DE1230868C2 - Amplitudenbegrenzer fuer elektrische schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen parallel zu einem Schwingkreis liegenden Diodenbegrenzer für elektrische Schwingungen, dessen Vorspannung eine Differenzspannung ist, die aus einer konstanten Gleichspannung und einer veränderlichen Gleichspannung, die proportional zur Ausgangswechselspannung einer dem Schwingkreis nachgeschalteten Stufe ist, besteht.

Es sind Amplitudenbegrenzer fur elektrische Schwingungen mit vorgespannten Dioden bekannt, bei denen die Vorspannung fest eingestellt ist und beispielsweise durch eine Batterie oder eine Zenerdiode erzeugt w rd. 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.

In den deutschen Patentschriften 6 93 115, 7 37 787 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 Obertragungssignals verändert, so daß zwar plötzliche, durch Geräusche verursachte Spannungspitzen 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.

Aus der US-Patentschrift 28 87 574 ist ein Frequenzumsetzer für Radioempfänger bekannt, bei dem zwischen dem Schwingkreis für die Zwischenfrequenz und dem Schwingkreis für die nachgeschaltete Verstärkerstufe eine Diode eingeschaltet ist, deren Vorspannung durch den Spannungsunterschied gegeben ist, der an den beiden für die Gleichspannungszuführung in den Kollektorkreisen der Verstärkerstufe und der dieser vorgeschalteten Oszillatorstufe eingeschalteten Widerständen besteht. Eine Regelgleichspannung, die von der Demodulatorstufe an die Basis des Transistors der Veiitärkerstufe geführt ist, bewirkt dabei eine Veränderung der Verstärkung des Transistors und damit zugleich eine Veränderung der am Kollektorwiderstand anstehenden Gleichspannung, so daß die Vorspannung der Diode aus einem festen und einem der Ausgangswechselspannung der nachfolgenden Stufe proportionalen Anteil besteht.

Eine ähnliche Anordnung ist aus der DT-AS 11 10 697 bekannt.

Bei diesen Anordnungen wird jedoch primär die Regelung durch die Verstärkungsregelung der Transistorstufe bewirkt, während die Diode lediglich den Sinn hat. diese Verstärkerstufe vor Übersteuerung zu schützen. Die Regelung der Ausgangsspannung erfolgt dabei in hohem Maße durch Verlagerung des Arbeitspunktes des Transistors der jeweiligen Stufe. Eine hohen Anforderungen für Trägerfrequenzsysteme genügende Begrenzung der Ausgangsspannung läßt sich mit diesen Anordnungen nicht erreichen. Außerdem besteht bei der Arbeitspunktverschiebung die Möglichkeit, daß der Arbeitspunkt in den nichtlinearen Bereich der Arbeitskennlinie verschoben wird, wodurch erhebliche Klirrprodukte entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine den hoher Anforderungen an die Spannungskonstanz der Träger von Trägerfrequenzsystemen genügende Anordnung zur Amplitudenbegrenzung zu schaffen.

Der Diodenbegrenzer wird gemäß der Erfindung se ausgestaltet, daß zwei Begrenzerdioden in einei Spannungsverdopplerschaltung angeordnet sind unc daß die Diodenvorspannung derartig erzeugt ist, da[ parallel zum Ausgang der Spannungsverdopplerschal tung eine Spannungsdifferenzschaltung aus einei Zenerdiode und einem Widerstand liegt, an dem die zui Ausgangswechselspannung proportionale Gleichspan nung abfällt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich dei Amplitudenbegrenzer auch so ausbilden, daß dei Widerstand durch die Emitter-Kollektor-Strecke eine: Transistors gebildet ist, dessen Basisspannung von dei zur Ausgangswechselspannung der nachgeschaltetet Stufe proportionalen Gleichspannung gesteuert ist.

Feuer kann der Amplitudenbegrenzer auch s< aufgebaut sein, daß die zwei Begrenzerdioden in eine Zweiweggleichrichterschaltung angeordnet sind un< daß die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors dessen Emitter-Basiskreis von der Differenzspannuni

angesteuert ist parallel zum Lastwiderstand der ZweiweggleichrichKerschaltung liegt

Durch diese Maßnahmen wird gegenüber den bekannten Spannungsstabilisierungseinrichtungen eine wesentlich höhere Stabilisaticyiswirkung bezüglich der zu stabilisierenden Amplitude erreicht Eine Arbeitspunktverschiebung auf einer Arbeitskennlinie ist nicht erforderlich, wodurch das Auftreten von Klirrprodukten erheblich vermindert wird. Außerdem ist die für die Stabilisierung aufzuwendende Leistung wesentlich ge- ίο ringer 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 iid Rauschen vor allem dann günstig auswirkt, wenn die Amplitudenbegrenzung nach der Erfindung bei Ausgangsspannngen von Generatoren angewendet wird.

An Hand der Ausführungsbeispiele nach den F i g. 1 bis 3 wird die Erfindung näher erläutert.

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 aufgebputen Transistorstufen mit den Transistoren 1 bis 4. Die Transistoren arbeiten in Basisschaltung. In den Kollektorkreisen der Transistoren liegen jeweils die Resonanzübertrager 5 bis 8. Die Ankopplung der einzelnen Stufen erfolgt induktiv. Die Eingangsspannung U_e wird der ersten Verstäirkerstufe über den Eingangsübertrager 9 zugeführt, und die Ausgangsspannung Ua läßt sich an der Sekundärwicklung des Resonanzübertragers 8 abnehmen. Die erste Stufe des Verstärkers arbeitet auf den Diodenbegrenzer, der zugleich als Spannungsverdopplerschaltung mit den Dioden 10, 11 und den Kondensatoren 12 und 13 ausgebildet ist. Der Kondensator 14 dient lediglich als Trennkondensator von Gleich- und Wechselspannung. Die Vorspannung für diesen Amplitudenbegrenzer wird von der Ausgangsspannung Ua des Verstärkers gesteuert. Die Ausgangsspannung U_f 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 U_r ist der mit der Zenerdiode 19 erzeugten festen Spannung Usz 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_n und dadurch sinkt die Vorspannung Uv-Die Begrenzung hinter der ersten Verstärkerstufe setzt früher ein, und die Ausgangsspannung Ua wird als Folge hiervon herabgesetzt.

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 aes 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 Kondensatoren 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.

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.

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.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines geregelten Amplitudenbegrenzers nach der Erfindung ist in F i g. 3 schematisch dargestellt. Der dem Begrenzer zugeführte Strom i_e erzeugt an den Eingangsklemmen die schwankende Eingangsspannung U_a die über die Tertiärwicklung 43 des Übertragers 42 und die Diode 44 eine der Eingangsspannung U_e proportionale Spannung Er, die an der Parallelschaltung vom ohmschen Widerstand 45 und Kondensator 46 abfällt, erzeugt. Diese Gleichspannung wirkt der an der Zenerdiode 47

anstehenden Vergleichsspannung Esz entgegen. Bei kleiner Eingangsspannung U_e sperrt die Vergleichsspannung Esz den Transistor 48. Erst wenn die Eingangsspannung den Sollwert, der durch die Vorspannung Esz gegeben ist, erreicht oder überschritten hat, wird die Spannung E_r größer als die Spannung Esz- Der Transistor wird entsperrt und nimmt Kollektorstrom auf. Der Kollektorstrom wird geliefert aus der Gleichspannung E₈, die ebenfalls durch Gleichrichtung mit Hilfe des aus den Dioden 49 und 50 sowie dem Kondensator 51 und dem ohmschen Widerstand 52 gebildeten Zweiweggleichrichters und des Übertragers 42 aus der Spannung U_e 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 Vergleichsspannung Esz stetig einstellen, was einen großen Vorteil gegenüber den nicht geregelten Begrenzern bedeutet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Parallel zu einem Schwingkreis liegender Diodenbegrenzer für elektrische Schwingungen, dessen Vorspannung eine Differenzspannung ist, die aus einer konstanten Gleichspannung und einer veränderlichen Gleichspannung, die proportional zur Ausgangswechselspannung einer dem Schwingkreis nachgeschalteten Stufe ist, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Begrenzerdioden (10, 11) in einer Spannungsverdopplerschaltung angeordnet sind und daß die Diodenvorspannung derart erzeugt ist, daß parallel zum Ausgang der Spannungsverdopplerschaltursg eine Spannungsdifferenzsehaltung aus einer Zenerdiode (19) und einem Widerstand (17) liegt, an dem die zur Ausgangswechselspannung der nachgeschalteten Stufe proportionale Gleichspannung abfällt.

2. Amplitudenbegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand durch die Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors (31) gebildet ist, dessen Basisspannung von der zur Ausgangswechselspannung der nachgeschalteten Stufe proportionalen Gleichspannung gesteuert ist (F ig. 2).

3. Parallel zu einem Schwingkreis liegender Diodenbegrenzer für elektrische Schwingungen, dessen Vorspannung eine Differenzspannung ist, die aus einer konstanten Gleichspannung und einer veränderlichen Gleichspannung, die proportional zur Ausgangswechselspannung einer dem Schwingkreis nachgeschalteten Stufe ist besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Begrenzerdioden (49, 50) in einer Zweiweggleichrichterschaltung angeordnet sind und daß die Emitter-Kollektorsirecke eines Transistors (48), dessen Emitter-Basiskreis von der Differenzspannung angesteuert ist, parallel zum Lastwiderstand (52) der Zweiweggleichrichterschaltung liegt (F ig. 3).