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Einrichtung zur Anzeige der Stellung von pilotgesteuerten Pegel-
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realern Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Anzeige
der Stellung von pilotgesteuerten Pegelreglern, bei denen die Stellgröße eine der
absoluten Verstärkung eines Regelverstärkers proportionale Gleichspannung ist. Dabei
ist unter absoluter Verstärkung das Verhältnis von Ausgangsspannung zu Eingangsspannung
des Regelverstärkers zu verstehen.
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Eine Einrichtung zur Anzeige der SteLlung von pilotgesteuerten Pegelreglern
ist bereits aus der DT-OS 2 018 567 bekannt. Dabei wird ein als Stellglied dienender
veränderbarer Widerstand zusätzlich an den Eingang eines Neßkreises angeschaltet,
der eine Quelle konstanten Stromes aufweist. Dies ist Jedoch mit einem zusätzlichen
Aufwand verbunden.
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Es ist ferner bereits bekannt (DT-OS 2 235 230), eine der Stellung
des Reglers analoge Gleichspannung zur Reglerstillsetzung heranzuziehen, um eine
Selbstblockierung des Reglers zu vermeiden. Diese Gleichspannung ist der im logarithmischen
Maß gemessenen Verstärkung weitgehend proportional.
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Verwendet man in einem Pilotregler Dioden als Stellglied, so läßt
sich ein besonders eng tolerierter Zusammenhang zwischen Stellgroße und Verstärkung
erzielen. Dabei ergibt sich, daß die Stellgröfe 0 eine der absoluten Verstärkung
des Regelverstärkers proportionale
Gleichspannung ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem derartigen Regler mit
einfach realisierbaren Mitteln eine ausreichend genau logarithmische Anzeige herzustellen.
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Es ist eine Erkenntnis im Rahmen der Erfindung, daß bei Pilotreglern
der vorstehend näher bezeichneten Art die Änderungen der Stellgröße im allgemeinen
so klein sind, daß sich das eigentlich notwendige Logarithmieren der Stellgroßenspannung
durch eine lineare Ableitung des Anzeigevertes von der Stellgrößenspannung mit ausreichender
Genauigkeit annähern t.
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Gemäß der Erfindung wird die Einrichtung zur Reglerstellungsan zeige
derart ausgebildet, daß die Quelle für die Stellgröße über ein lineares Netzwerk
an ein Instrument mit linearer Anzeige geführt ist, und daß das Netzwerk derart
bemessen ist. daß zwei innerhalb des Anzeigebereiches gelegene Werte der deo Instrument
zugeführten Anzeigegröße gleich der in einem logarithmischen Maß gemessenen Stellgröße
sind.
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Durch diese Maßnahmen ergibt sich in vorteilhafter Weise eine mit
besonders einfachen Mitteln realisierbare Annäherung der gewünschen logarithmischen
Anzeige. Dabei läßt sich durch die linear von der Stellgröße abgeleitete Anzeige
eine sehr weitgehende Annäherung an die theoretischen Werte erzielen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Einrichtung derart
ausgebildet, daß die Quelle der Stellgröße eine niederohmige Spannungsquelle ist,
und daß das Instrument mit dem einen Anschluß an eine Vorspannungsquelle und mit
dem anderen Anschluß, insbesondere über einen ohmschen Widerstand, an die niederohmige
Spannungsquelle angeschlossen ist, und daß die Vorspannung und der sich aus dem
Innenwiderstand der Vorspannungsquelle und gegebenenfalls dem ohmschen Widerstand
ergebende resultierende iiaerstand derart bemessen sind, daß die dem Instrument
zugeführte Anzeigespannung an zwei Stellen innerhalb des Anzeigebereiches gleich
der im logarithmischen Maß gemessenen Stellgröße ist. Dabei ist die Stellgröße die
Spannung der niederohmigen Spannungs-
quelle bzw. eine Stellgrößenspannung.
Der Innenwiderstand der Spannungsquelle und gegebenenfalls der ohmsche Widerstand
lassen sich in vorteilhafter Weise zugleich zur Erzielung der gewünschten Abhängigkeit
der Anzeigespannung von der Stell spannung und als Schutzwiderstand für das Instrument
verwenden. Der am Reglerausgang liegende ohmsche Widerstand hat den weiteren Vorteil,
daß der niederohmige Reglerausgang gegen Kurzschluß geschützt ist.
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In Weiterbildung der Erfindung wird die Einrichtung derart ausgebildet,
daß sich die Stellgrößenspannung innerhalb des Regelbereiches nur etwa um einen
Faktor ändert, der kleiner als fünf, insbesondere etwa drei ist. Unter dieser Voraussetzung
ergibt sich eine besonders gute Annäherung der nachgebildeten logarithmischen Anzeige.
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Kit Hilfe der Vorspannung und des linearen Netzwerkes läßt sich die
Anzeigefunktion durch Verschieben in Richtung der Ordinate einerseits und Drehung
andererseits dem gewünschten Anwendungsfall entsprechend in ein vorgegebenes Toleranz
schema legen. Bei Einrichtungen der trägerfrequenten Nachrichtenübertragungstechnik
hat es sich gezeigt, daß in einem bestimmten Bereich gelegene Werte der Stellgröße
besonders häufig auftreten. Im Hinblick darauf kann es sich als zweckmäßig erweisen,
die Einrichtung derart auszubilden, daß die zwei Stellen innerhalb des Anzeigebereiches,
an denen der Anzeigewert gleich dem Logarithmus der Stellgröße ist, derart gewählt
sind, daß sich für die am häufigsten vorkommenden Anzeigewerte eine minimale Abweichung
vom logarithmischen Verlauf ergibt.
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Die Erfindung wird anhand des in Fig.1 gezeigten Ausführungsbeispieles
und des in Fig.2 dargestellten Diagramms näher erläutert.
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Es zeigen: Fig.1 eine Einrichtung zur Anzeige der Stellung eines pilotgesteuerten
Pegelreglers und Fig.2 für die Einrichtung nach Fig.1 den Verlauf des Meßstromes
abhängig von der Verstärkung des Regelverstärkers.
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Bei der in Fig.1 gezeigten Einrichtung dient als Regler 24 ein Differenzverstärker
bzw. der Operationsverstärker 3 mit kapazitfver Rückführung. Dadurch erhält der
Regler ein integrales Verhalten, d.h. Eingangspegelabweichungen werden restfehlerfrei
ausgeregelt und systemtypische Störungen der Pilotspannung optimal unterdrückt.
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Der Operationsverstärker 3 ist mit seinem Pluseingang über den Widerstand
1 an die Quelle für die Referenzspannung UR und mit seinem Minuseingang über den
Widerstand 2 mit der Quelle für die veränderliche Pilotspannung Up verbunden. Der
Ausgang des Oper3-tionsverstärkers 3 ist sowohl über den Kondensator 4 an den Minuseingang
als auch über den Widerstand 26 an Masse geführt.
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An die Betriebsspannung - Um rist die Serienschaltung aus dem Widerstand
5 und der Z-Diode 6 angeschlossen. Die an der Z-Diode 6 liegende Referenzspannung
wird mit Hilfe des aus den Widerständen 7 und 8 bestehenden Spannungsteilers geteilt,
so daß am Widerstand 8 die Vorspannung Uv zur Verfügung steht. Die Z-Diode 6 bildet
zusammen mit den Widerständen 7 und 8 eine Spannungsquelle für die Vorspannung UV,
deren Innenwiderstand sich aus den Werten der Widerstände 7 und 8 ergibt. Eine andere
bevorzugte Möglichkeit besteht darin, die Vorspannung UV aus der Referenzspannung
UR abzuleiten, die mittels einer Z-Diode stabilisiert und als solche besonders abgeglichen
sein kann, z.B. durch Abgleich eines an die Z-Diode angeschlossenen Spannungsteilers,
dessen Teilerverhältnis den Wert der Referenzspannung UR bestimmt.
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An den Ausgang des Reglers 24, d.h. an den Ausgang des Operationsverstärkers
3, ist eine Ansteuerschaltung angeschlossen, die ein Diodenstellglied mit einem
der Ausgangsspannung Us des Reglers proportionalen Steuerstrom J5 speist. Diese
Ansteuerschaltung besteht aus dem Transistor 14 und dem in der Emitterzuleitung
angeordneten einstellbaren Widerstand 15.
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Der Transistor 14, der mit seiner Basis an den Ausgang des Operationsverstärkers
3 angeschlossen und mit seinem Emitter über den Widerstand 15 an Masse geführt ist,
ist mit seinem Kollektor über das Diodenstellglied 13, 19 an die Betriebsspannung
- Ub geführt.
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Die Ansteuerschaltung 14, 15 des Diodenstellgliedes 13, 19 wird zweckmäßigerweise
so bemessen, daß die Steuerspannung U5 der absoluten Regelverstärkung proportional
ist. Da die Regelverstärkung des an die Anschlüsse a und b anzuschließenden Regelverstärkers
direkt durch den differentiellen Widerstand der Stelldioden 13 und 19 bestimmt wird
und dieser in einem eng tolerierten Zusammenhang mit dem Stellstrom JS steht, kann
die Stellspannung Us als Kriterium für die Reglerstellung dienen.
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Am Ausgang Jenes Regelverstärkers wird der Pilot ausgekoppelt und
in einem Pilotempfänger ausgesiebt, verstärkt und gleichgerichtet.
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Die so gewonnene Gleichspannung wird dem Operationsverstärker 3 als
Pilotgleichspannung Up zugeführt.
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Das Diodenstellglied ist aus zwei parallelen Zweigen zusammengesetzt,
die Jeweils eine Diode 13 bzw. 19 entfalten. In dem einen Zweig liegt in Serie zur
Diode 13 die Parallelschaltung des Kondensators 11 und des Widerstandes 12. Im anderen
Zweig liegt in Serie zur Diode 19 die aus dem Widerstand 16 und der Induktivität
17 stehende Serienschaltung. Der Verbindungspunkt der Induktivität und der Diode
19 ist über den Kondensator 18 an den Anschluß a geführt. Der andere Anschluß b
für den in der Figur nicht dargestellten Regelverstärker ist der Kollektor des Transistors
14.
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Die Steuerspannung bzw. Stell spannung U5 ist dem Absolutwert der
Regelverstärkung, das heißt dem Verhältnis Ausgangsspannung zu Eingangsspannung,
weitgehend proportional. Die absolute Regelverstärkung und damit die Reglerstellung
lassen sich mit dem an die Meßbuchsen c und d anschließbaren Instrument 23 anzeigen.
Der Anzeigestrom JM ist dem Logarithmus der Regelverstärkung annähernd proportional.
Auf diese Weise wird eine praktisch dB-proportionale Anzeige erzielt.
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Der gewünschte dB-lineare Verlauf des Anzeigestromes JM würde eigentlich
ein Logarithmieren der Steuerspannung U5 erfordern. Bei der in Fig.1 gezeigten Einrichtung
wird die logarithmische Kennlinie jedoch durch eine Gerade angenähert. Diese Näherungsgerade
schneidet die ideale Kennlinie in zwei Punkten. Diese beiden Schnittpunkte werden
zweckmäßigerweise so gewählt, daß die haupt-
sächlich vorkommenden
Eingangspegelabweichungen zu einer möglichst genauen Anzeige der Reglerstellung
führen. Dieser Teilbereich kazn insbesondere in einem Teilbereich innerhalb des
Eereichs von - 3 dB bis +3 dB liegen und sich z.B. verschieden weit zu positiven
und negativen dB-Werten hin erstrecken. Bei Pegelreglern für TF-Übertragungseinrichtungen
betragen solche Eingangspegelabweichungen insbesondere etwa +2 dB bei einem Regelbereich
von +4 dB.
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Die Vorspannung UV dient dazu, den Nullpunkt der Näherungsgeraden
zu unterdrUcken, bzw. die Näherungsgerade in Richtung der Ordinaten zu verschieben.
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Der durch die Spannungsteilerwiderstände 7 und 8 bedingte Innenwiderstand
der Vorspannungsquelle und der Wert des Vorwiderstandes 9 bestimmen die Neigung
der Näherungsgeraden. In vorteilhafter Weise wirken die Widerstände 7, 8 bzw. der
Innenwiderstand der Vorspannungsquelle und der Vorwiderstand 9 auch als Schutzwiderstand
in den beiden Zuleitungen zum Meßinstrument 23.
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Fig.2 zeigt die Kennlinien in einfach logarithmischer Darstellung.
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In dieser Darstellung ist auf der Abszisse die Änderung des Eingangspegels
ape im logarithmischen Maßstab, und zwar in dB aufgetragen. Diese Pegeländerung
kann gegenüber einem Mittelwert Null positive oder negative Werte annehmen.
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Auf der Ordinate sind im linearen Maßstab einerseits die Stellspannung
Us und andererseits der Meßstrom JM im linearen Maßstab aufgetragen.
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In dieser Darstellung hat die Funktion U8sf (ape) einen nicht geradlinigen
Verlauf. Den idealen Verlauf des MeBstromes JM zeigt die Gerade JM2. Diese Gerade
wird durch die Näherungsfunktion JM1 angenähert. Die Kurve JM1 ergibt sich aus der
Kurve Us durch ein Verschieben in vertikaler Richtung und eine Drehung. Vertikale
Verschiebung und Drehung erfolgen in der Weise, daß sich die Näherungsfunktion JMl
mit der angenäherten Geraden JM2 in zwei Punkten schneidet. Diese beiden Schnittpunkte
sind so ge-
wahlt, daß sich im Bereich von -2 dB bis +2 dB praktisch
eine Übereinstimmung zwischen den Funktionen J1 und JM2 ergibt. Selbst für die Werte
-4 dB und +4 dB liegt die Abweichung noch innerhalb der zugelassenen Grenzen.
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Die Einrichtung nach Fig.l und 2 läßt sich besonders vorteilhaft bei
Pilotreglern mit eingangspegelorientierter Signalisierung verwenden.
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Zweckmäßigerweise wird der Pilotempfänger dabei zur Pegelregelung
und Pegelüberwachung eingesetzt und die Signalisierung von unzulässigen Pegelabweichungen
erfolgt mit dem am Eingang des Regelkreises vorhandenen Pegel. Dabei wird der Eingangspegel
durch Messung der Stellgröße ermittelt, die die RegelverstärMung bestimmt. Die Stellgrö3e
ist eine der absoluten Verstärkung des Regelverstärkers proportionale Gleichspannung.
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In vorteilhafter Weise wird dabei unabhängig von der Signalisierung
die momentane Reglerstellung derart angezeigt, daß der Anzeigewert dem Logarithmus
der Verstärkung proportional ist.
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4 Patentansprüche 2 Figuren