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Schaltung zur Veränderung des von einer elektronischen Baugruppe
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verarbeitbaren Dynamikumfangs.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Bei elektronischen Baugruppen wie z.B. einem Filter oder einer anderen,
linearen Signalverarbeitungsschaltung ist es üblich, die entsprechende Schaltungsanordnung
so zu realisieren, daß Kosten gespart werden und die Baugruppe auf einfache Weise
aufgebaut und eingesetzt werden kann. Hierbei ergibt sich gewöhnlich, daß der von
der Baugruppe verarbeitbare Dynamikumfang relativ klein ist. Beispielsweise ist
eine aus den genannten Gründen einfach und kostengünstig aufgebaute Baugruppe nicht
sehr übersteuerungsfest, d.h. große Signalpegel rufen Verzerrungen hervor. Es ist
auch möglich, daß eine Baugruppe der erwähnten Art bei relativ kleinen zu verarbeitenden
Signalpegeln ein ungünstiges Rauschverhalten zeigt.
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Es gibt andererseits auch elektronische Baugruppen (z.B. logarithmische
Schaltungen), die bezüglich ihrer Parameter nur dann richtig ausgenutzt werden,
wenn das ihnen zugeführte zu verarbeitende Signal einen relativ großen Dynamikumfang
aufweist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zu schaffen, die es ermöglicht, den Dynamikumfang eines zu verarbeitenden Signals
so an eine elektronische Baugruppe anzupassen, daß diese entsprechend ihren Parametern
verzerrungsfrei und optimal ausgenutzt wird.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs erwähnten Schaltungsanordnung
durch die im Patentanspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und
vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß auf einfache Weise mittels unaufwendiger
zusätzlicher Maßnahmen einerseits der Damikumfang und andererseits der absolute
Pegel des zu verarbeitenden und des verarbeiteten Nutzsignales so veränderbar sind,
daß die verwendete elektronische Baugruppe optimal z.B. ohne Verzerrungen arbeiten
kann und daß das verarbeitete Nutzsignal am Ausgang der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
- abgcsehen von der durch die elektronische Baugruppe erfahrcnen Veränderung- keine
weiteren Veränderungen oder Verzerrungen aufweist.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung
dargestellt ist,näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für einen Teil der erfindgsgemäßen Schaltungsanordnung
nach Fig. 1.
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Die Zeichnung zeigt eine Schaltung zur Vergrößerung des von einer
Filteranordnung 11 verarbeitbaren Dynamikumfangs. Die Filteranordnung lt dient z.B.
zum Herausfiltern eines bestimmten Frequenzbereiches aus dem NF-Nutzsignal eines
Tonkanales in einem Tonstudio. Für die nachfolgend beschriebene Schaltungsanordnung
wird unterstellt, daß das zu verarbeitende Nutzsignal einen Dynamikumfang aufweist,
der von der Filteranordnung 11 nicht ohne Verzerrungen verarbeitet werden kann,
da die erwähnte Filteranordnung 11 bei großen Signalpegeln übersteuert wird. Die
Filteranordnung 11 kann z.B. auch aktive Bauelemente enthalten. Im vorliegenden
Fall besitzt die Filteranordnung 11 ein dämpfendes Verhalten, so daß das Ausgangssignal
der Filteranordnung 11 gegenüber ihrem Eingangssignal gedämpft ist.
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Um den Dynamikumfang des zu verarbeitenden Nutzsignales an denjenigen
Dynamikumfang anzupassen1 den die Filteranordnung 11 ohne Verzerrungen übertragen
kann, und insbesondere um eine Ubersteuerung der Filteranordnung 11 durch zu große
Signalpegel zu verhindern, ist eine Schaltungsanordnung mit einem ersten1 in seiner
Verstärkung steuerbaren Verstärker 8 und einem zweiten, in seiner Verstärkung steuerbaren
Verstärker 15 vorgesehen, wobeider erste Verstärker 8 zwischen einer Eingangsklemme
1 und dem Eingang 10 der Filteranordnung 11 und der zweite Verstärker 15 zwischen
dem Ausgang 12 der Filteranordnung 11 und einer Ausgangsklemme 21 angeordnet ist.
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Die den Steuereingängen 7 und 19 der beiden Verstärker 8 und 15 zugeführte,
die Verstärkung der genannten Verstärker 8 und 15 steuernde Steuerspannung wird
in einer Ililfsschaltung 28 erzeugt, deren Eingang 23 an den Ausgang 9 des Verstärkers
8 angeschlossen ist.
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Das der beschriebenen Schaltungsanordnung zugeführte Signal ist unsymmetrisch,
d . h. dieses Signal ist auf Masse bezogen. Aus diesem Grunde ist die zweite Eingangsklemme
2 sowie die zweitc Ausgangsklemme 22 an Masse angeschlossen. Entsprechend ist die
Filteranordnung 11 über einen Anschluß 13 an Masse angeschlossen. Die beschriebene
Schaltungsanordnung ist jedoch noch mit einigen üblichen Änderungen anwendbar, wenn
das zu bearbeitende Nutzsignal symmetrisch ist.
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Die llilfsschaltung 28 enthält eine Gleichrichterschaltung 26, so
daß am Ausgang 25 der Hilfsschaltung 28 eine Steuergleichspannung erscheint, die
den Eingängen 7 und 19 der Verstärker 8 und 15 zugeführt ist. Die dargestellte Schaltungsanordnung
ist so bemessen und so aufgebaut, daß bei zunehmender Amplitude des am Ausgang 9
des Verstärkers 8 erscheinenden Nutzsignals die Verstärkung des Verstärkers 8 verringert
wird, während gleichzeitig die Verstärkung des Verstärkers 15 vergrönert wird. Wenn
die Verstärkung des Verstärkers 15 in gleichem Masse vergrößert wird wie die Verstärkung
des Verstärkers 8 verringert wird, so weist das am Ausgang 20 des
Verstärkers
15 abgreifbare Nutzsignal - abgesehen von der Dämpfung durch die Filteranordnung
11 - den gleichen Dynamikumfang auf wie das der Eingangsklemme 1 zugeführte Nutzsignal.
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Es ist jedoch auch möglich, die Verstärkung der Verstärker 8 und 15
unterschiedlich zu verändern. Auf diese Weise kann der Dynamikumfang des an der
Ausgangsklemme 21 abgreifbarcn Nutzsignals so bestimmt werden, daß er fiir die nachfolgenden
Schaltungen angepaßt ist. In jedem Fall eisen bei der soweit beschriebenen Schaltungsanordnung
die Verstärker 8 und 15 bezüglich ihrer steuerbaren Verstärkung Kennlinien mit unterschiedlichen
Vorzeichen auf.
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Bei der beschriebenen Schaltungsanordnung werden Verstärker (8 und
15) verwendet, deren Verstärkung dadurch steuerbar ist, darein als steuerbarer Widerstand
dienender Feldeffekttransistor bei einer Vcrstärkerschaltung 5 als Gcgenhop1)lungswiderstand
(Feldeffekttransistor 6) und bei einer Verstärkerschaltung 17 als vorgeschalteter
Widerstand (Feldeffekttransistor 16) verwendet wird. Beim Verstärker 8 bewirkt eine
Verringerung des Widerstandswertes des Feldeffekttransistors 6 im Zusammenspiel
mit dem Vorwidershnd 4 eine Verringerung der Verstärkung des Verstärkers 8. Beim
Verstärker 15 bewirkt eine Verringerung des Widerstandswertes des Feldeffektransistors
16 im Zusammenspiel mit dem Gegenkopplungswiderstand 18 eine Vergrößerung der Verstärkung
des Verstärkers 15. Es ist vorteilhaft, für die beiden Feldeffekttransistoren 6
und 16 einen sogenannten Dual-Feldeffekttransistor zu verwenden, bei dem zwei Feldeffekttransistor-Systeme
auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat untergebracht sind. Eine solche Anordnung
bedeutet ein weitgehend gleichartiges Verhalten der dann mit nahezu gleichen Parametern
versehenen beiden Feldeffekttransistoren.
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Bei Einsatz der beschriebenen Schaltungsanordnung ist es lediglich
erforderlich, den Eingang 10 der Filteranordnung 11 mit dem Ausgang 9 des Verstärkers
8 und den Ausgang 12 der Filteranordnung 11 mit dem Eingang 14 des Verstärkers 15
zu verbinden.
Das zu verarbeitende Nutzsignal wird dann dem Eingang
3 des Verstärkers 8 zugeführt, während das verarbeitete Nutzsignal am Ausgang 20
des Verstärkers 15 abgreifbar ist.
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Im vorstehend beschriebenen Beispiel war unterstellt, daß die Filteranordnung
11 ein dämpfendes Verhalten aufweist. Es ist jedoch auch möglich, daß die Filteranordnung
11 eine Grundverstärkung mit einem Wert von über 1 aufweist. In diesem Fall besitzt
also das am Ausgang der Filteranordnung crscheinende Nutzsignal einen größeren Pegel
als am Eingang der Filteranordnung liegende Nutzsignal. Um dann zu vermeiden, daß
das Ausgangssignal der Filteranordnung die zulässigen Aniplitudenwertc überschreitet,
ist es möglich, der i!ilfsschrltung 28 statt des Signales am Ausgang 9 des Verstärkers
8 das am Eingang 14 des Verstärkers 15 erscheinenden Signal zuzuführen. Dies ist
durch die gestrichelt eingezeichnete Vcrbindung zwischen dem Eingang 14 des Verstärkers
15 und einem Eingang 24 der Hilfsschaltung 28 dargestellt.
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Für den Fall, daß die beschriebene Schaltungsanordnung universell
für dämpfende oder verstärkende Baugruppen verwendbar sein soll, ist cs möglich,
beide Möglichkeiten der Ansteuerung der Hilfsschaltung 28, nämlich die Beschaltung
sowohl des Einganges 23 als auch des Einganges 24 zu verwenden. Es ist dann erforderlich,
in der Hilfsschaltung 28 eine Erkennungsschaltung 27 vorzusehen, die so aufgebaut
ist, daß von den beiden, den Eingängen 23 und 24 zugeführten Signalen nur das jeweils
größere Signal die Steuergleichspannung am Ausgang 25 der Hilfsschaltung 28 bestimmt.
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Das Prinzip der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung kann
auch dann verwendet werden, wenn der Dynamikumfang, den die Filteranordnung 11 verarbeiten
kann, größer ist als der Dynamikumfang des zu verarbeitenden Nutzsignales. Um in
diesem Fall zur optimalen Anpassung den Dynamikumfang des zu verarbeitenden Nutzsignales
zu erhöhen, ist es erforderlich, die Verstärkung des Verstärkers 8 mit zunehmendem
Signalpegel zu
vergrößern bzw. mit abnehmendem Signa]pegel zu verringern.
Entsprechend muß dann die Verstärkung des Verstärkers ffi mit zunehmendem Signalpegel
verringert bzw. mit abnehmendem Signalpegel vergrößert werden. Auch eine solche
Schaltungsanordnung kann entsprechend der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung
universell für dämpfende oder verstärkende Baugruppen verwendet werden, wenn die
Hilfsschaltung 28 entsprechend zwei Eingänge aufweist.
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Es ist ferner möglich, bei den verschiedenen Varianten der beschriebenen
Schaltungsanordnung der verwendeten Baugruppe eine Dämpfungs- bzw. Verstärkungsschaltung
vor und eine Verstärkungs-bzw. Dämpfungsschaltung nachzuschalten. Auf diese Weise
ist eine Anpassung z.B. der kleinsten vorkommenden Signalpegel an denjenigen Signalpegel
möglich, bei dem die verwendet Baugruppe noch rauschfrei arbeitet. Entsprechendes
gilt für die Anpassung des größten vorkommenden Signalpegels im Nutzsignal an denjenigen
Signalpegel, bei dem die verwendete Baugruppe noch verzerrungsfrei arbeitet.
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Vährend bei der beschriebenen Schaltungsanordnung die lilfsschaltung
28 einen gemeinsamen Ausgang 25 für die Anstuerung der Verstarker 8 und 15 besitzt,
ist es auch möglich, zwei verschiedene Ausgänge vorzusehen, so daß für jeden Steuereingang
der Verstärker 8 und 15 ein entsprechender Ausgang der Hilfsschaltung 28 vorhanden
ist. In diesem Fall ist es außer-Jm möglich, die Hilfsschaltung 28 so aufzubauen,
daß die an beiden Ausgängen dieser Hilfsschaltung erscheinenden Steuerspannungen
für die beiden Verstärker eine gegensinnige Abhängigkeit von der am Eingang der
Hilfsschaltung wirkenden Spannung aufweisen. Es istdann möglich, statt zweier Verstärker
(8 und 15) mit gegensinnigen Verstärkungslinien zwei Verstärker mit Verstärkungskennlinien
mit gleichem Vorzeichen zu verwenden. Ix Ergebnis wird dann nämlich auch eine gegensinnige
Steuerung der Verstärkungen der beiden verwendeten Verstärker erzielt.
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Die Fig. 2 zeigt eine auf einfache Weise realisierbare Schaltung für
die Hilfsschaltung 28 in Fig. 1 für den Fall, daß an den Eingängen 23 und 2 Wechselspannungen
anliegen, von denen die jeweils größere die gleichgerichtete Ausgangsspannung am
Ausgang 25 der Gleichrichterschaltung 26 bestimmen soll.
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Zwischen die Pole "+" (Klemme 35) und "-" (Klemme 32) einer Betriebsspannungsquelle
sind zwei Stromquellen 34 und 31 sowie eine Diode 33 in Serie geschaltet. Der Verbindungspunkt
36 der Diode 33 mit der Stromquelle 31 ist über Dioden 29 und 30 mit den Eingängen
23 und 24 verbunden. Der Verbindungspunkt 37 der Stromquelle 3! mit der Diode 33
ist mit dem Eingang der Gleichrichterschaltung 26 verbunden. Am Ausgang 25 der Gleichrichterschaltung
26 ist eine gleichgerichtete Steuer spannung abgreifbar, deren Wert von der größeren
der beiden an den Eingangsklemmen 23 und 24 anliegenden Wechsel spannungen bestimmt
ist.
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Die Stromquelle 31 ist so aufgebaut, daß sie bestrebt ist, einen wesentlich
größeren Strom, insbesondere einen doppelt so großen Strom in den negativen Pol
32 der Betriebsspannungsquelle zu leiten wie ihn die Stromquelle 34 liefern kann.
Die Diode 33 ist in Durchlaßrichtung gepolt. Durch die Dioden 29 und 30 gelangen
die positiven Halbwellen der an den Klemmen 23 und 24 anliegenden Spannungen an
den Verbindungspilnkt 36.
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Man erkennt, ß diejenige der beiden Dioden 29 und 30, an der die kleinere
positive Spannung anliegt, gesperrt ist. Die Diode 33 dient dazu, den Spannungsabfall
an den Dioden 29 und 30 auszugleichen, damit am Verbindugspunkt 37 exakt die gleichen
(positiven) Spannungswerte wie vor den Dioden 29 bis 30 erscheinen, Die Diode 33
kann weggelassen werden, wenn diese Gleichheit der Spannungswerte an den Eingangsklemmen
23 und 24 einerseits und dem Verbindungspunkt 37 andererseits nicht erforderlich
ist.
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Die beschriebene Schaltung kahn ferncr dadurch abgewandelt werden,
daß gegebenenfalls auch die Stromquelle 34 weggelassen werden kann, so daß die jeweils
positive Spannung der beiden an den Eingangsklemmen 23 und 24 anliegenden Spannungen
direkt am Vcrbindungspunkt 36 abgreifbar ist.
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