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Eichgerät zum Einstellen des Verstärkungsgrades elektrischer Verstärker,
insbesondere für Schallstärkenmeßgeräte Die Erfindung bezieht sich auf ein Eichgerät
zum Einstellen des Verstärkungsgrades elektrischer Verstärker, insbesondere für
Schallstärkenmeßgeräte, unter Verwendung eines Eingang und Ausgang des Verstärkers
verbindenden abschaltbaren Rückkopplungskreises mit einer regelbaren Dämpfung und
frequenzselektiven Mitteln, die in der Weise einstellbar sind, daß sie nach dem
Einschalten des Rückkopplungskreises das Rückkoppeln einer vorbestimmten Frequenz
des Frequenzbandes ermöglichen, innerhalb dessen der Verstärker mit konstanter Verstärkung
arbeitet, wobei die Verstärkung des Verstärkers mittels einer sie regelnden Vorrichtung
auf einen solchen Punkt eingestellt werden kann, daß sie der Dämpfung in dem Rückkopplungskreis
entspricht.
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Namentlich für Schallstärkenmessungen muß der Verstärkungsgrad des
Meßgerätes unter Verwendung eines vorbestimmten Normals geeicht werden. Oft wird
zum Erzielen eines als Normgrundlage verwendbaren Verhältnisses ein erster Teil
der Netzspannung mit einem zweiten über den Verstärker übertragenen Teil dieser
Spannung verglichen. Wenn jedoch das Gerät aus einer Batterie gespeist oder in anderer
Weise so betrieben wird, daß die Verwendung des Wechselstromnetzes oder einer sonstigen
Eichspannungsquelle nicht angängig ist, hat man bereits eine Selbsteichschaltung
in Gestalt einer Rückkopplungsschleife zwischen dem Ausgang und dem Eingang des
Verstärkers verwendet, die bei entsprechender Regelung des Verstärkungsgrades des
Verstärkers diesen in Schwingung versetzt. Die zur Erzeugung von Schwingungen notwendige
Einstellung des Verstärkungsgrades dient dann als Eich-Bezugspunkt.
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In erster Annäherung ist der Verstärkungsgrad der Verstärkereinrichtung
im wesentlichen gleich dem Verlust in der Rückkopplungsschleife, wobei der Gesamtverstärkungsgrad
in der Schwingungsschleife die Meßeinheit ist. Bekannte Meßverfahren zum Messen
des Verstärkungsgrades arbeiten mit Schaltungen der eingangs gekennzeichneten Art.
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Diese Rückkopplungs-Selbsteicheinrichtungen neigen jedoch dazu, daß
der Beginn der Schwingungen in der Nähe des oberen und unteren Endes des Grundfrequenzbandes
des konstanten Verstärkungsgrades, auf das anzusprechen der Verstärker ausgelegt
ist, und nicht im Bandbereich des konstanten Verstärkungsgrades selbst stattfindet.
Aus diesem Grunde unterscheidet sich der Verstärkungsgrad des Verstärkers an dem
Punkt, an dem er mit Hilfe der Rückkopplungsschleife in Schwingung versetzt wird,
von seinem Verstärkungsgrad auf dem Band des konstanten Verstärkungsgrades. Darüber
hinaus tritt
das Einsetzen der Schwingungen beispielsweise bei unterschiedlichen
Schallstärkenmeßgeräten bei unterschiedlichen Frequenzen auf, so daß eine Eichung
von Instrument zu Instrument nicht möglich ist. Es gibt dabei auch keine Möglichkeit
einer Ablesung oder Messung eines Eichwertes, der zum Eichen gewisser zugeordneter
Geräte, wie beispielsweise eines in dem Schallstärkenmeßgerät zu verwendenden Wellenanalysators,
verwendbar ist. Diese Eichung wird durch Erzielung einer Ablesung am Schallstärkenmeßgerät
vorgenommen, wobei dann der Verstärkungsgrad des Wellen an alysators so eingestellt
wird, daß der Wellenanalysator in Auswirkung der einfallenden Schalldruckwelle die
gleiche Ablesung ergibt wie das Schallstärkenmeßgerät. Dies ist mit Hilfe der bekannten
Geräte nur mit Schwierigkeiten durchführbar.
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Es ist bei der Eichung des Verstärkungsgrades von Verstärkern, insbesondere
im vorerwähnten Zusammenhang, wünschenswert, daß das Signal am Ausgang des Verstärkers,
insbesondere des Schallstärkenmeßgeräts,
im wesentlichen eine reine
Sinuswelle ist, da beispielsweise der Wellenanalysator auf ein sehr schmales Frequenzband,
idealerweise auf eine einzige Frequenz, anspricht und deshalb zur Durchführung der
notwendigen Eichung eine im wesentlichen reine Sinuswelle erfordert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Eichgerät der
eingangs gekennzeichneten bekannten Art, bei dem die in der Rückkopplungsschleife
erzeugte Schwingung im flachen Frequenzband des konstanten Verstärkungsgrades, für
die der Verstärker ausgelegt ist, stattfindet und die Eichung des Verstärkungsgrades
am gleichen Punkt bei verschiedenen zu untersuchenden Geräten möglich ist, den Eichvorgang
weitgehend von der Eigenart der untersuchten Geräte, zu denen beispielsweise auch
die Wellenanalysatoren von Schallstärkenmeßgeräten gehören können, unabhängig und
damit das Eichgerät universeller verwendbar zu machen, sowie insbesondere übermäßige
Ausschläge des Anzeigegerätes infolge von Einschwingvorgängen u. dgl. zu verhindem,
Frequenzunterschiede beim normalen Betrieb des Verstärkers und bei seinem im Rahmen
des Eichvorgangs verursachten Schwingungszustand zu vermeiden und die Stabilität
des letzteren bei Frequenzen, die nicht wie bei den bekannten Geräten vorzugsweise
an den Enden des Verstärkerfrequenzbandes, sondern in seinem linearen Verstärkerbereich
liegen, zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in den sich
an den Ausgang des Verstärkers anschließenden Zweig des Rückkopplungskreises ein
Begrenzer eingeschaltet ist.
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Dabei enthält der Begrenzer zweckmäßigerweise ein Paar an frequenzselektiven
Mitteln liegende, entgegengesetzt gepolte Dioden.
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Die Verwendung einer im wesentlichen sinusförmigen Schwingung für
die Rückkopplungsschleife, die in besonders einfacher Weise die Anwendbarkeit des
erfindungsgemäßen Eichgeräts beispielsweise auch für die Untersuchung von Wellenanalysatoren
im Zusammenhang mit Schallstärkenmeßgeräten ermöglicht, läßt sich durch eine die
durch den Begrenzer herbeigeführte Verzerrung ausgleichende Einstellung der frequenzselektiven
Mittel erzielen.
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Dabei können die letzteren aufeinanderfolgende Tief- und Hochpaßfilter
enthalten.
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Für die Untersuchung von Verstärkern, in denen eine Phasenumkehrung
oder -verschiebung auftritt, eignet sich eine nicht abgeglichene Doppel-z-Schaltung,
die die Phase der zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers rückgekoppelten
Leistung umkehrt.
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Eine raumsparende Bauform des Eichgeräts ergibt sich, wenn der Verstärker
aus einer Transistor-Emitter-Folge-Stufe besteht, wobei die Anzeigemittel an die
Emitter-Folge-Stufe angeschlossen sein können.
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Die Erfindung wird in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
an Hand der Ausführungsformen der Erfindung darstellenden Zeichnung eingehender
erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschema eines Eichgeräts mit den Merkmalen
der Erfindung, F i g. 2 das Schema einer besonders zur Verwendung für Schallstärkenmeßgeräte
u. dgl. geeigneten Schaltung und Fig. 3 ein ähnliches Schaltschema einer anderen
Ausführungsform.
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F i g. 1 zeigt einen Verstärker 1 beliebiger Bauart, der mit einem
Eingangskreis 3 und einem Ausgangskreis 5 sowie einem üblichen Verstärkungsgradregler
21 versehen ist. Bei der Anwendung der Erfindung auf Schallstärkenmeßgeräte kann
der Eingang 3 zur Aufnahme von Schallwellen an einem nicht dargestellten Mikrophon
oder einem sonstigen Übertrager liegen. Am Ausgangskreis 5 liegen zu nachstehend
erläutertem Zweck die Anzeigemittel 7.
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Der Verstärker ist mit einer normalerweise ausgeschalteten Rückkopplungsschleife
ähnlich den erwähnten bekannten Rückkopplungsschleifen verbunden, die aber von diesen
in einigen kritischen und wesentlichen Einzelheiten abweicht.
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Die dargestellte Rückkopplungsschleife enthält nämlich eine Leitung
9, die mit einem Begrenzer 11 verbunden ist, der seinerseits über eine Leitung 13
mit frequenzselektiven Mitteln 15 und dann über einen Abschwächer 17 und mit Hilfe
einer Leitung 19 zurück zu dem Eingangskreis 13 des Verstärkers 1 führt. Wenn ein
in der Leitung 19 liegender Schalter S geschlossen wird, wird der Rückkopplungskreis
wirksam. Der Verstärkungsgradregler 21 des Verstärkers 1 wird verstellt, bis die
Rückkopplungsschleife bewirkt, daß die Verstärkereinrichtung zu schwingen beginnt.
Durch die an sich bekannte Verwendung der in geeigneter Weise abgestimmten frequenzselektiven
Mittel 15 in der Rückkopplungsschleife ist gewährleistet, daß die Schwingung auf
einer vorbestimmten Frequenz innerhalb des Frequenzbandes des konstanten Verstärkungsgrades,
für das der Verstärker 1 ausgelegt ist, stattfindet. Dadurch ist gewährleistet,
daß der Schwingungspunkt bei einer Frequenz auftritt, auf der der Verstärker 1 seinen
im wesentlichen konstanten Verstärkungsgrad hat. Eine genau normierte Messung des
Verstärkungsgrades des Verstärkers wird also dort erzielt, wo sich der Verstärkungsgrad
vom Verstärkungsgrad des Verstärkers in dem gewünschten Frequenzbereich des konstanten
Verstärkungsgrades unterscheidet.
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Der Begrenzerll dient zum Verzerren des ihm über die Leitung 9 zugeführten
Teiles des Ausgangssignals, wobei diese Verzerrung mittels der frequenzselektiven
Mittel 15 korrigiert werden kann, so daß die zum Verstärker 1 rückgekoppelte Schwingung
im wesentlichen rein sinusförmig ist. Mittels einer geeigneten Bauweise der frequenzselektiven
Mittel 15 kann deshalb die Wellenform des Ausgangs des Schwingungskreises im wesentlichen
als eine reine Sinuswelle beibehalten werden, damit sie, wie vorstehend erläutert,
zu einer Messung durch die Anzeigemittel 7 beiträgt, die das einwandfreie Eichen
auch eines solchen zu untersuchenden Bauteils oder Geräts, wie beispielsweise eines
Wellenanalysators, ermöglicht, das zu seiner Eichung im wesentlichen reine Sinuswellen
erfordert.
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Wenn ein solcher Begrenzer nicht verwendet wird, kann der Verstärker
1 selbst beim Einschwingvorgang verzerrend wirken und dadurch einen nicht sinusförmigen
Ausgang ergeben.
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Der Begrenzer 11 hat auch noch andere Aufgaben zu erfüllen. Der Verstärker
1 bringt bei Einschwingvorgängen die Anzeigemittel 7, beispielsweise ein Meßgerät
u. dgl., zu übermäßigem Ausschlag. Der Begrenzer 11 verhütet jedoch ein solches
unerwünschtes Aufschaukeln, indem er die Amplitude der Schwingung auf vorbestimmte
positive und negative
Werte begrenzt und den Ausschlag oder die
Anzeige des Meßgerätes oder der sonstigen Anzeigemittel 7 innerhalb erwünschter
Grenzen hält.
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Der Begrenzer 11 schafft auch im Vergleich zu dem ziemlich empfindlichen
und kritischen Betriebsverhalten der bekannten Rückkopplungseinrichtungen, die beim
Auftreten von Frequenzen in der Nähe der Enden des Verstärkerfrequenzbandes bereits
bei recht flüchtigem Anlaß in Schwingung geraten können, eine Verbesserung der Frequenzstabilität
der Schaltung beim Einschwingen des Verstärkers auf einer vorbestimmten Frequenz.
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Der Begrenzer 11 dient auch zum Halten des Verstärkers 1 in seinem
linearen Arbeitsbereich ohne Rücksicht darauf, ob er seine normale Verstärkertätigkeit
ausübt oder den Eichschwingungen unterliegt, während bei den bekannten Rückkopplungseinrichtungen
der Verstärker auf verschiedenen Pegeln arbeitet, je nachdem, ob er sich im Verstärkungszustand
oder im Eichschwingungszustand befindet Es gibt also einen unterschiedlichen Pegel,
wenn der Verstärker in den Übergang zwischen Verstärkung und Schwingung und wenn
er aus dem Schwingungszustand in den Verstärkungszustand zurückschaltet.
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Dieser Pegelunterschied wird durch die Verwendung des Begrenzers 11
in der Rückkopplungsschleife beseitigt.
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Sobald der Verstärkungsgradregler 21 so eingestellt worden ist, daß
er den Verstärker 1 in Schwingung versetzt, wird der effektive Verlust in der Rückkopplungsschleife,
der gleich dem Verstärkungsgrad des Verstärkers 1 ist, von der veränderbaren Dämpfung
17 gesteuert. Diese ist in an sich bekannter Weise in Übereinstimmung mit den Eigenschaften
des Eingangsmikrophons oder der sonstigen Aufnahmevorrichtung vorher eingestellt
zwecks Schaffung eines bestimmten, zu dem Verstärkungsgrad des Verstärkers 1 passenden
Verlustes, wie er bei diesem besonderen Mikrophon oder der besonderen Aufnahmevorrichtung
verwendet wird.
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In F i g. 2 ist der Verstärker 1 mit einem den Verstärkungsgradregler
21 nach F i g. 1 bildenden Potentiometer 21', 21" versehen, das seinerseits über
einen Kopplungskondensator C zur Basis 2 der letzten, als eine Transistor - Emitter
- Folge - Stufe dargestellten Verstärkerstufe 1' führt. Der Emitter 4 der Verstärkerstufe
1' ist über die als Widerstand 6 ausgebildete Last und eine Spannungsquelle 8 mit
dem unteren Anschluß des Potentiometers 21" verbunden. Der Kollektor 10 ist bei
12 geerdet. Die in Form eines Meßgerätes dargestellten Anzeigemittel 7 liegen an
dem Widerstand 6 und der Spannungsquelle 8. Der Emitter 4 ist außerdem mit Hilfe
der Leitung 9 über die Widerstände R1 und R2 mit dem Begrenzer 11, der entgegengesetzt
gepolte Dioden enthält, verbunden. Über die Leitung 13 sind die frequenzselektiven
Mittel 15 angeschlossen, die einen aus einem in Reihe geschalteten Widerstand R3
und einem parallel geschalteten Kondensator C1 gebildeten ersten Tiefpaßabschnitt,
einen aus einem reihengeschalteten Kondensator C2 und einem nebengeschlossenen Widerstand
R4 gebildeten zweiten Hochpaßabschnitt, einen aus einem reihengeschalteten Widerstand
R5 und einem nebengeschlossenen Kondensator C3 gebildeten dritten Tiefpaßabschnitt
und einen aus einem reihengeschalteten Kondensator C4 und mindestens einem Teil
des Potentiometers 17 gebildeten End-Hochpaß-Filterabschnitt enthalten. Diese auf-
einanderfolgenden
Tiefpaß- und Hochpaßkreise dienen zur Schaffung einer selektiven Filterschaltung,
die die Frequenz vorbestimmt, mit der die Schwingung des Verstärkers 1 stattfindet,
wobei diese Frequenz, wie oben erwähnt, auf eine vorbestimmte Frequenz im Frequenzband
des konstanten Verstärkdngsgrades des Verstärkers 1 eingestellt wird.
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Diese Schaltung korrigiert auch die durch die Wirkung des Begrenzers
11 in der Wellenform herbeigeführte Verzerrung, um so eine im wesentlichen sinusförmige
Welle zu erzeugen. Das Potentiometer 17 wirkt auch wie der vorerwähnte Abschwächer,
wobei sein Gleitkontakt 23 mit Hilfe der Leitung 19 über den Schalter S zur oberen
der Eingangsleitungen 3 zurückführt.
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Bei der Schaltung nach F i g. 2 sind der Eingang 3 und der Ausgang
der Verstärkerstufen 1, 1' gleichphasig. Es wurde festgestellt, daß bei Verstärkern,
bei denen eine Phasenumkehr auftritt, eine etwas andere Art der frequenzselektiven
Mittel wünschenswert ist. So enthalten diese nach Fig. 3 den Kondensator C5 und
den Widerstand Rfi, die wie ein Eingangs-Hochpaßfilter arbeiten, und eine Doppel-z-Schaltung
mit in Reihe liegenden WiderständenR, und R5, die durch in Reihe liegende Kondensatoren
C6 und C7 überbrückt sind, die einen RC-Zwischenzweig C8-Rg haben, der zwischen
den Reihenschaltpunkten der Widerstände R, und R8 sowie der Kondensatoren C6 und
C, liegt. Die Verbindung zwischen dem Kondensator C8 und dem Widerstand R9 ist geerdet,
und die Dioden des Begrenzers 11 liegen zwischen Erde und über dem Widerstand R2
an dem Reihenschaltungspunkt der Widerstände R, und Rs.
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Es ist bekannt, daß eine Doppel-z-Schaltung, sofern sie einwandfrei
abgeglichen ist, eine Gegenresonanz schafft, jedoch kann sie in nicht abgeglichenem
Zustand als Bandpaß-Schalteinrichtung dienen. Diese letztgenannte Wirkungsweise
kann hierbei durch Verstimmen der Doppel-z-Schaltung mit Hilfe der geeigneten Einstellung
der jeweiligen Impedanzen der Schaltungsteile und der Verbindung des Begrenzers
11 erzielt werden. Dies kehrt, wie sich herausgestellt hat, außerdem die Phase der
rückgekoppelten Schwingungen um, so daß die Phase der durch den End-Tiefpaßabschnitt
R,D-Cg hindurchgehenden Sinuswelle der am Ausgang des Verstärkers 1 auftretenden
Phase entgegengesetzt ist. Diese Art von Rückkopplungsschaltung kann bei Verstärkern
verwendet werden, deren Eingang und Ausgang phasenverschobene Signale führen.