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Amplitudenbegrenzerschaltung mit Dioden Die Erfindung bezieht sich
auf eine Amplitudenbegrenzerschaltung mit Dioden, an die jeweils in Sperrichtung
eine der Einstellung des Begrenzungspegels dienende Vorspannung angelegt ist, die
zum Teil durch Gleichrichtung des zugeführten Signals mittels weiterer der Schaltung
zugeordneter Dioden erzeugt wird.
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Bei der in der F i g. 1 gezeigten bekannten Amplitudenbegrenzerschaltung
wird die Eigenschaft der Diode in der Durchlaßrichtung benutzt. In bekannter Weise
ist ein Amplitudenschwankungen unterworfener Generator G über einen Widerstand Rg,
der auch sein Innenwiderstand sein kann, an den Begrenzer angeschaltet, der aus
zwei antiparallelgeschalteten Dioden Dl und D2 besteht. Dem Begrenzer folgt ein
Verbraucher, dargestellt durch den Lastwiderstand Rl.
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In dieser Schaltung wird der Pegel, bei dem die Amplitudenbegrenzung
stattfindet, durch die Eigenschaften der Dioden Dl und D2 in der Durchlaßrichtung
bestimmt. Es ist bekannt, zur Änderung dieses Pegelwertes oder zur Versteilerung
der Kennlinie der Amplitudenbegrenzung die in der F i g. 2 gezeigte, mit den Batterien
Yb versehene Vorspannungsschaltung zu verwenden. Da es aber nicht praktisch ist,
die Vorspannung mittels zweier Batterien zu erzeugen, wird meist die in der F i
g. 3 gezeigte Schaltung angewendet, bei der durch die Gleichstromquelle E ein Spannungsabfall
Vb an jedem der Widerstände Rb hervorgerufen wird, der als Vorspannung für die Dioden
dient. Mit der Gleichstromquelle E ist ein Widerstand RS in Reihe geschaltet.
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Da aber bei dieser Schaltung die ziemlich hochohmigen Widerstände
Rb zu den Dioden in Reihe geschaltet sind, ist es schwierig, die Kennlinie der Amplitudenbegrenzung
steil zu machen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird daher die Schaltung nach
der F i g. 3 oft in die in der F i g. 4 gezeigte Schaltung umgewandelt.
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Die Schaltung nach der F i g. 4 stellt eine Brückenschaltung dar,
bei der dem Generator G mit Innenwiderstand Rg ein Gegentaktübertrager T nachgeschaltet
ist. Die Mittelanzapfung des Gegentaktübertragers liegt am einen Ende des Lastwiderstandes
R, und das andere Ende des Lastwiderstandes R, ist einerseits über einen Widerstand
R an das eine Ende der Gegentaktwicklung und andererseits über eine Begrenzerschaltung
nach F i g. 3 an das andere Ende der Gegentaktwicklung angeschaltet. Durch die Ausbildung
als Brückenschaltung wird eine sehr steile Amplitudenbegrenzungskennlinie erreicht.
Es werden aber unvermeidlich durch den Widerstand R Verluste hervorgerufen. Ferner
ist die Schaltung ziemlich kompliziert. Da in den Schaltungen der F i g. 3 und 4
die Vorspannung Yb von der Spannung der mit dem Netz verbundenen Stromquelle E abhängig
ist, ergibt sich der Nachteil, daß je nach der Schwankung der Netzspannung der Pegel,
bei dem die Amplitudenbegrenzung durchgeführt wird, geändert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obenerwähnten Nachteile
zu vermeiden und eine Amplitudenbegrenzerschaltung zu schaffen, deren Ausbildung
einfach ist und die gegenüber Pegelschwankungen stabilisiert ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Amplitudenbegrenzerschaltung mit Dioden,
an die jeweils in Sperrichtung eine der Einstellung des Begrenzungspegels dienende
Vorspannung angelegt ist, die zum Teil durch Gleichrichtung des zugeführten Signals
mittels weiterer der Schaltung zugeordneter Dioden erzeugt wird, gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß zwei Paare von jeweils mit gleicher Polarität in Serie geschalteten
Dioden antiparallel im Signalkreis liegen und daß der Verbindungspunkt des einen
Paares der in Serie geschalteten Dioden mit dem Verbindungspunkt
des
zweiten Paares von in Serie geschalteten Dioden über einen Widerstand mit einer
Vorspannungsquelle verbunden ist.
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Zur weiteren Versteilerung der Amplitudenbegrenzungskennlinie ist
es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Amplitudenbegrenzerschaltung in einen
Zweig einer Brückenschaltung gelegt ist.
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Zwar ist durch die deutsche Auslegeschrift 1055 052 eine Dämpfungsanordnung
bekannt, bei der parallel zum Eingang und Ausgang eines vorzugsweise leitungssymmetrischen
Vierpols je eine Gleichrichteranordnung in Graetz-Schaltung liegt und bei der die
freien Diagonalen der beiden Gleichrichterschaltungen unmittelbar bzw. über irgendeinen
Schwellwertbildner miteinander verbunden sind. Der aus der eingangs angeordneten
Gleichrichterbrücke abgeleitete Gleichstrom soll dabei die ausgangsseitig angeordnete
Gleichrichterbrücke niederohmig steuern. Dieser Anordnung liegt jedoch, wie ersichtlich,
ein anderes Funktionsprinzip zugrunde als dem Erfindungsgegenstand, was eine komplizierte
Schaltung erfordert. Außerdem könnte mit dieser Schaltung auch nicht der mit der
Erfindung angestrebte steile Verlauf der Amplitudenbegrenzungskennlinie erreicht
werden, da ihr Durchgangswiderstand wegen des zwischengeschalteten Vierpols relativ
hochohmig ist. Die wesentlich einfachere Schaltung nach der Erfindung erfüllt jedoch,
wie aus den später näher erläuterten Diagrammen hervorgeht, besonders die letztgenannten
Forderungen in hohem Maße.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen F i g. 1 bis 4 bekannte Amplitudenbegrenzungsschaltungen,
F i g. 5 und 6 Ausführungsbeispiele nach der Erfindung und F i g. 7 bis 9 Diagramme
zur Erklärung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels der Erfindung nach F i
g. 5.
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Nach der Erfindung kann gemäß F i g. 5 durch eine einfache Schaltung
eine sehr steile Amplitudenkennlinie erreicht werden. Bei dieser Schaltung wird
der Strom von der Spannungsquelle E, der z. B. ohne Zwischenschaltung von Regeleinrichtungen
unmittelbar durch Gleichrichtung aus der Netzspannung gewonnen sein kann, über einen
Widerstand RS den Dioden D3 und D4 zugeführt, die jeweils an Stelle der Widerstände
Rb in der F i g. 3 getreten sind und mit gleicher Stromrichtung wie die Dioden
Dl, D2 mit diesen jeweils in Serie geschaltet sind. Der Strom von der Spannungsquelle
E durchfließt also die beiden Dioden D3, D4 nacheinander und erzeugt an jeder
von ihnen eine Spannung Vb, die als Vorspannung der zur Amplitudenbegrenzung vorgesehenen
Dioden Dl, D2 dient.
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Da in diesem Fall ein Gleichstrom von einigen Milliampere die Dioden
D3, D4 durchfließt, an denen die Vorspannung abfällt, ist die Betriebsimpedanz des
Vierpols auf einige zehn Ohm abgesenkt. Gegenüber der in der F i g. 3 gezeigten
Schaltung, bei der die Vorspannung über Widerstände Rb erzeugt wird, kann somit
eine steilere Amplitudenkennlinie erreicht werden, so daß es nicht erforderlich
ist, die in der F i g. 4 gezeigte komplizierte Brückenschaltung anzuwenden.
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Die erfindungsgemäße Schaltung ist auch verlustarm. Da, wie oben erwähnt
ist, die Schaltung nicht zwingend als Brücke ausgebildet werden muß, weist sie bei
einem so niedrigen Pegel, bei dem eine Amplitudenbegrenzung nicht stattfindet, kaum
Verluste auf.
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Die erfindungsgemäße Schaltung ist nur geringfügig von Spannungsschwankungen
der Vorspannungsquelle E, die aus der Netzspannung gewonnen werden kann, beeinflußt.
Der Änderungsbereich der Klemmenspannung der Dioden D3, D4, die die Vorspannung
führen, ist nämlich, wie in der F i g. 7 gezeigt ist, hinsichtlich einer Änderung
der Netzspannung gepreßt. Folglich wird der Pegel, bei dem die Amplitudenbegrenzung
stattfindet, trotz Änderungen der Netzspannung kaum geändert. Die F i g. 7 zeigt
die Abhängigkeit der Klemmenspannung der Vorspannungsdioden von einer Änderung der
Netzspannung, wobei die Kurve 1 die Diodenkennlinie in Durchlaßrichtung bei Reihenschaltung
zweier Dioden, die Gerade 2 die Belastungslinie des Widerstandes RS bei der Vorspannung
El und die Gerade 3 die Belastungslinie des Widerstandes RS bei der Vorspannung
E2 darstellt. Wenn die Vorspannung von El in E2 geändert wird, so wird ersichtlich
die Klemmenspannung von 2 Vbl nur in 2 Vb2 geändert. Damit ist der zusammengepreßte
Änderungsbereich der Klemmenspannung kleiner, als auf Grund der Änderung der Vorspannung
zu erwarten ist.
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Bei der bekannten Schaltung nach der F i g. 1 ist die Möglichkeit
gegeben, zur Erhöhung des in seiner Amplitude zu begrenzenden Pegels jeweils an
Stelle einer Diode Dl oder D2 deren zwei in Reihe zu schalten. Diese Maßnahme kann
auch bei der erfindungsgemäßen Schaltung vorteilhafterweise vorgenommen werden.
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In der F i g. 8 sind Diodenkennlinien im Durchlaßbereich miteinander
verglichen. Die Kurve 4 zeigt die Kennlinie in Durchlaßrichtung einer einzigen Diode,
die Kurve 5 bei zwei in Reihe geschalteten Dioden und die Kurve 6 im Fall, daß an
eine Diode die Vorspannung Yb angelegt wird, was beim erfindungsgemäßen Beispiel
der Fall ist. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, weist die erfindungsgemäße Schaltung
insbesondere im Anfangsteil der Kennlinie gegenüber bisherigen Schaltungen einen
steileren Kennlinienverlauf auf.
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In der F i g. 9 ist auf der Ordinate der Ausgangspegel U" und auf
der Abszisse der Eingangspegel U" aufgetragen, wobei die Kurve 7 den Fall ohne Vorspannung
und die Kurve 8 den Fall mit Vorspannung darstellt. Aus dieser Figur ist zu entnehmen,
daß der lineare Bereich ohne Anlegen der Vorspannung nur bis a reicht und durch
das Anlegen der Vorspannung bis zu b erweitert werden kann. Andererseits sind die
Ausgangspegel bei hohen Eingangspegeln voneinander kaum verschieden.
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Durch die in der F i g. 6 gezeigte Ausbildung der erfindungsgemäßen
Schaltung als Brücke kann eine noch ausgeprägtere und bessere Kennlinie der Amplitudenbegrenzung
erreicht werden. Die Schaltung nach F i g. 6 entspricht bis auf die Begrenzerschaltung
der Schaltung nach F i g. 4. An der Stelle der dort angewendeten bekannten Begrenzerschaltung
nach F i g. 3 ist jedoch die erfindungsgemäße Begrenzerschaltung nach F i g. 5 getreten.
Der Generator G und der Innenwiderstand Rg werden natürlich in beiden Fällen dann
durch den betreffenden Brückenzweig dargestellt.
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Die Erfindung ist auch auf Schaltungen anwendbar, bei denen mehr als
zwei Dioden, die die Vorspannung liefern oder zur Amplitudenbegrenzung
beitragen,
in Reihe geschaltet werden. Die Dioden können auch zugleich als Gleichrichter Verwendung
finden.