DE2735500A1

DE2735500A1 - Schaltung zur wahlweisen dynamik- kompression oder -expansion

Info

Publication number: DE2735500A1
Application number: DE19772735500
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Schroeder
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson oHG
Priority date: 1974-02-09
Filing date: 1977-08-06
Publication date: 1979-02-15

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Theodor-Stern-Kai I₁ 6OOO Frankfurt/Main 70

Hannover,den 25.07.1977 KE2-H Schr/vß H 77/53

Schaltung zur wahlweisen Dynamik-Kompression oder -Expansion (Zusatz zu Patent 2k 06 258)

Durch das Hauptpatent DT-PS 2k 06 258 ist ein Kompander-Syst ein bekannt, bei dem zur wahlweisen Dynamik-Kompression oder -Expansion wenigstens ein im Nutzsignalweg liegender, in seiner Verstärkung steuerbarer Verstärker und ein wenigstens einen in seiner Verstärkung steuerbaren Verstärker sowie einen Steuerspannungserzeuger aufweisender Hilfszweig vorgesehen sind, wobei der Eingang des Hilfszweiges an den Nutzsignalweg angeschlossen ist und wobei die Ausgangsspannung des Steuerspan nungserzeugers zur Steuerung der steuerbaren Verstärkung im Nutzsignalweg und im Hilfszweig dient.

Als Stellglieder für die in ihrer Verstärkung steuerbaren Verstärker werden vorteilhaft Feldeffekttransistoren verwendet, die eine vergleichsweise lineare Steuerkennlinie aufweisen und damit nur eine geringe Verzerrung des in seiner Amplitude KU beeinflussenden Vechselspannungssignal bewirken. Um diese Vorteile bei einem als Stellglied (steuerbarer Widerstand) betriebenen Feldeffekttransistor zu erreichen, kann man gemäß der DT-OS 21 6l 905 *r Steuerelektrode des betreffenden FeIdeffekttransistors zusätzlich zur Steuergleichspannung die halbe «wischen Quelle und Senke stehende Veeheelspannung sufUhren. Zur Entkopplung der erwähnten beiden Spannungen (Steuargleich-■pannung.und Wechselspannung) wird ein Trennkondensator verwendet .

Zusätzlich BU der erwähnten vorteilhaften Eigenschaft eines Feldeffekttransistors wird verlangt, daß ein als steuerbarer Widerstand verwendeter Feldeffekttransistor eine kleine Zeit-

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konstante bezüglich seiner Steuerwirkung besitzt. Es soll auf diese Weise eine relativ schnelle Widerstandsänderung des Feldeffekttransistors möglich werden. Diese Forderung kann bei Verwendung des erwähnten Trennkondensators nicht ohne weiteres erfüllt werden. Ee ist deshalb vorgeschlagen worden (DT-OS 2k 03 756), sinngemäß statt des Trennkondensators einen Trennverstärker zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kompander-System der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem als Stellglieder Feldeffekttransistoren verwendet werden und das eine schnelle Steuerung der Widerstandswerte der Feldeffekttransistoren bei nur geringem Aufwand und unter Beibehaltung der erwähnten Vorteile von Feldeffekttransistoren ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wiedergegebenen Schaltung zur wahlweisen Dynamik-Kompression oder -Expansion durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erwähnt.

Die Erfindung beruht u.a. auf der Erkenntnis, daß bei dem beschriebenen Kompander-System auch dann eine vorteilhafte Steuerung eines als Stellglied im Zweigweg arbeitenden Feldeffekttransistors möglich ist, wenn die seiner Steuerelektrode zu der Steuergleichspannung zugeführte Wechselspannung nicht von seiner Quelle-Senke-Strecke, sondern von der Quelle-Senke-Strecke eines als Stellglied im Nutzsignalweg arbeitenden Feldeffekttransistors abgeleitet ist. Dies beruht im wesentlichen darauf, daß in denjenigen Betriebsfällen, in denen der Steuerelektrode des gesteuerten Feldeffekttransistors aus den erwähnten Gründen auch eine Vfachseispannung zugeführt werden muß (große Eingangsspannung des Kompanders und Verstärkungen der Stellverstärker nahe dem Wert l), die von tfem sinngemäß im Nutzsignalweg arbeitenden Feldeffekttransistoren abgeleitete Wechselspannung bzw. deren Hälfte in der Größenordnung der an sich für den sinngemäß im Zweigweg arbeitenden Feldeffekt-

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transistor erforderlichen Wechselspannung liegt.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß für einen sinngemäß im Zweigweg arbeitenden Feldeffekttransistor kein gesonderter Trennverstärker zur Trennung der beiden seiner Steuerelektrode zugeführten Spannungen (Steuergleichspannung und Wechselspannung) erforderlich ist.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine zur wahlweisen Kompression oder Expansion verwendbaren Kompander, dessen prinzipieller Aufbau dem durch das Hauptpatent DT-PS 2k 06 258 vorbekannten Kompander-System entspricht. Die dargestellte Schaltung umfaßt einen zwischen der Eingangsklemme 1 und der Ausgangsklemme 10 und damit im Nutzsignalweg der in ihrer Dynamik zu verändernden NF-Nutzsignalspannung liegenden ersten steuerbaren Verstärker 6 sowie einen zweiten steuerbaren Verstärker 2k, der in einem an den Nutzsignalweg angeschlossenen Hilfszweig liegt. In diesem Hilfszweig liegt ferner ein an den Ausgang des zweiten steuerbaren Verstärkers 2k angeschlossener Steuerspannungserzeuger 33.

Der Steuerspannungserzeuger 33 erzeugt an seinem Ausgang eine Steuergleichspannung, die beim Überschreiten eines bestimmten Schwellwertes durch die an seinem Eingang liegende Wechselspannung relativ schnell auf einen hohen Wert steigt. Die Steuerkennlinie dieses SteuerSpannungserzeugers hat vorteilhaft den Verlauf einer exponentiell ansteigenden Kurve. Ein Ausführungsbeispiel für den erwähnten Steuerspannungserzeuger ist in dem Hauptpatent DT-PS 2k 06 258 näher beschrieben.

Die von dem Steuerspannungserzeuger 33 erzeugte Steuergleichspannung dient zur Steuerung der Verstärkung der beiden steuerbaren. Verstärker 6 und 2k. Die Steuerkennlinien (Abhängigkeit der Verstärkung von der angelegten Steuergleichspannung) der Verstärker 6 und 2k besitzen im Falle der Kompression das

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gleiche Vorzeichen. Im Falle der Expansion haben die erwähnten Steuerkennlinien der Verstärker 6 und 2k unterschiedliche Vorzeichen.

Die soweit im Prinzip beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet so, daß die Wechselspannung am Eingang des Steuerspannungserzeugers 33 einen konstanten V/ert aufweist. Schon bei einer geringen Abweichung der Spannung am Eingang des Steuerspannungserzeugers 33 von dem systemeigenen konstanten Wert steuert bzw. regelt die von dem Steuerspannungserzeuger 33 erzeugte Steuergleichspannung die Verstärkung der Verstärker 6 und 2k so nach, daß wieder der ursprüngliche (konstante) Vert der Spannung am Eingang des Steuerspannungserzeugers 33 erreicht wird.

Dies hat bei der Kompression zur Folge, daß die volle Dynamik der an der Eingangsklemme 1 anliegenden NF-Nutzsignalspannung auf dem Weg von der Eingangsklemme 1 bis zum Eingang des Steuerspannungserzeugers 33 praktisch auf den Wert 0 abgebaut wird. Für den Fall, daß die Verstärker 6 und 2k gleich aufgebaut sind, besitzt das am Ausgang des Verstärkers 6 abgreifbare Nutzsignal nur noch die halbe Dynamik wie das Nutzsignal an der Eingangsklemme 1, das damit komprimiert ist.

Während im Fall der vorstehend beschriebenen Kompression die Verstärker 6 und 2k bezüglich der Erzeugung der Steuergleichspannung sinngemäß dadurch in Reihe geschaltet sind, daß der Eingang des Verstärkers 2k an den Ausgang des Verstärkers 6 angeschlossen ist, ist im Falle der Expansion der Eingang des Verstärkers 2k aufgrund der weiter unten beschriebenen Maßnahmen wie auch der Eingang des Verstärkers 6 sinngemäß direkt an die Eingangsklemme 1 angeschlossen. Da in diesem Falle aberwie oben vorausgesetzt - die Verstärkungen der beiden Verstärker 6 und 2k gegensinnig von der von dem Steuerspannungserzeuger 33 erzeugten Steuergleichspannung gesteuert werden, entspricht dem auch jetzt stattfindenden Abbau der (komprimierten) Nutzsignal-Dynamik von der Eingangsklemme 1 bis zum Eingang des Steuerspannungserzeugers 33 eine Erhöhung der Dynamik in dem gegensinnig gesteuerten Verstärker 6, an dessen Ausgang

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somit bei der Expansion wieder ein Nutzsignal mit der vollen
ursprünglichen Dynamik abgreifbar ist.

Der vorstehend erwähnte Verstärker 6 enthält einen Differenzverstärker 4, dessen nichtinvertiercndem Eingang 2 das an der Eingangsklemme 1 anliegende NF-Nutzsignal zugeführt ist und
dessen invertierender Eingang 3 mittels eines Schalters 13 zum einen bei Kompression (Kontakt 12) über die Parallelschaltung aus einem Feldeffekttransistor 17 und zwei in Reihe geschalte ten Widerständen l'l und 15 und zum anderen bei Expansion (Kon takt 11) direkt mit dem Ausgang 5 des auf diese Weise gegengckoppelten Differenzverstärkers k verbindbar ist. Der Schalt kontakt 12 ist über einen Widerstand l6 an Masse angeschlossen.

Der Feldeffekttransistor 17 wird als steuerbarer Widerstand betrieben, so daß bei Kompression (Schalter 13 und Kontakt 12 verbunden) am Ausgang 5 des Differenzverstärkers k und damit am Ausgang des steuerbaren Verstärkers 6 ein in seiner Ampli tude gesteuertes und von der dem Feldeffekttransistor 17 zugeführten Steuergleichspannung abhängiges Nutzsignal abgreifbar ist. Dies beruht u.a. darauf, daß der gesteuerte Feldeffekttransistor 17 Teil eines im Gegenkopplungsweg des Differenzverstärkers 4 liegenden Spannungsteilers ist.

In Falle der Expansion (Schalter 13 mit Kontakt 11 verbunden) weist der Differenzverstärker k den Verstärkungswert ¹¹I" auf. Damit ist das am Ausgang 5 des Differenzverstärkers k abgreifbare Nutzsignal gleich dem an der Eingangsklemme 1 anliegenden Nutzsignal. Dies bedeutet, daß in diesem Fall der an den Ausgang 5 des Differenzverstärkers k angeschlossene Eingang
des steuerbaren Verstärkers 2k bezüglich des Nutzsignales praktisch direkt an die Eingangsklemme 1 angeschlossen ist.

Zugleich wirkt dann die Parallelschaltung aus dem Feldeffekttransistor 17 einerseits und den Widerständen l(t und 15 andererseits zusammen mit dem Widerstand l6 als steuerbarer Spannungsteiler, an dessen Abgriff (Verbindungspunkt der Wider-

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stände lk und l6) ein steuerbares Nutzsignal abgreifbar ist.

Der beschriebene Spannungsteiler wirkt so, daß die Amplitude des an dem Verbindungspunkt der Widerstände l't und l6 abgegriffenen Nutzsignals eine Abhängigkeit von der dem Feldeffekttransistor 17 zugeführten Steuergleichspannung aufweist, die gegensinnig zu derjenigen ist, die das im Falle der Kompression am Ausgang 5 des Differenzverstärkers k abgreifbare Nutzsigni aufiveist. Damit weist der Verstärker 6 bei Kompression und Expansion gegensinnige Steuerkennlinien auf, wenn bei Kompression das Ausgangssignal des Verstärkers 6 am Ausgang 5 des Differenzverstärkers k und bei Expansion am Verbindungspunkt der Widerstände lk und l6 abgegriffen wird. Dies ist dadurch realisiert, daß die AusgangskTemme 10 des dargestellten Kompanders bei Kompression über einen Schalter 9 (Kontakt 7) an den Ausgang 5 des Differenzverstärkers k und bei Expansion über den Schalter 9 (Kontakt 8) an cen Verbindungspunkt der Widerstände lk und l6 angeschlossen ist.

Der oben erwähnte steuerbare Verstärker 2k enthält einen Differenzverstärker 271 dessen nichtinvertierendem Eingang 25 das Eingangssignal zugeführt ist und dessen invertierender Eingang 26 einerseits über die Parallelschaltung von einem Widerstand 29 und einem Feldeffekttransistor 31 an den Ausgang 28 und andererseits über einen Widerstand 30 an Masse angeschlossen ist. Mittels der von dem Steuerspannungserzeuger 33 erzeugten und der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 31 zugeführten Steuergleichspannung ist die Verstärkung des Differenzverstärkers 27 bzw. des Verstärkers 2k in gleicher Weise steuerbar sowie die Verstärkung des Verstärkers 6 bei Kompression.

Um die erwähnten Feldeffekttransistoren 17 und 31 zur Steuerung der Verstärkung der Verstärker 6 und 2k in optimaler Weise verwenden zu können, ist es in bestimmten Betriebsfällen vorteilhaft, den Steuerelektroden der genannten Feldeffekttransistoren nicht nur die mittels des Steuerspannungserzeugers 33 erzeugte Steuergleichspannung zuzuführen^ sondern zusätzlich

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auch noch eine Wechselspannung, die in etwa der Hälfte der über der Quelle-Senke-Strecke stehenden Wechselspannung entspricht. Die erwähnte Betriebsweise, für die diese Maßnahme besonders vorteilhaft ist, liegt vor, wenn die Quelle-Senke-Strecke der genannten Feldeffekttransistoren einen relativ kleinen Widerstandswert aufweist. In diesen Fällen sind bei dem beschriebenen Kompander die über den Quelle-Senke-Strecken der Feldeffekttransistoren stehenden Wechselspannungen in einer vergleichbaren Größenordnung. Aufgrund dieser Erkenntnis wird den Steuerelektroden der beiden Feldeffekttransistoren und 31 sinngemäß entsprechend einem wesentlichen Merkmal der Erfindung die gleiche oder annähernd gleiche Wechselspannung zugeführt, die ihrerseits von der über der Quelle-Senke-Strecke des einen Feldeffekttransistors 17 liegenden Wechselspannung abgeleitet ist.

Zu diesem Zweck ist der Verbindungspunkt der Widerstände lk und 15 mit dem Eingang 19 eines Trennverstärkers 20 verbunden, dessen Ausgang 21 über einen Kondensator 22 und einen Widerstand 23 sowie die Widerstände l8 und 32 mit den Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren 17 und 31 verbunden ist. Die Verstärkung des Trennverstärkers 20 ist so bemessen, daß bei Berücksichtigung des Teilungsverhältnisses der Widerstände

14 und 15 und der vom Ausgang 21 des Trennverstärkers 20 bis zu der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 17 stattfindenden Verringerung der entsprechenden Wechselspannung an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 17 eine Wechselspannung liegt, die gleich oder annähernd gleich dem halben Wert der über der Quelle-Senke-Strecke des Feldeffekttransistors 17 liegenden Wechselspannung ist. Wenn die Widerstände l'l und

15 gleich groß sind und das am Ausgang 21 des Trennverstärkers 20 erscheindende Wechselspannungssignal ohne wesentliche Verringerung auch an der Steuerelektrode des Feldeffekttranistors 17 erscheint, dann besitzt der Trennverstärker 20 eine Verstärkung von 1 oder annähernd gleich 1.

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Der Ausgang 21 des Trcnnverstärkors 20 speist nidt nur die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 17 sondern auch die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 31· Entsprechend den obenstehenden Überlegungen ist der Wert der der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 31 zugeführten Wechselspannung so groß, daß er in denjenigen Betriebsfällen, in denen die Zuführung einer solchen Wechselspannung vorteilhaft ist, einen passenden Wert aufweist.

Damit die die Feldeffekttransistoren 17 und 31 aufweisenden Stellglieder gleich oder annähernd gleich aufgebaut sind, liegt parallel zu dem Feldeffekttransistor 31 ein Widerstand 29» dessen Widerstandswert annähernd gleich oder gleich der Summe der Widerstandswerte der Widerstände l*t und 15 ist. Entsprechend ist der Widerstandsvert des Widerstandes "}0 gleich oder annähernd gleich dem Widerstandswert des Widerstandes l6.

Da die Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren 17 und nicht nur in der beschriebenen Weise an den Ausgang 21 des Trennverstärkers 20 angeschlossen sind, sondern zugleich an den Ausgang des Steuerspannungserzeugers 33 angeschlossen sind, sind zur Entkopplung der Ausgänge des Steuerspannungserzeugers 33 und des Trennverstärkers 20 Entkopplungswiderstände 3'± und 23 vorgesehen. Die Widerstände l8 und 32 in den Steuerleitungen für die Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren 17 und dienen zum Schutz der Steuerelektroden der genannten Feldeffekttransistoren.

Um zu verhindern, daß die am Ausgang des Steuerspannungserzeugers 33 abgreifbare Steuergleichspannung durch den Ausgangswiderstand des Trennverstärkers 20 belastet wird, ist der Trennkondensator 22 vorgesehen. Um einen nennenswerten Einfluß dieses Kondensators 22 auf die bei einer Widerstandsänderung der Feldeffekttransistoren 17 und 31 auftretenden Zeitkonstante zu verhindern, ist der Widorstandswert des Widerstandes 23 verhältnismäßig groß gewählt. Der Kondensator 22 kann auch entfallen, wenn die Ausgangsspannung des Steuer-

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Spannungserzeugers 33 so groß ist, daß die Spannungsteilung über den Widerständen 3'* und 23 zulässig und ohne wesentlichen negativen Einfluß ist. Wenn die Ausgangssparmung des Steuerspannungserzeugers 33 aber so weit erhöht werden kann, daß die Spannungsteilung über die Widerstände 3'* und 23 zulässig ist, kann der Kondensator 22 ganz entfallen.

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

!.Schaltung zur wahlweisen Dynamik-Kompression oder -Expansion mit wenigstens einem im Nutzsignalweg liegenden in seiner Verstärkung steuerbaren Verstärker vmd einem wenigstens einen in seiner Verstärkung steuerbaren Verstärker sowie einen Steuerspannungserzeuger aufweisenden Hilfszweig, dessen Eingang einem Nutzsignalweg angeschlossen ist und dessen Ausgangsspannung zur Steuerung der steuerbaren Verstärkung im Nutzsignalweg und im Hilfszweig dient, wobei als Stellglieder zur Steuerung der Verstärkung der steuerbaren Verstärker Feldeffekttransistoren dienen, deren Steuerelektroden jeweils eine Steuergleichspannung zugeführt ist, nach Patent 2k 06 258, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Quelle-Senke-Strecke eines als Stellglied für einen im Nutzsignalweg liegenden Verstärker (6) dienenden Feldeffekttransistoren (17) ein Spannungsteiler (lA,15) geschaltet ist, dessen Abgriff über einen Trennverstärker (20) mit der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors (17) verbunden ist, und daß der Ausgang (21) des Trennverstärkers (20) zusätzlich mit der Steuerelektrode eines als Stellglied für einen im Hilfszweig liegenden Verstärker (24) dienenden Feldef f ekt transistors ( 31) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung des Trennverstärkers (20) so gewählt ist, daß die am Abgriff des Spannungsteilers (1^,15) abgegriffene und über den Trennverstärker (20) der Steuerelektrode des im Nutzsignalwcg liegenden Feldeffekttransistors (17) zugeführte Wechselspannung einen Wert aufweist, der gleich oder annähernd gleich dem halben Wert der über der Quelle-Senke-Strecke des Feldeffekttransistors (17) ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (21) des Trennverstärkers (20) über eine Reihenschaltung aus einem Trennkondensator (22) und einem Trennwiderstand (23) mit den Stcuerelektroden der Feldeffekttransistoren (17 und 31) verbunden ist.

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'*. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeiclmet, daß der Ausgang des Regelspannungserzeugers (33) über einen Trennwiderstand (3'*) niit den Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren (17 und 31) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. dadurch gekennzeichnet, daß in den an die Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren (17»31) angeschlossenen Steuerleitungen Schutzwiderstande (l3,32) angeordnet sind.

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