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Schaltung zum wahlweisen Anheben oder Absenken der Lautstärke eines
Frequenzbereiches in einem Niederfrequenzverstärker.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum wahlweisen Anheben oder
Absenken der Lautstärke eines Frequenzbereiches in einem Niederfrequenzverstärker.
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Derartige Schaltungen werden in der Unterhaltungselektronik, der kommerziellen
Nachrichtentechnik und der elektrischen Meßtechnik überall dort verwendet, wo das
Bedürfnis besteht, den Frequenzgang des in diesen Geräten verwendeten Verstärkers
abweichend von einem fest eingestellten Verlauf verändern zu können. Dies ist insbesondere
in der Unterhaltungselektronik bei Hifi-Verstärkern und Rundfunkempfängern der Fall.
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Es ist bekannt, in diesen Geräten Verstärker zu verwenden, die ein
Netzwerk mit Widerständen, Kondensatoren und Potentiometern aufweisen. Zum Anheben
bzw. Absenken der hohen und tiefen Frequenzen ist je ein Einstellglied, der sogenannte
Höhen- und Tiefenregler, vorhanden.
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Es ist auch bekannt (Funkschau 1969, Seite 77 - 78), das Absenken
und Anheben sowohl der hohen als auch der tiefen Frequenzen eines bestimmten Frequenzbereiches
mittels nur eines einzigen Potentiometers vorzunehmen. Bei dieser bekannten Schaltung
sind zwei Spulen zur Bildung zweier Serienschwingkreise erforderlich. Die Verwendung
von Spulen bedeutet aber wegen des materiellen Aufwandes und der großen Fertigungstoleranzen
einen Nachteil. Ferner besteht bei der Verwendung von Spulen die Gefahr einer Störung
durch äußere Störfelder.
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Hiergegen müssen dann aufwendige Abschirmungen vorgesehen werden.
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Es ist zwar bekannt (deutsche Patent-schrift 734 684), in einer Schaltung
zur Einstellung der Amplitude des mittleren Tonfrequenzbereiches ein nur aus Kondensatoren
und Widerständen bestehendes Netzwerk zu verwendens jedoch ist mit dieser Schaltung
nur eine Absenkung der Amplitude des mittleren Tonfrequenzbereichs möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum wahlweisen
Anheben oder Absenken der Lautstärke eines innerhalb des Tonfrequenzbereiches beliebig
wählbaren Frequenzbereiches zu schaffen, die keine Spulen benötigt, mit nur einem
Einstellglied einstellbar ist und die insbesondere zum großen Teil in integrierter
Technik ausführbar ist. Diese Aufgabe ist für den Fall bereits gelöst worden (Pitsch,
Lehrbuch der Funkempfangstechnik, Band II, Seite 805, Abb. 683c), daß die Lautstärke
der hohen und tiefen Frequenzen gegenüber den mittleren Frequenzen wahlweise abgesenkt
oder angehoben werden kann. Hiermit ist es aber nicht möglich, die Lautstärke eines
beliebigen wählbaren mittleren Teils des Tonfrequenzbereiches wahlweise abzusenken
oder anzuheben.
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Die Erfindung bezieht sich auf die eingangs genannte Schaltung.
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Die erfindungsgemäße Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß als
Niederfrequenzverstärker ein Differenzverstärker mit einem inventierenden und einem
nichtinvertierenden Eingang dient, daß das zu übertragende Nutzsignal über ein die
mittleren Frequenzen des Frequenzbereiches bestimmendes RC-Netzwerk an den nichtinvertierenden
Eingang angeschlossen ist und daß der Eingang des RC-Netzwerkes, der invertierende
Eingang des Differenzverstärkers und der Ausgang Differenzverstärkers über die drei
Anschlüsse eines Potentiometers miteinander verbunden sind.
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Durch die Erfindung ist die Verwendung eines handelsüblichen integrierten
Differenzverstärkers möglich. Der Ubergang zwischen dem Absenken und dem Anheben
geschieht kontinuierlich. Bei einer entsprechenden Bemessung der Schaltung ist der
Frequenzgang in der mittleren Stellung des Schleifer des Potentiometers linear.
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ie Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen, die in der
Zeichnung dargestellt sind. erläutert. Fig. 1, 3 und 4 zeigen je ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Schaltung, und F 2 zeigt die Wirkung der erfindungsgemäßen
Schaltung.
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Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung, bei der das zu verarbeitende
Niederfrequenzsignal (NF-Signal) an die Klemme 1 angeschlossen ist. Uber ein symmetrisches
Doppel-T-Glied ist die Eingangsklemme 1 an den nichtinvertierenden (positiven) Eingang
5 eines Differenzverstärkers 2 angeschlossen. Das am Ausgang 9 des Differenzverstärkers
2 erscheinende Signal ist an der Ausgangsklemme 10 der Schaltung abgreifbar.
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Das Doppel-T-Glied setzt sich in bekannter Weise aus einem Hochpaß
und einem Tiefpaß zusammen, die parallel zueinander geschaltet sind.
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Bei einer entsprechenden Dimensionierung des rechnerisch als Brücke
zu erfassenden Doppel-T-Glieds erreicht man es, daß die mittlere Frequenz des Frequenzbereiches,
der mittels der Schaltung angehoben oder abgesenkt werden soll, gesperrt wird. In
dem vorliegenden Fall arbeitet das Doppel-T-Glied in bekannter Weise als schmalbandige
Bandsperre. Anstelle des symmetrischen Doppel-T-Glieds sid auch andere RC-Netzwerke
mit Bandsperren-Charakter verwendbar.
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Das an der Eingangsklemme 1 anliegende NF-Signal wird nicht nur über
das RC-Netzwerk 3 dem Differenzverstärker zugeführt, sondern es wird auch über einen
Widerstand 4 und den einen Teilwiderstand eines Potentiometers 7 an den zweiten,
invertierenden Eingang 6 des Differenzverstärkers 2 angeschlossen. Uber den anderen
Teilwiderstand des Potentiometers 7 und einen Widerstand 8 im Gegenkopplungszweig
ist der invertierende Eingang 6 mit dem Ausgang 9 des Differenzverstärkers 2 verbunden.
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Zur Erklärung der Wirkungsweise der Schaltung sei angenommen, daß
die Frequenz des an der Klemme 1 liegenden NF-Signales im wesentlichen gleich der
mittleren Frequenz der Bandsperre 3 ist. In diesem Fall
ist der
Dämpfungswiderstand des RC-Netzwerkes 3 so groß, daß praktisch kein NF-Signal an
den nichtinvertierenden Eingang 5 des Differenzverstärkers 2 gelangt. Der Differenzverstärker
2 wird also über den Widerstand 4 wie ein invertierender Verstärker betrieben, dessen
Verstärkungsbetrag im wesentlichen von dem Verhältnis des zwischen dem Ausgang 9
und dem Eingang 6 wirksamen Widerstandes und dem zwischen dem Eingang 6 und der
Eingangsklemme 1 wirksamen Widerstand bestimmt ist. Die Widerstände 4 und 8 sind
so bemessen, daß die Verstärkung bei der mechanischen Mittelstellung des Schleifers
des Potentiometers 7 etwa gleich Eins beträgt. Man erkennt, daß beim Verschieben
des Schleifers des Potentiometers 7 in der Zeichnung nach links eine Verstärkungszunahme,
d.h. eine Anhebung der NF-Signale erfolgt, während bei einer Verschiebung des Schleifers
nach rechts eine Verstärkungsabnahme, d.h. ein Absenken der NF-Signale erfolgt.
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Bei Frequenzen, die soweit außerhalb der mittleren Frequenz des schmalbandigen
RC-Netzwerkes 3 liegen, daß dessen Durchlaßwiderstand vergleichsweise klein gegen
den zwischen dem invertierenden Eingang 6 und der Eingangsklemme 1 wirksamen Widerstand
(Widerstand 4 und linker Teil des Potentiometers 7) ist, arbeitet der Differenzverstärker
2 wie ein nichtinvertierender Verstärker, dessen Verstärkungsbetrag bei geeigneter
Bemessung nahezu gleich Eins ist.
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Die Wirkung der Schaltung beruht also darauf, daß einerseits der Sperrwiderstand
der Bandsperre wesentlich großer als der Widerstand 4 ist und andererseits der Durchlaßwiderstand
der Bandsperre wesentlich kleiner als der Widerstand 4 ist.
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Man erkennt, daß durch den gleich großen Verstärkungsbetrag bei hohen
und tiefen Frequenzen einerseits, sowie bei der Mittenfrequenz des RC-Netzwerkes
3 andererseits der Frequenzgang im gesamten Frequenzbereich nahezu linear ist. Durch
Verschieben eines einzigen Einstellgliedes, nämlich des Schleifers des Potentiometers
7, wird die Amplitude der NF-Signale in dem die genannte Mittenfrequenz umgebenden
Frequenzbereich entweder abgesenkt oder angehoben.
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In Fig. 2 ist die Wirkung der vorstehend beschriebenen Schaltung dargestellt.
Die Zeichnung zeigt die Abhängigkeit der Amplitude A des an der Klemme 10 erscheinenden
Ausgangssignals von der Frequenz f.
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Die Kurve I zeigt den Frequenzgang bei einer Stellung des Schleifers
des Potentiometers 7 am linken Ende, während die Kurve III den Frequenzgang bei
einer Stellung des Schleifers am rechten Ende zeigt.
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Die Kurve II zeigt einen linearen Frequenzgang in der Mittenstellung
des Schleifers. Die Frequenz fx stellt die mittlere Frequenz des RC-Netzwerkes 3
dar.
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In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Schaltung dargestellt. Während in Fig. 1 der Schleifer des Potentiometers 7 an den
invertierenden Eingang 6 angeschlossen ist, ist er in Fig. 3 an die Eingangsklemme
1 angeschlossen. Die so abgewandelte Schaltung arbeitet ähnlich der in Fig. 1 dargestellten
Schaltung.
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Zur Einstellung eines Frequenzganges mit mehreren Frequenzbereichen
mit veränderbarer Amplitude ist es möglich, mehrere der beschriebenen Schaltungen
hintereinander zu schalten, wobei jeweils das BC-Netzwerk so dimensioniert ist,
daß die mittlere Frequenz des betreffenden Frequenzbereiches gleich der gesperrten
Frequenz des RC-Netzwerkes ist.
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Zur Verminderung der Steilheit des in der Zeichnung dargestellten
Doppel-T-Glieds ist es möglich, wie in Fig. 4 dargestellt, den Ableitungskondensator
11 des Tiefpasses statt an Masse an den Ausgang 9 des Differenzverstärkers 2 anzuschliessen.
Diese Maßnahme bewirkt eine Mitkopplung. Dies wiederum hat zur Folge, daß im Bereich
der Absenkung eine Verringerung der Steilheit des Doppel-T-Glieds und im Bereich
der Anhebung eine Vergrößerung der Steilheit des an sich breitbandigen Doppel-T-Glieds
nach Fig. 1 und 3 auftritt. Um zu vermeiden, daß die Schaltung nach Fig. 4 auf der
mittleren Frequenz des Doppel-T-Glieds bei maximaler Anhebung schwingt, werden die
Widerstände 4, 7 und 8 so bemessen, daß das Verhältnis der Summe der Widerstandswerte
7 und 8 zu dem Widerstandswert 4 kleiner Eins ist.