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Dämpfungsregler aus einem homogenen Flächenwiderstand Zur Regelung
der Dämpfung in elektrischen Übertragungseinrichtungen sind je nach der Aufgabenstellung
verschiedene Regler in Gebrauch. Sehr hohe Anforderungen werden an die Regler für
Musikübertragungsanlagen z. B. beim Rundfunk und Tonfilm gestellt. Die Bedingungen,
die an derartige Regler gestellt werden, sind erstens eine möglichst große Gesamtdämpfung
bei gleichzeitig linearem Verlauf der logarithmischen Dämpfungskurve über den gesamten
Reglerweg, wobei im Ausschaltbereich die Spannungsmöglichkeit auf Null herabgehen
soll, zweitens ein großer Eingangswiderstand, drittens ein möglichst von der Reglerstellung
unabhängiger Ausgangswiderstand. Die bisher üblichen logarithmischen Potentiometer
erfüllen wohl die erste Bedingung, bieten aber Schwierigkeiten in der Anpassung
an das auf den Regler folgende Glied der Übertragungskette. Sie haben sich im Rundfunkbetrieb
und in'der Tonfilmtechnik nicht bewährt. An deren Stelle werden nun feingliedrige
Regler in Form von Vierpolketten in Anwendung gebracht. Die einzelnen Gl.iedler
dieser Kette können dabei aus mi;t Draht gewickelten Gegenständen bestehen oder
auch aus Kohleschichtwiderständen. Die elektrischen Eigenschaften dieser Regler
leiten sich aus der Vierpoltheorie ab. Derartige Regler sind einerseits infolge
der hohen Stufenzahl sehr kostspielig und befriedigen
andererseits
vor allem bei geringerer Gliederzahl nicht, da sich der Übergang des Schleifers
von einer Stufe zur anderen in Form von Knackgeräuschen unangenehm bemerkbar macht.
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Es sind nun bereits zur Vermeidung dieser Störungen Vorschläge gemacht
worden, Regler aus einer homogenen Kohleschicht herzustellen, die den verlangten
logarithmischen Gang der Ausgangsspanneng haben. Kohleschichtwiderstände in Form
von Kreissegmenten haben den verlangten logarithmischen Gang. Sie können aber nicht
als Regler verwendet werden, da ihr Ausgangswiderstand ähnlich wie bei Potentiometern
mit zunehmendem Reglerweg nach Null abnimmt.
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Eine bekannte Anordnung (deutsche Patentschrift 8o8 852) geht
ebenfalls vors der Totentialtheorie aus, behandelt aber nur einen in der Längsrichtung
unbegrenzten Widerstandsstreifen, nicht aber einen Widerstandsstreifen, der durch
drei stromundurchlässige und eine stromdurchlässige Kante begrenzt ist. Dieser bekannte
Widerstand hat nur im mittleren Bereich des Reglerweges einen angenähert linearen
Verlauf der logarithmischen Dämpfungskurve. Am Anfang und Ende des Reglerweges hat
die Dämpfungskurve eine andere Neigung, so daß die Dämpfungskurve, auch nicht mehr
angenähert, als linear bezeichnet werden kann. Nach der Potentialtheorie ist in
einem räumlich begrenzten Flächenleiter der Dämpfungsverlauf sowie der Verlauf des
Ausgangsscheinwiderstandes durch die Randbedingungen und die Anfangsbedingungen
bestimmt. Die Anfangsbedingungen, die in diesem Fall durch die zylindrische Form
der Stromzuführung (Elektrode) gegeben sind, bestimmen die Abweichungen des Dämpfungsverlaufes
zu Beginn des Reglerweges und gleichzeitig die Größe des Eingangswiderstandes und
der Gesamtdämpfung.
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In der nachfolgend beschriebenen Erfindung werden nun, von der rechteckigen
Form eines Widerstandsstreifens ausgehend, Vorschläge gemacht, wie durch geeignete
Gestaltung der Begrenzungskanten (Randbedingungen) der gewünschte logarithmische
Verlauf der Dämpfungskurve erzielt werden kann und gleichzeitig die Bedingungen
für den Eingangs- und Ausgangswiderstand erfüllt werden können. Es ist jedoch dazu
erforderlich, daß von der rechteckigen Form des Widerstandsstreifens abgegangen
wird.
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In einem rechteckigen Widerstandsstreifen, der sehr viel länger ist
als breit und dessen Elektrode die angenommene Form eines Zylinders mit dem' Radius
r hat, ist der Eingangswiderstand proportional im Verhältnis der Breite b des Streifens
zum Radius r des Quellzylinders (Elektrode). Die Gesamtdämpfung ist proportional
dem Verhältnis der Breite b- des Streifens zum Radius r des Quellzylinders
und proportional dem Verhältnis Länge des Streifens zur Breite des Streifens. Je
kleiner also der Radius des Quellzylinders ist, um so größer sind der Eingangswiderstand
und die Gesamtdämpfung. Ein kleiner Radius des Quellzylinders auf der anderen Seite
bedingt jedoch einen sehr starken Anstieg der Dämpfungskurve zu Beginn des Reglerweges
und damit eine sehr starke Abweichung der Neigung der Dämpfungskurve zu Beginn des
Reglerweges gegenüber der Neigung der Dämpfungskurve im mittleren Regelbereich.
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Eine Begradigung der Dämpfungskurve bei gleichzeitig hoher Gesamtdämpfung
und hohem Eingangswiderstand wird nun mit einem Dämpfungsregler aus einem homogenen
Flächenwiderstand erreicht, bei dem gemäß der Erfindung zwischen der Elektrode und
der Ableitung eine Aussparung der Widerstandsschicht angebracht und die Form der
an der' Stelle der Aussparung noch verbleibenden. Widerstandsschicht so gewählt
ist, daß deren Dämpfungskurve dieselbe Neigung hat wie die Dämpfungskurve der sich
an die Aussparung anschließenden Widerstandsschicht. Die Gesamtdämpfung kann noch
vergrößert werden dadurch, daß man am Ende des Regl-rweges die Breite des Streifens
verkleinert. Durch diese Verkleinerung der Breite des Streifens wird ebenfalls eine
Begradigung der Dämpfungskurve am Ende des Reglerweges erzielt und gleichzeitig
eine Begradigung des Verlaufes des Ausgangwiderstandes. In der Rundfunkindustrie
wird nun darüber hinaus verlangt, daß die Dämpfungskurve gegen Ende des Reglerweges
einen steileren Verlauf hat als zu Beginn oder im mittleren Bereich des Reglerweges.
Durch geeignete Wahl der Breite des Widerstandsstreifens gegen Ende des Reglerweges
kann man jedoch jede beliebige Steilheit der Dämpfungskurve erzielen. Wesentlich
ist nur die Erkenntnis, daß die Größe und die Form der Begrenzungskanten eines rechteckigen
oder vieleckigen Leiters die Steilheit der Dämpfungskurve bestimmen. Im folgenden
werden an einem Beispiel die Einzelheiten und die Gestaltung eines derartigen Reglers
beschrieben, wobei ein geradliniger Reglerweg vorausgesetzt wird und die Dämpfungskurven
im letzen Drittel des Reglerweges steiler verlaufen soll als am Anfang und in der
Mitte des Reglerweges.
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A C D B stellt einen streifenförmigen Isolierkörper dar,
-auf dem eine gleichmäßige Kohleschicht flächenhaft aufgebracht ist. Die
Längsseite CD des Streifens trägt einen mit der Kohleschicht leitend verbundenen,
gut leitenden schmalen Metallstreifen. Auf der Kohleschicht gleitet ein Abnahmekontakt,
meist aus Kohle oder Silbergraphit, der parallel zu AB in der Nähe des oberen
Reglers verschiebbar ist.
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A ist die Eingangselektrode, CD ist zugleich Eingangs- und
Ausgangselektrode und wird im folgenden mit »Ableitung« bezeichnet. An AC wird die
Eingangsspannung angelegt. Bei KD wird die. Ausgangsspannung abgenommen.
Man kann zeigen, daß diese Anordnung im mittleren Regelbereich eine logarithmische
Charakteristik hat, daß aber die übrigen Bedingungen nicht eingehalten werden. Um
sie zu erfüllen, ist eine Reihe von Maßnahmen erforderlich, die im folgenden beschrieben
werden. Die am Regler gemäß Abb. i gemessene Kennlinie weist im Anfang einen starken
Aufstieg der Dämpfung
auf, der auf die Zusammendrängung der Stromlinien
in der nahezu punktförmigen Elektrode A zurückzuführen ist. Wird diese Elektrode
einfach vergrößert, so sinkt dadurch der Eingangswiderstand des Reglers, da der
Weg AC kleiner wird. Um die Verringerung dieses Widerstandes zu vermeiden, wird
ein Teil der Schicht zwischen A und C herausgenommen. Dadurch wird der Dämpfungsverlauf
begradigt, ohne daß der Eingangswiderstand zu klein wird. Eine weitere Begradigung
des Dämpfungsverlaufes kann dadurch erzielt werden, daß in dem übrigbleibenden Teil
der Schicht A E L F (Abb. 2) gut leitende Querstreifen angebracht werden.
Durch dieses Raster werden die Stromlinien vorzugsweise in Längsrichtung gezwungen,
was ebenfalls eine Verringerung des Dämpfungsanstiegs zur Folge hat. Durch diese
drei Maßnahmen wird eine sehr gute Dämpfu.ngskurve erzielt (Abb. 2). Die Eingangselektrode
besteht aus einem Streifen AE, dessen Länge 15 bis 5o% der Breite FC beträgt. Man
kann die Strecke A-F als einen dem Flächenwiderstand vorgeschalteten, nahezu linearen
Widerstand auffassen. Im Endgebiet ist der logarithmische Dämpfungsverlauf auf einfache
Art durch Verlängerung des Widerstandsstreifens über den Regelbereich hinaus erzielbar.
Die Herstellung eines angenähert logarithmischen Dämpfungsverlaufes im Endgebiet
ist auch durch .Anschalten eines Abschlußwiderstandes am Ende des Streifens oder
noch einfacher durch Überbrücken eines Teiles der Widerstandsschicht längs der Strecke
B-D möglich. Dies ist in Abb. 2 durch Heraufziehen der »Ableitung« in Richtung nach
B erreicht worden. Diese Maßnahmen führen auch gleichzeitig zur Aufrechterhaltung
eines konstanten Ausgangswiderstandes bis zur Endstellung des Reglers.
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Der Ausgangswiderstand eines Streifens nach Abb. i hängt nicht nur
von der Breite des Streifens, sondern auch von der die Abnahme bewirkenden Kohleelektrode
ab. Er wird ferner um so größer. je näher die Elektrode am Rande liegt. Dies gibt
ein Mittel in die Hand, um den Widerstand zu verändern. Soll z. B. die Dämpfungskennlinie
im Arbeitsbereich des Reglers, der im allgemeinen die ersten zwei Drittel des gesamten
Regelweges einnimmt, eine geringe Steilheit haben und im Ansschaltbereich, also
im letzten Drittel, eine große Steilheit, so liegt es nahe, einfach zwei Streifen
verschiedener Breite zusammenzuschalten. Wollte man den Ausgangswiderstand konstant
halten, dann müßte die Abnahmeelektrode im breiten Teil weiter vom Rand entfernt
laufen als im schmalen Teil. Dies kann zweckmäßigerweise am einfachsten dadurch
geschehen, daß die Kohleschicht im schmaleren Teil auch auf der der Ableitung gegenüberliegenden
Seite schmaler gehalten wird, so daß die Bahn der Abnahmeelektrode dann automatisch
näher am Rand liegt. Wird ein Übergang zwischen breitem und schmalem Teil geschaffen,
.so kann auch der Randübergang, wie in Abb. 2 gezeichnet, entsprechend ausgebildet
werden. Durch lange schmale Streifen lassen sich Regler mit sehr hoher Gesamtdämpfung
herstellen. Soll die Ausgangsspannung aber auf Null heruntergehen, so bleibt nur
ein Kurzschließen ü'irig. Ein Kurzschließen des Ausgangs würde aber auch den Ausgangswiderstand
herabsetzen. Um dies zu vermeiden, wird der Kurzschluß nicht am Ende, sondern an
einer weiter dem Eingang zu liegenden Stelle durchgeführt. Die Schicht wird an dieser
Stelle getrennt und die dadurch entstehenden beiden Teile stehen nur unten an der
»Ableitung« und oben an der Kontaktbahn, die an dieser Stelle gut leitend gemacht
wird, miteinander in Verbindung. In der Endstellung des Reglers, wenn der Abnahmekontakt
bei B angelangt ist, wird dann über einen Hilfskontakt der Kurzschluß herbeigeführt.
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Abb.2 zeigt die Ausführung eines Reglers, bei dem sämtliche beschriebenen
Maßnahmen durchgeführt sind; Abb. 3 zeigt eine vereinfachte Form, bei der auf Konstanthaltung
des Ausgangswiderstandes verzichtet wurde; Abb. q. gibt eine für einen Drehregler
geeignete Ausführungsform an.
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Natürlich können die Regler auch symmetrisch und womöglich auch auf
gemeinsamer Isolierplatte aufgebaut werden, wobei dann unter Umständen die Ableitungen
zusammenfallen und ganz oder teilweise weggelassen werden können (Abb. 5).