DE2815671A1 - Abstimmbares bandpassfilter und signalprozessor, welcher das abstimmbare bandpassfilter enthaelt - Google Patents

Description

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Neptune 3astech, Inc. A 36 085-ko

Abstimmbareβ Bandpaßfilter und Signalprozessor, welcher das abstimmbare Bandpaßfilter enthält

Die Erfindung bezieht sich auf ein abatimmbares Bandpaßfilter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art sowie auf einen Signalprozessor der im Oberbegriff αer nebengeordneten Ansprüche 13 und 16 näher bezeichneten Art, welcher das abstimmbare Bandpaßfilter enthält.

Zum Lleesen der Durchflußgeschwindigkeit eines Strömungsmittel in einer Leitung Ißt es bekannt (US-PS 3 572 117), einen nach dem dortigen Erfinder Rodely benannten \7irbelk8rper sur Erzeugung einer 7/irbelablüsung zu verwenden. Diese oszillierende iirbelablösung wird mittels eines geeigneten Sensore, wie beispielsweise eines Thermistors, eines Regelventils oder einer Membrane erfaßt· Der Sensor wandelt eine Parameteränderung des Strömungsmittel (beispielsweise eine Temperatur- oder Druckänderung) in ein elektrisches Signal um. Dieses Signal 1st in charakteristischer Weise ein Modulationsprodukt aus einem kleinpegeligen, hochfrequenten Durchflußsignalanteil, der einem höherpegellgen, niederfrequenten weißen Rauschsignalanteil überlagert ist. Der Hausohsignalanteil ist im allgemeinen uninteressant.

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Zum Verarbeiten des vorgenannten zusammengesetzten elektriechen Signale und damit zum Meflßen der Durchfluß- geschwindigkeit gibt es eine Reihe von bekannten elektronischen Einrichtungen. Diese Einrichtungen sind generell sehr teuer und behindern damit den Einsatz derartiger Durchflußmeßgeräte in zahlreichen Anwendungsfallen. Bine derartige bekannte Einrichtung verwendet eine Serienschaltung aus einem Vorverstärker, einem Filter und einem Schmitt-Trigger. Der Vorverstärker arbeitet mit einer Frequenzkompensation, welche die Iffektiwerstärkung bei unterschiedlichen Frequenzen ändert. Die Veratärkungskennlinie ist speziell ausgesucht und wird experimentell ermittelt» um die größte Genauigkeit für den Schmitt-Trigger zu erzielen. Das Signal durchläuft ein fest abgeglichenes Bandpaßfilter, welches für jeden Anwendungsfall (beispielsweise für jede Strömungemittelart oder jeden auftretenden Durchflußgeschwindigkeiteber ich) gesondert ausgelegt werden muß. Bei derartigen Einrichtungen muß die Filter« bandbreite (£_ma3C» ^±0) ^ia charakteristischer Welse kleiner ale 3011 sein, und zwar selbst dann, wenn die Wlrbelkörper-Seneoranordnung eine hohe Signalqualität besitzt. Diese Filterbandbreite muß für Meßgeräte mit sohlechter Signalqualität selbstverständlich viel schmäler gemacht warden. Dee weiteren müssen derartige Einrichtungen vielfach in schwieriger Weise justiert werden, um eine ausreichende Genauigkeit zu erreichen«

Zur Vermeidung einer gesonderten Pilterkonetruktion für jeden unterschiedlichen Frequenz- bzw. DurobflußgesohwindigkeitBbtrelch lot «β ferner bekannt, dae fest abgeglichen· Bandpaßfilttr

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durch ein naohführbares Euter zu ersetzen. Bei dieeen Filtern unterscheidet man zwei Gruppen, nämlich elektrisch abstimmbare und mechanisch abstimmbare Filter. Elektrisch abstimmbare Filter benötigen als Abstimmelemente elektrisch änderbare Bauelemente wie beispielsweise Fotowiderstände, Feldeffekttransistoren und spannungsvariable Kondensatoren. Sämtliche dieser elektrischen Bauelemente sind von Natur aus nicht linear und temperaturempfindlich· Ferner besitzen abstimmbare Filter mit beispielsweise FeIdeffekttranaietoren noch zwei weitere Nachteile» Sie arbeiten sehr langsam und können daher dort, wo dynamische Durchflußgeschwindigkeit Bänderungen gemessen werden sollen, nicht verwendet werden« Der ander· Nachteil besteht in den hohen Kosten aufgrund der Notwendigkeit» abgeglichene Feldeffekttransistoren zu verwenden. Auf der anderen Seit» 1st ein mechanisch abstimmbares Filter schwer EU handhaben und kompliziert und benötigt für die Schnittstelle mit der Mechanik eine ausgeklügelte Elektronik.

Sine weitere Entwicklung bei der Durchflußgeschwindigkeitsmeosung stellen Signelproswaioren dar» von denen es zwei Arten gibt, und evrar die «int Art ssur Messung von Flüssigkeits-Durchf lußgesohwindigkeiten und die andere Art zur Messung von Gasströmungen· Dies führt zu Problemen bei der Messung der Durohflußgeechwindigkoit von hoohlcooprimierttm Gas» da dort die Signalqualität zwischen derjenigen von Flüssigkeiten und von Gasen liegt· Die BereicheabEtimaprobleme werden bei diesen Signalproeeaeoren dadurch gelöst, daß ganee Sehaltungsabsohnitt· entsprechend der Durohflußgeeohwindigkeit «in- oder auegesohaltet werden, doch ist dafür tin

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genaues System erforderlich, das ziemlich kompliziert und (schwierig r,u reparieren ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß in erster Linie darin, eine Durchflußmeßeinriohtung zu schaffen, welche hinsichtlich Signalqualität, Frequenz, öignalamplitude und Bausohverhältnisse über einen verhältnismäßig breiten Bereich arbeitet· Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine solche Einrichtung als Bausatz auszubilden, welcher einfach zu reparieren und zu ändern ist und weloher billige, ungenaue Bauelemente verwendet« Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes, abstimmbares Bandpaßfilter zu schaffen, welches sowohl in der vorgenannten Einrichtung als auch in anderen Einrichtungen verwendbar ist, die sich nicht notwendigerweise auf eine Durchflußmessung beziehen müssen· Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Triggersehaltung zur Erfassung des Filter-Ausgangssignale zu schaffen, insbesondere für Durohflußaessungsanwendungen·

Die auf die Schaffung eines verbesserten Bandpaßfilters gerichtete Teilaufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Ansprüche 1 gelöst·

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Bandpaßfliters nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 12 und 19 bis 25·

Die auf die Schaffung einer verbesserten Durohflußatßeinrichtung

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gerichtete Teilaufgabe wird erfindungsgemäß durch die nebengeordneten Ansprüche 13 und 16 alternativ gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der DurchflußmeSeinriohtung (Signalprozessor) nach Anspruch 13 ergeben sich aus den Ansprüchen 14 und 15» während vorteilhafte Ausgestaltungen und ?/eiterbildungen der Durchflußmeßeinrichtung (Signalprozessor) nach Anspruch 16 in den Ansprüchen 17 und 13 gekennzeichnet sind·

Dae erfindungsgemäße, abstimmbare Bandpaßfilter besitzt folgende Merkmalet Eine Eingangsklemme» die mit einem nicht-invertierenden Eingang eines Balance-Operationsverstärkers verbunden ist, welcher Signalanteile außerhalb des Filter-Durchlaßbereiches sperrt} einen ersten Integrator mit variabler Integrationsgeschwindigkeit, der zwischen dem Ausgang dee Balance-Verstärkers und einer Ausgangsklemme angeordnet ist} eine Schaltung zur Bestimmung der Kreisgüte und der Verstärkung» die zwischen der Auegangsklemme und dem nicht-invertierenden Eingang des Balance-Veretärkers angeordnet iet} einen zweiten Integrator mit variabler Integrationsgesohwindigkelt, der zwischen der Ausgangsklemme und einem invertierenden Eingang dee Balance-Verstärkerβ angeordnet ist} und eine Schaltung zur Änderung der Integrationsgeschwindigkeit beider Integra tor era.

Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtere enthält jeder der beiden Integratoren mit variabler Integrationageeohwindigkeit einen Leitungs^rejaekonduktane)-Operationsverstärker, der in Serie mit einem integrierenden Operatlonsverstär-

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ker angeordnet 1st (d.h·, einem Operationsverstärker, zwischen dessen Auegang und Eingang ein Kondensator geschaltet ist). Die Schaltung zur Änderung der Integrationsgeechwindigkeit ist «ine !Stromversorgung, mit welcher der Leitungs-Operationsverstärker beaufschlagt ist·

Bei einer zweiten Aueführungsform dee erfindungsgemäßen Filters umfaßt der Integrator nit variabler Integrationegeeohwindigkeit einen Leitungs-(lranskonduktanz)-Operationsverstärker, einen zwisehen dem Verstärkerausgang und Masse geschalteten Kondensator sowie eine Impedansfolgerechaltung mit hoher Eingangeimpedans, die awisohen dem Ausgang des Leitungs-Operationsverstärkere und der Ausgangsklemm· angeordnet ist· Die Schaltung isur Änderung der Integrationsgeschwindigkelt besteht wiederum aus einer Stromversorgung, mit welcher der Leitungs-Operationsverstärker beaufschlagt ist·

Beide vorgenannte Ausführungeformen besitzen eine Reihe wesentlicher Torteil«! (1) Einen breittn Prequenaabstimabtreloh von beispielsweise 10000t1, wobei das Verhältnis zwischen Vtraorgungsatrom und Frequenz Über den gesamten Bereich linear ist ι (2) eine konstante Kreisgüte über den Abstimmbereiohi und (?) einen Selbetabgleich der freauenabestimmenden Bauelemente oder einen Abgleioh ewieoh«n diestn Bautitaenten·

Der erfindungsgeoälie Signalproeesaor zur Messung der Durohflußgeßohwindlgkeit tinte Striimungamitttls aus einem Busamatttctetteten elektronischen Signal, bestthtnd aus tinea hoohfrequeateJtt _#

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klelnpegeligen Durohflußsignal und einem damit modulierten niedriger-frequenten, höherpegeligen Rausohaignal und sonstigem weißen Frequeneraueohen, umfaßt eine Serienschaltung aus einem Vorverstärker mit steuerbarer Verstärkung, einen abstimmbaren Filter der vorstehend beschriebenen Art, einem wechselstroagekoppelten SummierverstUrker und einer nachstehend erläuterten Flankentriggarschaltung· Zwischen dem filter und dem Summierverstärker sind zwei Verbindungen herzustellen: Zum einen ist der BandpaSauagang mit einem Melirfach-Vorstärlcungseingang dea Summierveratärkers zu verbinden und zum anderen ist ein HoohpaJ3ausgang (am Ausgang des Balanceverstärkers dee Filters) mit einem Sinfach-VerstUrkungseingang dea Gutnmierverstärkers zu verbinden. Das Ausgangasignal des Suraraierverstärkero fließt durch einen 'Yeohselapannungspegel-Detektor und Integrator KU dta verstärkungaateuerbaren Vorverstärker. Andererseits gelangt da» Ausgangesignal des Flankentriggers, das gleichzeitig da· Aufgangssignal des Prozessors ist» über einen Frequenz-Strom-Wandltr zu dem Filter» d.h., zu der Stromversorgungssttutrung dtr Integratoren mit variabler Integrationsgesohwindigkeit.

Bei eine» weiteren eriindungBgemUßtn Signalprosessor wird das «uaaaBtngeootat· elektronische Signal auf die Serienaohaltung •in·· verstärkungeateuerbaren Vorverstärkers und eines abetimmbaren Filter· in der vorstehend beschriebenen Art gekoppelt« Dm BandpaJsignal de» Filters gelangt Über eine nachstehend erläutert· Delbettriggereohaltung zu dem ProMaeorauagang und

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wird über einen v;eohselspannungBpet;eldetektor und Integrator auf den Vorreratfirker rückgekoppelt! dagegen gelangt das Eochpaßsignal dee Filtere über eine Flankentri;;geraohaltung und einen Frequenz-Strom-z/andler aurück zu des Filter, d.h., zu der StrooversorgungBsteuerung der Integratoren mit variabler Integrationsgesehwindigkeit·

Der Brfindungsgodanke findet einen weiteren niederschlag in verboBserten Triggerßchaltungen, die in den vorstehend erläuterten Signalproeeseoren verwendet werden können. Ein Selbsttrigger unterscheidet eich funktionell von einem Schmitt-Trigger darin, daß letzterer immer dann Behaltet, wenn die Eingangespannung festgelegte Triggerepannungen überschreitet, wohingegen der erstert Trigger stets dann sohaltet, wenn das dem niederfrequenten Bausohen überlagerte Hochfrequenzsignal seine Steigung ändert. Vom Aufbau her ist ein Schmitt-Trigger ein einfacher bistabiler Operationsverstärker mit einem zwischen seinem Ausgang und seinem nicht-invtrtierenden Eingang geschalteten Widerstand, wobei der nloht-invtrtierende üingang ferner widerstandsmäi3ig mit der äignalquelle des zu verarbeitenden Signals gekoppelt ist. Der invertierend· Eingang dea Verstärkers wird über einen Widerstand mit Maas· verbunden. Demgegenüber ist der letztgenannte Widerstand bei einea itlbettrigger durch einen Kondensator ersetzt und zwiaohen dem invertierenden Eingang und der SignalQuelle ist •in Paar antiparallel geschalteter Dioden angeordnet. Im Vergleich daau funktioniert ein Plankentrigger bei niedrigen Frequenzen ale Sohnltt-frigger und bei hohen Frequenaen als Reibettrigger.

Ein JPlankentrigger lit vom Aufbau her identisoh mit einem Selbst-

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trigger, jedoch ist zusätzlich ein Widerstand parallel zu dem Kondensator geschaltet.

Eine weitere Ausprägung des Erfindungsgedankens besteht in der Einfügung des vorstehend erläuterten, abstimmbaren Filters in einen billigen Niederfrequenz-Spektralanalysator, bei welchem das zu analysierende Signal auf einen Vorverstärker gekoppelt wird, dessen Ausgangssignal über das Filter zu einem Wechselst rom-Gleichstromwandler gelangt« Der Filter-Frequenzbereich wird durch einen Sägezahn- bzw. Rampengenerator nachgezogen und das Wandler-Ausgangssignal wird in einer geeigneten Einrichtung, wie beispielsweise einem Tabellen-Recorder oder einem XY-Recorder wiedergegeben.

Bei einer weiteren Verwirklichung des Erfindungsgedankens umfaßt die Regelschleife eines Oszillators eine Serienschaltung aus einem automatischen Pegelregler, einem abstimmbaren Filter der vorstehend erwähnten Art und einem invertierenden Verstärker mit einem Einfach-Verstärkungseingang. Der Oszillator wird durch die den Integratoren mit variabler Integrationsgeschwindigkeit zugeführte Stromversorgung in einem Bereich bis zu 1000011 abgestimmt. Das Bandpaß-Ausgangssignal ergibt ein Oszillatorsignal bei 0°:jv. Phase, während das Verstärker-Ausgangssignal demgegenüber um + 180° phasenverschoben ist. Ferner können von dem Filter Signale mit -90° Phasenverschiebung (Hochpaßsignal am Ausgang dee Balance-Verstärkers) und mit +90° Phasenverschiebung (Tiefpaßsignal am Ausgang des zweiten Integrators) abgenommen werden» —28··

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Die Erfindunc wird anhand der Zeichnunpen näher erläutert. Ee zeigt»

Piß. 1 ein elektrisches Schaltbild eines erfindungsgeinäßen, abstinmbaren Bandpaßfliters;

Pig. 2 ein elektrisches Schaltbild einer weiteren Ausführunßsfonn eines erfindungegemäßen, abetimmbaren J3andpaßf ilters j

i?ig. 3 ein elektrisches Schaltbild einer alternativen

AusfUhrungsform einer Schaltung zur Bestimmung der KreisgUte und der Verstärkung zur Verwendung innerhalb dee Filters nach Pig. 1 oder Pig. 2\

Fig. 4 ein Blockaohaltbild eines erfindungsgeraäßen Signal· Prozessors}

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungeform eines erfindungsgemäßen oignalproaesaors^

Pig. 6 ein elektrisches Schaltbild eines bekannten Schmitt-Sriggerei

Fig. 7 ein elektrisches Schaltbild eines erfindungsge-

raäßen Selbsttriggere, beispielsweise zur Verwendung innerhalb des Prozessors nach Fig· 4|

Fig, 8 ein elektrisches Schaltbild einer alternativen

AusfUhrungsform des Selbsttriggerβ nach Fig· 7 in Form eines Flankentriggers, beiepieleweiet zur Verwendung innerhalb der Prozessoren naoh Pign. und 5)

ein elektriaohes Schaltbild einer alternativen Auaführungsform des Flankentriggers naoh Fig« 8)

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Pig. 9A eine abgeänderte Ausführung form des Planlien-

trigf;ers nach Fig. 9 zur Kompensation dos Basis-Emit ter-Spannungsabfalls dor Transistoren Q1 und Q2|

Pig» 10 ein Biocksohaltbild eine3 Spelctralanalyoators

mit einem erfindungsgemüßen, abstimabaren Filter , und

Fig. 11 ein BlockBohaltbild eines Oszillators mit einem

erfindungsgemäßen, abetimmbaren Filter.

AbBtirnmbarea Bandpaßfliter (ffign« 1 bis 5)

Bas in Fig. 1 dargestellte abstimmbar« Bandpaßfilter 10 besitzt Eingangs- und Ausgangsklemmen 12 bzw* 14» einen Balance-(Difforena)-Operationsverstärker 16, dessen nioht-invertierender Eingang 16*1 mit der Bingangsklemme 12 verbunden ist, und einen ersten Integrator 18 mit variabler Integrationegeachwindigkeit, der awieohen dem Ausgang 16*3 des Verstärkers 16 und der AuegangeklesuM 14 angeordnet ist. Zwischen der Ausgangsklemme 14 und den nioht-invtrtierenden Eingang 16.1 des Verstärkers 16 1st eine Sohaltung 20 »ur Bestimmung der Krt>legUte und Verstärkung de« Filter· 10 angeordnet· Zwisohen der Auegangsklemme 14 und dem invertierenden Eingang 16*2 des Verstärker· ist ein zweiter Integrator 22 alt variabler Integrationsgesohwindlgkelt angeordnet·

Da· su filterende Signal» voriugawel·· ein zueaauaengesetatee elelrtriaohee 3tröaungi«ittel-I)urohflui3gaaohwindigkeltesignal 13t i·* übe» «inen .7ideretand R1 auf den Eingang des Balance-

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Verstärkers 16 gekoppelt, d.h.., auf den nicht-invertierenden Eingang 16.1 des dort vorhandenen Operationsverstärkers A1, Zwischen dem invertierenden Eingang 16.2 und dem Ausgang 16,3 des Operationsverstärkers A1 ist ein Rückkopplungswiderstand R2 geschaltet. Der Ausgang 16.3 des Operationsverstärkers A1 ist auf den Eingang des Integrators 18 gekoppelt, d.h., über einen 'Viderstand R4 auf den nlcht-invertierenden Eingang 18.1 des Leitungs-(Transkonduktanz)-Operationsverstärkers A5, der seinerseits über einen 'Widerstand R5 mit Masse verbunden ist. Der invertierende Eingang 182 des Operationsverstärkers A5 ist ferner über einen Widerstand R6 mit Masse verbunden. Dem Operationsverstärker A5 wird über eine leitung 18.3 ein Versorgungsstrom zugeführt, um die Integrationsgeschwindigkeit des Integrators 18 zu variieren. Der AuBgang 18.4 des Operationsverstärkers A5 ist mit dem invertierenden Eingang 18.5 des Operationsverstärkers A3 verbunden, dessen nicht-invertierenden Eingang 18.6 geerdet ist. Zwischen dem invertierenden Eingang 18.5 und dem mit der FiIter-Ausgangsklemme 14 verbundenen Ausgang 18.7 des Operationsverstärkers A3 ist ein Abstimmkondensator 02 geschaltet.

Die Ausgangsklemme 14 ist ferner auf den Eingang des Integrators 22 gekoppelt, d.h., über einen Yiiderstand R7 auf den nioht-invertlerenden Eingang 22.1 eines Ieitungs-(Transkondu3ctan2$- Operationsverstärkers A4, der seinerseits über einen Widerstand R8 mit Masse verbunden ist. Der invertierende Eingang 22.2 des Operationsverstärkers A4 ist ferner über einen Widerstand R9

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nit L'asoe verbunden. Den. Operationsverstärker A4 v/ird über cine Leitung 22.3 ein Versorgungostrora auge führt, un die Integrationsgeschwindigkeit des Integrators 22 su variieren. Dor Ausgang 22.4 des Operationsverstärkers A4 iot nit den invertierenden Eingang 22.5 des Operationsverstärkers A2 verbunden, dessen nicht—invertierender Eingang 22.6 geerdet ist. Zwischen dem invertierenden !Eingang 22.2 und dem Ausgang 22.7 des Operationsverstärkers A2 ißt ein Abstimmkondensator C1 geschaltet. Der Ausgang 22.7 des Operationsverstärker β A2 ist über einen 'widerstand R3 auf den Kingang des Balaneeverotärkers 16, d.h.,auf den invertierenden ß ingang 16,2 des Operationsverstärkers Λ1 gekoppelt.

Die Sohaltung 20 zur Bestimmung der Kreisgute und Verstärkung, beispielsweise ein Widerstand 1113, ist zwischen der AusgangB-klemiae 14 und dem Eingang des Balanoeverstärkers 16, d.h., dem nioht-invertierenden Eingang 16.1 des Operationsverstärkers A1 angeordnet.

Aus funktioneller Sioht ist der Operationsverstärker A1 ein Balanceverstärker, τ/eloher die Prequenzanteile dee Ein^angsignals außerhalb des Durchlaßbereiches des Filters sperrt* Zum besseren Verständnis dieser Funktion sei angenommen, daß die Bingangsfrequens f.₄_ » Mittenfreq.uenz f_ des Filters 10 ist.

In diesem Falle lassen die Integratoren 18 und 22 die Eingangsfrequene f_gin bei einer "Verstärkung" von -1 duroh. Dae Hoohpaßßignal am Ausgang 16*3 und das Siefpaßsignal am Ausgang 22*8 besitetn gleich· Amplituden, so daß dann, wenn der Widerstand R2 * dem Wideretand R3 let» die Leitung 16·2 spannungsloB ist,

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BAD ORIGINAL

d.h., Jrdpotential -u'hrt. 13a die leitung 16.2 :irdpotentail führt, wirlcb der Operationöveratürker A1 als InvertierveretUrker in Verbindung nit dera Integrator 10, was eine Filterverßt::rkung von -2!13/::1 aa Scheitelpunkt des DurchlaSbereiches erlitt. 'Venn andererseits die öingangsfrequenz f-^- größer ala die Mittenfrequenz f ist, besitzt jeder der Integratoren 18 und 22 eine "Verstärkung" größer als -1. Da die Amplitude dee üiefpaßsignalc an Ausgang 22.0 _croßer lot alo die Üignalamplitude am Ausgang 14 und die üignalamplitude des Hochpaßslßnals an Ausgang 16.3 kleiner ist als die ßignalamplitude am Auscang 14» tritt auf der Leitung 16.2 ein von L'ull verschiedenes Signal auf. Der Operationavoratärker Λ1 subtrahiert dieses Signal am invertierenden Eingang 16.2 von dem ?3ingangasignal an der EingnngBkleinEie 12. An den '.'iderstand R1 tritt daher ein kleinerer Spannungsabfall auf, was wiederum einen kleineren Spannungsabfall am '.7Iderstand R13 bedeutet, woraus ein Aussangsaignal resultiert, das kleiner ist ale das Ausgangesignal an Goheitelpunkt des Durohlaßbereiohes· Kenn dagegen die 3ingangsfr#auen* f- kleiner ist als die Kittenfrequens f_m, besitsen die Integratoren 18 und 22 eine "Verstärkung" kleiner als -1. Die Signalamplitude am Ausgang 16*3 ist daher größer ale die Signalamplitude am Ausgang 14» die ihrerseits größer ist als die Signalamplitude am Sisfgaßausgang 22.8. Hierdurch tritt wiederum am invertierenden Kingang 16«2 dee Operationsverstärkers A1 ein Signal auf, das in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben von dem Eingangssignal an 12 durch den Operationsverstärker A1 subtrahiert wird.

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BAD ORtGINAL

Die Operationsverstärker Λ2 und A3 aind Integratoren, deren Integrationsgesohwindiskeit für die I^andpaß frequenz bestimmend iat· Die Integrationskondeneatoren C1 und C2 ütellen daher Abstimmelemente dar· ilese xCondenaatoren besitzen vorsu&oweise den gleichen v.^rert, doch arbeitet die Ochaltunc auch bei nichtabgogliehenen V.'erten von C1 und C2.

Die Operationoveretärker A4 und Λ5 bestimmen den ^trom, der den Integratoren A2 bzw. A3 zugeführt wird. Dies bedeutet, daß der Versorgungsstrom für die Operationsverstärker Λ4 und A5 zuaammen mit de» Spannungsdifferenzen an den Eingängen von A4 und A5 den Strom für die Integratoren A2 und A3 bestimmt. Da diese Beziehung linear ist, ist die Filterkennlinie über den senamten Abstimmbereioh linear·

Der V/ideratand R1 bestimmt den .^l3ingangsv?ider3tand des l^?iltera und bestimmt ferner zusammen mit dem V/iderotand R13 öowohl die Kreisgüte Q ala auch die Verstärkung bei der Mittenfrequenz, Insbesondere iat bei der Hittenfroauenz der V/iderstand am nichtinvertierenden Eingang 16,1 gleich Hull. Der V/idorstand H1 bestimmt daher die Hüngangsimpedans bei der ilittenfrequenz. Der Widerstand am nicht-invertiorenden Eingang 16.1 steigt jedoch rasch über und unter den Wert bei der Mittonfrequenz. Aus diesem Grund 1st die Filter-ßingangaimpedanz variabel, wobei der Widerstand R1 den untersten Wert bestimmt» Entsprechend der bekannten Yerstärkungsgleichung eines invertierenden Verstärkers ist dl· Verstärkung bei der Mittenfrequenz gleich dem Verhältnis R13/R1. Efhat lieh im Versuch gezeigt» daß die KreisgUte in er-

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ster Näherung durch den Ausdruck 20 log (R13/R1) gegeben 1st.

Die Y/lderstände Ά2 und H2 sind auf der anderen Seite Bauteile zur Bestimmung der ilittenfrequenz. Der eine Widerstand kann als variables Bauteil zum Filterabgleich bei der Produktion vorgesehen werden. Vorzugsweise sind daher bei gleichen Werten von C1 und G2 auch die 7,'iderstände R2 und E3 gleich groß, doch ist ein Filterbetrieb auch bei fehlabgeglichenen V/erten vollständig möglich. Ähnliches gilt für einen Fehlabgleich zwischen den Operationsverstärkern A4 und A 5 einschließlich ihrer zugeordneten "/iderstände. Die V.'iderstände R2 und R3 bestimmen die Mittenfrequenz f durch Einstellung des Verhältnisses zwischen den Hoch- und iDiefpaßspannungen bei der l.Iittenfreq.uenz f . \7enn beispielsweise in der vorstehend erwähnten Weise die Y/iderstände R2 und R3 gleich groß sind, sind die Hochpaß- und Tiefpaßspannungen bei der Mittenfrequenz f_m gleich groß. Falls jedooh der Wert des Widerstandes R2 dem doppelten ^T7ert des Widerstandes R3 entspricht, muß die Hochpaßspannung am Ausgang 16.3 halb so groß sein wie die iiefpaßspannung am Ausgang 22.8, damit sioh bei der llittenfrequenz f_m eine Spannung von Null Volt ergibt. Ungleiche v/erte von R2 und R3 führen daher zu einer Änderung der Mittenfrequenz f_ffl und die Integratoren 18 und 22 müssen unterschiedliche Verstärkungen, d.h.,Verstärkungen ungleioh -1 besitzen, um die unterschiedlichen Spannungen an dem Hochpaß- und dem Tiefpaßausgang auszugleichen. Dies bedeutet, daß die Mittenfrequenz f_m erniedrigt wird, um eine "Verstärkung¹¹ von +2 beider in Kaskade geschalteten Integratoren 1Θ und 22 zu erzielen, wobei die Hochpaßspannung auf den halben Wert der Tiefpaßspannung bei der Mittenfreauenz f_m gedacht wird. Unter der -35-

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Annahme identischer Integratoren 18 und 22 und einer Widerstands bemessung von R2 = 2R3 muß ;jeder Integrator eine Verstärkung von +2 bei der neuen Mittenfrequenz f^ besitzen. Wenn alles andere konstant bleibt, kann gezeigt werden, daß die Beziehung gilt

wobei f^ die neue Mittenfrequenz und f_m die Mittenfrequenz bei R2 = R3 ist.

Zur Verringerung der Signalpegel auf den Linearbereich der Operationsverstärker A5 bzw. A4 sind Widerstandsteiler R4 bis R5 bzw. R7 bis R8 vorgesehen, wobei die Operationsverstärker A5 und A4 nur bis zu einer Abweichung von + 10 mV an ihren Eingängen linear sind. Die Widerstände R6 und R9 sind Abgleichwiderstände für die Eingangsimpedanz.

Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtere ist in Fig. 2 dargestellt, wobei zur Erleichterung des Vergleichs mit der Ausführungsform nach Fig. 1 alle in Fign. 1 und 2 übereinstimmenden Bauelemente das gleiche Bezugszeichen besitzen. Der grundlegende Unterschied zwischen den Ausführungsformen nach Fign. 1 und 2 besteht in den Integratoren 18' und 22' mit variabler Integrationsgeschwindigkeit. Bei den Integrator 18* sind die Eingänge des Operationsverstärkers A5 bezüglich des Vorzeichens umgekehrt, so daß der Ausgang von A5 mit dem nichtinvertierenden Eingang 18.6 von A3¹ statt mit dem invertierenden Eingang wie in Fig. 1 verbunden ist und C2¹ zwischen dem Ausgang 18·4 und Masse statt zwischen dem Eingang und dem Ausgang von A3 wie in Fig. 1 angeordnet ist. Ferner sind der invertierende

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Eingang 10.5 und der Ausgang 18.7 von A3* unmittelbar miteinander verbunden, statt, wie in Fig. 1 kapazitiv über C2 gekoppelt zu sein. In ähnlicher Weise verhalten sich die Unterschiede zwischen dem Integrator 22· gemäß Fig. 2 und dem Integrator 22 gemäß Fig. 1.

Funktionell wirken die Operationsverstärker A4 und Λ5 als Integratoren mit variabler Integrationsgeschwindigkeit, welche die Spannungen an den Kondensatoren 01' bzw. 02^f integrieren. Die Operationsverstärker A2· und A3¹ beseitigen I&dungseffekte an den Integratoren A4 und A5 und können in Form von Transistor-Emit t erfolgern, Feldeffekttransistor-Sourcefolgern, Operationsveretärkerfolgern (wie in Fig. 2 targestellt) oder in Form einer anderen Impedanzfolgerschaltung mit hochohmigem Eingang ausgebildet sein. Bio Eingangsimpedanz der Folger bestimmt aufgrund der nicht-idealen Integration durch die Operationsverstärker A4 und A5 in gewissem Umfange die Qualität der Filterung.

Bei Anwendungsformen, bei denen eine variable Verstärkung oder eine variable Kreisgüte gewünscht wird, wird der Wideretand R13 durch einen Leitungs-Operationsverstärker und Eingangewiderstände R10, R11 und R12 ersetzt (Fig. 3). Die Funktion der Widerstand· R10 bis R12 ist die gleiohe wie die der Widerstände R4 bis R6, d.h., sie dienen zur Verringerung des Signalpegele und ·«* Abgleichen der Singangeimpedanaen. Wie im Falle der Operationsverstärker A4 und A5 wird der Ausgangsstron des Operationsverstärkers A6 durch die Spannungedifferene an seinen Eingängen eowi· durch seinen Vereorgungeetrom linear festgelegt. Si· Verstärkung

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ist umgekehrt proportional dem Versorgungsstrom und ist nicht linear entsprechend dem Quotienten aus R1 und dem v-iderstand des Operationsverstärkers Λ6 gemäß Pig, 3, Da der Widerstand des Operationsverstärkers Αβ variabel ist, ist die Veratärkungs· steuerung durch den Versorgungastrom nicht-linear«

Zur Bemessung der Bauelemente des Piltors eemäS Fig. 2 haben sich die nachstehend angegebenen Vierte als günstig erwiesen.

Bauelement R1

R2, H3 R4, R7

R5,R6,R8	,R9	60 Oh«
R12		3M Ohm
01·, 02"		0,01 /UP
Al, A2',	A31	CA3140AT

A4, A5 Kreiegüte

Verstärkung

gaballe der Bauelementwerte

Wert Bemerkung

56OK Ohm von 1OK- 1OM Ohm geeignet

10OK Ohm Brauchen nicht gleich au sein, lüin Bereich von 2i1 bis 1i2 iot geeignet.

2OK Ohm Vorzugsweise für 2V Spitzen-Auegangsspannung bei der Filter-Mittenfrequenz. Ein Bereich von O bis 1M Ohm ist in Abhängigkeit vom Betriebsspannungsbereioh geeignet.

Wird entsprechend gewählt, um die Spannung an den i2ingüngen vonA4 und A5 auf 10 mV Spitze-Spitze zu verringern.

Von 1OK- 10OM Ohm geeignet.

Vorzugsweise von 1OpP - ΙΟΟΟλιϊ (verlustarme Kondensatoren) '

Hergestellt von RCA. Die Xypen CA313O (ROA) oder ΙΛΠ22, 222, 322 (National Semiconductor Corp·, Santa Clara, Kalifornien, USA) sind ebenfalle geeignet ·

CA3080B Hergestellt von RCA. Sie Typen CA3080A, CA3060 (RCA) sind ebenfalls geeignet.

14»5 Der Preauena-Jitter des Durchflußsignals erfordert eine geringe Güte.

5,3 Sin Bereich von 1 - 1000 1st möglich«

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"Daa vorstehend erläuterte abstirnrabare Bandpaßfilter besitzt folgende bemerkenswerte Üigenachaftens (1) '3inen breiten Abstimmbereich bia zu 10.vX>0»1? (2) eine lineare abatimrabarkeit über den gesamten Bereich rait nur etwa 1 > Abweichung} (3) eine konstante Kreisgüte und Verstärkung über den gesamten Abstimmbereichj (4) einen direkten Bandpaßsignalausgang (an der iClemme 14), einen direkten Hochpaßsignalausgang (am Ausgang von A1, d.h., am Ausgang 16.3 gemäß Fign. 1 und 2), einen direkten 2iefpaßsignalausgang (am Ausgang von A2, d.h., am AuBgang 22.7 gemäß Fign. 1 und 2), und einen direkten Bandsperrensignalausgang duroh Summation der Hochpaß- und liefpaß-Ausgangseignale, wobei sämtliche Signale gleichzeitig bei der identischen Frequenz abgestimmt worden (dieses Merkmal wird bei dem nachstehend erläuterten ßignalprozessor verwendet); (5) für Jedes der vorgenannten Ausgangssignale ergibt sich eine geringe Phasendrehung von £50°, bezogen auf den Phasenwinkel der liittenfrequenzi (6) eine interne uelbatabgleichschaltung, so daß bei der Herstellung keine Abgleichbauelemente zur Erzielung sauberer Güte- oder VerotärkungB-Maxima erforderlich sind· Insbesondere Bind die froguenzbeßtImmenden Bauelemente (in Flg. 1 die Bauelemente A4, Λ5, 01, 02, R4, R5, R7» RQ) Teile von variablen Integratoren. Änderungen dieser Bauelemente beeinflussen daher die Integrations· geschwindigkeit, nicht aber die Integrationaqualität. Ba diese Bauelemente die Llittenfrequenz des Filters und nioht die Kreie-Cüte beeinflussen, kann ihre Geaamtwirkung durch Änderung dea VersorgungBstroms der Operationsverstärker A4 und A5 auf einfache Weiae zu Null gemacht werden. Der vorstehend erwähnte Aus-

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druck "Solbstabgleich" bedeutet daher, daß Bämtliche frequenzbeßtimmenden Bauelemente zusammengefaßt und als Sumraeneffeiet auf das Verhältnis zwischen dem Vereorgungs3trom und der Mittenfrequenz dee Filters behandelt werden können» wobei Jedoch keines dieser Bauelentente zur Erzielung einer sauberen Kreisgute abgeglichen zu werden braucht ι (7) variable Verstärkung und Kreisgüte, welche einfachen mathematisohen Beziehungen folgen und über ii13 oder A6 justiert worden kcjnnenj (8) billige Bauelemente j und (9) Verwendung gleicher Bauelemente, woraus eine Verringerung der Lagerhaltung und eine Brhühung der Mengenrabatte resultieren.

Vor der Erläuterung der verschiedenen Signalprozessoren, welche dae erfindungsgemäße abstimmbare Filter enthalten, erscheint es nützlich, zuerst zwei Triggerschaltungen zu erläutern, die ebenfalls in diesen Signalprozeesoren verwendet werden.

Triggersehaltungen (Flgn. 6 bis 9)

In Flg. 6 ist eine bekannte Schmitt-Triggeraohaltung dargestellt, welche einen bistabilen Operationsverstärker A7, einen zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers A7 und Masse geschalteten v/iderstand 3R , einen zwischen de« nichtinvertierenden Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers A7 geschalteten Widerstands 2R und einen zwischen dem nicht-invertierenden Eingang dee Operationsverstärkers A7 und einer r.ignal^uella (EIH) angeordneten Widerstand 1R umfaßt. Der dargestellte Schmitt-Trigger besitzt eine festgelegte Grundlinie und festgelegt« obere und untere üchwellwert-(Trlgger)-Spannungen. Immer dann, wenn das Elngangeslgnal die Triggerpegel schneidet,

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v-'irct der Verstärker A7 Gesperrt und an dessen Ausgang ein Impuls erzeugt. Da jedoch der Ochmitt-Trigrrer nicht auf Signale anspricht, welche die Triggerpegel nicht schneiden, erzeugt er ein falsches Ausgangssignal für ein typisches zusammengesetztes Ströinunssmittel-Durchflußsignal, d.h., für ein Signal aus einem hochfrequenten, kleinpegeligen Strönungsmittel-Durehflußsignalanteil, welcher einem niedrigerfrequenten, höherpegeligen ilausohanteil überlagert ist.

Sas vorstehende Problem wird mit Hilfe einer den Srfindungsgedanken realisierenden Selbsttriggerschaltung gelöst, welche eine variable Grundlinie besitzt und stets dann, wenn sich die Signalßteigung ändert, einen Ausgangsimpulö erzeugt. Ein derartiger Selbcttrigger, welcher ein Strömungemittel-JCtarohflußsignal von einen größeren Rauechsignal abtrennt, ist beispielhaft in Fig. 7 veranschaulicht. Per dargestellte Selbettrigger unterscheidet eich von dem Schmitt-Trigger gemäß Pig· 6 darin, daß der Widerstand 3R durch einen Kondensator 1G ersetzt ist und ein Paar antiparallel geschalteter pn-Ubergangebauelemente (ε.B. Dioden) CR1 und CR2 in Serie mit einem Widerstand +E angeordnet sind und diese Serienschaltung ewisohen dem invertierenden Eingang des OperationsVerstärkers A7 und dem Eingang EIK angeordnet ist. In Betrieb wird die Grundlinie durch die Spannung am Kondensator 1G gesteuert und folgt dem Signal (ab^UgIioh der Spannung am den Dioden), wenn das Signal ansteigt und folgt dem Signal (plus der Spannung an den Dioden)» wenn da« Signal absinkt·

Eine weitere Modifikation der Selbsttriggersohaltung 1st die

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Flanfcentriggerschaltung gemäß Pig. β. Ji-,>ae üehaltung otollt einen ocfemitt-Srigger bei niedrigen irequenzen und einen ^eIbsttrigger bei hohen Frequenzen dar, v;oboi der Übergang von dor jeweils vorherrschenden Betriebsart auf die andere i3etrieboart durch ein HC-Zeitglied gesteuert wird. Der in Fig. ΰ dargestellte Flankentrigger unterscheidet sich von dem Selbsttrigger gemäß Fig« 7 durch einen zuaätzlichen Widerstands, der parallel zu dem Kondensator 1C angeordnet ist. Die übergangöireq,uenz zwischen der Schmitt-Trigger- und der Sölbsttrigger-Betrieboart .

₁ auf

trit* bei etwa (2 Π301) /obwohl im Übergangabereich eine beträchtliche und erwünschte Überlappung zwischen den beiden Betriebsarten Torhanden ist.

Sowohl bei der Selbattriggereohaltung nach Fig· 7 als auoh bei der Flankentriggersehaltung nach Fig. 3 besitzen die Sohaltungsbauteile in vorteilhafter V/eise die folgenden Eigenschaften. A7 ist ein bistabiler Operationsverstärker. Bt sollte geringe Versorgungeatröine haben_f um die Drift am Kondensator 1G zu verringern und Bolltt ferner in der Lage sein» einer Eingangsepannungsdifferen» ohne Beschädigung oder Verlust standzuhalten« Dtr Kondtneator IC ist «in Speicherkondensator, der ausreichend groß ist, um eine von dem Vereorgungsstrom des Operationsverstärkers A7 veruTBachte Drift auf einen zulässigen Pegel zu verringern« Die Widerstände 1R und 2R bestimmen die Hysterese des Operationeverctärkera A7. Die Hy&teresespannung muß kleiner sein ale der Diodtn-Spannungsabfall in Durchlaßrichtung. Der Widerstand JR und der Kondensator 1C bestimmen die Grundlinien-

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drift, v'.'lhrond dor -VidGrstand 41' Ίοη Diodenatron .-mi sichere "orto begrenzt. 0111 and (Π2 aind in r?.iWtfostellt©n Beiopielafalle lüleinsionaldiodon nit serin^en Leclrotröiuen in operrich-

Alternativ zu dea dargestellten Beiapialsfall können die Dioden CR1 und CR2 duroh Transistoren orsotst werden» wolohe aufgrund ihrer Verstärkung die BingangsbelaBtung verringern. Wie hierzu in Pig. 9 veranschaulicht ist_f sind die Transistoren Q1 und k2 zueinander komplementär und sind mit ihren -uiaitterelektroden an den invertierenden Uingaiiß des Operationsverstärkers A7 und mit ihren Basiselektroden an den Widerstand 4H angeBChlossen. Die Kollektorelektrode dea Transistors Q1 ist über einen /iderstand 5ß an eine 13+ opannungaquelle angecchlOBsen, während die ICollektorelektrode des Tranaiatore Q2 Über einen Widerstand 6R an eine B- Spannungsquelle angeschlossen ist. Ein v?eiterer Vorteil der Verwendung von Siranistoren besteht in einer verringerten ?firkung dee Smitter-BaßiB-Lcclcstronie auf die Spannung an dem Kondensator 1C, da (1) Dasißßtröme kleiner Bind als die Diodenströme» und (2) der Leokßtroa über einen Baeie-SmitterUbergang teilweise duroh den Eaitter-Kollektor-Leckstrom des anderen Tranoistorß auBgelösoht wird·

Bei der Ausführungform dee Flankentriggers naoh Pig· 9 besitzt die Sohmitt-Irigger-ißotriebeart eine größere Empfindlichkeit ale die 3elbettrigger-Betriebaart aufgrund dee Basis~ü)mitterüpannungoabfalle der Traneietoren Q1 und Q2· Bine weiter« Aus* fuhrungeform dee «rfindungegemäßen Flankentriggere gemäß Fig,9A

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Iconpenaiert diese £pannun<_,3ali£c3.1u durch üic auiiilt Gliche Varv.'cndunij einer -uioden-JtroiasteuerbruolrQ 1'X und aincö OperationavorotiLrkera AO swicchen den Uin^rang, einen ' idcratand 1Ii und üen I3u£}is3loktroden der ^raneistoren >*1 und .;2.

Dio Brücke 100 enthalt zwei Paare gegenüberliegender Klemmen 101-102 und 103-104· Die Xlenmen 103-104 Bind über einen fidersttmd 12K niteinandex^ verbunden und über Widerstände 1111 bzw. 1311 an Spannungsquellen S+ bzw» B~ sowie über Widerstände für 4HB bzw, 4RA. an die Basiselektrode der Transictoren Q1 bzw. Q2 angeschlossen· i)ie Kleomen 101-102 sind mit dem Ausgang des Operationsverstärkers A8 bEw. dom Widerstand 11t verbunden. Die Pioden der Brücke 100 sind wie folgt angeordnet \ DieHode D1 verbindet die Klemmen 103 und 101, die Diode 233 verbindet die klemmen 101 und 104, die Mode D2 verbindet die Klemmen 102 und 103 und die Diode D4 verbindet die Elonnaon 102 und 104, vrobei die Dioden D1 und D2 bezüglich der Klemme 101 entgegengesetzt gepolt Bind und die Dioden D2 und D4 bezüglich der Klemme 102 entgegengesetzt gepolt sind.

Zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers A8 ist ein Rüokkoppelwiderstand OR geschaltet. Sas Eingangseignal der 'üriggersohaltung wird dem niohtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers A8 zugeführt· Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers A8 ist ferner Über einen Widerstand 1OR mit Masse und Über einen Widerstand 9R mit der Klemme 102 verbunden·

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jJie ".-id erstände 1111, 12:. unö 1 pi; erzeugen eine kleine Vorspannung in operriolituna an den Jnzitter-OasißübergLlngen der Sranüiötoren .»1 unC «2, un die Leckströtie su verringern« I'er V.'iderstanu. CIi atabilisiert den Operationsverstärker A8 durch Schaffung eines Ilückkoppelwe^es un die I'iodenbrücke 100, Die V/iderstände 9ß und 1021 bestimmen die Verstärkung dieses nicht-invertierenden Gehaltun&saufbaus. Sine ähnliche 3chaltung wie gemäß I?ig. 9A funktioniert auch im invertierenden Gchaltungsaufbau.

Die Außführungsform nach Pig· 9A unterscheidet sich von der Ausfülirungsforn nuch Pig. 9 wie folgtt (1) Die Basiselektroden der Transistoren Q1 und Q2 sind nicht zusaciEiengeßehaltet und über einen einzigen Widerstand 4K mit den Eingang verbunden, ütattdeßoen sind die Basiselektroden über gesonderte Widerstände 4&A und 4RB mit den widorctandsgekoppelten, gegenüberliegenden Klemnen 103-104 der Brücke 100 verbunden und (2) der Widerstand 1R ist mit den Eingang nicht unmittelbar, sondern über das andere Klemnenpaar 102-101 und den Operationsverstärker 108 verbunden. Im übrigen ist die Punktion der Bauelement· Q1-Q2, C1-R3 und A7 die gleiche wie bei der Ausführungoform naoh Pig· 9·

Im folgenden soll nunmehr die Einfügung der vorstehend erläuterten Triggerochaltungen und abgleichbaren . Filter in Signal» proseBBoreinrichtungen entsprechend einer weiteren Realisierung des Erfindungsgedankens erläutert werden·

(gjgq. 4 bis 5)

Der 3ignalproe#eeor nach FIg* 4 umfaßt sowohl eine Selboutrigger-

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schaltung und eine Flankentriggerschaltung als auch ein abstimmbares Bandpaßfilter nach der Erfindung. Wie aus S¹Xg. 4 hervorgeht, wird einer Bingangsklemme 32 ein zusammengesetztes Strömungsmittel-Durchflußgeschwindigkeitssignal 30 zugeführt, das über einen verstärkungssteuerbaren Vorverstärker 34 zu einem abstimmbaren Bandpaßfilter 36 der in den Fign. 1 und 2 veranschaulichten Art gelangt. Das Bandpaß-Ausgangssignal des Filters 36 (d.h., das Signal an der Klemme H in den Fign. 1 und 2) wird dem Eingang des Selbsttriggers 38 (Fig. 7) zugeführt, welcher an der Ausgangeklemme 42 ein Reohteck-Ausgangasignal 40 erzeugt. Das Bandpaß-Ausgangssignal des Filters 36 gelangt ferner über einen Verstärkungsregler 44 zurück zu dem Vorverstärker 34· Vorzugsweise umfaßt der Verstärkungsregler 44 einen Gleichrichter 44.1» der in Serie mit einem Y/echselspannungs-Pegeldetektor-Integrator 44.2 geschaltet ist. Der Ausgang des Detektor-Integrators 44·2 ist mit dem Verstärkungsregeleingang des Vorverstärkers 34 verbunden» während der Eingang des Gleichrichters 44»1 mit dem Bandpaßausgang des Filters 36 verbunden ist» Ferner wird das Bandpaßausgangssignal des Filters 36 (d.h., das Signal am Ausgang 16«3. in den Fign. 1 und 2) dem Eingang eines Flankentriggers 46 (vgl. Fign. 8 und 9) augeführt, dessen rechteckförmiges Ausgangssignal einem Wandler 48 zugeführt wird. Der Wandler 48 setzt die Frequenz des Rechtecksignals in einen Strom um, v/elcher auf das abstimmbare Filter 36rüokgekoppelt wird (d.h., auf die Stromversorgungseingänge 18.3 und 22.3 in den Fign. 1 und 2).

Bei fehlendem Signal an der Eingangsklemme 32 wird die Ver-

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ι±ί, dee Vorverstärkers >4 uifctols den I-o^ler^ 4' uuiⁿ maximale Ver&tUrkun^, ^efcotiit, v.-hrcr.d daa Mit or ^b raif r.ininalG Ρΐ'β^ιΐΰΐιίί «b^Oi/bir^it wircl, cn:; dor ..,in_t ..n£*sklo..nie '^Z tsiii L'i^nal ~jl ungeführt ward, cii'd diecec von de;. VorverstiArker 'j4 verstärkt und Über den iiochpaSaus^anß des Autors 36 dem Tj'lankentrigger 46 zugeführt. Dor Flankentrig&er 4G hat eelbet gewisse "Filterungseigenscliaften" und triggert auf das auge führte signal. Las iiechteolc-Auegengssignal des Plankentriggers AC vfird von den ?re<iuena—'itromwaadler 4ö in einen Versorgungsatron vunge set st e v^elcher die i«-.ittenfrequenz des filters 36 steuex't.

Ler KochpaßaUBCQJiß des filters 36 ißt sunachBt ein Allpaßaus- C&sißt da das !Tilter 36 sunüchet auf tseine minimale !''requenz gebC&Bt v/ird· I.it Abstiniiimi^ des filters j6 in liichtung höhere frequenz werden die Siefen ^reiiuenzen von den Iioehpaßauseang v.'e^gofiltert, wodurch sieh ein reineren iSignal und Oamit eine genauere Abatianung ergibt.

Goliald die Hittenfrequeßs des 3'iXtors j6 die tatsüchlidio Pre~ auenz Ü.QB Signals 3G err@ioht (d«h«_t dessen hodifreq.uenten Signalanteil), beginnt die Urzeugung eines Asisgangssignals an BandpaßauBgang des filters 36_Φ Dieses Ausgangssignal ist das richtige Durchflußgeschwindi^ceitgsignale Dieaes Signal durchläuft den ¥erstärkungsr©gl©r 44ρ um einen Verßtärkunssrsgelstrom für den Vorverstärker 34 au e^semgen. Das "«Teohaelepaimungssignal am Bandpaßaua^ang d®s Filters % wird von dem G-lsixiclater 44.1

and äaia invertierendes Eingang des

44 «2 ssigefü&rtj welcher tjpisciigrweise ein

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Operationsverstärker ist_f zwischen dessen Ausgang und invertierenden Eingang ein Kondensator geschaltet ist und dessen nichtinvertierender Eingang von einer Bezugsspannung beaufschlagt wird· Der Integrator-Detektor 44.2 integriert aufwärts und abwärts entsprechend dem Pegel seines Eingangssignals bezogen auf die Bezugeepannung. Wenn der durchschnittliche Pegel des Eingangssignals unterhalb der Bezugsspannung liegt, erfolgt eine Aufwärtsintegration und umgekehrt· Die Ausgangsspannung des Integrator-Detektors 44»2 wird über einen Widerstand in einen Strom umgesetzt _f der die Verstärkung des Vorverstärkers 24 steuert (beispielsweise wird dieser Strom als Versorgungsstrom für einen nicht dargestellten Leitungs-Operationsverstärker innerhalb des Vorverstärkers 34 verwendet)·

Das Durchflußgeschwindigkeitssignal am Bandpaßausgang des Filtere 36 wird ferner dem Eingang einer Selbsttriggerschaltung 33 zugeführt, welche ein Heohteck-Ausgangssignal 40 entsprechend dem hochfrequenten Durehflußgesohwindigkeitsanteil des Eingangseignale 30 erzeugt. Die Zählung der Impulse des Rechteoksignals ergibt ein Maß für/Strömungsmittel-Durchflußgesohwindigkeit. Folgende Bemerkung ist zu der Verwendung beider Arten von !riggers ehalt ungen innerhalb des Prozessors nach Fig. 4 angebracht· Der SelbatJrrigger 33 wird deshalb verwendet, weil eine Offaet-Gleichspannung an dtm Bandpaßauegang dee Filters 33 auftritt und ein Flankentrigger hineichtlich seiner Sohmitt-Triggereigen-BOhaft nutEloo machen würd·. Der Flankentrigger 46 wird aufgrund seiner Schmitt-Triggereigtniohaften bei niedrigen Frequenzen ver-

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wendet (beieplelsweiee bsi schwach fließendem T/asser), wo ein hochfrequentes Häuschen "bei dea üasissignal auftritt» Unter diesen Umstünden •würde ein 3elbsttrigger sowohl auf das Niederfrequenz signal (beispielsweise 10 Hs einer v/aßBsrströiaung) und auf das höher-frequentere Kauschen (beispielsweise 20 Hz einer ./aoserstrümung) triggern und würde damit eine falsche Abstimmung des Filters 36 erzeugen. Demgegenüber spricht der Flankentrigger 46 auf das höher-frequente Bauschen bei Niederfrequenselgnalen nicht an·

Der oignalproBeseor nach Pig. 4- besitzt eine Anzahl neuartiger Merkmale ι (1) Die Verstärkungoregelunge-Iiüekkopplung wird von dem endgültig gefilterten Signalauegang abgenommen. Eine schlechte oignalqualität an der Eingangsklemme 32 (die durch einen schlechten oder defekten Durchflußmeaser-Seneor hervorgerufen sein könnte) beeitzt keinerlei Einfluß auf den Ausgangssignalpegel, da die Verstärkung des Vorverstärkers 34 so eingestellt wird, daß das interessierende Signal auf den richtigen Pegel unabhängig von dem Rauschanteil des Signals 30 gebracht wird» (2) das Abstimxaslgnal des Filters 36 wird von einem teilweise gefilterten Sehaltungspunkt des Filters 36 (d.h., dem Hochpaßausgang) abgenommen, wodurch das Abstintmeignal soweit verbessert wird, damit eine hochgenaue Filterabstimmung gewährleistet istι und (3) das Filter 36 wird linear abgestimmt, was eine billige und schnelle Abstimmung gestattet. Dieses Merkmale ist besondere von Bedeutung, da es eine von der Signalamplitude abhängige Aue» bildung der Rüokkoppelsoblelfe für die Verstärkungsregelung beseitigt. Anstelle dessen 1st der Signalprozesaor im wesent-

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lichen unabhängig von der Signalamplitude. Vielmehr wird die Frequenz gemessen und dementsprechend der Abstimmstrom festgelegt, Feiner verbessert die nach dar Abstimmung auftretende bessere Signalqualität die Frequenzmessung. Dementsprechend wird die Einstellung der Filter-Ilittenfrequenz weiter verbessert (positive Rückkopplung In der Abstimmachleife).

Bine alternative und etwas einfachere Ausführungsform eines erfindungsgemäfien Signalprozessors ist in Fig. 5 veranschaulicht· Die Vereinfachung besteht darin, daß er ein erfindungsgemäßes, abstimmbares Filter und eine Flankentriggerschaltung, jedooh keine Selbsttriggerschaltung aufweist· Wie aus Fig. 5 hervorgeht, wird ein zusammengesetztes Strömungsraittel-Durchflußgesohv/indigkeitssignal 50 fi@r Bißgangsklemme 52 zugeführt und gelangt Über einen verstärkungesteuerbaren Vorverstärker 54 auf ein abstiiambares Bandpaßfilter 56 der in den Fign<> 1 oder 2 dargestellten Art» Dae Bandpaß-Ausgangssignal des Filtere 56 (d.h., das Signal en der Klemme 14 in den Fign. 1 und 2) sowie das Hoohpaß-AUBgangosignal (d.h., das Signal an der Klemme 16,3 in den Fign« 1 und 2) werden dem Eingang eines gewichteten Summierverstärkers 58 zugeführt. Das Iloohpaßsignal wird auf einen Binfach-Verstärkungseingang des Verstärkers 58 gekoppelt, wohingegen das Bandpaßsignal auf einen Mehrfach-Yerstärktmg3öiBgang(beispielsweise einem Dreifach-Verstärkuagseingang) des Verstärkers 58 gekoppelt wird. Das Ausgangssignal dee üummlerrerstärkers 58 wird dem 'Singang einer Flankentriggersohaltung 60 (vgl· Fign· 8 oder 9) zugeführt, welcher an der

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Ausgangsklemme 64 ein Hechteeksignal 62 erzeugt. Die Ausgangsklemme 64 ist ferner mit einem Frequenz-Strom-Wandler 66 gekoppelt, um einen Abstimmstrom zu erzeugen, welcher die Mittenfrequenz des abstimmfearen Filters 56 ändert (d.h., der Abstimmst rom wird den Stromversorgungseingängen 18.3 und 22.3 in den Fign. 1 und 2 zugeführt). Ferner ist der Ausgang des Summierverstärkers 53 mit einem Verstärkungsregler 68 verbunden, um einen Verstärkungssteuerstrom für den Vorverstärker 54 zu erzeugen.

In gleieiisr Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird die Verstärkungssteuerung des Vorverstärkers 54 zunächst mittels des Reglers 68 auf maximale Verstärkung gesetzt, während daa filter 56 auf minimale Prequanz abgestimmt wird. Soweit an der Eingangsklemme 52 ein Durchflußgeschwinöigkeitssignal 50 auftritt, gelangt es über den Vorverstärker 54, &en Hochpaßausgang des Filters 56 und den Summierverstärker 58 (an dessen Einfach-Verstärkungseingang) zu der Elankentriggerschaltung 60. Sobald die Triggersehaltung 60 auf das Signal anspricht und ein Rechtecksignal 62 erzeugt_s stimmt es das Filter 56 in Sichtung steigende Frequenz über den Wandler 66 ab« Hierdurch verbessert sich die Signalqualität, was wiederum dis Afestimmgenauigkeit vergrößert. Sobald die Mitteaf^equenz des Filters 56 die tatsächliche Eingangsfrequenz des Signals 50 erreicht (d.h., dessen hochfrequenten Durohflußgeschwindigkeits-Signalanteil), beginnt das Eingangssignal von dem BandpaSausgsng des Filters 56 wegzufließen» Da der Bandpaßausgang eine Summierte Verstärkung vos beispielsweise ä@r dreifachen Verstärkiasg besitzt» verringert

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der Verstärkungsregler 63 in /..bhäneigkeit von dem größeren Signal die Stromversorgung fUr den Vorverstärker 54» wodurch der 4us£angBsignalpegQl dee filters 56 abgesenkt und damit die »Vlrkung des Iloehpaßsicnals verringert v/ird.

Ss vorsteht sich, daß die vorstehend beschriebenen Ausführungaformen nur beispielhaft für die Anwendungsmögliohkeit des 3rfindungsgedankens sind· Der iDrfindungsgedanke läßt sich ohne weiteres in zahlreichen anderen Ausführungsformen verwirklichen, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Insbesondere können zahlreiche funktionelle Systeme unter Verwendung der vier Ausgangssignale des erfindungsgemäßen, abstimmbaren Filters geechaffen werden» Das Bandpaßsignal an der Klemme 14 in den Fign. 1 oder 2, das Hochpaßsignal an der Klemme 16.5, das Tiefpaßsignal an der Klemme 2.0 und das Bandsperrensignal durch Sumraierung des Hochpaß- und des Siefpaßsicnals. Ferner haben Versuche ergeben, daß bei einer Verotärkung kleiner als 1 bei der Mittenfrequenz f_m das Bandpaß-Auagangssignal des erfindungegemäßen Filters mit Verringerung der Verstärkung bei der Mittenfrequenz f zu einem Bandsperren-Ausgangasignal mit hoher Kreisgüte wird.

Spektralanalyeator

Eines der vorgenannten Systeme ist in Fig. 10 veranschaulicht, welches einen Miederfrequenten, billigen Spektralanalysator zeigt, dessen liineate unmittelbar von dem erfindungsgemäßen, abstimmbaren Bandpaßfilter abhängig 1st«

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Dae su analyaierende Signal 70 wird der Singangsklerame 72 zugeführt und gelangt über einen Vorverstärker 74 auf den Eingang eines abstimmbaren filters 76 der in den Fign. 1 und 2 dargestellten Art. Las Puter 76 wird auf maximale Kreisgüte gesetzt und sein Bandpaßausgang wird auf einen Wechselstrom-Grleich.strom'7andler 78 gekoppelt. letzterer treibt eine geeignete Anzeigevorrichtung wie beispielsweise einen Tabellen-Recorder 30 oder einen nicht dargestellten XY-Recorder. Zum Nachführen des Jingangssignals wird die Liittenfrequenz des Filters 76 durch einen Sägezahn- bzw. Rampengenerator 82 linear geändert, wobei der Sägezahngenerator 82 den Abstimmstrom erzeugt (d.h., die Eingänge 18.3 und 22.3 >ier Fign. 1 und 2 mit einem Versorgun/₃sstrom beaufschlagt), ^ine Start-Stopp-Schaltung 84 steuert sowohl den Sägezahngenerator 82 als auch den Recorder 80 (über dessen nicht dargestellten Motor). Y/enn das Filter 76 auf maximale Kreisgüte gesetzt ist, besteht die Anzeige auf dem Recorder 80 aus einer Serie von Nadelimpulsen bei jeder Frequenz entsprechend einem Frequenzanteil des Eingangssignals. Die Höhe jedes Nadelimpulses entspricht der Amplitude des zugeordneten Frequenzanteils. Das Auflösungsvermögen des Analysators wird von der Kreisgüte des Filters 76 bestimmt, wobei das Auflösungsvermögen besser ist, je höher die Kreisgüte ist.

Oszillator

Das erfindungsgemäße abstimmbare Eandpaßfilter besitzt eine 180°-Phasenverschiebung an seiner Mittenfrequenz. Aus diesem Grund kann eine weitere 180°-Phasenverschiebung mit Hilfe eines

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invertierenden Verstärkers erzeugt werden, um das Eingangssignal gleichphasig mit dem Ausgangssignal zu machen und damit das erfindungsgemäße Filter Oszillatoranwendungen zu erschließen. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 11 veranschaulicht.

Wie aus Pig. 11 hervorgeht, sind ein automatischer Pegel-(Yerstärkungs)-Regler 90, ein abstinmibares Bandpaßfilter 92 der in den Fign. 1 und 2 dargestellten Art und ein invertierender Verstärker 94 mit Einfachverstärkung in einer geschlossenen Regelschleife hintereinander angeordnet; dh., daß der Ausgang des Reglers 90 auf da3 Filter 92 gekoppelt ist, das Bandpaß-Ausgangssignal des Filters 92 den Verstärker 94 treibt und das Ausgangssignal des Verstärkers 94 auf den Eingang des Reglers 90 rückgekoppelt ist* Das Filter 92 wird auf maximale Kreisgüte gesetzt und durch eine Stromquelle 96 abgestimmt (welche mit den Stromversorgungseingäagen 18.3 und 22.3 in des Pigru und 2 verbunden ist). Der Verstärkungsregler 90 ist ein automatischer Pegeli'egler, welcher während der Oszillation die Schleifenverstärkung auf exakt 1 hält und zur Auslösung der Oszillation die Schleifenverstärkung erhöht. Der Oszillator nach Pig. 11 erzeugt sinusförmige Signale mit den folgenden Phasen* Null Grad am Bandpaßausgang des Filters 92 j -90° an dessen Hochpaßausgangj -«-90⁰ an dessen Tiefpaßausgang, und -180° am Ausgang des invertierenden Verstärkers 94·· Die Stromquelle 96 ändert die Frequenz der Sinus Bedingungen.

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e e r ^ e 5 f e

Claims (22)

1. 2015671

   Neptune Eastech, Inc. A 36 085-ko

   Pat entanspriiolie

   Θ Abstimmbares Bandpaßfilter, mit einer Eingangs- und einer Ausgangsklemme, zwischen denen ein erster und ein zweiter Schaltungspfad angeordnet sind, wobei der erste Schaltungspfad einen Differenz-Operationsverstärker enthält, welcher ein Paar Eingänge aufweist und Signale außerhalb des Filter-Durchlaßbereiches sperrt, und ferner einen Integrator mit variabler Integrationsgeschwindigkeit enthält, welcher in Serie mit dem Operationsverstärker angeordnet ist, wobei die Singangsklemme des Filters mit dem einen Eingang des Operationsverstärkers und die Ausgangsklemme des Filters mit dem Ausgang des Integrators gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schaltungspfad einen zweiten Integrator (22) mit variabler Integrationsgeschwindigkeit enthält, dessen Eingang (22.1) mit der Ausgangsklemme (H) des Filters (10) und dessen Ausgang (22.7) mit dem anderen Eingang (16.2) des Operationsverstärkers (A1) gekoppelt ist, daß eine Schaltung (20) zur Bestimmung der Kreisgüte und der Verstärkung zwischen der Ausgangsklemme (H) und dem einen Eingang (16.1) des Operationsverstärkers (A1) angeordnet ist, und daß zur Variierung der Integrationsgeschwindigkeit beider Integratoren (18, 22) und damit zur Abstimmung der Mittenfrequenz des

   809842/0971 ~²-

   ORfGfNAL !NSPBCTBD

   Bandpaöfilters (1O) eine Steuereinrichtung (13.5) vorgesehen ist.
2. 2. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Integrator (10) mit variabler Integrationsgeschwindigkeit folgende Merkmale aufweist:

   (a) Einen ersten Leitungs-Operationsverstärker (A5) mit einer Vorspannungssteuerung, die zur Variierung des am Ausgang (18.4) des Operationsverstärkers (A5) erzeugten Stroms mit der Steuereinrichtung (18.3) verbunden ist, wobei der Ausgang (16.3) des Differenz-Operationsverstärkers (A1) mit dem Eingang (18.1) des Leitungs-Operationsverstärkers (A5) gekoppelt ist;

   (b) einen ersten integrierenden Operationsverstärker (A3), dessen Eingang (13.5) mit dem Ausgang (18.4) des Leitungs-Operationsverstärkers (A5) und dessen Ausgang (18.7) mit der Ausgangsklemme (14) des Filters (10) gekoppelt ist, und

   (c) einen ersten Kondensator (C2), der mit dem Ausgang (18.4) des Leitungs-Operationsverstärkers (A5) verbunden ist;

   und daß der zweite Integrator (22) mit variabler Integrationsgeschwindigkeit folgende Merkmale aufweist»

   (d) Einen zweiten Leitungs-Operationsverstärker (A4) mit einer Vorspannungssteuerung (22.3)» die zur Variierung des am Ausgang (22.4) des Operationsverstärkers (A4) erzeugten Stroms mit der Steuereinrichtung (18.3) ver-

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   bunden ict, v;obei ein ^in.;.ang (22.1) dec zv/eiten Leitungs-QperationsVerstärkers (A4) nit der Ausgangskleraine (14) des Filters (10) Gekoppelt ist;

   (e) einen zweiten integrierenden Operfit ions verstarker (a2), dessen Eingang (22.5) mit dem Ausgang (22.4) des zweiten Leitungs-Operationsverstürkers (A4) und dessen Ausgang (22.7) mit dem anderen Eingang (16.2) des Differenz-Operationsverstärkers (A1) gekoppelt ist, und

   (f) einen zweiten Kondensator (C1), der nit dem Ausgang (22.4) des zweiten Leitungs-Operationsverstärkers (A4) verbunden ist.
3. 3. .Bandpaßfilter nach Anspruch 2, dadurch g e k e λ . seichnet , daß der erste Kondensator (C2) ferner zwischen dem aingazig (16.5) und dec Ausgang (1G.7) des ersten integrierenden Operationsverstärkers (AJ) angeordnet ist und daß- der zv/eite Kondensator (C1) ferner zwischen dem Eingang (22.5) und dem Ausgang (22.7) des zweiten integrierenden Operationsverstärkers (A2) angeordnet ist.
4. 4. Bandpaßfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Kondensator (C2¹) zwischen den Ausgang (13.4) des ersten Leitungs-Operationsverstärkers (A5) und einer Bezugspotentialquelle (Kasse,}, angeordnet ist, daß der eingang (13.5) und der Ausgang (13.7) des ersten integrierenden Operationsverstärkers (A3¹) zur Bildung einer hochohmigen Impedanzfolgerschaltung unmittelbar verbunden sind, daß der zweite Kondensator (C1^f) zwischen den Ausgang

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   des zweiten Leitungs-Operationsverstärkers (A4) und der Bezugspotentialquelle (Masse) angeordnet ist und daß der Eingang und Ausgang des zweiten integrierenden Operationsverstärkers (A2¹) zur Ausbildung einer v/eiteren hochohmlgen Impedanzfolgerschaltung unmittelbar miteinander verbunden sind.
5. 5. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltung (20) zur Bestimmung der Kreisgüte und der Verstärkung einen Widerstand (R13) enthält.
6. 6. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß die Schaltung (20) zur Bestimmung der Kreisgüte und der Verstärkung einen Leitungs-Operationsverstärker (A6) enthält, dessen Eingang mit der Ausgangsklemme (14) des Filters (10) und dessen Ausgang mit dem einen Eingang (16.2) des Differenz-Operationsverstärkers (A1) gekoppelt ist und der eine Vorspannungssteuerung (23) sowie eine Schaltung (43) zur Speisung der VorspannungBsteuerung (23) mit einem variablen Strom und damit zur Variierung der Kreiegüte und der Verstärkung des Filters (10) enthält.
7. 7. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Widerstandsteiler (H4 bis R12) mit dem Eingang jedes Leitungs-Operationsverstärkere verbunden ist, um den Signalpegel am Eingang des betreffenden Verstärkers auf einen V/ert innerhalb des linearen Veretärker-

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   Arbeitsbereiches zu verringern·
8. 8. Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Widerstand (H3) zwischen dem anderen Eingang (16.2) des Differenz-Operationsverstärkers (A1) und dem Ausgang (22,7) des zweiten Integrators (A2) mit variabler Integrationsgeschwindigkeit angeordnet ist.
9. 9. Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Differenz-Operationsverstärker (Al) einen Widerstand (R2) enthält, der zwischen dem anderen Eingang (16.2) und dem Ausgang (16.3) des Verstärkers (A1) angeordnet ist.
10. 10. Abstimmbares Bandpaßfilter zur Abtrennung eines hochfrequenten, kleinpegeligen Strömungsmittel-Durchflußgeschwindigkeitesignals von einem relativ niedriger frequenten, höherpegeligen Rauschsignal, mit einer Eingangs- und einer Ausgangsklemme, zwischen denen ein erster und ein zweiter Schaltungspfad angeordnet sind, wobei der erste Schaltungspfad folgende Merkmale aufweist ι

    (i) Einen Differenz-Operationsverstärker, welcher Signale außerhalb des Filter-Durchlaßbereiches sperrt und einen invertierenden Eingang sowie einen nicht-invertierenden Eingang aufweist}

    (ii)einen ersten Integrator mit variabler Integrationsge-Bohwindigkeit, der in Serie mit dem Differenz-Operationsverstärker angeordnet ist und dessen Ausgang mit der

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    /vUG£an£-3kleiaiio des Filters gekoppelt iat, und (ill) einen ersten Widerstand, dor zwischen dor ;3in£ang3-

    klomme des Filters und dem nicht-invartierenden ^in^a de3 -Differenz-Operationsverstärker β angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, da.; der zweite 3chaltun£spfad (i) einen zweiten Integrator (22) mit variabler Integrationsgeschwindigkeit aufweist, dessen Eingang (22.1) mit der Auegangsklemnia (14) des Filtere (10) gekoppelt ist, und ferner (ii) einen zweiten ,viderstand (113) aufweist, der zwischen dea Ausgang des zweiten Integrators (22) und dem invertierenden J-Jingans (16.2) des JJifferenz-Opergrtlonsveratärkers (A1) angeordnet ist,

    daß ein ',Viderstand (H13) zur Bestimmung der Kreisgüte und der Verstärkung zwischen der AusgangsBemme (14) des Filters (10) und dem nicht-invertierenden Eingang (16,4) des Differenz-Operationsverstärkers (A1) angeordnet ist, und daß zur Variierung der Integrationsgeschwindigkeit beider Integratoren (18, 22) und damit zur Abstimmung der Mittenfrequena dee Filtere (10) eine Steuereinrichtung (48, 66) vorgeaehen ist*
11. 11« Bandpaßfiltar naoh Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Differenz-Operationsverstärker (A1) einen Rückkopplungswiderstand (R2) enthält, der zwischen dem invertierenden Züingang (16.2) und dem Ausgang (16.3) dee Verstärkers (Al) angeordnet ist, daß jeder der beiden Integratoren (13, 22) einen Leitungs-Operationeveratärker (A5

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    bzw. A4) und einen dazu in 3erie geschalteten zweiten Operationsverstärker (A3 bzw. Λ2) enthält, von denen jader einen invertierenden Eingang (18.5 bzw. 22.5) und einen nicht-invertierenden üingang (18.6 bzw. 22.6) enthält, daß der Leitungs-Operationsverstärker jedee Integrators eine Vorspannungssteuerung (18.3 bzw. 22.3) und einen zwischen oeinon Eingängen und einer Bezugspotentialquelle angeordneten 'Widerstandeteiler (R4 bis R6) bzw. R7 bis R9) but Verringerung des dort vorhandenen Signalpegels auf einen v.'ert innerhalb seines linearen Arbeitsbereiches enthält, daß der Ausgang (18.4 bzw. 22.4) jedes Leitungs-Operationsveretarkere (A5_f A4) mit dem invertierenden Eingang (18.5 bzw. 22,5) dee zugeordneten zweiten Operationsverstärkers (A3 bzw. A2) verbunden 1st, daß ein Kondensator (C2 bzw. C1) zwischen dem invertierenden Eingang (18,5 bzw. 22.5) und dem Ausgang (18.7 bzw. 22.7) jedes zweiten Operationsverstärkers (A3 bzw. A2) angeordnet ißt, daß der nicht-invertierende üinrang (18.6 bzw. 22.6) des zweiten Operationsverstärkers mit der Bezugspotentialquelle (Masse) verbunden ist, und daß die Vorspannungssteuerung (18.3 bzw. 22.3)jedes Leitungs-Operationeverstärkers (A5 bzw. A4) zur Variieruns des dem zugeordneten zweiten Operationsverstäricer (A3 bzw. A2) zugeführten Stroms mit einem variablen Strom von der Steuereinrichtung (46, 48) beaufschlagbar ist.
12. 12. Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Differenz-Operationsverstärker (A1) einen Rückkopplungswiderstand (R2) enthält, der zwischen

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    de«! invertierenden :-:±n^nc (16.2) and dec; Ausgang (16.3) Aeα Verctärkers (A1) angeordnet ist, da<3 jeder der beiden Integratoren (13, 22) einen leitungs-Operationsverstärker (a5 bi2w. A4) und einen dazu in Cerie geschalteten zweiten Operationsverstärker (A3¹ bzw. A2¹) enthält, von denen jeder einen invertierenden (13.5 bzv/. 22.5) und einen nichtinvsrtierenden (13.6 bzw. 22.6) Eingang enthält, daß der LeitungB-Operationsverstärker (A5 bay/, A4) eine Vorspannung— steuerung und einen zwischen seinen Eingängen und einer Besugapotentialquelle (!.lasse) angeordneten widerstandsteiler (R4 bis 119) zur Verringerung des dort vorhandenen üignalpecels auf einen './ert innerhalb seines linearen Arbeitsbereiches enthält, daß der Ausgang (18.4 bzw. 22.4) jedes leitungs-Operationöverstärlcers (A5 bzw. A4) mit dem nicht-invertierenden Eingang (1Ö.6 bzw. 22.6) deß isugeordneten zweiten Operationsverstärkers (A3' bzw· A2¹) verbunden ist, daß ein Kondensator (02¹, G1') zwischen dem nicht-invertierenden Einsang (13.6 bzw. 22.6) und der Bezugspotentialquelle (!.lasse) angeordnet ist, daß der invertierende Eingang (18,5 baw. 22·5) und der Ausgang (18.7 baw· 22.7) jedea zweiten Operationsverstärkers (A2* bzw· A3!) aur Bildung einer hochohmigen Ιβρβ-danzfolgerachaltung um;ittelbar miteinander verbunden sind, und daß die Vor spannungssteuerung jedes» Leitungs-Operationa· veratärkere (A5 bzw. A4) zur Variierung dea dem zugeordneten Kondensator (02' bzw. C1¹) zugefUhrten Strome mit einem variablen strom von der Gteueieinrichtung (46_t 48) beaufechlagbar

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13. 13» oignalproaeßBor zum rieeoen der Durehi'lußgeßchwindi&keit oines Ctröjuungsmittels, welche als zusammengesetztes elektrisches üignal aus einem hochfrequent en, kleinpegeliger, Burchflußgesohv/indigkeitsanteil und einen damit modulierten, relativ niedrigerfrequenten, höher-pegeligen ^auschanteil vorliegt, mit einer Dingangsklomrae, an welcher das zusammengesetzte
    elektrische Signal angelegt wird, und mit einer Auseangsklemme, an welcher ein der DurchschnittsgeBchwindigkeit entsprechendes Rechtecköignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet , daß zwiachen der Eingangsklerame
    (32) und der Ausgangeklemme (42) ein Vorverstärker (34) Kit regelbarer Verstärkung, ein ab:timmbares Bandpaßfilter (36) und eine oelbsttriggerschaltung (38) in oarie angeordnet sind, wobei das Filter (34) einen mit dem eingang der oelbattriggerechaltung (38) gekoppelten Bandpaßausgang und einen HochpaßauBgang aufweist, daß zur Beaufschlagung des Vorverstärkers (34) mit einem Verstärkungsregeleignal ein Verstarkungsregler (44) vorgesehen ist, welcher von dem Bandpaßausgang
    steuerbar ist» daß eine Plankentriggerschaltung (46) vorgesehen 1st,zum Erzeugen eines zweiten, auf die Frequenz am
    Hochpaßau3gang bezogenen fiechteokoignala, und daß ein /andler (48) vorgesehen ist zum Umsetzen der Frequenz des zweiten Beohteokslgnals in ein zum Abstimmen der Pilter-Mittenfrequena geeignetes ütromsignal·
14. 14· Signalproaeeaor nach /mspruch 13, daduroh gekennzeichnet , daß der Verstärkungsregler (44)

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    eine ^chaltuno (44.1) aua Gleichrichten dea Ji^nals aa Hand paßaußfjanG und eine Jchciltunj (44.2) aua auf- und/oder Abwärt einte gri or en JLoa ^leichgerichteton ^andpaß-Aua bezüglich oinca vorbestimmten relais und damit sun J des VerstärkungarecelBicnalQ umfaut.
15. 15. 3ii5nalproae33or nach Anspruch 14» dadurch. gekennzeichnet , daß
    (a) daß abstimmbara fiandpaßxilter (3G) eine üingangs— und eine Ausgangskleiame (12 bzw. 14) aufweist, sv/ischeii denen ein erster und ein zweiter .ichaltungspfad angeordnet ist_f wobei der erste üchaltungapfad einen Differenz-Operations verstärker (A1) enthält, welcher ein Paar Eingänge (+, -) aufweist und Signale außerhalb de3 I^?ilter-L^lurchlaßbereichee sperrt, und ferner oinan ersten Integrator (A5) mit variabler Integrationayesoh\vindir;lceit enthält, welcher in 3orie mit dem jDifferena-öperationBveiatUrker (Al) angeordnet ist, wobei die Singaneakleauae (12) mit dem eien Singang (+) cles Differenz-Opei'ationsveratUrkers (A1) und die AuBgangaicleiame (H) ait dem Ausgang (18,6) des Integrators (A5) gekoppelt ist, wobei ferner der zweite ochaltungspfad einen zweiten Integrator (A4) mit variabler mtegrationsgoßohwlndigkeit enthält» dessen Eingang mit der Ausgangsklemme (H) des Filters (36) und dessen Ausgang mit dem anderen Eingang (-5 dee Differenz-Operationsverstärkers (A1) gekoppelt ist, wobei ferner eine Schaltung (20) zur Bestimmung der Kreiegiit· und der Vor-

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    stürleung zwischen der uus^angakleiano (14) und den einen .Jin^ans ( + ) des Sifferonz-üperationsverstUrkers (^1) anjeordnet ist, v;obei ferner zur Yariierung der Integrationsgeschwindigkeit beider Integratoren (A4» ^5) und dauiit aur Ab st immune der i..ittenfrequens des iMlters (36) eine ^Steuereinrichtung vorgesehen ist, und wobei der das Ilochpai3siyial führende Ausgang (16»3) den Differens-Opercitionaverstärkers (A1) mit dem iiin^anc ö.ee Flankentriggers (46) gekoppelt ist und dac oignal an der Ausgangskloame (14) de£3 Filters (36) das 3andpaßsignal ist, welches auf den Eingang der oelbsttriggerschaltung (33) gekoppelt ictj (b) die automatische oelbsttriggerschaltung (30) folgende Kerkmale aufweist»

    (aa) 3ine Eingangs- und eine AUGgangsklemmej (bb) einen bistabilen Operationsverstärker (A7) nit einem Paar _:ingänge (+» -) und einem mit der Ausgangsklerame gekoppelten Ausgang?

    (cc) einen ersten Widerstand (2H), der zwischen dem Ausgang und dem einen Hingang (+) des bistabilen Operations verstärkero (A7) angeordnet istj (dd) einen aweiten V.'iderstand (1R), der zwischen der Eingangskleiame und den einen Eingang (+) des bistabilen Operationsverstärkers (A7) angeordnet istj (ee) einen Kondensator (1C), der awipehen dem anderen Eingang (-) des bistabilen Operationsverstärkers (A7) und einer Be2ugspotentialauelle (!Tasse) angeordnet ist, und

    (ff) ein Paar entgegengesetzt gepolter, parallelgesehalte-809842/0971 -12-

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    tc-r pn-t-bercanß3baueleniente (CR1, CR2), die zwicchen dor "Jinsangsklenae und den anderen Hngang (-) des bistabilen Gperation3veretürkerß (Λ7) angeordnet eind, und

    (c) die Flankentriggersehaltung (46) die oelbsttriggerschaltung (3Q) in Kombination mit einen dritten, parallel zu den Kondensator (10; Pig. S) ceschalteten "'iderstand (3R; Piß. 0) enthält.
16. 16. Dicnalprozessor zua Ileaaen der DurchflußneBchwlndigkeit eines ütrömungsnittelB, v/elche als suGamEengesetzteB elektrisches i.;i{inal aus einen hochfrequenten, kleinpegeligen Durchflußgeochwindipkeitsanteil und einem damit modulierten, relativ niedriger-frequenten, hüher-pegeligen RauBChanteil vorliegt, nit einer Eingangsklemme, an welcher das zusammengesetzte elektrioche üignal angelegt v;ird, und mit einer Ausgangaklemme, an welcher ein der Durchflußgeschwindigkeit entsprechendes lie chtecksignal erzeugt v/ird, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Eingangsklemme (52) und der Ausgangsklemme (64) ein Vorverstärker (54) mit regelbarer Verstärkung, ein abstimmbares Bandpaßfilter (56)t ein oummierverstärker (58) und eine Plankentriggerschaltung (60) in Serie angeordnet sind, wobei das Filter (56) einen Bandpaßausgang und einen Hochpaßausgang aufweist, daagder Summierveratärker (53) einen mit den Hochpaßausgang gekoppelten Einfach - Yerstärkungseingang und einen mit dem Bandpaßausgang gekoppelten Mehrfach - Verstärkungseingang aufweist, daß ein Wandler (66) vorgesehen 1st zus> Umsetzen der Frequenz des

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    Hechtoclcci^mala in oin zuia Ab nt inn or» dor ?iltar-I!ittcnfrequenz geeigneten Stronsignal, und da.3 nur Beaufschlii^unr; dec Vorverstärkers (54) mit einen Veretärlcun-nreceloicnal ein Yerntiirkun^srogler (GO) vorgesehen ist, '"ulehor von den Austin;.; d©3 Sunraierver stärkere (5C) ctouerbar ist·
17. 17· Signalprozeasor nach Anspruch 16, dadurch g e kennzeichnet , dai3 der Veratärkun^sro^rler (53) eine Schaltun^i (63.1) zum Gleichrichten des Sinais an Ausgang des Oummierverstärkers (53) und eine Schaltung (66.2) zum Auf- und/oder Abwärtsintegrieren des gleichgerichteten Ausgangssißnala bezüglich eines vorbestiinniten Pegels und damit sum Erzeugen des Verstärkuncsregelai^nals umfaßt,
18. 18· ßignalproaesBor naoh Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet _t daß
    (a) dae abstimmbare Bandpaßfilter (56) eine Eingangs- und eine Ausgangeklemme (12 bzw· H) aufweist, zwischen denen ein erster und ein zweiter Schaltungspfad angeordnet ist, wobei der erste Schaltungspfad einen Differenz-Operationsverstärker (A1) enthält, welcher ein Paar Hingänge (12.2, 12,4) aufweist und öignale außerhalb des Filter-Durohlaß- bereiohee sperrt und ferner einen Integrator (18) mit variabler Integrationsgeaohwindigkeit enthält, welcher in Serie mit dem Differenz-Operationeverstärker (A1) angeordnet ist, wobei die Eingangskleiame (12) mit dem einen Eingang (16.4) des Differenz-Operationeverstärkera (A1) und die Ausgangsklemae (14) mit dem Ausgang des Integrators (13)

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    £ßkoppalt ist, wobei der sv/eito :Jchaltun>fsp.fad einen zweiten Integrator (22) mit variabler Integrationo^eschvdndigkeit enthält, deosen 'jin^an^ Kit der Auscan/tskleiamo (14) 3oo ?iltoro und dessen Ausgang mit dem anderen Eingang (15.2) de3 Differenz-Operationavertjt-Hrkers (Λ1) gekoppelt ist, wobei fornor eine iJchaltung (20) zur üeatiaaun/; der Kreiselte und der Verstärkung zwischen der AuBran^okle-ame (14) und den einen iinrang (1ύ·4) dee Differens-0perationaver3tärkers (A1) angeordnet ist, wobei forner aur 7ariieruti(; der Integrationsejeaohwindigkeit beider Integratoren (13, 22) und danit zur Abstimmung der liittenfrequenz des Bandpai3filter3 (56) eine Steuereinrichtung vorgesehen iot, und wobei das Signal an Ausgang das Differenz-Operationsverstärkern (A1) das Hoohpaßsignal und dae Signal an der Ausgangskleinme (14) de3 Filters (56) das Bandpaßaignal ist, welches zusammen mit dem Hoclipaß-3i£,nal auf die 'Jin^lin^e des Sujxni erver stärkers (53) Gekoppelt ist,

    (b) die Flankentrignerßchaltuns (60) folgende Merkmale aufweist»

    (aa) Sine Singan^s- und eine Auscanssk3asiraeJ (bb) einen bistabilen Operationsverstärker (A7) mit einem Paar Hingänge (+, -) und einen mit der Ausgangsklemrae gekoppelten Ausgang;

    (cc) einen ersten ''iderstand (2R)» der zwischen dem Ausgang und den einen Eingang (+) des bistabilen Operationsverstärker» (A7) angeordnet ist?

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    (eld) einen zweiten 7.^rid erstand (ΐΤί), der sv/ischen der Ein-Cangskleinme und den einen Eingang ( + ) des bistabilen Operationsverstärkers (A7) angeordnet ist;

    (ee) eine Parallelschaltung aus einem dritten T/iderotand (3R) und einen Kondensator (1G), welche zwischen dem anderen 3ingang (-) des bistabilen Operationsverstärkers (A7) und einer Bezugspotentialquelle (Masse) angeordnet ist, und

    (ff) ein Paar entgegengesetzt gepolter, parallel geschalteter pu-Übergangsbauelenente (GR1, CR2), die zwischen der Eingangsklemme und dem anderen Eingang (-) des bistabilen Operationsverstärkers (A7) angeordnet sind.
19. 19. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Filter (10) ferner einen Hochpaßausgang (16.3) aufweist, und daß die Steuereinrichtung (18.3) zur Variierung der Integrationsgeschwindigkeit des ersten und zweiten Integrators (18, 22) folgende Merkmale aufweißt:

    (a) Einen von den Signalen an dem Hochpaßausgang (16.3) steuerbaren Elankentrigger (46) zur Erzeugung von Rechtecksignalen, die der Frequenz der Signale an dem Hochpaßausgang (16.3) entsprechen, und

    (b) einen Wandler (4-8) zum Umsetzen der Frequenz der Rechtecksignale in Stromsignale (Abstimmstrom) zum Variieren der Integrationsgeschwindigkeit des ersten und zweiten Integrators (18 bzw. 22) und damit zum Abstimmen der Mittenfrequenz des Filters (10).

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20. 20. Bandpaßfilter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß daß Filter (10) einen Vorverstärker (34) mit steuerbarer Verstärkung aufweist, der in Serie zwischen der Eingangeklemme (12) und dem einen Eingang des Differenz-Operationsverstärkers (16.4) angeordnet ist» daß ferner ein Bandpaßausgang (14) vorgesehen ist, dessen Signale einen Verstärkungengier (44) ßteuern_f der ein Verstärlcungssteuersignal den: Vorverstärker (34) zufUhrt und eine schaltung (44.1) zum Gleichrichten der Signale an der Aus- £-angsklemme (14) aufweist, und daß eine Schaltung (44·2) vorgesehen ist zum Auf- und/oder Abwärts integrieren der gleichgerichteten Signale an der Ausgantßkleramo (14) bezüglich eines vorbectiramten Pegels und danit aura Irseugen des Veratärkungsregolaignals,
21. 21. üandpaßfilter nach j'mspruch 19t dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (10) eine Selbst— trigf.erachaltung (33) sur jSrseugung von Rechtecksignalen aufweißt »welche in Jerie sviischan dem Bandpaßausgang (14) und der Aueeangsklemme (42) angeordnet und von den Signalen an dem jJandpaßausgang (I4) steuerbar ist.
22. 22. 23andpaßfilter nach Anspruch 21 ₉ dadurch gekennzeichnet , daß die Selbsttriggersohaltung (38) folgende Merkmale aufweist«

    (a) 2ine aingangs- und eine Ausgangskleiamef

    (b) einen bistabilen Operationsverstärker (A?) nit einao Paar Hingänge (+, -5 und einem mit der Ausgangekleora·

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    gekoppelten Ausgang;

    (c) einen ersten Tiderstand (2E), der zwischen dem Ausgang und den einen Eingang (+) de3 bistabilen Operationsverstärkers (A7) angeordnet ist;

    (d) einen zweiten Widerstand (1R), der zwischen der "iJingangoklernme und dem einen LUingang (+) de α bistabilen Operationsverstärkers (Λ7) angeordnet ist,

    (o) einen Kondensator (1C), der zwischen dem anderen Sin^ang (-) des bistabilen Operationsverstärkers (Λ7) und einer Bezugspotentialauelle (r'asse) angeordnet ist, und

    (f) ein Paar entgegengesetzt gepalter, parallelgesohaltoter pn-übergangsbaueleniente (CR1, CE2), die swiochen der .ningangsklemme und deja anderen Einbring (-) des bistabilen Operationsverstärkers (A7) angeordnet sind.

    23· Bandpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet t daß ferner ein Bandpaßausgang (H) und ein Sunraierrerstärker (58) vorgesehen sind, welcher von den 3ignalen an dom Bandpaßausgang (14) und dem Hoohpaßausgang (16,3) steuerbar 1st und ein Aussangs-Gumraenoignal erzeugt» welches eine Plankentriggerschaltung (60) zur Erzeugung eines Hechteck· signals steuert·

    24· Bandpaßfilter naoh Anspruch 23» daduroh gekennzeichnet , daß das Filter einen Vorverstärker (54) alt steuerbarer Verstärkung enthält» der in Serie zwi- aohen der Eingangakleame (52) und dem einen eingang (16*4) des uifferenc-Operationeveretärkere (A1) angeordnet ist» daß

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    ein von ,lon uoraiv-O-jurarx-nsijnalen jtcuorbnrer Verc-tarium^ TQr.lev (63) vorgesehen ict, dor ein Voratärliuncssteuerao άοιτί Vorveretf.r2cor (54) zufahrt und ο ine ^clialtunc (43,1) zum G'leichriehtcn clor ^i^nalo ;.n der ,UG^an^alclemao sowie eine -»chaltunc (GD. 2) ;iui'v^rGist, die ;;ur:i Auf- und/oder Abv/Urtßintegrieren eier ^lGioligierichteton Üigniilo bezüglich eines vorbestimmten Ie^eIa un-1 dr^iit "urn /Jraeugen des Veratärkunc'fire^eI-signals ausgebildet ist.

    Bandpaßfilter nach Anspruch 23, dadurch g ο 1; a η η-zeichnet , daß dis Steuereinrichtung einon !"andler (6G) G.ufv?eiot, der auia Umaetaen der Frequenz der He dito elco ignale an der '.uacancsldenne (64) in ein otromsignal zum Variieren der Integrationacecchwindigkoit beider Integratoren (18, 22) und danit zun Abatinrcon der f.^ittenfrequenz dee i^?iltera ausgebildet ist.

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