DE2312086C3

DE2312086C3 - Signalübertragungsvorrichtung mit einer amplituden- und frequenzabhängigen Übertragungsfunktion

Info

Publication number: DE2312086C3
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: 1979-10-31
Also published as: ES413099A1; DE2312086A1; FR2178108A1; JPS5649008B2; AR195708A1; JPS4910010A; CH561488A5; CA975439A; IT980703B; FR2178108B1; SE388988B; ATA270873A; DE2312086B2; AT346906B; GB1431481A; BE797480A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalübertragungsvorrichtung mit einer amplituden- und frequenzabhängigen Übertragungsfunktion, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Signalübertragungsvorrichtungen, die bei Rauschunterdrükkungssystemen zur Schwächung des von einem Informationskanal herbeigeführten Rauschens verwendet werden können, wobei ein solches Rauschunterdrükkungssystem eine erste dem Informationskanal vorangehende Signalübertragungsvorrichtung und eine zweite dem Informationskanal Nachgeordnete Signalübertragungsvorrichtung enthält, deren Übertragungsfunktion zu der Übertragungsfunktion der ersten Signalübertragungsvorrichtung komplementär ist

Derartige Rauschunterdrückungssysteme, die sich in den letzten Jahren eines großen Interesses erfreuen, sind z. B. von besonderer Bedeutung bei magnetischen Aufzeichnungsträgern. Diese 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 Rauschunterdrückungssystems der obengenannten Art stark unterdrückt werden. Zu diesem Zweck weist die Signalübertragungsvorrichtung, die dem Informationskanal vorangeht, eine derartige Übertragungsfunktion auf, daß wenigstens Signale mit einer kleinen Amplitude und einer Frequenz, die in der Nähe 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 Übertragungsfunktion verzerrt sein wird. Bei der Wiedergabe des Signals muß diese Verzerrung selbstverständlich wieder beseitigt werden, zu welchem Zweck das von dem Informationskanal erhaltene Signal einer zweiten Signalübertragungsvorrichtung zugeführt wird, die eine Übertragungsfunktion aufweist, die zu der der ersten Signalübertragungsvorrichtung komplementär ist. Infolgedessen wird wieder das ursprüngliche Signal in unver<:errtem 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 Rauschabstand des Signals im Informationskanal bei der Wiedergabe beibehalten wird.

Es leuchtet ein, daß es für eine verzerrungsfreie Wiedergabe des Signals besonders wichtig ist, daß die Übertragungsfunktionen der beiden Signalübertragungsvorrichtungen — der Kompressor und der Expander — zueinander möglichst genau komplementär sind. Diese Anforderung ist um so wesentlicher, je nachdem die Übertragungsfunktionen der Signalübertragungsvorrichtungen einen in bezug auf die Amplituden- und Frequenzabhängigkeit verwickeiteren Verlauf aufweisen, was jedoch oft wünschenswert ist, um eine zweckmäßige Rauschschwächung zu erzielen. Dadurch werden ja die benötigten Schaltungen im allgemeinen kritischer sein.

Bei Systemen, bei denen die beiden Signalübertragungsvorrichtungen verwendet werden, z. B. bei Tonbandgeräten, die sowohl für Aufnahme als auch für die 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

ίο 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 SignaJübertragungsvorrichtungen verwendet, bei denen die Gefahr von Unstabilitäten infolge von Rückkopplungsschleifen möglichst gering ist. Schließlich ist es erwünscht, daß die Vorrichtungen auf 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. Ausgehend von einer Signalübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen angegebenen Maßnahmen gelöst.
Die Übertragungsfunktion der Vorrichtung wird

jo 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 Impedanzelement eine amplitudenunabhängige Impedanz, die vom Signalstrom durchflossen wird und die bewirkt, daß die durch das zweite Impedanzelement erzielte Impedanz eine amplitudenunabhängige Komponente aufweist. Das amplituden- und frequenzabhängige Verhalten des Netzwerkes, über das der Steuerelektrode des zweiten Transistors ein vom Signalstrom abgeleitetes Steuersignal zugeführt wird, kann dabei mit Hilfe eines regelbaren Filters oder eines regelbaren Verstärkers erhalten werden, die zu diesem Zweck einen Regeleingang aufweisen, dem ein über eine Regeleinheit erhaltenes Regelsignal zugeführt wird, das von der Größe des Signalstromes abgeleitet ist. Naturgemäß können auch ein regelbares Filter sowie ein regelbarer Verstärker verwendet werden. Die Regeleinheit kann

so das regelbare Filter oder den regelbaren Verstärker selbstverständlich nach verschiedenen Kriterien regeln. Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Regeleinheit ein nichtlineares Filter, dem ein von der Amplitude des Steuersignals abhängigen Signal zugeführt wird.

Das Umschalten von der einen Übertragungsfunktion auf die komplementäre Übertragungsfunktion kann auf zwei verschiedene Weisen 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 Signalstrom 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 Impedanzelementes, stattfinden. Zu diesem Zweck kann eine Schalteinheit vorgesehen

sein, die in einer ersten Lage dafür sorgt, daß über das Netzwerk ein unmittelbar von dem Signalstrom abgeleitetes Steuersignal der Basis des zweiten Transistors 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 Weise zwei zueinander komplementäre Funktionen erzielt werden.

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

F i g. 1 eine erste Ausführungsform der Signalübertragungsvorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 eine Ausführungsform der gleichen Bauart, aber mit einem anders ausgeführten zweiten Impedanzelement,

F i g. 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 Übertragungsfunktionen erhalten werden können,

F i g. 6 eine weitere Ausarbeitung des Netzwerks in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 7 eine für Integration geeignete Ausführungsform,

F i g. 8 und 9 das dabei auftretende frequenz- und amplitudenabhängige Verhalten,

Fig. 10 eine andere Ausführungsform der Signalübertragungsvorrichtung nach der Erfindung und

F i g. 11 eine für Integration geeignete Ausführung der Vorrichtung nach F i g. 10.

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

Die in F i g. 1 gezeigte Signalübertragungsvorrichtung enthält zunächst einen npn-Transistor T₁. Der Emitter dieses Transistors Γι ist über ein erstes Impedanzelement Zi mit der negativen Klemme der Speisequelle, z. B. Erde, verbunden. Der Kollektor dieses Transistors Ti ist über ein zweites Impedanzelement Z₂ mit der positiven Klemme + Ve der Speisequelle verbunden. Das Eingangssignal V, wird der Basis des Transistors Ti zugeführt und das Ausgangssignal V₀ wird dem Kollektor des Transistors Ti entnommen.

Das Impedanzelement Zi weist einen amplituden- und frequenzabhängigen Charakter auf, indem es die Parallelschaltung einer Induktivität L, eines Widerstandes und zweier gegensinnig parallelgeschalteter Dioden D und D' enthält. Weiter enthält das Impedanzelement Z2 noch eine Impedanz Z3 in Reihe mit der genannten Parallelschaltung. Die gezeigte Ausführungsform des Impedanzelements Zi 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 Impedanzelement Zi eine Bauart nach Fig.2 aufweisen. Bei der Ausführungsform nach dieser Figur enthält das Impedanzelement Z₂ in Reihe zwischen der Klemme + Vb und dem Kollektor des Transistors ΤΊ eine Impedanz Z₄, die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T₂ vom npn-Typ und eine Impedanz Z₃. Weiter enthält dieses Impedanzelement Zi ein Netzwerk G, das ein Signal der Impedanz Zi entnimmt und ein daraus erhaltenes Steuersignal der Basis des Transistors T₂ zuführt. Der Aufbau der Signalübertragungsvorrichtung nach den F i g. 1 und 2 hat den Vorteil, daß auf einfache Weise unter Verwendung desselben Impedanzelements Z₂ die komplementäre Übertragungsfunktion erhalten werden kann. Um dies nachzuweisen, wird zunächst die Übertragungsfunktion der Vorrichtung nach F i g. 2 berechnet werden.

Unter Vernachlässigung der Basis-Emitterspannung des Transistors T\ und des Ausgangsstromes wird der Signalstrom in der durch die Impedanzen Z\, Zj, Zi₁ und die Hauptstrombahnen der Transistoren T\ und T₂

gebildeten Reihenanordnung gleich -y- sein. Wenn von

diesem Signalstrom ausgegangen wird, wird für das Steuersignal an der Basis des Transistors T₂ die Größe gefunden:

wobei g die Übertragungsfunktion des Netzwerks G darstellt. Wenn die Basis-Emitterspannung des Transistors T₂ vernachlässigt wird, weist diese Spannung den gleichen Wert auf und wird schließlich für das Ausgangssignal V₀ gefunden:

Dieser Ausdruck zeigt, daß der frequenz- und amplitudenabhängige Charakter der Übertragungsfunktion einerseits durch die Impedanzen Z\, Z3 und Zi

und andererseits durch die Übertragungsfunktion g des Netzwerks G bestimmt wird. Für die Impedanzen Zi, Z₂ und Z3 können Widerstände verwendet werden, während der Verlauf der Übertragungsfunktionen im wesentlichen durch das Netzwerk G bestimmt werden kann; auch können jedoch eine oder mehrere der Impedanzen Zi, Z₂ und Z3 frequenz- und gegebenenfalls amplitudenabhängig ausgeführt werden. Die Impedanz Z3 kann gegebenenfalls völlig weggelassen werden. Bei der Erzielung verhältnismäßig verwickelter Übertragungsfunktionen ist es 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 Übertragungsfunktionen dieselben Elemente, und zwar insbesondere die Elemente, die in erster Linie die Übertragungsfunktion bestimmen, also die Impedanzen Zi, Zs, Zt und das Netzwerk G, benutzt werden können. Infolge der gewählten Bauart der Signalübertragungsvorrichtung kann dies sehr einfach auf verschiedene Weise erfolgen, wie an Hand von zwei Beispielen in Fig.3 und 4 veranschaulicht ist Die Ausführungsform nach Fig.3 entspricht nahezu völlig der Vorrichtung nach F i g. 2. Der einzige Unterschied mit der Vorrichhing nach F i g. 2 ist der, daß der Transistor Ti vom npn-Typ durch einen Transistor T₃ vom pnp-Typ ersetzt ist wobei naturgemäß die Kollektor- und Emitteranschlüsse ihre Stelle verwechselt haben. Das Eingangssignal Vj wird wieder der Basis dieses Transistors zugeführt und das Ausgangssignal V₀ wird wieder dem Kollektor dieses Transistors entnommen, der nun also mit der Impedanz Zj verbunden ist Eine einfache Berechnung zeigt daß die Beziehung zwischen dem

Eingangs- und dem Ausgangssignal für diese Vorrichtung durch

Z} + S · Z₄

gegeben ist, und die Übertragungsfunktion dieser Vorrichtung ist also genau komplementär zu der Übertragungsfunktion der Vorrichtung nach F i g. 2.

Wenn ein Impedanzelement Z2 entsprechend dem Element Z2 nach F i g. 1 verwendet wird, wird naturgemäß mit der Vorrichtung nach F i g. 3 eine Übertragungsfunktion erzielt, die zu der mit der Vorrichtung nach F i g. 1 erzielten Übertragungsfunktion komplementär ist.

Für ein Rauschschwächungssystem für ein Tonbandgerät, bei dem man während der Aufnahme, also vor der Aufzeichnung auf das Band, das Signal zu komprimieren und bei Wiedergabe das Signal zu expandieren wünscht, bedeutet dies z. B„ daß für die beiden Funktionen dieselben Impedanzelemente Zi und Z₂ verwendet werden können und daß durch Einschalten eines Transistors Ti (F i g. 2) oder eines Transistors T₃ (F i g. 3) auf die angegebene Weise eine der Funktionen ausgewählt werden kann.

Die komplementäre Übertragungsfunktion in bezug auf F i g. 2 kann auch dadurch erzielt werden, daß das Impedan/.element Z₂ in die Emitterleitung von Ti und das Impedanzelement Zi in dessen Kollektorleitung aufgenommen und der npn-Transistor T₂ durch einen pnp-Transistor ersetzt wird.

F i g. 4 zeigt schließlich eine dritte Möglichkeit zur Erzielung der komplementären Übertragungsfunktion (2). Die Vorrichtung enthält wieder das Impedanzelement Z₂, das über einen ersten Anschluß wieder mit der positiven Klemme + V_flder Speisequelle verbunden ist. Der zweite Anschluß ist nun aber über eine Stromquelle / an Erde gelegt und ist weiter mit dem Emitter des npn-Transistors Ts verbunden, dessen Basis das Eingangssignal V₁ zugeführt wird. Der Kollektor dieses Transistors Tj ist über die Impedanz Zi mit der positiven Klemme der Speisequelle verbunden, wobei über diese Impedanz das Ausgangssignal V₀ entnommen wird.

Die Impedanz Zi, der Transistor Tj und das Impedanzelement Z₂ bilden in bezug auf den Signalstrom wieder eine Reihenanordnung, weil die Stromquelle / einen konstanten Strom liefert Als Übertragungsfunktion wird wieder auf einfache Weise die Formel (2) gefunden. Der Vorteil der Vorrichtung nach F i g. 4 besteht einerseits darin, daß lediglich Transistoren vom npn-Typ verwendet werden können, während andererseits diese Vorrichtung auf besonders günstige und einfache Weise mit der Vorrichtung nach Fig.2 vereinigt werden kann, wie in F i g. 5 dargestellt ist

Die in dieser Figur dargestellte Vorrichtung enthält wieder das Impedanzelement Z₂, das in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T, und der Impedanz Z\ zwischen der positiven Klemme + Vb und Erde angeordnet ist Weiter enthält die Vorrichtung einen Transistor T₅, dessen Emitter mit dem Kollektor des Transistors Ti verbunden ist Das Eingangssignal V, kann über einen Schalter S₂ wahlweise der Basis des Transistors Ti oder der Basis des Transistors Tj zugeführt werden, während das Ausgangssignal V₀ über einen Schalter St₁ wahlweise dem Kollektor des Transistors Ti oder dem Kollektor des Transistors Tj entnommen werden kann. Die genannten Schalter S₂ und Sa sind mechanisch miteinander gekuppelt und sind ebenfalls mit zwei weiteren Schallern Si und Sj gekuppelt, so daß alle Schalter Si —S4 entweder die mit a angegebene Lage oder die mit b angegebene Lage einnehmen. Der Schalter Si verbindet in der Lage öden ^ri Kollektor des Transistors Tj mit einer Impedanz Zi', die andererseits mit der positiven Klemme der Speisequelle verbunden ist. Der Schalter S3 verbindet in der Lage b die Basis des Transistors Ti mit einer Bezugsspannung Vr.

κι Es ist direkt ersichtlich, daß, wenn die Schalter Si — Sa in der Lage a befindlich sind, der wirksame Teil der Vorrichtung völlig der Vorrichtung nach F i g. 2 entspricht Wenn sich die Schalter in der Lage b befinden, wird der Basis des Transistors Γι eine feste Bezugsspannung Vr zugeführt. Dies bedeutet, daß der Kollektorstrom des Transistors 7i konstant ist und dieser Transistor also als eine Stromquelle wirkt. Es ist daher deutlich ersichtlich, daß in diesem Falle der wirksame Teil der Vorrichtung völlig der Vorrichtung

2« nach F i g. 4 entspricht. Wen man wünscht, daß die beiden Übertragungsfunktionen zueinander komplementär sind, braucht nur sichergestellt zu werden, daß die Impedanzen Zi' und Zi 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 amplitudenabhängige Verhalten im wesentlichen mittels des Impedanzelements Z₂ festzulegen. Durch das Umlegen der Schalter Si — Sa, die selbstverständlich auch

jo elektronisch ausgeführt werden können, kann dann, je nachdem ob ein Signal aufgezeichnet oder ein aufgezeichnetes Signal wiedergegeben wird, eine der komplementären Übertragungsfunktionen ausgewählt werden, was selbstverständlich auch automatisch

ν-, erfolgen kann.

F i g. 6 zeigt die Vorrichtung nach F i g. 2, wobei nun aber beispielsweise die Bauart des Netzwerks G schematisch dargestellt ist. Dieses Netzwerk G enthält zunächst ein Filter Fi, das z. B. ein Hochpaß sein kann.

Das Ausgangssignal dieses Filters wird über einen Verstärker A\ der Basis des Transistors T₂ zugeführt. Weiter wird das Ausgangssignal des Verstärkers A\ einem zweiten Verstärker Ai zugeführt, der einen frequenzabhängigen Verstärkungsfaktor aufweisen

4) kann. Von dem Ausgangssignal dieses Verstärkers A₂ wird mit Hilfe eines Detektors D die Amplitude gemessen, welcher gemessene Wert einem nichtlinearen Filter F₂ zugeführt wird, das also sowohl einen frequenz- als auch einen amplitudenabhängigen Charakter aufweisen kann. Das Ausgangssignal dieses Filters F₂ wird schließlich einem Regeleingang des Filters Fi zugeführt, dessen Grenzfrequenz mittels des diesem Regeleingang zugeführten Signals regelbar ist Es ist auch möglich, den Verstärker A\ regelbar auszubilden und der Verstärkungsfaktor desselben von dem dem Regeleingang desselben zugeführten Signal abhängen zu lassen (gestrichelte Linie). Durch die schematisch dargestellte Bauart des Netzwerks G ist es möglich, eine große Verschiedenheit von Obertragungs-

bo funktionen zu erzielen, die an den Bedarf für verschiedene Zwecke angepaßt sind.

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

Dabei sind die Elemente des Netzwerks G nach F i g. 6 in F i g. 7 durch eine Umrahmung von strichlier-

ten Linien dargestellt. Die Vorrichtung nach F i g. 7 enthält einen Transistor 71, dessen Basis das Eingangssignal Vn zugeführt und dessen Kollektor das Ausgangssignal V₀ entnommen wird. Die Impedanzen Zi, Zj und Z₄ in der Reihenanordnung zwischen Erdpotential und der positiven Klemme + Ve der Speisequelle werden durch Widerstände R\, Ri und Ri gebildet. Weiter enthält diese Reihenanordnung noch die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors Ti zwischen den Widerständen /?3und /?2.

Die über dem Widerstand R) entstandene Signalspannung wird einem Hochpaß Fi, und zwar einer Emitterfolgerschaltung mit dem Transistor 7j und dem Widerstand ftt, zugeführt. Die Filterwirkung wird mit Hilfe eines /?C-Netzwerks mit dem Kondensator Q und dem Widerstand R^ erhalten. Weiter enthält das Filter Fi einen umgekehrt geschalteten Transistor Tt, 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-ZeM und somit die Grenzfrequenz des Filters CCi, /?5, T₄), so daß diese Grenzfrequenz von dem Regelsignal an der Basis des Transistors 7} abhängig ist.

Das Ausgangssignal dieses Hochpasses Fi wird einem Verstärker A\ zugeführt Dieser Verstärker A, enthält eine Differenzstufe mit den Transistoren Ts und Tt, den Emitterimpedanzen Rt und Λ7 und der gemeinsamen Emitterimpedanz Rs, wobei das Ausgangssignal des Filters Fi der Basis des Transistors Ts zugeführt wird, während der Basis des Transistors Tt eine Bezugsspannung zugeführt wird, die mit Hilfe eines Spannungsteilers Rn, R\) und der Emitterfolgerschaltung mit dem Transistor T/ und dem Widerstand An erhalten wird. Die Einstellung dieses Differenzpaares Ts und Tt kann derart gewählt sein, daß eine gewünschte Begrenzung des Signals auftritt. Der Widerstand An ist auch mit dem Widerstand Rs verbunden. In den Kollektorkreis des Transistors Tt ist ein Spannungsteiler R% Rw aufgenommen. Der Anzapfung dieses Spannungsteilers wird ein Ausgangssignal entnommen, das einem Spannungsteiler Ru, Ä25 zugeführt wird, dessen Anzapfung mit der Basis des Transistors 7} verbunden ist

Ein zweites Ausgangssignal des Verstärkers A\ wird dem Kollektor des Transistors Tt entnommen und wird einem Verstärker Ai zugeführt Dieser Verstärker Ai weist einen frequenzabhängigen Verstärkungsfaktor auf, zu welchem Zweck in den Emitterkreis eines pnp-Transistors 7J außer einem V/iderstand Rh die Parallelschaltung eines Widerstandes Ä15 und eines Kondensators C₂ aufgenommen ist Das Ausgangssignal dieses Verstärkers Ai wird über einen Kondensator C3 einem Kollektorv-iderstand R\t des Transistors Tg entnommen.

Dieses Ausgangssignal des Verstärkers A2 wird einem Detektor Dmit den Widerständen Rn, R\», Ria, R20, dem Kondensator C₄ und der Diode D\ zugeführt, wobei die Spannung über dem Kondensator Ct bereits ein Maß für die Amplitude dieses Ausgangssignals des Verstärkers A2 ist Diese Spannung über dem Kondensator Ca wird einem nichtlinearen Filter F₂ zugeführt

Dieses Filter enthält ein ÄC-Netzwerk mit einem Kondensator C₅ und einem Widerstand R₂₃, dem die Spannung über dem Kondensator C₄ zugeführt wird, welcher Widerstand R23 von einer Diode Ch in der Durchlaßrichtung überbrückt ist, wodurch die Übertragungsfunktion dieses ÄC-Netzwerks nicht nur frequenz-, sondern auch amplitudenabhängig ist Die Anzapfung dieses /?C-Netzwerks ist mit der Basis eines Transistors T₉ vom pnp-Typ verbunden, der in der Emitterleitung einen Widerstand Ri\ und eine Diode Dj enthält, welche Elemente von dem Widerstand Rn > überbrückt sind. Das Ausgangssignal dieses Filters F₂, in diesem Falle der Kollektorstrom des Transistors Γ9, wird dem Regeleingang des Filters Fi (der Basis des Transistors T₄) zugeführt und regelt auf diese Weise die Grenzfrequenz des Hochpasses Fi.

Die durch diese Vorrichtung erzielte Übertragungsfunktion, die also sowohl einen frequenz- als auch einen amplitudenabhängigen Charakter aufweist, ist in den Fig.8 und 9 dargestellt. Fig.8 zeigt dabei in logarithmischem Maßstab die Spannung V₁₁ an der Basis

π des Transistors Ti als Funktion der Amplitude des Eingangssignals V, für drei Frequenzen dieses Eingangssignals, wobei f\<fi<f) ist. Fig.9 zeigt in logarithmischem Maßstab das Ausgangssignal V₀ als Funktion der Frequenz dreier Werte der Amplitude des Eingangssi-

>o gnals, wobei Va> Va> Vn ist.

Es ist einleuchtend, daß die Schaltung nach F i g. 7 auf vielerlei Weise abgewandelt werden kann, um die mit der Vorrichtung erzielte Übertragungsfunktion an den Bedarf anzupassen, ohne daß man den Rahmen der Erfindung verläßt.

Weiter kann z. B. als Abwandlung der in F i g. 3,4 und 5 gezeigten Bauart des Impedanzelements Z₂, bei der die Hauptstrombahn des Transistors Ti in Reihe mit der Impedanz Zi angeordnet ist, gegebenenfalls eine Bauart

jo verwendet werden, bei der die Hauptstrombahn dieses Transistors zu dieser Impedanz Zt parallel liegt. In diesem Falle soll dieser Transistor Ti jedoch einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie der Transistor Γι aufweisen und über seinen Emitter mit der der positiven Klemme + Vb der Speisequelle zugekehrten Seite der Impedanz Zt verbunden sein. Durch Änderung der Steuerspannung an der Basis dieses Transistors ändert sich naturgemäß die Impedanz der Parallelschaltung dieses Transistors und der Impedanz Za.

w Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform der Übertragungsvorrichtung nach der Erfindung, bei der die Umschaltung von der einen Funktion (z. B. Kompression) auf die komplementäre Funktion (z. B. Expansion) und umgekehrt nicht durch eine Verschiebung des

Impedanzelements Z2, sondern durch eine Änderung der durch das Impedanzelement hervorgerufenen Impedanz erfolgt Durch den gewählten Aulbau dieses Impedanzelements erweist es sich als möglich, durch das Umschalten nur eines einzigen Schalters die beiden komplementären Funktionen zu erzielen, was nachstehend an Hand einer Berechnung nachgewiesen wird.

Das Impedanzelement Z? besteht entsprechend F i g. 6 aus der Reihenschaltung einer Impedanz Z₄, der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T₂ und einer Impedanz Z3, wobei die Basisspannung für den Transistor mit Hilfe eines Netzwerks G erhalten wird, dem die Spannung über die Impedanz Z₄ zugeführt wird. Dieses Netzwerk G ist nun aber auf andere Weise aufgebaut und enthält einen Pufferverstärker B\ mit

einem »+«-Ausgang und einem »-«-Ausgang. Der » + «-Ausgang dieses Verstärkers ist mit einer Klemme a eines Schalters 5 verbunden, der weiter mit einem veränderlichen Filter Fi verbunden ist In Reihe mit diesem Filter Fi ist ein Verstärker Ax angeordnet von dem ein »-«-Ausgang mit einem Pufferverstärker B₂ verbunden ist, dessen Ausgangssignal zu dem Ausgangssignal am »-«-Ausgang des Verstärkers Bi addiert wird, wonach das Summensignal einer Klemme b des

Schalters S zugeführt wird. Das Signal an einem » + «-Ausgang des Verstärkers Ai wird der Basis des Transistors T₂ zugeführt, während von diesem Signal ein Regelsignal für das veränderliche Filter Fi mit Hilfe eines Verstärkers A₂, eines Detektors D und eines Filters F₂ abgeleitet wird.

Wenn angenommen wird, daß in dem Kompressionsmodus der Schalter S in der Lage a befindlich ist, ist die Basisspannung V_c' des Transistors T₂ gleich:

V₁.= -

(3)

wobei / = der Strom durch den Reihenkreis, b\ und a\ = die Verstärkungsfaktoren der Verstärker Bi und Ai, /i = die Übertragungsfunktion des Filters Fi. Da

ι = _i- ist, wird für das Ausgangssignal V_c der Kompressionsschaltung gefunden:

V K = - -γ- (ZJ)JiUi + Z₃). (4)

In dem Expansionsmodus muß der Schalter S sich dann in der Lage b befinden, was eine Spannung an der Basis des Transistors T₂ gleich:

J¹ ZJ)J(U₁ ' 1 + Mi'fl

zur Folge hat, wobei /' = der Strom durch den Reihenkreis, bi = der Verstärkungsfaktor des Verstärkers B₂, und f\ die Übertragungsfunktion des Filters Fi. Daraus folgt für die Ausgangsspannung während des Expansionsmodus:

Ve = '"

1 +

ι αϊ

In den Ausdrücken (4) und (6) kann angenommen werden, daß /Ί = f\ ist unter der Bedingung, daß der Absolutwert von VJ gleich dem Absolutwert von VJ ist, also

I ν·\ = I v; I (7)

Wenn angenommen wird, daß Z\ gleich
daraus mit /'=-£- aus (3), (4), (6) und (7), daß

ist, folgt

Unter dieser Bedingung ergibt sich dann außerdem aus den Gleichungen (4), (6) und (8), daß

V-V

Dies bedeutet, daß unter der Bedingung (8) die beiden Übertragungsfunktionen zueinander komplementär sind. Für den Fall, daß Zi = Zt ist, können die beiden Verstärker Si und B₂ identisch sein.

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 weist jedoch den Vorteil auf, daß nur ein einziger Schalter benötigt wird.

Fig. 11 zeigt eine für Integration geeignete Ausführung einer Vorrichtung nach Fig. 10, wobei die Elemente des Netzwerks G durch strichlierte Linien angegeben sind. Der Pufferverstärker B\ wird durch die Transistoren Tu, Ti₂, Tu, TU und die Widerstände Ru und /?j5 gebildet. Der Eingang dieses Verstärkers B₁ wird durch die Basis des Transistors Tn gebildet, die mit dem Widerstand Λ33 verbunden ist, der der Impedanz Z₁ nach Fig. 10 entspricht. Der » + «-Ausgang des Verstärkers By wird durch den Emitter des Transistors Tu gebildet, der mit der Klemme a des Schalters .9 verbunden ist. Das Signal an diesem » + «-Ausgang wird mit Hilfe der Transistoren Tu, ΤΉ und der Widerstände Rm, Rx invertiert und über den als Emitterfolger geschalteten Transistor Tu der Klemme b des Schalters 5 zugeführt.

Die gemeinsame Klemme des Schalters S bildet den Eingang des Filters Fi in Vereinigung mit dem Verstärker Ai. Der Verstärker Ai besteht aus den Darlington-Transistorpaaren 7Is, T\_b und Tu, Tie mit den Emitterwiderständen Λ37, R&. Das Filter Fi wird durch die Reihenschaltung einer Kapazität Q und des Widerstandes R& gebildet, deren Verbindungspunkt mit der Basis des Transistors Ti 5 verbunden ist. Die

2^r> Übertragungskennlinie dieses Hochpasses kann mit Hilfe der pnp-Transistoren T19, T20 geändert werden, die mit ihren Emitter-Kollektor-Strecken den Widerstand R₃q überbrücken und die an ihren Basis-Elektroden ein Steuersignal empfangen, wodurch der Gesamtwiderstand, der durch die Parallelschaltung des Widerstandes Ä39 und dieser Transistoren gebildet wird, geändert werden kann. Ein dritter Transistor T_2i überbrückt auf entsprechende Weise einen Widerstand Ä40 am anderen Eingang des Differenzverstärkers.

Der » + «-Ausgang des Verstärkers Ai wird durch den Kollektor des Transistors Tie gebildet und ist mit der Basis des Transistors T2 und über einen Kollektorwiderstand /?36 mit der positiven Klemme + Vb der Speisequelle verbunden. Der » — «-Ausgang des Verstärkers Ai wird durch den Kollektor des Transistors 7i_b gebildet und ist mit dem Emitter des Transistors Tu verbunden, wodurch die Ausgangsspannungen der Verstärker Ai und Si zueinander addiert werden. Der Verstärker S₂ nach Fig. 10 ist also weggelassen und weist also einen Verstärkungsfaktor 1 auf, was durch passende Wahl von Zi, Z₄ und b\ erzielbar ist (siehe Gleichung (8)).

Das Regelsignal für das veränderliche Filter Fi, das den Basis-Elektroden der Transistoren Ti₉, T₂₀ und T₂-, zugeführt wird, wird mit Hilfe der Kombination des Verstärkers A₂, des Detektors D und des Filters F; erhalten. Das Eingangssignal dieser Schaltung, das der Basis des Transistors T₂ entnommen wird, wird zunächst mit Hilfe der Transistoren T₂₃ und T₂₄ verstärkt wonach über T25, T26, die Klasse-B-Endstufenkonfiguration Tn und T₂₈ und die Stromspiegelanordnung T₂₉, T₃₀ eine Gleichrichtung des Signals erhalten wird, während durch das Vorhandensein der Kapazität C₂ und des Widerstandes Λ« zwischen den Emittern der Transistoso ren T₂7, T₂S und Erde außerdem eine Filterwirkung erzielt wird. Der gleichgerichtete Regelstrom wird schließlich nochmals mit Hilfe von Transistoren T31, T32, T33, T34 in Verbindung mit den Widerständen Λ50, Ä51. R52, Ä53 und der Kapazität C₃ einer Verstärkung und einer Filterwirkung unterworfen. Der Kollektorstrom des Transistors T₃₄ wird schließlich als Regelsignal für das veränderliche Filter Fi verwendet zu welchem Zweck dieser Kollektor mit den Basis-Elektroden der

Transistoren Ti₉, 7Jo und Ti, verbunden ist Die Ruheströme der verschiedenen Transistoren der Verssärker A \ und B\ w ;rden von einer mehrfachen Stromquelle geliefert, die aus den Transistoren 735 und T₃₆ besteht, die über die Reihenschaltung der Widerstände Λ41, Λ42 und Dioden T₃₇, T_x eingestellt werden. Der Verstärker A2 und der Detektor D empfangen Ruheströme für ihre Transistoren über eine mehrfache Stromquelle, die aus den Transistoren 7Ji, 742 besteht.

deren Einstellung über den Emitterfolger Tu, den Widerstand A₄₃ und die Dioden 739, 7« von der genannten Reihenschaltung Λπ, Au, Tn, Tx abgeleitet wird.

Es leuchtet ein, daß, obgleich in den dargestellten Ausführungsformen nur Bipolartransistoren verwendet wurden, auch Unipolartransistoren Anwendung finden können.

Hier/u 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Signalübertragungsvorrichtung mit einer amplituden- und frequenzabhängigen Übertragungsfunktion, die einen Serienkreis mit — in dieser Reihenfolge — einem ersten Impedanzelement, die Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors und einem zweiten Impedanzelement enthält, wobei die Elemente des Serienkreises in Reihe von einem durch ein an die Steuerelektrode des ersten Transistors angelegtes Eingangssignal hervorgerufenen Signalstrom durchflossen werden und wobei das Ausgangssignal einer Ausgangselektrode des ersten Transistors entnommen wird und das zweite 1 i Impedanzelement eine amplituden- und frequenzabhängige Impedanz besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Impedanzelement (Z₂) die Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors (Ti) enthält, dessen Emitterelektrode dem ersten Transistor (Ti) zugewandt ist und dessen Steuerelektrode über ein Netzwerk (G) mit einer amplituden- und frequenzabhängigen Übertragungsfunktion ein vom Signalstrom abgeleitetes Steuersignal zugeführt wird.

2. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Emitterelektrode des zweiten Transistors (Ti) und dem ersten Transistor (Ti) eine Impedanz (Zj) aufgenommen ist, die einen von der Amplitude des jo Signalstromes unabhängigen Impedanzwert aufweist.

3. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk (C) eine Einheit (Fu Ai) mit einer regelbaren Übertragungsfunktion enthält, wobei diese Einheit einen Regeleingang enthält, dem ein über eine Regeleinheit (Ai, D, Fi) erhaltenes Regelsignal zugeführt wird, das von der Größe des Signalstromes abgeleitet ist (F i g. 6).

4. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit ein regelbares Filter (Fi) ist (F i g. 6).

5. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit ein regelbarer Verstärker (A\) ist (F i g. 6).

6. Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsignal durch Detektion des Steuersignals an der Steuerelektrode des zweiten Transistors (Ti) erhalten wird (Fig. 6).

7. Signalübertragungsvorrichitung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit ein nichtlineares Filter (Fi) enthält (F ig. 6).

8. Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente des Kreises in Reihe von demselben Speisestrom durchflossen werden.

9. Signalübertragungsvorrichtung nach einem der t>o Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Impedanzelement (Zi) zu der Reihenschaltung des ersten Impedanzelements (Zi) und der Hauptstrombahn des ersten Transistors (T5) parallel liegt, und daß der Verbindungspunkt dieses ersten bi Transistors und des zweiten Impedanzelements mit einer Stromquelle (I) verbunden ist (F i g. 4).

10. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch

9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle durch einen dritten Transistor (T\) gebildet wird, wobei in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors ein Impedanzelement (Z\) entsprechend dem ersten Impedanzelement (Zi) angeordnet ist, und wobei der Steuerelektrode dieses dritten Transistors eine Bezugsspannung zugeführt werden kann (F i g. 5).

11. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltvorrichtung vorgesehen ist durch die in einer ersten Lage das Eingangssignal der Basis des ersten Transistors (T5) zugeführt, das Ausgangssignal dem ersten Impedanzelement (Zi) entnommen und dem dritten Transistor (Ti) eine Bezugsspannung zugeführt wird und in einer zweiten Lage das Eingangssignal der Basis des dritten Transistors (Ti) zugeführt, die Verbindung zwischen dem ersten Transistor (Ts) und dem ersten Iirpedanzelement (Zi) unterbrochen und das Ausgangssignal dem zweiten Impedanzelement (ZiI entnommen wird.

12. Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinheit (S) vorgesehen ist, die in einer ersten Lage über das Netzwerk (Fi, Ai) unmittelbar ein von dem Signalstrom abgeleitetes Steuersignal der Basis des zweiten Transistors (Ti) zuführt, und in einer zweiten Lage eine Gegenkopplung des Netzwerks über eine Gegenkopplungseinheit (Bi) und eine zusätzliche Inversion des Steuersignals bewirkt (F ig. 10).

13. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch

12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Netzwerk (Fi, Ai) ein erster Verstärker (Bi) mit einem ersten ( + ) und einem zweiten Ausgang ( —) vorgeschaltet ist, welche Ausgänge zwei zueinander gegenphasige Ausgangssignale liefern können, und daß die Schalteinheit (S) in der ersten Lage (a) eine Verbindung zwischen dem ersten Ausgang dieses ersten Verstärkers und dem Eingang des Netzwerks (Fu Ai) und in der zweiten Lage (ty eine Verbindung zwischen dem Eingang des Netzwerks (Fu Ai) und einer Addierschaltung herstellt, der das Signal des zweiten Ausgangs des ersten Verstärkers (Bi) und das über die Gegenkopplungseinheit (Bi) erhaltene Gegenkopplungssignal zugeführt werden (F i g. 10).

14. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch

13, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk einen zweiten Verstärker (Ai) mit einem ersten ( + ) und einem zweiten Ausgang ( —) enthält, welche Ausgänge zwei zueinander gegenphasige Ausgangssignale liefern können, wobei das Steuersignal für den zweiten Transistor (Ti) dem ersten Ausgang (+) dieses zweiten Verstärkers (Ai) und das Signal für die Gegenkopplung dem zweiten Ausgang (-) dieses zweiten Verstärkers entnommen wird (Fig. 10).

15. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch

14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplungseinheit (Bi) einen Verstärkungsfaktor aufweist, der gleich dem Quotienten des Verstärkungsfaktors des ersten Verstärkers CSi) und des Wertes der amplitudenunabhängigen Impedanz (Z₃) multipliziert mit der Übertragungsfunktion des Signalstromes zu dem Eingangssignal des ersten Verstärkers ist (F ig. 10).