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Dämpfungsglied für Tonfrequenzsignale
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Zusatz zu Patent .. .. ... (Patentanm. P 27 40 567.0) Im Hauptpatent
ist ein Dämpfungsglied für Tonfrequenzsignale, insbesondere für Mischpulte, vorgeschlagen,
das sich dadurch auszeichnet, daß die Tonfrequenzsignale über einen Schalter geführt
sind, dessen Steuereingang an einen Impulsgeber angeschlossen ist, der Impulse mit
einstellbarem Puls-Pausen-Verhältnis und mit einer Wiederholfrequenz, die mindestens
gleich der doppelten oberen Grenzfrequenz des zu übertragenden Frequenzbereichs
der Tonfrequenzsignale ist, abgibt, und daß dem Schalter ein den zu übertragenden
Frequenzbereich überdeckender Tiefpaß nachgeschaltet ist. Ein solches Dämpfungsglied
zeichnet sich trotz einfachen Aufbaus durch gute Ubertragungseigenschaften aus und
kann mit digitalen Signalen gesteuert werden, so daß es fernsteuerbar ist.
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Fernsteuerbare Dämpfungsglieder sind aus der DE-AS 12 97 155 und der
DE-OS 25 41 477 bekannt. Die bekannten Dämpfungsglieder haben den Nachteil, daß
ihre Dämpfung
mit Hilfe einer analogen Steuerspannung verstellt
wirdg so daß für eine automatische Steuerung mit Hilfe eines Digitalrechners der
als Digitalwert vorliegende Dämpfungswert in analoge Größen umgesetzt werden muß.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, das abzuschwächende Tonfrequenzsignal in
ein Digitalsignal mit einer Abtastrate umzuwandeln, die mindestens gleich oder größer
als das Doppelte der höchsten vorkommenden Signalfrequenz ist.
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Das so erhaltene Digitalsignal kann digital verarbeitet werden, indem
z. 3 die Digitalwerte durch eine konstante Zahl dividiert werden und das Ergebnis
einem Digital-Analog-Umsetzer zugeführt wird, dem ein Tiefpaß nachgeschaltet ist,
der die von der Abtastung herrührenden höherfrequenten Signalanteile unterdrückt.
Ein solches Dämpfungsglied wurde einen hohen Schaltungsaufwand erfordern, da durch
die Echtzeitverarbeitung schnelle arithmetische Sinheite-fl notwendig sind, Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das im Hauptpaten-5; vorgeschlagene
Dämpfungsglied so auszugestalten, Q digital codierte Tonfrequenzsignale verarbeitet
werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schalter
mit einer Frequenz umgeschaltet wird, die mindestens gleich der Frequenz von das
Tonfrequenzsignal darstellenden Digitalsignalen ist, und daß an den Schalter ein
Digital-Analog-Umsetzer angeschlossen ist, dem der den zu übertragenden Frequenzbereich
überdeckende Tiefpaß nachgeshaltet ist.
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Bei einem sslc:aen Dämpfungsglied kann die Abschwächung des Tonfrequenvsignals
dadurch erreicht werden, daß der Schalter abwechselnd den Jeweiligen Digitaiwert
oder den Wert Null auf den Digital-Analog-Umsetzer schaltet. Dadurch erzeugt dieser
ein Signal, das abwechselnd gleich
der Jeweiligen Amplitude des
Tonfrequenzsignals oder dem Signalwert Null ist. Ebenso wie beim Dämpfungsglied
nach dem Hauptpatent läBt sich daher durch Variation des Verhältnisses zwischen
Durchschalt- und Sperrzeit des Schalters das Verhältnis der Zeiten, in denen die
dem Tonfrequenzsignal entsprechenden Digitalwerte und die Werte Null auf den Digital-Analog-Umsetzer
geschaltet werden, und damit die Spannungszeitflächen der am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers
erscheinenden Signale verändern. In Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen Durchschalt-
und Sperrzeiten des Schalters ändert sich somit auch die Amplitude des Ausgangssignals
des Tiefpasses. Die Summe aus Durchschalt- und Sperrzeit ist zweckmäßig konstant.
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Sie ist mindestens gleich der Frequenz der Digitalsignale.
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Sind diese Frequenzen etwa gleich, können Schwebungen im Ausgangssignal
auftreten. Um diese Schwebungen zu vermeiden, kann man die Oszillatoren, welche
die Frequenz der Digitalsignale und die der Steuerimpulse für den Schalter bestimmen,
miteinander synchronisieren bzw. diese Frequenzen aus den Ausgangsimpulsen desselben
Oszillators ableiten, so daß diese Frequenzen exakt gleich oder in einem ganzzahligen
Verhältnis zueinander stehen. Die genannten Schwebungen können auch dadurch vermieden
werden, daß die Steuerfrequenz des Schalters wesentlich höher als die Frequenz der
Digitalwerte ist.
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Zweckmäßig wird der Schalter so gewählt, daß er das Tonfrequenzsignal
auch sehr kurzzeitig durchschalten kann, damit das Signal stark abgeschwächt werden
kann und ein großer Regelbereich für die Abschwächung erzielt wird.
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Selbstverständlich muß der Digital-Analog-Umsetzer im Stande sein,
Impulse abzugeben, deren Spannungszeitfläche dem Produkt aus Wert und Dauer des
zugeführten Digitalsignals entspricht, was einer genügend kurzen Einstellzeit ("settling
time) des Digital-Analog-Umsetzers gleichkommt.
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Gegebenenfalls ist es möglich, die Ausgangssignale von mehreren Digital-Analog-Umsetzern
auf einen Summierverstärker zu geben und an diesen einen einzigen Tiefpaß anzuschließen,
wobei ein Zeitrahmen für die Anschaltzeiten der einzelnen Digital-Analog-Umsetzer
eingehalten werden muß (Zeitmultiplex).
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Die Steuerimpulse für den Schalter mit variablem Puls-Pausen-Verhältnis
können mit einem Impulsgeber erzeugt werden, der einen zyklisch Taktimpulse aufsummierenden
Zähler enthält und einen Impuls abgibt, wenn der Stand des Zählers kleiner als eine
vorgegebene, einen Dämpfungswert darstellende Zahl ist. Diese Zahl kann z. B. in
ein Register eingetragen werden, an das der eine Eingang eines Vergleichers angeschlossen
ist, dessen anderer Eingang mit dem Zähler verbunden ist. Solange der Zählerstand
kleiner als der Registerinhalt ist, gibt der Vergleicher ein Signal ab, das den
Schalter in die Stellung bringt, in der er das Digitalsignal durchschaltet. Ist
der Stand des Zählers größer'als der Registerinhalt, ist das Digitalsignal gesperrt,
und das Schalterausgangssignal hat den Wert Null. Selbstverständlich ist es auch
möglich, das Digitalsignal durchzuschalten, solange der Stand des Zählers größer
als der Registerinhalt ist.
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Der Impulsgeber kann auch so aufgebaut sein, daß der Zählvorgang periodisch
gestartet wird und vor jedem Zählvorgang der Zähler mit der den Dämpfungswert darstellenden
Zahl geladen wird. Beim Beginn des Zählvorganges und beim Erreichen des Zählerstandes
Null wird jeweils ein Impuls abgegeben. In der Zeit zwischen den beiden Impulsen
wird der Schalter so angesteuert, daß er das Tonfrequenzsignal durchschaltet. Das
Verhältnis der Zähl-Zyklus-Zeit zu dieser Zeit ist gleich der Abschwächung des Tonfrequenzsignals.
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Derartige Dämpfungsglieder können in einem Mischpult eingesetzt werden.
Die Dämpfungswerte können in einer zentralen Steuereinheit oder einem Rechner erzeugt
werden und Jedem Dämpfungsglied zugeführt werden. Die Dämpfungswerte werden jeweils
nur von dem DPmpfungsglied übernommen, das ein Ubernahmesignal erhält. Das Ubernahmesignal
kann auch dadurch gebildet werden, daß Jedem Dämpfungsglied eine Adresse zugeordnet
ist und von der zentralen Steuereinheit Adressensignale ausgegeben werden. Als Eingabevorrichtung
für die Adressen und die Dämpfungswerte kann die Steuereinheit eine Wähltastatur
enthalten, deren Ausgangssignale in Adressen- und Dämpfungswertregister eingetragen
werden, von denen sie parallel zu den einzelnen Dämpfungsgliedern weitergegeben
werden. An die Adressen-und Dämpfungswertregister können Anzeigeeinheiten angeschlossen
sein, welche das adressierte Dämpfungsglied und den Dämpfungswert Jeweils als eine
Dezimalzahl anzeigen.
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Die Ausgänge der Dgltal-Analog-Umsetzer mehrerer Dämpfungsglieder
können auf einen Tiefpaß geführt sein.
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Zum Mischen von zwei Signalen kann auch so vorgegangen werden, daß
dem Schalter eines Dämpfungsgliedes, der ein Umschalter ist, beide Digitalsignale
zugeführt sind, so daß er in der einen Stellung das eine Digitalsignal und in der
anderen das andere Signal zum Digital-Analog-Umsetzer durchschaltet. Das Mischverhältnis
der beiden Signale ist in diesem Falle durch das Puls-Pausen-Verhältnis des Steuersignals
für den Umschalter bestimmt.
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Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
gezeigt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen
näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen Figur 1 ein Dämpfungsglied,
Figur 2 ein
in der Anordnung nach Figur 1 einsetzbarer Schalter und Figur 3 Impulsdiagramme,
die in der Anordnung nach Figur 1 und 2 auftreten.
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Dem Dämpfungsglied nach Figur 1 wird ein Digitalsignal, welches ein
niederfrequentes, abzuschwächendes Signal darstellt, über einen Eingang E zugeführt,
von dem es zu einem Kontakt eines Schalters SCH gelangt, dessen Steuereingang über
eine Leitung SST an eine Logikschaltung LOG angeschlossen ist. An dessen Ausgang
erscheint eine Impulsfolge mit variablem Puls-Pausen-Verhältnis und einer Frequenz,
die mindestens gleich der Frequenz der Digitalsignale ist. Im Ausführungsbeispiel
sei der einfache Fall angenommen, daß die Steuerfrequenz des Schalters SCH und die
Frequenz der Digitalsignale gleich sind. Dies ist am einfachsten erreichbar, wenn
die Taktfolge der Umsetzbefehle eines das Digitalsignal erzeugenden Analog-Digital-Umsetzers
(Abtastrate) als Steuerfrequenz des Schalters verwendet wird. Ist diese nicht zugänglich,
und wird ein entsprechender Code verwendet, der die Taktrückgewinnung aus dem Digitalsignal
gestattet, so könnte folgende Schaltung eingesetzt werden: Hierzu ist an die vom
Eingang E zum Schalter SCH führende Leitung ein Flankendetektor FDT angeschlossen,
der Anderungen des Zustandes des Digitalsignals feststellt und bei Jeder Änderung
einen Impuls auf den einen Eingang einer Phasenvergleichsschaltung PVG gibt.
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Deren zweiter Eingang ist an einen Frequenzteiler FT angeschlossen,
dem hochfrequente Impulse eines Taktgebers TG1 zugeführt sind. Die Ausgangsimpulse
des Frequenzteilers FT sind daher stets in Phase mit denen des Frequenzdiskriminators
FDT. Der Schalter SCH erzeugt ein Signal, das abwechselnd das zugeführte Digitalsignal
und ein Digitalsignal mit dem Wert Null ist. Das Verhältnis der Zeiten dieser beiden
Signale ist gleich dem Puls-Pausen-Verhältnis des Steuersignals für den Schalter
SCH. Ein Digital-Ana-
log-Umsetzer DAU wandelt das Digitalsignal
in ein entsprechendes Analogsignal um; es entsteht ein zerhacktes Tonfrequenzsignal,
dessen Mittelwert in einem Tiefpaß TP gebildet wird, dessen Durchlaßkurve den zu
übertragenden Frequenzbereich überdeckt. An dessen Ausgang erscheint das abgeschwächte
Signal. Dieses wird über einen Kondensator C2 auf einen Ausgang A gegeben.
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Die Logikschaltung LOG besteht im wesentlichen aus einer bistabilen
Kippstufe, deren Rücksetzeingang R3 an den Ausgang eines Zählers Z1 angeschlossen
ist und deren Setzeingang S3 über eine Leitung SY die Impulse des Frequenzteilers
FT als Synchronisierimpulse erhält. Der Zähleingang Z2 des Zählers Z1 ist über eine
Torschaltung T3, die von den Synchronisierimpulsen gesteuert ist, mit einer Taktleitung
TT1 verbunden, auf der das hochfrequente Taktsignal des Taktgebers TG1 liegt. Die
Synchronisierimpulse sind ferner dem Setzeingang S2 des Zählers Z1 zugeführt, so
daß dieser beim Auftreten der Synchronisierimpulse den seinem übernahmeeingang U2
zugeführten Stand eines Zweirichtungszählers ZRZ übernimmt. Dieser Zweirichtungszähler
ZRZ kann seinerseits voreingestellt werden, indem seinen übernahmeeingängen U1,
U1' über Leitungen DW1, DW2 Dämpfungswerte darstellende Signalkombinationen zugeführt
sind. Sein Setzeingang S1 ist an den Ausgang einer Torschaltung T4 angeschlossen,
deren Eingänge mit Leitungen FG, ALi, ALk verbunden sind. Sein Eingang V1 für Vorwärtszählung'liegt
am Ausgang einer Torschaltung T1, deren erster Eingang mit dem Ausgang eines Taktgebers
TG2 verbunden ist, deren zweiter Eingang an einer Taste TA7 liegt und deren dritter
Eingang an einen Diskriminator DIS1 angeschlossen ist. Der Zähleingang R1 für Rückwärtszählung
liegt am Ausgang einer Torschaltung T2, die ebenfalls drei Ausgänge aufweist, von
denen der erste wieder an den Taktgenerator TG2, der zweite an einen Taster TA2
und der dritte an den Ausgang eines Diskriminators DIS2 angeschlos-
sen
ist. Der jeweilige Stand des Zweirichtungszählers ZRZ entspricht einem Dämpfungswert
und wird mit einer Anzeigeeinheit AZ1 angezeigt. Zum Einstellen von hundert Dämpfungsstufen
müssen die Zähler ZRZ und Z1 jeweils eine Kapazität von mindestens Hundert haben.
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Das Untersetzungsverhältnis des Frequenzteilers FT ist gleich der
Anzahl der gewünschten Dämpfungsstufen, z. B.
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100 Die Synchronisierimpulse und die Taktimpulse sind daher in der
Weise miteinander verkoppelt, daß nach jedem Synchronisierimpuls eine Anzahl von
Taktimpulsen folgt, die gleich der Anzahl der Dämpfungsstufen ist. Mit jedem Synchronisierimpuls
wird der Stand des Zweirichtungszählers ZRZ in den Zähler Z1 übernommen. Gleichzeitig
wird die bistabile Kippstufe der Logikschaltung LOG gesetzt, so daß der Schalter
SCH in die gezeichnete Stellung gebracht wird, in der er das anliegende Digitalsignal
zum Digital-Analog-Umsetzer DAU durchschaltet. Nach Beendigung des Synchronisierimpulses
wird die Torschaltung T3 für die Taktimpulse auf der Leitung TT1 freigegeben, deren
Frequenz z. B. 35 MHz beträgt, und der Stand des Zählers Z1 wird auf Null gezählt.
Bei Erreichen des Wertes Null gibt der Zähler Z1 einen Impuls auf den Rücksetzeingang
R3 der Logikschaltung LOG, so daß diese den Schalter SCH in die andere Stellung
bringt, in der dem Digital-Analog-Umsetzer DAU der Wert Null zugeführt wird.
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Diese Phase dauert bis zum nächsten Auftreten eines Synchronisierimpulses,
bei dem der nächste Stand des Zählers ZRZ in den Zähler Z1 übernommen wird. Ist
beispielsweise die im Zweirichtungszähler ZRZ enthaltene Zahl 53, so ist der Schalter
SCH während 53 Perioden der auf der Leitung TT1 liegenden Taktimpulse in der gezeichneten
Stellung und während 47 Taktimpulsperioden in der anderen Stellung. Am Ausgang des
Digital-Analog-Umsetzers DAU entsteht daher ein Signal, dessen Amplitude während
53 % einer Schaltperiode dem dem Eingang E zugeführten
Digitalwert
entspricht und während 47 % Null ist. Infolge der Mittelwertbildung im Tiefpaß TP
entsteht daher am Ausgang A ein Signal, das gegenüber dem Eingangssignal um den
Faktor 0,47 geschwächt ist.
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Der im Zähler ZRZ stehende Dämpfungswert kann auf zwei Arten eingestellt
werden. Zur Einstellung nach der einen Art dienen die Tasten TA1 und TA2. Wird z.
B. die Taste TAl geschlossen und gibt der Diskriminator DIS1 l'O"-Signal ab, so
gelangen über die Torschaltung T1 die niederfrequenten Taktimpulse des Taktgebers
TG2 auf den Eingang V1 für Vorwärtszählung. Der Stand des Zählers ZRZ nimmt daher
langsam zu. Wird die maximale Zählkapazität des Zählers, z. B. 99, erreicht, was
im Ausführungsbeispiel der Dämpfung Null entspricht, spricht der Diskriminator DIS1
an und gibt auf den dritten Eingang der Torschaltung T1 "L"-Signal, so daß diese
Torschaltung gesperrt ist und der Zähler ZRZ stehen bleibt. Wird die Taste TA2 geschlossen,
gelangen die niederfrequenten Taktimpulse über die Torschaltung T2 auf den Eingang
R1 für die Rückwärtszählung, so daß der Zählerstand abnimmt, bis der Zählerstand
Null erreicht ist, bei dem der Diskriminator DIS2 anspricht und die Torschaltung
T2 sperrt.
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Bei dieser Art der Einstellung des Zählers ZRZ wird somit die Dämpfung
kontinuierlich eingestellt. Die Tasten TA1 und TA2 brauchen selbstverständlich nicht
von Hand betätigt zu werden; sie können auch durch Torschaltungen realisiert sein,
die von einer automatischen Programmsteuerung gesteuert sind. Diese kann auch die
Frequenz des Taktgebers TG2 regeln, so daß der zeitliche Verlauf der Dämpfung verändert
wird.
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Bei der zweiten Art der Einstellung der Dämpfung werden die Dämpfungswerte
über die Leitungen DW1 und DW2 in dem Zweirichtungszähler ZRZ eingetragen, vorausgesetzt,
daß seinem Setzeingang S1 von der Torschaltung T4 ein Signal
zugeführt
ist. Dieses Setzsignal tritt dann auf, wenn auf eine Freigabeleitung FG und Adressenleitungen
ALi und ALk gleichzeitig Signale gegeben sind. Auf diese Art können die Dämpfungswerte
in digitaler Form von außen vorgegeben werden.
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In der bisherigen Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach Figur
1 wurde angenommen, daß die LogSkschaltung LOG den Schalter SCH in die eingezeichnete
Stellung währendder Zeiten bringt, in denen der Zähler Z1 vom vorgegebenen Stand
auf Null gezählt wird. Unter dieser Annahme entspricht die Amplitude des Ausgangssignals
des Tiefpasses TP der im Zweirichtungszähler ZRZ enthaltenen und in der Anzeigeeinheit
AZ1 angezeigten Ziffer. Je größer diese.Ziffer ist,um so kleiner ist die Dämpfung.
Statt dessen ist es auch möglich, den Schalter SCH während der Zeit, in welcher
der Zähler Z1 vom vorgegebenen Stand auf Null gezählt wird, in die andere Schaltstellung
zu bringen, so daß während dieser Zeiten dem Tiefpaß TP die Amplitude Null'zugeführt
ist und das Ausgangssignal des Tiefpasses eine um so kleinere Amplitude hat, je
größer der Inhalt des Zweirichtungszählers ZRZ ist. In diesem Falle gibt die im
Zweirichtungszähler ZRZ enthaltene Ziffer unmittelbar die Dämpfung an.
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Anstatt der in Figur 1 gezeigten Anordnung zum Erzeugen von Impulsen
mit digital einstellbarem Puls-Pausen-Verhältnis können auch andere Anordnungen
gewählt werden.
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Beispielsweise kann der Zähler Z1 fortwährend von den Impulsen auf
der Leitung TT1 durchgezählt werden. Der Zählerstand wird mit dem Stand des Zweirichtungszählers
ZRZ in einem Vergleicher verglichen. Ist der Zählerstand des fortwährend durchgezählten
Zählers kleiner oder gleich dem Stand des Zweirichtungszählers, bringt der Vergleicher
den Schalter SCH in die eingezeichnete Stellung, ist der Stand des fortwährend durchgezählten
Zählers größer als
der des Zweirichtungszählers, ist der Schalter
in die andere Stellung gebracht. Bei einer solchen Anordnung können somit die Synchronisierimpulse
entfallen. Selbstverständlich ist auch eine umgekehrte Ansteuerung des Schalters
SCH möglich.
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Figur 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Schalters SCH in der
Anordnung nach Figur 1. Mit 31, B2, B3 ... Bn sind die vom Eingang E zum Schalter
SCH führenden Leitungen bezeichnet. Der Schalter selbst wird durch UND-Glieder U1,
U2, U3 ... Un gebildet. Die einen Eingänge sind an die Eingangsleitungen B1, B2,
B3 ... Bn, die anderen Eingänge an die von der Logikschaltung LOG kommende Leitung
SST angeschlossen. Mit den Ausgängen der UND-Glieder sind die Eingänge des Digital-Analog-Umsetzers
DAU verbunden, dessen. Ausgangssignal dem Tiefpaß TP zugeführt wird. Anstelle der
UND-Glieder U1, U2 ... Un können selbstverständlich auch andere Koinzidenzglieder
verwendet werden. Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß. der Schalter sehr einfach aufgebaut
sein kann.
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Die Impulsdiagramme der Figur 3 veranschaulichen die Funktion der
Anordnung nach den Figuren 1 und 2. Der Einfachheit halber wird vorausgesetzt, daß
nur drei Eingangsleitungen entsprechend acht möglichen Amplitudenstufen vorhanden
sind. Die auf diesen auftretenden Impulsfolgen sind mit b1, b2, b3 bezeichnet. Dem
Schalter werde zunächst von der Logikschaltung ein Steuersignal sstl zugeführt,
das stets log. i ist. Die Eingangssignale b1, b2, b3 gelangen daher unverändert
auf den digitalen Analogumsetzer, so daß dieser ein durch die Signale b1, b2, b3
bestimmtes Ausgangssignal abgibt, wobei vorausgesetzt ist, daß das Signal b3 die
höchste Wertigkeit und das Signal b1 die niedrigste hat.
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Wird dem Schalter ein Steuersignal sst2 zugeführt, dessen Puls-Pausen-Verhältnis
Eins beträgt, so werden abwechselnd die Signale b1, b2, b3 und "O"-Signal dem Digital-Analog-Umsetzer
zugeführt. Dieser liefert daher ein Signal dau2, das durch Zerhacken des Signals
daul entstanden ist, wobei wegen des angenommenen Puls-Pausen-Verhältnisses von
1 : 1 des Signals sst2 auch das Puls-Pausen-Verhältnis des Signals dau2 1 : 1 beträgt.
Die Spannungszeitfläche ist daher im Vergleich zu der des Signals dau1 halbiert,
und am Ausgang des Tiefpasses entsteht ein Signal, dessen Amplitude nur halb so
groß ist wie die, wenn dem Tiefpaß das Signal daul zugeführt wird. Es ist ersichtlich,
daß bei einer Änderung des Puls-Pausen-Verhältnisses des Signals sst die Amplitude
des Ausgangssignals und damit die Dämpfung entsprechend verändert wird.