-
Umfeld der Erfindung
-
Diese Erfindung gehört zu den elektronisch abstimmbaren Filtern.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Spannungsgesteuerte Filter sind schon länger bekannt, z. B. die patentierten Schaltungen von Robert A. Moog,
Patent Nr. 3,475,623 aus den USA, die Schaltung von David P. Rossum,
Patent Nr. 4,404,529 aus Kalifornien, USA, die Schaltung von Dennis P. Colin,
Patent Nr. 3,805,091 aus den USA, die Schaltung von Alan R. Pearlman,
Patent Nr. 4,011,466 und
Patent Nr. 3,924,199 aus den USA.
-
Anliegen war es, einen einfachen Tiefpass zu entwickeln, den man elektronisch mit Hilfe einer Spannung steuern kann und in der Audiotechnik anwenden kann. Der Tiefpass sollte mit elektronischen Bauteilen arbeiten, die leicht erhältlich und kostengünstig sind. Audiosignale sollten bis in den Infraschall-Bereich verarbeitet werden können. Der Filter sollte auch – bei genügender Rückkopplung – selbst als Sinus-Generator arbeiten können, bis in den Infraschall-Bereich hinunter, aber auch bis über 10.000 Hz.
-
Details zur Erfindung
-
1 enthält die im Schutzanspruch 1 genannte Erfindung, die als spannungsgesteuerter Tiefpass-Filter wirkt. Dieser besteht aus einem Summierverstärker, gebildet aus den Widerständen 1, 2, 3 und dem Operationsverstärker 4, an dessen Ausgang der Eingang eines zweiten Summierverstärker, bestehend aus den Widerständen 5, 6, 8 und dem Operationsverstärker 7, angeschlossen ist. Die Widerstände 6 und 8 sind gleich groß, damit die Spannung am Ausgang des zweiten Summierverstärkers der Spannung am Ausgang des ersten Summierverstärkers mit gleicher Größe, aber entgegengesetzter Polarität folgt. Eine positive Steuerspannung am offenen Kontakt des Widerstandes 1 steht am Ausgang des ersten Operationsverstärkers 4 in abgeschwächter Amplitude und invertiert zur Verfügung. Die Abschwächung wird durch das Verhältnis von Widerstand 3 zu Widerstand 1 bestimmt, wobei der Widerstand 3 in diesem Falle kleiner als der Widerstand 1 ist. Das Ausgangssignal des ersten Summierverstärkers, das am Ausgang des Operationsverstärkers 4 zur Verfügung steht, wird mit Hilfe des zweiten Summierverstärkers invertiert und steht am Ausgang des Operationsverstärkers 7 zur Verfügung.
-
Zwischen den Ausgängen des ersten und zweiten Summierverstärkers ist eine Reihenschaltung aus zwei Dioden 9 und 10 geschaltet, die in Flussrichtung betrieben werden. Eine Erhöhung der Spannung am Eingang des ersten Summierverstärkers führt zu einem Anstieg der Spannung, die an dieser Reihenschaltung anliegt und damit zu einer Erhöhung des Stromes durch die Dioden. Diese bilden zusammen mit dem Kondensator 11 einen Tiefpass. Der Kondensator ist mit einem Anschluß geerdet. Der andere Anschluß ist am Zusammenschluss der Dioden miteinander angeschlossen. Eine Veränderung der Spannung am Widerstand 1 bewirkt eine gleichzeitige Veränderung der Spannungen – mit entgegengesetzter Polarität – an beiden Enden der Dioden-Reihenschaltung und am Mittelpunkt der Reihenschaltung, wenn beide Dioden gleich sind, keine Veränderung. Dort tritt die Steuerspannung nicht in Erscheinung, dieser Punkt hat im Idealfall nahezu Masse-Potential. Dort tritt aber das Audiosignal auf.
-
Das Audiosignal wird über den Widerstand 5 und den zweiten Summierverstärker in einen Zweig der Dioden-Reihenschaltung eingeschleust. Dort tritt es am Ausgang des Tiefpasses, dem Zusammenschluss von Dioden 9, 10 und Kondensator 11, gefiltert auf. Eine Veränderung der Spannung an den Enden der Dioden-Reihenschaltung bewirkt eine Veränderung des Stromes durch die Dioden. Eine Erhöhung des Diodenstromes bewirkt eine Erhöhung der Grenzfrequenz, eine Erniedrigung des Diodenstromes bewirkt eine Erniedrigung der Grenzfrequenz der Schaltung nach 1.
-
2 enthält die im Schutzanspruch 1 genannte Erfindung. Mit den Widerständen 12, 13 und 14 sowie dem Operationsverstärker 15 wird ein erster Summierverstärker gebildet, der an die offenen Kontakte der Widerstände 12 und 13 gelegte, positive Steuerspannungen invertiert und abschwächt. Am Ausgang des Operationsverstärkers 15 ist der Eingang eines Differenzverstärkers angeschlossen. Der Differenzverstärker wird vom Operationsverstärker 22 und den Widerständen 16 bis 21 gebildet. Die Widerstände 19, 20 und 21 sind gleich groß. Der Differenzverstärker hat die Aufgabe, die am Ausgang des ersten Summierverstärkers entstehende, negative Spannung zu invertieren, wobei der Betrag der Spannung am Ausgang des Differenzverstärkers gleich dem Betrag der Spannung am Ausgang des ersten Summierverstärkers sein soll. Darüber hinaus hat der Differenzverstärker einen Eingang für ein der Rückkopplung dienendes Signal und Eingänge für Audio-Signale.
-
Zwischen die Ausgänge des ersten Summierverstärkers und des Differenzverstärkers ist eine Reihenschaltung von zwei Dioden 23 und 24 geschaltet. Dabei ist die Kathode der Diode 23 mit dem Ausgang des ersten Summierverstärkers, die Anode der Diode 24 mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden. Anode der Diode 23 und Kathode der Diode 24 sind miteinander und mit einem Anschluss eines Folienkondensators 25 verbunden, dessen anderer Anschluss mit Masse verbunden ist.
-
Die Dioden 23 und 24 werden als spannungsabhängige Widerstände eingesetzt und bilden mit dem Kondensator 25 einen spannungsabhängigen, ersten Tiefpass. Die Spannungen entstehen zwischen den Ausgängen des ersten Summierverstärkers und des Differenzverstärkers. Am Zusammenschluss der Dioden 23, 24 und dem Kondensator 25 ist der Eingang eines als Impedanzwandler arbeitenden Operationsverstärkers 26 angeschlossen, der eine hochohmige Eingangsstufe haben sollte, um den oben genannten Tiefpass nicht zu belasten.
-
Über die Widerstände 16, 17 und 18 werden Audiosignale über den Differenzverstärker in den ersten Tiefpass gebracht, über den Widerstand 19 eine Steuerspannung. Über den Widerstand 53 wird ein der Rückkopplung dienendes Signal in den ersten Tiefpass gebracht.
-
Ein zweiter Summierverstärker, gebildet aus den Widerständen 27, 28, 29 und dem Operationsverstärker 30 dient dem gleichen Zweck wie der Differenzverstärker. Er versorgt einen mit dem ersten Tiefpass identischen, zweiten Tiefpass mit einer Steuerspannung und dem invertierten Ausgangssignal des oben genannten, ersten Impedanzwandlers. Die Widerstände 27 und 29 sind gleich groß.
-
Der zweite Tiefpass wird mit den Dioden 31, 32 und dem Kondensator 33 gebildet.
-
Dabei ist die Anode der Diode 32 mit dem Ausgang des zweiten Summierverstärkers verbunden, die Kathode der Diode 31 mit dem Ausgang des ersten Summierverstärkers. Der Ausgang des zweiten Tiefpasses ist mit dem Eingang eines zweiten Impedanzwandlers 34 verbunden. Dessen Ausgang ist mit dem Eingang eines dritten Summierverstärkers – gebildet aus den Widerständen 35, 36, 37 und dem Operationsverstärker 38 – verbunden. Die Widerstände 36 und 37 sind gleich groß. Der dritte Summierverstärker erhält zusätzlich über den Widerstand 36 das Ausgangssignal des ersten Summierverstärkers.
-
Mit dem Ausgang des dritten Summierverstärkers ist der mit dem ersten und zweiten Tiefpass identische, dritte Tiefpass verbunden. Der dritte Tiefpass wird mit den Dioden 39, 40 und dem Kondensator 41 gebildet. Die Anode der Diode 40 ist mit dem Ausgang des dritten Summierverstärkers verbunden und erhält über diesen eine Steuerspannung und das invertierte Ausgangssignal des zweiten Impedanzwandlers. Die Kathode der Diode 39 ist mit dem Ausgang des ersten Summierverstärkers verbunden.
-
Am Zusammenschluss der Dioden 39, 40 und dem Kondensator 41 ist der Eingang eines dritten Impedanzwandlers 42 angeschlossen. Der Ausgang des dritten Impedanzwandlers ist über den Widerstand 43 mit dem Eingang eines vierten und letzten Summierverstärkers verbunden. Der vierte Summierverstärker wird aus den Widerständen 43, 44, 45 und dem Operationsverstärker 46 gebildet. Die Widerstände 44 und 45 sind gleich groß. Der vierte Summierverstärker versorgt den vierten, mit den Dioden 47, 48 und dem Kondensator 49 gebildeten Tiefpass mit einer Steuerspannung und dem invertierten Ausgangssignal des dritten Impedanzwandlers 42. Die Steuerspannung wird über den Widerstand 44 eingeschleust.
-
Die Anode der Diode 48 ist mit dem Ausgang des vierten Summierverstärkers verbunden, die Kathode der Diode 47 mit dem Ausgang des ersten Summierverstärkers. Das Ausgangssignal des vierten Tiefpasses – der Zusammenschluss von Dioden 47, 48 und Kondensator 49 – ist mit dem Eingang eines nicht invertierenden Verstärkers verbunden. Dieser Verstärker wird mit dem Operationsverstärker 50 und den beiden Widerständen 51 und 52 gebildet. Der Ausgang dieser Verstärkerstufe bildet den Ausgang der gesamten Schaltung und ist mit dem der Rückkopplung dienenden Widerstand 53 verbunden, dessen anderer Anschluss mit dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist.
-
Anschluss 54 ist mit Masse-Potential verbunden. Die positive und negative Betriebsspannungsversorgung der Operationsverstärker-Schaltkreise ist in 2 zur Verbesserung der Übersicht nicht eingezeichnet worden.
-
Insgesamt bildet die Schaltung nach 2 einen vierstufigen Tiefpass, der im Wesentlichen die Schaltung nach 1 in mehrfacher Ausführung enthält.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 3475623 [0002]
- US 4404529 [0002]
- US 3805091 [0002]
- US 4011466 [0002]
- US 3924199 [0002]