DE1591211C - Schaltung zum automatischen Konstanthalten der Amplitude des Rückkopplungssignals eines eine Brückenschaltung enthaltenden RC-Generators - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum automatischen Konstanthalten der Amplitude des Rückkopplungssignals eines eine Brückenschaltung enthaltenden ÄC-Generators, welcher das Ausgangssignal der Brückenschaltung nach Durchlaufen eines Differenzverstärkers zugeführt wird und die als Längsglied eine Impedanz fester Größe enthält, an deren ausgangsseitigem Ende als Querglied eine variable Impedanz angekoppelt ist.

Bei derartigen Schaltungen muß große Sorgfalt darauf verwendet werden, daß eine Verzerrung des Signals vermieden wird. Nichtlinearitäten in der Schaltung führen zu periodischen Schwankungen der Signalamplitude mit geringer Frequenz oder zu Verzerrungen, die dadurch bedingt sind, daß die Schaltung zum automatischen Konstanthalten der Signalamplitude nicht richtig arbeitet.

In solchen Schaltungen wurden üblicherweise eine 5 oder mehrere Dioden, deren Stromfluß gesteuert wurde, als variable Impedanzen verwendet. Zusammen mit einer Transistor- oder Röhrenschaltung würde ein Diodenpaar als Nebenschluß einer gegenkoppelden Impedanz verwendet. Die Wirksamkeit

ίο des Nebenschlusses hängt ab von der Impedanz, die das Diodenpaar für ein Signal darstellt. Da die Impedanz der Dioden für ein gegebenes Wechselstromsignal sich umgekehrt proportional mit dem Diodenstrom verändert, kann die Amplitude eines Signals leicht konstant gehalten werden.

Während solche Schaltungen unter bestimmten Bedingungen zufriedenstellend arbeiten, kann sich die Nichtlinearität der Dioden nachteilig auswirken. Wenn Dioden als Nebenschluß für ein Gegenkopplungselement verwendet werden, kann das Anlegen starker Signale, die geeignet sind, die Impedanz einer Diode unter dem Wert zu verringern, der durch den steuernden Gleichstrom bestimmt ist, dazu führen, daß starke unkontrollierbare Amplitudenschwankungen auftreten. Diese werden durch die Tatsache verursacht, daß die Dioden für starke Signale geringe Impedanzen darstellen und diese Signale gerade dann nicht dämpfen, wenn diese gedämpft werden müßten.

Darüber hinaus ist es erforderlich, daß der steuernde Gleichstrom, der aus dem zu stabilisierenden Wechselstromsignal gewonnen wird, noch gesiebt werden muß. Dadurch ergibt sich eine Mindestzeilkonstante, bevor eine Regelung wirksam wird. In einigen Diodenschaltungen erfolgt die Regelung außerdem nicht symmetrisch. Während das nicht immer ein Nachteil sein muß, so gibt es doch Anwendungen, wo die Unsymmetrie nicht geduldet werden kann.

Bisher wurden die Forderungen nach minimaler Verzerrung stabilen Arbeiten und symmetrischer Regelung nur von komplizierten und aufwendigen Schaltungen erfüllt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und betriebssichere Schaltung zum automatischen Konstanthalten der Amplitude des Rückkopplungssignals eines /?C-Generators, der eine Brückenschaltung enthält, anzugeben, welcher Schaltung das Ausgangssignal der Brückenschaltung nach Durchlaufen eines Differenzverstärkers zugeführt wird und die als Längsglied eine Impedanz fester Größe enthält, an deren ausgangsseitigem Ende als Querglied eine variable Impedanz angekoppelt ist. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als variable Impedanz eine Serienschaltung aus einem ersten Transistor mit einer ersten Diode vorgesehen ist, deren zweite Elektrode an das Bezugspotential angeschlossen ist und dadurch, daß der Verbindungspunkt von Emitter und Diode über einen Kondensator mit dem. ausgangsseitigen Ende des Längsgliedes verbunden ist.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist parallel zu dem Stromweg, der aus der Basis-Emitter-Strecke des ersten Transistors und der damit in Reihe liegenden Diode besteht, ein zweiter Kondensator angeordnet, dessen Spannung den Strom durch den Transistor und damit den Wert der Impedanz des Quergliedes bestimmt. Eine andere

Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die phasigen Komponenten im Differenzverstärker 18 an die Basis des ersten Transistors angeschlossene auf. In diesem Fall weist das Signal an der Ausgangs-Elektrode des zweiten Kondensators mit einer zweiten klemme 20 des Verstärkers eine Phasenverschiebung Diode verbunden ist, über die dem Kondensator von 90° auf.

Ladestrom zugeführt wird und deren zweite Elek- 5 Die Arbeitsweise der Schaltung zur automatischen trode an den Verbindungspunkt des Kollektors eines Verstärkungsregelung 21 wird im einzelnen später weiteren Transistors mit dem Kollektorwiderstand erörtert werden, -da das Verständnis der generellen angeschlossen ist, dessen Emitter mit dem Bezugs- Arbeitsweise des Oszillators eine Vorbedingung für potential verbunden ist. die Beschreibung dieses Teils der Schaltung ist.

Eine weitere Weiterbildung der Erfindung besteht io Unter der Annahme, daß die Schaltung zur automadarin, daß dis Basis des zweiten Transistors außer tischen Verstärkungsregelung 21 überbrückt ist, sorgt über den Basiswiderstand mit dem einen Pol der der Phasenverschieber 22 bei der Nennfrequenz für Betriebsspannungsquelle über eine dritte Diode mit eine weitere Phasenverschiebung von 90°. Das dem Abgriff eines Spannungsteilers verbunden ist, Eingangssignal des Verstärkers 23 ist daher um 180° durch dessen Abgriffspannung die dritte Diode ge- 15 gegenüber dem Ausgangssignal an den Ausgangssperrt wird, und daß dem Abgriff des Spannungs- klemmen 1 und 2 phasenverschoben. Der Verstärker teilers über einen dritten Kondensator das konstant 23 verursacht eine weitere Phasenverschiebung von zu haltende Rückkopplungssignal zugeführt wird. 180°, so daß die Bedingungen für ein dauerndes

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich Schwingen erfüllt sind.

aus der genaueren Beschreibung eines bevorzugten 20 Es wird nun angenommen, daß der Wert des Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung Widerstandes 10 als Folge einer Druckänderung oder mit den Zeichnungen, von denen zeigt einer anderen Bedingung, die auf den Widerstand ein-

F i g. 1 das Blockschaltbild eines Oszillators, bei wirkt, geändert wurde. Da das Verhältnis der Widerdem die erfindungsgemäße Schaltung zur automa- stände 9 und 10 nun von dem Verhältnis der Widertischen Verstärkungsregelung verwendet wird, 25 stände 14 und 15 abweicht, sind auch die phasen-

F i g. 2 das Schaltbild der erfindungsgemäßen gleichen Komponenten an den Eingängen 17 und 19 Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung. nicht mehr gleich. Als Folge davon ist das Ausgangs-Der in F i g. 1 dargestellte bekannte ÄC-Generator signal, die Vektorsumme der Komponente mit einer dient dazu, ein Signal zu erzeugen, dessen Frequenz Phasenverschiebung von 90° und der gleichphasigen von dem Wert eines Bauelementes in einer selbst- 3° Komponente, die jetzt vorhanden ist. Der Phasenerregten Brückenschaltung abhängt. winkel der Ausgangsspannung des Differenzverstär-An die Ausgangsklemmen 1 und 2 des Oszillators kers 18 wird daher größer oder kleiner als 90° sein, ist die Last 3 angeschlossen. Weiterhin sind die abhängig von der Richtung der Änderung des Ausgangsklemmen 1 und 2 mittels der Rückkopp- Widerstandes 10.

lungsschleife 7 mit den Eingangsklemmen 4 und 5 der 35 Die Frequenz der Schwingung ändert sich dabei, Brückenschaltung 6 verbunden. An der Ausgangs- da die Forderung nach einer Gesamtphasenverschieklemme 8 der Brückenschaltung ist ein in der bung von 360° weiterhin erfüllt sein muß. Die Amplitude veränderliches Signal vorhanden, das vom Frequenz der Schwingung verschiebt sich zu einem Verhältnis der Werte der Widerstände 9 und 10 ab- neuen Wert, bei dem die notwendige Phasendrehung hängt. In der dargestellten Schaltung ist der Wider- 40 von 180° des Ausgangssignals des Phasenschiebers stand 10 veränderlich. Der Wert des Widerstandes 22 gegenüber dem Ausgangssignal der Brücken-10 kann z. B. von der Temperatur, dem Druck oder schaltung 6 gewährleistet ist.

einer anderen Veränderlichen abhängig sein. Die Betrachtet man nun die Schaltung zur automa-

Signalamplitude an der Brückenausgangsklemme 8 ist tischen Verstärkungsregelung und die Notwendigdaher eine Funktion der Veränderlichen, die auf 45 keit, die Amplitude der der Brückenschaltung zugeden Widerstand 10 einwirkt. Das Signal an der führten Speisespannung konstant zu halten, so kann Ausgangsklemme 8 ist in Phase mit der Speisespan- man sehen, daß der Phasenwinkel des Ausgangsnung für die Brückenschaltung, die deren Eingangs- signals des Differenzverstärkers 18 von der Größe klemmen 4 und 5 zugeführt wird. An der Ausgangs- der Amplituden der an den Eingängen 17 und 19 klemme 11 liefert die Brückenschaltung ein Aus- 5° anliegenden Signale abhängt. Da diese veränderliche gangssignal, das gegenüber der den Eingangs- "Phasenverschiebung im wesentlichen die Frequenz klemmen 4 und 5 zugeführten Speisespannung der Schwingung bestimmt, kann jede auftretende phasenverschoben ist. Der Widerstand 12 und der Amplitudenverzerrung ebenfalls eine Phasenver-Kondensator 13 sind so dimensioniert, daß bei der Schiebung zur Folge haben, die ihrerseits eine Nennfrequenz und bei gleichen Werten der Wider- 55 weitere Frequenzverschiebung bewirkt. Es dürfte stände 9 und 10, die an den Ausgangsklemmen 8 möglich sein, solche amplitudenbedingten Phasen- und 11 abnehmbaren Spannungen eine Phasen- verschiebungen zu vermeiden, indem man die Schalverschiebung von 90° gegeneinander aufweisen. Die tungen so bemißt, daß im gesamten Aussteuerungs-Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 14, bereich keine Nichtlinearität oder andere Verzerrun-15 und 16 stellt die Vektorsumme der phasenverscho- 60 gen auftreten. Eine solche Lösung wäre jedoch, benen und der gleichphasigen Komponente dar. Das selbst wenn es möglich wäre, die Schaltung entVerhältnis der Werte der Widerstände 14 und 15 ist sprechend auszulegen, nicht praktikabel, gleich dem Verhältnis der Nennwerte der Wider- Die Schaltung zur automatischen Verstärkungsstände 9 und 10. Da dem Eingang 17 des Differenz- regelung stellt nun die naheliegende Lösung dieses Verstärkers eine gleichphasige Signalkomponente zu- 6₅ Problems dar. Jedoch ist das Erfordernis, daß die geführt wird, die gleich groß ist wie die beim Nenn- Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung wert des Widerstandes 10 am Eingang 19 anliegende keine Phasenverschiebung in das System hineingleichphasige Komponente, heben sich diese gleich- bringen darf, mit den üblichen Schaltungen zur

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automatischen Verstärkungsregelung nicht leicht zu wobei der Widerstand, der durch die Verbindung mit

verwirklichen. Man wird zugeben, daß eine durch die der Basis 41 des Transistors 42 bedingt ist, mit

Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung berücksichtigt wurde.

bedingte Phasenverschiebung, die je nach dem Signal Da die Spannung der Rückkopplungsschleife 7 eine

verschieden ist, die Beziehungen zwischen dem Wert 5 Wechselspannung ist, gibt es eine Zeitspanne, in der

des Widerstandes 10 und der Frequenz der Schwin- der momentane Amplitudenwert des Signals negativ

gung zerstören würde. ist, bezogen auf das Bezugspotential, das durch die

Darüber hinaus muß die Schaltung zur automa- Widerstände 29 und 30 festgelegt ist. Während dieser tischen Verstärkungsregelung im normalen Arbeits- Zeitabschnitte wird die Diode 31 in Durchlaßrichtung bereich frei von Instabilitäten oder Nichtlinearitäten io betrieben, wodurch der durch den Widerstand 33 sein, da diese die gewünschte Beziehung zwischen fließende Strom nicht mehr zur Basis 34 des Trandem Wert des Widerstandes 10 und der Frequenz der sistors fließt. Der Transistor 32 wird dadurch in den Schwingung zerstören würden. Da im normalen Sperrzustand umgeschaltet, der bewirkt, daß der Arbeitsbereich die Arbeitsweise der Schaltung zur Strom durch den Lastwiderstand 37 und die Diode 38 automatischen Verstärkungsregelung in erwünschter 15 in den Kondensator 39 fließt. Das Zeitintervall, wäh-Weise linear ist, ist es ebenfalls wünschenswert, daß renddessen der Transistor 32 sperrt, wird durch die eine Form der Begrenzung für den Fall eingeführt Zeitspanne bestimmt, in der die Diode 31 in Durchwird, daß der normale Arbeitsbereich überschritten laßrichtung gepolt ist. Dies ist wiederum abhängig wird. Dies unterstützt die schnelle Erholung des von der Bezugsspannung, die durch die Widerstände Systems und hält die Störung möglichst klein. 20 29 und 30 bewirkt wird, und von der Amplitude des

Diese Erfordernisse werden von der Schaltung zur Wechselspannungssignals auf der Rückkopplungsautomatischen Verstärkungsregelung nach F i g. 2 er- schleife 7. Wenn die Amplitude der Signalwechsel-' füllt. Um die Amplitude der der Brückenschaltung spannung größer wird, wird auch das Zeitintervall zugeführten Speisespannung zu messen, ist eine größer, in dem die Diode 31 in Durchlaßrichtung Eingangsklemme 24 mit der Rückkopplungsschleife 7 25 vorgespannt ist. Dementsprechend nimmt die Breite verbunden. Die Eingangsklemme 25 ist über den der Stromimpulse zu, die über den Widerstand 37 in Widerstand 27 mit der Ausgangsklemme 26 verbun- den Kondensator 39 fließen. Da der Kondensator 39 den. Da der Widerstand 27 in Reihe zu einem von dazu dient, diese Impulse zu integrieren, erhöht ein dem zu regelnden Signal durchlaufenden Strompfad längerer Impuls die momentane Spannung am Konliegt, kann eine automatische Verstärkungsregelung 30 densator, die einer Steuerelektrode, z. B. zur Basis 41 dadurch erreicht werden, daß ein Zweig mit Steuer- des Transistors 42, zugeführt wird. Die Wirkung der barer Impedanz an das ausgangsseitige Ende des erhöhten Spannung an der Basis 41 besteht nun darin, Widerstandes 27 angeschlossen wird, um an diesem daß der das in Serie geschaltete Netzwerk aus dem Widerstand einen veränderlichen Signalspannungs- Transistor 42 und der Diode 45 durchfließende Strom abfall hervorzurufen. Die Steuerung der Impedanz 35 zunimmt. Der Widerstand 47 begrenzt den Stromfluß dieses parallel zum Ausgang liegenden Zweiges wird durch Transistor 42 auf einen zulässigen Wert. Der in Abhängigkeit von der an der Eingangsklemme 24 Kondensator 46 kann einen wesentlich größeren gemessenen Signalamplitude vorgenommen. Ein Kapazitätswert besitzen als der Kondensator 39. Er Kondensator 28 verbindet die Rückkopplungs- verbindet das ausgangsseitige Ende des Widerstandes schleife 7 mit einem Spannungsteiler, bestehend aus 4° 27 mit dem in Serie geschalteten Netzwerk, und zwar den Widerständen 29 und 30, der den Zweck hat, an einem Verbindungspunkt des Transistors 42 mit eine Vergleichsspannung zu liefern. Falls eine ein- der Diode 45.

stellbare Vergleichsspannung gewünscht wird, kann Die Signalabschwächung im Widerstand 27 ist eine

natürlich der eine oder andere der Widerstände 29 Funktion der Impedanz, die von dem Netzwerk ein-

bzw. 30 veränderlich gemacht werden. Die Wider- 45 schließlich des Kondensators dargestellt wird. Da der

stände 29 und 30 bilden einen Spannungsteiler, an Kapazitätswert des Kondensators 46 festgelegt ist und

dem die Bezugs-Vorspannung für die Kathode der die Impedanz im Arbeitsbereich sehr klein ist, ist die

Diode 31 abgegriffen wird, die dann in Sperr-Rich- Abschwächung des Signals durch den Widerstand der

tung vorgespannt ist. Der Transistor 32 ist so vor- Serienschaltung, vom Kondensator 46 aus gesehen,

gespannt, daß er leitet. In diesem seinem ersten 5° bestimmt. Der Blindwiderstand des Kondensators 46

Zustand fließt der Strom durch den Widerstand 33 sollte viel kleiner sein als der kleinste Widerstand von

in die Basis 34. Der Wert des Widerstandes 33 ist so Transistor und Diode, um die Phasenverschiebung

gewählt, daß ein hinreichend großer Basisstrom möglichst gering zu halten. Es sei bemerkt, daß der

fließen kann, so daß der Transistor 32 im Sättigungs- Transistor 42 und die Diode 45 gleichspannungs-

betrieb arbeitet, bei dem zwischen dem Emitter 35 55 mäßig in Serie geschaltet sind, jedoch die Basis-

und dem Kollektor 36 eine sehr kleine Spannung Emitter-Diode des Transistors 42 und die Diode 45

besteht. Die kleine Spannung am Kollektor 36 hält wechselspannungsmäßig parallel geschaltet sind. Im

den Verbindungspunkt des Lastwiderstandes 37 und normalen Arbeitsbereich ist die Größe der Impedanz

der Diode 38 im wesentlichen auf Massepotential. der Serienschaltung aus dem Transistor 42 und der

Daher fließt kein Strom über die Diode 38 in den 60 Diode 45 umgekehrt proportional zum Stromfluß.

Integrationskondensator 39 Da, wie erwähnt, die Daher erzeugt eine größere Amplitude des Signals in

Diode 38 in Sperr-Richtung vorgespannt ist, kann der Rückkopplungsschleife 7 breitere Stromimpulse

auch kein Strom in der entgegengesetzten Richtung des Transistors 32, die ihrerseits die Spannung an der

fließen. Um einen Weg für das Entladen des Konden- Basis 41 anheben. Dadurch nimmt der Stromstoß

sators 39 vorzusehen, ist ein Widerstand 40 dem 65 durch den Kollektor 43, Emitter 44 und die Diode

Kondensator 39 parallel geschaltet. Der Wert des 45 weiter zu. Die sich daraus ergebende kleinere

Widerstandes 40 ist so bemessen, daß eine zur Auf- Impedanz dient dazu, den Signalspannungsabfall an

ladekurve symmetrische Entladekurve erreicht wird, dem Widerstand 27 zu vergrößern. Das wiederum

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verkleinert die Eingangsspannung des Phasenschiebers da der Kondensator 39 nicht direkt den Strom für den

22 und des Verstärkers 23 (F i g. 1) und damit das Kondensator 46 liefern muß. Das bedeutet, daß im

Ausgangssignal des Oszillators an den Ausgangs- wesentlichen eine Zeitkonstante gewählt werden

klemmen 1 und 2 und demzufolge auch die Signal- kann ohne Rücksicht auf den Strom, der von

spannung in der Rückkopplungsschleife 7, die die 5 dem Kondensator 39 geliefert werden muß. Die

Speisespannung für die Brückenschaltung darstellt. Anforderungen an den Filterkondensator bezüglich

Auf diese Weise wird diese Spannung auf den rieh- des Stromes in bekannten Schaltungen sind derart,

tigen Wert gebracht. Für den Fall, daß die Signal- daß kleine Kondensatoren nicht benutzt werden kön-

spannung der Rückkopplungsschleife 7 außerordent- nen, obwohl eine kleine Zeitkonstante für die Arbeits-

lich groß wird, wird auch die Signalspannung, die io weise der automatischen Verstärkungskontrolle

dem Verbindungspunkt des Transistors 42 und der nötig ist.

Diode 45 zugeführt wird, entsprechend groß. In Die Nennfrequenz der Schaltung ist 1000 Hz. Die

diesem Fall arbeiten die Basis-Emitter-Diode des einzelnen Bauelemente der Schaltung nach F i g. 2

Transistors 42 und die Diode 45 als Amplituden- haben folgende Werte:

begrenzer zusammen. Während dieses Arbeitszustan- 15 Widerstand 27 1 kOhm

des dient der Strom, der von dem Kondensator 39 Kondensator 28 0,1 μΡ

geliefert wird, als Basisstrom für den Transistor 42, Widerstand 29 20 kOhm

um einen verstärkten Stromfluß durch den Kollektor Widerstand 30 3,9 kOhm

43 zu verursachen. Gleichzeitig dient der Konden- Widerstand 33 100 kOhm

sator 39 dazu, die Basis 41 an Masse zu legen; er 20 Widerstand 37 20 kOhm

besitzt daher eine zweifache Funktion. Kondensator 39 10 μΡ

Die Verbindung des Kondensators 39 mit der Basis Widerstand 40 10 kOhm

des Transistors 42 erlaubt die Verwendung eines viel Kondensator 46 33 μΡ

kleineren Kondensators, als es sonst der Fall wäre, Widerstand 47 1 kOhm

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltung zum automatischen Konstanthalten der Amplitude des Rückkopplungssignals eines eine Brückenschaltung enthaltenden RC-Generators, der das Ausgangssignal der Brückenschaltung nach Durchlaufen eines Differenzverstärkers zugeführt wird und die als Längsglied eine Impedanz fester Größe enthält, an deren ausgangsseitigem Ende als Querglied eine variable Impedanz angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Impedanz aus der Serienschaltung eines ersten Transistors (42; F i g. 2) mit einer ersten Diode (45) besteht, deren zweite Elektrode an das Bezugspotential angeschlossen ist, und daß der Verbindungspunkt von Emitter und Diode über einen Kondensator (46) mit dem ausgangsseitigen Ende (26) des Längsgliedes (27) verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Stromweg, der aus der Basis-Emitter-Strecke des ersten Transistors und der damit in Reihe liegenden Diode (45) besteht, ein zweiter Kondensator (39) angeordnet ist, dessen Spannung den Strom durch den Transistor und damit den Wert der Impedanz des Quergliedes bestimmt.

3. Schaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Basis des ersten Transistors angeschlossene Elektrode des zweiten Kondensators mit einer zweiten Diode (38) verbunden ist, über die dem Kondensator Ladestrom zugeführt wird und deren zweite Elektrode an dem Verbindungspunkt des Kollektors eines weiteren Transistors (32) mit dem Kollektorwiderstand angeschlossen ist, dessen Emitter mit dem Bezugspotential verbunden ist.

4. Schaltung nach den Ansprüchen ί bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des zweiten Transistors außer über den Basiswiderstand (33) mit dem einen Pol der Betriebsspannungsquelle (+12V) über eine dritte Diode (31) mit dem Abgriff eines Spannungsteilers (29, 20) verbunden ist, durch dessen Abgriffspannung die dritte Diode gesperrt wird, und daß dem Abgriff des Spannungsteilers über einen dritten Kondensator (28) das konstant zu haltende Rückkopplungssignal zugeführt wird.