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Schaltung zur automatischen Dynamikkompression elektrischer Signale
Es ist bekannt, in Sendeeinrichtungen für die Ausstrahlung frequenzmodulierter Signale
automatische Dynamikregulierungen zu -benutzen. Durch diese Maßnahmen soll der Frequenzhub
auf einen bestimmten Maximalbetrag begrenzt werden. Für das Ansprechen einer solchen
Regelung werden sehr kleine Zeitkonstanten - Größenordnung 1 mS -benötigt, während
die Ausschwingzeit der Regelung auf einige 100 mS oder sogar einige Sekunden- festgelegt
wird. Die extrem kleinen Einschwingzeitkonstanten bedingen eine verhältnismäßig
große Leistungsergiebigkeit des Verstärkers, dem die Regelspannung entnommen wird.
Dieser Umstand ist bei der Verwendung batteriegespeister Geräte sehr nachteilig.
Er bedeutet, daß der Batterie eine verhältnismäßig große Gleichstromleistung entnommen
werden muß.
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Es ist ferner bekannt, eine reine Amplitudenabkappung ab einem bestimmten
Maximalbetrag vorzunehmen. Schaltungen dieser Art sind sehr nachteilig durch die
dabei auftretenden großen nichtlinearen Verzerrungen.
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Eine weitere bekannte Schaltung verwendet eine Heptode als Verstärkerröhre.
Dem ersten Steuergitter wird das zu verstärkende Signal zugeführt, das gleichzeitig
an zwei gegensinnig geschalteten, in Sperrichtung vorgespannten- Dioden liegt. Sobald
die zu verstärkende Spannung einen bestimmten Wert überschreitet, werden die Dioden
leitend, und eine vom Diodenstrom abgeleitete Regelspannung steuert das zweite Steuergitter
der Heptode in der Weise, daß eine Verringerung der Verstärkung im .Sinne einer
Dynamikkompression eintritt. Auch diese, in Vorwärtsregelung unter Ausnutzung von
Begrenzerströmen arbeitende, bekannte Schaltung zur Dynamikkompression bedingt nichtlineare
Verzerrungen.
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Die Nachteile dieser bekannten Schaltungen werden bei der Schaltung
gemäß der Erfindung weitgehend vermieden. Die Erfindung geht von dem Gedanken aus,
bei plötzlichen, sehr großen Amplituden zunächst in an sich bekannter Weise mittels
einer Amplitudenabkappung das Überschreiten eines definierten Ausgangspegels des
Verstärkers sicher zu verhindern. Weil dieses Abkappen aber sehr starke nichtlineare
Verzerrungen zur Folge hat, soll das Abkappen auf eine sehr kurze Zeit beschränkt
werden. In der Schaltung nach der Erfindung wird daher beim Einsatz des Abkappvorganges
die Arbeitsweise sehr kurzzeitig in eine normale Dynamikkompression in Form einer
Rückwärtsregelung umgewandelt. Die Schaltung arbeitet also in zwei Zeitabschnitten.
Beim plötzlichen Auftreten einer Dynamikspitze tritt zunächst, wie bereits beschrieben,
ein kurzzeitiges Abkappen mit entsprechenden nichtlinearen Verzerrungen ein. Der
dabei entstehende Abkappgleichstrom lädt mit kleiner Zeitkonstante Kondensatoren
auf. Die an ihnen stehende Gleichspannung dient zur Rückwärtsregelung bekannter
Art. Nach der kurzzeitigen Abkappung geht die Dynamikbegrenzung also in eine Regelung
über, die fast frei von nichtlinearen Verzerrungen ist. Sie verhindert ein weiteres
Abkappen und damit das langzeitige Auftreten starker nichtlinearer Verzerrungen.
Ein Schaltung nach der Erfindung hat auch einen sehr geringen Aufwand an Schaltungsmitteln
und einen sehr geringen Bedarf an Verstärkerleistung.
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Die Erfindung bezieht sich also auf eine Schaltung zur automatischen
Dynamikkompression elektrischer Signale mit einem Verstärker und einem Amplitudenbegrenzer
mit Dioden am Ausgang des Verstärkers. Derartige Schaltungen werden beispielsweise
an denjenigen Stellen benutzt, wo stark schwankende Amplituden von NF-Signalen einem
frequenzmodulierten Sender zugeführt werden, dessen Frequenzhub durch die Regelung
einen bestimmten Betrag nicht überschreiten soll. Das Besondere der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Begrenzerschaltung herrührenden Begrenzerströme
dazu dienen, im Sinne einer Rückwärtsregelung eine Verringerung der Verstärkung
zu erzielen.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der in, Reihe mit der oder den
für jede Halbwelle der Signale vorgesehenen Dioden des Amplitudenbegrenzers ein
Ladekondensator geschaltet ist, der die von der bzw. den Dioden gelieferte Gleichstromleistung
speichert, ist dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Dioden verbundenen Punkte
der Ladekondensatoren über einen Widerstand miteinander verbunden sind und
dieser
Widerstand durch zwei in ihrer Durchlaßrichtung in Reihe geschaltete Dioden überbrückt
ist, die jeweils in Reihe mit dem zugeordneten Ladekondensator am Eingang des Verstärkers
liegen und deren differentieller Durchlaßwiderstand durch die Spannung am Ladekondensator
geregelt wird.
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Die A b b. 1 bis 3 sollen die Erfindung erläutern. In der Schaltung
gemäß A b b. 1 ist mit 1 eine Tonfrequenzspannungsquelle, beispielsweise ein Mikrofon
bezeichnet. Es liefert in der Amplitude stark schwankende Tonfrequenzspannungen.
Der Quellwiderstand dieser Tonspannungsquelle ist mit 2 bezeichnet. Die Tonspannungsquelle
ist in diesem Ausführungsbeispiel über den Ankopplungskondensator 3 an die Eingangsklemmen
4 und 5 eines Verstärkers 6 gelegt. Die Ausgangsklemmen dieses Verstärkers sind
mit 7 und 8 bezeichnet. Vom Ausgangspunkt 7 sind beispielsweise über den Kondensator
9 zwei Abkappdioden 10 und 11 in Reihe mit den Kondensatoren
12 und 13 parallel zu den Ausgangspunkten 7 und 8
gelegt.
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A b b. 2 zeigt ein schematisiertes Beispiel für die Kennlinien der
Dioden 10 und 11. Bei der Spannung Ui beginnt die Begrenzerwirkung. Durch den Begrenzerstrom
1 werden die Ladekondensatoren 12 und 13 in der .Schaltung nach A b b:1 in der Polarität,
die sich aus der Durchlaßrichtung der Dioden 10 und 11 ergibt, aufgeladen.
Die den Betrag U1 überschreitenden Amplituden werden abgekappt. Die dabei gewonnene
Gleichstromleistung wird in den Kondensatoren 12 und 13 gespeichert. Die an den
Dioden 10 und 11 liegenden Punkte der Kondensatoren 12 und
13 sind mittels des Widerstandes 16
miteinander verbunden. Parallel
zu diesem Widerstand liegen die Regeldioden 14 und 15. Sie sind in ihrer Durchlaßrichtung
in Reihe geschaltet. Ferner sind sie in ihrer Polung so in die Schaltung gelegt,
daß bei Vorliegen von' Ladespannungen an den Kondensatoren 12 und 13 ein Strom über
die Dioden 14 und 15 fließt. Hierdurch wird ihr Arbeitspunkt verschoben.
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A b b. 3 zeigt schematisch die Kennlinie einer derartigen Regeldiode.
Sie zeigt, daß die Kennlinie beispielsweise im Punkt A einen hohen (Winkel aA) und
im Punkt B einen kleinen differentiellen Durchlaßwiderstand (Winkel aB) hat. Er
ist proportional dem ctg des Winkels a. Bei kleinen Amplituden an den Punkten 7
und 8 findet keine Regelung statt. Bei einem kurzzeitigen lauten Signal, beispielsweise
bei dem Buchstaben a im Wort »haben«, werden seine Spitzen zunächst durch die Gleichrichter
10 und 11 abgekappt. Gleichzeitig werden die Dioden 14 und 15 durch die an den Kondensatoren
12 und 13 stehenden Spannungen leitend. Durch Spannungsteilung zwischen dem Quellwiderstand
2 der Spannungsquelle und dem differentiellen Durchgangswiderstand der Dioden 14
und 15 tritt so lange eine Rückwärtsregelung ein, wie diese Dioden einen Strom aus
den Kondensatoren 12 und 13 führen. Durch entsprechende Bemessung der Kondensatoren
3, 12,13 kann eine fast frequenzunabhängige Rückwärtsregelung in dem geforderten
Frequenzband erzielt werden.