DE2546067C2

DE2546067C2 - Verstärker mit steuerbarem Übertragungsmaß und umschaltbarer Steuerkennlinie

Info

Publication number: DE2546067C2
Application number: DE19752546067
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 3000 Hannover Schröder
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson oHG
Priority date: 1975-10-15
Filing date: 1975-10-15
Publication date: 1983-05-26
Also published as: DE2546067A1

Description

Oberbegriff des Paientanspruchs 1 aus, Die weitere Lösung der genannten Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs I angegebenen Merkmale, Während der nicht mit den Schaltmitteln verbundene Anschluß der vierten Impedanz bei der Hauptpatentanmeldung an den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers angeschlossen ist, ist er bei der erfindungsgemäßen Schaltung an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen. Zur Erreichung einer exakten parallelen Verschiebung der Frequenzgangskennlinien bedarf es auch bei dieser Lösung 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.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, des in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Prinzip-Schaltbild für den Verstärker, Fig.2 ein Ausführungsbeispiel für den Verstärker und

F i g. 3 ein Kennlinien-Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Verstärkers nach F i g. 2.

Die F i g. 1 zeigt eine Verstärker-Schaltung, deren Steuerkennlinie bezüglich der Abhängigkeit der Verstärker-Ausgangsspannung von einer an der Klemme 14 anliegenden Steuerspannung Usi mittels der beiden mechanisch miteinander gekuppelten Schalter 6 und 8 umschaltbar ist Die Schalter 6 und 8 sind als Umschaltekontakte ausgebildet

Die an der Eingangsklemme 1 anliegenden Eingangssignale, z. B. 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 U_s, steuerbar ist.

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 Erhöhung der Verstärkung des Differenzverstärkers 10. Die komplexe Verstärkung V\ der beschriebenen Schaltung läßt sich durch die folgende Gleichung darstellen:

Eingang 12 führenden Rückkopplung über die Impedanz 3 eine Verstärkung von 1 oder nahezu l aufweist Dadurch erscheint am Ausgang 9 des Differenzverstärkers 10 das gleiche Signa! 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

ίο 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

μ Schaltung für den zweiten Betriebszustand dieser Schaltung eine Verstärkung V₂ nach der folgenden Gleichung:

l Eingang

U-,

U₁

Il Z₄ + Z₅

U-

Z₃ II Z₄ + Z,

U,

Dabei stellen Zj, Zt, und Z* die Werte der Impedanzen 3, 4 und 5 dar. Die Schreibweise Zj\\Z^ bedeutet die Parallelschaltung der Impedanzen 3 und 4.

Wird die beschriebene Schaltung mittels der Schalter und 8 in den anderen Betriebszustand umgeschaltet, so stellt der Differenzverstärker 10 einen Verstärker dar, der wegen der vom Ausgang 9 auf den invertierenden In dieser Gleichung (2) bezeichnet Z₂ den Wert der Impedanz 2. Da die Impedanz denselben Wert wie die Impedanz 3 besitzt ergibt ein Vergleich der beiden Gleichungen (1) und (2), daß die Verstärkung V₂ einen komplementären Verlauf zu der Verstärkung Vj besitzt. 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 1.4 anliegenden Steuerspannung Us, zusätzlich zu der verlangten Verstärkungsänderung eine exakte Parallelverschiebung der Frequenzgangskennlinie der dargestellten Schaltung in Abhängigkeit von der genannten Steuerspannung Us, ergibt

Die Schaltung nach F i g. 2 geht aus der Prinzip-Schaltung nach Fig. 1 dadurch hervor, daß die Impedanz 2 als ohmscher Widerstand 15 und die Impedanz 3 als ohmscher Widerstand 19 ausgebildet sind. Ferner ist die Impedanz 5 als Kondensator 18 ausgebildet, während die Impedanz 4 in Fig. 1 in der Schaltun? nach Fig.2 aus der Parallelschaltung aus einem Kondensator 16 und einem elektronisch steuerbaren Widerstand 17 besteht, der vorzugsweise aus einem Feldeffekttransistor besteht.

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 ki dem Kennlinien-Diagramm nach ^tT i g. 3 z. B. als Kennlinie 22 darstellt Mit zunehmender Größe des Wertes des Widerstandes 17 verschiebt sich die Fiequenzgangs-Kennlinie Zw tieferen Frequenzen hin, also z. B. in die Lage der Kennlinie 21. Entsprechend verschiebt sich bei einer Verringerung des Widerstandsvertes des Widerstandes 17 die Frequenzgangs-Kennlinie zu der Kennlinie 23 hin.

Die Darstellung in F i g. 3 zeigt, daß die Frequenz^ gangs-Kennlinie der Schaltung nach F;g. 2 exakt parallel zu sich selbst verschiebbar ist, ohne daß sich der Verlauf der Kennlinie oder die Amplitude im Durchlaßbereich erkennbar ändert

Die mit einer Veränderung des Widerstandes 17 zugleich beabsichtigte Verstärkungsänderung der be-

schriebenen Schaltung zeigt sich bei einer willkürlich durch eine Frequenz f\ gelegten Geraden. 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.

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.

Bei der Schaltung nach F i g. I 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 Verbindungsleitungen 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Verstärker, dessen Übertragungsmaß mittels einer Steuerspannung steuerbar ist und der zwischen zwei Betriebszuständen mit zueinander komplementären Steuerkennlinien umschaltbar ist, mit einer elektronisch steuerbaren ersten Impedanz, der die Steuerspannung zugeführt ist und die in dem einen Betriebszustand in einem Gegenkopplungsweg liegt, bei dem der Ausgang des Verstärkers Ober die an diesen Ausgang angeschlossene elektronisch steuerbare Impedanz und eine zu der steuerbaren Impedanz in Reihe geschaltete zweite Impedanz an das Bezugspotential angeschlossen ist, daß zwischen dem Ausgang des Verstärkers und einem bezüglich der Ausgangssignale des Verstärkers invertierenden Eingang des Verstärkers eine dritte Impedanz geschaltet ist, wobei Schaltmittel vorgesehen sind, mit denen der Verbindungspunkt zwischen der ersten und der zweiten Impedanz in dem einen Betriebszustand an den invertierenden Eingang und in dem 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 (10) in dem einen Betriebszustand direkt an dem Ausgang (9) des Verstärkers (10) und in dem anderen Betriebszustand an dem Verbindungspunkt zwischen der ersten (4) und der weiten (5) Impedanz abgegriffen sind nach Patent 2529031, dadurch gekennzeichne l, daß die vierte Impedanz (2) anstatt an den nichtinvertierendt.i Eingang (11) an den Ausgang (9) des Verstärkers (Iß; anschaltbar ist
2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte (3) und vierte (2) Impedanz je aus einem ohmschen Widerstand (19, 15) bestehen, dessen Widerstandswert für beide Impedanzen gleich ist
3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Impedanz (4) aus der Parallelschaltung eines Kondensators (16) und eines elektronisch steuerbaren Widerstandes (17) besteht und daß die zweite Impedanz (5) aus einem Kondensator (18) besteht

Die Erfindung betrifft einen Verstärker, dessen Übertragungsmaß mittels einer Steuerspannung steuerbar ist und der zwischen zwei Betriebszuständen mit zueinander komplementären Steuerkennlinien umschaltbar ist, mit einer elektronisch steuerbaren ersten Impedanz, der die Steuerspannung zugeführt ist und die in dem einen Betriebszustand in einem Spannungsgegenkopplungsweg liegt.

Derartige Verstärker werden beispielsweise in Kompander-Systemen zur Rauschunterdrückung benötigt, wie sie durch die DE-OS 22 18 823 und die DE-AS 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 Steuerspannung aufweisen soll und der bei der Dynamik-Er.-pansion eine bezüglich der genannten Abhängigkeit komplementäre Steuerkennlinie aufweisen soll.

Durch die DE-QS 2218 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 Wegen eines bei einfachen Kompander-Systemen

grundsätzlich vorhandenen Nachteils, nämlich der Modulation der Rauschanteile in Abhängigkeit von tieffrequenten Nutzsignalen besteht bekanntlich die Forderung (vgl. Funktechnik, 1973, Seite 55 bis 57, insbesondere Rg. 6), die untere Grenzfrequenz der die

Dynamik-Kompression 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.

Bei dem durch die DE-OS 22 18 823 bekannten Verstärker, dessen Steuereingang eine aus dem Nutzsignai 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

Beim Hauptpatent wird daher die Aufgabe gelöst, einen bezüglich seiner Steuerkennlinie in der beschrie-

benen Weise umschaltbaren Verstärker zu schaffen, bei dem auch auf einfache Weise durch die Züschaltung von frequenzabhängigen Bauelementen eine exakte parallele Verschiebung der Frequenz-Kennlinien möglich ist Diese Aufgabe wird gemäß dem Hauptpatent bei

einem Verstärker, dessen Übertragungsmaß mittels einer Steuerspannung steuerbar ist und der zwischen zwei Betriebszuständen mit zueinander komplementären Steuerkennlinien umschaltbar ist, mit einer elektronisch steuerbaren ersten Impedanz, der die Steuerspan-

nung zugeführt ist und die in dem einen Betriebszustand in 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

.50 geschaltete zweite Impedanz an das Bezugspotential angeschlossen ist, daß zwischen dem Ausgang des Verstärkers und einem bezüglich der Ausgangssignale aes 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 abgegriffen sind. Die Erfindung gibt für die dem Hauptpatent zugrunde liegende Aufgabe eine weitere Lösung an. Die Erfindung geht hierzu von der Schaltung gemäß dem