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Anordnung zur selbsttätigen stetigen Dynamikregelung in Verstärkeranlagen,
insbesondere Lautübertragungsanlagen Bei mit Verstärkern arbeitenden Luftübertragungsanlagen,
wie Fernmeldeanlagen, Sprach- und Musikübertragungsanlagen, Schallaufzeichnungseinrichtungen,
Tonfilmaufnahme- und Wiedergabeanordnungen, werden häufig selbsttätig wirkende Anordnungen
zur Regelung des Verstärkungsgrades verwendet, und zwar wird sowohl das Prinzip
der Vo.rwärtsregelung als auch der Rückw ,ärtsr:egelung benutzt. Bei der Vörwärtsregehmg
werden die vom Vorverstärker kommenden Impulse sowohl dem Verstärker, in dem der
Regelvorgang verläuft, als auch einem Hilfsverstärker zugeführt, in dessen Ausgangskreis
hinter einem Gleichrichter eine Kapazitätswiderstandskombination gelegt ist, von
der die dem Gitter irgendeiner Röhre des Regelverstärkers zuzuführende Spannung
abgeleitet wird. Bei .entsprechender Bemessung der einzelnen Schaltelemente ist
bei der VorwÄrtsregelung die am Kondensator entstehende Regelgleichspannung, das
ist die den zu regelnden Röhren zuzuführende Gittergleichspannung, der Eingangswechselspannung
proportional, während bei der Rückwärtsregelung diese Gleichspannung bereits eine
der Verstärkungsregelung entsprechende Amplitudenabhängigkeit besitzt, da am Kondensator
bereits eine den geregelten Impulsen entsprechende Spannung entsteht.
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Zur absolut störungsfreien selbsttätigen Dynamikregelung bei Musikübertragungsanlagen,
beispielsweise bei der tibertragung einer Orchesterdarbietung, werden außerordentlich
kurze Einschwingzeiten für die Verstärkungsregelung benötigt. Die Ausschwingzeiten
sind wesentlich größer als die Einschwingzeiten.
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je nach der Geschwindigkeit, mit der die Verstärkungsregelung verläuft,
entsteht infolge des durch den Einschwingvorgang auftretenden Stromstoßes ein Frequenzspektrum
im Übertragungsweg, das sich als störendes Geräusch in der Wiedergabeanordnung bemerkbar
macht. Es -ist bereits vorgeschlagen worden, diesen Stromstoß durch geeignete Schaltanordnungen
zu kompensieren. Trotzdem ist auch bei der Anwendung solcher Schaltungen an dem
Kondensator stets ein bestimmter frequenzabhängiger Betrag an Wechselspannung überlagert.
Dadurch ergibt sich die Gefahr der Rückkopplung der gesamten Verstärkerapparatur,
vornehmlich in 'den tiefen Frequenzen, über diesen Kondensator. Bei der Vorwärtsregelung
ist die Rückkopplungsgefahr im wesentlichen nur dann vorhanden, wenn der Eingangsübertrager
der Regelstufe unsymmetrisch ausgebildet ist. Auch wenn in den Röhren Gitterströme
verschiedener Größe auftreten, kann sicheine Rückkopplung bemerkbar machen. Bei
der Rückwärtsregelung hingegen ist nicht nur die Symmetrie des Eingangsübertragers
maßgebend, sondern es müssen vor allen Dingen auch die Kennlinien der Regelröhren
gleich (so wie der Ausgangsübertrager) symmetrisch aufgebaut sein, was leicht an
Hand des Schaltbildes nachgewiesen werden kann. Je
kürzer nun die
Ein- und Ausschtvingzeiten sind, um so größer ist der Wechselspannungsteil an dem
Kondensator. Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, ist es daher vorteilhaft, für
Verstärkungsregelungen mit besonders kleinen Zeitkonstanten die Vorwärtsregelung
zu verwenden.
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Da aber, wie ohenerwähnt, bei der Vorwärtsregelung die an dem Kondensator
entstehende Gleichspannung angenähert proportional der Eingangswechselspannung ist,
macht sich bei der Dynamikeinengung (Kompressorschaltung) der Imstand störend bemerkbar,
daß bei gröf')erem Umfang der Eingangsdynamik, z. B. im Verhältnis i : i ooo, erst
bei größeren Eingangsspannungen eine merkliche Regelspannung entsteht. Die Folge-n
davon
ist, dal.'r das Verhältnis der Ausgangsdynamik zur Eingangsdynamik in einem gro-I:)en
Teil des Regelbereiches, etwa in dem Bereich i : i oo, angenähert gleich i ist (logarithmische
Abhängigkeit) und erst von diesem Punkt ab eine starke Regelung einsetzt. Dadurch
entsteht die in der Abb. i veranschatilichte Regelkurve, die mit h, bezeichnet ist.
Die natürliche Dynamik würde der geraden Linie n entsprechen. Wenn der Regelvorgang
nach der Kurve b verläuft, entsteht daher mehr eine Amplitudenbegrenzung, aber keineswegs
eine in einem bestimmten Maß abgeflachte Dynamik, wie sie z. B. zur Aufnahme von
Schallplatten, Tonfilmen oder zur Besprechung von Rundfunksendern wünschenswert
ist. Die Kurve c in der Abb. i stellt ungefähr eine Regelkurve dar, die den zu stellenden
Anforderungen genügt.
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Eine derartige Kurve kann dadurch erhalten werden, daß man dem Zusatzverstärker
ebenfalls eine A.mplitudenabhängigkeit verleiht, so daß die an dem Kondensator entstehende
Spannung nicht proportional der Eingangsspannung ist, sondern ,einen bestimmten
gewünschten Amplitudengang besitzt, wobei dafür Sorge zu tragen ist, daß etwaige
Verstärkungsverluste durch entsprechende Regelung der Verstärkung des Zusatzverstärkers
ausgeglichen werden.
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Dieser gewünschte Amplitudengang kann in bekannter Weise erreicht
werden durch eine Rück-växtsregelung innerhalb des Zusatzverstärkers. Hierbei tritt
allerdings die Gefahr der Rückkopplung auf, -wenn sie auch wesentlich geringer ist
als bei den sonst üblichen Rückwärtsregeleinrichtungen.
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Eine solche Anordnung zur selbsttätigen stetigen Dynamikregelung in
Verstärkeranlagen, insbesondere Lautübertragungsanlagen, bei der für die Regelzwecke
von der Verlagerung des Potentials eines Gitters oder einer Hilfselektrode Gebrauch
gemacht wird und bei der die Kreise, welche die durch Gleichrichtung der zu übertragenden
Impulse gebildete Regelgleichspannung liefern, derart ausgebildet sind, daß die
an sich von der Amplitude der zu regelnden Impulse abhängige Regelspannung zusätzlich
in Abhängig-]zeit von der Amplitude beeinflußt wird, ist einfacher und betriebssicherer,
wenn gemäß der Erl-indung zur stetigen zusätzlichen. Beeinflussung der Regelkurve
im Zuge der die Regelgleichspannung liefernden Zusatzschaltung ein Spannungsteiler
vorgesehen ist. der aus einem Ohinschen Widerstand und einem Schaltelement besteht,
bei dem im benutzten Arbeitsgebiet die Abhängigkeit der anliegenden Spannung vom
durchfließenden Strom keinen linearen Zusammenhang besitzt.
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An Hand der Allbildungen soll der der Erfindung zugrunde liegende
Gedanke näher erläutert `werden, und zwar soll zunächst die Abb. z, die ein Ausführungsbeispiel
des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, beschrieben werden. In diesem Schaltbild
ist mit V der Vorverstärker, mit R der Regelverstärker, mit E der Endverstärker
und finit L der Verbraucher, z. B. ein Lautsprecher, bezeichnet. Ein Teil der Nutzsch-S,ingtingen
wird zwischen dem #-o.-verstärlker V und dem Regelverstärker R abgenommen und dem
Zusatzverstärker Z zugeführt, in dessen Ausgangskreis der Gleichrichter Cil, der
die Nutzschwingungen gleichrichtet, und die Kapazitätswiderstandskombination C-IV-Gl.,i
liegt, von der aus die gleichgerichteten Impulse dem Regelverstärker R zugeführt
-werden. Da. der im Gleichstromkreis. liegende Gleichrichter Gli einen amplituderabllängigeii
Widerstand besitzt, erhält auch die Regelgleichspannung eine bestimmte Amplitudenabliätigigkeit.
Von seiner Eigenschaft als gleichrichtendes Element wird hierbei kein Gebrauch gemacht.
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Die Abb. i zeigt die Abhängigkeit der Ausgangsspannung, z. B. hinter
dem Regelverstärker R, von der Eingangsspannung, z. B. vor dem Vorverstärker t',
bei einer Schaltungsanordnung zur Dynamikeinengung (Kompressorschaltung i. Auf der
Abszisse ist die Eingangsspannung Ei aufgetragen, auf der Ordinate die Ausgangsspannung
E... Im ungeregelten Zustand ist die Ausgangsspannung E'. von der Eingangsspannung
Ei nach der Geraden a abhängig, einer Geraden, die infolge der logarithmischen Koordinatenteilung
unter ,:15- durch den Koordinatenanfangspunkt geht. Die Kurte b zeigt den Zusammenhang
zwischen Ausgangsspannung und Eingangsspannung, -wenn bei der Schaltungsanordnung
nach Abb. = der Gleichrichter Gli durch einen Ohmschen Widerstand ersetzt ist. Bei
kleinen Nutzwechselamplituden liefert der Zusatzverstärker Z
über
den Gleichrichter Gl nur kleine Regelgleichspannungen an den Regelverstärker f2.
Es wird daher der Arbeitspunkt der Regelröhre im Regelverstärker R, deren Vorspannung
mittels der zusätzlichen Regelgleichspannung beeinflußt wird, nur wenig verschoben.
Der Verstärkungsgrad ,ändert sich dementsprechend nur wenig. Bei größeren Amplituden
wird auch eine größere Regelgleichspannung hervorgerufen, die eine größere Verlagerung
des Arbeitspunktes in Gebiete mit geringerem Verstärkungsgrad bewirkt, so daß die
Kurve b in ihrem oberen Teil zur Abszisse gekrümmt ist.
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Wird nun im "Zuge, der die Regelgleichspannung liefernden Zusatzschaltung
nicht ein Ohmscher Widerstand oder .ein aus zwei Ohmschen Widerständen bestehender
Spannungsteiler vorgesehen, von welchem die dem Regelverstärker R zugeführte Regelgleichspannung
abgenommen wird, sondern sein Spannungsteiler, der aus einem Ohmschen Widerstand
W und einem Gleichrichter Gl1 besteht, und wird die Regelgleichspannung von diesem
Gleichrichter Gl abgenommen, so wird bei größeren Amplituden infolge des dann geringeren'
Ohmschen Widerstandes des Gleichrichters eine geringere Regelgleichspannung hervorgerufen,
so daß also bei größeren Amplituden eine nicht so starke Verlagerung des Arbeitspunktes
in das Gebiet geringerer Verstärkung herbeigeführt wird. Es müßte also dann die
hierfür gültige Regelkennlinie d zwischen der Geraden. u und der Kennlinie b liegen.
Dies würde aber - bedeuten, daß, wenn man annimmt, daß die Kurve b so bemessen ist,
daß ihr oberer Teil, der charakteristisch für die Amplitudenbegrenzung ist, gerade
die maximal übersteuerungsfrei übertragbare Spannung kennzeichnet, der nachgeschaltete
Verstärker o,. dgl. übersteuert wird. Es muß also dafür gesorgt werden, daß diese
Kurve so gelegt wird, daß bei ieiner bestimmten maximalen Eingangsspannung eine
bestimmte maximale Ausgangsspannung, die der Grenzspannung gemäß Kurve b ungefähr
entspricht, vorhanden ist. Die zwischen a und b liegende Kurve muß
daher so weit geschwenkt werden, daß sie der Kurve c entspricht, was durch einfaches
Erhöhen der Verstärkung des Zusatzverstärkers Z erfolgt.
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Es ist selbstverständlich, daß nicht nur bei der Vorwärtsregelung,
sondern auch bei der Rückwärtsregelung, falls dies erforderlich sein sollte, der
Erfindungsgedanke sinngemäß Anwendung finden kann. Um den genauen Arbeitspunkt der
Regelanordnung festlegen zu können, kann es mitunter zweckmäßig sein, die strom-
oder spannungsabhängigen Widerstände in der Weise anzuordnen, daß erst von einer
bestimmten gewünschten Stelle ab eine merkbare Regelwirkung eintritt. Zu diesem
Zweck wird in Reihe mit den Widerständen. eine Vo@rspannungsquelle eingeschaltet,
die eine im positiven oder negativen Sinne wirkende zusätzliche Vorspannung liefert.
Es ist zu empfehlen, die Vorspannungsquelle regelbar zu machen, um eine genaue Festlegung
des Arbeitspunktes zu ermöglichen.