Schaltglied für Verstärker zur Regelung von Wechselspannungen Die
Erfindung befaßt sich mit einem Schaltglied innerhalb eines Verstärkers, dessen
Aufgabe es ist, Wechselspannungen zu begrenzen oder in einer Schaltung mit automatischer
Regelung oder Dynamikregelung auf einen Pegel zu reduzieren. Es kann deshalb auch
als Begrenzungs- oder als Reduzierungsglied angesprochen werden. Hierbei soll unter
Begrenzungsglied ein solches Glied verstanden werden, welches infolge seiner geknickten
Kennlinie eine Selbststeuerung der Wechselspannung bewirkt, während unter Reduzierungsglied
ein Schaltglied verstanden werden soll, das durch eine fremde gesteuerte Hilfsspannung,
die eine Gleich- oder auch Wechselspannung sein kann, in Tätigkeit gesetzt wird.
Hierbei ist die Hilfsspannung groß gegenüber der Signalspannung.Switching element for amplifiers for regulating AC voltages
Invention relates to a switching element within an amplifier, the
The task is to limit alternating voltages or in a circuit with automatic
Control or dynamic control to reduce to one level. It can therefore too
be addressed as a limiting or reducing element. This should be under
Limiting member such a member to be understood, which as a result of its kinked
Characteristic curve causes self-regulation of the alternating voltage, while under reducing element
a switching element is to be understood that is operated by an externally controlled auxiliary voltage,
which can be a direct or alternating voltage, is put into action.
The auxiliary voltage is large compared to the signal voltage.
Die bisher bekannten derartigen Schaltglieder bestehen meist aus zwei
aniparallel geschalteten Gleichrichtern, von denen der eine für die positive Halbwelle,
der andere für die negative Halbwelle wirksam ist. Die Höhe des Spannungspegels
wird meist durch eine Vorspannung an den Dioden eingestellt. Diese Schaltglieder
haben den Nachteil, daß die antiparallel verwendeten Gleichrichter ausgesucht werden
und in ihren Kennlinien sehr gut übereinstimmen müssen, was zeitraubend und teuer
ist.The previously known such switching elements usually consist of two
rectifiers connected in parallel, one of which is for the positive half-wave,
the other is effective for the negative half-wave. The height of the voltage level
is usually set by biasing the diodes. These switching elements
have the disadvantage that the rectifiers used anti-parallel are selected
and have to match their characteristics very well, which is time-consuming and expensive
is.
Die vorliegende Erfindung zeigt einen Spannungsteiler mit einem Schaltglied,
welches aus einem einzigen Halbleiter besteht. Dieser erfindungsgemäße Halbleiter
kann z. B. ein Transistor oder eine Zenerdiode sein, wobei die letztere noch eine
zweite AI-Pille auf der anderen Seite des Si-Körpers besitzt, und bei der die Zuleitungen
nur an den AI-Pillen und nicht am Silizium angeschlossen sind. Beide Anordnungen
entsprechen zwei in Serie geschalteten Dioden mit vollkommen symmetrischem Aufbau.
Transistoren, bei denen der Emitter anders dotiert ist als der Kollektor, haben
keine symmetrische Kennlinie. F i g. 1 zeigt die Kennlinie eines Si-Transistors
gemäß der Erfindung. Die Schaltung als Begrenzer in F i g. 2 geschieht in der bekannten
Weise an die Klemmen einer Wechselspannung, deren Innenwiderstand groß ist gegenüber
dem Widerstand im Durchlaßbereich obiger Kennlinie. Die Schaltung als Reduzierungsglied
ist in F i g. 3 dargestellt. Hier wird die Öffnung des Schaltgliedes durch eine
fremde Wechselspannung höherer Frequenz gesteuert. Die Reduzierung der Verstärkung
oder der abgegebenen Wechselspannung geschieht durch eine Spannungsteilerwirkung,
sobald die Spannung der Hilfsfrequenz größer als die Knickspannung der Kennlinie
wird.The present invention shows a voltage divider with a switching element,
which consists of a single semiconductor. This semiconductor according to the invention
can e.g. B. be a transistor or a Zener diode, the latter still one
second AI pill on the other side of the Si body, and where the leads
connected only to the AI pills and not to the silicon. Both arrangements
correspond to two diodes connected in series with a completely symmetrical structure.
Transistors in which the emitter is doped differently than the collector
no symmetrical characteristic. F i g. 1 shows the characteristic of a Si transistor
according to the invention. The circuit as a limiter in FIG. 2 happens in the known
Way to the terminals of an alternating voltage, the internal resistance of which is large
the resistance in the pass band of the above characteristic curve. The circuit as a reducing element
is in Fig. 3 shown. Here the opening of the switching element is through a
external AC voltage of higher frequency controlled. The reduction in gain
or the output alternating voltage occurs through a voltage divider effect,
as soon as the voltage of the auxiliary frequency is greater than the knee voltage of the characteristic
will.
Der Vorteil dieses Schaltgliedes gemäß der Erfindung besteht neben
dem einfachen Aufbau und dem Fortfall eines zweiten gleichartigen Halbleiters in
der Tatsache, daß ein und dasselbe Halbleiterstück zu zwei Dioden gehört und dadurch
eine wesentlich größere Gewähr für die Kennliniengleichheit gegeben ist.The advantage of this switching element according to the invention is next
the simple structure and the omission of a second semiconductor of the same type in
the fact that one and the same piece of semiconductor belongs to two diodes and thereby
there is a much greater guarantee that the characteristics are identical.
F i g. 3 zeigt ein Beispiel der Verwendung des Schaltgliedes gemäß
der Erfindung, das als Reduzie, rungsglied innerhalb eines Röhrenverstärkers verwendet
worden ist. Die NF-Wechselspannung wird dem Gitter der Röhre 1 zugeführt, die einen
Anodenwiderstand 2 undKathodenwiderstand 3 mit Kondensator 4 besitzt. Über den Kondensator
5 wird die Wechselspannung dem eigentlichen Reduzierungsglied zugeführt, was aus
dem Serienwiderstand 6 und dem als Parallelwiderstand wirkenden Schaltglied 7 gemäß
der Erfindung besteht. Dieses Schaltglied besitzt im Ruhezustand einen sehr hohen
Widerstand und wird durch die über den Transformator 8 zugeführte hochfrequente
Hilfsspannung mehr oder weniger stark geöffnet. Der Kondensator 9 dient zur
Schließung des Kreises für die Hilfs- oder Steuerspannung. Das Verhältnis der Leitfähigkeiten
von 6 und 7 bestimmt die Größe der Spannungsreduzierung und damit die Wechselspannung,
die in der Röhre 10 mit ihrem Anodenwiderstand 11 und ihrer Kathodenkombination
12 weiter verstärkt wird. Die Zuleitung der steuernden Hochfrequenz erfolgt über
die Leitungen 13 und 14.F i g. Fig. 3 shows an example of the use of the switching element according to the invention, which has been used as a reducing element within a tube amplifier. The LF alternating voltage is fed to the grid of the tube 1, which has an anode resistor 2 and a cathode resistor 3 with a capacitor 4. The alternating voltage is fed to the actual reduction element via the capacitor 5, which consists of the series resistor 6 and the switching element 7 according to the invention, which acts as a parallel resistor. This switching element has a very high resistance in the idle state and is opened to a greater or lesser extent by the high-frequency auxiliary voltage supplied via the transformer 8. The capacitor 9 is used to close the circuit for the auxiliary or control voltage. The ratio of the conductivities of 6 and 7 determines the size of the voltage reduction and thus the alternating voltage that is further amplified in the tube 10 with its anode resistor 11 and its cathode combination 12. The control high frequency is fed in via lines 13 and 14.
Anstatt den quer zur Leitungsrichtung geschalteten Transistor mit
einer Hilfsfrequenz zu öffnen, kann man ihn. auch durch eine Gleichspannung UBE
an der Basis steuern. F i g. 4 zeigt die Anordnung des Schaltgliedes als gesteuertes
Reduzierungsglied in einem Transistorverstärker. Hierin sind 15 und 16 die Transistoren
des Verstärkers vor und hinter dem Schaltglied 22. 17 und 18 sind Kollektor- und
Emitterwiderstand
des ersten Transistors. 19 ist der Ernitterwiderstand
des nachfolgenden Transistors. 20 und 21 sind Koppelkondensatoren
zur gleichstromfreien Verbindung sowohl der Transistoren 15 und 16 als auch zur
gleichstromfreien Ankopplung des Transistors 22. Der Basiswiderstand 23 und der
Kondensator 24 bilden zusammen ein Zeitkonstantenglied RC. Durch die Steuerspannung
U5,=U$E wird der innere Widerstand des Transistors 22 geändert. Dieses Schaltglied
eignet sich auch zur automatischen Regelung mittels einer Gleichspannung. F i g.
5 zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung dieses Transistorverstärkers in Abhängigkeit
von der Steuerspannung Us, Der Verlauf dieser Kurve macht das Schaltglied besonders
geeignet zum allmählichen Öffnen eines Verstärkers durch eine RC-Entladung, da der
gekrümmte Verstärkungsanstieg dem anfänglich steilen Spannungsabfall einer Kondensatorentladung
entgegenwirkt und so einen unwillkommenen Schaltstoß im Verstärker vermeidet. F
i g. 6 zeigt den Verstärkungsanstieg bei Benutzung zweier nicht ausgesuchter Dioden
in der bekannten antiparallelen Schaltweise mit einem Schaltstoß durch die RC-Entladung.
Im Gegensatz dazu zeigt F i g. 7 denselben Verstärkungsanstieg unter Verwendung
des Schaltgliedes gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie aus der Kurve F i g. 6 hervorgeht,
ist der Vorteil dieses Schaltgliedes auch dann wirksam, wenn die Steuerung in umgekehrter
Richtung vor sich geht, wenn also eine Abschwächung durch ein RC-Glied geschaltet
werden soll. Besonders bei der Registrierung seismischer Schwingungen, wo jeder
Impuls als Echo gedeutet werden kann, ist die Vermeidung falscher Schaltimpulse
von großer BedeutungInstead of opening the transistor, which is connected across the line direction, with an auxiliary frequency, it can be opened. also control by a DC voltage UBE at the base. F i g. 4 shows the arrangement of the switching element as a controlled reduction element in a transistor amplifier. Here, 15 and 16 are the transistors of the amplifier in front of and behind the switching element 22. 17 and 18 are the collector and emitter resistance of the first transistor. 19 is the emitter resistance of the following transistor. 20 and 21 are coupling capacitors for the DC-free connection of both the transistors 15 and 16 and for the DC-free coupling of the transistor 22. The base resistor 23 and the capacitor 24 together form a time constant element RC. The internal resistance of the transistor 22 is changed by the control voltage U5, = U $ E. This switching element is also suitable for automatic regulation by means of a direct voltage. F i g. 5 shows the course of the output voltage of this transistor amplifier as a function of the control voltage Us.The course of this curve makes the switching element particularly suitable for gradually opening an amplifier through an RC discharge, since the curved gain increase counteracts the initially steep voltage drop of a capacitor discharge and thus an unwelcome one Avoids switching shock in the amplifier. F i g. 6 shows the increase in gain when using two unselected diodes in the known anti-parallel switching mode with a switching surge due to the RC discharge. In contrast, FIG. 7 shows the same gain increase using the switching element according to the present invention. As can be seen from the curve F i g. 6, the advantage of this switching element is also effective when the control proceeds in the opposite direction, i.e. when an attenuation is to be switched by an RC element. Especially when registering seismic oscillations, where every pulse can be interpreted as an echo, avoiding false switching pulses is of great importance