DE2312086A1

DE2312086A1 - Rauschunterdrueckungssystem

Info

Publication number: DE2312086A1
Application number: DE19732312086
Authority: DE
Inventors: Jacob De Boer; Robert Nestor Joseph Van Sluys
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-03-30
Filing date: 1973-03-10
Publication date: 1973-10-31
Also published as: DE2312086C3; ES413099A1; FR2178108A1; JPS5649008B2; AR195708A1; JPS4910010A; CH561488A5; CA975439A; IT980703B; FR2178108B1; SE388988B; ATA270873A; DE2312086B2; AT346906B; GB1431481A; BE797480A

Description

Hauschunt erdrückungssystem.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalübertragungsvox-richtung mit einer amplituden- und frequenzabhängigen Uebertragungs-■funktion für ein Rauschunterdrückungssystem.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Signalübertra^ungsvorrichtungen, die bei Rauschunterdrückungssystemen zur Schwächung des von einen Informationskanal herbeigeführten Rauschens verwendet v/erden können, wobei ein solches Rauschunterdrückungssystem eine erste dem Infornationskanal vorangehende Signr.lübertragungsvorrichtung und eine zweite dem Inforaationskanal nachgeordnete Signalübertragungsvorrichtung enthält, deren Uebertragungsfunktion zu der Uebertragungsfunktion der ersten Signalübertragungsvorrichtung komplementär ist.

Derartige Rauschunterdrückungssysteme, die sich in den letzten Juhren exnes grossen Interesses erfreuen, sxnd z.B. von beson-

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derer Bedeutung bei magnetischen Aufzeichnungsträgern. Diere magnetischen Aufzeichnungsträger führen ja ein erhebliches Rauschen in das aufgezeichnete Signal ein, was bei der Wiedergabe der auf diesen Aufzeichnungsträger aufgezeichneten Information (Audio- und/oder Videoinformation) zu sehr störenden Effekten führen kann.

Der endgültige Einfluss des von dem informationskanal, im obenstehenden Beispiel dem magnetischen Aufzeichnungsträger, herbeigeführten Rauschens auf das wiedergegebene Signal kann mit Hilfe eines Rauschunterdruckungssystems der obengenannten Art stark unterdrückt werden. Zu diesem Zweck v/eist die Signalübertragungsvorrichtung, die dem Infornationskanal vorangeht, eine derartige übertragungsfunktion auf, dass wenigstens Signale mit einer kleinen Amplitude und einer Frequenz, die in der Bähe der Frequenz des· von dem Informationskanal eingeführten Rauschens liegt, zusätzlich verstärkt werden. Infolgedessen wird der Rauschabstand des Signals im Informationskanal, im obenstehenden Beispiel dem magnetischen Aufzeichnungsträger, vergrössert, während das Signal selber infolge dieser frequenz- und amplitudenabhängigen . Uebertr&gungsfunktion verzerrt sein wird. Bei der Wiedergabe des Signals muss diese Verzerrung selbstverständlich Yfieder beseitigt werden, zu Vielehen Zweck das von dem Informationskanal erhaltene Signal einer zweiten Signalübertragungsvorrichtung zugeführt wird, die eine Übertragungsfunktion aufweist, die zu der der ersten Signalubertragungsvorrichtung komplementär ist. Infolgedessen wird wieder das ursprüngliche Signal in unverzerrtem Zustand erhalten. Das von dem Informationskanal eingeführte Rauschen wird jedoch, ebenso wie die Signale mit entsprechender Frequenz und kleiner Amplitude, zusätzlich geschwächt, so dass der verbesserte Sauschabstand des Signals im Informationskanal bei der Wiedergabe beibehalten wird.

Es leuchtet ein, dass es für eine verzerrungsfreie 'Wieder-

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gäbe des Signals besonders wichtig ist, dazs di3 Uebertragur.gsfunktionen der beiden Signalübertragungsvorrichtungen - der Kompressor und der Expander - zueinander möglichst genau komplementär sind. Diese Anforderung ist uQso wesentlicher, je nachdem die Uebertragungsfunktionen der Signalübertragungsvorrichtungen einen in bezug auf die Amplituden- und Frequenzabhängigkeit verwickeiteren Verlauf aufweisen, was jedoch oit wünschenswert ist, un eine zweekmäsüige Rauschschwächung zu erzielen. Dadurch v/erden ja die benötigten Schaltungen im allgemeinen !,ritischer sein.

Bei Systemen,.bei denen die beiden Signalübertragungsvorrichtungen verwendet werden, z.B. bei Tonbandgeräten, die sowohl für Aufnahme als auch für Wiedergabe geeignet sind, ist es daher besonders vorteilhaft., wenn die Einheit, die das Frequenz- und Amplitudenverhalten dieser Vorrichtung bestimmt, für die beiden Vorrichtungen völlig gleich ist. in diesem Falle ist ja eine einzige Einheit genügend, die, abhängig von der gewünschten Funktion, und zwar Kompression oder Expansion, in der ersten oder in der zweiten Signalübertragungsvorrichtung geschaltet wird. Dazu wird eine Schaltvorrichtung benötigt, deren Bauart und deren Wirkungsweise durch die Bauart der SignalÜbertragungsvorrichtungen bestimmt werden, wobei naturgemäss das Bestreben dahin geht, diese Schaltvorrichtung möglichst einfach zu halten. Weiter werden vorzugsweise SignalÜbertragungsvorrichtungen verwendet, bei denen die Gefahr vor !Instabilitäten iiifoj__ee von Rückkopplungsschleil'en möglichst gering ist. Schliesalich ist es erwünscht, dass die Vorrichtungen aui einfache Weise und auf einer kleinen Oberfläche integriert werden können.

Die Erfindung bezweckt, eine Signalübertragungsvorrichtung zu schaffen, die in hohem Masse den vorerwähnten Wünschen und Anforderungen entspricht. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung oinen Kreis mit einem ersten Impedanzelement, der Hauptütroubahri cmo:; err; tun Tranüistoro und einem zweiten Impedanz element

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enthält, welche Elemente des Kreises in Rsilie von demselben. Signalstrom durchflossen werden, während weiter ein mit der Steuerelektrode des ersten Transistors verbundener Eingang und ein .Ausgang vorgesehen sind, an dem die Signalspannung über eines der Impedanzelement.e zur Verfügung kommt, wobei die durch das zweite Impedanz element erzielte Inrpedanz ■ einen amplituden und frequenzabhängigen Charakter aufweist.

Die Uebertr-agungsfiuaktio.n der Vorrichtung wird durch den Quotienten der beiden Impedanzelemente bestimmt und ist somit von dem Verhalten dieser Impedanzelemente als Funktion der Amplitude und der Frequenz des zugeführten Signals abhängig. Vorzugsweise enthält das zweite Impedanz element eine amplitudenunabhängige Impedanz., die vom Signalstrom durchflossen wird und die bewirkt, dass die durch das zweite Impedanz element erzielte Impedanz eine amplitud.enunabhängige Komponente aufweist. Kach einer bevorzugten ^usführungsform enthält das zweite iHipedanzelement einen Transistor, dessen Haupt strombahn vom Signalstrom durchflossen γ/ird und dessen Steuerelektrode über ein Netz-Yierk mit einer amplituden- und frequenzabhängigen übertragungsfunktion ein von der SrSsse des Signalstromes .abgeleitetes Steuersignal zugeführt wird. Das amplituden- und .frequenzabhängige Verhalten des Netzwerks kann dabei mit Hilfe eines regelbaren Filters oder eines regelbaren Verstärkers erhalten γ/erden, die. zu diesem Zweck eiiien Regel-eingang aufweisen, dem ein über eine Regeleinheit erhaltenes /Regeisignal zugeführt wird, das von der Grosse des Signalstromes abgeleitet ist. Naturgemäss .können auch ein regelbares Filter sowie ein regelbarer Verstärker verwendet werden. Die Regeleinheit kann das regelbare Filter oder den regelbaren Verstärker selbstverständlich nach verschiedenen Kriterien regeln. Mach einer bevorzugten .Ausführungsform enthält die Regeleinheit ein nichtlineares Filter, dem ein von der Amplitude, des Steuersignals abhängiges üignal zugeführt wird. _._ -

Das Umschalten .VQit-der, einen übertragungsfunktion auf die komplementäre Hebertragungsfunktion kann auf awei verschiedene Wed sen

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erfolgen. Bei der ersten Umschaltmöglichkeit werden die Lagen der impedanzelemente im Reihenkreis untereinander verwechselt. Wenn jedoch das zweite Impedanzelement einen zweiten Transistor enthält, dessen Hauptstrombahn vom Signalstron durchflossen wird und dessen Steuerelektrode über ein Netzwerk ein von dem Signalstrom abgeleitetes Steuersignal zugeführt wird, kann die Umschaltung auch auf eine zweite Weise, und zwar innerhalb des zweiten Impedanzeleaients, stattfinden. Zu diesem Zweck kann eine Schalteinheit vorgesehen sein, die in einer ersten Lage dafür sorgt, dass über das Netzwerk em unmittelbar von dem Signalstrom abgeleitetes Steuersignal der Basis des zweiten Transistoi-s zugeführt wird, und die in einer zweiten Lage eine Gegenkopplung des Netzwerks über eine Gegenkopplungseinheit und eine zusätzliche Inversion des Steuersignals bewirkt. Durch passende Wahl der Gegenkopplungseinheit können auf diese Jeise zwei zueinander komplementäre .Funktionen'erzielt werden.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Signalübertragungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Ausführungsform der gleichen Bauart, aber mit einen anders ausgeführten zweiten Impedanzelement,

Figuren 3 ^und 4 zwei Ausführungsformen mit einer zu der der Vorrichtung nach Fig. 2 komplementären Übertragungsfunktion,

Fig. 5 eine Kombinationsschaltung, mit deren Hilfe zwei zueinander komplementäre Üebertragungsfunktionen erhalten werden können,

Fig. 6 eine weitere Ausarbeitung des Netzwerks in einer bevorzugten .ausführungsform der Erfindung, Fig. 7 eine für Integration geeignete Ausführungsform,

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Figuren 8 und 9 das dabei auf i ret ende frequenz- und amplitudenabhängige Verhalten,

Jj'ig. 10 eine andere Ausführungsform der üignalubertragungsvorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 11 eine für Integratxon geeignete Ausführung der Vorrichtung nach Fig. 10.

In den Figuren sind entsprechende Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die in Fig. 1 gezeigte Signalübertragungsvorrichtung

enthält zunächst einen npn-Transistor T₁. "Der Emitter dieses Transistors T. ist über ein erstes Impedanz element Z. mit der negativen Klemme der Speisequelle, z.B. Erde, verbunden. Der Kollektor dieses Transistox-s T. ist über exn zweites Impedanzelement Z₀ mit der positiven Klemme +V der Speisequelle verbunden.. Das Eingangssignal V. wird der Basis des Transistors T. zugeführt und das Ausgangssignal V wird dem Kollektor des Transistors T., entnommen.

Das Impedanzelement Z₀ weist einen amplituden- und frequenzabhängigen Charakter auf, indem es die Parallelschaltung einer Induktivität L, eines Widerstandes und zweier gegensinnig parallel geschalteter Dioden D und D' enthält. Weiter enthält das impedanzelement Z_n noch eine Impedanz Z-, in Reihe mit der genannten Parallelschaltung. Die gezeigte Ausführungsform des Impedanzelements Z₀ lässt sich z.B. in einem Rauschunterdrückungssystem zur Unterdrückung des Rauschens in' einem Videosignal verwenden, bei dem die von der gezeigten Vorrichtung herbeigeführte nichtlineare Verzerrung im allgemeinen ,zulässig ist.

Für Audioanwendungen, bei denen diese Verzerrung im allgemeinen unzulässig ist, kann das Impedanz element Z₀. eine. Bauart nach Fig. 2 aufweisen. Bei der Ausführungsform nach, dieser Figur enthält das Impedanz element Z_n in Reihe zwischen der Klemme +V₁,- und dem Kollektor

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des Transistors T„ eine Impedanz Z., d?.3 ifellektor-Kmitter-fütrecke

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eines Transistors 'JL' vom npn-Typ und eine impedanz Z,. Weiter enthält, dieses lmpedanzeleinent Z₀ ein Netzwerk S, das ein Signal der impedanz Z. entnimmt und ein daraus erhaltenes Steuersignal der Basis des Transistors T₀ .zuführt. Der Aufbau der Signalübertragungsvoi'richtung nach den Figuren 1 und 2 'hat den Vorteil , dass auf einfache v/eise unter Verwendung desselben Impedanz elements Z_ die komplementäre Uebertragungs funktion erhalten werden kann. TJm dies nachzuweisen, wird zunächst die üebertragungsfunktxon der Vorrichtung nach Fig. 2 berechnet werden.

Unter Vernachlässigung der Basis-Emitterspannung des Transistors T. und des Ausgangsstromes wird der Signalstrom in der durch die impedanzen Z., Z₂., Z. und die Haupt st rombahn en der Transistoren T₁

^Ti

und T₀ gebildeten Bexhenanordnung gleich — sexn. Venn von diesem 2 Z₁

Signalstrom ausgegangen wird, wird für das Steuersignal an der Basis des

Transistors T₀ die Grosse gefunden* - rr^ V. , wobei .g die Uebertragungs 2 Z₁ r

funktion des Netzwerks ff darstellt. Y/enn die Basis-Emitterspannung des Transistors T₀ vernachlässigt wird., weist diese Spannung den gleichen Wert auf und wird sahliesslich für da-e Aus gangs signal V gefunden.:

Z +g..Z

Dieser Ausdruck zeigt,, dass der frequenz- und ■ amplitudenabhängige Charakter der TJebertragungstfunktion einerseits durch die Impedanzen Z., Z₃, und Z. und andererseits durch die Üebertragungsfunktxon g des lietzwerks G bestimmt wird. Für die Impedanzen Z., Z_n und Z können Widerstände verwendet werden, während der Verlauf der Uebertragungsfunktionen im wesentlichen durch das Hetzwerk G bestimmt werden kann; auch können jedoch eine oder mehrere der Impedanzen Z₁, Z_ und Z, frequenz- und gegebenenfalls amplitudenabhängig ausgeführt werden. Die impedanz Z₃^ kann gegebenenfalls völlig weggelassen werden. Bex der Erzielung vurhilTtnisiaacsig verwickelter TTebertragungsfunktionen ist es

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im allgemeinen zu bevorzugen, die Frequenz- und Amplitudenabhängigkeit. grösstenteils mit Hilfe des Netzwerks G festzulegen.

wie bereits erwähnt wurde, ist es sehr wünschenswert,

dass bei der Erzielung der komplementären übertragungsfunktion dieselben Elemente, und zwar insbesondere, die Elemente, die in. erster Linie die Uebertragungsfunktion bestimmen, also die impedanzen Z₁, Z_,, Z. und das Netzwerk G, benutzt werden können, infolge der gewählten Bauart der SignalubertragungsTorrichtung kann dies sehr einfach auf verschiedene v/eise erfolgen, wie an Hand von zwei Beispielen in Figuren 3 und 4 veranschaulicht ist. Die Ausführungsform nach Fig. 3 entspricht nahezu völlig der Vorrichtung nach Fig. 2. Der einzige Unterschied mit der Vorrichtung nach Fig. 2 ist der_r dass der Transistor T^r._: vom npn-Typ durch einen Transistor 1* vom pnp-Typ ersetzt ist, wobei naturgemäss die Kollektor- und Emitteranschlüsse ihre Stelle verwechselt haben. Das Eingangssignal V. wird wieder der Basis dieses Transistors zugeführt und das Ausgangssignal V wird wieder dem Kollektor dieses Transistors entnommen, der nun also mit "der impedanz Z. verbunden ist. Eine einfache Berechnung zeigt, dass die Beziehung zwischen dem Eingangs-'und dem .ausgangssignal für diese Vorrichtung durch

gegeben 'ist, und die Uebertragungsfunktion dieser Vorrichtung ist also genau komplementär zu der Uebertra^ungsfunktion der Vorrichtung nach Fig.2.

•Jenn ein Impedanzelement Z.„ entsprechend dem Element Z_? nach Fig. 1 verwendet wird, wird naturgemäßa mit der Vorrichtung nach Fig. 3 eine Uebertragungsfunktion erzielt, die zu der mit der Vorrichtung nach Fig. 1 erzielten Uebertragungsfunktion komplementär ist.

Für ein Rauschschwäehungssystem für ein Tönbandgerät, bei dem man während der .aufnahme, also vor der Aufzeichnung auf das Band,

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das bignal zu komprimieren und bei Wiedergabe das Signal zu expandieren 'wünscht, bedeutet dies z.B., dass für die beiden Punktionen dieselben impedanzelemente L. und Z_? verwendet werden können und dass durch Einschalten eines Transistors T. (Fig. 2) oder eines Transistors T, (Fig.3) auf die angegebene Weise eine der Funktionen ausgewählt werden kann«

Die komplementäre Uebertragungsfunktxori in bezug auf Fig. 2 kann auch dadurch erzielt werden, dass das Impedanzelenent Z_ in die Emitterleitung von T₁ und das Impedanzelement Z. in dessen Kollektorleitun_c aufgenommen und der npn-Transistor T_ durch einen pnp-Transistor ersetzt wird.

Fig. 4 zeigt schliesslich eine dritte Möglichkeit zur

Erzielung der komplenenteiren Uebertragungsfunktion (2). Die Vorrichtung enthält v/ieder das Impedanz element Z_?, das über einen ersten einschluss v/ieder mit der positiven Klemme +V-, der Speisequelle verbunden ist.

S3

Der sweite Anschluss ist nun a,ber über eine Stromquelle i an Erde gelegt und ist „reiter :.iit dem Emitter des npn-Transistors T₁- verbunden, dessen Basis das Lingangssignal V. zugeführt wird. Der Kollektor dieses Transistors T^ ist über die Impedanz Z. mit der positiven Klemme der Speisequelle verbunden, wobei über diese Impedanz das Aus_öangssignal

V entnommen wird.
ο

Die impedanz Z., der Transistor T₁- und das Impedanzelement Z_ bilden in bezug auf den Signalstrom v/ieder eine Reihenanordnung, weil die Stromquelle I einen konstanten Strom liefert. Als uebertragungsfunktion uird wieder auf einfache './eise die Formel (2) gefunden. Der Vorteil dor Vorrichtung nach Fig. 4 besteht einerseits darin, dass lediglich Transistoren von npn-Typ verwendet werden können, während andererseits uiese Vorrichtung auf oesonders günstige und einfache weise mit der Vorrichtung nach Fig. 2 vereinigt v/erden kann, wie in Fig. 5 dargestellt ist.

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Die in dieser Figur dargestellte Torrichtung enthält wieder das Impedanzelement Z~, das in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T. und der Impedanz Z. zwischen der positiven Klemme +V₁₅ und Erde angeordnet ist. V/eiter enthält die Vorrichtung einen Transistor T₁-, dessen Emitter mit dem Kollektor des Transistors T₁ verbunden ist. Das Eingangssignal V. kann über einen Schalter d_? wahlweise der Basis des Transistors T₁ oder der Basis des Transistors T,-zugeführt werden, während das Ausgangssignal V über einen Schalter S. wahlweise dem Kollektor des Transistors T₁ oder dem Kollektor des Transistors T^ entnommen werden kann. Die genannten Schalter S_ und S. sind mechanisch miteinander gekuppelt und sind ebenfalls mit zwei weiteren Schaltern S₁ und S, gekuppelt, so dass alle Schalter ^₁ - S. entweder die. mit a angegebene Lage oder die mit b angegebene Lage einnehmen. Der Schalter S₁ verbindet in der Lage b den Kollektor des Transistors T,- mit einer Impedanz 'Δ. ' , die andererseits ait der positiven Klemme der Speisequelle verbunden ist. Der Schalter S₇. verbxndet in der Lage b die Basis des Transistors T. mit einer Bezugsspannung V_n.

Es ist direkt ersichtlich, dass, wenn die Schalter S₁ - S. in der Lage a befindlich sind, der wirksame Teil der Vorrichtung völlig der Vorrichtung nach Fig. 2 entspricht. ;/enn sich die Schalter in der Lage b befinden, wird der Basis des Transistors T₁ eine feste Bezugsspannung V₀ augeführt. Dies bedeutet, dass der Kollektorstrom des Transistors T₁ konstant ist und dieser Transistor also als eine Stromquelle wirkt. Es ist daher deutlich ersichtlich, dass in diesem Falle der wirksaue Teil der Vorrichtung völlig der Vorrichtung nach Fig. 4 entspricht. Wenn iaan wünscht, dass die beiden Uebertragungsfunktionen zueinander komplementär sind, braucht nur sichergestellt zu werden, dass die Impedanzen Z₁' und Z₁ einander gleich sind. Es ist günstig, für diese Impedanzen Widerstände zu verwenden, die ja einfach genau einander gleich gewählt werden können, und somit das frequenz— und amplituden-

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abhängige Verhalten iia wesentlichen mittels des Impedanz elements Z

festzulegen. Durch das Umlegen der Schalter S₁ - b., die selbstverständlich auch elektronisch ausgeführt werden können, kann dann, je nachdem ob ein Signal aufgezeichnet oder ein aulgezeichnetes Signal wiedergegeben wird, eine der komplementären Uebertragungsfunktxonen aus_oewählt v/erden, was selbstverständlich auch automatisch erfolgen kann.

Fig. 6 zeigt die Vorrichtung nach Fig. 2, wobei nun aber beispielsweise die Bauart des ITetzwerks G scheuatisch durgestellt ist. Dieses I'etzwerk S enthält zunächst ein Filter F., das z.B. ein Hochpass sein kann. Das Ausgangssignal dieses Filters wird über einen Verstärker A₁ der Basis des Transistors T_? zugeführt. ,Veiter wird das üusgangssignal des Verstärkers A₁ einem zweiten Verstärker A_ zugeführt, der einen frequenzabhängigen Verstärkungsfaktor aufweisen kann. Von dem ^usgangGsignal dieses Verstärkers A_? wird mit Hilfe eines Detektors D die Amplitude gemessen, welcher gemessene wert einem nichtlinearen Filter F„ zugeführt wird, das also sowohl einen frequenz- als auch einen amplitudenabhängigen Charakter aufweisen kann. Das iiusgangssignal dieses Filters F_ wird schliesslich einem Regeleingang des Filters F₁ zugeführt, dessen Grenzfrequenz mittels des diesem !tiegeleingang zugeführten Signals regelbar ist* Es ist auch möglich» den Verstärker A₁ regelbar auszubilden und der Verstärkungsfaktor desselben von dem dem Hegeleingang desselben zugeführten wignal abhängen zu lassen (gestrichelte Linie). Durch die sehematisch dargestellte Bauart des lietzwerks G ist es möglich, eine grosse Verschiedenheit von Uebertragungsfunktionen zu erzielen, die an der; Bedarf für verschiedene Zwecke angepasst sxnd«

Fig. 7 zeigt eine für Integration geeignete Ausführungsform einer Vorrichtung entsprechend Fig. 6, die sich insbesondere, zur Anwendung in Tonbandgeräten eignet, während die Figuren 8 und 9 zwei Kennlinien dieser Vorrichtung zeigen.

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Dabei sind die Elemente des Netzwerks G nach ü'ig. 6 in Fig. durch eine Umrahmung von strichlierten Linien dargestellt. Die Vorrichtung nach Fig. 7 enthält einen Transistor T₁, dessen Basis das Eingangssignal Y.. zugeführt und dessen Kollektor das Ausgangssignal V entnommen wird· Die Impedanzen Z., Z-, und Z . in der Reihenanordnung zwischen Erdpotential und der positiven Klemme +V^ der Speisequelle werden dux'ch Widerstände E₁, R_? und R, gebildet. Weiter enthält diese Reihenanordnung noch die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T„ zwischen den Widerständen

.Die über dem Widerstand R^ entstandene Signalspannung wird

einem Hochpäss F., und zwar einer Emitterfolgerschaltung mit dem Transistor T^ und dem Widerstand R., zugeführt. Die FiIterwirkung wird mit Hilfe eines RC-Netzwerks mit dem Kondensator¹ C₁ und dem Widerstand R₁-erhalten. Weiter enthält das Filter F. einen umgekehrt geschalteten Transistor T., dessen Kollektor-Emitterstrecke den Widerstand R,- überbrückt und dessen Basis ein Regelsignal zugeführt wird. Die von diesem Transistor eingeführte Impedanz parallel zu dem Widerstand R^ beeinflusst naturgemäss die- RC-Zeit und somit die Grenzfrequenz des Filters (C₁, R₁-, T,), so dass diese Grenzfrequenz von dem Regelsignal an der Basis des Transistors T. abhängig ist.

Das Ausgangssignal dieses Hochpasses F₁ wird einem Verstärker A₁ zugeführt. Dieser Verstärker A₁ enthält eine Differenzstufe mit den Transistoren T₁- und T^, den Emitterimpedanzen· R,- und R„ und der gemeinsamen Emitterimpedanz R_fl, wobei das Ausgangssignal des Filters F₁ der Basis des Transistors T^. zugeführt wird, während der Basis cbs Transistors Tg eine Bezugsspannung zugeführt wird, die mit Hilfe eines Spannungsteilers R₁O* R-i* und der Emitterfolgerschaltung mit dem Transistor T„ und dem Widerstand R₁₁ erhalten wird. Die Einstellung dier.eo Differenzpaares T,- und T^- kann derart gewählt sein, dass eine ^ewünsciite

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Begrenzung des Signals auftritt. Der v/iderstand IL .ist auch mit dem Jiderstand R₁- verbunden. In den Kollektorkreis des Transistors T,- ist ein Spannungsteiler R_q, R.„ aufgenommen. Der Anzapfung dieses Spannungsteilers v/ird ein Ausgangssignal entnommen, das einem Spannungsteiler R ., Rj. zugeführt wird, dessen Anzapfung mit der Basis des Transistors T_ verbunden ist.

Ein zweites Ausgangssignal des Verstärkers A. wird dem

Kollektor des Transistors T^ entnommen und wird einem Verstärker A_n

ο d.

zugeführt. Dieser Verstärker A„ weist einen frequenzabhängigen Verstärkungsfaktor auf, zu welchem Zweck in den Emitterkreis eines pnp-

Transistors T_n ausser einem V/iderstand R. . die Parallelschaltung eines ο Ί4

Widerstandes R. ^ und eines Kondensators C„ aufgenommen ist. Das Ausgangssign:J. dieses Verstärkers A_ wird über einen Kondensator C, einem Kollektorv/iderstand R.,- des Transistors T„ entnommen.

1o ο

Dieses ^usgangssignal des Verstärkers Ap wird einem

Detektor D mit den widerständen R., , R„_o, R„_n, R_o^> clem Kondensator G.

1 / Io Ί y d\)

und ler Jiode D₁ zugeführt, wobei die Spannung über dem Kondensator C. beroits ein Hass für die Amplitude dieses Aus^ü-ngssignals des Verstärkers A„ ist. Diese Spannung über dem Kondensator C. wird einem nichtlinearen Filter F zugeführt.

Dieses Filter enthält ein RC-Netzwerk mit einem Kondensator C^. und einem .iiderstand Rp₇. > d.em die Spannung über dem Kondensator C. zugeführt, v.'ird, ./elcher V/iderstand R ,,von einer Diode D₉ in der Durchlass

überbrückt ist, wodurch die Uebertragungsfunktion dieses RC-Iiot:-;v.'ür-;s iiicht nur frequenz-, sondern auch amplitudenabhängig ist. Die i.nzupfuii^ dieses RC-lietzwerks ist mit der Basis eines Transistors T„ von pnp-Typ verbunden, der in der Emitter leitung einen ./iderstand R_. uiiu eine Diode D, enthält, welche Elemente von dem Widerstand R₉₉ überbrückt sind. Das Aus^angssignal dieses Filters F-, in diesem Falle der Kollektorstrom des Transistors T₉ _f _{wird dem} ß_egeleingang des Filters

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F. (der Basis des Transistors T.) zugeführt und regelt auf diese Weise die Grenzfrequenz des Hochpasses F₁.

Die durch diese Vorrichtung erzielte Üebertragungsfunktion, die also sowohl einen frequenz- als auch einen amplitudenabhängigen Charakter aufweist, ist in den Figuren 8 und 9 dargestellt. Fig. 8 zeigt dabei in logarithmischem Masstab die Spannung V an der Basis des Transistors T_? als Funktion der Amplitude des Eingangssignals V. für drei Frequenzen dieses Eingangssignals, wobei f. •" f_ζ f, ist. Fig. 9 zeigt in logarithmisehern Masstab das Ausgangssignal V als Funktion der Frequenz dreier .,erte der Amplitude des Eingangs signal S₉, wobei V. 'S V >^vii ^ist·

Ils ist einleuchtend, dass die bclialtung nach Fig. 7 vielerlei .-,eise abgewandelt, .werden kann, um die mit der Vorrichtung erzielte Übertragungsfunktion an den Bedarf anzupassen, ohne dass man den Rahmen der Erfindung verlässt.-

vielter kann z.B. als Abwandlung der in Figuren 3, 4 und 5 gezeigten Bauart des Impedanzelements Z~, bei der die Hauptstrombahn des Transistors T_? in Reihe mit der Impedanz Z. angeordnet ist, gegebenenfalls tine Bauart verwendet werden, bei der die Hauptstronbahn dieses Traneistors zu dieser impedanz Z. parallel liegt, -m diesem Falle soll dieser Transistor T_? jedoch einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie der Transistor T.. aufweisen und über seinen Emitter mit der der positiven Klemme +V-. der Speisequelle zugekehrten beite der impedanz Z. verbunden sein. Durch Aenderung der St euer spannung an der Basis diei-ot; Transistors ändert sich naturgemäss die Impedanz der Parallelschaltung dieses Transistors und der Impedanz Z..

Fig. 10 zeigt eine Ausführun^üform der ttebertru^ungsvorrichtung nach der Erfindung, bei der die Umschaltung von der einen ■ Funktion \ζ.ΰ. Kompression) auf die komplementäre Funktion (z.B. Ux-

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pansxon) und umgekehrt nicht durch eine Verschiebung des Impedanzelements Z_, sondern durch eine üenderung der durch das Impedanzelement hervorgerufenen impedanz erfolgt. Durch den gewählten Aufbau dieses Impedanzelecients ervveist es sich als möglich, durch das Umschalten nur eines einzigen Schalters die beiden komplementären Funktionen zu erzielen, was nachstehend an Hand einer Berechnung nachgeviiesen wird.

Das Impedanzelement Z„ besteht entsprechend Fig. 6 aus der Reihenschaltung einer Impedanz Z., der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T_ und einer impedanz Z^, viobex die Basisspannung für den Transistor mit Hilxe eines lletzv/erks G- erhalten γ/ird, dem die Spannung über der Impedanz Z. zugeführt wird. Dieses Netzwerk G ist nun aber auf andere Weise aufgebaut und enthält zunächst einen Pufferverstärker B-mit einem "+"-Ausgang und einem "-"-Ausgang. Der "+"-Ausgang dieses Verstärkers ist mit einer Klemme a eines Schalters S verbunden, der weiter mit einem veränderlichen Filter F₁ verbunden ist. In Reihe mit diesem Filter F. ist ein Verstärker A. angeordnet, Ton dem ein "-"-ausgang mit einem Pufferverstärker B_? verbunden ist, dessen Ausgangssignal zu dem Aus gangs signal aia "-"-.ausgang des Verstärkers B. addiert v/ird, wonach das Suminensignal einer Klemme b des Behälters S zugeführt wird. I/as Signal an einem "+"-Ausgang des Verstärkers A₁ wird der Basis des Transistors T„ zugeführt, während von diesem Signal ein Hegelsignal für das veränderliche Filter F. mit Hilfe eines Verstärkers A„, eines Detektors D und eines Filters F„ abgeleitet wird.

«/erm angenommen wird, dass in dem Kompressionsmodus der Schalter S in der Lage a befindlich ist, ist die Basisspannung V ' des

Transistors T„ gleich:

V = - * Vi^fi^a1 (3)

wobei i = der Strom durch den Reihenkreis, b.. und o.. = die Verstärkungsfaktoren dor Verr.Ulrker B. und k._t f. = die Uebertragungsfunktion des

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Filters F.. Da i = ·$— ist, wird für das Ausgangs signal V der 1 Z₁ ο .

Kompressionsschaltung gefunden:

^Vi ,

In dem Expansionsmodus muss der Schalter S sich dann in der Lage b befinden,' was eine Spannung an der Basis des Transistors T~ gleich:

i¹ Z b f ' a
γ ι _ it L ! L

zur Folge hat, wobei i¹ = der Strom durch den Reihenkreis, b_= der Verstärkungsfaktor des Verstärkers B_, und f>' die TJebertragungsfunktion des Filters F.. Daraus folgt für die Ausgangsspannung während des Expansionsmodus:

!Ζ. b. f. ' a,

in den Ausdrücken (4) und (6) kann angenommen v/erden, dass f.. = f. ' ist, unter der Bedingung, dass der Absolutv/ert von V ' gleich dem Absolutwert

V ' ist, also |V ¹J = /V 'I (7)· Wenn angenommen wird, dass Z₁ gleich β c e ty l

Z, ist, folgt daraus mit i¹ = ■=-£ aus (3), (4)> (6) und (7)» dass \ = Z₃ 1

Unter dieser Bedin^-ung ergibt sich dann ausserdem aus den Gleichungen (4), (6) und (8), dass V = V (9)

Dies bedeutet, dass unter der Bedingung (8) die beiden

Uebertragungsfunktionen zueinander komplementär sind. Für den Fall, dass Z₁ = Z. ist, können die beiden^Verstärker B₁ und B₉ identisch sexn.

Es ist einleuchtend, dass verschiedene Abwandlungen der Ausführungsform des Netzwerks G nach Fig. 10 möglich sind. Die dargestellte Ausführungsform mit Verstärkern mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden ausgang v/eist jedoch den Vorteil auf, dass nur ein einziger Schalter benötigt wird.

Fig. 11 zeigt eine für Integration geeignete Ausführung

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einer Vorrichtung nach Fig. 10, wobei die Elemente des Netzwerks G durch strichlierte Linien angegeben sind. Der Pufferverstärker B. wird durch die Transistoren T , T „, T , ΐ . und die ./iderstände R,. und Rj. gebildet. Uer Eingang dieses Verstärkers B.. wird durch die Basis dev, Transistors T... gebxldet, die mit dem ,/iderstand R, verbunden ist, der der impedanz Z. nach Fig. 10 entspricht. Der "+"-Ausgang des Verstärkers B. wird durch den Emitter des Transistors T.. gebildet, der mit der Klenge a des oclialtera S verbunden ist. Das Signal an diesem "+"-.ausgang v/ird mit Hilie der Transistoren T._?, T., und der Widerstände R,,,» R*,- invertiert und über den als Jämitterfolger geschalteten Transistor T.. der Klemme b des Schalters S zugeführt.

Die gemeinsame Klemme des Schalters S bildet den Eingang des Filters i\ in Vereinigung mit dem Verstärker A^ . Der Verstärker A. besteht r.us den Darlington-Treoisistorpaaren T. ^? '!'./-und T.„ T_1Q mit den limitfcerwiderständen R,,,, R-?_o· Das Filter J)' wird durch die Reihen-

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schaltung exner Kapazität C₁ und des Widerstandes R-.^ gebildet, deren Verbindungspunkt; mit der Basis des Transistors T.,- verbunden ist. Die Uebertragungskennlinie dieses Hochpasses kann mit Hilfe der pnp-Transistoren T₁Q* '-I-'pn geändert v/erden, die mit ihren Emitter-Kollektor-Str-cken den Widerstand R,_q überbrücken und die an ihren Basis-Elektroden ein ,steuersignal empfangen, wodurch der Gesamtbild erstand, der durch die Parallelsclialtung des Widerstandes R,„ und dieser Transistoren gebildet wird, geändert werden kann. Ein dritter Transistor ΐ überbrückt auf entsprechende Weise einen Widerstand R.„ am anderen Eingang des

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Iiiff ereiizverstärkers.

jer "+"-Ausgang des Verstärkers A₁ wird durch den Kollektor do:; Transistors T.. _oebildet und ist mit der Basis des Transistors T₀ ~a..u üb or oug;i KolleKtorv/idtiixtand R^^- mit der positiven Kleauue +V . ':■.-/■ .^üi.^i'-.uoile verbundon. sjer "-"-Ausgang des Verstärkers A₁ wird

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durch den Kollektor des Transistors T. r gebildet und ist mit dem Emitter des Transistors T., verbunden, wodurch die Ausgangsspannungen der Verstärker A. und B. zueinander addiert werden. Der Verstärker B₀ nach Fig. 10 ist also weggelassen und weist also einen Verstärkungsfaktor 1 auf, was durch passende '.Zahl von Z, , Z . und b. erzielbar ist (siehe Gleichung (8)). '

Das Regelsignal für das veränderliche Filter F. , das den Basis-Elektroden der Transistoren T._q, T_o„ und T . zugeführt wird, wird mit Hilfe der Kombination des Verstärkers A₀, des Detektors D und des Filters F₀ erhalten. Das Eingangssignal dieser Schaltung, das der Basis des Transistors T₀ entnommen wird, wird zunächst mit Hilfe der Transistoren T₀-. und T₀, verstärkt, wonach über T₀ T_O£> &i-^e Klasse-B-ünd-Stufenkonfiguration T . und'T _fi und die Stronspiegelanordnung T_OQ, T_n eine Gleichrichtung des Signals erhalten wird, nilhrend durch das Vorhandensexn der Kapazität C₀ und des v/iderstandes R.q zwischen den Emittern der Transistoren T ., T und Erde ausserdem eine FiIterv/irkung erzielt wird. Der gleichgerichtete Regelstrom wird schliesslich nochmals mit Hilie von Transistoren T ., T , Ί'_,, 'H . in Verbindung mit den Widerständen Rcqj Rcλ > -^ςρ» ^κζ ^un<^ ^^er Kapazität C, einer Verstärkung und einer Filterwirkung unterworfen. Der Kollektorstrom des Transistors T,. wird schliesslich als Regelsignal für das veränderliche Filter F. verwendet, au _v?elcheti Zweck dieser Kollektor mit den Basis-Elektroden der Transistoren T._q, T „ und T₀. verbunden ist. Die Ruheströme der verschiedenen Transistoren der Verstärker Ä. und B. werden von einer mehrfachen Stromquelle geliefert, die aus den Tr;.uirjistoren T^_r uiiu .T.,.-besteht, die über die Reihenschaltung der .,idurst"ndo ti..., R und Dioden T₇₇, T_,_fi eingestellt werden. Der VoroLürker A₀ und -.or Detektor I) empfeuigen Ruheströae für ihre Transistoren über eine ;,iehrfu.che utro/ru-.-l die aus den Transistoren T.., T besteht, deren Ei .-.r '■ llung über uen

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Emitterfolger T_?p» ^^e.ⁿ Widerstand R,₇ und die Dioden T^n» ¹I^₀ von der genannten Reihenschaltung R.., Ryipj '^7:7» '^^q abgeleitet wird. Es leuchtet ein, dass, obgleich in den dargestellten Ausführungsformen nur Bipolartransistoren verwendet wurden, auch
Unipolartransistoren Anwendung finden können.

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Claims

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Patentansprüche:

M «Λ Signalübertragungsvorrichtung mit einer amplitude- und frequenzabhängigen Uebertragungsfunktion für exn Rauschunterdrückttngssystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Kreis mit einejm ersten impedanz element (Z₁), der Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors (T₁) und einem zweiten Impedanzelement (Z-) enthält, welche Elemente des Kreises in Reihe von demselben Signalstrom durchflossen werden, und dass ein mit der Steuerelektrode des ersten Transistors verbundener Eingang und ein Ausgang vorgesehen sxnd, an dem die Signalspannung (Y ) über eines der Impedanzelemente zur.Verfugung kommt, wobei die mit dem zweiten Impedanzelement (Z„) erzielte Impedanz einen amplituden- und frequenzabhängigen Charakter aufweist (Fig. 1).

2. Signalübertragungsyorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Impedanzelement (Z₂) eine amplitudenunabhängige Impedanz (Z₇,) enthält, die vom Signalstrom durchflossen wird und die sicherstellt, dass die mit dem zweiten impedanzelement erzielte Impedanz eine amplitudenunabhängige Komponente aufweist (Fig. 1).

3. Öignalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite impedanzelement (Zp) einen zweiten Transistor(T₉) enthält, dessen Kollektor-Emitter-Strecke von dem Signalstrom durchflossen wird und dessen Steuerelektrode über ein netzwerk (Gr) ein von dem Signal strom abgeleitetes Steuersignal zugeführt wird (Fig. 2).

4· Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnet, dass das Netzwerk (G) eine Einheit (F₁, A₁) mit einer regelbaren Uebertragungsfunktion enthält, wobei diese Einheit einen Regeleingang enthält, dem ein über eine Regeleinheit (A_?, D, F„) erhaltenes Regelsignal zugeführt wird, das von der Grosse des Signalstromes abgeleitet ist (Fig. 6).
5· Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 4» dadurch

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gekennzeichnet, dass die Einheit ein regelbares Filter (F.) ist (Fig. 6).

6. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit ein regelbarer Verstärker (A₁) ist (Fig.6)

7. Signalubertragungsvorrichtung nach exnem der Ansprüche

4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsignal durch Detektion des Steuersignals an der Steuerelektrode des zweiten Transistors (T_?) erhalten v/ird (Fig. 6).

8. Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7> dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit ein nichtlineares Filter (F ) enthält (Fig. 6).

9. Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente des Kreises in Reihe von demselben Speisestrom durchflossen werden.

10. Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche

1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Impedanzelement (Z_?) zu der Reihenschaltung des ersten Impedanzelements (Z₁) und der Hauptstroiabahn des ersten Transistors (T₁-) parallel liegt, und dass der Verbindungspunkt dieses ersten Transistors und des zweiten Impedanzeler.ients mit einer Stromquelle (l) verbunden ist (Fig. 4)· 11» Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle durch einen dritten Transistox· (T₁) gebildet v/ird, wobei in Reihe mit der KoIlektor-Emitter-^ütrecke dieses Transistors ein Impedanzelement (Z₁) entsprechend dem ersten Impedanzele..ient (Z₁ ¹) angeordnet ist, und wobei der Steuerelektrode dieses dritten Transistors eine Bezugsspannung zugeführt werden kann (Fig. 5). 12. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltvorrichtung vorgesehen ist, durch die in einer ersten Lage das Eingangssignal der Basis des ersten Transistors (Tj.) zugeführt, das Ausgangssignal dem ersten Impedanz-

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element (Ζ..')" entnommen und dem dritten Transidtoi (T₁J eine Bezügsspannung zugeführt wird und in einer zweiten Lage das Eingangssignal der Basis des dritten Transistors (T₁) zugeführt, die Verbindung zwischen dem ersten Tran sis toi· (Tc-) und dem ersten Impedanz element (Z') unterbrochen und das Ausgangssignal dem zweiten Impedanzelement (Z_?) entnommen wird. -

13· Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinheit (s) vorgesehen ist, die in einer ersten Lage über das Netzwerk (F₁, A₁) unmittelbar ein von dem oignalstrom abgeleitetes steuersignal der Basis des zweiten Transistors (T_) zuführt, und in einer zweiten Lage eine Gegenkopplung des Netzwerks über eine Gegenkopplungseinheit (B_?) und eine zusätzliche Inversion des Steuersignals bewirkt (Pig. 10). 14· Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Netzwerk (F., A.) ein erster Verstärker (B.) mit einem ersten (+) und einem zweiten .ausgang (-) vorgeschaltet ist, Vielehe Ausgänge zwei zueinander gegenphasige Ausgangssignale liefern können, und dass die Schalteinheit (s) in der ersten Lage (a) eine Verbindung zwischen dem ersten .u.us_toang dieses ersten Verstärkers und dem Eingang des Netzwerks (F₁, A.) und in der zweiten- La^e (b) eine Verbindung ».wischen dem Eingang des Netzwerks (F₁, A ) und einer Addierschaltung herstellt, der das Signal des zweiten Ausgangs des ersten Verstärkers (B.) und das über die Gegenkopplungseinheit (Β-) erhaltene Gegenkopplungssigna,l zugeführt werden (Fig. 10). 15· Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk einen zweiten Verstärker (^₁) mit einem ersten (+) und einem zweiten .ausgang (-) 'enthält, welche Ausgänge zwei zueinander gegenphasige Ausgangssignale liefern können, wobei das Steuersignal für den zweiten Transistor (T_p) dem ersten Ausgang (+)

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dieses zweiten Verstärkers (A₁) und di-J Uignal fur die Gegenkopplung dem zweiten Ausgang(-) dieses zweiten Verstärkers entnommen wird (Fig.10) 16. Signalubertra^ungsvorriehtung nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkopplungseinheit (B_?) einen Verstärkungsfaktor aufweist, der gleich dem Quotienten des Verstärkungsfaktors des ersten Verstärkers (B.) und des Wertes der amplitudenunathängigen
impedanz (Z_) multipliziert mit der Uebertragungsfunktion des Signalstromes zu dem Eingangssignal des ersten Verstärkers ist (Fig. 10).

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