DE2420502A1

DE2420502A1 - Automatische verstaerkungsregelschaltung

Info

Publication number: DE2420502A1
Application number: DE19742420502
Authority: DE
Inventors: Ken Satoh; Yoshio Tomizawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1973-04-26
Filing date: 1974-04-25
Publication date: 1974-11-14
Also published as: GB1473345A

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT

PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

OLYMPUS OPIICAL CO., LTD. 235/76

Automatisehe Ve rs tärlcungs regelschaltung

Die Erfindung "betrifft eine automatische Verstärkungsregelschaltung, die insbesondere "bei Magnetbandgeräten anwendbar ist.

Normalerweise hat ein Magnetbandgerät eine Dynamikregelschaltung oder eine automatische Verstärlcungsregelschaltung. Derartige Schaltungen dienen dazu, ein Eingangssignal hoher Amplitude auf einem vorgegebenen niedrigeren Pegel zu halten, so daß es ohne Verzerrung aufgezeichnet werden kann. In einer solchen Schaltung erreicht die Impedanz jedoch

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manchmal mehrere hundert KΛ "bei einem Eingangssignal großer Amplitude. Wenn die Impedanz der Verstärkungsregelsohaltung derart vergrößert wird, wird auch die Eingangsquellenimpedanz - vom Verstärker aus gesehen -vergrößert. Als Eolge davon werden Störungen aufgrund der Eigenschaften des Transistors in einem Verstärker erhöht. Wenn ein in einem Magnetbandgerät vorgesehener Schalter eingeschaltet wird, werden momentan große Störungen vom Verstärker erzeugt, die die automatische Yerstärkungsregelungsschaltting zur Wirkung bringen. Demzufolge wird in der Eingangsphase der Aufzeichnung ein Eingangssignal stärker gedämpft, wodurch Mängel bei der Aufzeichnung entstehen. Andererseits wiederholt ein in eine Rückkopp-lungsschaltung einer automatischen Verstärkungsregelungsschaltung eingeschalteter Kondensator seine Ladung und Entladung, so daß die automatische Verstärkungsregelungsschaltung wiederholt wirksam und unwirksam gemacht wird, und ein zwischen der automatischen Verstärkungsregelungsschaltung und dem Verstärker eingeschalteter Kopplungskondensator wird schwingungsartig aufgeladen, so daß intermittierende Störungen am Ausgang erzeugt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Ve rslärkungs rege lungs s c haltung zu schaffen, die ein verzerrungsfreies Ausgangesignal liefert, auch wenn plötzliche große Änderungen des Eingangssignals auftreten.

Die ge s te Ute Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schaltung wenigstens einen Feldeffekttransistor enthält, der zwischen einer Signalquelle und einem Ausgangsverstärker angeordnet ist, und dessen Impedanz durch ein Rückkopplungssignal vom Ausgangsverstärker gesteuert wird.

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Vorzugsweise ist dabei an die Abfluß.elektrode des Transistors ein YJiderstand angeschlossen, dessen anderes Ende entweder an Erde liegt oder mit der Quellenelektrode des Transistors "verbunden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten:

Pig. 1 eine automatische Verstärkungsregelungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Pig. 2 eine graphische Darstellung der mit der Schaltung gemäß Pig. I erzeugten Störcharakteristik,

Pig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung,

Pig. 4 eine andere Ausführungsform der erfindungsge-, mäßen Schaltung,

Pig. 5 die Kurvencharakteristik . . der Verzerrung

durch geradzahlige Harmonische bei einem PeIdeffekttrans istor,

Pig. 6 eine abgewandelte Verstärkungsregelungsschaltung mit mehreren-Schaltungen variabler Impedanz,.

Pig. 7 die Kurvencharakteristik · der automatischen Verstärkungsregelungsschaltung gemäß Pig. 6,

Pig. 8 eine weitere Ausführungsform einer automatischen Verstärkungsregelungsschaltung mit einer zusätzlichen Schaltung mit veränderbarer Impedanz,

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Pig. 9 die "Kurvencharakteristik der Schaltung gemäß Pig. 8,

Fig. Io eine weitere automatische Verstärkungsregelungsschaltung und

Pig. 11 eine Schaltungsanordnung in einem Magnetbandgerät unter Verwendung der Schaltung gemäß Pig. I.

In Pig. 1 ist eine Signalquelle, beispielsweise eine Ausgangsklemme lla eines Mikrophons 11 mit einer Schaltung 12 mit veränderbarer Impedanz verbunden, und der Ausgang der Schaltung 12 ist über einen Kondensator 13 mit einem Verstärker 14 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers speist einen Belastungskreis, beispielsweise einen magnetischen Aufzeichnungskopf (nicht dargestellt), und er liefert außerdem über eine Rückkopplungssehaltung 15 ein Rückkopplungssignal zur Schaltung 12. Der Verstärker 14 wird über einen Schalter 17 mit einer Stromve rs ο rgungsq.ue lie 16 verbunden. Bei dieser Ausführungsform enthält die Schaltung 12 einen ΪΓ-Kanalfeldeffekttransistor (PET) 121, dessen Quellelektrode mit der Ausgangsklemme lla des Mikrophons, dessen Abflußelektrode mit dem Kondensator 13 und dessen Torelektrode mit der Rückkopplungsschaltung 15 verbunden ist, und über einen Widerstand 122 wird die Abflußelektrode des Feldeffekttransistors geerdet. Die Rückkopplungsschaltung 15 enthält eine Diode 151? deren Kathode mit dem Ausgang des Verstärkers 14 verbunden ist, und eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 152 und einem Kondensator 153, die zwischen der Anode, der Diode und Erde liegt. Der Mittelpunkt des Widerstandes 112 ist mit der Torelektrode des PET 121 verbunden.

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Bei dieser Schaltungsanordnung wird ein Eingangssignal vom Mikrophon 11 automatisch im Pegel durch das Rückkopplungssignal der Rückkppplungssehaltung 15 gesteuert. Das heißt, daß ein Ausgangssignal hoher Amplitude aufgrund eines Eingangssignals mit hoher Amplitude als negatives Rückkopplungssignal über die Rückkopplungsschaltung 15 zur Torelektrode des FET 121 der Schaltung 12 zurückgelangt, um die Impedanz zwischen der Quell- und der Abflußelektrode des PET zu erhöhen. Als Polge davon wird das Eingangssignal gedämpft. Wenn andererseits ein Eingangssignal mit geringem Pegel vorliegt, ist das der Torelektrode des PET 121 der Schaltung 12 zugeführte Rückkopplungssignal im Pegel niedriger, so daß der PET unwirksam bleibt und damit bewirkt, daß die Impedanz des PET auf einem niedrigen Wert bleibt. Da in diesem Palle das Eingangssignal nicht gedämpft wird, wird es vom PET durchgelassen.

Wenn ein Eingangssignal hoher Amplitude einer automatischen Verstärkungsregelschaltung unter Verwendung eines solchen PET zugeführt wird, erreicht die Impedanz des PET manchmal Werte von über mehreren hundert Ki?- . Da gemäß der Erfindung der Widerstand 122 vorgesehen ist, wird die vom Verstärker 14 aus gesehene Eingangsimpedanz nicht größer als der Widerstand R des Widerstandes 122. Häufig wird die Vergrößerung von Störungen aufgrund einer Vergrößerung der Impedanz des PET auf einem Wert gehalten, der kleiner als der Wert R in dem Graph gemäß Pig. 2 ist, und man erhält ein hervorragendes Ausgangssignal, das weitgehend frei von Störungen ist. Bei der Anfangsphase der Inbetriebnahme einer Vorrichtung, beispielsweise eines magnetischen Aufzeichnungsgerätes, das mit einer solchen Ver3tärkungsregelschaltung ausgerüstet ist, wird der Kopplungskondensator 13 schnell aufgeladen, d.h.

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in der Größenordnung von etwa einer Sekunde durch, einen elektrischen Strom durch den Widerstand 122, so daß eine Aufladungsschwingung des Kondensators 13, die aus den nachfolgend erläuterten Gründen auftritt, "beseitigt wird. Der Kondensator 153 der Rückkopplungsschaltung 15 wird nämlich durch plötzliche, vom Verstärker /bei der Einschaltung des Schalters 15 erzeugte: Störungen geladen. !Durch diese Ladespannung wird der EET zugesteuert und kann seine Impedanz nicht weiter erhöhen. Der Kondensator 13 wird durch ein Eingangssignal kleiner Amplitude, das durch die erhöhte Impedanz des I¹ET gedämpft wird, nur langsam aufgeladen. Bevor eine vollständige Ladung des Kondensators 13 erfolgt, wird der Kondensator 153 der Rückkopplungsschaltung entladen» so daß der ΙΈΪ unwirksam wird und dadurch wieder von Signalen hoher Amplitude angesteuert werden kann. Hierdurch wird der Kondensator 153 erneut geladen und "bringt den IEiD in seine wirksame !Funktion. Dieser Vorgang wiederholt sich, "bis der Kondensator 13 vollständig geladen ist, und es tritt somit eine Schwingung "bei der Aufladung des Kondensators 13 ein. Die Schwingung macht sich als intermittierende Störung ■bemerkbar. Durch die Erfindung kann diese Schwingung jedoch, vollständig durch den in die Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung eingesetzten Widerstand 122 "beseitigt werden. Da außerdem der Kondensator 13 schnell geladen wird, ist es nicht notwendig, den Kondensator 13 durch ein in der Anfangsphase der Inbetriebnahme auftretendes Eingangssignal zu laden. Aus diesem Grunde treten bei der Anfangsphase der Aufzeichnung keine Mangel auf.

]?ig. 3 zeigt eine Schaltung mit variabler Impedanz in einer Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung, bei der ein Kondensatormikrophon verwendet wird, das eine GIeich-

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spannungsquelle für die Vorspannung benötigt. In diesem Falle ist ein Kopplungskondensator 18 zwischen dem Mikrophon 11 und der Schaltung 12 mit variabler Impedanz vorgesehen. Um eine ladeschaltung für den Kondensator 18 zu bilden, ist ein Widerstand 123 zwischen dem !FET 121 und Erde geschaltet. Auch wenn der I¹ET wirksam ist und eine hohe Impedanz aufweist, wird der Kondensator 18 schnell durch den Widerstand 123 geladen, und in der Anfangsphase der Aufzeichnung treten keine Mängel auf.

Pig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Widerstand 124 zwischen der Quellelektrode und der Abflußelektrode des PET einer Schaltung mit variabler Impedanz vorgesehen ist. Mit dieser Ausführungsform wird derselbe Effekt wie mit der in Pig. I dargestellten Schaltung erzielt. Das heißt, eine große Zunahme der Impedanz des PET wird kompensiert, und es wird eine Ladeschaltung für den Kondensator 13 gebildet. Darüber hinaus ist es bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, das Auftreten eines Klirrfaktors mit geradzahligenBarmonischen zu vermindern, die aufgrund der Eigenschaften von Peldeffektransistoren eintritt, wenn eine stärkere automatische Verstärkungsregelung angewendet wird. Bei einer automatischen Yerstärkungsregelungsschaltung unter Verwendung eines Peldeffektransistors wird bei einer Vergrößerung des Eingangs die in Pig. 5 dargestellte Erhöhung des Ausgangs und der Verzerrung durch geradzahlige Harmonische bewirkt. Wie man aus diesem Graphen sieht, erreicht die Impedanz des PET bei zu starker Anwendung der automatischen Verstärkungsregelung einen Wert, von dem die Verzerrung durch geradzahlige Harmonische rasch zunimmt. Wenn aus ^: diesem Gesichtspunkt heraus der Wert des Widerstandes 124 so gewählt wird, daß er gleich einem Wert der PET-Impedanz ' ist, der vor dem Punkt liegt, bei dem die Verzerrung schnell

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zunimmt, liefert die automatische Verstärkungsregelungschaltung ein Ausgangssignal, das weitgehend frei τοη solchen Verzerrungen ist.

Pig. 6 zeigt eine automatische Yerstärkungsregelungssehaltung, "bei der mehrere Schaltungen mit variabler Impedanz in Reihe geschaltet sind. Diese Schaltung erlaubt eine Ausdehnung des Regelbereiches bei Verminderung der Verzerrung durch geradzahlige Harmonische. Eine erste PET-Schaltung 12-1 ist so bemessen, daß eine automatische Verstärkungsregelung für den Bereich zwischen A und B in Pig. 7 bewirkt wird, und eine zweite PET-Schaltung 12-2 ist so bemessen, daß eine automatische Verstärkungsregelung zwischen den Punkten B und C in Pig. 7 erreicht wird. Wenn auf diese Weise der Bereich für die automatische Verstärkungsregelung bis zu einer η-ten PET-Schaltung aufgebaut wird, kann eine automatische Verstärkungsregelung über einen größeren Bereich ohne Einführung einer Verzerrung durchgeführt werden. Der Bereich der automatischen Verstärkungsregelung für jeden PET kann beispielsweise wie folgt bestimmt werden:

1) Eine der Torelektrode eines jeden PET zugeführte Vorspannung ist so bemessen, daß sie einem vorgegebenen Wert entspricht.

2) Der Widerstand 124 jeder PET-Schaltung ist so bemessen, daß er einem Torgegebenen Wert entspricht.

3) Jeder PET ist so ausgewählt, daß er eine unterschiedliche vorgegebene Charakteristik aufweist.

Pig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der zusätzlich zu der Schaltung mit variabler Impedanz gemäß Pig. 4 eine andere Schaltung 2o mit variabler Impedanz parallel zur Signalquelle geschaltet ist. Die zusätzliche Schaltung 2o enthält einen npn-Transistor, dessen Kollektor mit der Abflußelektrode

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des PET 121 verbunden ist, und dessen Emitter geerdet ist. Die Basis des Transistor 2 ο ist über eine Rückkopplungs-Schaltung 21 mit einem Verstärker 14 verbunden. Bei der in Pig. 8 dargestellten Schaltung bewirkt die Schaltung eine automatische Yerstärkungsregelung über einen Bereich bis zu einem Punkt A, der in dem Graph gemäß Pig. 9 dargestellt ist, während die zusätzliche Schaltung 2o eine automatische Verstärkungsregelung in einem Bereich jenseits des Punktes A bewirkt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 8 sind die Rückkopplungsschaltungen 15 und 21 unabhängig von den beiden Schaltungen 12 und 2o.

Pig. Io zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl die Schaltung 12 als auch die Schaltung 2o durch eine einzige Rückkopplungsschaltung 15 gesteuert v/erden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein pnp-Transistor für die zusätzliche Schaltung mit variabler Impedanz verwendet. Hierdurch kann eine Torspannung gleicher Polarität beiden Schaltungen 12 und 2o augeführt werden. Demzufolge können beide Schaltungen durch eine einzige Rückkopplungsschaltung betätigt werden. Obwohl bei dieser Ausführungsform der Transistor für die Schaltung 2o mit variabler Impedanz gegen einen Transistor des anderen Leitungstyps ausgetauscht ist, kann ein p-Kanal PET anstelle des η-Kanal PET in der Schaltung 12 verwendet werden. In diesem Palle ist es erforderlich, daß die Diode 151 in der Rückkopplungsschaltung 15 umgekehrt angeschlossen wird.

Pig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die automatische Verstärkungsregelschaltung von Pig. I bei einem Magnetbandgerät angewendet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Aufnahme/Wiedergabeschalter 22 zwischen einer Schaltung 12 mit variabler Impedanz und dem Kondensator

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Io

13 vorgesehen. Während der Aufzeichnung ist die Schaltung an einer Eingangsschaltung des Magnetbandgerätes angeschlossen, und ein Eingangssignal von einem Mikrophon wird automatisch in seiner Amplitude geregelt. Bei der Wiedergabe wird ein Wiedergabesignal von einem Wiedergabekopf einem Verstärker zugeführt, jedoch nicht über die Schaltung 12. Bei einem üblichen Magnetbandgerät ist ein solcher Aufnahme/Wiedergabeschalter zwischen einer Schaltung mit variabler Impedanz und einem Mikrophon vorgesehen. Aus diesem Grunde ist ein Schalter zur Abschaltung der automatischen Terstärkungsregelungsschaltung zusätzlich vorgesehen, so daß keine automatische Verstärkungsregelung erfolgt. Bei Verwendung des Ausführungsbeispiels gemäß Pig. 1 wird nur der Umschalter 22 verwendet. Bei der Wiedergabe ist die automatische Verstärkungsregelungsschaltung von der Magnetbandgerätschaltung abgetrennt. Wenn bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 11 während der Zuführung eines Wiedergabesignals hoher Amplitude zur Eingangsschaltung des Magnetbandgerätes der Umschalter 22 von der Wiedergabestellung in die Aufnahme stellung umgeschaltet wird, wird der Kondensator 153 der Bückkopplungssehaltung 15 durch einen Rückkopplungssignalstrom großer Amplitude geladen, so daß der FET wirksam wird und die Impedanz des EET erhöht wird. Als Folge wird ein Aufzeichnungs-Eingangssignal stärker gedämpft. Aus diesem Grunde ist es unmöglich, in der Anfangsphase der Aufzeichnung Schallereignisse geringer Amplitude aufzuzeichnen. Um diesen Bachteil zu vermeiden, ist ein mit dem Aufzeichnungs/Wiedergabeschalter 22 gekuppelter Schalter 24 in der Rückkopplungssehaltung 15 vorgesehen. Der Schalter 24· erlaubt, daß der negative Pol des Kondensators 153 bei der Aufzeichnung und der positive Pol des Kondensators 153 bei der Wiedergabe geerdet ist. Bei der Wiedergabe wird daher der Kondensator 153 nicht vollkommen geladen. Als

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Folge davon wird der EET nicht wirksam, wenn der Aufzeichnungs/Wiedergabeschalter 22 von der Wiedergabestellung in die Aufzeichnungsstellung umgeschaltet wird. Selbst wenn
der Kondensator 153 aus irgendwelchen Gründen umgekehrt
geladen werden sollte, wird er sofort entladen, wenn der
Aufnahme/Wiedergabeschalter in die Aufnahmestellung umgeschaltet wird.

Die Erfindung erreicht somit mit einer einfachen Schaltungsanordnung, bei einem magnetischen Aufzeichnungsgerät ausgezeichnete Aufzeichnungs- und Wiedergabeeigenschaften zu erzielen.

Es sei bemerkt, daß bei den Ausführungsbeispielen gemäß
Pig. 4, 6, 8 und Io der Widerstand 122 an die Abflußelektrode des I¹ET angeschlossen werden kann, so daß er parallel zur Signalquelle liegt.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

(J/. Automatische Yerstärkungsregelungsschaltung, dadurch gekennzelehnet, daß diese wenigstens einen Feldeffekttransistor (121) enthält, der zwischen einer Signalquelle (11) und einem Ausgangsverstärker (14) angeordnet ist, und dessen Impedanz durch ein Rückkopplungssignal vom Ausgangsverstärker (14) gesteuert wird.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennselehnet, daß an die Abfluß.elektrode des Transistors (121) ein Widerstand (122, 124) angeschlossen ist.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Widerstandes (122) an Erde liegt.
4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Widerstandes (124) an der Quellenelektrode des Transistors (121) liegt.
5. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingangswiderstand (123) an der Quellenelektrode des Transistors (121) liegt.
6. Schaltung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere 3?_el<leffektransistoren (12-1, 12-2, ... 12-n) mit zwischen Quellen- und Abflußelektrode angeordnetem Widerstand in Reihe geschaltet sind.
7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung so getroffen ist, daß jeder "Feldeffekt-

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transistor einem vorgegebenen unterschiedlichen .Amplitudenbereich, (a, Id, c, ... n) der Verstärkungsregelung zugeordnet ist.
8. Schaltung nach Anspruch 1 und 4> dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Schaltung (2o) mit variabler Impedanz mit einem Transistor vorgesehen ist, der an die Abflußelektrode des Feldeffekttransistors parallel zur Signalquelle angeschlossen ist und ebenfalls in seiner Impedanz vom Ausgang des Verstärkers (14) gesteuert wird.
9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffektransistor (121) ein n-Kanalfeldeffekttransistor ist, dessen Torelektrode mit einer negativen Rückkopp lungs schaltung (15) verbunden ist, und daß der zweite Transistor (2o) ein npn-Transistor ist, dessen Basis mit einer positiven Rückkopplungsschaltung (21) verbunden ist.
10. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor der ersten Schaltung mit variabler Impedanz ein n-Kanalfeldeffektransistor ist, daß eine negative Rückkopplungsschaltung zur Zuführung eines negativen Rückkopplungssignals zur Torelektrode vorgesehen ist, und daß der Transistor der zweiten Schaltung mit variabler Impedanz ein pnp-Transistor ist, der durch ein negatives Rüokkopplungssignal von der negativen Rückkopplungsschaltung gesteuert wird.
11. Schaltung nach eines der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzelehnet, daß die Schaltung mit variabler Impedanz (12) in einem Magnetbandgerät zwischen dem Aufnahme/Wieder-

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gäbeschalter (22) und'der Signalquelle (11) für die Aufzeichnung angeordnet ist, wobei eine Rüekkopplungsschaltung (15) bestehend aus einem gleichrichtenden Element (151) einem G-lättungskondensator (153) und einem G-lättungs wider stand (152) an die Torelektrode des Transistors (121) der Schaltung mit variabler Impedanz angeschlossen ist, und daß ein Erdungsschalter (24) vorgesehen ist, um wahlweise die Klemmen des G-ättungskondensators (153) und der Rückkopplungsschaltung (15) zu erden.

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L e e r s e i t e