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Anordnung für veränderbare Spannungsteiler
Die Erfindung betrifft einen veränderbaren Spannungsteiler zur Verwendung in elektroakustischen Anlagen im Ausgangskreis einer vorzugsweise niederohmigen Signalquelle, insbesondere im Ausgangskreis von Verstärkern einer Regiekette der Tonstudiotechnik. Hier werden vor allem zwei Arten von Einstellelemen-
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licherweise mit Vordämpfungsgliedern (Spannungsteilern) im Eingangskreis gekuppelten Einstellglieder anderseits. Mit letzteren wird vor der Aufnahme oder der Sendung die Regiekette so auf das Schallereignis und die verwendeten Mikrophone angepasst, dass die Regieregler ungefähr in der gewünschten Normalstellung stehen.
Die Erfindung betrifft gleichermassen diese beiden Arten von Einstellelementen. Dir Ziel ist vor allem eine Verbesserung des erreichbaren Geräuschabstands in der Regiekette in Verbindung mit einer vorteilhaften Konstruktionsart von Schichtreglern hoher Kennliniengenauigkeit. Im übrigen kann das Prinzip der Erfindung auch auf die sonstigen Einstellglieder der Regiekette angewendet werden, bei denen sich die nachfolgend beschriebenen Eigenschaften des veränderbaren Spannungsteilers vorteilhaft auf Geräuschabstand und Kennliniengenauigkeit auswirken.
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Die bisher bekannten Regieregler sind allgemein als Kettenleiteranordnungen aufgebaut, weil ein annähernd logarithmischer Verlauf der Dämpfung in einem Regelbereich von 60 oder gar 90 dB mit niederohmigen Potentiometern nicht ohne weiteres herzustellen ist. Die Kettenleiteranordnung wird aber auch deshalb oft gewählt, weil ein weitgehend konstanter Ausgangswiderstand gewünscht wird.
In ihrer konstruktiven Ausführung sind die bekannten Regieregier entweder Kontaktregler (Stufenregler)
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undartiger Kohleschichtregler mit konstantem Ausgangswiderstand ist in der deutschen Patentschrift Nr. 965827 beschrieben. Im überwiegenden Teil seines Regelbereichs ist dieser im Studiobetrieb vielbenutzte Regieregler als homogener Kettenleiter ausgebildet, indem die Schicht an einem Rand metallisiert ist und dort am Bezugspotential liegt. Die Schichtbreite ist zur Erzielung des gewünschten Dämpfungsverlaufs gestuft.
Nur der Anfangsbereich, bis etwa 10dB Dämpfung, hat keine Randmetallisierung und wirkt dadurch nicht als Kettenleiter, sondern als vorgeschalteter Potentiometerteil. Dadurch wird der Dämpfungsverlauf flacher, ohne dass der Eingangswiderstand zu klein wird. Der Korrektur des Dämpfungsverlaufs dienen ausserdem leitende Querlinie in diesem Reglerabschnitt, welche die Stromfäden annähernd parallel ausrichten.
Stufenregler ebenso wie Schichtregler der beschriebenen Bauart haben jeweils verschiedene Nachteile.
Stufenregler können wegen des grossen Regelbereichs und der konstruktiv begrenzten Zahl von Kontakten kaum kleinere Dämpfungsstufen als etwa 0, 5 dB entsprechend rund Schaben. Als Koppelkondensator zwischen dem Verstärker und dem Regler kommt insbesondere in der Transistortechnik meist nur ein Elektrolytkondensator in Betracht. Dessen Leckstrom lässt an den einzelnen Stufen des Reglers Gleichspannungen von einer Grösse entstehen, die ein knackfreies Regeln ausschliessen. sofernman nicht mehrstufig mit entsprechend grösseren Kondensatoren abblockt.
Schichtregler arbeiten dagegen praktisch stufenlos und weisen erfahrungsgemäss etwa 20 - 30dB kleinere Regelgeräusche auf als entsprechende Kontaktregler. Ihr Nachteil liegt jedoch in der relativ geringen
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2. kleine Gleichspannungsanteile längs der Reglerbahn bei eingeprägtem Gleichstrom, d. h. kleinem Gleichstromwiderstand ;
3. stufenlose Regelung durch Schichtreglerbauweise ;
4. genau reproduzierbare, vorgegebene Reglerkennlinie ;
5. wirtschaftliche Herstellungsweise.
Schon die ersten beiden Eigenschaften kann der Spannungsteiler allein, ohne zusätzliche Schaltungsmassnahmen, auch bei der Speisung aus einer Quelle mit verschwindendem Innenwiderstand nicht besitzen.
Es wird deshalb erfindungsgemäss der Spannungsteiler mit einer grösseren Anzahl von Anzapfungen versehen, welchen das Eingangssignal in dem entsprechend der gewünschten Reglerkennlinie festgelegten Teilerverhältnis niederohmig aufgeprägt wird.
Erfindungsgemäss geschieht dies im Prinzip nach Fig. l mittels einer dem Spannungsteiler R parallel liegenden, vielfach angezapften Übertragerwicklung L, die als Sparübertrager wirkt. Zwischen den Anzapfungen und dem Bezugspotential liegt das im jeweiligen Verhältnis der Windungszahlen geteilte Eingangssignal mit sehr kleinem Innenwiderstand. Dieser hängt, daderWechselstromwiderstanddesKop- pelkondensators Ck vernachlässigt werden kann, nur vomAusgangswiderstand Ri des speisenden Verstärkers (höchstens einige Ohm) und dem Kupferwiderstand der Übertragerwicklung ab und wird wegen der Teilung nur zu einem Bruchteil dieser beiden Anteile wirksam. Mit einem hochpermeablen Übertragerkern (z. B.
Ringkern) kann man bei ausreichender Induktivität L den Kupferwiderstand sehr klein halten, etwa bei einem Hundertstel des Spannungsteilerwiderstands R.
Für Gleichstrom liegt der Kupferwiderstand der Wicklung L dem Spannungsteilerwiderstand R parallel. Dadurch wird auch die unter 2, geforderte Eigenschaft weitgehend erfüllt. Eine merkliche Vormagnetisierung des Kerns durch den Leckstrom des Koppelkondensators (einige Mikroampere) tritt noch nicht ein. Die Teilspannungen an den Anzapfungen des Sparübertragers hängen nur von deren Windungszahlen ab, die genau eingehalten werden können. Durch die Verbindung der sehr niederohmigen Anzapfungen des Sparübertragers mit den korrespondierenden Anzapfungen des Spannungsteilers wird auch an diesem eine Reihe festgelegter Dämpfüngswerte seiner Kennlinie erzwungen.
Damit ist es aber möglich, nicht nur den Nachteil der fertigungsbedingten Ungenauigkeit bei Schichtreglern auszuschalten, sondern vor allem im Bereich grösserer Dämpfung der Reglerschicht eine konstruktiv erwünschte Form zu geben, die den geforderten Kennlinienverlauf sonst nicht haben würde.
Die Verbindung von Anzapfungen einer Widerstandsschicht mit entsprechenden Anzapfungen eines Transformators od. dgl. ist für andere Zwecke bereits bekannt. So ist z. B. in der Starkstromtechnik ein Widerstandskörper bekanntgeworden, der zu Schalt- und Regelzwecken als Stufenschalter für eine angezapfte Wicklung, oder-in kreisrunder Form - als Kommutator für eine elektrische Maschine ausgebildet ist. Sein Merkmal ist eine Widerstandsschicht, deren spezifischer Widerstand in den Feldern zwischen den Anzapfungen stetig ab-und zunimmt ; nahe den Anzapfungen ist er klein, ähnlich wie bei Metall, dagegen in der Feldmitte gross, bis fast unendlich. Dieser Zyklus bewirkt ein weiches, stufenloses Schalten, damit keine Funken durch steil veränderten Stromübergang zwischen Reglerschicht und Schleifkontakt entstehen.
Die hochohmigen Zonen der Schicht sollen anderseits deren unerwünschten Querstrom klein halten.
Dagegen wird z. B. bei einem Regieregier die aus der Signalquelle eingespeiste Leistung im Spannungsteilerwiderstand (Reglerschicht) selbst verbraucht ; zum Schleifkontakt tritt nur ein relativ geringfügiger Ausgangsstrom über. Der erfindungsgemäss dem Spannungsteiler parallel hinzugefügte Sparübertrager verbraucht auch keine Leistung. Er bestimmt aber den Querstrom in jedem Feld des Spannungsteilers und den Verlauf der Dämpfungskurve. Damit diese stetig ist, muss der Widerstandsverlauf des Spannungsteilers im ganzen stetig sein und darf durch die Anzapfstellen keine merklich treppenförmigen Störungen erleiden.
Zur Anwendung des Erfindungsprinzips nach Fig. 1 auf Schichtregler wird deshalb vorgeschlagen, die Widerstandsschicht quer zurSchleifbahn mit schmalen, d. h. praktisch linienförmigen, metallischen Leitern zu unterlegen, die mit der Widerstandsschicht Kontakt haben. Sie sind bis an äussere Anschlüsse geführt und dort mit den zugehörigen Anzapfungen des Sparübertragers verbunden.
Wenn der Schleifer auf einer solchen Leiterlinie steht, dann ist der Ausgangswiderstand des Reglers verschwindend klein, nämlich annähernd gleich dem der Übertrageranzapfung. In Schleiferstellungen zwi- schen zwei Leiterlinien kommt noch ein Anteil von maximal einem Viertel des Teilwiderstands zwischen beiden benachbarten Leiterlinien hinzu. Mit der Zahl der Anzapfungen hat man es infolgedessen in der Hand, diesen Anteil des Ausgangswiderstands zu begrenzen.
Der vom Sparübertrager erzwungene Dämpfungsverlauf bietet die vorteilhafte Möglichkeit, den Regler
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inPotentiometerschaltung aufzubauen. Dies wäre ohne den Sparübertrager nur in einem kleinen Regelbereich möglich. Die Widerstandsschicht müsste mit steigender Dämpfung immer breiter werden ; dies würde konstruktiv und wegen der Stromverteilung bald eine Grenze finden. Der erzwungene Dämpfungsverlauf gestattet dagegen, weit über die Korrektur von Fertigungsschwankungen hinaus, auch eine Formgebung mit begrenzter Schichtbreite. Der Vorteil der Potentiometerschaltung liegt darin, dass bei gleichem spezifischem Flächenwiderstand der Schicht ein höherer Eingangswiderstand erreicht wird als bei einer Kettenleiteranordnung, weil keine Querableitung eintritt.
Bei sonst gleichen Werten und Abmessungen kann also umgekehrt ein kleinerer spezifischer Flächenwiderstand gewählt werden. Dies ist deshalb anzustreben, weil die Stromfäden für den Ausgangsstrom, der dem Querstrom überlagert ist, sich in der Nähe des Abnahmekontakts annähernd radial zusammendrängen. Dadurch entsteht ein zusätzlicher Anteil des Ausgangswiderstands, der bei einer Abtastung in voller Schichtbreite entfiele.
Bei einem Schichtregler der bekannten Bauweise ist dieser Anteil des Ausgangswiderstands ausser in der Nähe der Quellelektrode praktisch konstant und fällt gegenüber dem Hauptanteil des Ausgangswiderstands nicht sehr ins Gewicht. Dagegen kann er bei einem Regler gemäss der Erfindung, bei dem ein kleiner Ausgangswiderstand angestrebt wird, störend hervortreten. Er hängt nur von der Stromverteilung und vom spezifischen Flächenwiderstand ab und ist bei engem Abstand der Leiterlinien praktisch unabhängig von der Schichtbreite.
Zwischen den mit dem Sparübertrager verbundenen Leiterlinien werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zur Verringerung dieses Anteils am Ausgangswiderstand weitere Linien in engem Abstand der Schicht unterlegt. Diese Linien erhalten keine äussere Verbindung. Da auch sie quer zur Schleifbahn verlaufen, richten sie in der bereits aus der zitierten Patentscbxift bekannten Weise die Stromfäden annähernd parallel aus. Der Zweck dieser Massnahme ist aber in beiden Fällen verschieden.
In der bekannten Regleranordnung wird durch gleichmässigere Verteilung des Querstroms ein zu steiler Dämpfungsanstieg in der Nähe der Quellelektrode vermieden ; eine Verringerung des Ausgangswiderstands ist dabei nicht einmal erwünscht, weil dieser konstant sein soll und ohnehin bei Annäherung an den niederohmigen Quellenanschluss absinkt. Der Regler gemäss der Erfindung hat dagegen wegen der mit dem Sparübertrager verbun- denen"Eichlinien"eine in ungefähr rechteckige Felder aufgeteilte Schicht. In jedem dieser Felder fliesst der Querstrom annähernd gleichmässig über die Schichtbreite verteilt in Richtung der Schleifbahn, da keine Querableitung vorhanden ist.
Die parallelen Zwischenlinien ändern an dieser Verteilung nichts, die auch für den überlagerten Ausgangsstrom mit Ausnahme des einen schmalen Feldes gilt, in dem gerade der Abnahmekontakt steht. Die Wirkung der radial zusammengedrängten Verteilung des Ausgangsstroms auf den Ausgangswiderstand bleibt daher auf dieses eine Feld beschränkt, und man gewinnt dadurch eine merkliche Verringerung des Ausgangswiderstands. Dies ist im ganzen Reglerbereich erwünscht und die Zwischenlinien werden deshalb überall der Reglerschicht unterlegt. Sie brauchen nicht über die volle Schichtbreite zu verlaufen, sofern diese gross gegen den Linienabstand ist.
Als Schichtträger mit den leitenden Linien einschliesslich der Zuführungen an die Anschlüsse des Spar- übertragers wird erfindungsgemäss eine in der bekannten Technik der sogenannten gedruckten Schaltung (Folienätztechnik) hergestellte Leiterplatte benutzt. Dies hat den Vorteil, dass praktisch beliebige Freiheit in der Gestaltung der Leiterplatte besteht. Ausserdem können dadurch ohne besonderen Kostenaufwand genau exemplargleiche Reglerplatten hergestellt werden. Die Leiterlinien können, z. B. bei Anwendung von phototechnischen Druckverfahren, sehr schmal gehalten werden. Unebenheiten durch die auf dem Isolierstoffträger erhaben stehenbleibenden Leiterlinien können durch Einpressen der Leiter oder durch Auffüllen der Zwischenräume mit Kunststoff und nachträgliches Planschleifen vor dem Beschichten ausge-, glichen werden.
Fig. 2 zeigt beispielsweise die Reglerplatte eines Regiereglers gemäss der Erfindung. Am Anschlusspunkt A liegt das Bezugspotential, zwischen den Anschlusspunkten A und B wird der Regler aus dem niederohmigen Verstärkerausgang gespeist. Der Abnahmekontakt läuft auf der strichpunktiert gezeichneten Bahn. Links neben der Reglerplatte ist die Skala des im praktischen Beispiel gewünschten Dämpfungsverlaufs angegeben. Wenn dieser nicht durch die Verbindungen 1 - 16 zu dem nur symbolisch darge- stelltenSparübertrager L erzwungen würde, müsste die homogene Kohleschicht eine Form haben, deren Anfang durch die Linien C und C'angedeutet ist.
Sie kann aber nicht bis zu grossendämpfungswerten
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und den weiteren Verlauf der Dämpfungskennlinie durch die"Eiehlinien"erzwingen. Die gezeichnete, schlankere Form ist etwas günstiger hinsichtlich des Eingangswiderstands. Dieser kann aus der gewählten Schichtform vorausbestimmt werden, indem man die Teilwiderstände der Felder aus ihren Abmessungen ermittelt und durch das Quadrat ihrer vom Sparübertrager aufgezwungenen und auf die Gesamtspannung
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bezogenenTeilspannung dividiert. Die Parallelsumme dieser auf den Eingang bezogenen Teilbelastungen ist der Eingangswiderstand.
Die letzte"Eichlinie"ist durch die Anzapfung bei der Windungszahl 1 des Sparübertragers gegeben, bei welcher 64dB Dämpfung auftritt, wenn der Übertrager insgesamt 1585 Windungen hat. Der restliche Teil des Ausblendbereichs ist hinsichtlich des Geräuschverhaltens und der Kennliniengenauigkeit nicht mehr kritisch und nicht Gegenstand der Erfindung. Er kann in bekannter Weise als Kettenleiter ausgebildet sein, wobei dann selbstverständlich die Zwischenlinien nicht bis zum metallisierten Rand geführt werden dürfen. Da diesem, noch beträchtlichen Teil des Reglerschichtwiderstands durch die letzte "Eichlinie" nur ein winziger Spannungsanteil aufgeprägt wird, verbraucht er praktisch keine Leistung und wirkt sich daher nicht auf den Eingangswiderstand aus.
Fig. 3 zeigt als weiteres Beispiel der Erfindung ein Einstellglied für die Gegenkopplung eines Verstärkers gemäss der Erfindung. Es ist analog zu den üblichen Stufendrehschaltern als Drehregler ausgebildet. Am Eingang B der gezeichneten Reglerplatte wird die Ausgangsspannung des Verstärkers, an A das Bezugspotential angelegt ; die Ausgangsspannung des Schleifers D ist die auf den Verstärkereingang zurückzuführende Gegenkopplungsspannung. Die Verbindung der"Eichlinien"mit dem Sparübertrager L sowie die Anordnung der Zwischenlinien ist sinngemäss wie in Fig. 2. Der Einstellbereich beträgt dagegen beispielsweise nur 40dB. Ein dem Ausblendbereich des Regiereglers für mehr als 40dB Dämpfung entsprechender Teil der Reglerschicht ist hier überflüssig und kann einfach weggelassen werden.
In dem zugehörigen vereinfachten Ersatzschaltbild Fig. 4 ist dieser weggelassene Teilwiderstand der Reglerschicht gestrichelt eingezeichnet.
Wie eingangs bereits erwähnt, kann die Erfindung ausser bei den behandelten Fällen des Regiereglers und des Einstellglieds für die Gegenkopplung auch auf weitere in der Regiekette benutzte Regelglieder angewendet werden. Dazu gehören beispielsweise die bekannten Gestaltungsmittel der Stereotechnik, wie Panoramapotentiometer, Basisbreite- und Richtungsmischer, ferner Überblendregler scwie Regler für den Frequenzgang. Diese bekannten Regelglieder sind meist in Potentiometer- oder Brückenschaltung aufgebaut. Gewöhnlich werden Stufenschalter verwendet, weil normale Drehpotentiometer zu ungenau sind oder nicht die gewünschte Kennlinie besitzen. In diesen Fällen kann durch Anwendung der. Erfindung eine stufenlose Regelung nach einer vorgegebenen Kennlinie erreicht werden.
Der niedrige Ausgangswiderstand ergibt meistens Vorteile im Geräuschabstand : da er auch bei einer starken Belastung des Ausgangs keine wesentliche Grunddämpfung entstehen lässt, kann unter Umständen ein sonst erforderlicher Zwischenverstärker eingespart werden. Die Vorteile der Erfindung können bei den angeführten Regelgliedern auch dann noch weitgehend ausgenutzt werden, wenn an Stelle eines besonderen Sparübertragers beispielsweise die Sekundärseite eines aus Symmetriegründen schon vorhandenen Übertragers verwendet wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung für veränderbare Spannungsteiler im Ausgangskreis einer vorzugsweise niederohmigen Signalquelle, insbesondere an einem Verstärkerausgang einer Regiekette derTonstudiotechnik, da dur c h gekennzeichnet, dass dem Spannungsteiler eingangsseitig eineübertragerwicklung parallelgeschal- tet ist, die eine grössere Anzahl von Anzapfungen besitzt, und dass der Spannungsteiler an denjenigen Stellen seiner Schleifbahn, an welchen er jeweils eine Dämpfung entsprechend der Ausgangsspannung einer der Anzapfungen der Übertragerwicklung aufweisen soll, ebenfalls angezapft und mit der betreffenden Anzapfung der Übertragerwicklung verbunden ist.
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