DE2618971B2

DE2618971B2 - Automatische verstaerkungsregelschaltung

Info

Publication number: DE2618971B2
Application number: DE19762618971
Authority: DE
Inventors: Eldon Marvin Merrimack N.H. Sutphin jun (V.StA.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1975-04-30
Filing date: 1976-04-29
Publication date: 1977-12-01
Also published as: IT1059286B; DE2618971A1; CA1054686A; USB573033I5; FR2310028B1; JPS51134054A; FR2310028A1; US3995224A; GB1538539A; DE2618971C3

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Verstärkungsregelschaltung.

Die bekannten Schaltungsanordnungen zur automatischen Verstärkungsregelung (AVR-Schaltungen) lassen zu wünschen übrig, wenn gefordert wird, daß die Schallung sehr schnell und ohne positives oder negatives Überschwingen auf einen plötzlichen Anstieg der Eingangsspannung ansprechen und eine konstante Ausgangsamplitude in einem einstellbaren Bereich unterschiedlicher Eingangssignalamplituden erzeugen soll. AVR-Schaltungen dieser Art werden z. B. bei Geräten zur Messung der Leistung eines Verbrennungsmotors mit einem Beschleunigungsstoßtest ohne Anbringen von elektrischen oder mechanischen Verbindungen am Motor benötigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine schnell ansprechende AVR-Schaltung mit einstellbarem Bereich zu schaffen, welche die obenerwähnten Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine automatische Verstärkungsregelschaltung mit den kennzeichnenden Merkmalendes Anspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche betreffen Weilerbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der automatischen Verstärkungsregclschaltung gemäß der Erfindung.

Die Verslärkungsrcgelschaltung gemäß der Erfindung spricht sehr schnell und ohne Überschwingen an, ihr Arbeitsbereich iäßi sich einfach über eine Bezugsspannung einstellen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Krfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Pig. 1 das Schaltschema einer automatischen Verstärkungsregelschaluing gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm, das eine bei der Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung herangezogene Eingangs/Ausgangs-Spannungs-Charakteristik widergibt, und

F i g. 3 ein bei der Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung herangezogenes Eingangs/Ausgangs-Signalverlaufdiagramm.

Fig. 1, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wiedergibt, zeigt eine automatische Verstärkungsregelschaltung (AVR-Schaltung) mit einem Wechselstrom-Signa.'eingang 10, der an den Zählereingang Z eines Analogteilers 12 sowie über einen Spitzendelektor 14 an den Nennereingung X des Analogteilers 12 angeschlossen ist, und mii einem an den Quotientenausgang tOZ/Xdes Analogteilers angekoppelten Ausgang 16. Für den Analogteiler 12 kann ein Analogteiler mit weitem dynamischen Bereich des Typs D 210 der Firma Intronics, Inc. (USA), verwendet werden. Die Ausgangsgröße ist gleich dem Zehnfachen des Quotienten des Zählers Z, dividiert durch den Nenner X.

Der Spitzendetektor 14 kann die beiden Operationsverstärker 18 und 20 einer Operationsvcrstärkercinheit MC !558 der Firma Motorola Corp. (USA) enthalten. Die Operationsverstärker sind zusammen mit einer Diode 22, einem Widerstand 24 und einem Kondensator 26 zu einem nichtumkehrenden Spitzendetektor verschaltet. Der Operationsverstärker 20 ist als Folgerstufe mit Verstärkungsgrad 1 innerhalb der Gesamt-Rückkopplungsschleife geschaltet. Jede Spannungsspitze eines dem +-Eingang des Operationsverstärkers 18 zugeleiteten Wechselstromsignals bewirkt die Hinzufügung einer entsprechenden Ladung zur Ladung oder Spannung am Kondensator 26. Diese Spannung wird über die Leitung 28 zum Nennereingang X des Analogteilers 12 übertragen, Eine Meßinstrumentschaltung 30 dient als Hilfe, falls nötig, bei der Einstellung der Anordnung auf ein bestimmtes dem Eingang 10 zugeleitetes Eingangssignal. Weitere Angaben über den Aufbau von nichtumkehrenden Spitzendetektorschaltungen sind auf Seite 355 - 356 des Buches »Operational Amplifiers — Design and Applications«, herausgegeben von Tobey, Graeme ans Huelsman, Verlag McGraw-Hill, 1971 zu finden. Der Spitzendetektor 14 enthält einen Widerstand 32 und Anschlüsse 34 für die Eingabe einer Bezugsgleichspannung von einer nicht gezeigten Quelle. Die Be;tugsspannungsamplitude ist so gewählt, daß sämtliche Eingangssignalpegel oberhalb einer gewünschten Sollschwelle (gleich der Bezugsspannung) ein konstantamplitudiges Ausgangssignal am Ausgang 16 ergeben.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist wie folgt: Das dem Signaleingang 10 und dem Zählcreingang Z des Analogteilers 12 zugeleitete Wechselstrom-Eingangssignal entspricht der Formel

V₁, sin wt ,

worin V₁, die Spitzenspannung ist. Dieses Signal wird auch dem Spitzendetektor zugeleitet, dessen Ausgangsgröße gleich der Spannung V₁, ist, wenn die Eingangssignai-Spitzenspannung größer ais VVw ist. Diese Spannung V_n gelangt zum Nennereingang X des Analogtei-

lers 12. Die Ausgangsspannung V_n am Ausgang 16 des Analogteilers ist sodann

IO I'„si" »' , ■ -,

I₁₁ - ' . ^ 10 .in it/. |2)

Die Ausgangsgröße bleibt unabhängig von Änderungen des Wertes der Eingangsspitzenspannun;· V,, auf dem konstanten Wert 10 sin ηί.

Wenn dagegen die Spitzenspannung V₁,des Eingangssignal kleiner ist als die Bezugsspannung V₁₁/, so ist die Ausgangsgröße am Ausgang 28 des Spitzendetektors 14 eine Spannung gleich V_n-,. Die Ausgangsspannung V₀ am Ausgang 16 des Analogteilers 12 ist sodann

I ,,sin uf

was einer geradlinigen Beziehung ansteigender Spannung mit ansteigendem V_n entspricht, da V_rcr konstant ist.

F i g. 2 zeigt bei 40, wie die Ausgangsspitzenspannurig Vu sich in Ansprechung auf die Eingangsspitzenspannung ändert, wenn die Bezugsspannung V,_vf gleich 8 Volt ist. Die Ausgangsspannung ist konstant, wenn die Eingangsspitzenspannung 8 Volt übersteigt. Wenn die Eingangsspitzenspannung kleiner als 8 Volt ist, ändert sich die Ausgangsspitzenspannung linear mit der Eingangsspitzenspannung.

Die gestrichelte Kurve 42 zeigt, wie die Ausgangsspitzenspannung Vu sich in Ansprechung auf die Eingangsspitzenspannung ändert, wenn die Bezugsspannung V_ri/ gleich 1 Volt ist. Die Ausgangsspannung ist konstant, wenn die Eingangsspitzenspannung 1 Volt übersteigt. Man sieht also, daß sich ein beliebiger gewünschter dynamischer Bereich von Eingangssignalamplituden, über den eine konstante Ausgangssignalamplitude erhalten wird, einfach dadurch einstellen läßt, daß man lediglich eine Bezugsspannung V₁₁./ von entsprechendem Wert verwendet.

F i g. 3 veranschaulicht, wie schnell die AVR-Schaltung bei plötzlichem Anstieg der Eingangssignalamplitude die Ausgangssignalamplitude begrenzt. Die Eingangssignalschwingung A mit einer Frequenz von ungefähr iOO Hz hat eine niedrige anfängliche Amplitude 48, die während einer positiven Halbwclle 50 der Eingangsschwingung plötzlich ansteigt. Die Ausgangsschwingung ßhat ein anfängliches Intervall 52, während dessen die Eingangsschwingung hoch verstärkt wird, während dann die Verstärkung der Eingangshalbwelle 50 in der Ausgangsschwingung bei 54 sofort auf die vorbestimmte verstärkungsgeregelte Amplitude begrenzt wird.

Die nachfolgenden Perioden werden ebenfalls in entsprechender Weise begrenzt. Die hier beispielsweise gezeigte Schwingung steigt in der Frequenz an, da sie während eines Beschleunigungs-Stoßtcstes in einem Gerät zum Messen der Leistung eines Verbrennungsmotors erzeugt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeiclimumen

Claims

Pulentansprüche:

1. Automatische Verstärkungsregelschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Analogteiler (12) mil seinem Zählereingan ') an einen Signaleingang (10) und mit seinem ' .otientcnausgang(10Z/A";an einen Signalausgang (16) angeschaltet ist, und daß ein Spitzendetektor (14) zwischen den Signaleingang (10) und den Nennereingang (X) des Analogteilers (12) geschaltet ist.

2. Automatische Verstärkungsregelschaltiing nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzendetektor (14) eine Schaltungsanordnung (18 bis 26, 32, 34) enthält, die die Spannung an seinem Ausgang (28) auf dem Wert einer Bezugsspannung (V_n;) hält, wenn das Eingangssignal (V_P) kleiner als die Bezugsspannung ist.

3. Automatische Verstärkungsregelschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzendetektor (14) einen ersten Operationsverstärker (18) enthält, der mit seinem Ausgang über eine Diode (22) an einen Kondensator (26) und einen zweiten Operationsverstärker (20) angeschlossen ist, welcher den Verstärkungsgrad 1 hat und in einer Rückkopplungsschleife an den invertierenden Eingang (-) des ersten Operationsverstärkers (18) angeschlossen ist.

4. Automatische Verstärkungsregelschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (26) über einen Entkopplungswiderstand (32) mit einer Bezugsspannungsquelle (34) verbunden ist.