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Verfahren zum gleichzeitigen Einstellen der Zeitkonstante mehrerer
RC-Giieder Bei vielen Anwendungsfällen der Elektronik kommt es darauf an, die Zeitkonstante
eines aus der Serienschaltung eises Kondensators und eines Widerstands bestehenden
RC-Gliedes in weiten Grenzen zu variieren. Hierzu kann der für die Zeitkonstante
jgebliche Widerstand R einstellbar ausgeführt werden. Er :n'ß dann von der Bedienungsplatte
des jeweiligen Gerätes aus vetigt werden können. Das beschränkt die Anwendungsmöglichkeiten
nach kleinen Zeitkonstanten hin; aber auch bei großen Zeitkonstanten£ wobei große
Widerstandswerte benötigt werden, treten Schwierigkeiten durch Einstreuung von Fremdspannungen
auf oder es lassen sich die erforderlichen Widerstandswerte als Drehwiderstände
nicht mehr herstellen.
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Müssen mehrere Zeitkonstanten durch ein gemeinsames Bedienungselement
gleichzeitig verändert werden, so bleibt nach dieser Methode nur die Möglichkeit,
mechanisch gekoppelte Potentiometer zu verwenden. Während Zwei-, Drei- und Vierfach-Potentiometer
noch üblich sind, wobei allerdings der elektrische Gleichlauf in vielen Fällen unzureichend
ist, läßt sich eine größere Anzahl von Zeitkonstanten auf diese Art nicht einstellen.
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Bei elektronischen Musikinstrumenten, tritt dieses Problem bei der
Einstellung der Abklingzeit der Register "Perkussion" und "Sustain" auE, und man
hat hierfür nach anderen Wegen gesucht, um mit einem gemeinsamen Bedienungselement
viele Zeitkonstanten gleichzeitig verändern zu können.
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Eine bekannte Schaltung dieser Art ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt,
wobei der Einfachheit halber die Einstellung für drei Zeitkonstanten gezeigt ist.
Die drei jeweils aus dem Kondensator C und dem dazu in Serie geschalteten Widerstand
R1 bestehenden RC-Glieder liegen mit dem widerstandsseitigen Ende der Serienschaltung
an Masse, während dem Verbindungspunkt von Kondensator C und Widerstand R1 über
die Serienschaltung von Diode D und Widerstand R2 eine mehr oder weniger große positive
Spannung zugeführt wird, die am Potentiometer P abgegriffen wird. Liegt der Schleifer
des Potentiometers P auf Plus-Potential, so sperren die Dioden D, und die Entladung
des Kondensators C kann nur über den jeweiligen Widerstand R1 erfolgen. Die Entladezeitkonstante
t1 ist somit gleich C R1.
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Wird am Abgriff des Potentiometers die Spannung O V eingestellt, so
liegt der jeweilige Widerstand R2 parallel zu dem jeweiligen Widerstand R1. Für
diesen Fall ist die Zeitkonstante # 2 = C . R1 . R2 / (R1 + R2). In beiden Fällen
erhält man wie gewünscht als Entladekurve eine Exponential-Funktion. Will man allerdings
eine Entladezeit einstellen, die zwischen diesen beiden Zeitkonstantenwerten liegt,
so muß der Abgriff des Potentiometers P an einer bestimmten Stelle zwischen null
und einer positiven Spannung liegen. Der große Nachteil dieser Einstellung ist jedoch,
daß die Entladekurve nicht mehr über den ganzen Abklingvorgang rein exponentiell
verläuft, sondern geknickt ist.
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Bis zu einer Kondensatorspannung uc, die der am Abgriff des Potentiometers
P eingestellten Spannung U entspricht, erfolgt die Entladung mit der Zeitkonstanten
t3, die von der Abgriffstellung
des Potentiometers abhängig ist.
Wird die Kondensatorspannung uC kleiner, so sperren die Dioden D, und die Entladung
erfolgt nun mit der Zeitkonstanten t1 In Fig. 2 der Zeichnung ist dieser prinzipielle
Verlauf der Entladung eingezeichnet, wobei der gewünschte Verlauf gestrichelt eingezeichnet
ist. Die Entladekurve weist somit einen Knick auf, der sich nur vermeiden läßt,
wenn das eine Ende des Potentiometers an negatives Potential angeschlossen wird
und somit am Abgriff des Poentiometers negative Spannungswerte eingestellt-werden
können. Jedoch liegt in diesem Falle die Asymptote für den Abklingvorgang unter
0 V, und cter Ton klingt nicht langsam aus, sondern bricht abrupt ab, wenn die Entladekurve
den Nullpegel schneidet.
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Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum gleichzeitigen Einstellen
der Zeitkonstante mehrerer aus der Reihenschaltung eines Kondensators und eines
Widerstandes bestehender RC-Glieder, deren widerstandsseitige Enden miteinander
verbunden sind, bei welchem Verfahren den einzelnen RC-Gliedern über je eine Serienschaltung
eines Vorwiderstandes und einer Diode eine Einstellspannung zugeführt wird. Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten Einstellverfahren
für mehrere Zeitkonstanten zu vermeiden, wobei mittels nur eines Einstellelementes
beliebig viele Zeitkonstanten im Gleichlauf verändert werden können, die Entladekurve
möglichst guten Exponentialverlauf aufweisen soll und die Zeitkonstanten der einzelnen
RC-Glieder sich gegenseitig nicht beeinflussen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß als Einstellspannung eine rechteckige Impulsspannung einstellbaren
Tastverhältnisses dient, deren einer Scheitelwert gleich dem Potential des gemeinsamen
Derbindungspunktes der RC-Glied-Widerstände ist, deren anderer Scheitelwerft größer
ist als die maximal auftretende Kondensatorspannung und deren Generatorwiderstand
klein gegen Vorwiderstand und RC-Glied-Widerstand ist.
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Die Erfindung wird nun anhand der in der Zeichnung dargestellten weiteren
Figuren 3 und 4 erläutert.
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Fig. 3 zeigt die Anordnung nach Fig. 1 mit einer Rechteckimpulsspannung
als Einstellspannung und Fig. 4 zeigt ein der Fig. 2 entsprechendes Diagramm.
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In Fig. 3 wird dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Vorwiderstände
R2 eine Rechteckimpulsspannung u zugeführt, deren zeitlicher Verlauf im rechten
Teil der Fig. 3 gezeigt ist.
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Die Periodendauer T der Rechteckimpulsspannung setzt sich aus den
Zeiten t und t2 zusammen, wobei während der Zeit t1 die Rechteckimpulsspannung den
Einschaltwert u0 aufweist und während der Zeit t2 den Wert O V annimmt, so daß der
untere Scheitelwert der Rechteckspannung u gleich dem Potential des gemeinsamen
Verbindungspunktes der RC-Glied-Widerstände R1 ist, der in den Fig. 1 und 3 auf
Massepotential liegt. Unter den erfindungsgemäßen Voraussetzungen, daß der im Beispiel
nach Fig. 3 obere Scheitelwert u0 der Rechteckimpulsspannung u größer ist als die
Kondensatorspannung uc, und der Generatorwiderstand der Rechteckspannung u klein
gegen Vorwiderstand und RC-Glied-Widerstand ist, erfolgt eine Entladung über die
Widerstände R2 nur während der Zeit t2.
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Während der Zeit t sperren die Dioden D jedoch die Entladung über
den Vorwiderstand R2, so daß dieser Widerstand demnach zur zeitweise als Entladewiderstand
wirksam ist; während der Zeit ti erfolgt die Entladung nur über den Widerstand R1
des RC-Glieds.
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Wählt man die Periodendauer T der Rechteckimpulsspannung u klein gegenüber
der kleinsten gewünschten Zeitkonstante, so erhält man eine beliebig feine Stufung
der als Abklingkurve gewünschten Exponential-Funktion.
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In Fig. 4 ist die prinzipielle Wirkungsweise des erfindungsgemäßen
Verfahrens gezeigt, wenn man für V = C R1 = 1 s, für 2 = C R1 R2 / (R1 + R2) = 100
ms, für T = 10 ms und für tl = t2 = 5 ms wählt.
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Das Verhältnis 22/T = 10/1 wurde bewußt niedrig gewählt, um die Wirkungsweise
in Fig. 4 anschaulich zeigen zu können.
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In der Praxis kann man bequem Verhältnisse von 100/1 oder 1000/1 wählen
und damit die Stufung beliebig fein machen, so daß die anzustrebende Exponential-Funktion
als Entladekurve im Bedarfsfall beliebig genau erzielt werden kann.
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Die Einstellung der Zeitkonstanten und damit der Abklingzeit erfolgt
durch Veränderung des Tastverhältnisses tl/t2 der Rechteckimpulsspannung. Die Grenzen
dieser Einstellung sind durch die beiden Zeitkonstanten T1 und "2 gegeben. Der 1
2 Einstellumfang der einzustellenden Zeitkonstantev' ist praktisch nur durch das
maximal bzw. minimal erreichbare Tastverhältnis t1/2 bestimmt. Werte von 101 lassen
sich ohne großen technischen Aufwand bequem erzielen. Damit kann die einzustellende
Zeitkonstante tt ebenfalls im Verhältnis 10/1 verändert werden. Hierbei muß die
Periodendauer T der Rechteckimpulsspannung nicht unbedingt konstant sein.
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Im Mittel gesehen entspricht die Wirkung des Vorwiderstandes R2 einem
Widerstand R2', für den die folgende Beziehung gilt:
Damit gilt für die einzustellende Zeitkonstante ti die folgende Beziehung
Da für alle angeschlossenen RC-Glieder und deren Zeitkonstanten somit dasselbe TastvXerhältnis
maßgebend ist, unterscheiden sich die Entladekurven der einzelnen RC-Glieder nur
durch die Toleranzen der Widerstandswerte des Widerstandes R1 und des Vorwiderstandes
R2 sowie des Kapazitätswertes des Kondensators C.
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Als Generatoren für die beim erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendende
Rechteckimpulsspannung können beispielsweise die bekannten astabilen Multivibratoren
mit einstellbarem Tastverhältnis verwendet werden.