DE2364733B2 - Schaltungsanordnung zur Messung der Spitzenwerte einer pulsierenden Spannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Messung der Spitzenwerte einer pulsierenden Spannung, mit einem mit der pulsierenden Spannung beaufschlagten ersten Gleichrichter, der mit einem ersten Ladeschaltungsteil verbunden ist, welcher eine erste Zeitkonstante hat, mit einem zweiten Gleichrichter, dem die pulsierende Spannung mit reduzierter Amplitude zugeführt wird und der mit einem zweiten Ladeschaltungsteil verbunden ist, welcher eine zweite Zeitkonstante hat, die größer als die erste Zeitkonstante ist.

Bei jedem hochwertigen Bandgerät ist eine Treibrolle vorhanden, die das Band mit einer konstanten Geschwindigkeit an einem Aufnahme- oder Wiedergabekopf vorbeibewegt. Ferner gehören zu einem solchen Gerät eine Aufwickelspule mit einer Antriebswelle, eine Vorratsspule mit einer Antriebswelle sowie eine Bremseinrichtung zum Einstellen der Gegenspannung des Bandes. Die Einrichtung zum Regeln der Gegenspannung weist einen Generator auf, der eine mit der Drehung der Vorratsspulen-Antriebswelle synchronisierte Wechselspannung erzeugt, welche z. B. dadurch modifiziert wird, daß sie in eine Kippschwingung verwandelt wird, deren Spitzenwert eine lineare Funktion der Länge jeder Periode der Wechselspannung ist. Dieser Spitzenwert wird gemessen und dazu benutzt, die Bremseinrichtung so zu steuern, daß auf das Band stets eine feste Spannung aufgebracht wird, obwohl sich die Drehzahl der Vorratsspulenantriebswelle beim Transportieren des Bandes von der Vorratsspule zur Aufwickelspule ändert.

Normalerweise ändert sich die Drehzahl ziemlich langsam, und die Schaltung zum Messen des Spitzenwertes der Kippschwingung kann eine lange Zeitkonstante haben, so daß die Ausgangsspannung ziemlich glatt ist, doch gibt es Fälle, in denen die Laufgeschwin- <>5 digkeit des Bandes schnell auf einen höheren Wert übergeht. Wenn dies geschieht, gehl der Spitzenwert der Kippschwingung plötzlich zurück, da die Kippspannung bei der erhöhten Frequenz innerhalb der kürzeren Periode nicht genügend Zeit hat, um wieder auf ihren vorherigen Spitzenwert anzusteigen. Daher wird die Gegenspannung des Bandes so lange nicht einwandfrei geregelt, wie die Ausgangsspannung der Schaltung mit der langen Zeitkonstante nicht allmählich auf den neuen richtigen Wert zurückgegangen ist

Abhilfe kann eine Schaltung der eingangs beschriebenen Art schaffen, bei der die lange Zeitkonstante wirkungslos und statt dessen die kurze Zeitkonstante wirksam wird, wenn sich der Spitzenwert der pulsierenden Eingangsspannung plötzlich ändert.

Es ist eine Schaltung bekannt (DT-AS 11 20 010) bei der eine Wechselspannung einem Spannungsteiler zugeführt wird. Ein von dem Spannungsteiler abgenommener höherer Spannungswert wird über einen Kondensator einem ersten gegensinnig geschalteten Gleichrichterpaar zugeführt, dessen einer Gleichrichter einen Ladekondensator speist. Ein von dem Spannungsteiler abgenommener niedrigerer Spannungswert wird über einen Kondensator einem zweiten gegensinnig geschalteten Gleichrichterpaar zugeführt, dessen einer Gleichrichter ebenfalls eine flC-Kombination speist. Die Zeitkonstante dieser flC-Kombination ist geringer als die des von dem ersten Gleichrichterpaar gespeisten Kondensators. Mit der RC-Kombination ist ein weiterer Gleichrichter verbunden, der mit dem Steuergitter einer Elektronenröhre verbunden ist. Vom Ausgangsanschluß der Elektronenröhre können die Spitze.: ,verte der Wechselspannung abgenommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Schaltung dahingehend zu vereinfachen, daß sie weniger Schaltelemente enthält.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Transistor, dessen Basiselektrode mit dem zweiten Ladeschaltungsteil verbunden ist, dessen Kollektorelektrode mit dem ersten Ladeschaltungsteil verbunden ist und dessen Emitterelektrode mit einem Ausgangsanschluß sowie über einen Widerstand- mit Masse verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich gegenüber der bekannten Schaltung dadurch aus, daß an Stelle der Elektronenröhre und des Gleichrichters ein einziger Transistor verwendet ist. Die Emitter-Basis-Strecke des Transistors ersetzt die Diode; der als Emitterfolger geschaltete Transistor ersetzt die Röhre. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch einfacher und billiger.

Die Reduzierung der pulsierenden Spannung für den zweiten Gleichrichter kann — wie bereits nach der DT-AS 11 20 010 bekannt — mittels eines Spannungsteilers erfolgen.

Die Erfindung wird nachfolgend noch beispielhaft an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild einer bekannten Bandspannungsregelschaltung für ein Tonbandgerät,

F i g. 2A bis 2G Wellenformen, die beim Betrieb von Bandspannungsregelschaltungen auftreten, und sie veranschaulichen den Unterschied zwischen bekannten Schaltungen und solchen nach der Erfindung,

F i g. 3 die Schaltung eines Spitzendetektors, wie er bei der bekannten Bandspannungsregelschaltung verwendet wird, und

Fig.4 die Schaltung einer Detektorschaltung nach der Erfindung.

Bei der bekannten Schaltung nach Fig. 1 ist eine Vorratsspulenantriebswelle 1 mechanisch mit einer Bremseinrichtung 2 und einem Generator 3 in der durch

gestrichelte Linien angedeuteten Weise gekuppelt Der Generator 3 erzeugt eine Wechselspannung, die einem Verstärker 4 zugeführt wird, an den eine Schmittsche Triggerschaltung 5 angeschlossen ist, c.eren Ausgangssignal einen monostabilen Multivibrator 6 steuert, der sein Ausgangssignal einer Inte^rationsschaltung 7 zuführt. Die Schaltung erzeugt eine Kippspannung, deren Schwankungen die gleiche Frequenz haben wie die Wechselspannungssignale des Generators 3. Das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 7 wird einem ίο Spitzendetektor 8 zugeführt, der über einen Verstärker 9 an den Eingangskreis eines Transistors 11 angeschlossen ist Der Emitter-Kollektor-Kreis dieses Transistors ist mit einer Gleichrichterbrücke 12 verbunden, um zusammen mit ihr eine Schaltung 13 von variabler Impedanz zu bilden, die mittels eines einer Quelle 14 entnommenen Wechselstroms betrieben wird.

Die Wirkungsweise der bekannten Schaltung nach Fig. 1 wird im foigenden an Hand von Fig. 2A bis 2E erläutert Wird die Vorratsspulenwelle gedreht, veranlaßt sie den Generator 3, die in Fig.2A dargestellte Wechselspannung Sa zu erzeugen, die eine niedrige bzw. eine höhere Frequenz haben kann. Das Signal Sa im linken Teil von F i g. 2A entspricht der Bandlaufgeschwindigkeit von 9,5 cm/sec, und im rechten Teil von F i g. 2A der Bandlaufgeschwindigkeit von 19 cm/sec.

Die Wechselspannung Sa wird durch den Verstärker

4 verstärkt und dann der Schmittschen Triggerschaltung

5 zugeführt, die das in Fig. 2B gezeigte impulsiörmige Signal erzeugt, das ohne Rücksicht darauf, ob die Frequenz dieses Signals für 9,5cem/sec oder für 19 cm/sec gilt, eine Rechteckwelle mit einem Tastverhältnis von 50% ist. Wird das Rechteckwellensignal Pb der Schmittschen Triggerschaltung 5 dem monostabilen Multivibrator 6 zugeführt, veranlaßt sie den Multivibrator, das in Fig. 2C gezeigte Impulssignal Pc zu erzeugen, bei dem das Tastverhältnis erheblich unter 50% liegt und so niedrig ist, daß ohne Rücksicht auf die jeweilige Bandlaufgeschwindigkeit alle Impulse Pc die gleiche Breite haben.

Die Impulse Pc werden der Integrationsschaltung 7 zugeführt, die eine Spannung erzeugt, die zwar zeitabhängig linear zunimmt, jedoch jedesmal beim Auftreten eines Impulses Pc auf einen festen Wert zurückgeführt wird. Somit entsteht die in Fig.2D gezeigte Kippspannung, die jeweils linear zunimmt, und da sich die Spannung mit einer konstanten Geschwindigkeit erhöht, ist der Spitzenwert, den diese Spannung erreicht, eine lineare Funktion der Periode der durch den Generator 3 erzeugten Wechselspannung 5a. Hat die Wechselspannung 5a gemäß dem linken Teil von Fig.2A eine große Länge, ist der Spitzenwert der Kippspannung Sd nach Fig. 2D hoch, und wenn das Signal Sa gemäß dem rechten Teil von F i g. 2A kurz ist, wird der Spitzenwert der Kippspannung Sdgemäß dem rechten Teil von Fig. 2D klein.

Der Spitzenwert der Kippspannung Sd wird durch den Spitzendetektor 8 gemessen, um das in Fig.2E dargestellte Signal Se zu erzeugen, das in Fig. 2E der Vollinie entspricht und im linken Teil von Fig. 2E als gerade Linie den Spitzen der relativ großen Sägezahnschwingungen des Signals Sd folgt. Im äußersten rechten Teil von Fig. 2E entspricht der Wert des Signals Se wieder den Spitzen der niedrigeren Sägezahnwellen, doch ist zwischen den beiden Hälften von F i g. 2E ein Abschnitt vorhander., in dem das Signal Se nicht den Spitzenwerten der plötzlich niedriger gewordenen Sägezahlwellen entspricht.

Das Signal Se wird verstärkt und durch den Verstärker 9 der Basis des Transistors 11 zugeführt, der die Stärke des Stroms regelt der von der Wechsel stromquelle 14 aus über die Gleichrichterbrücke 12 zu der Bremseinrichtung 2 fließt Ist der Transistor 11 nicht leitfähig, kann kein Strom zu der Bremseinrichtung 2 fließen, wird er jedoch in hohem Maße leitfähig gemacht wird der Bremseinrichtung ein relativ starker Strom zugeführt Die Spannung des Bandes wird durch die Stärke des der Bremseinrichtung zugeführten Stroms geregelt, und wenn die Bandgeschwindigkeit konstant oder nahezu konstant ist muß der durch die Bremseinrichtung 2 fließende S -om im gleichen Maße konstant sein. Geht die Bandgeschwindigkeit plötzlich von einem Wert auf einen anderen Wert über, muß der durch die Bremseinrichtung fließende Strom ebenfalls plötzlich geändert werden, doch da die Bremseinrichtung durch das Signal Se nach F i g. 2E gesteuert wird, ist ersichtlich, daß sie nicht so schnell umgestellt werden kann, wie es erwünscht wäre, wenn die Laufgeschwindigkeit des Bandes plötzlich zunimmt.

F i g. 3 zeigt einen Spitzendetektor 8 bekannter Art, wie er bei der Schaltung nach F i g. 1 verwendet wird, und dessen Eingangsklemme 15 an den Ausgang des Integrators 7 angeschlossen ist. Bei dem Spitzendetektor 8 sind ein Gleichrichter 17 und ein Kondensator 18 zwischen der Eingangsklemme 15 und Masse in Reihe geschaltet. In F i g. 3 ist mit gestrichelten Linien ein großer Widerstand 19 angedeutet, um darzustellen, daß es sich einfach um den z. B. auf den Oberflächenwiderstand zurückzuführenden Widerstand und nicht etwa auf einen Widerstand eines physikalischen Widerstandes handeln kann. Die Ausgangsklemme 20 ist mit dem Knotenpunkt zwischen der Diode 17 und dem Kondensator 18 verbunden.

Befindet sich der Spitzendetektor nach F i g. 3 in Betrieb, lädt sich der Kondensator 18 bis auf den Spitzenwert der Sägezahnwelle Sd auf. Die Zeitkonstante des Kondensators 18 und der sehr hohe Widerstandswert des Widerstandes 19 sind so gewählt, daß die Ladung des Kondensators von einer Sägezahnspitze zur nächsten nahezu konstant bleibt. Gerade diese Arbeitsweise des bekannten Spitzendetektors 8 nach F i g. 3 verhindert jedoch ein schnelles Ansprechen auf plötzliche Änderungen der Laufgeschwindigkeit des Bandes.

Bezüglich der an dem Kondensator 18 erscheinenden Spannung ist die Wellenform Se in Fig. 2E etwas idealisiert dargestellt. Tatsächlich würde die Linie Se nach jeder Spitze der Sägezahnwelle etwas nach unten geneigt sein. Ändert sich die Laufgeschwindigkeit des Bandes plötzlich so, daß dem Spitzendetektor 8 die Sägezahnwellen von kleiner Amplitude gemäß dem rechten Teil von F i g. 2D zugeführt werden, würde andererseits die Entladungskurve der Spannung Se nicht so steil nach unten verlaufen, wie es in Fig. 2E gezeigt ist. Der Wunsch, nur eine geringe Welligkeit oder Veränderlichkeit der Amplitude des Signals Se von einer Spitze zur nächsten zuzulassen, ist nicht mit dem Wunsch vereinbar, die Spannung Se in Abhängigken von einer schnellen Änderung der Bandgeschwindigkeit schnell zu ändern.

Fig. 4 zeigt eine verbesserte Schaltung nach der Erfindung, bei der der Ausgang der Inlegratorschahung 7 an den Eingangsklemmen 21 und 22 liegt, von denen die Klemme 22 geerdet ist. Zwischen den Klemmen 21 unr¹ 22 sind ein erster Gleichrichter ?3 und ein Kondensator 24 in Reihe geschaltet, um einen ersten

Gleichrichterkreis 25 zu bilden. Zwischen den Klemmen 21 und 22 liegt ferner ein Spannungsteiler mit zwei Widerständen 26 und 27, zwischen denen ein zweiter Gleichrichter 28 angeschlossen ist, der mit einem den Widerstand 27 überbrückenden zweiten Kondensator 29 in Reihe geschaltet ist, um einen zweiten Gleichrichterkreis 31 zu bilden.

Mit dem Kondensator 24 ist ein Widerstand 32 parallelgeschaltet, und die Zeitkonstante dieses WC-Gliedes ist im Vergleich zur Zeitkonstante der bekannten Schaltung nach F i g. 3 relativ niedrig. Der Kollektor eines Transistors 33 ist mit dem Knotenpunkt zwischen dem Gleichrichter 23 und dem Kondensator 24 verbunden, und die Basis dieses Transistors ist an den Knotenpunkt zwischen dem Gleichrichter 28 und dem Kondensator 29 angeschlossen. Der Emitter des Transistors liegt an einer Ausgangsklemme 34 und einem Ende eines Emitterbelastungswiderstandes, dessen anderes Ende mit einer Ausgangsklemme 36 verbunden ist, die direkt an die Erdungsklemme 22 angeschlossen ist.

Für den Betrieb der Schaltung nach Fig.4 gelten ebenfalls die in Fig. 2 A bis 2 D dargestellten Wellenformen. Der Widerstand 32 ist so gewählt, daß er den Kondensator 24 während des Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden Spitzen des Sägezahnsignals Sd der Integrationsschaltung 7 in einem bemerkbaren Ausmaß entlädt, wie es in Fig.2F gezeigt ist. Die Spannung am Ausgang des Gleichrichterteils 25 ist durch die Vollinien Vc dargestellt und weist einen exponentiell verlaufenden Abklingabschnitt auf, der mit jeder Spitze der Sägezahlwelle beginnt und sich nach untern erstreckt, bis er den ansteigenden Teil der nächsten Sägezahnwelle Sd schneidet. Der Pegel dieser Schnittpunkte entspricht gemäß Fig. 2F einer Spannung Vx.

F i g. 2G zeigt mit gestrichelten Linien die dem Gleichrichterteil 31 zugeführten Sägezahnwellen Sg, bei denrn es sich einfach um gedämpfte Nachbildungen der dem Gleichrichterteil 25 zugeführten Sägezahnwellen Sd handelt Der Entladungsweg des Kondensators 29 des zweiten Gleichrichterteils 31 hai normalerweise einen sehr hohen Widerstand, so daß die Spannung Vb an dem Kondensator im wesentlichen konstant auf dem Spitzenpegel der Sägezahnwelle Sg verbleibt. Diese Spannung Vb wird an die Basis des Transistors 3? angelegt und ist gemäß F i g. 2F etwas niedriger als die Spannung Vx, & h. die niedrigste Spannung, die an dem Kondensator 24 von einer Spitze zur nächsten erreicht wird.

Gemäß Fig.2F und 2G sei angenommen, daß im Zeitpunkt π die Laufgeschwindigkeit des Bandes z. B.

plötzlich von 9,5 cem/S auf 19 cm/s zunimmt. Wie erwähnt, wird hierbei die Integrationsschaltung 7 veranlaßt, Sägezahnwellen zu erzeugen, die erheblich niedrigere Spitzenwerte haben als bei der vergleichsweise niedrigeren Bandlaufgeschwindigkeit. Anfänglich nimmt die Spannung an dem Kondensator 24 lediglich entsprechend ihrer regelmäßigen Exponentialkurve ab, doch da sie nicht den nächsten ansteigenden Teil einer Sägezahnwelle bei dem Pegel Vx schneidet, durchläuft sie diesen Pegel, um gemäß Fig.2F den Pegel Vb zu erreichen. Wenn dies geschieht, ist die am Kollektor des Transistors 33 liegende Spannung die gleiche wie die an seiner Basis erscheinende. Da sich der Kondensator 24 weiter entlädt, wird der PN-Übergang zwischen Basis und Kollektor des Transistors 33 in der Vorwärtsrichtung vorgespannt, was bedeutet, daß jetzt ein geringer Widerstand zwischen der oberen Klemme des Kondensators 29 einerseits und den oberen Klemmen des Kondensators 24 und des Widerstandes 3i2 andererseits vorhanden ist. Durch diesen Leitungsweg von geringem Widerstand werden der Kondensator 24 und der Widerstand 32 praktisch mit dem Kondensator 29 parallelgeschaltet, so daß eine Ladung von dem Kondensator 29 zu dem Kondensator 24 gelangen kann, um über den Widerstand 32 entladen zu werden. Daher bildet der Kondensator 29 nicht mehr einen Bestandteil eines Schaltkreises mit großer Zeitkonstante, sondern er ist an einen relativ kleinen Widerstand angeschlossen, was in dem Zeitpunkt te beginnt, in dem die Entladungsspannungskurve bewirkt, daß die Spannung Vc gleich der Spannung Vb ist Das plötzliche Anschließen des Schaltkreises mit dem relativ kleinen Widerstand an den Kondensator 29 ermöglicht es der Spannung Vb, sich gemäß Fi g. 2G um einen Betrag Δ Vb zu verringern, der der Differenz zwischen den Spitzen des Signals Sg bei der niedrigen Bandlaufgeschwindigkeit und den Spitzen des Signals Sg bei der hohen Bandlaufgeschwindigkeit entspricht. Geht die Spannung Vb in dieser Weise zurück, wird der Pn-Übergang zwischen Basis und Kollektor des Transistors 33 nicht mehr in der Vorwärtsrichtung vorgespannt, so daß der Entladungsweg von geringem Widerstand für den Kondensator 2.9 praktisch abgeschaltet wird. Es ist ersichtlich, daß eine gewisse zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt n, in dem sich die Bandlaufeeschwindigkeit plötzlich ändert und dem Zeitpunkt fi auftritt, in dem sich die Schaltung entsprechend der neuen Bandlaufgeschwindigkeit wieder stabilisiert, doch ist diese zeitliche Verzögerung erheblich geringer, als es bei einer Entladungsschahun§ bekannter Art nach Fig.3 mit einer festen großer Zeitkonstante erreichbar sein würde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

23 64733 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Messung der Spitzenwerte einer pulsierenden Spannung, mit einem mit der pulsierenden Spannung beaufschlagten ersten Gleichrichter, der mit einem ersten Ladeschaltungsteil verbunden ist, welcher eine erste Zeitkonstante hat, mit einem zweiten Gleichrichter, dem die pulsierende Spannung mit reduzierter Amplitude zugeführt wird und der mit einem zweiten Ladeschaltungsteil verbunden ist, welcher eine zweite Zeitkonstante hat, die größer als die erste Zeitkonstante ist, gekennzeichnet durch einen Transistor (33), dessen Basiselektrode mit dem zweiten Ladeschaltungsteil (29) verbunden ist, dessen Kollektorelektrode mit dem ersten Ladeschaltungsteil (24, 32) verbunden ist und dessen Emitterelektrode mit einem Ausgangsanschluß (34) sowie über eine Widerstand (35) mit Masse verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Gleichrichter (28) die pulsierende Spannung über einen Spannungsteiler (26,27) zugeführt wird.