DE2424604A1 - Elektrischer begrenzer - Google Patents

Description

Patentanwälte 2 4 2 A 6 O 4

Dipl. Ing E. Eder
Dipl. Ing. |<. Schieschke
8 München 13. Elisabethstraße 34

Novanex Automation N. V. Nieuwe Weg 267» Wischen, Niederlande

Elektrischer Begrenzer

In der Elektronik begegnet man nebeneinander sogenannten "Verstärkern für. den Verbraucher" und"professionellen Verstärkern" Kennzeichnend für einen professionellen Verstärker ist, daß dieser im Gegensatz zu einem Verstärker für den Verbraucher in der Regel maximal belastet wird.

Professionelle Verstärker werden für folgende drei Bereiche angewendet. An erster Stelle der sog. "public adress" - Bereich (-Lautsprecher-Übertragungsanlage) für die Wiedergabe von Stimmen und Musikinstrumenten. Kennzeichnend für diese' ■ Tonquellen ist, daß ihre Intensität sehr variabel ist, so daß die Möglichkeit einer Übersteuerung der dabei benutzten Verstärker unter Berücksichtigung des Umstandes, daß diese Verstärker in der Hegel maximal belastet werden, sehr groß ist. An zweiter Stelle werden die genannten Verstärker in Diskotheken u. ä. gebraucht; auch hier entsteht während der Verwendung ein steigendes Leistungsbedürfnis, wobei Übersteuerungen regelmäßig vorkommen. Einen dritten Bereich findet man bei den reinen Instrumentalverstärkern für die Wiedergabe des Tons von Gitarren, Baßgitarren, elektrischen Orgeln, Pianos usw. Besonders hier wird es notwendig sein, die Verstärker zu regeln, um dem Spieler des betreffenden Instruments alle mu-' sikalischen Möglichkeiten zu geben.

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Es besteht also ein Bedürfnis einen Begrenzer für einen professionellen Verstärker vorzusehen. Dieser Begrenzer soll folgenden Forderungen genügen:

An erster Stelle soll der Begrenzer schnell wirken, sowohl beim Eückregeln, wie bei der Wiedereinstellung der Empfindlichkeit- An zweiter Stelle soll, da jeder Begrenzer eine bestimmte Reaktionszeit hat, die zuerst auftretende kurze Verzerrung bei Übersteuerung möglichst unhörbar sein. Es hat sich herausgestellt, daß Röhrenverstärker diesen Forderungen ziemlich gut genügen. Bei diesen Röhrenverstärkern wird bei verhältnismäßig niedrigen Speisespannungen eine Abflachung der sinusförmigen Signale auftreten, weil beim Sperren einer Röhre die Röhre nicht vollkommen gesperrt wird und im Betrieb die Röhre immer noch einen verhältnismäßig großen Restwiderstand bildet. Weiter werden die Sinussignale auch abgeflacht werden,bei verhältnismäßig klein bemessenen Ausgangstransformatoren, wenn sie in einen Sattigungszustand geraten, aber dabei werden hohe Oberwellen vermieden, d. h. daß die auftretenden Wellenformen fließend verlaufen.

Es hat sich gezeigt, daß ein Transistorverstärker in der einfachsten Ausführungsform auch mit seiner größten Leistung mit einer geringen Verzerrung arbeiten kann. Wenn ein solcher Verstärker aber gesättigt wird, wird das sinusförmige Signal unmittelbar so abgeflacht, daß ein trapezförmiges Signal, also ein Signal mit spitzen Winkeln entsteht, welches Signal sich bei der Wiedergabe besonders unangenehm anhört.

Damit der Transistorverstärker den obengenannten Forderungen genügen"kann, soll ein guter, schnell arbeitender Begrenzer benutzt werden. Dabei wird an einen solchen Begrenzer die Forderungegestellt, daß dieser ein? optimale Signalspannung verarbeiten kann, ohne in den Sättigungszustand zu gelangen. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der Be-

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grenzer netzspannungsabhängig gemacht wird, so daß bei gegebenenfalls auftretenden !Netzspannungsänderungen, die z. B. etwa 1o% betragen können, eine Leistungsänderung von etwa 2o% auftritt, der Begrenzer für eine etwa 2o% höhere Leistung dimensioniert werden kann, als in dem Fall, daß er nicht netzspannungsabhängig ist.

Es ist bekannt, daß die durch Mikrophone, Instrumente und Orgeln erzeugten Signalspannungen (4· mV, 5o mV bzw. 1oo mV) niedrig sind, während außerdem ihre Impedanzen meistens nicht angepaßt sind und sehr variieren.

Es ist deshalb erwünscht, diese Signale zuerst vorzuverstärken und den Ton mit einem geeigneten Tonregelverstärker zu berichtigen, und dann den Endverstärker mit einer konstanten, gewünschten Impedanz und einer konstanten Spannung über das Diodenfilter zu steuern.

Der Begrenzer soll nach einer Ausgestaltung der Erfindung mit einem Feldeffekttransistor arbeiten, der aber bei starken Signalen eine deutliche Assymmetrie aufweisen wird und also zunächst nicht dazu geeignet ist, den Eingang des Endverstärkers direkt zu speisen.

Nach der Erfindung äind Maßnahmen zu treffen, den Feldeffekttransistor so zu betreiben, daß ein symmetrisches Ausgangssignal auftritt. Es zeigt sich weiter, daß die bei dem Röhrenverstärker auftretende-Abflachung der sinusförmigen Signale mit sich daraus ergebenden, im wesentlichen dritten Oberwellen, folgende besondere Vorteile hat.

An erster Stelle behält der Klang von Stimmen bei Übersteuerung des Verstärkers seine Deutlichkeit, weil überlagerte Timbresignale wegfallen, aber die Grundfrequenz behalten bleibt, während scharfe Nebenerscheinungen (hochfrequente Erscheinungen) fehlen. An zweiter Stelle entspricht die dritte

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Oberwelle bei Saiteninstrumenten der auch bei den Tönen von Saiteninstrumenten meistens anwesenden dritten Oberwelle, wodurch der lebendige Charakter des Saiteninstruments betont wird.

Es ist also vorteilhaft, bei einem Transistorverstärker nach Wunsch eine entsprechende Sinusabflachung bei voller Aussteuerung des Verstärkers durchführen zu können.

Diese Sinusabflachung ist außerdem vorteilhaft, weil bei einer bestimmten, durch einen Verstärker maximal zu erzeugenden Ausgangsspannung in einer abgeflachten Sinuswellenform mehr Leistung erzielbar ist, als in einer normalen Sinuswellenform. Dadurch kann die Leistung des Verstärkers um noch etwa '3o% vergrößert werden, ohne daß die Vernehmlichkeit bei Sprache verlorengeht.

Der für einen Transistorverstärker verwendbare Begrenzer nach der Erfindung erlaubt es solche abgeflachten Sinuswellenformen in einfacher Weise zu erzeugen.

Die Erfindung schafft einen Begrenzer für einen Endverstärker, der eine Kombination folgender Eigenschaften bringt.

An erster Stelle wird ein schnell ein- und ausregelnder Begrenzer verwirklicht. An zweiter Stelle liefert dieser Begrenzer eine maximale Verstärkung, in Abhängigkeit von der Speisespannung des Verstärkers, so daß der Verstärker jeweils die optimale Ausgangsleistung liefert, was bei einer normalen Spannung schon einen Gewinn von (1,1) = 2Λ% ergibt. Der Begrenzer erlaubt weiter stufenlos von einer reinen Sinusverstärkung zu jeder gewünschten Abflachungsform zu gelangen. An vierter und letzter Stelle wird die Oberfläche der abgeflachten Sinuswellenform bei Abflachung unter Beibehaltung der maximalen Ausgangs-Spitzenspannung erheblich vergrößert und die Ausgangsleistung dementsprechend erhöht.

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Um den Begrenzer netzspannungsabhängig zu machen, ist nach der Erfindung der Ausgang des Endverstärkers mit der einen Klemme einer Speisestromquelle eine Reihenschaltung von zwei Widerständen und einer Zenerdiode verbunden.

Der Begrenzer ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung mit einem Feldeffekttransistor versehen, dessen Torelektrode einerseits über einen Widerstand mit dem Verbindungspunkt des Widerstands und der Zenerdiode der Reihenschaltung und andererseits über einen Widerstand und einen Kondensator mit dem Eingang des Endverstärkers und einer ersten Elektrode des Feldeffekttransistors verbunden ist.

Dabei ist die erste Elektrode des Feldeffektransistors nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung über einen Eingangswiderstand und die zweite Elektrode des Feldeffekttransistors unmittelbar mit einer der Eingangsklemmen verbunden. Erfindungsgemäß sind parallel zu dem Eingangswiderstand zwei Dioden antiparallel geschaltet, wobei die Kennlinien der Dioden der Impedanz der Signalquelle in einer solchen Weise angepaßt sind, daß bei Übersteuerung des Verstärkers ein fließender Verlauf der dadurch auftretenden, abgeflachten Signalwellenform auftritt, die Sprungspannung der Diode niedriger ist als die durch die Signalquelle gelieferte Spannung und der Spannungsverstärkungsfaktor des Verstärkers so ist, daß die Spitzenspannung der abgeflachten Signalwellenform niedriger ist als die maximale Spitzenausgangsspannung, die an dem Ausgang des Verstärkers erzeugt werden kann.

Dabei ist erfindungsgemäß ein Regelwiderstand mit den Dioden in Reihe geschaltet.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben.

In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 ein Schaltbild eines Begrenzers und Pig, 2 ein detailliertes Schaltbild des Begrenzers nach Fig. 1.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich,ist ein Vorverstärker 1 vorhanden, der zwei Eingangsklemmen 2,2 aufweist. Dieser Vorverstärker ist über einen Kondensator 3 mit einem Endverstärker 4- verbunden, an dessen Ausgang ein Lautsprecher 5 angeschlossen ist.

Für den Begrenzer ist eine Stromquelle vorhanden, die durch die mit einem Pluszeichen und einem Minuszeichen bezeichneten Klemmen angedeutet ist.

Um von Tfpfrp-spqTiTpmgK.qr.hwariVimgpr» unabhängig zu werden, wird der Ausgang des Endverstärkers 4- und die Minusklemme Stromquelle über eine Reihenschaltung von Widerständen 18, 19 und einer Zenerdiode 17 miteinander verbunden. Diese Bauteile sorgen dafür, daß der Begrenzer bei etwaigen Hetzspannungsänderungen jeweils optimal arbeiten kann.

Wie ersichtlich, ist der Verbindungspunkt des Widerstands 19 und der Zenerdiode 17 über eine Diode 2o und einen Widerstand 14- mit der Torelektrode 13 eines Feldeffekttransistors 1o verbunden.

Diese Torelektrode 13 ist weiter einerseits über einen Widerstand 15 und einen Kondensator 16 mit dem Eingang des Endverstärkers 4 und andererseits über den Widerstand 14- und einen Kondensator 21 mit einer Elektrode 12 des Feldeffekttransistors 1o verbunden. Der Kondensator 21 ist über einen Widerstand 22 mit der Minusklemme der Stromquelle verbunden. Durch

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die Widerstände 14, 15 und den Kondensator 16 wird dafür gesorgt, daß der Feldeffekttransistor 1o auch bei starken Eingangssignalen symmetrisch betrieben wird. Die andere Elektrode 11 des Feldeffekttransistors 1o ist sowohl mit dem Eingang des Endverstärkers 4, wie über einen Widerstand 6 mit einer der Signaleingangsklemmen 2 verbunden. Mit diesem Widerstand 6 sind zwei antiparallel geschaltete Dioden 7» 8 verbunden, mit denen ein regelbarer Widerstand 9 in Reihe geschaltet;sein kann. Die genannten Dioden 7» 8 bewirken eine Abflachung der sinusförmigen Eingangssignale mit einer guten Abrundung, die in auditiver Hinsicht sehr vorteilhaft ist.

Das Schaltbild nach Fig, 2 ist detaillierter als das von Fig. 1. Es wird angenommen, daß eine Beschreibung der in Fig. 2 dargestellten Schaltung sowie die Wirkung derselben sich erübrigt.

Man erhält so einen mit einem Feldeffekttransistor versehenen Begrenzer für einen professionellen Verstärker, der netzspannungsabhängig ist und deshalb optimal arbeiten kann, wobei ein einem Röhrenverstärker eigener vorteilhafter auditiver Effekt verwirklicht werden kann.

Patentanwälte . Dipl. Ing E. Eder Dipl.-Ing. K. Schieschke 8 Manchen 13, ElisabethstraBeM

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Claims (4)

1. Patentanwälte 2424 6 0

   Dfpl. ing E. Ed&i
   DIpI. Ing. K. Schieschke
   8 München 13, Elisabethetraße34

   Patentansprüche

   Elektrischer Begrenzer für einen über einen Eingangswiderstand an eine Eingangssignalquelle anzuschließenden Endverstärker, insbesondere eines professionellen Verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß um den Begrenzer netzspannungsabhängig zu machen, der Ausgang des Endverstärkers (4) mit der einen Klemme C-) einer Speisestromquelle über eine Reihenschaltung von zwei Widerständen (18, 19) und einer Zenerdiode (17) verbunden ist.
2. 2..Begrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Feldeffekttransistor (io) versehen ist, dessen (Torelektrode (13) einerseits über einen Widerstand (14) mit dem Verbindungspunkt des Widerstands (19) und der Zenerdiode (17) der Reihenschaltung und andererseits über einen Widerstand (15) und einen Kondensator (16) mit dem Eingang des Endverstärkers (4) und e iner ersten Elektrode (11) des Feldeffekttransistors (1ö) verbunden ist.
3. 3. Begrenzer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (11) des Feldeffekttransistors (1o) über einen Eingangswiderstand (6) und die zweite Elektrode (12) des Feldeffekttranssistors (1o) unmittelbar mit einer der Eingangsklemmen (2) verbunden ist.
4. 4. Begrenzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Eingangswiderstand (6) zwei Dioden (7» 8) antiparallel geschaltet sind, wobei die Kennlinien der Dioden der Impedanz der Signalquelle in einer solchen Weise angepaßt sind, daß bei Übersteuerung des

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   Verstärkers ein fließender Verlauf der dadurch entstehenden abgeflachten Signalwellenform auftritt, die Sprungspannung der Dioden niedriger ist als die durch die Signalquelle gelieferte Spannung und der Spannungsverstärkungsfaktor des Verstärkers so ist, daß die Spitaenspannung der abgeflachten Signalwellenform niedriger ist als die maximale Spitζenausgangsspannung, die an dem Ausgang des Verstärkers erzeugt werden kann«

   5· Begrenzung nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelwiderstand (9) mit den Dioden (7, 8) in Reihe geschaltet ist.

   Patentanwälte

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   Dipl. Ing. K. Schieschke

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