DE2458956A1

DE2458956A1 - Frequenzgang-regelvorrichtung, insbesondere fuer tonsignale

Info

Publication number: DE2458956A1
Application number: DE19742458956
Authority: DE
Inventors: Motokazu Ohkawa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1973-12-14
Filing date: 1974-12-12
Publication date: 1975-06-19
Also published as: GB1491039A; US3950711A

Description

PATENTANWÄLTE

HENKEL, KERN, FEILER &HÄNZEL

BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND

TELEX: 05 29 802 HNKL D P ΠΙ I Λ R Π «ΓΗΜΙΠ STRASSP 1 WIXCHSELBANK MÜNCHEN Nr.318-8511!

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TELEGRAMME: ELLIPSOID MÜNCHEN

Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd.
Kawasaki, Japan

Frequenzgang-Regelvorrichtung, insbesondere für Tonsignale

Die Erfindung betrifft eine Frequenzgang-Regelvorrichtung zur Regelung oder Steuerung der Frequenz eines Tonsignals mit einer Frequenz, die in einem speziellen Frequenzbereich innerhalb eines weiten, von Dämpfung bis Betonung oder Anhebung reichenden Bereichs liegt.

Die Steuerung der Qualität von Tonsignalen, die von einer tonerzeugenden Vorrichtung geliefert werden, erfolgte bisher durch Anhebung oder Dämpfung des Werts oder Pegels von Tonsignalen, deren Frequenz in einem speziellen Frequenzbereich liegt. Die Anhebung z.B. der Niedrigfrequenzkomponente eines Tonsignals kann insbesondere durch Erhöhung eines Verstärkungsgrads (Gewinns) im unteren Bereich des Frequenzgangs durchgeführt werden.

Eine bekannte Schaltung zur Anhebung oder Dämpfung eines Verstärkungsgrads in einem bestimmten Frequenzbereich ist in Fig. 1 dargestellt. Die Schaltung gemäß Fig. 1 ist so ausgelegt, daß dann, wenn ein an die Eingangsklemme 14 angelegtes Eingangssignal nach der Verstärkung durch einen Transistor 15 an einer Ausgangsklemme 16 abgegeben wird, ein relativer Verst^rkungsgrad zwischen Eingang und Ausgang dadurch angehoben oder gedämpft wird, daß z.B. der Wert

v.In./Bl/ro -

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- ir-

eines Widerstands 13 auf der bestimmten Frequenz variiert wird, welche gemeinsam durch eine Induktivität 11, einen Kondensator 12 und den Widerstand 13 bestimmt wird.

Die Schaltung gemäß Fig. 1, bei welcher die Induktivität 11 als eines der Elemente zur"Festlegung einer speziellen Frequenz benutzt wird, ist mit den Nachteilen behaftet, daß die Induktivität 11 ein größeres Volumen besitzt als der Kondensator 12 und der Widerstand 13, daß es schwierig ist, die Induktivität 11 und eine andere Induktivität so zu steuern, daß sie von gegenseitigen magnetischen Wirkungen unbeeinflußt bleiben, und daß zudem Schwierigkeiten bezüglich einer gleichartigen temperaturbedingten Änderung oder Abweichung der Induktivität 11, des Kondensators 12 und des Widerstands 13 auftreten. Infolgedessen besitzt die bekannte Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 den Mangel, daß sie im Betrieb eine geringe Zuverlässigkeit besitzt.

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung einer höchst zuverlässigen Frequenzgang-Regelvorrichtung mit einfachem Aufbau, mit deren Hilfe die Qualität von Tonsignalen effektiv regel- oder steuerbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Frequenzgang-Regelvorrichtung erfindungsgemäß gelöst durch einen ersten Operationsverstärker mit Umkehr- und Nichtumkehr-Eingangsklemme, eine mit einer Sammelklemme versehene und zwischen die Umkehreingangsklemme sowie die Ausgangsklemme des ersten Operationsverstärkers eingeschaltete überbrückte T-Schaltung, eine erste Einrichtung zur Verbindung der Nichtumkehr-Eingangsklemme des Operationsverstärkers und der Sammelklemme der überbrückten T-Schaltung, eine zweite Einrichtung zur Verbindung der Ausgangsklemme des ersten Operationsverstärkers und der Sammelklemme der überbrückten T-Schaltung und eine in mindestens einer der beiden Verbindungseinrichtungen vorgesehene Verstärkungsgradregelschaltung.

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Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung kennzeichnet sich
also durch einen mit einer Umkehreingangsklemme und einer
Nichtumkehr-Eingangsklemme versehenen Operationsverstärker, eine überbrückte T-Schaltung aus einem zwischen die Umkehreingangsklemme und die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers eingeschalteten ersten Widerstand, einer parallel zum ersten Widerstand geschalteten Reihenschaltung
aus zwei Kondensatoren und einem zweiten Widerstand, dessen eines Ende an die Verzweigung zwischen den beiden Kondensatoren angeschlossen ist, sowie durch eine Verstärkungsgrad-Regelschaltung, die entweder zwischen das andere Ende des
zweiten Widerstands und die Nichtumkehr-Eingangsklemme oder zwischen das andere Ende des zweiten Widerstands und die
Ausgangsklemme des Operationsverstärkers eingeschaltet ist.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum bereits erläuterten Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: ·

Fig. 1 ein Schaltbild einer bekannten Frequenzgang-Regelvorrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Prinzips einer Frequenzgang-Regelvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 3. ein Schaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 4 die konkrete Anordnung einer Verstärkungsgradregelschal tung bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 die konkrete Anordnung einer abgewandelten Verstärkungsgradregelschaltung,

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Fig. 6 ein Schaltbild, bei dem die Verstärkungsgradregelschal tung (24) gemäß Fig. 3 weggelassen ist,

Fig. 7 ein Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 6,

Fig. 8 ein Schaltbild, bei dem die Verstärkungsgradregelschaltung (32) gemäß Fig. 3 weggelassen ist,

Fig. 9 ein Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 8,

Fig.10 ein Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 3»

Fig. 11 ein Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

Fig.12 ein Schaltbild einer weiter abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und

Fig.13 ein Schaltbild einer noch weiter abgewandelten Ausführungsform der Erfindung*

Gemäß Fig. 2 ist eine mit einem Tonsignal beschickte Eingangsklemme 2Ά mit einer Nichtumkehreingangsklemme 22 eines Operationsverstärkers 23 und der Eingangsklemme einer Verstärkungsgradregelschaltung 24 verbunden. Ein erstes Impedanzelement 27 ist dabei zwischen·den Umkehreingang 25 und die Ausgangsklemme 26 des Operationsverstärkers 23 eingeschaltet. Eine Reihenschaltung aus einem zweiten und einem dritten Impedanzelement 28 bzw. 29 ist parallel zum ersten Impedanzelement 27 geschaltet,wobei die Verzweigung zwischen den Impedanzelementen 28, 29 mit dem einen Ende eines vierten

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Impedanzelements 30 verbunden ist. Die Ausgangsklemme 26 des Operationsverstärkers 23 ist an die Ausgangsklemme 31 der erfindungsgemäßen Frequenzgang-Regelvorrichtung und an die Eingangsklemme einer Verstärkungsgradregelschaltung 32 angeschlossen. Die Ausgangsklemmen der Verstärkungsgradregelschaltungen 24, 32 sind gemeinsam mit dem anderen Ende des vierten Impedanzelements 30 verbunden. Die Impedanzelemente 27 - 30 bilden zusammen eine überbrückte T-Schaltung. Im folgenden sind die durch die Verstärkungsgradregelschaltungen 24, 32 gewährleisteten Verstärkungsgrade mit (xbzw. β und die Impedanzen der Elemente 27 - 30 mit Z11, Z21, Ζ22 bzw. Z12 bezeichnet.

Außerdem sei im folgenden angenommen, daß die Verstärkungsgradre gel schal tung 24 eine Eingangsimpedanz voller Größe besitzt und daß ein ausreichend hoher Verstärkungsgrad gegenüber einem Eingangssignal erzielt wird. Hieraus ergibt sich die folgende Gleichung, in welcher das Potential an der Verzweigung zwischen den Impedanzen Z21, Z22 mit el, das Eingangspotential an der Eingangsklemme 21 mit ei und das Ausgangspotential an der Ausgangsklemme 31 mit eo bezeichnet ist:

eo - ei _ ei - el _ el - eo _ el - otei - ßeo /_Λ\ ΖΪΊ ~ Z21 ~ Z22 ~ Z12 ..« U J

Der Gesamtverstärkungsgrad G der Ausgangsspannung eo gegenüber der Eingangsspannung ei an der Eingangsklemme 21 und der Ausgangsklemme 31 läßt sich anhand obiger Gleichung (1) wie folgt bestimmen:

r JZ11Z12 + Z22Z12 + Z21Z22 + Z21Z12 + Z11Z22(1-0t.)j ^U ~ CZ11Z12+ Z22Z12 + Z21Z12 + Z21Z12 + Z11Z22ßj *

Weiterhin sei angenommen, daß gemäß Fig. 3 die Impedanzen Z11, Z12 der Impedanzelemente 27, 30 aus Widerständen R1 bzw.

SQ9825/Ö8Ö

R2 und die Impedanzen der Impedanzelemente 28, 29 aus Kapazitäten C1 bzw. C2 bestehen. In diesem Fall lassen sich die Impedanzen der verschiedenen Impedanzelemente 27 - 30 wie folgt wiedergeben:

Z11 = R1
Z12 = R2

Z21 = -r

Z22 = —-

Der hierbei erzielte Gesamtverstärkungsgrad G läßt sich anhand obiger Gleichung (2) wie folgt bestimmen:

1- U C1C2R1R2+jiv((C1+C2)R2+ßC1Ri}

Im Fall von oc + β Φ 1 kann die Frequenz, bei welcher ein Ausgangssignal einen maximalen oder einen minimalen Verstärkungsgrad gegenüber einem Eingangssignal erreicht, wie folgt ausgedrückt werden:

VC1C2R1R2

Der Gesamtverstärkungsgrad bei dieser Frequenz entspricht

η - (C1+C2)R2 + (1- *)C1R1 , ,-\

^U ~ (C1+C2)R2 + ßC1R1 ·'**· ^K0)

Anhand von Gleichung (3) wird daher folgende Beziehung erhalten:

Im Fall von tc-^O : G = 1 Im Fall von cc»u>: G - 1

S09825/0809

Mithin wird ein Gesamtverstärkungsgrad von G = 1 im ultraniedrigen und im ultrahohen Frequenzbereich erzielt. Dies bedeutet, daß die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 als Verstärker arbeitet, der über die gesamten niedrigen und hohen Frequenzbereiche hinweg einen gleichmäßigen Frequenzgang zu gewährleisten vermag. Wie aus der obigen Gleichung (5) hervorgeht, variiert der Gesamtverstärkungsgrad G in Abhängigkeit von oCund/oder ß, und der resultierende Gesamtverstärkungsgrad G erreicht seinen größten oder seinen kleinsten Wert bei der anhand von Gleichung (4) erhaltenen Frequenz.

Der erzielte Gesamtverstärkungsgrad besitzt daher gemäß obiger Gleichung (5) die folgenden Werte:

Im Fall von 1 - <"** >. ß : einen Höchstwert Im Fall von 1 - oC = ß : 1

Im Fall von 1 - OC «C ß : einen Mindestwert

Im Fall von CO = - läßt sich die Güte Q der Schal-

VC1C2R1R2

η - 1 . (1-&^-ß)C1²C2R1²R2

tung gemäß Fig. 3 durch folgende Gleichung ausdrücken:

1 . (1

V i(C1+C2)R2

Wenn daher die Eingangsklemme 21 der Frequenzgang-Regelvorrichtung gemäß Fig. 3 mit Tonsignalen beschickt wird, deren Frequenzen einen weiten Bereich überdecken, und verschiedene Änderungen bezüglich des Verhältnisses vorgenommen werden, in welchem der von der Verstärkungsgradregelschaltung 24 gewährleistete Verstärkungsgrad Q6 zum Verstärkungsgrad ß der Verstärkungsgradregelschaltung 32 steht, kann ein Gesamtverstärkungsgrad G bei einer speziellen, durch den Wider-

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stand und die Kapazität der Impedanzelemente 27- 30 bestimmten Frequenz Co über einen weiten Bereich hinweg von einem Zustand der Dämpfung (Mindestwert), auf einen Zustand der Anhebung (Höchstwert) variiert werden.

Im folgenden ist anhand der Fig. 4 und 5 die konkrete Anordnung der in der Frequenzgang-Regelvorrichtung gemäß Fig. 3 vorgesehenen Verstärkungsgradregelschaltungen 24, erläutert. Gemäß Fig. 4 wird das Eingangssignal zur Verstärkungsgradregelschaltung 24 von der Eingangsklemme 21 über einen Regelwiderstand 241 zur Basis eines Transistors 242 geleitet. Das Ausgangssignal von der Verstärkungsgradregelschaltung 24 wird von der Verzweigung zwischen dem Emitter des Transistors 242 und dem Emitterwiderstand 243 über einen Widerstand 244 an den Widerstand 30 der überbrückten T-Schaltung angelegt. Der von der Verstärkungsgradregelschal tung 24 gewährleistete Verstärkungsgrad X kann durch Änderung des Widerstandswerts des Regelwiderstands 241 geregelt werden. Das Eingangssignal zur Verstärkungsgradregelschaltung 32 wird von der Ausgangsklemme 26 des Operationsverstärkers 23 über einen Regelwiderstand 321 an die Basis eines Transistors 322 angelegt. Das Ausgangssignal von der Schaltung 32 wird von der Verzweigung zwischen dem Emitter des Transistors 322 und einem Emitterwiderstand 323 über einen Widerstand 324 an den Widerstand 30 der überbrückten T-Schaltung angelegt. Der Verstärkungsgrad ß der Verstärkungsgradregelschaltung 32 kann durch Änderung des Widerstandswerts des Regelwiderstands 321 gesteuert bzw. geregelt werden.

Die den Elementen von Fig. 4 entsprechenden Teile von Fig. sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 4 bezeichnet. Die Verstärkungsgradregelschaltung 24 gemäß Fig. 5 weist einen aus einem Transistor 245 und Widerständen 246, 247 be-

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stehenden Verstärker auf, der zwischen die Eingangskiemrae 21 und den Transistor 242 eingefügt ist. Ein an die Basis des Transistors 245 angelegtes Eingangssignal wird nach Verstärkung durch den Transistor 245 beiden Enden eines Regelwiderstands 241 aufgeprägt. Auf ähnliche Weise wird bei der Verstärkungsgradregelschaltung 32 das Ausgangssignal vom Operationsverstärker 23 von der Ausgangsklemme 26 an die Basis eines Transistors 325 angelegt und dann nach der Verstärkung durch einen Verstärker, der durch einen Transistor 325 sowie Widerstünde 326, 327 gebildet wird, den beiden Enden des Regelwiderstands 321 aufgeprägt. Die Ausgangssignale der Verstärkungsgradregelschaltungen 24, 32 werden zur Verstärkung der Basis des Transistors 40 zugeführt, an der Verzweigung zwischen dem Emitter des Transistors 40 und dem Emitterwiderstand 41 abgenommen und dann an den Widerstand 30 angelegt. Im Fall der Schaltung gemäß Fig. 5 können die Verstärkungsgrade oc, β wiederum durch Änderung der Widerstandswerte der Regelwiderstände 241 bzw. 321 geregelt werden.

Im folgenden ist nunmehr anhand der Fig. 6 bis 9 die Arbeitsweise der Frequenzgang-Regelvorrichtung gemäß Fig. 3 zum besseren Verständnis der Erfindung einfach in Verbindung mit der Änderung nur eines der Verstärkungsgrade x, ß erläutert, bevor diese Arbeitsweise im einzelnen beschrieben wird.

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der Schaltung gemäß Fig. 3» die nur zur Änderung des Verstärkungsgrads ß der Verstärkungsgradregelschaltung 32 benutzt wird, während der Verstärkungsgrad ö6 mit Null angenommen wird. In diesem Fall werden die Widerstände R1, R2 der Impedanzelemente 27, 30 der überbrückten T-Schaltung gemäß Fig. 6 auf R1 = r/K bzw* R2 s= Kr eingestellt,' während die Kapazitäten 01, C2

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der Impedanzelemente 28, 29 der überbrückten T-Schaltung auf C1 = C2 = C eingestellt werden. Wenn der Verstärkungsgrad ß Im Fall von r = 53 kΛ-, C = 1000 pF und K = |pf = 0,578 variiert wird, werden bei einer speziellen Frequenz f_Q die Frequenzeigenschaften bzw. der Frequenzgang gemäß Fig. 7 erzielt. Diese Frequenz f_Q läßt sich anhand der Gleichung (4) wie folgt ausdrucken:

^XO - 2TfCr *

Gemäß Fig. 7 besitzt ein Gesamtverstärkungsgrad im Fall von ß = 1 einen Wert von G = 1, wodurch ein gleichmäßiger Frequenzgang gewährleistet wird. Im Fall von ß >1 besitzt der Gesamtverstärkungsgrad G einen negativen Wert, d.h. bei der bestimmten Frequenz f_Q wird ein gedämpftes Ausgangssignal erhalten. Im Fall von ß <■ 1 nimmt der Gesamtverstärkungsgrad G bei abnehmendem Verstärkungsgrad ß fortschreitend zu, um schließlich in einen betonten oder angehobenen Zustand zu gelangen. Infolgedessen kann der Gesamtverstärkungsgrad G über einen weiten Bereich hinweg von Dämpfung bis Anhebung variiert werden, indem der Verstärkungsgrad ß geändert wird, wenn der Verstärkungsgrad ·*- mit gleich Null vorausgesetzt wird. Ersichtlicherweise kann die durch die Schaltung gemäß Fig. 6 bestimmte, spezielle Frequenz f^. mit C und r ohne weiteres variiert werden.

Die Güte Q der Schaltung gemäß Fig. 6 läßt sich anhand von Gleichung (6) bestimmen. Wenn in Gleichung 1(6) die Größen C1 = C2 = C, R1 = r/K und R2 = Kr eingesetzt und sowohl der Zähler als auch der Nenner von Gleichung (6) durch R1 dividiert werden, ergibt sich folgende Gleichung (7):

(1-QQ-B)C³Kr

_{Q =} 1_

1_

^Cr j2CK²r + (i*)CK/r}{2CK²

j2CK²r + (i~*)CK/r}{2CK²r + ßCK/r}

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Da sich die Größe Q. mit der das Verhältnis zwischen dem Widerstand Ri und dem Widerstand R? angebenden Größe K, aber nicht mit &. oder ß ändert, ist es möglich, eine Frequenzgang-Regelvorrichtung mit der gewünschten Güte Q zu erzielen, ohne die spezielle Frequenz £q zu ändern.

Wenn die Verstärkungsgrade »6, ß auf die folgenden Werte

- ο

_ ~(C1 + C2) R2

~ C1R1

eingestellt werden, so sind G = oo und folglich Q = oo , wodurch die Frequenzgang-Regelvorrichtung gemäß Fig. 6 in einen oszillierenden Zustand gebracht wird. Im Fall von OC= 0 und ß >1 gilt dann GC0. Die Größe Q besitzt dann einen maximalen Wert, welcher durch folgende Gleichung aus gedrückt wird:

_Q VC1C2R1R2

{(C1+C2JR2 +

Wenn nämlich der Verstärkungsgrad ß variiert wird, während der Verstärkungsgrad 06als gleich Null vorausgesetzt wird, wird ersichtlicherweise die Größe Q im allgemeinen stärker angehoben, wenn der Frequenzgang angehoben oder betont wird_o Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung oder Steuerung des Frequenzgangs von Tonsignalen, wobei nicht nur der Gesamtvers tärkungs grad G, sondern auch die Größe Q variiert, vermag durch Änderung der Größe Q den Ton mit einem ganz besonderen Effekt wiederzugeben.

Fig. 8 veranschaulicht eine Abwandlung der Schaltung von Fig. 3» die zur Änderung des Verstärkungsgrads oc bei als gleich Null vorausgesetztem Verstärkungsgrad ß dient„ Die anderen

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Betriebsbedingungen der Schaltung gemäß Fig. 8 sind die gleichen wie bei der Schaltung gerneß Fig. 6. Wenn der Verst^rkungsgrad <x der Verstärkungsgradregelschaltung 24 in der Schaltung gemäß Fig. 8 variiert wird, ergeben sich die D^.mpfungs- und Anhebungs-Kennlinien der Tonsignalfrequenz gemäß Fig. 9. Im Fall von ß=0 undoc=1 besitzt der resultierende Gesamtverstärkungsgrad G einen Wert von 1, wodurch ein gleichmäßiger Frequenzgang gewährleistet wird. Im Fall von ß=O undic>1 ergibt sich ein Dämpfungszustand. Im Fall von ß=O und'X^-1 wird ein Anhebungs zustand erreicht. Wenn z.B. die Verstärkungsgrade -X, ß auf die folgenden Werte

ß = O

C1R1

eingestellt sind, so ergibt sich G=O und Q=oo. Im Fall von ß=0 und'X<1 gilt G>0, und Q besitzt einen Maximalwert, der sich durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

_{Q s} VC1C2R1R2

TC1+C2JR2

Da bei der Schaltung gemäß Fig. 8 die Größe Q mehr verbessert wird, wenn der Frequenzgang einen Dämpfungszustand angibt, wird ein ganz besonderer Toneffekt durch selektive Dämpfung von sehr schmalen, vor und hinter der bestimmten Frequenz fQ liegenden Frequenzbändern erreicht.

Da der Gesamtverstärkungsgrad G variiert werden kann, indem lediglich der Verstärkungsgrad oc oder ß geändert wird, ist es bei der Schaltung gemäß Fig. 3 möglich, den Frequenzgang über einen weiten Bereich von Anhebung bis Dämpfung durch gleichzeitige Änderung beider Verstärkungsgrade oCund ß zu

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variieren. Wenn der Wert des Ve rs tärkungs grads .*. bei mit gleich Null angenommenem Verstärkungsgrad ß - wie erwähnt variiert wird, wird die Güte Q der Schaltung gemäß Fig. 3 beträchtlich erhöht, wenn der Frequenzgang der Tonsignale in einen Dämpfungszustand gebracht wird. Wenn zudem der Wert des Verstärkungsgrads ß variiert wird, während der Verstär-.kungsgrad X einen Wert Null besitzt, wird die Güte Q der Schaltung gemäß Fig. 3 beträchtlich verbessert, wenn der Frequenzgang der Tonsignale in den Anhebungszustand gebracht wird.

Wenn die Ve rs tärkungs grade ■*- ,ß gleichzeitig variiert werden, tritt daher eine Überlappung zwischen den Bedingungen, bei denen der Wert Q z.B₀ in einem Anhebungszustand durch Änderung von ß erhöht wird, und den Bedingungen auf, bei denen der Wert Q durch ähnliche Änderung von ■*- in einem Anhebungs zustand verringert wird. Infolgedessen gewährleistet die erfindungsgemäße Frequenzgang-Regelvorrichtung infolge der Überlappung eine einwandfreie Güte Q unter Anhebungsbedingungen.

Wenn die von der Schaltung gemäß Fig. 3 gelieferte, bestimmte Frequenz f_Q einen Wer-t von f_o=i/2'iTCr besitzt, kann die Güte Q der Schaltung in Verbindung mit den Verstärkungsgraden ^, ß variiert werden, während der Viert des. Gesamtverstärkungsgrads fest bleibt. In dem beispielsweise in Fig. 10 veranschaulichten Anhebungszustand kann somit der Wert Q über einen weiten Bereich von der einen vergrößerten Wert Q angebenden Kurve 91 auf die einen verkleinerten Wert Q angebende Kurve 92 variiert werden. Auf die vorstehend beschriebene Weise kann die Tonqualität durch Änderung der Verstärkungsgrade von x*=0 (maximaler Wert von Q) auf ß=0 (minbaler Wert von Q) geändert v/erden, ohne daß die Größe des Gesamtverstärkungs grads G verändert wird.

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Da der Wert der Ausgangstonsignale bei der bestimmten Frequenz f_Q und der Wert Q Faktoren darstellen, die verschiedene Toneffekte gewährleisten, sollten diese Faktoren unabhängig voneinander variiert werden, um im wesentlichen durch Änderung der Tonqualität einen gewünschten Toneffekt zu erzielen. Mit der Erfindung wird eine Frequenzgang-Regelvorrichtung geschaffen, welche dieses Erfordernis vollständig zu erfüllen vermag. Obgleich Fig. 10 nur den Anhebungszustand des Frequenzgangs der Tonsignale veranschaulicht, kann mit der Erfindung auch der Wert Q bei festgelegtem Wert des Gesamtverstärkungsgrads G selbst unter den Dämpfungsbedingungen der Tonsignalfrequenz beträchtlich variiert werden.

Obgleich die Impedanzelemente 27, 30 der überbrückten T-Schaltung gem^r;ß Fig. 3 durch Widerstände und die Impedanzelemente 28, 29 durch Kapazitäten gebildet sind, kann die Erfindung mit gleichem Effekt realisiert werden, wenn gemäß Fig. 11 die Impedanzelemente 27, 30 aus Kapazitäten und die Impedanzelenente 28, 29 aus Widerständen bestehen. Auch in diesem Fall läßt sich die Tonqualität über einen weiten Bereich hinweg ändern, indem der Wert Q durch Änderung der Verstärkungsgrade oc, ß ohne Änderung des Werts des Gesamtverstärkungsgrads variiert wird.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 6 gilt im Fall von ß«.1, nämlich ß = -, G=oo , so daß die Schaltung zu schwin-

U I ti. I

gen beginnt. Wenn daher der Wert des Verstärkungsgrads ß im schwingungsfreien Bereich verändert wird, kann der Wert Q von einem vorbestimmten Wert unter Dämpfungsbedingungen auf einen vorbestimmten Wert unter Anhebungsbedingungen geändert werden.

Wenn der Verstärkungsgrad χ gemäß Fig. 8 auf den folgenden Wert

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- 15 - C2)R2

C1R1

eingestellt wird, wird der Gesamtverstärkungsgrad G auf Null gebracht. Da das Ausgangssignal bei der bestimmten Frequenz f~ unter diesen Bedingungen einen Wert Null gegenüber einem vorbestimmten Eingangssignal besitzt, kann die Schaltung gemäß Figo 8 als Filter zur Gewährleistung sehr steiler Dämpfungseigenschaften herangezogen werden.

Fig. 12 ist ein Schaltbild einer Frequenzgang-Regelvorrichtung gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung. Die Verstärkungsgradrege!schaltung zur Regelung der Verstärkungsgrade ·>ο, β besteht dabei aus Regelwiderständen 101, 102. Ein Ausgangssignal vom Verstärkungsgrad-Regelwiderstand 101 wird an die Nichtumkehr-Eingangsklemme 104 eines Operationsverstärkers 103 mit unendlich großer Eingangsimpedanz und Null betragender Ausgangsimpedanz angelegt, und ein Ausgangsa.gnal vom Verstärkungsgrad-Regelwiderstand 102 wird der Umkehreingangsklemme 105 des Verstärkers 103 zugeführt. Das Ausgangssignal vom Verstärker 103 wird über einen Widerstand 106 zur Umkehreingangsklemme 105 zurückgekoppelt und außerdem an die Sammelklemme 108 einer überbrückten T-Schaltung 107 angelegt. Der Operationsverstärker 103 ist dabei vom Differential-Typ.

Die Sammelklemme 108 der überbrückten T-Schaltung 107 gemäß Fig. 12 ist über den Widerstand 106 an einen Verstärkungsgrad-Regelwiderstand 102 angeschlossen. Wenn daher ein Verstärkungsgrad ß variiert wird, wird der Widerstandswert des Widerstands R2 des in die überbrückte T-Schaltung 107 einbezogenen Impedanzelements 30 wesentlich verändert. Obgleich dabei der Widerstand R2 über die Klemme 108 an die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 103 mit Null betragender

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Ausgangsimpedanz angeschlossen ist, bleibt die bestimmte Frequenz f_Q unverändert.

Fig. 13 veranschaulicht die Schaltungsanordnung einer Frequenzgang-Regelvorrichtung gemäß einer weiteren AusfUhrungsform der Erfindung, bei welcher der Regelwiderstand 102 gemäß Fig. 12 durch einen veränderbaren bzw. Regelkondenöator 110 ersetzt ist. Diese Anordnung ermöglicht eine Variation der bestimmten, von der Schaltung gemäß Fig. 13 gelieferten Frequenz durch Änderung des Werts des Widerstands 106 oder des Kondensators 110.

Im folgenden seien die Spannung an der Klemme 104 gemäß Fig. 13 mit el, die Spannung an der Klemme 111 mit e3 und die Spannung an der Signalempfangsseite des Kondensators mit eo bezeichnet. Hierbei ergibt sich dann die folgende Gleichung:

e3 = (1 + jCuC1R3)e1 - jCUC1R3eo (8)

in welcher el = Xei und e3 = ⁰^ el - ßeo bedeuten. Daher gilt:

00= _r

ß = j

In diesem Fall läßt sich der Gesamtverstärkungsgrad G der Schaltung gemäß Fig. 13 wie folgt ausdrucken:

1 - w²C²r² +

^ei " 1 - U²C^r² + 3uCr(2K - f)

d«JCr(2K -

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Eine Frequenz, bei welcher der Gesaratverstärkungsgrad de-r Ausgangsspannung eo entsprechend der Eingangsspannung ei einen Höchst- oder Mindestwert besitzt, läßt sich anhand der vorstehenden Gleichung (10) durch Bestimmung eines Werts von to erzielen, welcher der folgenden Gleichung genügt:

1 - cAVd -Sj|jgE>-o .... cn)

Im Fall von K = 1 und Ot= 3 (Dämpfungszustand) kann dann Gleichung (11) wie folgt umgeschrieben werden:

1 - üA²r²(1 - 3 · £$g) =0 .... (12)

Somit gilt:

(13)

- 3 · £JS2 . er

In diesem Fall läßt sich der Gesamtverstarkungsgrad G der Schaltung gemäß Fig. 13 wie folgt ausdrücken:

__{# (14)}

Da K = 1, besitzt der Gesamtverstärkungsgrad G einen Wert Null.

Der Gesamtverstärkungsgrad G in einem Frequenzbereich unter der vorbestimmten Frequenz, bei welcher G=O erreicht wird,

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- Ίο -

besitzt einen Wert von G = 1, während sich sein Wert in
einem über der vorbestimmten Frequenz liegenden Frequenzbereich durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

1 C1R3K

' " CrK CrK - C1R3K

C1R3 ⁼ CrK - C1R3
¹ " "CrK

Die vorbestimmte Frequenz OJ kann nämlich durch Änderung des in Gleichung (13) enthaltenen Werts des Widerstands R3
und/oder des Kondensators C1 variiert werden. Obgleich sich die vorstehende Beschreibung auf den Fall von οό>ι bezieht, kann der Wert CaJ auch im Fall von ooo geändert werden.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 13 wird die Ausgangsspannung eo der Schaltung über den Regelkondensator 110 der Umkehreingangsklemme 105 des Operationsverstärkers 103 aufgeprägt. Die gleiche Wirkung kann aber auch dadurch erzielt werden, daß die Eingangsspannung ei der Schaltung über den
Regelkondensator 110 an die Umkehreingangsklemme 105 angelegt und die Ausgangsspannung eo über die Verstärkungsgradregelschaltung 24 der Nichtumkehr-Eingangsklemme 104 aufgeprägt wird.

Wie vorstehend erläutert, wird mit der Erfindung also eine
Frequenzgang-Regelvorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit geschaffen, mit der nicht nur die Tonqualität über einen sehr weiten Bereich hinweg variiert werden kann, sondern die auch mit einfacher Anordnung sehr kompakt ausgelegt werden kann, da die Induktivitätselemente nicht in der überbrückten
T-Schaltung benutzt werden, die aus Widerstand und Kapazität allein besteht.

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Claims

- 19 Patentansprüche

1,' Frequenzgang-Regelvorrichtung, gekennzeichnet durch einen ersten Operationsverstärker mit Umkehr- und Nichtumkehr-Eingangsklemmen, eine mit einer Sammelklemme versehene und zwischen die Umkehreingangsklemme sowie die Ausgangsklemme des ersten Operationsverstärkers eingeschaltete überbrückte T-Schaltung, eine erste Einrichtung zur Verbindung der Nichtumkehr-Eingangsklemme des Operationsverstärkers und der Sammelklemme der überbrückten T-Schaltung, eine zweite Einrichtung zur Verbindung der Ausgangsklemme des ersten Operationsverstärkers und der Sammelklemme der überbrückten T-Schaltung und eine in mindestens einer der beiden Verbindungseinrichtungen vorgesehene Verst'lrkungsgradregelschaltung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die überbrückte T-Schaltung einen zwischen die Umkehreingangsklemme und die Ausgangsklemme des. ersten Operationsverstärkers eingeschalteten ersten Widerstand, eine mit dem ersten Widerstand parallelgeschaltete Reihenschaltung aus zwei Kondensatoren und einen zweiten Widerstand aufweist, der zwischen die Verzweigung zwischen den beiden Kondensatoren und die Sammelklemme der überbrückten T-Schaltung eingeschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die überbrückte T-Schaltung einen zwischen die Umkehreingangsklemme und die' Ausgangsklemme des ersten Operationsverstärkers eingeschalteten ersten Kondensator, eine aus zwei Widerständen bestehende und parallel zum ersten Kondensator geschaltete Reihenschaltung sowie einen zweiten Kondensator aufweist, der zwischen die Verzweigung zwischen den beiden Widerständen und die Sammelklemme der

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- 20 überbrückten T-Schaltung eingeschaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsgradregelschaltung einen variablen bzw. Regelwiderstand, der mit einer regelbaren Klemme versehen und an eine Nichtumkehr-Eingangsklemme und die Ausgangsklemme des ersten Operationsverstärkers angeschlossen ist, und einen Transistor aufweist, dessen Basis mit der regelbaren Klemme und dessen Emitter mit der Sammelklemme der überbrückten T-Schaltung verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsgradregelschaltung einen ersten Transistor, dessen Basis mit einer Nichtumkehr-Eingangsklemme und der Ausgangsklemme des ersten Operati'onsverstärkers verbunden ist, einen mit einer regelbaren Klemme versehenen und zwischen Kollektor und Emitter des ersten Transistors eingeschalteten Regelwiderstand, einen zweiten Transistor, dessen Basis an die regelbare Klemme angeschlossen ist, einen mit einem dritten Transistor versehenen Verstärker zur Verstärkung des Ausgangssignals vom zweiten Transistor und eine Einrichtung zur Lieferung des Ausgangssignals vom Verstärker zur Sammelklemme der überbrückten T-Schaltung aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsgradregeleinrichtung ein variabler bzw. Regelwiderstand ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten (variablen) Verstärkungsgrad-Regelwiderstand, dessen eines Ende an die Nichtumkehr-Eingangsklemme des ersten Operationsverstärkers angeschlossen ist, einen zweiten (variablen) Verstärkungsgrad-Regelwiderstand, dessen eines

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Ende an die Ausgangsklernme des ersten Operationsverstärkers angeschlossen ist, einen zweiten Operationsverstärker, dessen Nichtumkehr-Eingangsklemme mit dem anderen Ende des ersten Regelwiderstands verbunden, dessen Umkehreingangsklemme an das andere iSnde des zweiten Regelwiderstands angeschlossen und dessen Ausgangsklemme mit der Sammelklemme der überbrückten T-Schaltung verbunden ist, und einen zwischen die Umkehreingangsklemme und die Ausgangsklemme des zweiten Operationsverstärkers eingeschalteten Widerstand.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten (variablen) Verstärkungsgrad-Regelwiderstand, dessen eines Ende an die Nichtumkehr-Eingangsklemme des ersten Operationsverstärkers angeschlossen ist, einen zweiten (variablen) Verstärkungsgrad-Regelwiderstand, dessen eines Ende an die Ausgangsklemme des ersten Operationsverstärkers angeschlossen ist, einen zweiten Operationsverstärker, dessen Nichtumkehr-Eingangsklemme mit dem anderen Ende des zweiten Regelwiderstands, dessen Umkehreingangsklemme mit dem anderen Ende des ersten Regelwiderstands und dessen Ausgangsklemme mit der Sammelklemme der überbrückten T-Schaltung verbunden ist, und einen zwischen die Umkehreingangsklemme und die Ausgangsklemme des zweiten Operationsverstärkers eingeschalteten Widerstand,
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch sine erste Verstärkungsgradregeleinrichtung, deren Eingangsklemme mit der Nichtumkehr-Eingangsklemme des ernten Operationsverstärkers verbunden ist, einen als zweite Verstärkungsgradrege!einrichtung wirkenden variablen bzw. Regelkondensator, dessen eines Ende mit der Ausgangsklemme des ersten Operationsverstärkers verbunden ist, einen zweiten Operationsverstärker, dessen Uichtumkehr- Eingangs-

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klemme mit der Ausgangsklemme der ersten Verptärkungsgradregeleinrichtung, dessen Umkehreingangsklemrae mit dem anderen Ende des Regelkondensators und desser Ausgangsklemme mit der Sammelklemme der überbrückten T-Schaltung verbunden ist, und einen zwischen die Umkehreingangsklemme· und die Ausgangsklemme des zweiten Operationsverstärkers eingeschalteten Widerstand.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Verstärkungsgradregeleinrichtung, deren Eingangsklemme mit der Aus gangs klemme des ersten Opei'ationsverstärkers verbunden ist, einen als zweite Verstärkungsgradregeleinrichtung wirkenden variablen bzw. Regelkor-.densator, dessen eines Ende mit der Nichtumkehr-Eingangsklemme des ersten Operationsverstärkers verbunden ist, einen zweiten Operationsverstärker, dessen Nichtumkehr-Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme der ersten Verstärkungsgradregeleinrichtung, dessen Umkehreingangsklemnie mit dein anderen Ende des Regelkondensators und dessen Ausgangsklemme mit der Sammelklemme der überbrückten T-Schalturig verbunden ist, und einen zwischen die Umkehreingangsklemme des zweiten Operationsverstärkers und seine Ausgangsklemme eingeschalteten Widerstand.

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