Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 30.10.1973 Opis patentowy opublikowano: 14.07.1975 78755 KI. 21a2,18/07 MKP H03g 3/20 iilLlOTEKAJ Twórcawynalazku: Aleksander Metchev Uprawniony z patentu tymczasowego: Centralny Osrodek Badawczo-Rozwojowy Radia i Telewizji, Warszawa (Polska) Elektroniczny uklad automatycznego regulatora poziomu sygnalów elektroakustycznych Przedmiotem wynalazku jest elektroniczny uklad automatycznego regulatora poziomu sygnalów elektro¬ akustycznych, przeznaczony do stosowania zwlaszcza w profesjonalnej aparaturze elektroakustycznej.Znane sa uklady automatycznej regulacji poziomu sygnalów elektroakustycznych wyposazone w obwód ujemnego sprzezenia zwrotnego, laczacy wyjscie ukladu z tlumikiem sterowanym wlaczonym na wejscie ukladu regulacji, zbudowane zwykle na dyskretnych elementach pólprzewodnikowych. W ukladzie tlumika role elemen¬ tu o sterowanej rezystancji spelniaja diody pólprzewodnikowe, tranzystory bipolarne lub fotorezystory.Wadami tego typu ukladów sa: maly zakres regulacji poziomu sygnalów elektroakustycznych duze znieksztalcenia, male dopuszczalne amplitudy sygnalu na elemencie regulacji oraz znaczna bezwladnosc ukladu w przypadku stosowania fotorezystora. Ponadto zastosowanie diod pólprzewodnikowyeh, tranzystorów bipolar¬ nych i fotorezystorów, jako elementów o sterowanej rezystancji wiaze sie z szeregiem dodatkowych trudnosci zwiazanych z techniczna realizacja ukladu regulacji, takich jak: stabilizacja punktu pracy, doprowadzenie sygnalu zmiennego na element o sterowanej rezystancji, kompensacja samoistnego napiecia polaryzacji elementu.Znane sa równiez uklady automatycznej regulacji poziomu sygnalów elektroakustycznych zbudowane na dyskretnych elementach pólprzewodnikowych z wykorzystaniem tranzystora polowego jako elementu o sterowa¬ nej rezystancji.Wadami znanych ukladów automatycznej regulacji poziomu, zbudowanych na dyskretnych elementach pólprzewodnikowych z wykorzystaniem tranzystora polowego, sa trudnosci w wysterowaniu tranzystora polowe¬ go i w uzyskaniu dowolnych stalych czasowych reakcji ukladu, trudnosci w ustawieniu i kompensacji termicznej wartosci progowej zadzialania ukladu oraz koniecznosc uzycia duzej liczby elementów czynnych i biernych do budowy ukladu.Zadaniem wynalazku jest usuniecie wad znanych rozwiazan ukladowych automatycznego regulatora poziomu sygnalów elektroakustycznych i opracowanie takiego ukladu automatycznego regulatora poziomu, który zapewni szeroki i dowolnie ustawiany zakres wysterowania tranzystora polowego spelniajacego role elementu o sterowanej rezystancji, ponadto zapewni mozliwosc uzycia tranzystora polowego o kazdym typie przewodnosci kanalu i technologii wytwarzania, latwosc uzyskania dowolnych w praktyce wartosci stalych2 78 755 czasowych reakcji i progu zadzialania ukladu oraz pozwoli znacznie zredukowac liczbe elementów czynnych i biernych koniecznych do budowy ukladu, zapewniajac jednoczesnie stabilnosc punktu pracy w funkcji zmiany warunków otoczenia.Zadanie to, wedlug wynalazku, zostalo rozwiazane przez zbudowanie ukladu wysterowania tranzystora polowego, jak równiez pozostalych czlonów ukladu, na scalonych wzmacniaczach operacyjnych, wyposazonych w odpowiednie obwody sprzezenia zwrotnego i obwody umozliwiajace dowolne ustawienie wartosci stalych czasowych reakcji i progu zadzialania ukladu.Istota wynalazku polega na tym, ze uklad automatycznego regulatora poziomu sygnalów elektroakustycz¬ nych sklada sie z napieciowo sterowanego tlumika, zbudowanego z opornika i tranzystora polowego polaczone¬ go z operacyjnym wzmacniaczem sygnalów w torze glównym, oraz z petli ujemnego sprzezenia zwrotnego, laczacej wyjscie ukladu regulatora z bramka tranzystora polowego w celu przeciwdzialania zmianom poziomu sygnalu wprowadzonego na wejscie ukladu regulatora. Petla ujemnego sprzezenia zwrotnego sklada sie z ukladu pelnookresowego beztransformatorowego prostownika — wzmacnicza operacyjnego, z ukladu wzmacniacza ope¬ racyjnego wartosci ponadprogowej, oraz z czlonu warunkujacego stale czasowe reakcji ukladu i zakres wystero¬ wania tranzystora polowego.Zaleta ukladu, wedlug wynalazku, jest duzy i dowolnie ustawiany zakres wysterowania tranzystora polowego jako elementu o sterowanej rezystancji, mozliwosc zastosowania tranzystorów polowych o kazdym typie przewodnosci kanalu i technologii wytwarzania, mozliwosc uzyskania dowolnych w praktyce wartosci stalych czasowych reakcji i progu zadzialania ukladu, wysoka stabilnosc poziomu wyjsciowego dla zmian poziomu sygnalów wejsciowych w bardzo szerokim zakresie, jak równiez wykorzystanie malej ilosci elementów do zbudowania ukladu.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat elektronicznego ukladu .automatycznego regulatora poziomu sygnalów elektroakustycznych. Uklad wedlug wynalazku, sklada sie ze sterowanego dzielnika napiecia i z operacyjnego wzmacniacza W1 sygnalów elektro¬ akustycznych w torze glównym, oraz z petli ujemnego sprzezenia zwrotnego. Sterowany dzielnik napiecia sklada sie z opornika Rt i tranzystora polowego Tt o kanale typu P. Wyjscie dzielnika jest polaczone z nieod- wracajacym faze wejsciem wzmacniacza W]. Odwracajace faze wejscie tego wzmacniacza zablokowane jest opornikiem R3 i poprzez opornik R2 jest polaczone ze wspólnym wyjsciem wzmacniacza Wt. Wzmocnienie wzmacniacza \NX jest zatem okreslone przez stosunek opornosci R2/Ri* Uzyskana opornosc wejsciowa dla wejscia nieodwracajacego faze wzmacniacza Wj jest bardzo duza, a tym samym dzielnik napieciowy dolaczony do wejscia ukladu nie jest obciazany przez te opornosc. Tranzystor polowy Tlt spelniajacy role elementu o sterowanej rezystancji w dzielniku napieciowym, sterowany jest za pomoca napiecia wyjsciowego U2 wzmac¬ niacza Wj. Napiecie to jest podawane za posrednictwem petli ujemnego sprzezenia zwrotnego, laczacej wyjscie wzmacniacza \NX z bramka tranzystora polowego Tx. Petla sprzezenia zwrotnego sklada sie z dwóch wzmacnia¬ czy operacyjnych W2 i W3 o odpowiednio dobranym wzmocnieniu. Wejscie odwracajace faze pierwszego wzmac¬ niacza W2 petli jest polaczone z wyjsciem wzmacniacza W, poprzez szeregowe polaczenie diody D, i oporników R4 i R5, natomiast wejscie nieodwracajace faze tego wzmacniacza jest polaczone z wyjsciem wzmacniacza Wt poprzez diode D2 i oporniki R6 i R7. Diody Dt i D2 oraz oporniki R4, R5, R6 i R7 tworza pelnookresowy uklad prostownika, wskutek czego na odwracajace faze wejscie wzmacniacza W2 jest podawana tylko czesc ujemna okresu sygnalu wyjsciowego U2, a na wejscie nieodwracajace faze podawana jest dodatnia czesc okresu sygnalu wyjsciowego. Wejscie odwracajace faze wzmacniacza W2 jest polaczone poprzez szeregowe polaczenie diody D.3 i opornika R8 z jego wyjsciem, co zapewnia liniowosc prostowania dla calego okresu sygnalu U2 na wyjsciu wzmacniacza Wt i wymagane wzmocnienie stopnia wzmacniacza W2. Wzmocnienie to okreslone jest przez stosunek opornosci oporników fta/R5.Jak zaznaczono na schemacie, napiecie wyjsciowe U2 wzmacniacza W,, przez podanie na wejscie odwraca¬ jace faze wzmacniacza W2 ujemnego pólokresu napiecia wyjsciowego, a na wejscie nieodwracajace faze pólokre- su dodatniego, pwoduje powstanie na wejsciu wzmacniacza W2 wzmocnionego napiecia o tym samym znaku dla calego okresu napiecia zmiennego U2, co oznacza, ze stopien ten spelnia funkcje pelnookresowego beztransfor¬ matorowego prostownika oraz wzmacniacza sygnalów wyprostowanych.Napiecie wyjsciowe Uwy2 wzmacniacza W2 poprzez opornik R9 jest podawane na wejscie odwracajace faze wzmacniacza W3 petli sprzezenia zwrotnego. Wzmacniacz ten pracuje w ukladzie wzmacniacza wartosci ponad¬ progowej, to znaczy wzmacnia tylko chwilowe wartosci sygnalu wyprostowanego przewyzszajace okreslony próg.Wejscie odwracajace faze wzmacniacza W3 jest polaczone poprzez opornik R11 z wyjsciem tego wzmacnia¬ cza, przy czym stosunek opornosci oporników R11 /R9 okresla wzmocnienie tego stopnia.Do wejscia nieodwracajacego faze wzmacniacza W3, poprzez opornik regulowany R10 i termistor Rt678 755 3 doprowadzone jest napiecie Up, okreslajace wartosc napiecia progu wzmacniacza W? oraz wartosc potencjalu stalopradowego na wyjsciu tego wzmacniacza, wskutek czego doprowadzone na wejscie tego wzmacniacza napiecia sygnalów, o wartosci szczytowej mniejszej od napiecia progowego Up nie sa wzmacniane. Natomiast napiecia wejsciowe tego stopnia o wartosciach chwilowych przewyzszajacych wartosc napiecia progowego sa wzmacniane i poprzez oporniki Ri2, Rm* ris kondensator Cx oraz diode D5 sa doprowadzane do bramki tranzystora polowego Ttf w celu przeciwdzialania wzrostowi poziomu sygnalów wyjsciowych U2 ponad wartosc ustalonego poziomu nominalnego napiecia wyjsciowego Unom ukladu automatycznej regulacji* Kondensator Ct, dolaczony do wspólnego punktu polaczenia oporników R14, R15 i diody D5 oraz do punktu wspólnego ukladu, tworzy z opornikami R12 iRm filtr doInoprzepustowy, eliminujacy skladowe wyzszego rzedu sygnalu doprowadzanego do bramki tranzystora Tt. Równoczesnie kondensator Ct wraz z opornikami R12, Rm i opornoscia diody D5 w kierunku przepustowym, okresla szybkosc, reakcji ukladu regulacji na doprowadzone sygnaly wejsciowe o poziomach przewyzszajacych ustalony poziom nominalny.Napiecie wyjsciowe Uwy3 wzmacniacza W3 dla przypadku braku sygnalu na wyjsciu ukladu regulacji jest tak dobrane, ze odpowiada napieciu odciecia tranzystora polowego Tj. Wskutek tego, tlumienie dzielnika napieciowego skladajacego sie z opornika Rt i opornosci wejsciowej tranzystora polowego Tt jest pomijalnie male.Jezeli na wejscie ukladu automatycznej regulacji poziomu wedlug wynalazku, zostanie przylozony sygnal o amplitudzie Ut, a na wyjsciu ukladu uzyska sie odpowiednio wzmocniona amplitude sygnalu U2 = Kwi XU1# która przewyzsza wartosc ustalonego poziomu sygnalów wyjsciowych Unon), wtedy napiecie na wyjsciu wzmacniacza W3 spada ponizej ustalonej wartosci napiecia Uwy3 = Up i powoduje rozladowanie sie kondensatora C, poprzez opornik R12 i diode D5. Stala czasu rozladowania sie kondensatora Cj jest okreslona przez opornosc diody D5 w kierunku przepustowym Rjy$, przez opornosc wyjsciowa Rwy3 wzmacniacza W3, opornik R12 oraz kondensator Cj i wynosi rz " C,(Rd5 + R12 + Rwy3. Stala ta, wedlug wynalazku, okresla szybkosc reakcji ukladu regulacji poziomu na przylozony na jego wejscie sygnal o amplitudzie przewyzszajacej ustalony nominalny poziom szczytowy sygnalów elektroakustycznych. Im mniejsza jest stala czasu rozladowa¬ nia kondensatora Clf tym szybciej zmniejsza sie napiecie na kondensatorze C,, a tym samym zmienia sie napiecie wysterowania bramki tranzystora polowego T, i jego opornosci zródlo-dren, ustalajac wartosc tlumie¬ nia na wejsciu ukladu dla zapewnienia stabilizacji poziomu sygnalów elektroakustycznych na wyjsciuukladu regulacji.Jezeli doprowadzony na wejscie ukladu regulacji sygnal zostanie odlaczony, wówczas napiecie wyjsciowe wzmacniacza W3 osiaga natychmiast wartosc Uwy3 = Up i kondensator C{ ladowany jest ponownie poprzez oporniki R12 i Rm do ustalonej na wyjsciu wzmacniacza W3 wartosci napiecia. Stala ladowania kondensatora Cj okreslona jest przez wartosc opornosci oporników R12 i R!4 oraz opornosc wyjsciowa wzmacniacza W3 i wynosi rp = Ct(R12 + R14 + Rwy3. Stala ta okresla czas ponownego ustalenia sie wartosci napiecia na kondensatorze Ct do wartosci Uq\ = Up, a tym samym czas powrotu wzmocnienia ukladu regulacji wtórze glównym do wzmocnienia poczatkowego, które odpowiada odcieciu tranzystora polowego Tt.W celu okreslenia minimalnej wartosci napiecia wysterowania bramki tranzystora polowego Tlr punkt wspólny oporników R12 iR14 dolaczony jest poprzez diode D4 do potencjometrycznego wyprowadzenia opornika Rt 3. Tym samym, minimalne napiecie rozladowania kondensatora Ct, doprowadzone poprzez opornik R|S na bramke tranzystora polowego T,, jest ograniczone do wartosci napiecia Um, wystepujacego na wyprowadzeniu potencjometrycznym opornika R13. Ustawienie odpowiedniej wartosci napiecia minimalnego Um wysterowania bramki tranzystora polowego Tx pozwala dostosowac zakres wysterowania zarówno dla polowych tranzystorów zalaczowych, jak i dla tranzystorów z izolowana bramka.W przypadku zastosowania tranzystora o kanale typu N, w ukladzie sterowanego tlumika, do ustawienia wymaganego znaku i zakresu napiec wystarczy zamienic koncówki diod Dj, D2, D3, D4, D5 i ustawic odpowied¬ nie wartosci napiec Up i Um za pomoca oporników regulowanych R10 i R, 3.W celu zapewnienia skutecznej kompensacji zmian poziomu sygnalu wyjsciowego wskutek termicznych zmian parametrów tranzystora polowego Tt i pozostalych elementów ukladu, w szereg z opornikiem regulowa¬ nym Ri0 jest wlaczony termistor R16. PL PL