DE2154700A1 - Fernsteuerbarer, elektronischer Differentialwiderstand - Google Patents

Description

I15A7Ö0

A K & Akustische u. Kino-Geräte Gesellschaft m.b.H. 1150 Wien, Nobilegasse 50 (Österreich)

Fernsteuerbarer, elektronischer Differentialwiderstand

Gegenstand der Erfindung ist ein fernsteuerbarer, elektronischer Differentialwiderstand, der aus wenigstens einer Verstärkerstufe und einem Steuerelement besteht.

Derartige Widerstände sollen insbesondere in der professionellen Technik (Studiotechnik, Rundfunk, Fernsehen usw.) die bisher gebräuchlichen Kohleschichtpotentiometer ersetzen, die mit ihrem Schleifkontakt schon bei geringer Verschmutzung oder Abnützung Störungen hervorrufen, die sich als Krach- und Rauschgeräusche bemerkbar machen. Ein weiterer Nachteil der KohleschichtpOtentiometer ist der, daß sie fast ausnahmslos immer in unmittelbarer räumlicher Nähe des zugeordneten Gerätes montiert werden müssen, da sie meistens in störungsempfindlichen Schaltkreisen liegen, die keine langen Leitungen vertragen. Infolgedessen ist auch eine einfache Fernsteuerung mit Kohleschichtpotentiometern als unmittelbares Regelorgan nicht möglich.

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Aus diesen Gründen wurden Versuche unternommen, den regelbaren Kohleschichtwiderstand durch einen regelbaren elektronischen Widerstand zu ersetzen, bei dem ein vom Regelkreis weitgehend entkoppelter, störungsunempfindlicher Steuerkreis eine Regelung des differentieIlen Widerstandes auch über lange Steuerleitungen ohne Schwierigkeiten möglich ist.

Zur Realisierung eines solchen elektronischen Differentialwiderstandes bieten sich verschiedene Möglichkeiten teils mit optoelektronischen, teils mit magnetischen Bauelementen, wie Magnetdioden, teile mit Feldeffekttransistoren, Regeltransistoren u.dgl. an. Als bevorzugtes Bauelement gilt der Feldeffekttransistor, bei dem der differentielle Widerstand zwischen Quelle und Senke in Abhängigkeit von der Gleichspannung an der Torelektrode ausgenützt werden kann.

Der Nachteil, der allen Schaltungen zur Erzeugung eines elektronischen, regelbaren Differentiälwiderstandes jedoch anhaftet, besteht darin, daß entweder der Klirrfaktor oder die Stabilität bzw. die Binstellgenauigkeit den hohen Anforderungen der Studiotechnik nicht entsprechen.

Der erfindungsgemäße, fernsteuerbare, elektronische Differentialwiderstand, bestehend aus einer Verstärkerstufe und einem Steuerelement, weist diese Nachteile nicht auf. Er ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerstufe durch eine Röhre in Anodenbasisschaltung oder einen Transistor in Kollektorgrundschaltung dargestellt ist und das Steuerelement ein Transistor iet, dessen Kollektor wechsel strommäßig mit der Eingangselektrode (Gritter, Basis) der Verstärkerstufe verbunden ist und dessen Emitter mit der Ausgangselektrode (Kathode, Emitter) der Verstärkerstufe in galvanischer Verbindung steht, und dessen Basis-

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elektrode an eine regelbare Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle angeschaltet ist.

Im Falle einer Stromregelung ist die Stromquelle zwischen der Basis des Steuertransistors und der Bezugsleitung angeordnet, wogegen bei einer Spannungsregelung des Steuertransistors die Spannungsquelle zwischen Basis und Emitter liegt. '---'■■

Durch Anordnung zweier erfindungsgemäßer elektronischer Differentialwxderstände in einer Reihenschaltung i kann ein besonders wirksames elektronisches Potentiometer gebildet werden, indem die zu beiden Widerständen gehörenden Strom- bzw. Spannungsquellen gleichzeitig gegensinnig geregelt werden.

Die Vorteile, die die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gegenüber gleichartigen Anordnungen aufweist, sind in erster Linie darin begründet, daß am eigentlichen Steuerelement die Signaldifferenzspannung der Eingangs- und Ausgangsspannung, die bei Kollektorgrundstufen gleichphasig sind, wobei die Ausgangsspannung nur etwas kleiner als die Eingangsspannung ist, liegt. Auf diese Weise wird die Spannung am Steuerelement um zirka. 40 db <

reduziert, wodurch schließlich ein sehr kleiner Klirrfaktor und eine gute Dynamik der Gesamtanordnung erreicht wird.

Ebenso wesentlich wie die vorstehend beschriebene Verzerrungsfreiheit ist bei dem erfindungsgemäßen elektronischen, regelbaren Differentialwiderstand die Tatsache zu werten, daß infolge der Verwendung eines Transistors als Steuerelement gemäß der Erfindung eine praktisch vollkommene, einfache und vor allem billige Art der Trennung zwischen Signal- und Regelkreis erzielt wird.

Die Notwendigkeit einer solchen Trennung ist

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immer dann gegeben, wenn das Frequenzspektrum der Regelstöße innerhalb des Spektrums der Signalfrequenz liegt. Dies ist z.B. in der Studiotechnik, wo Pegeländerungen während der Aufnahme notwendig sind, der lall. Die Forderung nach vollkommener Trennung der "beiden Kreise ist daher eine unabdingbare Voraussetzung an jeden, in hochwertigen, professionellen Anlagen eingesetzten, regelbaren elektronischen Widerstand.

■ An Stelle des Transietors könnte beispielsweise auch der mittels einer Gleichvorspannung veränderbare Widerstand einer Diode ausgenützt werden, doch ist damit eine Trennung von Steuer- und Signalkreis nicht möglich, weil jede rasche Veränderung der Gleichvorspannung ein Signal am Eingang der Verstärkerstufe bewirken würde.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung zu entnehmen, in der ' Fig.1 die Schaltung eines/ erfindungsgemäßen elektronischen Widerstandes mit Steuerung aus einer Stromquelle,

Fig.2 mit Steuerung aus einer Spannungsquelle zeigen, Fig.3 ein Kennlinienfeld zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung darstellt, und

Fig.4 die Zusammenschaltung zweier erfindungsgemäßer elektronischer Differentialwiderstände zu einem elektronischen Potentiometer.

Wie bereits eingangs erwähnt wurde, besteht der erfindungsgemäße elektronische Differentialwiderstand aus einer Verstärkerstufe und einem Steuerelement. Die Verstärkerstufe ist bei Verwendung einer Röhre als Kathodenfolgestufe geschaltet, die auch als Anodenbasisschaltung bezeichnet wird. Analog dazu ist bei Verwendung eines Transistors in der Verstärkerstufe dieser in Kollektor-

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grundschaltung betrieben. Beiden Schaltungen ist ein relativ hoher Eingangswiderstand und ein relativ niederer Ausgangswiderstand gemeinsam. Die Verstärkung ist in "beiden Fällen stets kleiner als 1 . Die in den Figuren der Zeichnung dargestellten Schaltungsbeispiele zeigen nur solche Ausführungsbeispiele, die ausschließlich mit Transistoren ausgerüstet sind. Von der Darstellung einer Schaltung mit Verstärkerröhre wurde Abstand genommen, da es für den Fachmann ein leichtes ist, an Stelle der Kollektorgrundschaltung in der erfindungsgemäßen Anordnung die analoge Anodenbasisschaltung anzuwenden und zu dimensionieren.

Der in den Fig. 1 und 2 mit T₁ bezeichnete Transistor arbeitet in Kollektorgrundschaltung, was eine Reduzierung der Signalspannung am eigentlichen Steuerelement um zirka 40 db - entsprechend den Dimensionierungen des Arbeitswiderstandes R, und des gewählten Transistors entspricht.

Zur Einstellung des Arbeitspunktes ist der aus den Widerständen R₁, R₂ gebildete Spannungsteiler vorgesehen, an dessen Abgriff die Basis B₁ des Transistors T₁ liegt. Zweckmäßigerweise wird man den Spannungsteiler möglichst hochohmig dimensionieren, um den Eingangswiderstand R- der Schaltungsanordnung nicht allzusehr herabzusetzen. Da es sich um eine Kollektorgfundschaltung handelt, ist der Kollektor K₁ des Transistors T₁ direkt mit der Spannungsquelle V^ verbunden. Der das Steuerelement darstellende Transistor Tp ist mit seinem Emitter E₂ direkt mit dem Emitter E₁ des Transistors T₁ verbunden, dessen Basis B₁ über einen Kondensator O₁ wechselstrommäßig mit dem Kollektor K₂ des Steuertransistors T₂ zusammengeschaltet ist. Der Kondensator O₁ muß so dimensioniert sein, daß seine Impedanz klein gegenüber dem kleinsten eingestellten Differentialwiderstand de* Steuertransistors T₂ zwischen Kollektor K₂ und Emitter E« ist.

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Zur Steuerung des Transistors Tp ^Vin^^L damit des erfindungsgemäßen elektronischen Widerstandes bestehen, wie bereits erwähnt, zwei Möglichkeiten. Bei der in Hg. dargestellten Schaltungsanordnung erfolgt die Regelung durch Veränderung des Stromes, der über die Basis· B^ des Steuertransistors Tp fließt. Zu diesem Zwecke liögt die Basis Bp über eine regelbare Stromquelle I^ an der Bezugsleitung.

Bei der in Pig.2 gezeigten Schaltungsanordnung handelt es sich hingegen um eine Spannungssteuerung, bei welcher eine regelbare Spannungsquelle IL, unmittelbar an die Basis-Emitterstrecke B₂-Ep des Steuertransistors Tp angeschaltet ist.

Beide Schaltungsvarianten sind einander technisch gleichwertig. In der Praxis wird man allerdings der in Fig.1 dargestellten Stromsteuerung den Vorzug geben, da ein Pol der Stromquelle direkt an Masse (Bezugsleitung) gelegt werden kann, was bei der Spannungssteuerung nicht möglich ist.

Die Notwendigkeit, in einem Falle eine Stromquelle, im anderen lalle eine Spannungsquelle zu verwenden, ergibt sich aus der Forderung, den Steuerkreis vom Signalkreis su trennen. Würde man nämlich an Stelle der zwischen Basis B₂ und Bezugsleitung vorgesehenen Stromquelle in der in Fig.1 gezeigten Schaltungsvariantβ eine Spannungsquelle einsetzen, würde sich, das Potential an der Basis B₂ und demnach auch, am Emitter T₂ entsprechend der Spannung der Spannungsquelle einstellen. Dies hjätte eine direkte Steuerung des Transistors T* zur Folge, da die Emitter beider Transistoren galvanisch verbunden sind und am gemeinsamen Widerstand R, liegen. In diesem Falle ist daher von einer Trennung des Steuerkreises vom Regelkreis keine Bede. Verwendet aan jedoch, wie in Fig.1 an-

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genommen, eine Stromquelle, dann bleibt das Potential an den Emittern der beiden Transistoren vom Regelstrom praktisch unbeeinflußt, denn,, wie dem Kennlinienfeld der Fig.3 entnommen werden kann, ist bei einem Transistor, dessen Kollektorgleichstrom Null ist, trivialerweise auch, die Emitter/Kollektorspannung gleich Null. Es kann daher am Emitter E- des Transistors T* keinesfalls ein Signal in Abhängigkeit vom Regelstrom entstehen.

Pig.3 zeigt überdies in Form eines Kennlinienfeldes die Abhängigkeit des differentiellen Widerstandes der Kollektor/Emitterstrecke eines Transistors in Abhängigkeit vom Basisgleichstrom. Da die geradlinigen Teile der Kennlinien nur kurz sind, ist deutlich erkennbar, daß die Aussteuerungsmöglichkeiten am Transistor sehr beschränkt sind.

Der erfindungsgemäße steuerbare differentielle elektronische Widerstand kann in beliebiger Weise mit anderen Widerständen beliebiger Art kombiniert werden. Durch Vorschaltung eines Ohmschen Widerstandes erhält man sofort einen fernsteuerbaren Spannungsteiler, bei dem ein Widerstand fest und der andere variabel ist.

Eine einem Potentiometer völlig entsprechende Anordnung, bei der beim Regelvorgang der eine Spannungsteilerwiderstand vergrößert, der andere verkleinert wird, läßt sieh durch eine Kombination zweier erfindungsgemäßer elektronischer Widerstände ohne weiteres realisieren. Eine solche Schaltungsanordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Zwei differentielle elektronische Widerstände sind hier gewissermaßen in Reihe geschaltet, wobei die SignalSpannungsquelle, im vorliegenden Falle die Sekundärwicklung des Eingangsübertragers T, zwischen die Eingänge A und B der Anordnung geschaltet ist. A bzw. B sind die Eingangsklemmen von je einem differentiellen

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elektronischen Widerstand, wie er durch eine der beiden Schaltungsanordnungen gemäß Fig.1 oder 2 gegeben ist. Der Kondensator C, hat lediglich die Aufgabe, die beiden Eingänge A, B gleichstrommäßig zu trennen. Pur die Regelung der beiden Transistoren Tp ^¹^ To¹ i^s"t nur eine veränderbare Stromquelle IB^ erforderlich, die zwischen die Basen Bp und Bp' geschaltet wird, wenn jedem Steuertransistor ein konstanter Basisstrom außerdem aufgeprägt wird. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung geschieht dies durch die Konstantstromquellen IBO- und IBOp, die jeweils zwischen einer Basis und der Bezugsleitung liegen.

Verändert man den über die variable Stromquelle IB-y fließenden Strom, so wird der Basisstrom des einen Steuertransistors im selben Maße vergrößert, wie er in dem anderen verkleinert wird und umgekehrt. Dies hat zur Folge, daß der eine differentielle Widerstand um einen Betrag AR vergrößert, der andere hingegen um denselben Betrag verkleinert wird. Schaltet man nun die über den Transformator T einzuspeisende Signalspannung u/ ein, dann erhält man ein Ausgangssignal sowohl zwischen den Klemmen 1 und 0 (^) als auch zwischen den Klemmen 2 und ~. 0 (u2*). Je nach der Richtung, in der die Regelung er- ^ folgen soll, kann nun eines der beiden Signale U2, bzw. U2', verwendet werden.

Somit liegt eine Schaltungsanordnung vor, deren Punktion vollkommen jener der üblichen Potentiometer entspricht, ohne jedoch die Nachteile derselben aufzuweisen und die überdies ohne großen Aufwand eine einwandfreie Fernsteuerung zuläßt.

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Claims (4)

1. 215

   Pat entansprüche

   \λ) Fernsteuerbaipr, elektronischer Differentialwiderstand, "bestehend aus einer Verstärkerstufe und einem Steuerelement, dadurch gekennzeichnet, daß die Yerstärkerstufe durch eine Röhre in Anodenbasisschaltung oder durch einen Transistor (T-j) in Kollektorgrundschaltung dargestellt ist und daß das Steuerelement ein Transistor (T₂) ist, dessen Kollektor (K₂) wechselstrommäßig mit der Eingangselektrode (Gitter, Basis B^) der Verstärkerstufe verbunden ist und dessen Emitter (E₂) mit der Ausgangselektrode (Kathode, Emitter E^) der Verstärkerstufe in galvanischer Verbindung steht, und dessen Basiselektrode (B₂) an eine regelbare Gleichstrom-(Lj,) oder Gleiehspannungsquelle (U-n) angeschaltet ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (Lo.) zwischen der Basis (B₂) "des Steuertransistors (T₂) und der Bezugsleitung (O) eingeschaltet ist.
3. 3. Schaltungsanordnung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (Ut>\ der Emitter-Basis-Strecke (Ep-Bp) parallel geschaltet ist.
4. 4. Elektronisches Potentiometer, dadurch gekennzeichnet, daß es aus zwei in Reihe geschalteten elektronischen Widerständen nach Anspruch 1 zusammengesetzt ist, wobei die Basis (B₂, B₂ ¹) -jedes Steuertransistors (Tp, Tp¹) an einen Pol je einer Konstantstromquelle (IBO-,

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   ₂) angeschaltet ist, und die Basen (Bp, Bp¹) der Steuertransistoran (Tp* ¹Pp') ^üfeer ^eine regelbare Stromquelle (IE~) miteinander verbunden sind.

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   Lee rs e ι te