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Nichtlinearer symmetrischer Vierpol Unter Umständen ist es zweckmäßig,
vor allem bei der elektrischen Übertragung von akustischen Ereignissen, die Dynamik
in dem Übertragungssystem zu begrenzen oder einzuengen, da viele nachgeschaltete
Netzwerke wie Sender, Nadelton-und Magnettonaufnahmegeräte sehr empfindlich gegen
Übersteuerungen sind.
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In erster Linie sind, hierfür geregelteVerstärkeranordnungen bekanntgeworden.
Hier werden immer, wenn kurze Regelzeiten erzielt werden sollen, im Gegentakt angeordnete
Regelröhren durch die gleichgerichtiet'eWechselspannung gesteuert. Gegentaktanordnungen
sind erforderlich, um die durch den Regelvorgang auftretende Gleichspannungskomponente
zu kompensieren. Da die Regelung wegen der Nchtlinearität der Röhrenkennlinien bei
kleinen Wechselspannungen vorgenommen werden muß, werden solche Regelstufen immer
mit linearen Verstärkern kombiniert, um den Pegel hinter den Regelstufen auf den
gewünschten Wert anzuheben. Die Symmetrierung am Eingang und Ausgang der Regelstufen
erfolgt durch Übertrager. Die Speisespannungen müssen hierbei stabilisiert werden,
da sich sonst die Arbeitspunkte der Regelröhren verschieben, so daß die Symmetrie
verlorengeht und sich das Übertragungsmaß ändert. Trotzdem muß während: des Betriebes
häufig nachgeeicht werden, da sich bei solchen Regelschaltungen die Änderungen der
Röhreneigenschaften nicht durch Gegenkopplungsmaßnahmen einengen lassen. Solche
Begrenzerverstärker
sind für viele Zwecke wegen des hohen technischen Aufwandes ungeeignet.
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Weiterhin sind Anordnungen mit nichtlinearen Spannungsteilern. bekannt,
bei denen das Teilerv erhältnis in gewünschter Weise durch eine Gleichspannung gesteuert
wird. Auch hier sind Gegentakt- oder Brückenschaltungen erforderlich, um kurze Regelzeiten
zu ermöglichen. Als Regelorgane dienen dabei meistens Gleichrichter. Um erst bei
einem bestimmten Pegel die Regelung einsetzen zu lassen oder bestimmte Verläufe
zu erzielen, wird den nichtlinearen Widerständen: hierbei eine feste Vorspannung
gegeben, der die Regelspannung überlagert wird. Bei diesem Verfahren wirkt die Tatsache
erschwerend, daß die Regelung nicht leistungslos erfolgen kann wiz bei -Regelröhren.
Durch die fortgesetzte Entladung des Gleichrichters, der die Regelspannung liefert,
entsteht eine starke Welligkeit der Regelgleichspannung: Dieser könnte man durch
Vergrößerung der Zeitkonstanten des Gleichrichters begegnen. Nun ist man aber in
der Wahl der Zeitkonstanten nicht frei; denn einerseits muß die Einregelzeit, die
möglichst klein sein soll, um auch kurzzeitige- Übersteuerungen zu vermeiden, etwa
_G i ms betragen. Andererseits ist die maximal zulässige Belastung für die dem Gleichrichter
vorgeschaltete Wechsel-spannungsquelle gegeben. Bei den z. B. im Rundfunkbetrieb
üblichen Übertragungswesen ist diese 300 0, der Innenwiderstand der Quelle
liegt bei etwa einem Zehntel des Anpassungswertes, also bei etwa 30 ,P. Verwendet
man im Gleichrichterteil GaTmanium-F lächendioden, die in Durchl .ßrichtung sehr
niedrerohmig sind, so muß man den Eingangswiderstand des Gleichrichters durch ohmsche
Widerstände auf den minimal' zulässigen Wert begrenzen. Diese ohmsch.en_ Widerstände
bilden mit d!em Innenwiderstand. der OOuelle in Reihe den Generatorwiderstand, für
den Gleichrichter. Durch diesen Widerstandswert und die geforderte. Einregelzeit
ist die Größe des Ladekondensators festgelegt. ivlan muß der Welligkeit der Regelspannung
also durch sorgfältige symmetrische Einspeisung in, das Regelorgan Rechnung tragen,
damit im Ausgang keine von der Welligkeit der Regelspannung herrührenden Verzerrungen
auftreten; diese Symmetrie erzwingt man durch Übertrager. Die Ausregelzeit soll
nun erheblich länger sein als die Einregelzeit, umkurz abklingende Vorgänge nicht
in unerwünschter Weise zu verlängern. Dies deckt sich mit der Forderung nach einer
guten Siebung der Regelspannung. In der Praxis hat sich eine Atisregelzeit von -
i Sekunde als günstig erwiesen. Das Verhältnis von Ein.regelzeit zu Ausregelzeit
beträgt also etwa i : iooo. Die im Regelkreis lie genden Vorwiderstände haben eine
Größe von etwa 3o kP. Da der Ladekondensator für Auflade- und Entladekreis gemeinsam
ist, ergibt sich ein Regelzeitenverhältnis entsprechend den Auflade- und Entladewiderständen,
also et7Va i : ioo. Es fehlt hier also der Faktor io. Um das Regelzeitenverhältnis
zu vergrößern., sind zwei Lösungen bekannt. Die eine Lösung besteht darin, daß man
den Regelspannungugleichrichter nicht mehr direkt aus dem Übertragungsweg betreibt,
sondern über einen Trennverstärker, der mindestens - die zehnfache Leistung abzugeben
vermag als die Leitungsverstärker. Bei der zweiten Lösung entnimmt mori die Regelleistung
nicht dem Gleichrichter, sonderst einem nachgeschalteten Gleichstromverstärker.
Praktisch wird immer dieser zweite Weg beschritten. Für beide Lösungen ist der technische
Aufwand beträchtlich, so daß der Vorteil der einfachen Regelschaltung wieder verlorengeht.
Auch ist bei der Schaltung mit Gleichstromverstärker neben der aufwendigen Stabilisierung
der Speisespannungen ein häufiges Nacheichen des Ruhestromwertes und des Übertragungsmaßes
im Betrieb. erforderlich.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wird bei einem nichtlinearen symmetrischen
Vierpol zur verzerrungsarmen, kurzzeitigen Amplitudenbegrenzung oder- Regelung der
Dynamik in einem niederfrequenten Übertragungssystem, der aus einem symmetrischen
WechselspannungsteIler, gebildet aus zwei linearen Festwiderständen in den Längszweigen
und der einen Diagonale einer aus nichtlinearen regelbaren' Widerständen bestehenden
Brückenschaltung im Querzweig gebildet ist, erfindungsgemäß vorgeschlagen, an die
.andere Diagonale dieser Brückenschaltung eine Regelspannung zu legen, die der entsprechenden
Diagonale einer im gleichen Leitungszug vor dein Wechselspannungsteiler liegenden,
zurGleichrichtung dienenden Brückenschaltung entnommen ist.
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Der erfindungsgemäße Vierpol hast den Vorteil, daß'sich bei einer
Gewinnung der Regelgleichspannung direkt aus dem niederfrequenten L11?ertragungssys.tem
ohne Verwendung von Trerin-' oder Symmetrieübertragern einfache symmetrische Begrenzungs-
und Kompressionsanordnungen mit vorzüglichen Übertragungseigenschaften aufbauen
lassen. Dabei heben sich die durch den Regelvorgang der Regelgleichspannung überlagerten
Wechselspannungen, bezogen auf den Ausgang des Vierpols, auf. .
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Die Fig. i gibt beispielsweise die Schaltung einer solchen Anordnung
wieder.
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Der Spitzengleichrichter G in Brückenschaltung mit dem Ladekondensator
G1 liegt hier an demselben Generator wie. der nichtlineare Wechselspannungsteiler
W, der aus den beiden linearen Längswiderständen R1 und R, und dem nichtlinearen
Querwiderstand R3 (in Brückenschaltung) bestellt. Parallel zu dessen Querdiagonale
kann zur genauen. Einstellung der Symmetrie das Potentioineter P liegen, dessen
Schleifer mit einem Punkt der Längsdiagonale von R3 verbunden ist. Dieser ganze
Vierpol liegt im Übertragungsweg, also--etwa hinter einem Endverstärker; der z.
B., wie beim Rundfunk üblich, eine Ausgangsspannung von 1,55 an 3000 liefert..Die
Wechselspannung gelangt also. über den Wechselspannungsteiler R1, R, und: R3 zum
Ausgang. Das Teilerverhältnis ist so gewählt, daß R1 -f- R2 > R3, und die an R3
auftretende Amplitude so klein ist, daß keine nennengwerten
`'erzerrungen
auftreten können. Der Pegelverlust kann durch einen linearen Verstärker hinter dem
Vierpol wieder aufgehoben werden. Die in dem an der Eingangsspannung liegenden Brückengleichrichter
G gewonnene Gleichspannung wird über den Längswiderstand R4 der Längsdiagonale des
z. B. aus Germanium-Dioden bestehenden n:icbtlineai-en Querwiderstandes R3 zugeführt,
die gleichzeitig den nichtlinearen Querwiderstand des Regelgleichspannungsteilers
bildet und: in diesem Fall durch einen linearen Widerstand R5 überbrückt ist. Die
zugeführte Gleichspannung verschiebt den Wechselspannungsarbeitspunkt des aus Gleichrichtern
gebildeten Widerstandes R3 und verändert ihren Durchlaßwiderstand und damit das
Teilerverhältnis von Ri, R.. gegen R3. Und zwar wird der Querwiderstand von
R3 bei größerer zugeführter Regelgleichspannung *kleiner, so daß die Ausgangsspannung
des Vierpols weniger stark anwächst, als dem Anstieg der Eingangsspannung entsprechen
würde. Der Regelstromkreis liegt, wie ersichtlich, in den Längsdiagonalen der beiden
Brückenschaltungen. Da diese symmetrisch zum Wechselspannungskanal liegen, können
auch bei starker Welligkeit der. Regelspannung, wie. sie durch ungenügende Siebung
tiefer Frequenzen im Gleichrichter oder durch sprunghaftes Ansteigen der Eingangsspannung
entstehen kann, am Ausgang des Vierpos keine störenden PotentiaIdifferenzen auftreten.
Dieser Vorteil wird hier also ohne Verwendung von Trenn- oder Symmetrieübertragern
erreicht. Auch ist eine feste stabilisierte Vorspannung für den nichtlinearen Querwiderstand
R., nicht erforderlich, sondern die gewünschten Verläufe der Regelkennlinien werden
durch Parallelschalten von linearen oder nichtlinearen Widerständen, z. B. R, zur
Längsdii.go:-nalen der Brückenschaltung R3, erzielt. Das Verhältnis der Einregelzeit
zur Ausregelzeit ist auch hier vorerst durch das Verhältnis des Aufladewiderstandes
des Gleichrichters G zum Widerstand des Regelstromkreises gegeben. Dieses Verhältnis
überschreitet selten i : ioo. Eine wesentliche' Verbesserung etwa im Verhältnis
der Parallelschaltung von R3 und R5 zu R4 -wird dadurch erzielt, daß man den Widerstand
R4 mit einem Kondensator C2 überbrückt und die Zeitkonstante dieses Gliedes so wählt,
daß sie gleich oder ungefähr gleich der Aufladezeitkonstante des Gleichrichters
für den in Betracht kommenden Amplitudenbereich ist. Man gewinnt dadurch mindestens
den Faktor io, so daß das gewünschte Regelzeitenverhältnis von i : iooo leicht erzielt
wird. Daher kann man den Ladekondensator Cl vergrößern und trotzdem die
ge-
wünschte Einregelzeit von i ms einhalten. Die neue mögliche Vergrößerung
des Kondensators C1 ergibt eine bessere Siebung der Regelgleichspannung, so daß
auch bei tiefen Frequenzen die Restwelligkeit sehr klein wird. Dadurch wird eine
Modulation höherer Frequenzen, an dem nichtlinearen Querwiderstand R3 durch die
Welligkeit der Regelspannung, die zu Verzerrungen führen . würde, sicher vermieden.
In Fig. 2 ist der Verlauf der Regelspannung U,. in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt.
Aus den beiden -Kurven erkennt man die Verkürzung der Einregelzeit bei Überbrückung
des Widerstandes R4 durch den Kondensator C2.
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Die Fig. 3 gibt eine mit einer Anordnung nach Fig. i mögliche Regelkennlinie
wieder. Es tritt eine Begrenzung über einen Bereich von etwa, io db ein, dann beginnt
die Ausgangsspannung langsam wieder anzusteigen.
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Die Fig. q gibt eine Regelkennlinie wieder, die zur Kompression geeignet
ist. Hierbei gibt es.viele Variationsmöglichkeiten durch Anwendung mehrerer nichtlinearer
Widerstände. Diese können dem nichtlinearen Querwiderstand dies Wechselspannungsteilers
parallel geschaltet sein. Alle diese Querwiderstände werden von ein und demselben
Gleichrichter mit einer Gleichspannung bzw. einem Gleichstrom oder durch denselben
Gleichrtichte.r mit verschiedenen Gleichspannungen oder -strömen oder durch verschiedene
Gleichrichter mit verschiedenen Gleichspannungen oder -strömen gesteuert.
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Bei einer Begrenzer- oder Kompressionsanordnung etwa nach Fig. i kann
man unter Umständen auf einen hochwertigen. Aussteuerungsmesser verzichten, da auch
kurzzeitige Spitzen heruntergeregelt werden und so eine Übersteuerung des nachfolgenden
Netzwerkes vermieden wird. In solchen Fällen genügt daher die Anzeige mit einem
ballistisch geeichten Instrument, das im Regelstromkreis liegt und eine Beurteilung
des Eingangspegels ermöglicht.