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Amplitudenbegrenzer für elektrische Schwingungen Es sind Amplitudenbegrenzer
für elektrische Schwingungen mit vorgespannten Dioden bekannt, bei denen die Vorspannung
fest eingestellt ist und beispielsweise durch eine Batterie oder eine Zenerdiode
erzeugt wird. Derartige Amplitudenbegrenzer haben den Nachteil, daß für viele Anwendungszwecke
eine zu ungenaue Stabilisierung der Amplitude erfolgt. Ferner ist die für sie aufzubringende
hohe Steuerleistung in vielen Fällen unerwünscht.
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In den deutschen Patentschriften 693115, 737787 werden Anordnungen
zur Verminderung der durch atmosphärische oder ähnliche Störungen bedingten Störgeräusche
beim Empfang elektrischer Schwingungen beschrieben. Um zu vermeiden, daß bei einem
plötzlichen Lautstärkesprung durch einen Begrenzer nicht nur Störgeräusche, sondern
auch dieser plötzlich auftretende Sprung unterdrückt würde, wird bei den dort verwendeten
Amplitudenbegrenzern die Vorspannung proportional zur Hochfrequenzträgeramplitude
oder proportional zur Umhüllenden eines Übertragungssignals verändert, so daß zwar
plötzliche, durch Geräusche verursachte Spannungsspitzen in ihrer Amplitude begrenzt,
die jeweiligen, durch Lautstärkeunterschiede bedingten Spannungsschwankungen jedoch
unbegrenzt sind. Eine Stabilisierung der Ausgangsspannung läßt sich jedoch mit einer
derartigen Anordnung nicht erreichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine auch für hohe Anforderungen bezüglich
der Spannungsstabilität geeignete Anordnung zur Amplitudenbegrenzung zu schaffen.
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Die Erfindung betrifft einen Amplitudenbegrenzer für elektrische Schwingungen
mit vorgespannten Dioden. Der Amplitudenbegrenzer wird gemäß der Erfindung so ausgebildet,
daß die Vorspannung mittels einer aus einer Vergleichsspannung und einer der zu
begrenzenden Spannung proportionalen Gleichspannung gebildeten Differenzspannung
umgekehrt proportional zu den Schwankungen der zu begrenzenden Amplitude geregelt
ist.
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Insbesondere ist der Amplitudenbegrenzer so ausgestaltet, daß die
Dioden in einer Spannungsverdopplerschaltung angeordnet sind und daß die Diodenvorspannung
derartig erzeugt ist, daß parallel zum Ausgang der Spannungsverdopplerschaltung
eine Spannungsdifferenzschaltung aus Zenerdiode und ohmschem Widerstand, an dem
eine der zu begrenzenden Wechselspannung proportionale Gleichspannung abfällt, liegt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich der Amplitudenbegrenzer
auch so ausbilden, daß der ohmsche Widerstand durch die Emitter-Kollektor-Strecke
eines Transistors, dessen Basisspannung abhängig von der der zu begrenzenden Wechselspannung
proportionalen Gleichspannung gesteuert ist, ersetzt ist.
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Ferner kann der Amplitudenbegrenzer auch so aufgebaut sein, daß die
Dioden in Zweiwege-Gleichrichterschaltung angeordnet sind und daß die Emitter-Kollektor-Strecke
eines Transistors, dessen Emitter-Basis-Kreis von einer den Schwankungen der zu
begrenzenden Wechselspannung proportionalen Differenzspannung angesteuert ist, parallel
zum Lastwiderstand der Zweiwege-Gleichrichteranordnung liegt.
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Durch diese Maßnahme wird gegenüber Amplitudenbegrenzern mit fester
Vorspannung eine wesentlich höhere Stabilisationswirkung bezüglich der zu stabilisierenden
Amplitude erreicht. Außerdem ist die für die Stabilisierung aufzuwendende Leistung
wesentlich geringer als bei den vorstehend genannten Begrenzeranordnungen. Mit dem
Amplitudenbegrenzer nach der Erfindung ist es möglich, auch noch bei sehr großen
Schwingamplituden eine einwandfreie Regelung bzw. Begrenzung zu erhalten, was sich
auf den Abstand zwischen Nutzsignal und Rauschen vor allem dann günstig auswirkt,
wenn die Amplitudenbegrenzung nach der Erfindung bei Ausgangsspannungen von Generatoren
angewendet wird.
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An Hand der Ausführungsbeispiele nach den F i g.1 bis 3 wird die Erfindung
näher erläutert.
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In F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Amplitudenbegrenzer
nach der Erfindung zur Spannungsbegrenzung eines übergruppenträgerverstärkers für
Trägerfrequenzsysteme verwendet wird. Der Verstärker besteht aus vier gleichartig
aufgebauten Tansistorstufen, nüt den Tansistoren 1 bis 4. Die Transistoren
arbeiten in Basisschaltung.
In den Kollektorkreisen der Transistoren
liegen jeweils die Resonanzübertrager 5 bis B. Die Ankopplung der einzelnen Stufen
erfolgt induktiv. Die Eingangsspannung U, wird der ersten Verstärkerstufe über den
Eingangsübertrager 9 zugeführt, und die Ausgangsspannung UA läßt sich an der Sekuri'därwicklung
des Resonanzübertragers 8 abnehmen. Die erste Stufe des Verstärkers arbeitet auf
den Amplitudenbegrenzer, der zugleich als Spannungsverdopplerschaltung mit den-
Dioden 10,11 und den Kondensatoren 12, 13 und 14 ausgebildet ist. Die Vorspannung
für diesen Amplitudenbegrenzer wird von der Ausgangsspannung UA des Verstärkers
gesteuert. Die Ausgangsspannung UA lädt über die weitere Diode 15 den Kondensator
16 auf. Parallel zum Kondensator 16 liegen die- ohmschen Widerstände 17 und 18,
wobei der ohmsche Widerstand 18 regelbar. ist. Die am ohmschen Widerstand 17 abfallende
Spannung Ur ist der mit der Zenerdiode 19 erzeugten festen Spannung U", entgegengeschaltet.
Die sich hieraus ergebende Differenzspannung UV ist die Vorspannung für den Begrenzer.
Wächst die Ausgangsspannung, z. B. weil- die Eingangsspannung wächst oder die Belastung
sinkt, so steigt die Spannung U,., und dadurch sinkt die Vorspannung Uv. Die Begrenzung
hinter der ersten Verstärkerstufe setzt früher ein, und die Ausgangsspannung UA
wird als Folge hiervon herabgesetzt.
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In F i g. 2 ist ein rückgekoppelter, in Basisschaltung arbeitender
Transistorquarzoszillator 20 gezeigt, dem ein mehrstufiger Transistorverstärker
21 nachgeschaltet ist. An den Kollektorkreis des Transistors 22 des Transistorquarzoszillators
ist über die Tertiärwicklung 23 des Übertragers 24, dessen Primärwicklung 25 zusammen
mit der Kapazität 26 einen Schwingkreis bildet, eine Spannungsverdopplerschaltung,
bestehend aus den beiden Dioden 27 und 28 und den Kbndensatoren 29 und 30, angeschaltet.
Der Belastungswiderstand wird durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Regeltransistors
31 gebildet, dessen Basis-Emitter-Strecke über die Zenerdiode 32 vorgespannt ist.
Mittels einer weiteren Spannungsverdopplerschaltung, bestehend aus den Dioden 33,
34 und den Kondensatoren 35, 36, wird in der Endstufe des Transistorverstärkers
eine Gleichspannung gewonnen, die am Kondensator 36 abgenommen werden kann. Diese
Gleichspannung ist proportional der an dem Verbraucherwiderstand 37 anstehenden
Wechselspannung. Die Gleichspannung am Kondensator 36 wird über die Spannungsteilerwiderstände
38, 39, 40, 41 aufgeteilt, wobei die zwischen Erde und dem Abgriff liegende Teilgleichspannung
zur Aussteuerung der Basis-Emitter-Strecke des Regeltransistors 31 verwendet wird.
Die noch verbleibende, am Spannungsteiler anstehende Teilgleichspannung kann einer
nachgeschalteten Alarmbaugruppe zugeführt werden. Durch Änderungen der Ausgangswechselspannung
und der zu ihr proportionalen Teilgleichspannung wird der Widerstand der Emitter-Kollektor-Strecke
des Regeltransistors 31 verändert, was mit der Änderung der Vorspannung der beiden
Dioden 27 und 28 gleichbedeutend ist, so daß dadurch der jeweilige Einsatzpunkt
der Begrenzung verschoben wird. Am Lastwiderstand 37 erhält man so eine stabilisierte
Spannung.
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Der dem Transistoroszillator nachgeschaltete Verstärker läßt sich
auch in zwei getrennte Wege aufteilen, wobei der eine Weg nur zur Gewinnung der
Regelgleichspannung für die Konstanthaltung der Schwingamplitude verwendet werden
kann, während der zweite Verstärkerzweig auf den Lastwiderstand arbeitet. Mit einer
derartigen Amplituden-Begrenzeranordnung ist es auch möglich, eine Beeinflussung
der Oszillatorfrequenz, wenn erforderlich, vorzunehmen. Für diesen Fall wird man
vorteilhafterweise die Regelgleichspannung nicht vom Ausgang des Verstärkers ableiten,
sondern aus einem Frequenz-bzw. Phasendiskriminator gewinnen.
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Die gesamte Verstärker- und Oszillatoranordnung ist außer als Schwingschaltung
auch als selbsttätig geregelte Resonanzschaltung anwendbar. Ein gewünschter oder
nicht gewünschter Temperaturgang der Schaltung kann durch entsprechende Wahl der
Spannungsteilerwiderstände erzeugt oder kompensiert werden. Als Begrenzerschaltungen
lassen sich auch Mittelpunkt- oder Brückengleichrichterschaltungen verwenden. Gegenüber
diesen Schaltungen hat jedoch die Spannungsverdopplerschaltung wegen der Möglichkeit
ihrer einpoligen Erdung und des direkten Abgriffs an den Wicklungen der Resonanzkreise
der Verstärkerschaltung bei höheren Oszillatorfrequenzen einen beträchtlichen Vorteil.
Wendet man den Amplitudenbegrenzer nach der Erfindung beispielsweise für die Pegelstabilisierung
bei Trägerstromeinrichtung von kleinen Anlagen, z. B. für die Bildung einer einzelnen
Gruppe, insbesondere für tragbare Geräte, an, so läßt sich die bisher übliche Pegelstabilisierung
gegenüber den Stabilisierungsschaltungen großer Anlagen vereinfachen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines geregelten Amplitudenbegrenzers
nach der Erfindung ist in F i g. 3 schematisch dargestellt. Der dem Begrenzer zugeführte
Strom i, erzeugt an den Eingangsklemmen die schwankende Eingangsspannung Ue, die
über die Tertiärwicklung 43 des Übertragers 42 und der Diode 44 eine der Eingangsspannung
U, proportionale Spannung E", die an der Parallelschaltung vom ohmschen Widerstand
45 und Kondensator 46 abfällt, erzeugt. Diese Gleichspannung wirkt der an der Zenerdiode
47 anstehenden Vergleichsspannung Ev entgegen. Bei kleiner Eingangsspannung U, sperrt
die Vergleichsspannung Ev den Transistor 48. Erst wenn die Eingangsspannung den
Sollwert, der durch die Vorspannung Ev gegeben ist, erreicht oder überschritten
hat, wird die Spannung E, größer als die Spannung EV. Der Transistor wird entsperrt
und nimmt Kollektorstrom auf. Der Kollektorstrom wird geliefert aus der Gleichspannung
EB, die ebenfalls durch Gleichrichtung mit Hilfe des aus den Dioden 49 und 50 sowie
dem Kondensator 51 und dem ohmschen Widerstand 52 gebildeten Zweiwege-Gleichrichters
und des Übertragers 42 aus der Spannung U, gewonnen wird, wodurch die am Amplitudenbegrenzer
angeschlossene Stromquelle belastet wird. Der Eingangswiderstand des Amplitudenbegrenzers
sinkt also mit wachsender Eingangsspannung beim Erreichen des Sollwertes ab, und
zwar so, daß die Eingangsspannung konstant bleibt. Durch einen zusätzlichen Spannungsteiler
läßt sich die Vergleichsspannug Ev stetig einstellen, was einen großen Vorteil gegenüber
den nicht geregelten Begrenzern bedeutet.