglicht
wird.
-
Eine weitere Ausbildung der Erfindung betrifft die zu der genannten
Schaltung duale Anordnung, in welcher zwei vorzugsweise durch eine eingeprägte Gleichspannung
in Sperrichtung vorgespannte, entgegengesetzt geschaltete Dioden die Querzweige
eines Vierpols bilden. Bei dieser Schaltung ist erfindungsgemäß zwischen den beiden
Dioden als Längswiderstand ein Zweipol angeordnet, der für den Gleichstrom einen
möglichst geringen Widerstand besitzt und dessen Wechselstromwiderstand so bemessen
ist, daß
eine Einstellung der gewünschten Begrenzerkennlinie, dargestellt
durch die Abhängigkeit der Ausgangsvon der Eingangsamplitude, in einem vorgegebenen
Frequenzbereich ermöglicht wird.
-
An Hand der Zeichnung wird die erfindungsgemäße Begrenzeranordnung
nachfolgend näher beschrieben. In Fig.1 ist eine Anordnung nach dem Stand der Technik
dargestellt; Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit Diodenstrecken im Längszweig;
Fig. 3 zeigt die dazu duale Anordnung; Fig. 4 stellt den zeitlichen Verlauf der
Ausgangsspannung dar; Fig. 5 zeigt die Grundwelle der Ausgangsspannung als Funktion
des Eingangsstromes (Begrenzerkennlinie) ; Fig.6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
mit einer Gegentaktanordnung von Diodenstrecken.
-
Die Anordnung nach Fig. 1, die beispielsweise in der deutschen Patentschrift
856453 beschrieben ist, enthält im Ouerzweig zwei entgegengesetzt gepolte
Gleichrichterstrecken, von denen die eine mit einer Vorspannungsquelle in Reihe
liegt, mit der der Einsatz der Begrenzung der positiven Halbwelle eingestellt wird.
Die Begrenzerkenulinie einer solchen Anordnung verläuft im Prinzip etwa wie Kurve
1 der Fig. 5, aus der hervorgeht, daß mit wachsender Eingangsspannung bzw. steigendem
Eingangsstrom die Ausgangsspannung des Begrenzers ebenfalls anwächst, wenn auch
in geringerem Maße als die Eingangsgröße.
-
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig.2 liegen die beiden Gleichrichterstrecken
D 1 und D2,
die beispielsweise Germaniumgleichrichter sein können,
mit entgegengesetzter Polung im Längszweig des Vierpols 1, 2, 3, 4. Die Widerstände
R 1 und R2 stellen die Eingangs- unK1 Ausgangswiderstände der Schaltung dar. Vom
Verbindungspunkt S der beiden Dioden nach dem gegenüberliegenden Leiter L2 liegt
der Zweipol Z, der für den Gleichstrom einen möglichst hohen Widerstand bilden soll.
Im einfachsten Fall kann er beispielsweise ein Kondensator sein, er kann jedoch
auch als komplexer Widerstand ausgebildet sein, so daß die Begrenzung für die verschiedenen
zu übertragenden Frequenzen verschieden groß gemacht werden. kann. Durch Veränderung
des Widerstandes von Z läßt sich erreichen, daß die Amplitude der Ausgangsrechteckspannung
U2, deren Verlauf schematisch in Fig.4 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt
ist, bei wachsender Eingangsamplitude unverändert bleibt oder sogar absinkt. Die
Begrenzerkennlinie ist in Fig. 5 für diese beiden Fälle durch die Kurven 2 und 3
schematisch wiedergegeben.
-
Um den Einsatzpunkt der Begrenzung einstellen zu können, wird in Durchlaßrichtung
ein Strom Io durch die beiden Dioden geschickt, mit dessen Hilfe die Kennlinie der
Dioden in bekannter Weise verschoben wird. Damit der Vorstrom Io im wesentlichen
nur durch die beiden Dioden fließt, wird der Gleichstromwiderstand des Zweipols
Z, wie bereits erwähnt, möglichst hoch gewählt.
-
Bei der dazu dualen Schaltungsanordnung in Fig. 3 liegen die beiden
Diodenstrecken zwischen den Leitern L1 und L2 jeweils in Reihe mit einer Vorspannungsquelle
Uo bzw. Uo' mit sehr kleinem Innenwiderstand, die in ähnlicher Weise wirkt wie der
obenerwähnte Vorstrom Io. Der Zweipol Z liegt im Längszweig des Vierpols zwischen
den Anschlußpunkten der beiden Dioden, bei dem dargestellt= Ausführungsbeispiel
in der Leitung L 1. Für den Gleichstrom soll der Widerstand dabei möglichst einen
Kurzschluß bilden. Im einfachsten Fall kann Z durch eine Induktivität dargestellt
sein. Die Funktion dieser Anordnung, die in Fig. 3 dargestellt ist, ist im übrigen
die gleiche wie die der Anordnung nach Fig. 2.
-
In den, beschriebenen Anordnungen können selbstverständlich noch Maßnahmen
zur Abriegelung des Gleichstromes von Quelle und Verbraucher vorgesehen werden,
beispielsweise in Form von Sperrkondensatoren im Längszweig oder ähnlichen bekannten
Maßnahmen.
-
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem
vier Dioden D 1 bis D 4 in einer Gegentaktanordnung vorgesehen sind,
durch die ebenfalls ein Vorstrom Io fließt. Der Zweipol Z zur Einstellung des Kennlinienverlaufes
ist in gleicher Weise angeschaltet wie in Fig. 2. Die Kondensatoren C 1 und C2 dienen
der Sperrung des Gleichstromes. Der Kondensator C 3 soll für den Wechselstrom einen
Kurzschluß darstellen. Er kann jedoch auch fortgelassen werden. Zur Verbesserung
der Wirkung können selbstverständlich mehrere der beschriebenen Begrenzeranordnungen
in einer Begrenzerschaltung vereinigt werden, beispielsweise eine Anordnung nach
Fig. 2 mit einer solchen nach Fig. 3 bzw. 6 oder in beliebiger anderer Weise.