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Verstärkeranordnung mit einem von einer Hilfsfrequenz gespeisten Hall-Effekt-Modulator
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkeranordnung für eine in einem großen
Amplitudenbereich schwankende elektrische Größe mit einem von einer Hilfsfrequenzquelle
gespeisten Hall-Effekt-Modulator, der der Umsetzung von Stromschwankungen in Amplitudenschwankungen
der Hilfsfrequenzspannung dient.
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Derartige Verstärkeranordnungen werden beispielsweise für die Messung
von Schallpegeln und für Lautstärkemesser benötigt. Auch für Spannungsmeßgeräte
zur Messung des Volumens von Sprache und Musik (Aussteuerungsmesser) und von Störgeräuschen,
weiterhin für Spektrometer zur Frequenzanalyse sind z. B. derartige Verstärkeranordnungen
erforderlich.
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Die bisher bekannten Anordnungen gestatten innerhalb eines Meßbereiches
nur die Messung gewisser Amplitudenbereiche, z. B. Amplitudenschwankungen innerhalb
eines Bereiches von 20 bis 30 db, so daß die Messung größerer Schwankungsbereiche,
beispielsweise bis zu 80, 100 oder 120 db nur durch Umschaltung von Meßbereichen
erreichbar ist. Das ist aber relativ umständlich und z. B. bei der Verfolgung der
Amplitudenschwankungen einer nur kurzfristig auftretenden Geräuschquelle ein großes
Hindernis für die wirklich exakte Erfassung der zu messenden Größe.
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Die Erfindung soll diese Verstärkeranordnungen verbessern. Sie erreicht
dies dadurch, daß insbesondere bei Anwendung für Schallpegel- und Lautstärkemesser
dem Hall-Effekt-Modulator ein die Amplitudenschwankungen der Meßspannung oder des
Meßstromes komprimierender Verstärker vorgeschaltet ist, der mit seinem Ausgang
über einen amplitudenbewertenden Zeitkreis mit dem Eingang des Hall-Effekt-Modulators
verbunden ist, und daß dem Ausgang des Hall-Effekt-Modulators ein zweiter amplitudenkomprimierender
Verstärker nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang sich ein weiterer Hall-Effekt-Modulator
und ein weiterer amplitudenkomprimierender Verstärker anschließen können.
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Es ist bereits bekannt, daß sich Hall-Effekt-Modulatoren dadurch
als Gleichstromverstärker verwenden lassen, daß das angelegte magnetische Feld als
Wechselfeld mit einer Frequenz von beispielsweise 1000 Hz ausgebildet ist. Hierbei
sind die am Signaleingang des Hall-Effekt-Modulators auftretenden Störspannungen
sehr gering. Auch sind an sich amplitudenkomprimierende Verstärker bekannt, die
beispielsweise mit einer Regelröhre arbeiten können.
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Durch die Verstärkeranordnung nach der Erfindung lassen sich in vorteilhafter
Weise in einem einzigen Bereich von 60 db und mehr Amplituden-
schwankungen in der
verschiedensten Weise bewerten und zur Anzeige bringen.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Unter dem Hall-Effekt wird bekanntlich die physikalische Erscheinung
verstanden, daß in einem stromdurchflossenen Leiter oder Halbleiter in einer zur
Stromflußrichtung senkrechten Querschnittsebene eine Potentialdifferenz auftritt,
wenn der Leiter oder Halbleiter senkrecht zru Stromflußrichtung und senkrecht zur
Verbindungslinie der Punkte, zwischen denen eine Potentialdifferenz auftreten soll,
mittels eines Magnetfeldes magnetisiert wird.
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Eine derartige Vorrichtung läßt sich bekanntlich in der Weise als
Modulator benutzen, daß beispielsweise das Magnetfeld im Takt einer relativ hochfrequenten
Schwingung geändert und über den Strom die aufzumodulierende Spannung, beispielsweise
eine Niederfrequenzspannung, in die Vorrichtung eingeführt wird. An den Ausgangsklemmen
ergibt sich dann als Hallspannung die über das Magnetfeld zugeführte Hilfsschwingung
mit den der Niederfrequenzspannung entsprechenden Seitenbändern.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Schaltungsanordnung
zur Anzeige von Gleick- und Wechselspannungen mit großem Amplitudenumfang blockschaltbildartig
dargestellt. Die Schaltungsanordnung besteht aus einem Vorverstärker mit zwei Röhren
5, 6, dem eingangsseitig die den großen Amplitudenumfang aufweisende Spannung U
zugeführt wird. Die Röhrenstufen 5, 6 sind kapazitiv gekoppelt und vom Ausgang der
Röhrenstufe 6 wird in an sich bekannter Weise über zwei gegenpolig parallel geschaltete
Gleichrichter 7 eine Gegenkopplungsspannung abgeleitet, die in den Kathodenkreis
der
ersten Röhrenstufe 5 eingespeist wird. Wegen der Kennlinien der Gleichrichter ist
die Gegenkopplung stark amplitudenabhängig, wodurch sich beispielsweise eine Amplitudenkompression
von 1: 10 ergibt.
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Vom Ausgang dieses Amplitudenkompressors wird über einen Transformator
8 der Hall-Effekt-Modulator 9 stromgespeist, dessen Magnetfeld mittels eines vom
Hilfsfrequenzgenerator 10 gelieferten Stromes im Takte der Hilfsfrequenz geändert
wird. Die am Ausgang des Hall-Effekt-Modulators auftretende Spannung U, ist daher
in der einleitend geschilderten Weise moduliert und wird mit einem selektiven Verstärker
11, der auf die Hilfsfrequenz abgestimmt ist und eine Bandbreite besitzt, die den
von den Amplitudenschwankungen überstrichenen Frequenzbereich umfaßt, über ein Gleichrichterorgan
12 einem Anzeigeinstrument 13 zugeführt. Der Verstärkerll wird dabei zweckmäßig
als weiterer amplitudenkomprimierender Verstärker ausgebildet, so daß auf diese
Weise ein relativ großer Amplitudenbereich der Eingangsspannung auf den Meßbereich
des Instrumentes 13 komprimiert ist. Nimmt man z. B. für beide Verstärker eine Kompression
von je 1:10 an und den ausgenutzten Meßbereich der Anzeigevorrichtung 13 von 100
Skalenteilen (Vollausschlag) bis herab zu 10 Skalenteilen, so umfaßt dieser Meßbereich
Schwankungen der Eingangsspannungen in einem Bereich von 60 db. Die Anordnung läßt
sich auch - so wie die Figur zeigt - durch Einfügen eines amplituden- und/oder zeitbewertenden
Gliedes 14, bestehend aus einem Gleichrichter und einem Ladekondensator, versehen,
um sie bei Schallpegelmessungen oder Geräuschmessungen der Amplitudenbewertung und
den Zeitkonstanten des menschlichen Ohres anpassen zu können. Die dabei auftretende
zweimalige Gleichrichtung, nämlich vor dem Hall-Effekt-Modulator und hinter dem
Anzeigeverstärker 11, ermöglicht die erwähnte besondere Bewertung bestimmter Amplitudenverhältnisse,
wie sie ähnlich auch im Ohr erfolgt (physikalische und physiologische Zeitkonstante
des Ohres). Hierfür empfiehlt es sich beispielsweise, die Zeitkonstante für die
Aufladung des Kondensators im Schaltglied 14 zu etwa 0,3 Millisekunden zu bemessen
und die Entladezeitkonstante des Kondensators größer als 0,5 Sekunden, was eine
Überbewertung spitzenhaltiger Geräusche ergibt. Die Zeitkonstante des eigentlichen
Anzeigekreises 12, 13 wird in diesem Fall zweckmäßig länger gewählt, z. B. zu 200
Millisekunden, entsprechend der physiologischen Zeitkonstante des Ohres. Für andere,
z. B. statistische Unterbrechungen an Geräuschen können für beide Zeitkonstanten
längere Integrationszeiten zweckmäßig sein.
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Bei der Schaltungsanordnung nach der Figur ist am Generator 10 ein
weiterer entkoppelter Ausgang 15 vorgesehen, der für den Fall, daß die Frequenz
der Hilfsfrequenzquelle 10 im Frequenzbereich der zu untersuchenden Amplitudenschwankungen
liegt, als Eichspannungsquelle für die gesamte Anordnung dienen kann. Beispielsweise
ist es in diesem Falle möglich, über den Ausgang 15 einen Normalschall-
geber zu
speisen, der dann beispielsweise über das Mikrophon P dem Eingang der Schaltungsanordnung
eine akustische Größe vorgegebenen Wertes, also einen bestimmten Schalldruck, zuführt.
Durch Zwischenschaltung von Schwächungsgliedern vorgegebenen Schwächungsfaktors
lassen sich auch Zwischenwerte für die Eichung gewinnen.
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Der Vorteil der Verwendung eines Hall-Effekt-Modulators bei einer
Schaltungsanordnung nach der Figur liegt unter anderem darin, daß dieser Modulator
im Gegensatz zu normalen Trockengleichrichtern, die man sonst in derartigen Schaltungen
verwendet, bei fehlendem Meßsignal keine Störspannung aus der Hilfsfrequenzquelle
10 an den Ausgang des Hall-Effekt-Modulators gelangen läßt. Dies ist nämlich eine
der wesentlichen Ursachen für die starke Einschränkung des Amplitudenbereiches bei
Verwendung der normalen bisher üblichen Trockengleichrichter in derartigen Schaltungen.