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Verstärker mit steuerbarem Übertraaunasmaß und umschaltbarer
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Steuerkennlinie (Zusatz zu P 25 29 031.) Die Erfindung betrifft einen
Verstärker, dessen.Übertragungsmaß mit einer Steuer spannung steuerbar ist und der
zwischen zwei Betriebszuständen mit zueinander komplementären Steuerkennlinien umschaltbar
ist.
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Derartige Verstärker werden beispielsweise in Kompander-Systemen zur
Rauschunterdrückung benötigt, wie sie durch die DT-OS 22 18 823 und die DT-AS 24
06 258 bekannt sind. Bei diesen Systemen wird ein Verstärker benötigt, der bei der
Dynamik-Kompression eine bestimmte Steuerkennlinie für die Abhängigkeit der Amplitude
der Ausgangssignale von einer Steuer spannung aufweisen soll und der bei der Dynamik-Expansion
eine bezüglich der genannten Abhängigkeit komplementäre Steuerkennlinie aufweisen
soll.
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Durch die DT-OS 22 18 823 ist es bekannt, bei einem zwischen zwei
Betriebszuständen umschaltbaren Verstärker die Änderung der Verstärkung mittels
einer steuerbaren Impedanz zu bewirken, die in dem einen Betriebszustand des Verstärkers
an einen Gegenkopplungsweg des Verstärkers und in dem anderen Betriebszustand an
den Eingang des Verstärkers angeschlossen ist.
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Wegen eines bei einfachen Kompander-Systemen grundsätzlich vorhandenen
Nachteils, nämlich der Modulation der Rauschanteile in Abhängigkeit von tieffrequenten
Nutzsignalen besteht bekanntlich die Forderung (vergl. Funktechnik, 1973, Seite
55 bis 57, insbesondere Fig. 6), die untere Grenzfrequenz der die Dynamik-Kompres
sion bzw.- Expansion bewirkenden Schaltung in Abhängigkeit von der Amplitude der
Nutzsignale zu höheren Frequenzwerten hin zu verschieben, wobei die entstehenden
Kennlinien möglichst deckungsgleich sein sollen.
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Bei dem durch die DT-OS 22 18 823 bekannten Verstärker, dessen Steuereingang
eine aus dem Nutzsignal abgeleitete Steuerspannung zugeführt ist, ist zwar in Serie
zu der steuerbaren Impedanz eine Kapazität geschaltet, so daß sich eine geringe
Abhängigkeit der unteren Grenzfrequenz des Verstärkers von der Amplitude der Nutzsignale
erzielt wird. Die auf diese Weise erzielbare Verschiebung der unteren Grenzfrequenz
ist jedoch auf einen kleinen Bereich eingeschränkt, Zudem wird bei der bekannten
Schaltung auch die Amplitude der Verstärker-Ausgangssignale im Durchlaßbereich in
unerwünschter Weise verändert.
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Bei der Hauptpatentanmeldung wird daher die Aufgabe gelöst, einen
bezüglich seiner Steuerkennlinie in der beschriebenen Weise umschaltbaren Verstärker
zu schaffen, bei dem auch auf einfache Weise durch die Zuschaltung von frequenzabhängigen
Bauelementen eine exakte parallele Verschiebung der Frequenz-Kennlinien möglich
ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Hauptpatentanmeldung bei einem Verstärker,
dessen Übertragungsmaß mittels einer Steuerspannung steuerbar ist und der zwischen
zwei BetriFszuständen mit zueinander komplemstären Steuerkennlinien umschaltbar
ist, mit einer
elektronisch steuerbaren ersten Impedanz, der die
Steuerspannung zugeführt ist und die in dem einen Betriebszustand mit einem Gegenkopplungsweg
liegt, dadurch gelöst, daß der Ausgang des Verstärkers über die an diesen Ausgang
angeschlossene elektronisch steuerbare Impedanz und eine zu der steuerbaren Impedanz
in Reihe geschaltete zweite Impedanz an die Bezugsspannung angeschlossen ist, daß
zwischen dem Ausgang des Verstärkers und einem bezüglich der Ausgangssignale des
Verstärkers invertierenden Eingang des Verstärkers eine dritte Impedanz geschaltet
ist, daß Schaltmittel vorgesehen sind, mit denen der Verbindungspunkt zwischen der
ersten und der zweiten Impedanz in dem einen Betriebszustand an den invertierenden
Eingang und in den anderen Betriebszustand über eine vierte Impedanz , deren Wert
gleich dem Wert der dritten Impedanz ist, an einen nichtinvertierenden Eingang des
Verstärkers anschaltbar ist, und daß die Ausgangssignale des Verstärkers in dem
einen Betriebszustand direkt an den Ausgang des Verstärkers und in dem anderen Betriebszustand
an dem Verbindungspunkt zwischen der ersten und der zweiten Impedanz abgreifbar
sind.
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Der Erfindung liegt ebenfalls die genannnte Aufgabe zugrunde.
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Die Erfindung geht von der bekannten Schaltung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 aus, von der auch die Hauptpatentanmeldung ausgeht. Die genannte
Aufgabe ist bei einem solchen Verstärker durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 angegebenen Merkmale gelöst. Während der nicht mit den Schaltmitteln verbundene
Anschluß der vierten Impedanz 2 bei der Hauptpatentanmeldung an den nichtinvertierenden
Eingang 11 des Verstärkers 10 angeschlossen ist, ist er bei der erfindungsgemäßen
Schaltung an den Ausgang 9 des Verstärkers 10 angeschlossen (vergl. Fig. 1). Zur
Erreichung einer exakten parallelen Verschiebung der Frequenzgangskennlinien bedarf
es lediglich der Ausbildung der-.zweiten Impedanz als Kondensator sowie einer
weiteren
Kapazität, die der veränderlichen ersten, als Widerstand ausgebildeten Impedanz
parallel geschaltet ist, Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsformen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeipiels, das in der Zeichnung
dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzip-Schaltbild für den
erfindungsgemäßen Verstärker, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen
Verstärker und Fig. 3 ein Kennlinien-Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise
des Verstärkers nach Fig. 2.
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Die Fig. 1 zeigt eire Verstärker-Schaltung, deren Steuerkennlinie
bezüglich der Abhängigkeit der Verstärker-Ausgangsspannung von einer an der Klemme
14 anliegenden Steuer spannung U5t mittels der beiden mechanisch miteinander gekuppelten
Schalter 6 und 8 umschaltbar ist. Die Schalter 6 und 8 sind als Umschalte-* kontakte
ausgebildet.
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Die an der Eingangsklemme 1 anliegenden Eingangssignale, z.B.
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NF-Signale in einem Kompander-System, werden dem nichtinvertierenden
Eingang 11 eines Differenzverstärkers 10 zugeführt, dessen Ausgang 9 in der eingezeichneten
Stellung des Schalters 8 mit der Ausgangsklemme 7 verbunden ist. Von dem Ausgang
9 des Differenzverstärkers 10 führt ein Gegenkopplungsweg mit einer Impedanz 3 auf
einen invertierenden Eingang 12 des Differenzverstärkers 10 zurück. In der eingezeichneten
Stellung des Schalters 6 liegt parallel zu der Impedanz 3 eine steuerbare weitere
Impedanz 4, deren'Impedanzwert über den Steuereingang 13 mittels einer Steuerspannung
Ust steuerbar ist.
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Der invertierende Eingang 12 des Differenzverstärkers 10 ist ferner
über den Schalter 6 und eine dritte Impedanz 5 an Masse angeschlossen, so daß eine
Veränderung der Impedanzwerte 4 die Gegenkopplung und damit die Verstärkung des
Differenzverstärkers 10 beeinflußt. In der eingezeichneten Stellung der Schalter
6 und 8 bewirkt eine Erhöhung der Impedanz 4 eine Erhöung der Verstärkung des Differenzverstärkers
10.
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Die komplexe Verstärkung V1 der beschriebenen Schaltung läßt sich
durch die folgende Gleichung darstellen:
| 1) V1 | 4 Ausqanql Z3llz4 + z51 |
| ig Eingang |
Dabei stellen Z3, Z4 und Z5 die Werte der Impedanzen 3,4 und 5 dar. Die Schreibweise
z311 Z4 bedeutet die Parallelschaltung der Impedanzen 3 und 4.
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Wird die beschriebene Schaltung mittels der Schalter 6 und 8 in den
anderen Betriebszustand umgeschaltet, so stellt der Differenzverstärker 10 einen
Verstärker dar, der wegen der vom Ausgang 9 auf den invertierenden Eingang 12 führenden
Rückkopplung über die Impedanz 3 eine Verstärkung von l oder nahezu 1 aufweist.
Dadurch erscheint am Ausgang 9 des Differenzverstärkers 10 das gleiche Signal bezüglich
der Amplitude wie am nichtinvertierenden Eingang 11. Die Schaltung wirkt mithin
so, als ob der Ausgang 9 und damit die Impedanz 4 elektrisch direkt an die Eingangsklemme
1 angeschlossen wären. Auf diese Weise gelangt das Eingangssignal der Eingangsklemme
1 über den das Eingangssignal nicht verändernden Verstärker 10 sowie die Parallelschaltung
aus einer weiteren Impedanz 2 und der Impedanz 4 an die Ausgangsklemme 7, wobei
die Impedanz 2 den gleichen Wert wie die Impedanz 3 besitzt. Anders ausgedrückt:
die beschriebene
Schaltung wirkt bei umgeschalteten Schaltern 6
und 8 wie ein Spannungsteiler, dessen eine Teilimpedanz aus der Parallelschaltung
der Impedanzen 2 und 4 und dessen andere Teilimpedanz von der Impedanz 5 gebildet
werden. Demnach ergibt sich für die beschriebene Schaltung für den zweiten Betriebszustand
dieser Schaltung eine Verstärkung V2 nach der folgenden Gleichung:
| 2) V2 Aus Ausgang an | |
| 12 Eingang 7 + Z5 1 |
In dieser Gleichung (2) bezeichnet Z2 den Wert der Impedanz 2.
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Da die Impedanz denselben Wert wie die Impedanz 3 besitzt, er gibt
ein Vergleich der beiden Gleichungen (1) und (2), daß die Verstärkung V2 einen komplementären
Verlauf zu der Verstärkung V1 besitzt.
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In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für den Verstärker nach Fig.
1 dargestellt, wobei die Schaltung vorteilhaft in einfacher Weise so erweitert ist,
daß sich mittels der an der Klemme 14 anliegenden Steuer spannung Ust zusätzlich
zu der verlangten Verstärkungsänderung eine exakte Parallelverschiebung der Frequenzgangskennlinie
der dargestellten Schaltung in Abhängigkeit von der genannten Steuer spannung Ust
ergibt.
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Die Schaltung nach Fig. 2 geht aus der Prinzip-Schaltung nach Fig.
l dadurch hervor, daß die Impedanz 2 als ohmscher Widerstand 15 und die Impedanz
3 als ohmscher Widerstand 19 ausgebildet sind. Fenwr ist die Impedanz 5 als Kondensator
18 ausgebildet, während die Impedanz 4 in Fig. 1 in der Schaltung nach Fig. 2 aus
der Parallelschaltung aus einem Kondensator 16 und einem elektronisch steuerbaren
Widerstand 17 besteht, der vorzugsweise aus einem FeldeffekttransistorXbesteht.
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Durch die Einfügung der Kondensatoren 16 und 18 ergibt sich für die
Schaltung nach Fig. 2 in der dargestellten Stellung der Schalter 6 und 8 ein Frequenzgang,
der sich in dem Kennlinien-Diagramm nach Fig. 3 z.B. als Kennlinie 22 darstellt.
Mit zunehmender Größe des Wertes des Widerstandes 17 verschiebt sich die Frequenzgangs-Kennlinie
zu tieferen Frequenzen hin, also z.B. in die Lage der Kennlinie 21. Entsprechend
verschiebt sich bei einer Verringerung des Widerstandswertes des Widerstandes 17
die Frequenzgangs-Kennlinie zu der Kennlinie 23 hin.
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Die Darstellung in Fig. 3 zeigt, daß die Frequenzgangs-Kennlinie der
Schaltung nach Fig. 2 exakt parallel zu sich selbst verschiebbar ist, ohne daß sich
der Verlauf der Kennlinie oder die Amplitude im Durchlaßbereich erkennbar ändert.
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Die mit einer Veränderung des Widerstandes 17 zugleich beabsichtigte
Verstärkungsänderungder beschriebenen Schaltung zeigt sich bei einer willkürlich
durch eine Frequenz f1 gelegten Geraden.
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Die Schnittpunkte 24, 25 und 26 mit den Kennlinien 21, 22 und 23 zeigen,
daß die Amplitude der Verstärker-Ausgangssignale und damit die Verstärkung des Verstärkers
10 mit zunehmendem Wert des Widerstandes 17 entsprechend den Schnittpunkten 26,
25 und 24 zunimmt.
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Wenn die den Frequenzgang beeinflussende Wirkung des beschriebenen
Verstärkers ausgeschaltet werden soll, ohne daß der Verstärker selbst aus dem Nutzsignalweg
herausgenommen werden muß, dann läßt sich diese vorteilhaft auf folgende Weise erreichen.
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Bei der.Schaltung nach Fig. l wird der Verbindungspunkt zwischen den
Impedanzen 4 und 5 so aufgetrennt, daß nur noch die beiden Impedanzen 4 und 5 miteinander
und der untere Kontakt des Schalters 8 mit dem Ausgangskontakt des Schalters 6 verbunden
sind.
Die Verbindung zwischen den so gebildeten Ve*indungsleitungen
wird dann von einem Schalter gebildet, der zur Unterdrückung der beschriebenen Frequenzabhängigkeit
des Verstärkers aufgetrennt wird. Bei geöffnetem Schalter beeinflußt die frequenzabhängige
Impedanz 4 nicht mehr den Gegenkopplungsweg des Differenzverstärkers 10.
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L e e r s e i t e