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Zweipol, dessen Strom-Spannungskennlinie eine mehrfach schwankende
positive Steilheit aufweist, insbesondere treppenförmig verläuft In der Regeltechnik,
insbesondere bei der Volumenregelung von Verstärkern und der Restdämpfungsregelung
von Vierdrahtnachrichtenübertragungssystümen, besteht dieForderungnacheinem praktisch
trä--heitslos; arbeitenden Regelglied, das nach dem Verschwinden der Regelgröße,
z.B. der Sprache oder :eines Pegeltones, bis zu ihrem Wied"#reinsetzen, mindestens
angenähert in der letzten Stellung stehenbleibt, s,o, daß auch die Stellgröße, z.B.
die Gitterspannung einer Regelröhre, mindestens angenähert, ihren letzten Wert beibehält.
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Es ist bekannt, als Regelglied einen motorisch angetriebenen, sehr
schnell arbeitenden Drehscbalter zu verwenden (Europäischer Fernsprechdienst, 59.Folge,
Dieze.mberI94I, S.303). Dieses elektrisch-mechanische Regelglied stellt aber
insbesondere wegen der für seinen Antrieb crforderlichen Motoren iein aufwendiges
und in sonst rein elektrischen Anordnungen ein oft unerwünschtes Element dar.
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Es besteht daher der Wunsch nach einem rein elektrisch arbeitenden
Regelglied. Es ist bereits bekannt (vgl. vorgenannte Literaturstelle,
S. 3o--), daß sich hierfür die in Fig. i dargestellte bekannte. Kippschaltung
eignet, bei der zwei gittergesteuerte Elektro#denröhren V, und V, miteinander so
verbunden sind, daß der Spaunungsabfall amAnodenwiderstand W, der ersten Röhre auf
das Gitter der zweiten Röhre wirkt und ebenso umgekehrt der Spannungsabfallam Anodenwiderstand
W. der zweiten Röhre als Gitterspannung der erstenlühre dient. Die Voraussetzung
für die Brauchbarkeit
dieser Schaltung für den vorliegenden Zweck
ist bekanntlich aber, daß Röhren mit solchem Kennlinlenverlauf verwendet werden,
daß die Anodenstrom-Gitterspannungskennlinie der einen Röhre di:e übler vertausichte
Achsen, aufgetragene lentsprechende KennlInie der anderen Röhre in mehreren Punkten
schneidet, die stabile Arbeitspunkte, der Schaltung sind. Praktisch sind bisher
jedoch Schaltungen mit mehr als zwei solcher stabilen Arb,eitspunktd noch nicht
verwirklicht worden.
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Diie Erfindung beruht nunauf der Erkenntnis, daß man mit der vorbeschrleb-enen
Kippschaltung .auch bei Verwendung von Röhren mit ganz normaler Kennlinie# mehrere
stabile Arbeitspunkte erzielen kann, wenn man als Axiodenwiderstand nicht, w#e dies
bisher stets erfolgte, amplitudenunabhängige, insbesondere Ohmsche Widerstände verwendet,
sondern zumindesten einen der beiden Ano,denwiderstände als Zweipol ausbildet, dessen
Kennlinie treppenförmig verläuft.
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Die Erfindung betrefft daher einen Zweipol, dessen Strom-Spannungskennlinie
eine schwankende positive Steilheit aufweist, insbesondere treppenförmig verläuft.
Erfindungsgemäß b,esteht,derZ-#veipoi aus mehreren parallel geschalteten Zweigen,
die jeweils aus der Reihenschaltung eines ruhestromdurchflossenen Gleichrichters,
eines negativ vorgespannten Gleichrichters entgegengesetzter Durchlaßrichtung und
gegebenenfalls zusätzlichen Widerständen bestehen.
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Ein AusführungsheispIel des Zweipols nach der Erfindung zeigt die
Fig. -- der Zeiclulung. Der zwischen den Klemmen ia, b liegende
Zweipol besteht ;aus der Parallelschaltung von sechs Stromzweigen. Der erste Zweig
umfaßt die Reihenschaltung zweier Gleichrichter G, und 42, mit einander entgegengesetzter
Durch12Brichtung. Der Gleichrichter G, liegt in Reihe mit eineni Ohmschen Widerstand
Rj_ im Stromkreis ein-er Batterie B, mit der Spannung U, und wird hierdurch vorn
einem bestimmten Ruhestrom durchflossen. Ebenso erzeugt die Batterie B, über weitere
Ohmsche Widerständ6 R, bis R6 jeweils einen Ruhestromfluß in den. Gleichrichtem
G, bis G6. Die Gleichr#,chter,Cr,' bis 06' sind jeweils über einen
von sechs in Reihe liegenden, ials Spannungsteiler über leine zweite Batterie B2
mit der Spann-UngU2 geschalteten Ohmschen Widerstand r:L bis r6 hegativ vorgespannt.
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Dile F#9.3 zeigt die Strom-(1)-Spwmungs-(U)-K,ennliii#el(2 &es
Vierpols nach Fig.2, bei dem die Spannung U, # So V, die Spannung U#
= 12 V, die Widerstände-, Ri bis R6 jeweils # So kOhm, der
Widerstan-dr,#--o0'hm und die Widerständer2 bis r6 j!eweils#5oOhni gewählt sind.
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Zur Erklärung des. treppenförmigen Verlaufes der Kennliräa ward im
folgenden,auf die Fig. 4 bis 7
Bezug genommen.
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Fig. 4 zeigt einen Zweipol, der dem ersten, die Gleichrichter,0, und
0,1 enthaltenden Zweig der Fig. g 2 entspricht. Es sei wieder Ui = 5 0 Vi
Ri # So kOhm, und die negative Vorspannung des Gleichrichters 07,1 hutrage
2 V. Solange die an die Klemmen al, b,. angelegte, der Vorspannung von Cr,' entgegengerichtete
veränderbare Gleichspannung U unterhalb 2 V liegt, ist der von al über Cil,
l?, und Gl, nach bi fließende Stroml praktisch gleich Null, da in diesem
Fall der Gleichrichter Gl' bekanntlich praktisch undurchlässig ist. Wenn die Spannung
U jedoch den Wert 2 V überschreitet, wird der Gleichrichter Gi' durchlässig,
und es stellt sich ein Strolm I ein, der so lange mit dem über 2 V hinausgehenden
Betrag der Spannung U
ansteigt, bis er den Wert i mA erreicht, der im Ruhestromkreis
des Gleichrichters Gi. vorhanden ist. Eine weitere Steigerung der Spannung
U bringt dann zunächst keine nennenswerte Steigerung des Stromes I mit sich,
da dessen Wert, vorausgesetzt, daß die Spannung U klein gegen die Spannung
U,
ist2 praktisch nur durch letztere Spannung und den hochohrnigen Widerstand
A, bestimmt ist. Die Kennaie des Zweipols nach Fig. 4 hat also die ixi Fig.
5 dargestellte Form einer einstufigen Treppe.
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Schaltet man entsprechend Fig. 6 noch den zweiten, die Gleichrichter
Cr. und G2' enthaltenden Zweig parallel zu dem Zweipol nach Fig. 4, wobei der Gleichrichter
G, von B, über einen Ohnischen Widerstand R2 voii 5okOhm mit einem Ruhestrom
von i mA und,der Gleichrichter,0,1 miteiner negativen Vorspannung von 4V versorgt
wird, so ist dieser zweite Zweig für -den von a:L nach b,
fließenden Strom
I so lange gesperrt, bis die Spannung U den Wert 4V überschreitet. Dann fließt
der Strom I auch über den leitend gewordenen Gleichrichter 0.1. Hierbei steigt der
Strom mit wachsendem U zunächst verhältnismäßig steil an, um dann Dach Erreichen
des Wertes von 2 mA, welche der Summe der Ruheströme in beiden Zweigen entspricht,
nur noch unmerklich weiter anzusteigen. Es ergibt sich also für den Zweipol na,ch
Ft. 6 die in Fig. 7 gezeigte Kennlinienf orrn einer zweistufigen Treppe.
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Werden nun !entsprechend Fig. 2 sechs mit verschieden gestuften Vorspannungen
betriebene GleichrIchterzweige zu einem Zwei:pol parallel geschaltet, so erhält
man eine sechsstufige Treppenkennlinie, wie sie die Fig. 3 zeigt.
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Dier Verlauf der Kennlixi#e nach Fig. 3 kann in
beliebiger
Weise beeinflußt werden. So. werden die Stufen der Treppe beispielsweise bei Erhöhung
der SpannungUi höher, heiErhöhung der SpannungU, breiter. H#,erdurch und durch Staffelung
der Ohmwerte der Widerstände R, bis Re, un d/oder r, bis rr, lassen sich
Treppenformen mit beliebig verlaufender mittlerer Steilheit verwirklichen, wie sie
beispielsweise die Kurve i in Fig. 8 zeigt.
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Durch Einschaltung der in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten Widerstände
r,' bis r6, lassen sich die Kanten der Treppe mehr oder weniger stark abschleifen,
-so daß sich beispielsweise die Kurve 2 in Fig. 8 ergibt.
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Fig. 9 zeigt nun die Einschaltung des Zweipols nach der Erfindung
in eine Kippschaltung, die bei j der Volumenregelung eines, Verstärkers Verwendung
findet.
Die Kippschaltung I( beruht grundsätzlich auf der bekannten Kippsclialtung nach
Fig. i, unterscheidet sich von dieser aber in folgender Weise: Als Anodenwiderstand
W. der Röhre V, dient nicht ein Ohnischer Widerstand, sondern ein Zweipol
gemäß der Erfindung mit treppenförmiger Kennlinie. Die Gittervorspamrung sowohl
wie die Anodenspannung ist beiden Röhren jeweils gemeinsam, indem beide Spannungen
an einer Batterie B3 ab,gegriffen werden, an -der gleichzeitig auch noch die Spannung
Ul. für den Zweipol gemäß. der Erfindung abgenommen wird, während die Spannung
U. von !einer besonderen Batterie B4 geliefert wird. ium Zweck der Linearisierung
der Gitterspannungs-AnoJenstromkennlinie der beiden Röhren sind Gegenkopplungswiderstände
W3 und W4 in die Kath:odenleitungen geschaltet. Mit Hilfe von Spannungsteilern
W5, W6 bzw. W7, W8, dii-- zwischen den Anoden und dem negativen Pol der gemeinsamen
Gitterhilfsspannungsquelle eingeschaltet sind, wird dem Gitter der Röhre V,# bzw.
Vi das richtige Glelchstrompotential erteilt. Das Gitter bzw. die Kathode der Röhre
V, ist mit den entsprecheirden Elektroden der Eingangsstufe V,3 eines Verstärkers
verbunden, der beispielsweise zweistufig ausgebildet ist. Der Stufe V3 werden eingangsseitig
Sprachschwingungen zugeführt. Ein Tieil der am Ausgang der zweiten Stufe V4 des
Verstärkers vorhandenen verstärkten Sprechströme wird in einem Richtverstärker
V5 gleichgerichtet und zur Erzeugung einer Regelgleichspannung benutzt, die
in bekannter Weise das Gitterpotential der Eingangsstufe V3 derart steuert, daß
eine Zunahme der Re#elspaainung eine Verschiebung des Arbeitspunktes dieser Stufe
in negativer Richtung zur Folge hat. Ein Teil der ini Richtverstärker
V5 gleichgerichteten und verstärkten Sprechströme wird einem Relais P zugeführt,
das im erregten Zustand, d. h. während des Vorhandenseins der Sprechströme,
mittels seines Kontaktes p den Regelstromkreis des Verstärkers schließt.
In diesen Stromkreis sind Verzögerungselement,e, ein Ohms,cher Widerstand und ein
Kondensator C, eingeschaltet, die -dem Regelkreis eine solche Zeitkonstante
erteilen, daß beim Aufhören der Sprache die Gitterspannung der Röhre V3 nicht augenblicklich,
zusammenbricht, sondern für die Zeit die bis zur Öffnung des Kontaktes
p vergeht, praktiscl-1 auf ihre in letzten Wert verharrt.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweist der Schaltun- nach Fig.
9 sei angenommen, daß dem Zweipol W2 die in Fig. 3 dargestellte Treppenkennlini,e,K"
und dem Widerstand W, (gleich. iokOhm) die in derselben Figur gestrichelt eingetragene
Widerstan,dsgerade I(,. entspricht.
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Wenn man den Zusammenhang zwischen der Ein-,gangs,spannung
U, i,-und #de-r Ausgangsspamrung U', der Gleichstromverstärkerstufe V21,
die den Zweipol W. als, Anodenwiderstand enthält, punktweise, konstruiert, so erhält
man, v6rausgiesetzt, daß durch die Stronigegenkopplung über den Widerstand W4 eine
Ole un , nüzend starke Linearisier g der Gitterspannungs-Anodenstromkennliiiiie
der RöhreV# erreicht ist, gemäß der ausgezogenen KurveI(2' in Fig.io eine ebenfalls
treppenförmige Kurve, die aus der Trepptenk-ennli-i-ü#eI(, in Fig.3 durch Vertauschen
der Achsen und gegebenenfalls eine Maßstabsän,derung hervorgeht.
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Für die zweite Gleichstromverstärkerstufe V, der Kippsichaltung' die
Aden Ohmschlen Anodenwiderstand W, aufweist, erhält man bei entsprechender punktweisier
Konstruktion der U,-U"-Kennlinie eine Gerade, die nach Spiegelung an der 45"-Gieraden
in Fig. io als gestriclielte GeradeI(II erscheint.
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Die stabilen Punkte der SchaltungK ergeben sich dann als die besonders
markierten SchnittpunkteP1 bis P6, wührend die anderen Schnittpunkte instabil
sind.
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Wenn also unmittelbar vor dem Aufhören der Sprachübertragung über
den Verstärker V vom Richtverstärkei-Vr. her eine GleichspannungU,1 am Eingang der
StufeV.3 bzw. V, vorhanden war, so nimmt die SpannungU, nach dem öffnen des, Kontaktesp
den dem nächstliegenden stabilen Punk-tP., entsprechenden WertU,. an und bleibt
auf dieseni Wert liegen. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers V bleibt dalier auf
einen entsprechenden Wert fest eingestellt. Wird wieder über den Verstärker gesprochen,
so. zieht P wieder an, und die Regelung geschieht wie zuvor, wobei die KippschaltungI(
mitgenommen wird. Dazu ist -erforderlich, daß Jer Eingangswiderstand der Gleichstromverstärl-,erstufeV,
groß gegen den Gleichstromwiderstanddes Regelkreises des Verstärkers ist.
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je feinstufiger die Treppenkennlinie:des Zweipols na:ch der Erfindung
gewählt wird, desto, kleiner ist die Verstärkungsänderung, die nach 'Fortfall der
Regelgröße maximalauftreten kann.
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Die Erfindung ist nicht aluf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. So kann beispielsweise in der Schaltung -nach Fig. 9 an Stelle
:des Relais, P ein anderes, beispielsweise Trockengleichrichter enthaltendes Schaltglied
Anwendung finden. Die
Steuerung dieses Gliedes braucht nicht unbedingt vom
Ausgang des zu regelnden Verstärkers her erf olge#n, sie kann vielmehr auch vom
Verstärkereinggang abgeleitet werden. An Stelle des Richtverstärkers kann gegebenenfalls
auch nur ein Gleichrichter verwendet werden.