DE2335140C3 - Schaltungsanordnung zur automatischen Verstärkungsregelung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur verzerrungsfreien automatischen Verstärkungsregelung mit einer Regelschaltung, die einen an den Eingang geschlossenen Verstärker aufweist, dessen Ausgangsspannung über einen ersten Kondensator entnommen und einem ersten Gleichrichter zugeführt wird und durch einen zweiten Kondensator mit parallel geschaltetem Widerstand geglättet wird, wobei die so erzeugte Regelspannung die Impedanz eines Dämpfungsgliedes steuert, welches die Verstärkung der Schaltung regelt

Es ist bekannt, zur automatischen Verstärkungsregelung von Verstärkerzügen aus der Amplitude des Nutzsignals durch Gleichrichtung eine Steuergleichspannung abzuleiten, die zur Regelung der Verstärker herangezogen wird. Die Ansprech- bzw. Abklingzeit der Steuergleichspannung bei Amplitudenänderungen des Nutzsignals hängt dabei von den Zeitkonstanten der Steuerschaltung ab. Sie können im Einzelfall innerhalb verhältnismäßig enger Grenzen so ausgelegt werden, daß sich bei den zu erwartenden Änderungen der Nutzsignalamplitude eine mehr oder weniger sinnvolle Ausregelung ergibt. Beispielsweise beschreibt die DE-AS 12 44866 eine Anordnung mit zwei Verzögerungsgliedern unterschiedlicher Zeitkonstante, mit der sich eine Anpassung der Abklingzeit an Signale hoher

Amplitude und kurzer Dauer einerseits und Signale

hoher Amplitude und längerer Dauer andererseits erreichen läßt

Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, oaß hier

ίο auf die Forderung nach einer nach Maßgabe der Amplitude des Eingangssignals veränderlichen Einschwingzeit keine Rücksicht genommen ist und die dort vorliegenden Regelgleichspannung mit einer nicht annehmbaren Einschwingspitze (Welligkeit) überlagert

Aus der GB-PS 10 98 519 ist eine Schaltung bekannt, bei der die Verstärkung eines Eingangssignals durch eine veränderliche Impedanz geregelt wird bzw. bei der die Verstärkung durch eine veränderbare Impedanz auf einen vorbestimmten Wert herabgeregelt wird Dabei wird die veränderbare Impedanz durch ein Regelsigna! von zwei Glättungskreisen mit Kondensatoren geregelt. Ein Glättungskreis hat dabei eine kurze Ladezeit. Der andere Glättungskreis weist eine lange Ladezeit auf. Entsprechend der Verwendung des Glättungskreises mit der kurzen Ladungszeit kann die Anstiegszeit, die gefordert wird um das Regelsignal auf eine stabiles Potential zu bringen, bis zu einem gewissen Ausmaß verkürzt werden. Jedoch kann die Anstiegszeit infolge der unvermeidbaren Zeitkonstanten nicht sehr kurz gemacht werden. Aus diesem Grunde kann der Anfangsteil des Eingangssignals, der gewöhnlich Überschwinger enthält, nicht geregelt werden, so daß in dem Anfangsteil des resultierenden Signals Überschwinger ^J5 verbleiben.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine automatische Verstärkungsregelung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die an das Stellglied variabler Impedanz gelegt Regelgleichspannung schnellen Zunahmen der Signaleingangsspannung schnell folgen kann und frei von Weliigkeit ist.

Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs angegebene Schaltung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Ausgang des Verstärkers der Basis eines Transitors zugeführt ist, dessen Emitter dem ersten Kondensator zur Erzeugung der Regelspannung zugeführt ist, und dessen Kollektor über einen dritten Kondensator einem zweiten Gleichrichter gleicher Polung zugeführt ist, dessen Ausgang durch einen ^Vl vierten Kondensator geglättet und dem Dämpfungsglied zur Steuerung zugeführt ist.

Der Unteranspruch gibt eifle vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung an.

Die Erfindung soll nun im einzelnen unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden.

F i g. I ist ein grundsätzliches Blockschaltbild einer Anordnung zur automatischen Verstärkungsregelung;

F i g. 2 ist eine Diagrammdarstellung und zeigt Signalformen, wie sie während des Arbeitens der Schaltung nach F i g. 1 auftreten;

Fig.3 ist ein Schaltbild eines Ausfuhrungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig.4 ist eine Diagrammdarstellung verschiedener Signalformen, die während des Betriebes der Schaltung ^b<i nach Fig.3auftreten;

F i g. 5 ist ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und
Fig.6 ist eine Diagrammdarstellung verschiedener

Signalformen, die während des Betriebes der Schaltung nach F i g. 5 auftreten.

Zuerst soll unter Bezug auf die F i g, 1 und 2 das Arbeiten einer üblichen Schaltungsanordnung zur automatischen Verstärkungsregelung (AVR) beschrieben werden. Die F i g. I zeigt ein grundsätzliches Blockschaltbild einer AVR-Schaltung, wobei ein an einen Eingangsanschluß 1 gelegtes Eingangssignal über einen Verstärker veränderlicher Verstärkung auf einen Ausgangsanschluß 4 gelangt An den Verstärker 2 lü veränderbarer Verstärkung ist eine Regelschaltung 3 angeschlossen, die aus einem Verstärker, einem Gleichrichter und einem Element veränderbarer Impedanz besteht

Die an verschiedenen Punkten der Schaltung nach is F i g. 1 auftretenden Signalformen sind in F i g. 2 dargestellt wobei (a) das am Eingangsanschluß liegende Eingangssignal, (b) die Ausgangsgleichspannung des Gleichrichters der Regelschaltung 3 und (c) das Ausgangssignal am Ausgangsanschluß 4 zeigen.

Man nehme nun an, daß im Zeitpunkt t\ am Eingangsanschluß 1 plötzlich ein Singnal der Amplitude ei auftritt Dieses plötzlich auftretende Signal wird auf den Verstärker 2 veränderbarer Verstärkung und auf die Regelschaltung 3 zugeführt Die Regelschaltung 3 verstärkt das ankommende Signal und richtet das verstärkte Signal gleich, wobei sich die Höhe mit dem Pegel der Eingangsspannung ändert Die Gleichspannung variiert die Impedanz des Elements veränderbarer Impedanz, das an den Verstärker 2 veränderbarer Verstärkung so angeschlossen ist daß es eine Veränderung der Verstärkung dieses Verstärkers bewirkt. Folglich wird die Amplitude des Ausgangssignals auf einen vorbestimmten Wert automatisch eingeregelt Wie jedoch in F i g. 2 (b) gezeigt ist eine Zeitspanne J5 (ti — fi) erforderlich, bis die Gleichspannung den dem Eingangsspannungspegel entsprechenden Wert —V erreicht hat Folglich hat die Ausgangsspannung erst zur Zeit fe den Wert e-j erreicht Während der Zeitspanne zwischen t\ Mnd h ist die Verstärkung des Verstärkers 2 zu hoch und bewirkt einen Überschwinger der Amplitude es, wie in F i g. 2 ^dargestellt.

Nach der vorliegenden Erfindung läßt sich die Schwierigkeit dieses Oberschwingens beseitigen. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der AVR-Schaltung nach der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die F i g. 3 und 4 beschrieben.

Die in Fig.3 mit »1« bis »4« bezeichneten Teile entsprechen den gleichnumerierten Teilen der Fig. 1. Die Regelschaltung 3 der F i g. 3 weist einen Verstärker 5 und einen Transistor 8 auf. Die Widerstände 6 und 7 sind Vorspannungswiderstände für die Basis des Transistors 8. Der Widerstand 9 liegt zwischen dem Kollektor des Transistors 8 und der Betriebsspannungsversorgungsleitung 23. Der Emitter des Transistors 8 liegt über einen Widerstand 10 an Masse.

An den Emitter des Transistors 8 sind eine gleichrichtende Spannungsverdopplerschaltung aus einem Kondensator II, zwei Dioden 12, 13, einem Kondensator 14 und einem Widerstand 15, der parallel 6U zum Kondensator 14 ist, angeschlossen. Am Kollektor des Transistors 8 liegt ein Kondensator 16, dessen anderer Anschluß über den Widerstand 17 einerseits und die Serienschaltung aus einer Diode 18 und einem Kondensator 20 andererseits an Masse liegt. Der Ausgang der spannungsverdoppelnden Gleichrichterschaltung liegt am gemeinsamen Punkt der Diode 18 und des Kondensators 20. wobei dieser Punkt mit dem Steueranschluß 21 der Schaltung 22 veränderlicher Impedanz verbunden ist.

Wird ein Eingangssignal an den Eingangsanschluß ί gelegt, gelangt dieses an den Verstärker 2 veränderbarer Verstärkung und an die Regelschaltung 3. In der Regelschaltung 3 wird das Signal durch den Verstärker 5 verstärkt und auf die Basis des Transistors 8 gegeben. Hat das an der Basis liegende Signal die in F i g. 4 (d) gezeigte Form, tritt am Emitter ein Ausgangssignal der in Fig.4 (e) gezeigten Form auf, die der des Eingangssignals entspricht Das Emitterausgangssignal wird von einer spannungsverdoppelnden Gleicbrichterschaltung aus dem Kondensator U, den Dioden 12,13, dem Widerstand 15 und dem Kondensator 14 gleichgerichtet; über der Parallelschaltung des Kondensators 14 und des Widerstandes 15 liegt dann die in F i S- 4 (0 gezeigte gleichgerichtete Spannung. Das Ein- und Ausschwingverhalten dieser gleichgerichteten Spannung hängt ab von der Emitterausgangsimpedanz, dem Widerstand der Dioden 12,13 in Flußrichtung, dem Kapazitätswert der Kondensatoren H und 12 usw.

Andererseits tritt am Kollektor des Transistors 8 ein Signal mit Oberschwinger nach F i g. 4 (g) auf; die Form dieses Signals hängt von der Funktion der am Emitter des Transistors 8 liegenden Gleichrichterschaltung ab, d. h. die niedrige Impedanz der in Flußrichtung vorgespannten Dioden liegt im Emitterkreis, bis sich die Spannung über dem Kondensator 14 auf einen konstanten Wert erreicht hat Während dieser Zeit arbeitet der Transistorverstärker 8 mit höherer Verstärkung. Wird der Ladungsstrom, der in den Kondensator 14 fließt sehr klein, nimmt die Impedanz der Dioden zu und die Verstärkung des Transistorsverstärkers ab, da die Höhe der Stromrückkopplung mit der Impedanz des am Emitter des Transistors 8 liegenden Gleichrichters zunimmt

Das in F i g. 4 (g) gezeigte Kollektorausgangssignal wird von einer Halbwellengleichrichterschaltung aus der Diode 18 und dem Glättungskondensator 20 gleichgerichtet Über dem Kondensator 20 d. h. dem Anschluß 21, entsteht die in Fig.4 (h) gezeigte Gleichspannung. In diesem Fall wird für den Kondensator 20 ein Kondensator mit niedriger Kapazität verwendet, damit die resultierende Gleichspannung eine möglichst kurze Anstiegszeit hat

Da die gleichgerichtete Spannung aus der Spannungsverdopplerschaltung über den Widerstand 19 auch am Anschluß 21 liegt, wird die Schaltung 22 veränderlicher Impedanz mit einer Regelgleichspannung beaufschlagt, wie sie in Fig.4 (^dargestellt ist Um Verzerrungen zu vermeiden, die die hohe Welligkeit der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung mit dem kleinen Glättungskondensator verursachen würde, sind die Widerstandswerte des Emitterwiderstands 10 und des Kollektorwiderstands 9 so gewählt, daß im eingeschwungenen Zustand die Gleichspannung aus der Spannungsverdopplerschaltung den größten Anteil der Steuergleichspannung liefert. Die Zeit, die erforderlich ist, um die Regelgidchspannung nach dem Anlegen des Eingangssignals auf den stetigen Sollwert —V4 zu bringen, ist wegen der oben erwähnten kurzen Anstiegszeit vernachlässigbar gering. Folglich ist das Ausgangssignal von Überschwingern frei.

Die F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, F i g. 6 die an verschiedenen Punkten der Schaltung nach F i g. 5 auftretenden Signalformen. In F i g. 5 entsprechen die mit »1« bis »4« bezeichneten Teile den gleichnumerierten der F i g. 1.

In Fig.5 handelt es sich bei dem Verstärker 2 veränderbarer Verstärkung um einen Operationsverstärker, bestehend aus dem Verstärker 23, einem Eingangswiderstand 24 und den Rückkopplungswiderständen 25 und 26. Der gemeinsame Anschluß der Widerstände 25,26 ist über den Kondensator 27 und, in Reihe hiermit, ein Element 40 veränderbarer Impedanz nach Masse gelegt. Das Element 40 veränderbarer Impedanz arbeitet so, daß die Verstärkung des Operationsverstärkers sich mit einer Änderung der Impedanz dieses Elementes ebenfalls ändert.

Die Regelschaltung 3 weist einen Verstärker 28 und einen Transistor 32 auf, dessen Basis über den Koppelkondensator 29 am Verstärker 28 liegt. Der Transistor arbeitet als Verstärker. Die Widerstände 30,

31 stellen die Vorspannung für die Basis des Transistors

32 ein. Der Emitter des Transistors 32 liegt über dem Widerstand 33 an Masse und weiterhin an einer ersten Gleichrichterspannung 59 aus einem Kondensator 35, zwei Dioden 36, 37, einem Kondensator 38 und einem Widerstand 39. Der Kollektor des Transistors 32 liegt über einen Widerstand 34 an einer Betriebsspannungsleitung ( + V2) und weiterhin an einer zweiten Gleichrichterschaltung 60 aus einem Kondensator 46, den Widerständen 47, 62, einer Diode 48 und einem Kondensator 49.

Ein Feldeffekttransistor 40 arbeitet als Element veränderbarer Impedanz; seine Gateelektrode C liegt am Ausgang der ersten Gleichrichterschaltung, seine Drainelektrode D am Kondensator 27 und seine Sourceelektrode an einem Transistor 41, der als Schalter arbeitet. Im Ruhestand liegt die Sourceelektrode im wesentlichen auf Massepotential.

Der Emitter des Schalttransistors 41 ist durch den Kondensator 42 nach Masse abgeblockt und weiterhin mit einem Anschluß 43 verbunden, an den eine Spannung zur Einstellung des Arbeitspunktes des Feldeffekttransistors 40 gelegt ist. Die Basis des Schalttransistors 41 ist über den Widerstand 45 geerdet und liegt weiterhin über einen Widerstand 44 am Punkt 50 einer Schaltzeit-Steuerschaltung 61. Am gleichen Puma 50 liegt — über den Kondensator 63 — auch die Ausgangsspannung der zweiten Gleichrichterschaltung 60, um die Schaltzeit-Steuerschaltung 61 zu triggern.

Die Ausführungsform der F i g. 5 zeigt ein Beispiel unter Verwendung einer bekannten monostabilen Kippstufe als Schaltzeit-Steuerschaltung 61. Die Kippstufe besteht aus den Transistoren 51, 52, den Widerständen 53, 54, 55, 56 und 58 und einem Kondensator 57. Im Ruhezustand ist der Transistor 52 gesperrt; er schaltet durch, wenn das Triggersignal aus der zweiten Gleichrichterschaltung 60 am Punkt 50 erscheint Nach einer Zeitspanne, die die Zeitkonstante des Widerstands 56 und des Kondensators 57 bestimmt, geht der Transistor 52 in den gesperrten Zustand zurück.

Die Funktion der Ausführungsform nach Fig.5 ist wie folgt:

Im Ruhestand ist der Transistor 52 gesperrt; die am Kollektor anstehende Spannung entspricht etwa der Spannung +V2, die die Betriebsspannungsversorgung liefert. Die Spannung +V₂ wird von den Widerständen 58, 44,45 geteilt und an die Basis des Schalttransistors 41 gelegt; der Transistor 41 ist also durchgeschaltet. Unter dieser Bedingung ist auch der Feldeffekttransistör 40 durchgeschaltet, dessen Gatepotential etwa gleich Null ist, da der Gleichrichter 58 keine Ausgangsspannung liefert. Der Widerstand zwischen Drain- D und Source-Elektrode 5 ist ein Minimum; er liegt zwischen dem gemeinsamen Anschluß der

in Rückkopplungswiderstände 25, 26 und Masse. Folglich ist die Verstärkung des Verstärkers 2 ein Maximum. Die Verstärkung des Verstärkers 2 sinkt ab, wenn die Spannung am Gate des Feldeffekttransistors 40 negativer wird, da dann der Widerstand der Source-ι Drain-Strecke des Feldeffekttransistors steigt.

Im Zeitpunkt fi wird an den Eingangsanschluß plötzlich ein Signal der Amplitude ei gelegt; vergl. F i g. 6 (dl Dieses plötzlich auftretende Signal wird auf den Verstärker 2 und den Verstärker 28

>o gegeben. Das vom Verstärker 28 verstärkte Signal gelangt zur Basis des Transistors 32, an dessen Emitter folglich ein Signal entsprechender Form erscheint. Dieses Emitterausgangssignal wird von der ersten Gleichrichterschaltung 59 gleichgerichtet. Bei der

2~< ersten Gleichrichterschaltung59 handelt es sich um eine spannungsverdoppelnde Gleichrichterschaltung aus dem Kondensator 35, den Dioden 36, 37, dem Kondensator 38 und dem Widerstand 39. Die gleichgerichtete Spannung liegt an der Gateelektrode G des

so Feldeffekttransistors 40 und ändert dessen Widerstand Als Ergebnis wird die Verstärkung des Verstärkers 2 aul einen vorbestimmten Wert eingeregelt.

Bei einer herkömmlichen Schaltung ist die Ausgangsspannung mit einem Überschwinger überlagert, da

i'i infolge der Verzögerung der Glättschaltung das gleichgerichtete Signal erst nach einer Zeitspanne (h — t\) den konstanten Wert — V| (vergl. Fig. 6 (e)\ erreicht. In der Ausführungsform der Fig. 5 ist dieser Überschwinger eliminiert, da während der Zeit (t₂ — /1)

4(i die Verstärkung des Verstärkers 2 reduziert ist, indem mittels des Schalttransistors 41 die Verbindung zwischen dem Emitter lies FciucficKtifansiaiuirs unü ma»c aufgetrennt wird. In diesem Zustani ist der Widerstand zwischen dem gemeinsamen Ansciluß der Rückkopp-■»"> lungswiderstände 25, 26 und Masse unendlich hoch und die Verstärkung des Verstärkers 2 ein Minimum, das sich aus dem Eingangswiderstand und den Rückkopplungswiderständen 25,26 ergibt.

Die Regelfunktion des Schalttransistors 41 ist wie vi folgt:

Die Diode 48 richtet das vom Kollektor de; Transistors 32 abgenommene Signal gleich. Da· gleichgerichtete Signal hat die in Fig.6 (f) gezeigte

Fnrm. gc wirH an d*e Kjnrrctitf*» cyplpcrt^ itrn 5|(* 71

v> triggern. Das Ausgangssignal der Kippstufe hat die ir F i g. 6 (g) gezeigte Form. Die Dauer dieses Kippzustan des wird auf die Zeitspanne (t₂ — fi) eingestellt Wenr das Schaltsignal, dessen Form die F i g. 6 (g) zeigt an di« Basis des Transistors 41 gelangt, sperrt dieser währenc

ti" der Zeit (t₂ — fi), da seine Basisspannung auf NuI gehalten wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur verzerrungsfreien automatischen Verstärkungsregelung mit einer Regelschaltung, die einen an den Eingang angeschlossenen Verstärker aufweist, dessen Ausgangsspannung über einen ersten Kondensator entnommen und einem ersten Gleichrichter zugeführt wird und durch einen zweiten Kondensator mit parallel geschaltetem Widerstand geglättet wird, wobei die so erzeugte Regelspannung die Impedanz eines Dämpfungsgliedes steuert, welches die Verstärkung der Schaltungsanordnung regelt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Verstärkers der Basis eines Transistors (8,32) zugeführt ist, dessen Emitter dem ersten Kondensator (11,35) zur Erzeugung der Regelspannung zugeführt ist, und dessen Kollektor über einen dritten Kondensator (16, 46) einem zweiten Gleichrichter (18, 48) gleicher Pohing zugeführt is;, dessen Ausgang durch einen vierten Kondensator (20,49) geglättet und dem Dämpfungsglied (22,40) zur Steuerung zugeführt ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (22) veränderbarer Impedanz einen Feldeffekttransistor (40), dessen Gateelektrode (G) mit dem Ausgang des ersten Gleichrichters (59) verbunden ist, enthält, daß der Kollektor eines zwischen der Sourceelektrode (5) und Masse als Schalter wirkenden Schalttransistors (41) mit der Sourceelektrode (S) des Feldeffekttransistors (40) verbunden ist, daß die Basis des Schalttransistors (41) über einen Koppelkondensator (63) mit dem Ausgang des zweiten Gleichrichters (60) verbunden ist und voiv diesem gesteuert wird, und daß cine Schaltzeitsteuersc.jaltung (61) enthalten ist, die über den Koppelkondensator (63) von dem Ausgang des zweiten Gleichrichters (60) getriggert wird und den Schalttransistor (41) steuert.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die durch den ersten Gleichrichter (13) über einen Widerstand (19) als auch die durch den zweiten Gleichrichter (18) erzeugte Regelspannung dem Steuereingang des Dämpfungsgliedes (22) zugeführt ist.