DE1934306C3

DE1934306C3 - Selbsttätig geregelter Wechselspannungsverstärker mit einer merklichen Zeitkonstante des Stellgliedes

Info

Publication number: DE1934306C3
Application number: DE1934306A
Authority: DE
Inventors: Willy 7103 Schwaigern Minner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-07-07
Filing date: 1969-07-07
Publication date: 1975-06-12
Also published as: FR2056454A5; GB1312930A; DE1934306B2; DE1934306A1; US3716801A

Description

.nachlässigbar ist Anderenfalls könnte es auch bei <lem bekannten Begrenzerverstärker unter bestimmten Bedingungen (große Regelzeitkonstante des Stellglieds) zu einer vorübergehenden Sperrung des Verstärkers kommen, die jedoch nicht orwähnt ist

Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung. Fig. 1 zeigt das Schema der bekannten Regelung. In F i g. 2 ist ein Regelinformationserzouger mit dem zuletzt beschriebenen Aufbau gezeigt

F i g. 1 zeigt den Verstärker V mit dem Stellglied S, dessen Zeitkonstante I₁ durch innere RC-Glieder und/ oder durch den Koppelkondensator C₁ und den Widerstand R₁ für die Zuführung der Regelspannung gebildet wird. Die Verstärkung ist eine Funktion der Regelspannung U_R, die im Regelinformationserzeuger R mit seiner Zeitkonstante t₂ aus der Ausgangswechselspannung u_a abgeleitet wird. Die Ausgangswechselspannung wird über den Kondensator C₂ zum Eingang des Regelinformationserzeugers geführt. Die Regelsteilheit also das Verhältnis der Verstärkungsdifferenz 1V (mit V = uju_e) zur Regelspannungsdifferenz \U_R ist so groß gewählt, daß zur Ausregelung nur eine geringe Regelspannungsänderung erforderlich ist.

Ein so aufgebauter, bekannter, selbsttätig regelnder Verstärker arbeitet nur dann einwandfrei, wenn die Zeitkonstante f, wesentlich kleiner und damit vernachlässigbar gegenüber der Zeitkonstante t₂ ist. Eine sprunghafte Erhöhung der Eingangsspannung u_e auf den doppelten Wert wird dann in einer Zeit T ausgeregelt, die nur von der Zeitkonstante t₂ des Regelinformationserzeugers abhängt. Eine sprunghafte Änderung der Eingangsspannung u_e auf das lOOfache wird dagegen in etwa 1/100 T ausgeregelt, weil die dem Regelinformationserzeuger angebotene Spannung ebenfalls das lOOfache beträgt, die zur Änderung der Verstärkung erforderliche Regelspannung U_R bei hoher Regelsteilheit jedoch nur einer geringfügigen Änderung bedarf.

Nun wird ein Stellglieds vorausgesetzt, dessen Zeitkonstante i, nicht vemachlässigbar klein gegen t₂ ist. Die Zeitkonstante t₂ des Regelinformationserzeugers sei so gewählt, daß bei kleinen Eingangsspannungen u_e eine Erhöhung auf den doppelten Wert unter Berücksichtigte der Zeitkonstante I₁ des Stellgliedes S in der vorgenannten Zeit T ausgeregelt wird. Eine Erhöhung der Eingangsspannung und damit momentan auch der Ausgangsspannung u_a (lineare Verstärkung vorausgesetzt) auf das lOOfache erhöht erfindungsgemäß auch die Zeitkonstante t₂ um das lOOfache, so daß die Au«regelung der sprunghaften Eingangsspannungsänderung wieder in der Zeit Γ erfolgt (nicht wie vorher 1/100 T) und eine Sperrung des Verstärkers vermieden wird, weil die wirksame Zettkonstante t₂ nunmehr wesentlich größer als die Zeitkonstante i, des Stellgliedes ist.

Die praktische Erprobung eines selbsttätig geregelten Verstärkers mit einer Zeitkonstante des Stellgliedes von t, = 20 ms und eines erfindungsgemäßen Regelinformationserzeugers mit einer Zeitkonstante I₂ = 100 ms Für kleine Eingangsspannungen u_e ergab bei sprunghafter Erhöhung um den

Faktor 2: eine Ausregelung um etwa 150 ms Faktor IQ: eine Ausregelung um etwa 140 ms Faktor 100: eine Ausregelung um etwa 120 ms,

ohne daß der Verstärker gesperrt wurde.

Fig. 2 zeigt esa Beispiel Sir die Schaltung eines erfindungsgemäßen Regeunformationsversiärkers, der sich durch den Widerstand R₁ von der herkömmlichen Ausführung eines Kollektorgleichrichters unterscheidet

Die Wechselspannung u_a wird über C₂ und den Widerstand R₃ der Basis des Transistors Γ zugeführt Während der positiven Hajbschwingung von U₁₁ fließt der Ladestrom l_L in den Ladekondensator C₃ und

ίο baut dort die Regelspannung 17„ auf. Der Vollständigkeit halber ist noch der Entladewiderstand R₄ eingezeichnet, der im allgemeinen jedoch so groß ist daß er für die Betrachtung der Ladezeitkonstante unberücksichtigt bleiben kann. Bei der herkömmliehen Ausführung (R₂ ist kurzgeschlossen) beträgt der maximale Ladestrom

¹L max

wobei B der Stromverstärkungsfaktor des Transistors in Emitterschaltung ist und der Faktor y berücksichtigt, daß nur während der positiven Halbschwingung von u_a Ladestrom fließt. Die Ladezeitkonstante der herkömmlichen Schaltung ist

ti =

C₃ % - ■ R₃C, .

Die erfindungsgemäße Abhängigkeit der Ladezeitkonstante von der Amplitude der Wechselspannung u_a wird bei dem Regelinformationserzeuger durch den Widerstand R₂ erreicht der nach F i g. 2 zwischen den Kollektor des Transistors T und die Batteriespannungsquelle geschaltet ist. Dadurch wird der Ladestrom begrenzt auf

"· ~ 2 R₂ '
und daraus ergibt sich die Ladezeitkonstante

—fr C 3

¹I.

Wie aus den Gleichungen (1) und (3) hervorgeht, ist die Ladezeitkonstante I₂ des Regelinfurmationserzeugers

solange die Wechselspannungsamplitude

ist.

überschreitet die Amplitude diesen Wert, dann wird

h = t'_L * 2 ■

und ist somit proportional von der Amplitude der Wechselspannung u_a abhängig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

I 934 SO6

Patentansprüche:

Sollwert zurf ckgegajigen ist Die hierzu erforderliche Jeit ist durch das Üitlaidezeitkpnstante bedingt

Der Erfindung ti§gt die· Aufgabe zugrunde, die erwähnte Sperrung ijes Verstärkers bei sprunghaftem Anstieg der EragWgswechselspaBnung zu vermeiden, ohne die Regelzeit des Verstärkers merklich zu vergrößern. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst daß ein Rpgelinforraationserzeuger srerwsndet ist dessen Zeitkonstante bei zunehmender

, 1. Siä&sttätig gsegelter Verstärker SjrWechselispannuneea mit einer so großgn Zeitkonstante des
Stellgliedes, daß beim sprunghaften Ansteigen
Öer Eingangswechselspannung der Verstärker
durch die Regelinformation vorübergehend gesperrt wird, dadurch gekennzeichnet, ... _..._..

daß ein Regeliaformationserzeuger verwendet ist io Eingangswechselspannucg selbsttätig so viel größer dessen Zeitkonstaste (r₂) bei zunehmender Ein- wird, daß unabhängig von der Größe der EingangsgangswechselspannungiH^eJbsttätigso vielgrößer wechselspannung keine Übersteuerung auftritt' und wird, daß onabhSngigVon der Größe der Eingangs- damit die erwähnte Sperrung des Verstärkers verwechselspannung {u_e) keine Übersteuerung auftritt mieden wird. Auf diese Weise wird die Erzeugung der und damit die erwähnte Sperrung des Verstärkers 15 Regelinformation so weit verlangsamt bis der Regelkreis eingeschwungen ist

Bei optimaler Lösung der gestellten Aufgabe muß die Zeitkonstante r₂ des Regelinformationserzeugers von einer vorbestimmten Ausgangswechselspannung

vermieden wird.
2 Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Zeitkonstante (i₂) des Regelinformationserzeugers von einer vorbestimmten

Ausgangsspannung (u„) ab selbsttätig proportional 20 ab selbsttätig proportional zu dieser Wechselspannung

zu dieser Wechselspannung (uj zunimmt.

3. Verstärker nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet daß die Vergrößerung der Zeitkonstante U₂) des Regelinformationserzeugers dadurch erzunehmen.

Die verlangsamte Vergrößerung der Zeitkonstante des Regelinformationserzeugers wird am einfachsten dadurch erreicht, daß der Ladestrom für den die

reicht ist daß der Ladestrom (/,) für den die Regel- 25 Regelinformation liefernden Kondensator des Regel

information liefernden Kondensator (C₃) des Regelinformationserzeugers begrenzt ist.

4. Verstärker nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Regelinformationserzeuger aus

informationserzeugers begrenzt wirrt. Zu diesem Zweck kann der Regelinformationserzeuger aus einem Kollektorgleichrichter mit Ladekondensator in der Emitterleitung bestehen, in dessen Kollektorleitung ein

einem Kollektorgleichrichter mit Ladekondensator 30 ohmscher Widerstand gelegt ist, der den Ladestrom

(C₃) in der Emitterleitung besteht, in dessen Kollektorleitutig ein ohmscher Widerstand [R₂) gelegt ist. der den Ladestrom (/,) begrenzt.

begrenzt.

Man könnte vermuten, daß sich die Zeitkonstanten l, und r₂ in ihrer Wirkung addieren. Dies ist nur dann der Fall, wenn lineare, eingeschwungene Zustände

35 beurteilt werden. Bei der Erfindung handelt es sich

jedoch um eine Regeleinrichtung, bei der zur Änderung

In Wechselspannungsverstärkern mit selbsttätiger der Verstärkung nur eine geringfügige absolute Ände-Verstärkungsregelung kann die Erscheinung beob- rung der Regelspannung notwendig ist. während am achtet werden, daß bei einem sprunghaften Ansteigen Eingang Absolutänderungen im Verhältnis bis 1 :100 der Eingangswechselspannung der Verstärker vorüber- 40 auftreten. Deshalb ist die Ausregelzeit, wie weiter

unten beschrieben, nicht nur von r, und t₂ abhängig, sondern in besonderem Maße bei sprunghafter Änderung von der Eingangsspannung. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung werden Ausregelzeiten erzielt, 45 die. wie erwünscht, nunmehr unabhängig von der sprunghaften Erhöhung der Eingangsspannung sind. Es ist bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 113 474), zur Verbesserung der Kompressions wirkung eines Begrenzerverstärkers die Ausregelzeit derart mit der Verhältnis zur Zeitkonstante I₁ des Regelinformations- 50 Aussteuerung zu koppeln, daß oberhalb der Begrenzererzeugers nicht vernachlässigbar klein ist, so daß schwelle eine wachsende Ansteuerung eine abnehdas Stellglied nicht schnell genug dem erwähnten mende Ausregelzeit hervorruft. Diese Maßnahme ist Sprung folgen kann. Es treten dabei folgende Vorgänge erforderlich, weil die Kompressionswirkung anderenauf: falls in unerwünschter Weise von der Folgefrequenz

Bei einem sprunghaften Anstieg der Eingangs- 55 der die Begrenzerschwelle überschreitenden Pegelwechselspannung liefert der Verstärker eine ent- spitzen abhängt. Während bei einigen Begrenzersprechend große Ausgangs wechselspannung an den verstärkern die Kompressions wirkung unter bestimm-Regelinformationserzeuger, der seine Information z. B. ten Umständen (kurze Impulsfolge mit abwechselnden als Regelspannung mit der Zeitkonstante r₂ an das Maxima und Minima) praktisch ausbleibt und der Stellglied weitergibt. Durch dessen Zeitkonstante f, 60 Verstärker normal verstärkt bzw. übersteuert wird, folgt die Amplitude der Ausgangswechselspannung soll durch den bekannten Begrenzerverstärker die nur verzögert der Regelspannung, so daß eine Regel- Kompressionswirkung auch unter den genannten spannung aufgebaut wird, die größer ist, als zum widrigen Umständen wirksam sein. Es handelt sich Ausgleich der Eingangswechselspannung erforderlich also bei der bekannten Druckschrift um eine andere wäre. Dieser größeren Regelspannung entsprechend 65 Aufgabe und um eine andere Lösung als bei der Erwird die Verstärkung verkleinert, so daß es zur findung. Die in der genannten Druckschrift beschrie-Sperrung des Verstärkers kommen kann. Der Ver- benen Vorgänge setzen einen Verstärker voraus, stärker bleibt gesperrt bis die Regelspannung auf ihren bei dem die Regelzeit konstante des Stellgliedes ver

gehend völlig gesperrt wird. Dies kann z. B. beim Aufsprechen auf Tonbandgeräte vorkommen, die zur Vermeidung einer Übersteuerung des Bandes mit einer selbsttätigen Verstärkungsregelung ausgerüstet sind.

Die Ursache der vorübergehenden Sperrung des Verstärkers liegt darin, daß das Stellglied (also die geregelte Verstärkerstufe) infolge von Kapazitäten und Widerständen eine Zeitkonstante t, hat, die im