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Signalverarbeitende
Geräte
weisen üblicherweise
Signaleingänge
auf, von denen aus das an den Signaleingängen anliegende Signal an Schaltungen zur
Signalverarbeitung weitergeleitet wird. Ist der Signaleingang abschaltbar,
liegt üblicherweise
ein Schalter in dem Signalpfad vom Signaleingang zu der Signalverarbeitungsschaltung.
Die Schalter, welche eine Auftrennung des Signalpfades bewirken, weisen
bei geöffnetem
Schalter häufig
eine mit zunehmender Frequenz abfallende Entkopplung zwischen den
getrennten Signalpfaden auf. Das bedeutet, dass Signale höherer Frequenzen
trotz des durch den Schalter unterbrochenen Signalpfads an Komponenten
hinter dem Schalter gelangen. Die Ausbreitungswege können beispielsweise
kapazitive oder induktive Kopplung umfassen. Um eine bessere Isolation
zwischen dem Signaleingang des signalverarbeitenden Geräts und der
Signalverarbeitungsschaltung zu bewirken, werden häufig die
Schaltmittel zur Auftrennung des Signalpfades kaskadiert. Das Problem der
mit zunehmender Frequenz abnehmenden Isolation besteht in gleicher
Weise bei Schaltungen, welche mehrere Signaleingänge aufweisen, zwischen denen
umgeschaltet wird. Die Kaskadierung von Schaltmitteln zur Auftrennung
von Signalpfaden bzw. zur Umschaltung von Signaleingängen ist
mit einem unerwünschten
höheren
Schaltungsaufwand verbunden. Es ist daher wünschenswert, den Schaltungsaufwand
für die
Auftrennung von Signalpfaden bzw. die Umschaltung zwischen Signaleingängen zu
verringern. Gleichzeitig ist es wünschenswert eine verbesserte
Isolation zwischen Eingang und Ausgang der Schaltmittel bzw. der
Selektionsmittel für
höhere Frequenzen
zu erhalten.
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Eine
Signal-Eingangsschaltung mit den gewünschten Eigenschaften ist in
Patentanspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Eine
erfindungsgemäße Signal-Eingangsschaltung
weist ein von einem ersten Steuersignal gesteuertes erstes Schaltmittel
auf. Das erste Schaltmittel ist in dem Signalpfad zwischen einem
Eingang und einem Ausgang der Schaltung angeordnet. Von dem Ausgang
der Schaltung gelangt ein an die Schaltung angelegtes Signal bei
geschlossenem ersten Schaltmittel an eine Signalverarbeitungsschaltung.
Vor dem ersten Schaltmittel ist ein Filter angeordnet, dessen Filtercharakteristik
in Abhängigkeit von
einem zweiten Steuersignal umschaltbar ist. Das Filter ist beispielsweise
ein Tiefpassfilter oder ein Bandpassfilter.
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In
einer weiteren Ausführung
der Erfindung wird über
den Eingang der Schaltung ein erstes Nutzsignal an die angeschlossene
Signalverarbeitungsschaltung weitergeleitet. Bei einer Ausführung der
erfindungsgemäßen Schaltung
wird neben dem ersten Nutzsignal ein weiteres Signal übertragen,
welches auch bei aufgetrenntem Signalpfad an eine weitere Schaltung
zur Signalverarbeitung weitergeleitet wird. Dieses weitere Signal,
welches im folgenden als Out-Of-Band-
oder OOB-Signal bezeichnet wird, hat beispielsweise eine geringere
Frequenz als das Nutzsignal. Bekannte OOB-Signale bei TV-Kabelanschlüssen liegen
beispielsweise in einem Frequenzbereich zwischen 70 und 130 MHz.
Das vor dem Schaltmittel angeordnete Filter ist, wie oben beschrieben,
in seinen Filtercharakteristiken umschaltbar. Dabei ist bei geschlossenem
Signalpfad die ausgewählte
Charakteristik des Filters beispielsweise linear über den
gesamten an die Signalverarbeitungsschaltung weitergeleiteten Frequenzbereich.
Bei geöffnetem
ersten Schaltmittel und somit unterbrochenem Signalpfad entspricht
die Charakteristik des Filters beispielsweise einem Tiefpassfilter
oder einem Bandpassfilter. Der Frequenzbereich des Filters bei unterbrochenem
Signalpfad ist so gewählt,
dass das Out-Of-Band-Signal durchgelassen wird und andere Frequenzen,
insbesondere höhere
Frequenzen unterdrückt
werden. Je nach Art des ersten Nutzsignals und des Out-Of-Band-Signals
sind auch Überschneidungen
der Frequenzbereiche denkbar. In jedem Fall ist das Filter so ausgelegt,
dass das Out-Of-Band-Signal durchgelassen wird. Dabei ist es auch
denkbar, dass die obere Grenzfrequenz des Filters unterhalb der
Frequenz des Out-Of-Band-Signals liegt, so dass das Out-Of-Band-Signal
sich im Bereich der abfallenden Filterflanke befindet und gedämpft weitergeleitet wird.
Die abnehmende Isolation des ersten Schaltmittels zur Auftrennung
des Signalpfades bei zunehmenden Frequenzen wird somit durch die
zunehmende Signaldämpfung
des Filters zu höheren
Frequenzen kompensiert bzw. überkompensiert.
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In
einer anderen Ausführung
der erfindungsgemäßen Schaltung
ist das erste Schaltmittel ein von dem ersten Steuersignal gesteuertes
Selektionsmittel. Die Schaltung weist neben dem ersten Eingang einen
zweiten Eingang auf, und das Selektionsmittel selektiert ein Signal
des ersten oder zweiten Eingangs und leitet dieses an die angeschlossene
Signalverarbeitungsschaltung weiter. Die Signale an dem ersten und
dem zweiten Eingang sind beispielsweise Rundfunksignale, welche über eine
Antenne oder über
einen Kabelanschluss bereitgestellt sind. Über einen ersten der Eingänge, beispielsweise
den TV-Kabelanschluss,
ist ein zusätzlich
zu einem ersten Nutzsignal übertragenes
Out-Of-Band-Signal an das Gerät
angelegt. Auch wenn ein beispielsweise von einer Antenne an den
zweiten Eingang angelegtes zweites Nutzsignal an die Signalverarbeitungsschaltung
weitergeleitet wird, soll das zusätzliche, über den ersten Eingang bereitgestellte Out-Of-Band-Signal an
einen weiteren Schaltungsteil weitergeleitet werden. Dazu ist das
Out-Of-Band-Signal hinter dem Filter abgegriffen und an den weiteren
Schaltungsteil angelegt. Frequenzen oberhalb des Out-Of-Band-Signals werden
durch das Filter unterdrückt.
Somit wird die zu höheren
Frequenzen abnehmende Isolation des Selektionsmittels für das jeweils
nicht selektierte Signal kompensiert oder überkompensiert.
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In
einer Ausführung
der erfindungsgemäßen Schaltung
wird das Filter mittels eines von einem zweiten Steuersignal gesteuerten
zweiten Schaltmittels überbrückt, wenn
der entsprechende Eingang selektiert ist oder wenn der Signalpfad
geschlossen ist. Das Filter ist somit unwirksam, und der gesamte Frequenzbereich
wird an die angeschlossene Signalverarbeitungsschaltung übertragen.
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Bei
einer Ausführung
der Erfindung entspricht das zweite Steuersignal dem ersten Steuersignal,
d.h. das zweite Schaltmittel wird bei der weiteren Ausführung der
Erfindung von demselben Steuersignal gesteuert wie das erste Schaltmittel
bzw. das Selektionsmittel.
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Bei
einer Weiterentwicklung der Erfindung ist dem Filter ein Verstärker nachgeschaltet.
In einer weiteren Weiterentwicklung ist die maximale Arbeitsfrequenz
des Verstärkers
wählbar.
Erfindungsgemäß wird die
maximale Arbeitsfrequenz des Verstärkers so gewählt, dass
bei geschlossenem Signalpfad bzw. bei selektiertem Signal die volle
benötigte
Arbeitsfrequenz eingestellt ist und bei geöffnetem Signalpfad bzw. bei
nicht selektiertem Signal die maximale Arbeitsfrequenz so reduziert
ist, dass lediglich das Out-Of-Band-Signal ausreichend verstärkt wird.
Der Verstärkers
umfasst beispielsweise einen Transistor. Die maximale Transitfrequenz
des Transistors, welche die maximale Arbeitsfrequenz des Verstärkers bestimmt,
ist über
den Arbeitspunkt des Verstärkers steuerbar.
Die Auswahl des Arbeitspunkts des Transistors erfolgt beispielsweise über die
Einstellung des Basisstroms. Der Basisstrom wird dabei von einem dritten
Steuersignal so gesteuert, dass bei geschlossenem Signalpfad bzw.
bei selektiertem Signal eine hohe maximale Arbeitsfrequenz ausgewählt ist.
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Die
ersten, zweiten und dritten Steuersignale können bei der Erfindung identisch
sein, bzw. von einem einzigen Steuersignal abgeleitet sein. Die Schaltmittel
sind beispielsweise mittels Relais, Dioden oder HF-Transistoren
aufgebaute Schaltmittel, oder auch integrierte Schalter.
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Die
Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung genauer beschrieben
werden. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer bekannten Schaltung zur Unterbrechung
des Signalpfades;
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2 eine
schematische Darstellung einer bekannten Selektionsschaltung zur
Auswahl eines aus zwei Signalen;
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3 eine
allgemeine Darstellung der Dämpfungsverläufe über der
Frequenz für
ein typisches Schaltmittel und ein Tiefpassfilter;
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4 eine
erste erfindungsgemäße Schaltung
zur Unterbrechung eines Signalpfads;
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5 eine
weitere Ausführung
einer erfindungsgemäßen Schaltung
zur Unterbrechung eines Signalpfads;
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6 eine
erste Ausführung
einer erfindungsgemäßen Schaltung
zur Auswahl eines aus zwei Signalen;
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7 eine
zweite Ausführung
einer erfindungsgemäßen Schaltung
zur Auswahl eines aus zwei Signalen;
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8 eine
dritte Ausführung
einer erfindungsgemäßen Schaltung
zur Auswahl eines aus zwei Signalen; und
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9 eine
beispielhafte detaillierte Schaltung eines überbrückbaren Tiefpassfilters.
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In
den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente
mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
eine schematische Darstellung eines Gerätes zur Verarbeitung eines
Signals gezeigt, bei welchem der Signalpfad unterbrochen werden
kann. Die aus dem Stand der Technik bekannte Schaltung weist einen
Eingang 1 und eine erste Signalverarbeitungsschaltung 4 auf.
Zwischen dem Eingang 1 und der ersten Signalverarbeitungsschaltung 4 ist
zur wahlweisen Unterbrechung des Signalpfads ein von einem Steuersignal
SEL1 gesteuertes Schaltmittel 2 angeordnet. In Abhängigkeit
von dem Steuersignal SEL1 wird der Eingang 1 mit der ersten Signalverarbeitungsschaltung 4 verbunden,
oder der Signalpfad ist aufgetrennt. Die Isolation des Eingangs 1 von
der ersten Signalverarbeitungsschaltung 4 ist durch die
Eigenschaften des Schaltmittel 2 bestimmt. Dies gilt insbesondere
für die
Abhängigkeit der
Isolation von der Signalfrequenz.
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In 2 ist
eine Schaltung zur Selektion eines von zwei Eingängen dargestellt, wie sie aus
dem Stand der Technik bekannt ist. Wie in 1 sind ein erster
Eingang 1 und eine erste Signalverarbeitungsschaltung 4 vorgesehen.
Das Schaltmittel 2 aus 1 ist in
diesem Falle ein Selektionsmittel 2, welches zwischen dem
ersten Eingang 1 und einem zweiten Eingang 7 auswählt. Das
Steuersignal SEL1 bestimmt, welcher der zwei Eingänge 1, 7 mit
der ersten Signalverarbeitungsschaltung 4 verbunden ist. Über den
ersten Eingang 1 wird neben einem ersten Nutzsignal ein
weiteres Signal OOB eingespeist. Das weitere Signal OOB ist an eine
zweite Signalverarbeitungsschaltung 6 angelegt. Über das
OOB-Signal wird beispielsweise ein zusätzlicher Dienst angeboten.
Der zusätzliche
Dienst muss permanent verfügbar
sein, unabhängig
von der aktuellen Schaltstellung des Selektionsmittels 2.
Daher ist das Signal OOB unabhängig
von der Auswahl des Selektionsmittels 2 dauerhaft an die
zweite Signalverarbeitungsschaltung 6 angelegt. Bei der
in der Figur schematisch dargestellten Anordnung besteht die Gefahr, dass
das erste Nutzsignal, welches an dem ersten Eingang 1 neben
dem weiteren Signal OOB anliegt sich über die Leitungen oder Leiterbahnen
in der Schaltung ausbreitet und in andere Schaltungsteile einkoppelt.
Die Ausbreitung geschieht beispielsweise über kapazitive oder induktive
Kopplung oder über elektromagnetische
Strahlung auf andere Komponenten. Weiterhin nimmt die Isolation
des Selektionsmittels 2 zwischen dem nichtselektierten
Eingang und dem Ausgang mit zunehmender Frequenz ab. Die höheren Frequenzen
des an dem ersten Eingang anliegenden ersten Nutzsignals können in
diesem Fall als Störsignale
an den Ausgang des Selektionsmittels 3 gelangen und das
selektierte zweite Nutzsignal des anderen Eingangs des Selektionsmittels stören. Diese
Störungen
sind insbesondere dann unerwünscht,
wenn die an die Eingänge
angeschlossenen Signalquellen Signale mit sehr unterschiedlichen Pegeln
liefern.
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In 3 sind
beispielhafte schematische Frequenzgänge der Dämpfung eines Schaltmittels SW
und eines Tiefpassfilters TP für
einen Frequenzbereich gezeigt. Bei einer Hintereinanderschaltung des
Tiefpassfilters und des Schaltmittels ergibt sich für die in
der Figur dargestellten Kennlinien eine über die Frequenz gleichbleibende
Dämpfung.
Die durch die Hintereinanderschaltung des Tiefpassfilters TP und
des Schaltmittels SW erhaltene Gesamtdämpfung ist als strichpunktierte
Linie TP + SW angedeutet.
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In 4 ist
eine erste Ausführung
einer erfindungsgemäßen Schaltung
zur Auftrennung eines Signalpfads gezeigt. Die Schaltung weist einen
Eingang 1 und ein Signalverarbeitungsmittel 4 auf.
Weiterhin ist ein erstes von einem Steuersignal SEL1 gesteuertes
Schaltmittel 2 vorgesehen. Zwischen dem Eingang 1 und
dem ersten Schaltmittel 2 ist ein Filter 10 angeordnet,
welches durch ein Steuersignal SEL2 in seiner Charakteristik umschaltbar
ist. Bei geschlossenem erstem Schaltmittel 2 ist die Frequenzcharakteristik
des Filters 10 so gewählt,
dass die gewünschten,
am Eingang 1 anliegenden Signale ungedämpft an die Signalverarbeitungsschaltung 4 gelangen.
Bei geöffnetem
Schaltmittel 2 ist die Frequenzcharakteristik des Filters 10 so
eingestellt, dass die mit zunehmender Frequenz abnehmende Dämpfung des
Schaltmittels 2 zumindest kompensiert wird. Dem Filter 10 ist
bei einer weiteren Ausführung
der erfindungsgemäßen Schaltung
ein Verstärker 9 nachgeschaltet.
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In 5 ist
eine zweite Ausführung
der erfindungsgemäßen Schaltung
zur Auftrennung eines Signalpfads gezeigt. Die in der Figur gezeigte
Schaltung entspricht im wesentlichen der Schaltung aus 4.
Im Unterschied zu der vorher beschriebenen Schaltung ist das Filter 10 nicht
in seiner Frequenzcharakteristik umschaltbar, sondern mittels eines zweiten
Schaltmittels 8 überbrückbar. Das
zweite Schaltmittel 8 ist durch ein Steuersignal SEL2 gesteuert.
Wenn das erste Schaltmittel 2 geschlossen ist wird das
zweite Schaltmittel 8 so angesteuert, dass das Filter 10 überbrückt ist.
Das am Eingang 1 anliegende Signal gelangt nun ungedämpft an
die Signalverarbeitungsschaltung 4. Auch in der in 5 dargestellten
Schaltung ist bei einer Ausführung
ein Verstärker 9 vorgesehen,
der zwischen dem Filter 10 und dem ersten Schaltmittel 2 angeordnet
ist.
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In 6 ist
eine erste Ausführung
einer erfindungsgemäßen Schaltung
zur Auswahl eines von zwei Signaleingängen gezeigt. Ein erster Eingang 1 und
ein zweiter Eingang 7 sind dabei an ein Selektionsmittel 2 angelegt.
Von dem Selektionsmittel 2, welches über ein Steuersignal SEL1 gesteuert
wird, gelangt das Signal des jeweils selektierten Eingangs an eine
Signalverarbeitungsschaltung 4. Zwischen dem ersten Eingang 1 und
dem entsprechenden Eingang des Selektionsmittels 2 ist
ein in seiner Frequenzcharakteristik umschaltbares Filter 10 angeordnet.
Das Filter 10 wird von einem Steuersignal SEL2 gesteuert.
Wenn der erste Eingang 1 von dem Selektionsmittel 2 selektiert
ist, ist die Frequenzcharakteristik des Filters 10 so gewählt, dass
die Signale von dem Eingang 1 ungedämpft an die Signalverarbeitungsschaltung 4 gelangen.
Die mit dem Nutzsignal übertragenen
weiteren Signale OOB werden vor dem Eingang des Selektionsmittels 2 abgegriffen
und an eine zweite Signalverarbeitungsschaltung 6 angelegt.
Wenn der zweite Eingang 7 von dem Selektionsmittel 2 ausgewählt ist,
ist die Frequenzcharakteristik des Filters 10 so ausgewählt, dass
das mit dem Nutzsignal übertragene
weitere Signal OOB das Filter 10 passieren kann. Da das
Signal OOB vor dem Eingang des Selektionsmittels 2 abgegriffen
ist, gelangt es auch bei nicht selektiertem Eingang an das weitere
Signalverarbeitungsmittel 6. Wenn das Filter 10 ein
Tiefpassfilter ist, werden Frequenzen oberhalb der Signalfrequenz
des Signals OOB gedämpft.
Die Frequenz des OOB-Signals liegt beispielsweise in einem Band
von 70 bis 130 MHz. Bei entsprechend ausgelegtem Filter werden also
Frequenzen oberhalb von 130 MHz gedämpft. Ist das Filter 10 ein
entsprechend ausgelegtes Bandpassfilter, können auch Frequenzen unterhalb
der Signalfrequenz des Signals OOB gedämpft werden. Hinter dem Filter 10 ist bei
einer Ausführung
der erfindungsgemäßen Schaltung
ein Verstärker 9 vorgesehen.
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In 7 ist
eine zweite Ausführung
einer erfindungsgemäßen Schaltung
zur Auswahl eines von zwei Signaleingängen gezeigt. Die Schaltung
entspricht im wesentlichen der Schaltung aus 6. Im Unterschied
zu der in 6 dargestellten Schaltung ist
das Filter 10 nicht in seiner Frequenzcharakteristik umschaltbar,
sondern mittels eines zweiten Schaltmittels 8 überbrückbar. Das
zweite Schaltmittel 8 ist durch ein Steuersignal SEL2 gesteuert.
Wenn der erste Signaleingang 1 ausgewählt ist wird das zweite Schaltmittel 8 so
angesteuert, dass das Filter 10 überbrückt ist. Das am Eingang 1 anliegende
Signal gelangt nun ungedämpft
an die Signalverarbeitungsschaltung 4. Auch in der in 7 dargestellten
Schaltung ist bei einer Ausführung
ein Verstärker 9 vorgesehen,
der zwischen dem Filter 10 und dem ersten Selektionsmittel 2 angeordnet
ist.
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In 8 ist
eine dritte Ausführung
einer erfindungsgemäßen Schaltung
zur Auswahl eines von zwei Signaleingängen dargestellt. Die Schaltung
entspricht im wesentlichen der Schaltung aus 7. Zusätzlich zu
den in 7 beschriebenen Merkmalen ist bei dieser Schaltung
die maximale Arbeitsfrequenz des Verstärkers 9 mittels eines
Steuersignals SEL3 auswählbar.
Die maximale Arbeitsfrequenz des Verstärkers wird dabei so gewählt, dass
sie bei ausgewähltem
ersten Eingang 1 der maximalen Frequenz des Nutzsignals
entspricht. Bei ausgewähltem zweiten
Eingang 7 genügt
es, wenn die maximale Arbeitsfrequenz der des weiteren Signals OOB
entspricht.
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Die
Anordnung des Verstärkers 9 hinter
dem Filter 10 und vor dem Schaltmittel 2 hat den
Vorteil, dass der Frequenzumfang der zu verstärkenden Signale bereits reduziert
ist. Dadurch kann die unerwünschte
Signalkopplung weiter reduziert werden. Prinzipiell ist jedoch auch
eine Anordnung des Verstärkers 9 vor
dem Filter 10 möglich.
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In 9 ist
eine beispielhafte detaillierte Schaltung eines überbrückbaren Tiefpassfilters angegeben.
Von einem Signaleingang 1 gelangt ein Signal zunächst an
einen Koppelkondensator 11. Eine Induktivität 12 und
eine Kapazität 13 bilden
den eigentlichen Tiefpass. Über
einen Koppelkondensator 14 wird das gefilterte Signal ausgekoppelt
und steht an einem Ausgang 15 an. Über einen Kondensator 20 ist
eine Schaltdiode 16 parallel zu der Induktivität 12 geschaltet.
Bei hinreichend großer
Kapazität 20 liegt
die Diode 16 parallel zu der Induktivität 12 und überbrückt diese
im eingeschalteten Zustand. Eine Spannung U ist über einen Widerstand 17 an
die Kathode der Schaltdiode 16 angelegt. Ein Widerstand 18 bildet
mit dem Widerstand 17 einen Spannungsteiler, mittels dessen
das Potential an der Kathode der Schaltdiode 17 einstellbar
ist. Eine Steuerspannung SEL ist über einen Widerstand 19 an
die Anode der Schaltdiode 16 angelegt. Eine Kapazität 21 glättet die
Steuerspannung SEL. Je nach der Größe der Steuerspannung SEL ist
die Schaltdiode leitend oder gesperrt. Bei leitender Schaltdiode
ist die Induktivität überbrückt und
das Tiefpassfilter ist unwirksam. Das Signal gelangt nun über die
Schaltdiode 16 und die Koppelkapazität 14 an den Ausgang.
Bei gesperrter Schaltdiode 16 liegt die Induktivität 12 im
Signalpfad und das Tiefpassfilter ist wirksam.