DE1218014B

DE1218014B - Circuit for automatic dynamic compression of electrical signals

Info

Publication number: DE1218014B
Application number: DES76119A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Griese
Original assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1961-10-02
Filing date: 1961-10-02
Publication date: 1966-06-02

Description

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.Circuit for automatic dynamic compression of electrical signals It is known in transmission devices for the transmission of frequency-modulated signals to use automatic dynamic controls. With these measures, the frequency deviation be limited to a certain maximum amount. For addressing such Regulation, very small time constants - of the order of 1 mS - are required during the settling time of the control is set to a few 100 mS or even a few seconds will. The extremely small settling time constants require a relatively high power efficiency of the amplifier from which the control voltage is taken. This fact is very disadvantageous when using battery-powered devices. It means that the battery has drawn a relatively large amount of direct current power must become.

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.It is also known, a pure amplitude cap from a certain To undertake maximum amount. Circuits of this type are very disadvantageous due to the resulting large non-linear distortions.

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.Another known circuit uses a heptode as an amplifier tube. The signal to be amplified is fed to the first control grid at the same time is connected to two oppositely connected, reverse-biased diodes. As soon the voltage to be boosted exceeds a certain value, the diodes conductive, and a control voltage derived from the diode current controls the second control grid the heptode in such a way that a reduction in the gain in the sense of a Dynamic compression occurs. This, too, in forward control using Known circuit for dynamic range compression that operates limiter currents requires non-linear ones Distortions.

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.The disadvantages of these known circuits are related to the circuit largely avoided according to the invention. The invention is based on the idea in the case of sudden, very large amplitudes, initially in a manner known per se by means of an amplitude capping the exceeding of a defined output level of the Safe to prevent amplifier. Because this clipping is very strong nonlinear If the result is distortion, the clipping should be limited to a very short time will. In the circuit according to the invention, therefore, when using the cutting process the mode of operation very briefly in a normal dynamic compression in the form of a Reverse control converted. The circuit works in two time segments. When a dynamic peak occurs suddenly, as already described, a short-term cut-off with corresponding non-linear distortions. Of the The resulting cut-off direct current charges capacitors with a small time constant on. The DC voltage applied to them is used for reverse regulation Art. After the short-term cut-off, the dynamic limitation is therefore regulated over, which is almost free from nonlinear distortion. It prevents another Cut off and thus the long-term occurrence of strong non-linear distortions. A circuit according to the invention also has a very low cost of circuit means and a very low amplifier power requirement.

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.The invention thus relates to a circuit for automatic Dynamic compression of electrical signals with an amplifier and an amplitude limiter with diodes at the output of the amplifier. Such circuits are for example Used in those places where the amplitudes of low frequency signals fluctuate greatly frequency-modulated transmitter are supplied, the frequency deviation of which is controlled by the control should not exceed a certain amount. The special thing about the invention is characterized in that the limiter currents originating from the limiter circuit serve to reduce the gain in the sense of a backward regulation to achieve.

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.An embodiment of the invention in which, in series with the or the for each half-wave of the signals provided diodes of the amplitude limiter Charging capacitor is connected, which the direct current power supplied by the diode or diodes stores, is characterized in that the points connected to the diodes the charging capacitors are connected to one another via a resistor and this Resistance bridged by two diodes connected in series in their forward direction is, each in series with the associated charging capacitor at the input of the amplifier and their differential forward resistance due to the voltage on the charging capacitor is regulated.

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.The A b b. 1 to 3 are intended to explain the invention. In the circuit according to A b b. 1, 1 denotes an audio frequency voltage source, for example a microphone. It supplies audio frequency voltages that vary greatly in amplitude. The source resistance of this audio voltage source is denoted by 2. In this exemplary embodiment, the audio voltage source is connected to the input terminals 4 and 5 of an amplifier 6 via the coupling capacitor 3. The output terminals of this amplifier are labeled 7 and 8. From the starting point 7, for example, two clipping diodes 10 and 11 are placed in series with the capacitors 12 and 13 parallel to the starting points 7 and 8 via the capacitor 9.

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.A b b. 2 shows a schematic example of the characteristics of the diodes 10 and 11. The limiter effect begins at the voltage Ui. By the limiter current 1, the charging capacitors 12 and 13 in the circuit according to A bb: 1 in the polarity that results from the forward direction of the diodes 10 and 11 are charged. The amplitudes exceeding the amount U1 are cut off. The direct current power obtained in this way is stored in the capacitors 12 and 13. The points of the capacitors 12 and 13 located at the diodes 10 and 11 are connected to one another by means of the resistor 16. The control diodes 14 and 15 are parallel to this resistor. They are connected in series in their forward direction. Furthermore, their polarity is placed in the circuit in such a way that when charging voltages are present on the capacitors 12 and 13, a current flows through the diodes 14 and 15. This shifts your working point.

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.A b b. 3 shows schematically the characteristic of such a control diode. It shows that the characteristic curve, for example at point A, has a high (angle aA) and at point B has a small differential forward resistance (angle aB). He is proportional to the ctg of the angle a. With small amplitudes at points 7 and 8 there is no regulation. For a brief loud signal, for example at the letter a in the word "have", its peaks are first rectified by the rectifiers 10 and 11 cut off. At the same time the diodes 14 and 15 are connected to the capacitors 12 and 13 standing voltages conductive. By dividing the voltage between the source resistor 2 of the voltage source and the differential volume resistance of the diodes 14 and 15 reverse regulation occurs as long as these diodes are draining current the capacitors 12 and 13 lead. By appropriately dimensioning the capacitors 3, 12, 13 can provide an almost frequency-independent reverse control in the required Frequency band can be achieved.

Claims

Claims: 1. Circuit for automatic dynamic compression electrical signals with an amplifier and an amplitude limiter with diodes at the output of the amplifier, d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that the from the limiter circuit resulting limiter currents serve in the sense of a Backward regulation to achieve a reduction in gain.

2. A circuit according to claim 1, in which a charging capacitor is connected in series with the diode or diodes of the amplitude limiter provided for each half-wave of the signals and stores the direct current power supplied by the diode or diodes, characterized in that the diodes ( 10, 11) connected points of the charging capacitors (12, 13) are connected to one another via a resistor (16) and this resistor is bridged by two diodes (14, 15) connected in series in their forward direction, each in series with the associated charging capacitor (12, 13) are at the input of the amplifier (6) and its differential forward resistance is controlled by the voltage on the charging capacitor. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1108 741; U.S. Patent No. 2,849,546; Journal: »QST«, October 1954, pp. 27 to 29, 119,120.