DE2403799B2

DE2403799B2 - Verstärkerschaltung mit selbsttätiger Verstärkungsregelung

Info

Publication number: DE2403799B2
Application number: DE2403799A
Authority: DE
Inventors: Juergen Ing.(Grad.) 3154 Stederdorf Wermuth
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-01-26
Filing date: 1974-01-26
Publication date: 1979-07-26
Also published as: ZA75275B; BE824554A; JPS5915337A; DE2403799A1; AU7750275A; JPS613137B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung mit selbsttätiger Verstärkungsregelung mit einer über einen Steuereingang in ihrer Verstärkung steuerbaren Verstärkerstufe, wobei aus dem Ausgangswechselspannungssignal der Verstärkerstufe mittels einer einen Ladekondensator enthaltenden Hilfsschaltung eine an den Steuereingang angeschlossene Steuergleichspannung gewonnen wird, und wobei die Hilfsschaltung einen vom Ausgang der Verstärkerstufe elektronisch steuerbaren Stromkreis und einen weiteren, ungesteuerten Stromkreis aufweist die für Entladung bzw. Ladung des Ladekondensators dienen.

Verstärkerschaltungen mit einer selbsttätigen Verstärkerregelung werden beispielsweise dort eingesetzt wo ein Aufzeichnungssystem oder ein Übertragungssystem für NF-Signale nur eine bestimmte Dynamik verzerrungsfrei verarbeiten kann. Eine solche Verstärkerschaltung begrenzt dann sinngemäß das zu verarbeitende NF-Signal auf einen Maximalwert (»Dynamikeinengung«).

Da es sich bei einer solchen Schaltung um einen geschlossenen Regelkreis handelt kommt es für das Verhalten der Schaltung bei schnellen Änderungen der zu verarbeitenden NF-Signale auf verschiedene Regelparameter wie z.B. die Regelzeitkonstante, das Oberschwingverhalten etc. an. Insbesondere ergibt sich eine Schwierigkeit bei den erwähnten Verstärkerschaltungen mit selbsttätiger Verstärkung dann, wenn das Eingangssignal von einem kleinen auf einen großen Wert springt und dann anschließend gleich wieder abfällt

Durch die DE-OS 19 65 100 ist eine Schaltung zur automatischen Empfindlichkeitsregelung bekannt bei der ein eine Steuergleichspannung abgebender Ladekondensator auf einen der Ausgangswechselspannungsamplitude proportionalen Wert aufladbar (Spitzengleichrichtung) und über einen Widerstand, dem ein steuerbarer Entladestrompfad parallel geschaltet ist, entladbar ist Als steuerbarer Entladestrompfad dient die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors in Serie mit einem Widerstand. Zwischen Emitter und Basis dieses Transistors ist ein Kondensator geschaltet, der über einen Widerstand mit der Betriebsspannung verbunden ist: Dieser Kondensator ist durch einen als Schalter dienenden weiteren Transistor überbrückt. Wenn im normalen Betrieb das Ausgangswechselspannungssignal über einem unteren Schwellwert liegt, ist der Schaltertransistor ständig leitend, der Kondensator somit kurzgeschlossen und daher der steuerbare Entladestrompfad gesperrt An diesem Zustand ändert sich auch nichts, wenn sich die Ausgangswechselspannung innerhalb bestimmter Bereiche langsam oder schnell ändert. Erst bei einem starken Rückgang der Amplitude sperrt der Schaltertransistor und hebt den Kurzschluß des Kondensators auf. Dieser lädt sich daraufhin über den Widerstand auf, und steuert den Entladestrompfad leitend. Dies hat zur Folge, daß bei einem starken Rückgang der Signalamplitude die Regelgeschwindigkeit für die Empfindlichkeitsregelung nach einer bestimmten Verzögerungszeit erhöht wird.

Bei dieser Schaltung wird das Aufladeverhalten und Entladeverhalten des Ladekondensators von den Absolutwerten der Wechselspannung bestimmt Da der Ladestromkreis als reiner Spitzenwertgleichrichter arbeitet, ist er empfindlich gegen Phasendrehungen beim NF-Signal. Solche Phasendrehungen, die z. B. durch die Aufnahme- und Wiedergabeentzerrung in Magnetbandgeräten entstehen, können zu einer extremen Anhebung oder Absenkung einzelner Schwingungszüge eines NF-Signals führen. Als Folge können solche Spannungsspitzen im Steuerspannungserzeuger eine Steuergleichspannung und damit eine Verstärkungsänderung bewirken, die eine stark nichtlineare

Abhängigkeit von der Dynamik des NF-Signals aufweist und daher schwer reproduzierbar ist Darüberhinaus ist unter bestimmten Betriebsbedingungen der Einsatzzeitpunkt der Umladung des Ladekondensators zeitabhängig. Diese Merkmale sind unerwünscht, wenn die '· Schaltung ein Signal bestimmter Dynamik ohne nichtlineare Verzerrung der Dynamik- verarbeiten soIL

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu schaffen, die es ermöglicht, die eingangs genannten Regelparameter Ober einen großen '<< Dynamikbereich der Niederfrequenzsignale, also unabhängig von den Absolutwerten der Wechselspannung, einzuhalten. Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst ι >

Die Schaltung arbeitet als Mittelwertgleichrichter — bezogen auf einen konstanten Schwellwert — mit dem Vorteil, weniger empfindlich gegen Phasendrehungen zu sein, und besitzt trotzdem eine kurze Ansprechzeit Da die Regelparameter fiber einen großen Dynamikbereich eingehalten werden, ist das Regelverhalten auch bei Pegelversatz oder Pegelsprüngen der Eingangssignale reproduzierbar.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen --"> angegeben.

Durch den Einsatz von Transistoren wird eine kurze Ansprechzeit des steuerbaren Strompfads ermöglicht Darüberhinaus dient die Emitter-Basis-Strecke mit ihrer Schwellspannung als Komparator bezüglich der Wech- in selspannung (Anspruch 2). Durch Bewertung sowohi der positiven als auch negativen Halbwelle läßt sich eine noch schnellere Umladung ohne Vergrößerung der Regelverzerrungen erzielen (Anspruch 4,5).

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher '·'> erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild für die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung und

F i g. 3 eine Ausgestaltung der Erfindung.

Die Zeichnung zeigt in F i g. 1 einen in seiner Verstärkung über den Steuereingang 3 steuerbaren NF-Verstärker 2, wie er zum Beispiel in Tonstudioanlagen als Begrenzer-Verstärker verwendet werden kann, ■* >

An der Eingangsklemme 1 liegt die zu verstärkende (oder zu dämpfende) NF-Spannung. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 2 wird der Ausgangsklemme 4 zugeführt

Zur Erzeugung der zur Steuerung der Verstärkung ·;< > des Verstärkers 2 erforderlichen Gleichspannung dient eine Hilfsschaltung, die einen Ladekondensator 8 enthält. Die Ladespannung des Kondensators 8 dient dabei als Steuerspannung für den Verstärker 2.

Der spannungsführende Anschluß des Kondensators « 8 ist einerseits über einen Ladestromkreis mit einem Widerstand 10 an die Betriebsspannung U_B und andererseits über einen Entladestromkreis mit einem elektronisch steuerbaren Strompfad 7 an die Bezugsspannung (Masse) angeschlossen. Der steuerbare ^b0 Strompfad 7 besitzt einen Steuereingang 5, über den er mehr oder weniger stromleitend gesteuert werden kann. Im einfachsten Fall zeigt der Strompfad 7 ein schalterähnliches Verhalten. Er wird dann von den Halbwellen der niederfrequenten Ausgangsspannung ι>^Γ· des Verstärkers 2 periodisch mit der einfachen oder doppelten Frequenz der NF-Spannung zwischen dem stromleitenden und dem stromsperrenden Zustand hin - und hergeschaltet Der durch den beschriebenen geschlossenen Kreis gebildete Regelkreis besitzt eine Zeitkonstante, die — bezüglich der Ausbildung der Regelgleichspannung — im wesentlichen von dem Widerstand 10 bestimmt wird. Ober diesen Widerstand 10 ist der Kondensator 8 im Ruhezustand aufgeladen. Der Verstärker 2 besitzt dann eine bestimmte maximale Verstärkung.

Erscheint am Ausgang des Verstärkers 2 eine NF-Spannung bestimmter Größe (Schwellwert), so wird der Strompfad 7 stromleitend gesteuert und der Kondensator 8 über diesen Strompfad sehr schnell entladen. Die Zeitkonstante dieser Entladung kann man nahezu beliebig klein machen. Sie ist nur dadurch begrenzt, daß sie auch die Größe des Entladestroms für den Kondensator 8 bestimmt der unter Umständen Bauteile gefährden könnte.

Mit der beschriebenen Entladung des Kondensators 8 bei einer bestimmten, wählbaren Größe der NF-Ausgangsspannung des Verstärkers 2 wird die Verstärkung des Verstärkers 2 vermindert, so daß die N F-Ausgangsspannung begrenzt wird. Der für diese Schaltung erforderliche Schaltungsaufwand ist sehr gering und besteht im einfachsten Fall aus dem Kondensator 8, dem Ladewiderstand 10 und einem Transistor als steuerbaren Strompfad 7.

Zwischen dem Ausgang des Verstärkers 2 und dem Steuereingang 5 des Strompfades 7 kann eine Doppelweg-Gleichrichterschaltung 11 geschaltet werden, die es ermöglicht daß der Strompfad 7 — wenn er nur von einer Halbwelle der NF-Spannung angesteuert werden kann — von beiden Halbwellen der NF-Spannung angesteuert wird. Dies ist dann von Vorteil, wenn — wie mitunter in Studioanlagen — die Forderung besteht daß bei der Erzeugung der Regelspannung die positiven und negativen Halbwellen der NF-Spannung in gleichem Maße berücksichtigt werden sollen.

In F i g. 2 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel für das Blockschaltbild nach F i g. 1 dargestellt wobei allerdings die Doppelweg-Gleichrichterschaltung nicht verwendet wird. Der steuerbare Strompfad 7 wird von einem Transistor 13 gebildet dessen Kollektor-Emitter-Strecke parallel zu dem Kondensator 8 liegt und dessen Basis über einen Spannungsteiler aus den Widerständen 12 und 14 an den Ausgang des Verstärkers 2 angeschlossen ist. Der Spannungsteiler 12,14 bestimmt die Begrenzerschwelle der dargestellten Schaltung. Die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 13 übernimmt sinngemäß die Funktion des Gleichrichters in den bekannten Schaltungen.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltung ist in Fig.3 dargestellt In diesem Fall soll die Ladespannung des Kondensators 8 von den positiven und negativen Halbwellen der NF-Spannung beeinflußt werden. Zu diesem Zweck ist zusätzlich zu dem Transistor 13 der Fig.2 ein weiterer Transistor 17 vorgesehen, der ebenfalls zu dem erforderlichen steuerbaren Strompfad gehört Die Basis des Transistors 17 ist jedoch über einen Spannungsteiler aus den Widerständen 19 und 18 mit dem Ausgang eines als Phasenumkehrstufe arbeitenden Verstärkers 20 verbunden, der im einfachsten Fall eine Verstärkung mit dem Faktor — 1 aufweist Der Eingang der Phasenumkehrstufe 20 ist an den Ausgang des Verstärkers 2 angeschlossen.

Bei der soweit beschriebenen Schaltung wird der Transistor 13 von den positiven Halbwellen und der Transistor 17 von den negativen Halbwellen der

NF-Spannung am Ausgang des Verstärkers 2 stromleitend gesteuert. Die Widerstände 15 und 16 in Serie zu den Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 13 und 17 dienen als Schutzwiderstände zur Begrenzung des Entladestroms des Kondensators 8.

Die in den beschriebenen Schaltungen jeweils an Masse angeschlossene Klemme des steuerbaren Strompfades 7 (beziehungsweise Transistors 13 und 17) kann auch an eine andere, zusätzlich vorhandene Hilfsspannung angeschlossen werden. Um eine schnelle Entladung des Kondensators 8 zu ermöglichen, ist es jedoch vorteilhaft, die beiden Anschlußklemmen des steuerbaren Strompfades bzw. die Kollektor-Emitter-Strecke des entsprechenden Transistors direkt mit den Anschlüssen des Kondensators 8 zu verbinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verstärkerschaltung mit selbsttätiger Verstärkungsregelung mit einer über einen Steuereingaiig in ihrer Verstärkung steuerbaren Verstärkerstufe, wobei aus dem Ausgangswechselspannungssignal der Verstärkerstufe mittels einer einen Ladekondensator enthaltenden Hilfsschaltung eine an den Steuereingang angeschlossene Steuergleichspannung gewonnen wird, und wobei die Hilfsschaltung einen vom Ausgang der Verstärkerstufe elektronisch steuerbaren Stromkreis und einen weiteren, ungesteuerten Stromkreis aufweist, die für die Entladung bzw. Ladung des Ladekondensators dienen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladekondensator (8) in Serie mit dem ungesteuerten Stromkreis (10) zwischen zwei verschiedene Potentizle (Masse, Ub) geschaltet ist, daß der elektronisch steuerbare Stromkreis (7) mit seinem Strompfad parallel zum Ladekondensator (8) liegt, und daß der elektronisch steuerbare Stromkreis (7) dann strornleitend ist, wenn das seiner Steuerelektrode (S) zugeführte Ausgangswechselspannungssignal einen bestimmten Schwellwert überschreitet, derart, daß der elektronisch steuerbare Stromkreis (7) bei Überschreitung des Schwellwertes verzögerungsfrei stromleitend geschaltet ist

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ais steuerbarer Strornpfad die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors (13) dient die den spannungsführenden Anschluß des Ladekondensators (8) mit seinem Bezugspotential (Masse) verbindet

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das Ausgangssignal der Verstärkerstufe (2) an den Steuereingang (5) des steuerbaren Strompfads (7) über einen so dimensionierten Spannungsteiler (12, 14) angeschlossen ist daß der Strompfad (7) erst beim Überschreiten eines bestimmten Schwellwertes durch das Ausgangssignal der Verstärkerstufe (2) stromleitend gesteuert ist.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der steuerbare Strompfad aus zwei parallel geschalteten und im wesentlichen gleich aufgebauten Teilstrompfaden mit je einem Steuereingang besteht, und daß der Steuereingang des einen Teilstrompfades über einen Hilfsverstärker (20) an den Ausgang der Verstärkerstufe (2) angeschlossen ist wobei der Hilfsverstärker eine ungerade Anzahl invertierender Verstärkerstufen mehr enthält als zwischen dem Steuereingang des anderen steuerbaren Teilstrompfades und dem Ausgang der Verstärkerstufe (2) angeordnet sind.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem Ausgang der Vertürkerstufe (2) und dem Steuereingang (5) des steuerbaren Strompfades (7) eine Doppellweg-Gleichrichterschaltung (11) angeordnet ist.