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Schaltungsanordnung zur Überwachung von Regelkreisen
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bei Pegelsprüngen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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In Trägerfrequenzsystemen ist für pilotgesteuerte Regelungen von Hochfrequenzverstärkern
eine Überwachung mittels der Pilotfrequenz vorgesehen. Diese Überwachung spricht
an, sobald die Ausgangsspannung des Hochfrequenzverstärkers einen vorgegebenen Sollwert
unterschreitet. In diesem Fall wird die pilotgesteuerte Regelung unterbrochen und
der Verstärker auf eine feste Verstärkung eingestellt. Diese kann entweder dem Regelzustand
vor dem Ansprechen der Überwachung (speichernde Leistungsregelung) oder z.B. des
Nennverstärkers (Gruppenregelung) entsprechen.
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Wenn die Überwachung so ausgelegt wert daß neben der Pilotgleichspannung
am
Ausgang des Hochfrequenzverstärkers auch der zur Verstärkungsänderung benötigte
Stellstrom abgefragt und verglichen wird, liegt eine Eingangspegelüberwachung vor.
Eine solche Überwachung ist beispielsweise in den DE-OS 22 35 230 und DE-OS 22 44
375 beschrieben. Durch Differenzbildung zwischen abgeleiteter Stellspannung und
Pilotausgangsspannung wird eine der Piloteingangsspannung proportionale Größe gewonnen.
Sinkt der Eingangspegel unter den Nennwert, so wird durch Änderung des Stellstromes
ein Teil der Regelreserve verbraucht, da die Verstärkung des Hochfrequenzverstärkers
zum Ausgleichen des Eingangspegels erhöht werden muß. Infolgedessen muß die Überwachung
schon bei einem kleineren Abfall des Ausgangspegels, bezogen auf den ausgeregelten
Nennpegel, ansprechen. In entsprechender Weise arbeitet die Überwachung erst bei
einem größeren Pegelabfall, wenn der Eingangspegel vor der Pegelabsenkung höher
als der Nennwert war. Die Überwachungsschwelle ist also von der Stellung des Reglers
abhängig und liegt immer bei einem bestimmten Eingangspegel.
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Bei den bisher üblichen Anlagen bestand keine Notwendigkeit, die Kennlinien
von Stellstrom und Pilotpegel aneinander anzugleichen, da die Überwachungsschwelle
nur statisch, d.h.
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bei langsamer Pegelsenkung, gefordert wurde. Bei Pegelsprüngen konnte
es allerdings vorkommen, daß die Regeleinrichtungen noch eine Zeit lang regelten,
bevor die Überwachung ansprach und damit anzeigte, daß die Pegelabweichung nicht
auszuregeln war.
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Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrundeliegt, eine
Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der konstante Ansprechwerte für die Überwachung
auch bei großen Pegelabweichungen erzeugt werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im kennzeichnenden Teil
des
Hauptanspruchs angegebenen Merkmale. Mit dieser erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
werden alle Nichtlinearitäten zwischen Stell spannungen und Verstärkungsänderungen
kompensiert und es wird erreicht, daß der Ansprechpunkt der Überwachung über den
gesamten Regelbereich konstant bei gleichen Eingangspegeln liegt und auch bei extremen
Umwelteinflüssen relativ wenig schwankt. Wenn die Hochfrequenzverstärker in Regelkreisen
Frequenzbänder mit einer geringeren Bandbreite als eine Oktave verstärken müssen,
wie beispielsweise Basisgruppenregler in Trägerfrequenzsystemen, kann es vorteilhaft
sein, ein Stellglied mit definierter nichtlinearer Charakteristik zu verwenden.
Als Stellglieder eignen sich beispielsweise Dioden. Die Diode ändert ihren differentiellen
Widerstand umgekehrt proportional zum Gleichstrom, der als Stellstrom durch die
Diode fließt. Wird die Diode oder mehrere in Reihe und/oder parallel so in einem
Hochfrequenzverstärker angeordnet, daß eine Verringerung des differentiellen Diodenwiderstandes
eine proportionale Erhöhung der Verstärkung bewirkt, so ändert sich die Ausgangsspannung
des Verstärkers direkt proportional mit dem Diodenstrom. Durch eine geeignete Anpassung
der Stellspannung mittels linearer Verstärker spricht die Überwachung auf Pegelsprünge
ohne zusätzliche Maßnahme immer bei dem gleichen Eingangspegel an.
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Bei Regelkreisen für Hochfrequenzverstärker mit breiten Frequenzbändern,
wie sie für Leitungseinrichtungen in Trägerfrequenzsystemen erforderlich sind, können
aus Geräuschgründen nur Stellglieder mit einem möglichst frequenzunabhängigem Widerstandsverlauf
eingesetzt werden. Hierfür eignen sich insbesondere Thermistoren und Feldplatten.
Bei Thermistoren ändert sich oberhalb eines Crundstromes der Widerstand quadratisch
in Abhängigkeit vom Stellstrom. Der
Widerstandsverlauf von Feldplatten
ist bei niedrigen magnetischen Induktionen ( (0,9 T) quadratisch, darüber hinaus
annähernd linear. Durch diese Verhältnisse haben der Stellstrom des Stellgliedes
und die Ausgangsspannung des Verstärkers keinen stets gleichbleibenden Zusammenhang.
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Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung betrifft nur solche Leitungsüberwachungen,
deren Ansprechwert auch für Pegelsprünge immer beim gleichen Eingangspegel liegt.
Aus diesem Grunde wird entweder die Stellspannung mit einem nichtlinearen Verstärker
der Pilotgleichspannung angeglichen oder umgekehrt. Dabei wird unterstellt, daß
sich die Verstärkung linear mit dem Stellwiderstand ändert. Im ersten Fall ergibt
sich zusätzlich die Linearisierung der Reglerstelljngsanzeige. Umgekehrt ist bei
Angleichen der Pilotgleichspannung an die Stellspannung der Soll-Istwert-Vergleich
für den Regelkreis und auch für die Überwachung günstiger. Bei theoretisch linearer
Abhängigkeit des Stellwiderstandes von der Stellspannung oder dem Stellstrom eignet
sich ein logarithmischer Verstärker besonders, da Pegelabweichungen von gleichem
Wert in der Maßeinheit dB" in positiver und negativer Richtung zu gleichgroßen Spannungshüben
gemacht werden. Auch die geforderte Schreiberstromanzeige für die Langzeitregistrierung
ist linear.
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Die Zasammenhänge zwischen Stellspannung und Pilotausgangsspannung
sind innerhalb des Regelbereiches nicht immer stetig, so daß ein Funktionsgeber,
der fast jede beliebige Kurvenfor nachbilden kann, eine universeilere Lösung darstellt.
Er besteht im wesentlichen aus einem beschalteten Operationsverstärker. Beim Überschreiten
vorgegebener Ausgangsspannungswerte schalten eine oder mehrere Dioden nach-
einander
jeweils einen weiteren Widerstand zu einem bereits vorhandenen Gegenkopplungswiderstand
parallel. Dadurch wird die Verstärkung des Operationsverstärkers geändert und bei
jedem Einschalten eines weiteren Widerstandes die Steigung der Ausgangsspannungsgeraden
in Abhängigkeit von der Eingangsspannung verringert. Umgekehrt könnte die Steigung
der Geraden erhöht werden, wenn bei steigender Ausgangsspannung Parallelwiderstände
durch Dioden abgeschaltet würden. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach
der Erfindung dargestellt und zwar zeigt Fig. 1 einen Regelkreis mit konstanter
Überwachungsschwelle und Fig. 2 den Pegelverlauf bei der Eingangspegelüberwachung.
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Nach Fig. 1 steht der Eingangspegel PE an einem Leistungsverstärker
1 mit Stellglied an. Die trägerfrequenten Nachrichtensignale werden einer Einrichtung
2 zugeführt, die das Pilotsignal ausfiltert, verstärkt und gleichrichtet.
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Der gleichgerichtete Pilot wird an einen logarithmischen Verstärker
3 gelegt, der die Aufgabe hat, die Pilotgleichspannung zu linearisieren. Das Ausgangssignal
des Verstärkers 3 wird sodann einem Regler 4 mit Speicher und Blockiereinrichtung
zugeführt. Der Regler erzeugt die Stellgröße für das Stellglied im Leitungsverstärker
1. Diese Stellgrösse steht ebenfalls am Eingang eines Funktionsgebers 5 an, der
die Stellspannung an die linearisierte Pilotgleichspannung angleicht. Dem Funktionsgeber
5 ist eine Vergleichseinrichtung 6 zur Überwachung nachgeschaltet, an deren Eingang
die linearisierte Pilotgleichspannung aus dem Verstärker 3 liegt, die ebenfalls
zu einem Anschluß 7 für den Schreiberausgang geführt ist. Mit dem Ausgangssignal
der Vergleichseinrichtung 6 wird. sowohl der Regler 4 blockiert, als auch ein Alarmkontakt
8 betätigt, der nach seinem Ansprechen ein Alarmsignal an den Ausgang 9 legt.
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Durch den logarithmischen Verstärker 3 bleibt die Steilheit der Pilotspannungskennlinie
bei den geforderten Eingangspegelsprüngen konstant. Wie Fig. 2 zeigt, können Pegelsprünge
bis zu maximal 10 dB auftreten, die sofort zum Ansprechen der Überwachung führen.
Der maximale Pegelsprung errechnet sich aus der Summe von Mindestregelbereich und
geforderten Alarmabstand.
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Aus dem Schaubild nach Fig. 2, das die Abhängigkeit der Ausgangs-
von der Eingangspegeländerung zeigt, geht weiterhin hervor, daß in einem minimalen
Regelbereich a der Ausgangspegel PA konstant bleibt. Ein Pegelsprung am Eingang
führt in diesem Bereich zu einem Pegelverlauf, mit b bezeichnet, der nicht zu einer
Alarmierung und Blockierung führt. Erst bei Unterschreiten des minimalen Regelbereichs
wird am Ende des Alarmabstands c die gestrichelt eingezeichnete Ansprechschwelle
d nach der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 erreicht. Als Beispiel ist auch eine
Ansprechschwelle e eingezeichnet, wie sie ohne Kennlinienanpassung verlaufen würde.
Schließlich ist noch der maximal mögliche Eingangspegelsprung f strichpunktiert
dargestellt.
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