DE2161905B2

DE2161905B2 - Schaltung zur automatischen Dynamikregelung

Info

Publication number: DE2161905B2
Application number: DE19712161905
Authority: DE
Inventors: Rolf 3002 Bissendorf Roeder
Original assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1971-12-14
Filing date: 1971-12-14
Publication date: 1975-04-10
Also published as: DE2161905A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur automatischen Dynamikregelung in einem Verstärker mit Halbleiter-Verstärkerelementen.

Schaltungen zur automatischen Dynamikregelung werden vorzugsweise mit Feldeffekttransistoren ausgerüstet. Hierbei wird in der Regelstrecke die steuerbare Impedanz eines Feldeffekttransistors in Verbindung mit einem Festwiderstand als Spannungsteiler verwendet.

Dieser Stand der Technik ist in der Literaturstelle »Regelschaltungen mit Feldeffekttransistoren«, Funkschau 1969, Heft 7, S. 189 bis 191, beschrieben. Hier wird gezeigt, daß die Drain-Source-Strecke eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors bei Aussteuerung mit Wechselspannungen bis etwa 100 mV angenähert lineare Kennlinien besitzt, deren Steilheit bei einer Gate-Source-Spannung von 0 Volt am größten ist und im Gebiet von — 5 bis — 10 V praktisch nach konvergiert. Die Impedanz des Feldeffekttransistors kann demnach von etwa 100 Ω bis zu einigen ΜΩ verändert werden, ohne daß ein Gleichstrom über die Drain-Source-Strecke des Transistors fließt. Auch werden bereits Angaben gemacht, wie die nichtlinearen Verzerrungen der Drain-Source-Strecke durch eine zusätzliche Wechselspannungssteuerung des Gate verringert werden können. Dazu soll dem Gate die halbe zwischen Drain und Source stehende Wechselspinnung zugeführt werden. Diese vorbekannte Technik hat den Nachteil, daß sich mit ihr die nach DIN 45 568 geforderte Ansprechzeit der Dynamikregelung von weniger als 5 msec nicht erreichen läßt, da sich wegen der Forderung nach einer sehr tiefen unteren Grenzfrequenz eine große Zeitkonstante am Gate-Steuerkreis ergibt.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, diesen wesentlichen Nachteil der bekannten Schaltung zu beseitigen und extrem kleine Einschwingzeitkonstanten der Dynamikregelung zu ermöglichen. Durch die erfindungsgemäße Lehre werden ohne Schwierigkeiten Zeitkonstanten von 0,5 msec und weniger erreicht. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung ergibt eine wesentliche Verminderung der Null-Linienverschiebung gegenüber bekannten Schaltungen bei Sprungänderungen des Eingangssignals über 40 dB, da durch die der Schaltung eigene Einspeisung der Regelgleichspannung nur kleine Ladungsverschiebungen in den Koppelkondensatoren im Verstärker^ auftreten können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird auch noch der Eigenklirrfaktor der Regelanordnung entscheidend verringert.

Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zur automatischen Dynamikregelung in einem Verstärker mit Halbleiter-Verstärker-Elementen, bei der als Regelstrecke die steuerbare Impedanz eines Feldeffekttransistors verwendet ist, dessen Gate die Regelsteuerspannung und über zwei als Spannungsteiler in den Weg der Tonfrequenzschwingung geschaltete Widerstände die halbe Tonfrequenzspannung zugeführt ist. Die Lösung der obengenannten Aufgabe besteht darin, daß die Regelspannung über den einen der beiden Widerstände dem Gate des Regeltransistors unmittelbar zugeführt ist, daß die Trennung zwischen Regelstromkreis und Tonfrequenzstromkreis im Tonfrequenzstromkreis durchgeführt ist derart, daß ein Trennkondensator für die Regelspannung und ein zusätzlicher Widerstand für die Zuführung der Regelspannung entfallen und somit die Widerstände des Spannungsteilers gleiche Werte aufweisen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. An Hand der Beschreibung und der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Mit der Bezugszahl 1 ist eine Niederfrequenzspannungsquelle bezeichnet. Sie kann beispielsweise durch ein Mikrofon beliebiger Bauart gebildet sein. Es li°fert die Eingangsspannung U_E mit einem zu komprimierenden Dynamikumfang. Mit 2 ist ein Halbleiterverstärker bezeichnet, der eine automatische Dynamikregelung gemäß der Erfindung besitzt. Der Halbleiterverstärker besteht aus dem Eingangsverstärker 2.1 und dem Ausgangsverstärker 2.2. An seinem Ausgang liefert er die Ausgangsspannung U_A. Der Dynamikumfang dieser Spannung ist in dem Beispiel gegenüber dem Dynamikumfang der Eingangsspannungsquelle 1 komprimiert. Der Ausgang des Verstärkers 2.1 ist mit dem Eingang des Verstärkers 2.2 über das Dynamikregelglied 2.3 verbunden, das

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-ns dem Feldeffekttransistor 2.31 und dem Fest- den Bezugszahlen in Fig. 1. Der Verstärker 2.2 be- «Jderstand 2.42 besteht. In die direkte Verbindung steht in diesem Ausführungsbeispiel aus dem Einmischen dem Ausgang des Verstärkers 2.1 und dem gangsverstärker 2.21 und dem Ausgangsverstärker Ü eingang des Verstärkers 2.2 ist zur galvanischen 2.22. Der Ausgang des Verstärkers 2.1 ist in diesem Trennung und Anpassung der Schaltung des Dyna- 5 Beispie', direkt mit dem Eingang des Verstärkers 2.2 Ä mikregelgüedes 2.3 der Kondensator 2.41 eingeschal- verbunden. Das Dynamikregelglied 2.3 ist in diesem tet Die Kondensatoren 2.43 und 2.44 trennen den Beispie! gemäß dem Anspruch 3 in den Gegenkopp-IS _Regelstromkreis von dem Tonfrequenzstromkreis. lungszweig zwischen den Verstärkerteil 2.21 und dem Bei der Bemessung des Widerstandes 2.42 ist der Verstärker 2.1 geschaltet. Es hat die Aufgabe, mit jnsgangsseitige Innenwiderstand des Verstärkers 2.1 io steigender Amplitude der Eingangssignalspannung U_E j berücksichtigt. den Betrag der Gegenkopplung zu vergrößern, um piese Bauelemente sind nur als Beispiele genannt. durch eine geringer werdende Gesamtverstärkung die f cj_e können gegebenenfalls entfallen oder durch Dynamikkompression zu erreichen. Das setzt voraus, ^|ä _M(j_ere Schaltelemente ersetzt werden. Der Wider- daß bei U_n = O die Regelgleichspannung der symbo-• 2.5 dient dazu, das Gate des Feldeffekttransi- 15 lisch dargestellten Spannungsquelle 2.34 Null ist und 2.31 bei fehlenden oder sehr kleinen Eingangs- damit auch die Spannung zwischen Gate und Source Jen Ve negativ vorzuspannen, damit die Impe- Null wird. Dadurch werden die Impedanz der Drain-φπζ der Drain-Source-Strecke sehr hochohmig wird. Source-Strecke des Feldeffekttransistors 2.31 und der nje Widerstände 2.32 und 2.33 sind hochohmige Betrag der Gegenkopplung zwischen den Verstärker-IWderstände gleichen Betrages von beispielsweise 20 teilen 21 und 2.2 sehr klein. Auch in diesem Aus-

1 MQ- Sie dienen entsprechend den? dargestellten führungsbeispiel bezieht die symbolisch dargestellte Sand der Technik dazu, dem Gate des Feldeffekt- Regelspannungsquelle 2.34 die gleichzurichtende transistors die halbe zwischen Drain und Source ste- Niederfrequenzspannung bei einer Vorwärtsregelung fcende Wechselspannung zum Verringern des Klirr- in bekannter Weise aus einem Punkt im Verstärker faktors zuzuführen. Die symbolisierte Regelspan- 25 2.1, der nicht vom Gegenkupplungskreis beeinflußt tungsquelle G2.34 führt dem Gate die Regelgleich- wird. Im Falle der in der Fig. 2 dargestellten Rückipannung zu. Sie bezieht bei einer Vorwärtsregelung wärtsregelung wird diese Spannung am Ausgang des die gleichzurichtende Wechselspannung in bekannter Verstärkers 2.21 entnommen. Mit steigender EinfVeise vom Ausgang des Verstärkers 2.1 und bei gangsspannung U_E liefert die Gleichspannungsquelle einer Rückwärtsregelung in der dargestellten Art 30 2.34 eine in der dargestellten Weise gepolte Regel-Tom Ausgang des Verstärkers 2.2. In beiden Fällen gleichspannung an das Gate des Feldeffekttransistors dient ein nicht dargestellter Zusatzverstärker dazu, 2.31. Die Impedanz des Feldeffekttransistors 2.31 diese Niederfrequenzwechselspannung auf den not- und der Betrag der Gegenkopplung steigen, so daß wendigen Betrag zu bringen. Sie wird mit einer be- die Verstärkung der vom Gegenkopplungskreis bekannten Spitzengleichrichter-Anordnung gleichge- 35 einflußten Teile der Verstärker 2.1 und 2.2 geringer richtet. Die Einschwing-Zeitkonstante dieser Anord- wird und die gewünschte Dynamikkompression ein-Bung kann anforderungsbedingt frei gewählt werden. tritt Die im Dynamikregelglied 2.3 noch auftretenden

Da gemäß der Erfindung an der Regelstrecke, d. h. nichtlinearen Verzerrungen sind in diesem Ausfüh-

im Verlauf des Verstärkungszuges einschließlich des rungsbeispiel in den Gegenkopplungsweg der Ver-

Regelspannungsteilers nur geringwirkende Zeitkon- 40 stärker einbezogen und werden so automatisch mit

»tanten vorhanden sind, wird die Ansprechzeit der steigendem Betrag der Gegenkopplung verringert. Bei

Dynamikregelung ausschließlich durch die Zeitkon- entsprechender Dimensionierung ist es möglich, den

itanten des Regelspannungsgenerators G bestimmt. Höchstwert des Klirrfaktors, der durch das Regel-

Für die praktische Anwendung wird entsprechend glied verursacht wird, in das Gebiet unterhalb von

der oben angeführten DIN-Forderung eine Zeitkon- 45 0,3 bis 0,5 %> zu verschieben,

stante im Bereich von 0,5 bis 5 msec gewählt. Bei den erläuternden Ausführungsbeispielen der

Die Regelgleichspannung wird an der symbolisier- erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wurde dar-

ten Gleichspannungsquelle G 2.34 abgenommen. Ihre auf verzichtet, nähere Angaben über das Erzeugen

Entlade-Zeitkonstante ist für den Erfindungsvor- der Regelgleichspannung zu machen, weil dieser

schlag ohne Bedeutung. Sie liegt in der Regel zwi- 50 Punkt für das Prinzip der Erfindung Keine Bedeu-

schen 100 msec und mehreren Sekunden. Die Regel- tung hat Es ist üblich, in der oben beschriebenen

Eleichspannung ist in der mit + und - symbolisier- Weise für eine Vorwärts- oder Ruckwartsregelung

ten Weise gepolt und verringert dadurch die Impe- aus dem Verstärkerzug die Niederfrequenzspannung

danz der Drain-Source-Strecke um den Faktor 10"» abzuzweigen, sie gegebenenfalls noch %veiter zu ver-

bis 10-* so daß in der Zusammenwirkung mit dem 55 stärken und einer Gleichrichteranordnung ™^z™™\-

Widerstand 2.42 eine sehr starke Dynamikverringe- ren. Das setzt bei den sehr kleinen erforderlichen

rung eintritt Einschwingzeiten sehr hohe Aufladeströme voraus,

Die bei dieser Dynamikkompression auftretenden die der Verstärker möglichst verzerrungsfrei liefern

nichtlinearen Verzerrungen liegen in Abhängigkeit können muß.

des Regelhubes im Gebiet von etwa 1 °/o bei kleinem 60 Es kann daher vorteilhaft sein, gemäß einer im Regelhub und 0,3 »/0 bei großem Regelhub. Der Anspruch 4 beanspruchten Ausfuhrungsform an Klirrfaktor läßt sich noch durch eine besondere Aus- Stelle des Gleichrichtens der Niederfrequenzspanführung der Regelschaltung gemäß Anspruch 3 ver- nung mit derselben einen elektronischen behälter, ringern beispielsweise einen Schalttransistor, eine Zenerdiode

Die Fig 2 zeigt ein Beispiel mit einer Schaltung*- 6s od. dgl. anzusteuern, der im eingeschalteten Zustand

anordnung, die es ermöglicht, die nichtlinearen Ver- einen sehr kleinen Durehlaßwiderstano hat. Dieser

Zerrungen herabzusetzen. Die Bezeichnungen 1; 2.1; elektronische Schalter entnimmt dann aus der Be-

2 2-2 3· 2 31; 2.32; 2.33; 2.34 und 2.5 entsprechen triebsgleichspannungsquelle des Halbleiterverstar-

kers, beispielsweise einer Batterie, den Aufladestrom für das Zeitkonstantenglied der Verstärkungsregelung.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele nach den F i g. 1 und 2 zeigen Schaltprinzipien für Dynamikregelschaltungen, die eine Kompression durchführen sollen. Sinngemäß ist es selbstverständlich auch möglich, nach der Lehre der Erfindung eine Expansionsschaltung durchzuführen. Die Impedanzen der Feldeffekttransistoren 2.31 müssen dann lediglich entsprechend den Grundprinzipien der F i g. 1 und 2 im entgegengesetzten Sinn gesteuert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur automatischen Dynamikregelung in einem Verstärker mit Halbleiter-Verstärkerelementen, bei der als Regelstrecke die steuerbare Impedanz eines Feldeffekttransistors verwendet ist, dessen Gate die Regelsteuerspannung und über zwei als Spannungsteiler in den Weg der Tonfrequenzschwingung geschaltete Widerstände die halbe Tonfrequenzspannung zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannung über den einen der beiden Widerstände dem Gate des Regeltransistors unmittelbar zugeführt ist, daß die Trennung zwischen Regel-Stromkreis und Tonfrequenzstromkreis im Ton-Irequenzstromkrtis durchgeführt ist (Kondensatoren 2.43 und 2.44) derart, daß ein Trennkondensator für die Regelspannung und ein zusätzlicher Widerstand für die Zuführung der Regel- *o spannung entfallen und somit die Widerstände des Spannungsteilers gleiche Werte aufweisen.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Feldeffekttransistor (2.31) zusammen mit einem *5 Festwiderstand (2.40) als Spannungsteiler im Zuge des Verstärkers (nach Fig. 1) angeordnet ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Feldeffekttransistor (2.31) zusammen mit einem Festwiderstand (2.42) als Spannungsteiler im Gegenkopplungszweig des Verstärkers (nach Fig. 2) angeordnet ist.

4. Schaltung nach einem der vorangehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenspannungswerte des zu regelnden Niederfrequenzsignals einen elektronischen Schalter ansteuern, der die Regelsteuerspannung aus der Betriebsgleichspannung des Verstärkers bildet.