DE1167905B

DE1167905B - Circuit arrangement for reducing errors in stepwise pilot-controlled level regulators with voltage discriminators as measuring sensors for communication systems, especially for multi-channel carrier frequency wide-area systems

Info

Publication number: DE1167905B
Application number: DET23629A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Joel Korn
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1963-03-14
Filing date: 1963-03-14
Publication date: 1964-04-16
Also published as: DE1183957B; GB1048100A; FR1385245A

Description

Schaltungsanordnung zur Fehlerverminderung von stufenweisen pilotgesteuerten Pegelreglern mit Spannungsdiskriminatoren als Meßfühler für Nachrichtenübertragungssysteme, insbesondere für Vielkanal-Trägerfrequenz-Weitverkehrssysteme Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Fehlerverminderung von stufenweisen pilotgesteuerten Pegelreglern mit Spannungsdiskriminatoren als Meßfühler für Nachrichtenübertragungssysteme, insbesondere für Vielkanal-Trägerfrequenz-Weitverkehrssysteme.Circuit arrangement for reducing errors in step-by-step pilot-controlled Level regulators with voltage discriminators as measuring sensors for communication systems, particularly for multichannel carrier frequency wide area systems. The invention relates to a circuit arrangement for reducing errors in step-by-step pilot-operated Level regulators with voltage discriminators as measuring sensors for communication systems, especially for multi-channel carrier frequency wide area systems.

Es sind bereits Schaltungsanordnungen zur stufenweisen pilotgesteuerten Pegelregelung (deutsche Auslegeschrift 1135 524) bekannt, bei denen zwei Schmitt-Trigger, von denen der eine auf Überpegel und der andere auf Unterpegel anspricht, als Spannungsdiskriminator dienen und eine Regeleinrichtung aus Taktgeber, Einstellvorrichtung und Thermistorstellglied steuern.There are already circuit arrangements for step-by-step pilot-controlled level control (German Auslegeschrift 1135 524) known in which two Schmitt triggers, one of which responds to over-level and the other to under-level, serve as a voltage discriminator and control a control device consisting of a clock generator, setting device and thermistor actuator.

Bekanntlich hat jeder Schmitt-Trigger ein Hystereseverhalten. Er spricht bei einem Wert der Steuerspannung an, der sich von dem Wert unterscheidet, bei dem er in die Ausgangslage zurückkippt. Man muß also einen Ansprechschwellwert und einen Abfallschwellwert unterscheiden, wobei die Potentialdifferenz dieser beiden Werte, der Schwellwertabstand oder die Hysterese, sich nicht beliebig klein machen läßt.It is well known that every Schmitt trigger has a hysteresis behavior. He speaks at a value of the control voltage that differs from the value at which he tilts back to the starting position. So you have to have a response threshold and a Differentiate the drop-off threshold value, whereby the potential difference of these two values, the threshold distance or the hysteresis cannot be made arbitrarily small.

Bei transistorisierten Schmitt-Triggern kann die Temperaturabhängigkeit der Transistorparameter ebenso Fehler der Schwellwerte verursachen. Bei Temperaturzunahme wächst der Kollektorreststrom eines Transistors nach einer e-Funktion, und die zu einem gegebenen Emitterstrom zugehörige Basis-Emitter-Spannung nimmt um etwa 2 mV/1 C ab. Bei Schaltungen für größere Temperaturbereiche bevorzugt man Transistoren mit sehr kleinem Kollektorreststrom. Bei Verwendung von Siliziumtransistoren ist der Einfiuß des Kollektorreststromes vernachlässigbar. Die Abnahme der Basis-Emitter-Spannung mit wachsender Temperatur verringert beide Schwellwerte.With transistorized Schmitt triggers, the temperature dependency the transistor parameters also cause errors in the threshold values. When the temperature rises the residual collector current of a transistor increases according to an exponential function, and that increases Base-emitter voltage associated with a given emitter current decreases by about 2 mV / 1 C from. Transistors are preferred for circuits for larger temperature ranges with a very small residual collector current. When using silicon transistors is the influence of the residual collector current is negligible. The decrease in the base-emitter voltage with increasing temperature, both threshold values decrease.

Die Temperaturabhängigkeit der Schwellwerte der Schmitt-Trigger und ihre Hysterese verursachen Fehler der stufenweisen Pegelregelung und erlauben keine beliebige Einengung des Toleranzbereiches um den Sollwert des Pilotpegels, da die überlappung der Hysteresebereiche der beiden Schmitt-Trigger aus Gründen der Regelstabilität zu vermeiden ist.The temperature dependence of the threshold values of the Schmitt trigger and their hysteresis cause errors in the level control and do not allow any any narrowing of the tolerance range around the nominal value of the pilot level, since the overlap of the hysteresis ranges of the two Schmitt triggers for reasons of control stability is to be avoided.

Es sind zwar verschiedene Vorschläge zur Verringerung der Hysterese von Schmitt-Triggern und zur Temperaturkompensation ihrer Schwellwerte gemacht worden, aber diese Verfahren sind relativ aufwendig.There are various proposals for reducing the hysteresis made by Schmitt triggers and for temperature compensation of their threshold values, but these procedures are relatively complex.

Statt Schmitt-Trigger können auch andere Kippstufen als Spannungsdiskriminator dienen, -wie z. B. bereits vorgeschlagene Schaltungen, die die Eigenschaften eines Schmitt-Triggers und eines Taktgebers vereinigen usw. Auch solche Kippstufen weisen dieselben Nachteile wie die Schmitt-Trigger auf.Instead of Schmitt triggers, other flip-flops can also be used as voltage discriminators serve, such as B. already proposed circuits that have the properties of a Combine Schmitt triggers and a clock generator, etc. Such flip-flops also have the same disadvantages as the Schmitt trigger.

Die Nachteile von stufenweisen pilotgesteuerten Pegelregelungen mit Spannungsdiskriminatoren als Meßfühler, die aus zwei Kippstufen, insbesondere Schmitt-Triggern bestehen, von denen die eine auf Überpegel und die andere auf Unterpegel anspricht, werden erfindungsgemäß dadurch verringert, daß den zwei Spannungsdiskriminatorkippstufen ein temperaturkompensierter, die gleichgerichtete Pilotspannung mit einer konstanten Gleichspannung vergleichender Vergleichsverstärker relativ hoher Verstärkung vorgeschaltet ist und daß außerdem Ansprech- und Abfallschwellwert jeder Kippstufe für sich nahe beieinander, die Schwellwertpaare der beiden Kippstufen jedoch so weit auseinandergelegt werden, .daß sie am Eingang des Vergleichsverstärkers den gewünschten Abstand, entsprechend der vorgegebenen Toleranzbreite der Regelung, aufweisen.The disadvantages of step-by-step pilot-controlled level controls with Voltage discriminators as measuring sensors, which consist of two trigger stages, in particular Schmitt triggers exist, one of which responds to over-level and the other to under-level, are reduced according to the invention in that the two voltage discriminator flip-flops a temperature compensated, the rectified pilot voltage with a constant Direct voltage comparing comparison amplifier connected upstream of relatively high gain and that, in addition, the response and fall-off threshold value of each flip-flop is close by itself together, but the threshold value pairs of the two flip-flops are so far apart be, .that they have the desired distance at the input of the comparison amplifier, accordingly the specified tolerance range of the regulation.

Der Vergleichsverstärker wirkt wie eine Lupe, die den Bereich unmittelbar um den Sollwert der abgetasteten Pilotspannung um den Verstärkungsfaktor vergrößert. Zu einer kleinen Änderung der Eingangsspannung des Vergleichsverstärkers gehört eine große Änderung der Steuerspannung des Spannungsdiskriminators, und umgekehrt erscheint jeder Fehler (Hysterese, Temperaturabhängigkeit usw.) der Schwellwerte am Eingang des Vergleichsverstärkers stark verkleinert. Die Schwellwerte des Spannungsdiskriminators werden natürlich im aktiven linearen Bereich des Vergleichsverstärkers gewählt.The comparison amplifier acts like a magnifying glass that directly covers the area increased by the gain factor by the nominal value of the sampled pilot voltage. Part of a small change in the input voltage of the comparator amplifier a large change in the control voltage of the voltage discriminator, and vice versa every error (hysteresis, temperature dependency, etc.) of the threshold values appears greatly reduced at the input of the comparison amplifier. The thresholds of the voltage discriminator are of course in the active linear region of the comparison amplifier chosen.

F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Vergleichsverstärker besteht aus einem Transitor Tsl in Emitterschaltung, einem Kollektorvorwiderstand R4 und einer Zenerdiode D, in der Emitterzuleitung. Die Betriebsspannung des Vergleichsverstärkers sei U. Die über den SpannungsteilerRl/R, an der Basis des Transistors Ts l liegende gleichgerichtete Pilotspannung U" (Istwert) wird mit der Durchbruchspannung der Zenerdiode Dl (Sollwert), die an dem Emitter dieses Transistors liegt, verglichen; die Differenz dieser beiden Spannungen wird verstärkt und steuert die zwei Kippschaltungen des Spannungsdiskriminators. Der Vorwiderstand R3 führt der Zenerdiode Dl einen konstanten Arbeitspunkt-Gleichstrom zu. Man kann die Verstärkung dieser Anordnung nahezu temperaturunabhängig machen, wenn man den absoluten Temperaturkoeffizienten des Transistors Ts 1 entgegengesetzt gleich dem Temperaturkoeffizienten der Zenerdiode D1 wählt. Die zwei Kippschaltungen des Spannungsdiskriminators ST, und ST, werden symbolisch durch zwei geteilte Rechtecke mit Schrägstrich dargestellt (s. V a 1 v o : »Technische Informationen für die Industrie«, Heft 14, Februar 1962, S. 1 bis 4); die Eingänge der zwei Kippschaltungen sind mit El bzw. Ez und die Ausgänge dieser Kippschaltungen sind mit A1 bzw. Au, bezeichnet. Die Kollektorspannung des Transistors Tsl wird den parallel geschalteten Eingängen El, E", der Kippschaltungen STl, ST, zugeführt.F i g. 1 shows an embodiment of the invention. The comparison amplifier consists of a transistor Tsl in an emitter circuit, a collector series resistor R4 and a Zener diode D in the emitter lead. The operating voltage of the comparison amplifier is U. The rectified pilot voltage U "(actual value) located at the base of the transistor Ts l via the voltage divider Rl / R is compared with the breakdown voltage of the Zener diode Dl (nominal value), which is applied to the emitter of this transistor; the difference between these two voltages is amplified and controls the two flip-flops of the voltage discriminator. The series resistor R3 supplies the Zener diode Dl with a constant operating point direct current. The amplification of this arrangement can be made almost independent of temperature if the absolute temperature coefficient of the transistor Ts 1 is equal to the opposite The two flip-flops of the voltage discriminator ST, and ST, are symbolically represented by two divided rectangles with a slash (see V a 1 vo: "Technical information for industry", issue 14, February 1962, p. 1 to 4); the inputs of the two toggle switches gen are denoted by El and Ez and the outputs of these flip-flops are denoted by A1 and Au, respectively. The collector voltage of the transistor Tsl is fed to the parallel-connected inputs El, E ", of the flip-flops STl, ST .

F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Vergleichsverstärker besteht aus zwei Transistoren Ts1 und Ts2 in Differenzschaltung mit dem gemeinsamen Emittervorwiderstand R7 und den zwei Kollektorvorwiderständen RS und Re. Die über dem Spannungsteiler R1/R, an der Basis des einen Transistors Tsl liegende gleichgerichtete Pilotspannung Up wird mit der Durchbruchspannung einer Zenerdiode D2, die an der Basis des zweiten Transistors Ts 2 liegt, verglichen; die Differenz dieser beiden Spannungen wird verstärkt und steuert die beiden Kippschaltungen des Spannungsdiskriminators. Entsprechend der F i g. 1 ist U die Betriebsspannung des Vergleichsverstärkers, bezogen auf Massepotential O. Der Vorwiderstand R3 führt der Zenerdiode D, einen konstanten Arbeitspunktgleichstrom zu. Man kann die Verstärkung dieser Anordnung nahezu temperaturunabhängig machen, wenn man den Temperaturkoeffizienten der Zenerdiode D2 zu Null macht. Die Steuerspannung für die Kippstufen kann man sowohl vom Kollektor des einen oder des anderen Transistors abnehmen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird sie dem-Kollektor des Transistors Ts 1 entnommen und den Eingängen El, E2 der Kippstufen, die entsprechend der F i g. 1 bezeichnet sind, zugeführt.F i g. 2 shows a further embodiment of the invention. The comparison amplifier consists of two transistors Ts1 and Ts2 in differential connection with the common emitter series resistor R7 and the two collector series resistors RS and Re. The rectified pilot voltage Up located across the voltage divider R1 / R at the base of the one transistor Tsl is compared with the breakdown voltage of a Zener diode D2 which is connected to the base of the second transistor Ts 2 ; the difference between these two voltages is amplified and controls the two flip-flops of the voltage discriminator. According to FIG. 1, U is the operating voltage of the comparison amplifier, based on ground potential O. The series resistor R3 supplies the Zener diode D with a constant operating point direct current. The gain of this arrangement can be made almost independent of temperature if the temperature coefficient of the Zener diode D2 is made zero. The control voltage for the multivibrators can be taken from the collector of one or the other transistor. In the illustrated embodiment, it is taken from the collector of the transistor Ts 1 and the inputs El, E2 of the flip-flops, which according to FIG. 1 are designated, supplied.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for reducing errors of stepwise pilot-controlled level regulators for communication systems, in particular for multi-channel carrier frequency wide area systems, with voltage discriminators as Sensors that consist of two flip-flops, in particular Schmitt triggers, from which one responds to over-level and the other to under-level and the other Control the regulating device from the clock generator, setting device and thermistor actuator, characterized in that the two voltage discriminator flip-flops have a temperature-compensated, comparing the rectified pilot voltage with a constant DC voltage Comparison amplifier is connected upstream of relatively high gain and that response and fall threshold value of each flip-flop close to one another, the threshold value pairs However, the two tilting stages are so far apart that they are at the entrance of the comparison amplifier the desired distance according to the specified Have tolerance range of the regulation.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a transistor (Ts 1) in the emitter circuit with a collector series resistor (R4), a Zener diode (Dl) in the emitter lead, a series resistor (R ;,) which the Zener diode has a constant as a comparison amplifier Operating point direct current supplies, and a voltage divider (R, IRz) for the rectified pilot voltage (U ") is used in front of the base of this transistor, the absolute temperature coefficient of the transistor (Ts 1 ) being chosen to be equal to the temperature coefficient of the Zener diode (Dl), and that the control voltage for the two flip-flops (STI, ST.) is taken from the collector of the transistor (Ts 1) (FIG. 1).

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a differential amplifier consisting of two transistors (Tsl and Ts2) with a common emitter series resistor (R,), the two collector series resistors (R5 and R &), a Zener diode (DZ) connected between the Base of one transistor (Ts2) and zero potential terminal, a series resistor (R,) which supplies the Zener diode with a constant operating point direct current and a voltage divider (Rl / R.) For the rectified pilot voltage (UJ in front of the base of the other transistor Ts 1 serves, the breakdown voltage of the Zener diode having a temperature coefficient approximately zero, and that the control voltage for the two flip-flops (STI, ST.) is taken from the collector of one of the two transistors of the comparison amplifier (FIG. 2).