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Schaltungsanordnung zur Regelung des Übertragungsmaßes mit Hilfe gesteuerter,
nichtlinearer Regelwiderstände In Übertragungssystemen, insbesondere Mehrfachübertragungssystemen,
in denen hochlineare Verstärker verwendet werden, ist eine Konstanthaltung des Übertragungspegels
durch eine selbsttätige Regelung besonders wichtig, da derartige Systeme in den
meisten Fällen sehr große Entfernungen überbrücken und infolgedessen starke Dämpfungsschwankungen
aufweisen. Ohne eine Konstanthaltung des Pegels würden bei eintretender Dämpfungsverminderung
die zahlreichen, in einem solchen System hin.tereinanderliegenden Verstärker übersteuert
werden. Dies hätte das Auftreten von nichtlinearen Verzerrungen zur Folge, die bei
Mehrfachsystemen aus bekannten Gründen auf jeden Fall vermieden werden müssen.
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An die Einrichtungen zur selbsttätigen Regelung müssen infolgedessen
-die beiden folgenden -Hauptforderungen gestellt werden: Die durch den Regelvorgang
erzeugten nichtlinearen Verzerrungen müssen außerordentlich klein gehalten werden.
Außerdem muß die Regelung sehr empfindlich, d. h. mit großer Steilheit arbeiten,
damit der Pegel innerhalb genügend enger Grenzen konstant gehalten werden kann.
Die erste Forderung läßt sich durch die Verwendung gesteuerter, nichtlinearer Widerstände,
insbesondere Heißleiter, erfüllen. Diese Regelßviderstände haben jedoch eine geringe
Regelempfindlichkeit. Um diese trotzdem für eine gute Konstanthaltung des Pegels
verwenden zu können, ist es bekannt, in den Steuerkreis zusätzliche Mittel einzuschalten,
die die Steilheit des Steuervorganges erhöhen.
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In Fig. i ist beispielsweise schematisch durch eine Kennlinie dargestellt,
wie bei
Regelanordnungen mit einer hohen Regelempfindlichkeit innerhalb
des Regelbereiches RB die Ausgangsspannung UA eines geregelten Verstärkers praktisch
von Änderungen der Eingangsspannung UE dieses Verstärkers unabhängig gehalten werden
kann. Diese Konstantha.ltung läßt sich bei Verwendung von Heißleitern als Regelwiderstände
nur mit sehr. empfindlichen Steuerschaltungen erzielen. Für die Erzielung einer
hohen Regelempfindlichkeit kommen beispielsweise Brückenschaltungen in Frage, in
deren einem Zweig ein von einer Steuergröße beeinflußter Steuerwiderstand liegt.
Durch Beeinflussung dieses Widerstandes läßt sich das Brückengleichgewicht steuern.
Die Dämpfung der Brükkenschaltung zwischen den beiden Brückendiagonalen ändert sich
dabei bekanntlich sehr stark. Die Amplitude einer Steuerfrequenz, die der einen
Brückendiagonale zugeführt wird, ist also an der anderen Diagonale im starken Maße
von der Beeinflussung des Steuerwiderstandes durch die Steuergröße abhängig. Die
so beeinflußte Steuerschwingung kann zur Steuerung eines das übertragungsmaß regelnden
Heißleiters verwendet werden.
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Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß erstens ein besonderer
Generator zur Erzeugung der der einen Brückendiagonale zugeführten Steuerfrequenz
erforderlich ist und daß es zweitens schwierig ist, eine genau definierte untere
Regelgrenze zu erhalten. In Fig.2 ist beispielsweise eine erstrebenswerte Kennlinie
für die Abhängigkeit des den Regelwiderstand beeinflussenden Stromes 12 vom.
dem das Brückengleichgewicht steuernden Strom Il @ dargestellt. Die untere Regelgrenze
liegt bei ra, die obere Regelgrenze bei o. Der Kennlinienverlauf zeigt, daß praktisch
nur innerhalb des Bereiches n, o .eine Regelung erfolgt. Bei der unteren Regelgrenze
biegt die Kurve sehr scharf um, so daß der Strom 12 praktisch konstant bleibt, wenn
der Strom h einen bestimmten Wert unterschreitet. Da damit gerechnet werden muß,
daß die Steuergröße Il aus irgendwelchen Gründen plötzlich ausbleibt, muß dafür
gesorgt werden, daß in einem solchen Fall das übertragungsmaß nicht zu stark erhöht
wird. Um dies zu erreichen und die untere Regelgrenze möglichst scharf zu definieren,
ist der in Fig.2 angegebene Verlauf anzustreben. Eine derart scharf ausgeprägte
Regelgrenze läßt sich aber mit der bekannten Brückenanordnung nicht erzielen. Gesteuerte
Regelschaltungen mit ausgeprägten Regelgrenzen, bei denen die untere Grenze durch
einen vorgespannten Gleichrichter und die obere Grenze durch eine von einer bestimmten
Amplitude an gesperrte Verstärkerröhre erreicht werden, sind an sich bekannt. Es
ist auch bekanntgeworden. zur Versteilerun:g der Regelempfindlichkeit in den Regelkreis
einen Generator einzuschalten, dessen den Regelwiderstand steuernde Ausgangsspannung
durch Beeinflussung der Gittervorspannung des Generators gesteuert wird. Eine solche
Schaltung ist jedoch praktisch schwer stabil zu halten, wenn zur Erzielung einer
scharf definierten unteren Regelgrenze der Sctwingungseinsatz durch Beeinflussung
der Gi.ttervorspannung gesteuert werden soll.
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In der Schältungsanordnung gemäß der Erfindung wird :ebenfalls die
den nichtlinearen Regelwiderstand beeinflussende Steuerspannung durch einen Steuergenerator
erzeugt, dem die für das übertragungsmaß bestimmende Steuergröße zugeführt wird.
Zur Vermeidung der obenerwähnten Nachteile wird jedoch die Steuergröße nicht auf
die Gittervorspannung des Steuergenerators zur Einwirkung gebracht. Gemäß der Erfindung
werden Eingangs- und Rückkopplungskreis des Generators an die beiden Diagonalen
einer Brückenschaltung gelegt, in deren einem Zweig ein durch die Steuergröße beeinflußter
nichtlinearer Steuem"iderstand liegt, dessen Wert so bemessen ist, daß bei einem
der unteren Regelgrenze entsprechenden Wert der Steuergröße die Brücke so weit abgeglichen
ist, daß die Schwingungen des Generators aussetzen. Diese Schaltung hat den Vorteil,
daß sie infolge der Anwendung der im Rückkopplungskreis liegenden Brückenschaltung
außerordentlich empfindlich ist und sich durch den über die Brückenschaltung gesteuerten
Schwingungseinsatz eine scharfe untere Regelgrenze ergibt. Eine Generatorschaltung,
bei der Eingangs- und Rückkopplungskreis in die beiden Diagonalen einer Brückenschaltung
gelegt sind, die in einem Zweig das frequenzbestimmende Element des Generators enthält,
ist an sich bekannt. Die Steuerung eines anderen Brückenzweiges einer solchen Generatorschaltung
zu Regelzwecken ist bisher jedoch noch nicht vorgeschlagen worden und bringt die
obenerwähnten Vorteile.
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Brückenschaltungen und Generatoren sind zur Vergrößerung der Regelempfindlichkeit
in Regelschaltungen bereits angewendet worden. Es ist jedoch schwierig, bei einem
Generator, dessen Schwingungseinsatz durch Beeinflussung der Gittervorspannung gesteuert
werden soll, wie dies bei den bekannten Schaltungen der Fall war, einen gleichbleibenden,
genau definierten Schwingungseinsatzpunkt zu erreichen. Das Ab-reißen der Schwingungen
bei Veränderung der Gittervorspannung erfolgt nicht bei demselben Wert wie das Einsetzen
der Schwingungen. Hierdurch wird eine Ungenauigkeit in der Regelung herbeigeführt.
Diese Schwierigkeiten treten bei
der Schaltungsanordnung gemäß der
Erfindung nicht in Erscheinung, da die. Gittervorspannung des Generators nicht gesteuert-wird.
Die Schaltung gemäß der Erfindung zeichnet sich daher durch erhöhte Stabilität und
größere Genauigkeit gegenüber den bekannten Schaltungen aus.
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Eine möglichst @ scharf ausgeprägte obere Regelgrenze, wie sie bei
o in Fig. 2 dargestellt ist, kann gemäß einem -weiteren Gedanken der Erfindung dadurch
erzielt werden, daß die von dem Generator erzeugte Steuerspannung dem nichtlinearen
Regelwiderstand über einen derart bemessenen Begrenzer zugeführt wird, daß bei Erreichen
der vorgeschriebenen oberen Regelgrenze die Steuerspannung praktisch nicht weiter
ansteigen kann. Ein derartiger an sich für andere Regelschaltungen bekannter Begrenzer
kann in einfacher Weise aus gegensinnig in Reihe b schalteten Trokkengleichrichtern,
die mit einer Vorspannung versehen sind, aufgebaut werden.
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Stehen für die Speisung der Generatorröhre nicht ausreichend konstante
Spannungen zur Verfügung, so kann der Steuergenerator durch eine an sich für Stabilisierungszwecke
bekannte Gegenkopplung stabilisiert werden. In den Stromkreis der Gegenkopplung
werden dabei zweckmäßig der Eingangs-und Ausgangsübertrager mit einbezogen.
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Der von dem Generator gesteuerte Regelwiderstand (Heißleiter) kann.
entweder zütsammen mit anderen, nicht gesteuerten Widerständen als regelbares Dämpfungsglied
in den Übertragungsweg oder auch: in ,an sich bekannter Weise in den Gegenkopplungsweg
eines Regelverstärkers eingeschaltet werden. Die zuletzt genannte Art der Einschaltung
hat den Vorteil, daß im Übertragungsweg eine zusätzliche Dämpfung vermieden wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand des in Fig. 3 dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.- Die Steuergröße, die -ein Maß für das -einzuhaltende
Übertragungsmaß darstellt, wird bei E dem einen Zweig der aus den Widerständen
R1, R2, R3 und dem frequenzbestimm@enden ElementZ,, gebildeten Brücke zugeführt.
Der Widerstand R2 ist stromabhängig und kann beispielsweise durch seine Glühlampe
gebildet werden. Die frequenzbestimmende Impedanz Z4 besteht aus einer Induktivität
und einer Kapazität, die auf die gewünschte Frequenz des Steuergenerators abgestimmt
sind. Der Kondensator C und die Drossel D,l haben lediglich die Aufgabe, eine Frequenztrennung
zwischen der Steuergröße und der, zweckmäßig tiefliegenden Generatorfr$qwenz herbeizuführen.
Der Widerstand Rt ist tempera@ turabhängig und dient dazu, Schwankungen innerhalb
der Brückenschaltung, die durch die Temperaturabhängigkeit des frequenzbestimmenden
Elementes Z4 herbeigeführt werden könnten, auszugleichen.
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Der Widerstand R, kann vermieden werden durch Verwendung einer Brückenschaltung*
nach: Robinson (s. Fig. 5) . Die Widerstände Z¢ und Z3 sind nur für eine einzige
Frequenz gleich; nämlich die sich einstellende Generatorfrequenz. Da nun alle Widerstände
temperaturunabhängig sind, ergibt sich ohne den Widerstand Re in Fig. 3 eine temperaturunabhängige
Schaltung.
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Die eine zwischen den Punkten i und 3 liegende Diagonale der Brücke
ist über den Vorüberirager VÜ an die Generatorröhre V angeschlossen. Die eine der
Ausgangswicklungen des Nachübertragers N0 liegt an der anderen Brückendiagonale
zwischen den Punkten 2 und q.. Zur Stabilisierung der Generatorschaltung ist weiterhin
eine kombinierte Strom- und Spannungsgegenkopplung vorgesehen. Die betreffende Gegenkopplungsspannung
wird mit Hilfe der Widerstände W3, W4, W.5 erzeugt. Die an der zweiten Wicklung
des Ausgangsübertragers NÜ auftretende Spannung U2 ist über die Drosselspule D,2
an das eigentliche Regelglied., den Heißleiter HL, gelegt. Dieser mag beispielsweise
zusammen mit dem Widerstand Ws und dem Kondensator Cl in den Gegenkopplungskreis
eines Regelverstärkers eingeschaltet sein.
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In den Weg des Regelstromes 12 ist weiterhin die Primärwicklung des
Begrenzerübertragers üb eingeschaltet, an dessen Sekundänviclditiig die beiden
den Begrenzer B bildenden Trockengleichrichter- geschaltet sind. Diese erhalten
von der StromquellleSi über die Widerstände W1 und W2 eine entspre-, c 'hend der
gewünschten oberen Regelgrenze bemessene Vorspannung.
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Befindet sich die Brücke nicht im Gleichgewicht, so schwingt bei geeigneter
Pollulg des Rückkopplungsweges der Steuergenerator. Die Amplitude der dabei entstehenden
Ausgangsspannutlg U2 hängt innerhalb eines gewissen Bereiches in sehr starkem Maße
von dem bei F zugeführten Steuerstrom Il ab. Wird der Steuerstrom so weit geändert,
daß das Brückengleichgewicht erreicht ist, so setzen die Schwingungen des Steuergenerators
aus. Wird die Änderung des Steuerstromes Il über den Gleichgmvichtspunkt hinaus
fortgesetzt, so setzen die Schwingungen nicht wieder ein, da die Phase am Brückenausgang
sich um 18o° gedreht hat. Wird der Steuerstrom I2 danach in der anderen Richtung
geändert, so setzen die Schwingungen praktisch bei dem Wert des Steuerstromes Il
ein, bei dem sie vorher aussetzten. Dieser Wert, der durch: Wahl der Widerstände
Rl, R2 bzw. R3 beliebig eingestellt werden kann,
stellt die untere
Grenze des Regelvorganges dar.
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Die Steilheit des Regelvorganges ist um so größer, je genauer die
Brücke abgestimmt ist. Außerdem nimmt die Steilheit zu, wenn die Änderung des Widerstandsverhältnisses
R1: R2 in Abhängigkeit von der Änderung des Steuerstromes Il möglichst groß ist.
Man erhält demnach eilte große Regelsteilheit;, wenn -eine hohe Verstärkung der
Röhre V und eine starke Rückkopplung gewählt werden. Außerdem ist eine möglichst
große Änderung des Steu.enviderstandes in Abhängigkeit vom Stromli anzustreben.
Eine besonders starke Wirkung kann erzielt werden, wenn für den Widerstand R., ein
Heißleiter und für den Widerstand R2 ein Kaltleiter verwendet wird, wobei beide
von dem Steuerstrom 11 durchflossen werden. Brockenschaltungen zu Regelzwecken,
bei denen in dem einen Zweig eine Impedanz, die in einer bestimmten Weise durch
die Heizwirkung des Steuerstromes verändert wird, während in dem anderen Zweig sich
eine Impedanz befindet, die in einer von der erstgenannten Impedanz abtveichenden
Art verändert werden kann, sind an sich bekannt.
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Die Änderung des Steuerstromes kann gleichsinnig oder gegensinnig
mit der Amplitude der Generatorschwingung erfolgen, je nachdem, ob der Steuerwiderstand
R2 als Heiß- oder Kaltleiter ausgebildet ist. Ebenso kann man durch Vertauschen
der Widerstände Rl und R2 den Regelsinn umkehren. Eine sehr einfache Signalisierung
von Störungen kann durch folgende Schaltung erreicht werden. Man läßt den Regelstrom
gegensinnig zum Steuerstrom sich ändern und legt in Steuer- und Regelkreis je ein
Stromrelais. Bleibt der Steuerstrome aus, dann fällt das dazugehörige Relais ab
(der Regelstrom hat sein Maximum). Wird der Steuerstrom zu groß, darin fällt das
Regelstromrelais ab, da die Generatorschtvingungen aussetzen.
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*Um ein möglichst stabiles Arbeiten der Schaltung zu erzielen, ist
es empfehlenswert, den Steuerstrom l1 groß gegen den von dem Generator erzeugten
Strom, der durch den Steuerwider stand fließt, zu wählen.
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In Fig. 4. ist die mit der Schaltung gemäß der Erfindung erzielbare
Abhängigkeit des Regelstromes 12 von dem Steuerstrom 1i dargestellt. Die gestrichelte
Kurve zeigt gleichzeitig die Abhängigkeit der Ausgangsspannung U., des Steuergenerators.
Erreicht der Steuerstrom I1 den Wert i, so setzen die Schwingungen des Steuergenerators
sprunghaft ein, und die Spannung U2 steigt sehr rasch an. Der Regelstrom h steigt
zunächst langsam an, bis die Spannung U2 den Wert U' erreicht hat. Darauf beginnt
ein rasches Ansteigen des Regelstromes 12. Die Regelung beginnt praktisch an der
Stelle 2, die als untere Regelgrenze aufzufassen ist. Die obere Regelgrenze wird,
wie schon erwähnt, durch die Wirkung des Strombegrenzers B erzielt. Der zunächst
sehr rasche Anstieg der Spannung U2 wird bei dem Werte U' unterbrochen und durch
die Regelwirkung des Heißleiters etwa konstant gehalten. Sobald der Begrenzer B
bei der durch seine Vorspannung bestimmten Grenze zu wirken beginnt, wächst sein
Widerstand rasch an, und zwar so rasch, daß mit steigendem Strom 12 der Gesamtwiderstand
des Kreises nicht mehr abnimmt, sondern ansteigt. Dies hat zur Folge, daß von der
Stelle 3 ab (vgl. Fig. q.) die Anodenwechselspannung U2 sehr schnell zunimmt. Wird
nun durch geeignete Bemessung der Schaltung dafür gesorgt, daß die Anodenwechselspannung
sehr bald den durch die Anodengleichspannung gegebenen Höchstwerterreicht, so muß
die erwähnte Zunahme von U2 nach kurzer Zeit wieder aufhören (Punkt q. in Fig. q.)
und von da ab praktisch konstant bleiben. Dies hat zur Folge, daß auch der Strom
12 nicht mehr weiter ansteigen kann und den in Fig. q. dargestellten Verlauf annehmen
muß.
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Die in Fig. ¢ dargestellte Kurve für den Regelstrom 12, die etwa dem
durch eine Messung einer Schaltung nach Fig.3 ermittelten Verlauf entspricht, zeigt
eine weitgehende Übereinstimmung mit der in Fig. 2 dargestellten Kurve, die anzustreben
war, d. h. die Schaltung hat.innerhalb des zwischen den Punkten 2 und 3 in Fig.
q. vorhandenen Regelbereiches eine außerordentlich große Steilheit, während der
Regelstrom unter- und oberhalb dieses Bereiches nur in geringem Maße von der Steuergröße
1i abhängig ist. Fällt diese also beispielsweise infolge einer Leitungsunterbrechung
aus oder steigt sie infolge einer Fehlschaltung auf einen unzulägsig hohen Wert
an, so wird durch die erläuterten Eigenschaften der Regelanordnung gemäß der Erfindung
verhindert, daß das Übertragungsmaß wesentlich über die durch den Regelbereich gegebene
Grenze hinaus verändert wird. Dies ist in übertragungssystemen, in denen mehrere
Verstärker hintereinanderliegen, sehr vorteilhaft, da eine extrem große Regelung
in einem Verstärker sich auf die nachfolgenden Verstärker auswirken und zu beträchtlichen
Fehlregelungen innerhalb des gesamten Systems führen würde.