DE2102866B2

DE2102866B2 - Schaltung mit einem Signalkanal

Info

Publication number: DE2102866B2
Application number: DE2102866A
Authority: DE
Inventors: R M Dolby; D P Robinson
Original assignee: Dolby Laboratories Inc
Current assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Priority date: 1970-01-23
Filing date: 1971-01-22
Publication date: 1981-02-26
Also published as: DE2102866C3; DE2167266C2; JPS5729886B1; SE383461B; JPS598963B2; JPS56156009A; GB1338227A; US3737678A; DE2102866A1; SE371350B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung mit einem ω Signalkanal, in dem ein Widerstand liegt und der über einen veränderbaren Widerstand mit Signalerde verbunden ist, mit einem Steueranschluß, über den die Impedanz des veränderbaren Widerstands durch eine Steuerspannung zur Steuerung der durch den veränder- b5 baren Widerstand bewirkten Dämpfung steuerbar ist, mit einem Steuerspannungsgenerator, dessen Eingang mit einem Punkt des Signalkanals und dessen Ausgang mit dem Steueranschluß verbunden ist, mit einem oder mehreren am Steueranschluß angeschlossenen Glättungskondensatoren zur Glättung der Steuerspannung und mit einer vom Ausgang des Signalkanals zum Steueranschluß führenden Rückführverbindung zur Verzerrungsverringerung.

Das bevorzugte Anwendungsgebiet sind Begrenzerschaltungen, insbesondere Begrenzerschaltungen für Anordnungen zur Verringerung von Störsignalen, bei denen Kompressoren und Expander eine steuerbare Begrenzung der Amplitude eines Signals erfordern.

Beispiele derartiger Anordnungen sind in der britischen Patentschrift 1120541 beschrieben. Dort werden insbesondere die Spannungs-Strom-Kennlinien von Dioden in symmetrischer Anordnung zur Erzielung der gewünschten Begrenzung verwendet Es ist auch bekannt, als steuerbaren Widerstand eines steuerbaren Begrenzers einen Feldeffekttransistor (FET) zu verwenden. Die Source-Drain-Strecke des FET verbindet den Signalkanal mit Signalerde und das Steuersignal wird der Torelektrode zugeführt

Die Erfindung befaßt sich mit der Verbesserung von Begrenzerschaltungen, insbesondere von FET-Begrenzsrschaltungen, die eine Verringerung der Verzerrung und eine genaue Ausbildung der Begrenzungsfähigkeit ohne eine übermäßig genaue Reproduzierbarkeit der FET-Parameter ermöglichen. Pie Verringerung der Verzerrung ist besonders bei nichtlinearen Kompressoren und Expandern (auch Silbenkompressoren oder -expander genannt) wichtig, die auf dem Audio-Gebiet eingesetzt werden, obwohl die Erfindung auch generell für alle Arten von Begrenzern verwendbar ist, unabhängig davon, ob sie in Anordnungen zur Verringerung von Störsignalen, wie sie in dem oben erwähnten Patent beschrieben sind, verwendet werden oder nicht Die Erfindung ist insbesondere für Begrenzer geeignet, wie sie in dem erwähnten Patent beschrieben sind und die als Filter mit veränderbarer Grenzfrequenz wirken.

Bei einem bekannten Verfahren zur Verringerung der Verzerrung in FET-Begrenzerschaltungen wird die Hälfte der FET-Ausgangsspannung zur Steuerspannung addiert, die dem Tor des FET zugeführt wird. Dies geschieht durch Überlagerung der FET-Ausgangsspannung mit der einseitig gerichteten Steuerspannung mittels ohmscher Widerstände. Dabei wird die Steuerspannung zwangsläufig gedämpft, was mitunter auf Kosten des nutzbaren Steuersignals geht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die eine vollständige Ausnutzung der Steuerspannung ermöglichen.

Bei der Schaltung der gattungsgemäßen Art besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß der Ausgang des Signalkanals mit dem Glättungskondensator verbunden ist, so daß sich ein Rückführkreis ergibt, in dem etwa die halbe Ausgangsspannung über den oder einen Glättungskondensator' zum Steueranschluß positiv zurückgeführt wird.

Hierbei bewirkt der Glättungskondensator nicht nur eine Glättung der Steuerspannung, sondern auch eine positive Rückführung des Ausgangssignals des Signalkanals. Die Steuerspannung kann dem veränderbaren Widerstand direkt zugeführt werden, ohne daß sie bei der Überlagerung mit der Spannung vom Signalkanal-Ausgang gedämpft wird.

Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen ausführlicher beschrieben.

Die Fig. 1 bis 5 sind schematische Schaltbilder verschiedener Begrenzerschaltungen nach der Erfindung.

Bei allen Ausführungsbeispielen sind alle Widerstände, die in dem Signalkanal liegen, ohmsche Widerstände, doch können auch Kondensatoren, Spulen oder komplexe Widerstände (Scheinwiderstände) verwendet werder, wenn eine Begrenzungs- und Filterwirkung kombiniert werden solL

Nach Fig. 1 ist ein Eingang 10 des Signalkanals über einen ohmschen Widerstand R1 und einen Verstärker 9 mit dem Verstärkungsfaktor A mit einem Ausgang U des Signalkanals verbunden. Zwischen dem Eingang des Verstärkers 9 und Masse oder Erde liegt ein FET IZ Ein Steueranschluß 13 ist mit der Torelektrode des FET zur Zuführung einer Steuerspannung verbunden, die dann die vom FET bewirkte Dämpfung bestimmt Das Steuersignal wird von einem Steuerspannungsgenerator

14 erzeugt, der mit den Ein- und Ausgängen 10 und 11 verbunden ist Wie in dem erwähnten Patent erläutert ist, kann das Begrenzer-Steuersignal durch Gleichrichten und Glätten des Ein- und/oder Ausgangssignals des Begrenzers gebildet werden.

Ein Anschluß eines Glättungskondensators Ci ist mit dem Steueranschluß 13 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators ist nicht in der üblichen Weise geerdet, sondern mit dem Ausgang eines Verstärkers 15 — mit dem Verstärkungsfaktor B — verbunden, der zusammen mit dem Verstärker 9 einen Gesamtverstärkungsfaktor von—aufweist wobei der Eingang dieser

Verstärker mit dem FET-Ausgangsanschluß verbunden ist Der Gesamtverstärkungsfaktor läßt sich auch in

Form der Gleichung AB = — angeben. Der Verstärker

15 hat einen niedrigen Ausgangswiderstand. Der Verstärker 9 kann beispielsweise eine hohe Verstärkung aufweisen, wobei der Verstärker 15 dann eine entsprechende Dämpfung bewirkt Man sieht also, daß die halbe FET-Ausgangsspannung über den Kondensator CX der Torelektrode des FET zurückgeführt wird, um die vom FET bewirkte Verzerrung zu verringern, ohne daß dabei die Glättungswirkung des Kondensators beeinträchtigt wird oder die Verringerung der Verzerrung beeinträchtigt

Der Steuerspannungsgenerator 14 ist in den übrigen Figuren zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. Bei der Schaltung nach F i g. 2 wird der Faktor—auf

andere Weise gebildet Der Verstärker 9 und der Verstärker 15 haben einen Gesamtvers'ärkungsfaktor von AB. Der Glättungskondensator Ci ist in Kondensatoren Cl und C3 aufgeteilt, deren Summe gleich C1 ist. Das Spannungsteilerverhältnis dieser Kondensatoren

ist gleich , so daß sie nur die halbe FET-Ausgangs-

2 AB

spannung zurückführen. Mit anderen Worten, die Schaltung ist so ausgelegt daß

F i g. 3 stellt eine Begrenzerschaltung dar, bei der zwei Feldeffekttransistoren zur Vereinfachung der Bildung der gewünschten Eigenschaften verwendet werden. Der Eingang 10 ist über ohmsche Widerstände A4 und Ä5 sowie den Verstärker 9, die in Reihe geschaltet sind, mit dem Ausgang 11 verbunden. Hinter dem Widerstand A4 liegt ein Ableitzweig, der aus einem ohmschen Widerstand R 6 in Reihe mit einem ersten FET 18 besteht Hinter dem Widerstand R 5 liegt ein Ableitzweig, der aus einem ohmschen Widerstand R7 in Reihe mit einem zweiten FCT 19 besteht Der

ίο Steueranschluß 13 ist mit den Torelektroden beider Transistoren verbunden, doch liegt eine Vorspannungsquelle 20, die schematisch als Batterie dargestellt ist lediglich in der Verbindung zur Torelektrode des Transistors 19, so daß, wenn die Steuerspannung am Steueranschluß 13 ansteigt, zunächst nur der Transistor 18 leitend wird und der Transistor 19 anschließend anfängt leitend zu werden.

Bei der Vorspannungsquelle 20 kann es sich um einen ohmschen Spannungsteiler handeln, der an einer festen Bezugsspannung, einer Silicium-Diode, einer Zener-Diode oder einer Spannung liegt, die aus einem Signal der Begrenzerschaltung selbst oder einer äußeren Schaltung abgeleitet ist Bei diesen Vorspannungsschaltungen sind die Transistoren hinsichtlich ihrer Pinch-off-Spannung aneinander angepaßt Bei einem anderen Verfahren sind die Torelektroden gemeinsam mit dem Steueranschluß 13 verbunden, wobei Transistoren mit unterschiedlichen Pinch-off-Spannungen verwendet werden.

Zur Störsignalverringerung (Rauschverringerung) ist es zweckmäßig, die ersten wenigen dB der Dämpfung genau einzustellen bzw. zu steuern und von den Eigenschaften (Kennlinien und Parametern) der jeweils verwendeten Feldeffekttransistoren unabhängig zu machen, was am besten durch Verwendung verhältnismäßig niederohmiger Widerstände R 4 und R 6 erreicht wird. Der erste FET 18 ist so vorgespannt, daß er vor dem zweiten FET leitend zu werden beginnt und das erste Dämpfungsglied, bestehend aus dem ersten FET 18 und den Widerständen R 4 und R 6 (die beispielsweise jeweils einen Widerstandswert von lOkOhm und 4,7 kOhm aufweisen können), bewirkt lediglich eine verhältnismäßig geringe Dämpfung (etwa 1OdB). Nachdem der erste FET 18 den ersten geringen Anteil der Dämpfung bewirkt hat wird der zweite FET 19 leitend, wodurch er den größten Teil der übrigen erforderlichen Dämpfung bewirkt Bei der Verringerung von Störsignalen bzw. Rauschunterdrückung bewirkt der zweite FET 19 den größten Anteil der erforderlichen Herunterregelungsbegrenzung (downturning limiting characteristic). Die »Herunterregelungs-Eigenschaften« sind in der oben erwähnten Patentschrift erläutert Eine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit wird selbst bei verhältnismäßig hohen Dämpfungswerten (z. B. 30 dB) erzielt weil der erste FET 18 unter diesen Umständen vollständig leitend ist so daß er in der ersten Stufe einen genauen Dämpfungswert einstellt

Bei der Störsignal- bzw. Rauschsignalverringerung ist

es zweckmäßig, die Störsignale bzw. Übergangsschwingungen symmetrisch zu begrenzen. In diesem Zusammenhang wird in der erwähnten Patentschrift die Verwendung von Schwellwertbegrenzungs-Dioden oder Dioden mit doppelseitiger Begrenzung (auch Abkappungs- oder Clipping-Dioden genannt) beschrieben. Bei der Schaltung nach F i g. 3 ist es beispielsweise mitunter vorteilhaft, symmetrisch vorgespannte Schwellwertbegrenzunes-Dioden am Auseane zu ver-

wenden. Die Dioden verhindern die Erzeugung unsymmetrischer Signalkomponenten durch einen oder beide Feldeffekttransistoren) während der Ansprechoder Einregelzeit des Begrenzers, in der die große Amplitude des zugeführten Signals eine erhebliche Nichtlinearität des Feldeffekttransistors zur Folge haben kann.

. Fi g. 4 stellt eine Art der Vereinigung der vorteilhaften Merkmale der Schaltungen nach den F i g. 1 und 3 dar. Die Schaltungen nach den F i g. 2 und 3 können in ähnlicher Weise kombiniert werden. Bei der Schaltung nach F i g. 4 verringert die dem Glättungskondensator Cl zugeführte Korrekturspannung die vom ersten FET-Dämpfungsglied bewirkte Verzerrung (da das weitere Dämpfungsglied noch gesperrt ist). Wenn der zweite FET 19 leitend wird (wodurch er die zurückgeführte Verzerrungskompensationsspannung verringert), ist die vom ersten FET 18 bewirkte Dämpfung hinreichend, um nicht nur im ersten FET, sondern auch im zweiten eine annehmbar niedrige Verzerrung zu erreichen. Bei der Schaltung nach F i g. 5 ist der Eingang 10 mit einem Phasenspalter 16 verbunden, dessen beidi Ausgänge über zwei gleiche ohmsche Widerstände R'. und R 3 mit den beiden Eingängen eines Differenzver stärkers 17 verbunden sind. Der Ausgang diese:

Verstärkers 17 ist über den Widerstand R 5 mit den Ausgang U verbunden. Zwischen den Widerständet und dem Differenzverstärker liegt der Dämpfungs-FEI 18, dessen Torelektrode mit dem SteueranschluB 13 unc dem Glättungskondensator Cl verbunden ist. Wegei

ίο dieser symmetrischen Anordnung wird die durch die geradzahligen Harmonischen bewirkte Verzerrung, die normalerweise hervorgerufen wird, erheblich verrin gert Eine der zweiten Stufe von F i g. 4 entsprechend« Stufe R 6, 19, 20 liegt direkt am Ausgang 11. Da dei erste FET 18 die Hauptquelle von Verzerrunger darstellt, ist nur dieser FET in symmetrischer Gegen takt-Schaltungsanordnung dargestellt, obwohl aucl beide Stufen in Gegentakt geschaltet sein können.

Die Schaltungen nach den Fig.3, 4 und 5 könnei

auch durch eine dritte FET-Dämpfungsstufe (odei irgendeine beliebige Anzahl zusätzlicher Stufen) er gänzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung mit einem Signalkanal, in dem ein Widerstand liegt und der über einen veränderbaren s Widerstand mit Signalerde verbunden ist, mit einem Steueranschluß, über den die Impedanz des veränderbaren Widerstands durch eine Steuerspannung zur Steuerung der durch den veränderbaren Widerstand bewirkten Dämpfung steuerbar ist, mit einem Steuerspannungsgenerator, dessen Eingang mit einem Punkt des Signalkanals und dessen Ausgang mit dem Steueranschluß verbunden ist, mit einem oder mehreren am Steueranschluß angeschlossenen Glättungskondensatoren zur Glättung der Steuerspannung und mit einer vom Ausgang des Signalkanals zum Steueranschluß führenden Rückführverbindung zur Verzerrungsverringerung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (1 i) des Signalkanals mit dem Glättungskondensator (Ct) verbunden ist, so daß sich ein Rückführkreis ergibt, in dem etwa die halbe Ausgangsspannung über den oder einen Glättungskondensator zum Steueranschluß (13) positiv zurückgeführt wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (11) des Signalkanals über einen Trennverstärker (15) mit dem Glättungskondensator (C 1) verbunden ist

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Glättungskondensator (CX) zwischen dem Steueranschluß (13) und dem Ausgang des Verstärkers (15) liegt und der Spannungsverstärkungsfaktor des Verstärkers so gewählt ist, daß die Gesamtverstärkung des

Rückführkreises etwa-ist

4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Glättungskondensatoren (Cl, CS) in Reihe zwischen Signalerde und dem Ausgang des Verstärkers (15) liegen, der Verbindungspunkt der Kondensatoren nut dem Steueranschluß (13) verbunden ist und die Spannungsverstärkung des Verstärkers sowie die Dämpfung der Kondensatoren so gewählt sind, daß etwa die Hälfte . des Ausgangssignals am Steueranschluß erscheint 4

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalkanal mehrere Widerstände (R 4, RS) in Reihe enthält, denen jeweils ein veränderbarer Widerstand (18,19) nachgeschaltet ist, der den Signalkanal mit Signalerde verbindet, daß die zugehörigen Steuerkreise alle mit dem Steueranschluß (13) so verbunden sind, daß die veränderbaren Widerstände bei unterschiedlichen Steuerspannungs-Schwellwerten in den leitenden Zustand übergehen.