DE2948755C2

DE2948755C2 - An eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbarer Schaltkreis

Info

Publication number: DE2948755C2
Application number: DE2948755A
Authority: DE
Inventors: Kenji Hamamatsu Shizuoka Yokoyama
Original assignee: Nippon Gakki Seizo Hamamatsu Shizuoka KK; Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1978-12-04
Filing date: 1979-12-04
Publication date: 1983-08-04
Also published as: JPS5811124B2; US4280102A; JPS5575316A; GB2040627B; DE2948755A1; GB2040627A

Description

/Cl =

2jrCl(Ä1-t-Ä2)

/C2 =

2;rCl

J

RlRl RX+R2

(1)

(2)

wobei C1 der Kapazitätswert des Kondensators 2 ist " und Λ 1 br*. R 2 die Widerstandswerte der Widerstände 1 bzw. 3 sind. Die Anpassung des Dämpfungspegels oder der Kreisverstärkung //an einen Frequenzbereich über der Frequenz/C 2 wird normalerweise durch eine Anpassung von einem der Widerstände 1 bzw. 3 durchge- -. führt. Diese Anpassung bewirkt jedoch auch eine Änderung der Frequenzen/C 1 und/C2, das heißt, der aus den Gleichungen (1) und (2) ersichtlichen Frequenzcharakteristiken. Mit anderen Worten heißt dies, daß der gemäß Fig. 1 dargestellte und mit einem RC-Glied ι versehene Steuerschaltkreis eine Rückwirkung dergestalt aufweist, daß die Anpassung des Dämpfungspegels zu einem besonderen Frequenzbereich in einer Änderung des Frequenzbereiches selbst resultiert.

Aus der Druckschrift »Electronics and Communications in Japan«, VoI. 56-A, Nr. 9,1973, Seiten 55-63, ist eine Schaltung für einen Equalizer rr.it einem aktiven Hilfsnetzwerk bekannt, der bidirektional betrieben werden kann. Mit keiner der verschiedenen Typen von Equalizern mit in Kosinus-Charakteristik einstellbarer Abschwächung und Kombinationsschaltungen von Filterschaltkreisen im Gegenkopplungszweig der Equalizerschaltung ist es jedoch möglich, mit geringem Aufwand eine bezüglich eines Frequenzbandes in einem Arbeitsfrequenzbereich einstellbare Übertragungscharakteristik herzustellen.

Aus der DD-PS 1 27 121 ist eine Tonfrequenz-Korrekturschaltung bekannt, die eine Summierschaltung mit mindestens drei Eingängen und eine mit der Summierschaltung gekoppelte Multiplizierschaltung mit einem Doppelpotentüorneter aufweist. Bei einer Schaltung gemäß der DD-PS 1 27 121 ist es nicht ohne weiteres möglich, den Gegenkopplungszweig als Mehrfachanordnung von Filterschaltkreisen vorzusehe?! und somit eine selektive Verstärkungsregelung für eine Mehrzahl von Frequenzbändern in dem Arbeitsfrequenzbereich zu erzielen. Vielmehl dient die dortige Schaltung der sog. »Präsenz-Steuerung«, d.h., der Anhebung eines bestimmten Freauenzbandes eeeeniiher anHp.rp.n Πτρ.

quenzen. Eine derartige Schaltung eignet sich nicht für die Einstellung der Schaltkreisverstärkung symmetrisch zu einem bestimmten Pegel in positive und negative Richtung. Zudem ergeben die unvermeidlichen Widerstandsunterschiede zwischen den beiden Potentiometerbahnen zusätzliche Unsymmetrien.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen bezüglich des Frequenzganges einstellbaren Schaltkreis gemäß dem Obergriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der die Einstellung der Schaltkreisverstärkung ohne Änderung des Frequenzbereichs selbst mit guter Genauigkeit und symmetrisch zu einem bestimmten Pegel in positive und negative Richtungen erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, daß ein einziges Potentiometer für die Verstärkungssteuerung vorgesehen ist, und daß somit nicht nur 2» wenig konstruktiver Aufwand und wenige störanfällige Anschlüsse notwendig sind, sondern hierbei auch keine Unsymmetrien infolge mechanischen Spieles entstehen können.

Ein weiterer besonderer Vorteil ergibt sich aus der 2i Auslegung des Potentiometers mit einem geerdeten iViittenabgriff, wobei eine symmetrische Anhebung bzw. Abschwächung proportional dem eingestellten Widerstandswert erzielbar ist.

Besonders vorteilhaft ist die Wirkung des Filterschalt- jo kreises direkt auf den Gleitkontakt des Potentiometers. Hierdurch wird eine Doppelfunktion und -ausnutzung des Potentiometers erreicht, da einerseits eine Spannungsteilung von den festen Anschlüssen des Potentiometers zu dem geerdeten Mittenkontaki und anderer- a seits eine Signalweiterleitung des an dem zweiten Anschluß des Filterschaltkreises liegenden Signales über den Gleitkontakt des Potentiometers stattfindet.

Schließlich ist es bei der erfindungsgemäßen Schaltung möglich, ein passives Filter ohne besonderen schaltungstechnischen Aufwand als Filterschaltkreis einzusetzen. Ein weiterer besonderer Vorteil ergibt sich aus der Verbindungsmöglichkeit mehrerer Filterschaltkreise dergestalt, daß die weitere Schaltung nur einfach vorgesehen sein muß. 4,

Der Filterschaltkreis kann ein Tiefpaß-Filter, ein Hochpaß-Filter oder ein Bandpaß-Filter sein.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung eines Grund-Filterkreises, der in bekannten Tonsieuerkreisen verwendet wird;

Fig. 2 die Frequenzantwort-Charakteristik des Filterkreises gemäß Fig. 1;

F i g. 3 einen schematischen Schaltkreis eines, an eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbaren Schaltkreises gemäß der Erfindung;

Fig. 4 und 5 Schaltungen mit Stromlaufrichtungen zur Erläuterung des Schaltkreises gemäß Fig. 3;

F i g. 6 die Schaltung eines Tiefpaß-Filters, das als FiI- ω ter in der Schaltung gemäß Fig. 3 verwendet werden kann;

Fig. 7 die Charakteristiken der Begrenzung der Tiefenhervorhebung von der Schaltung gemäß Fig. 3, wenn ein Filter gemäß Fig. 6 verwendet wird;

Fig. 8 die Schaltung eines Hochpaß-Fiiters, das als Filter in der Schaltung gemäß F i g. 3 verwendet werden kann:

Fig. 9 die Charakteristiken der Begrenzung der Höhenhervorhebung von der Schaltung gemäß Fig. 3, wenn ein Filter gemäß Fig. 8 verwendet wird;

Fig. 10 die Schaltung eines Bandpaß-Filters, das als Filter in der Schaltung gemäß Fig. 3 verwendet werden kann;

Fig. 11 die Frequenzantwort des Bandpaß-Filters gemäß Fig. 10;

Fig. 12 die Frequenzcharakteristiken der Schaltung gemäß Fig. 3, wenn ein Filter gemäß F ig. 10 verwendet wird;

Fig. 13 die Schaltung eines anderen Bandpaß-Filters, das als Filter in der Schaltung gemäß Fi g. 3 verwendet werden kann;

Fig. 14 die Frequenzcharakteristik des Signalübertragungspfades, welcher von einem Eingangsanschluß zu dem invertierten Eingang des Operationsverstärkers in der Schaltung gemäß Fig. 13 führt;

Fig. 15 die Frequenzcharakteristik des Filterschaltkreises gernäß Fig. 13, uiiu

Fig. 16 die Charakteristiken der Begrenzung der Bandhervorhebung des Schaltkreises gemäß Fig. 3, wenn ein Filter gemäß Fig. 13 verwendet wird.

Gemäß Fig. 3 ist ein, an eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbarer Schaltkreis dargestellt, in welchem ein erster Operationsverstärker 10, ein zweiter Operationsverstärker 11, ein Potentiometer 12 und ein Filter 13 vorgesehen sind. Der erste Operationsverstärker 10 ai_t<eitet als nichtinvertierender Verstärker und weist demgemäß einen nichtinvertierenden Eingangsanschluß 10 aauf, welcher über einen Widerstand 14 mit einem Widerstandswert Ra an einen Eingangsanschluß 15 angeschlossen ist, der zum Empfang eines Eingangssignals vorgesehen ist. Der zweite, invertierende Eingangsanschluß 10 b des ersten Operationsverstärkers 10 ist mit der Schaltkreismasse bzw. -erde verbunden. Der Ausgangsanschluß 10 cdes Operationsverstärkers 10 ist mit einem Ausgangsanschluß 16 des an eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbaren Schaltkreises angeschlossen.

Der zweite Operationsverstärker 11 arbeitet als invertierender Verstärker, an dessen ersten, invertierenden Eingangsanschluß 11 oder Ausgangsanschluß 16 über einen zweiten Widerstand 17 mit einem Widerstandswert Ra angeschlossen ist und dessen zweiter nichtinvertierender Eingang mit der Schaltkreismasse bzw. -erde verbunden ist. Der Ausgangsanschluß lic des zweiten Operationsverstärkers 11 ist über einen dritten Widerstand 18 mit einem Widerstandswert Äa an den ersten invertierenden Eingangsanschluß 11 α und auch über einen vierten Widerstand 19 mit einem Widerstandswert Ra an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß 10 α des ersten Operationsverstärkers 10 angeschlossen. Das Potentiometer 12 hat einen festen Anschluß 12 α, der mit dem nichtinvertierenden ersten Anschluß 10 a des ersten Operationsverstärkers 10 verbunden ist und einen anderen festen Anschluß 12 b, der mit dem ersten invertierenden Eingangsanschluß 11a des zweiten Operationsverstärkers 11 verbunden ist und einen Mittelanschluß 12 c, der mit der Schaltkreismasse bzw. -erde verbunden ist. Der Widerstandswert des Potentiometers 12 zwischen den festen Anschlüssen 12 α und 12 b ist Rv. Das Filter 13 ist ein Schaltkreis mit drei Anschlüssen, wobei ein erster Anschluß 13 α mit dem Ausgangsanschluß 11 cdes zweiten Operationsverstärkers 11 verbunder! ist, wobei ein zweiter Anschluß 13 b über einen fünften Widerstand 20 mit einem Widerstandswert Äs mit dem Gleitkontakt 12 rf des Potentio-

meters 12 verbunden ist und wobei ein dritter Anschluß 13 emit der Schaltkreismasse bzw.-erde verbunden ist. Wenn der Gleitkontakt 12 rf des Potentiometers 12 zwischen den festen Anschlüssen 12 α und den Mittelanschluß 12 c positioniert wird, dann kann der Schaltkreis gemäß Fig. 3 in der Anordnung gemäß Fig. 4 gezeichnet werden. In Fig. 4 bedeutet Rx den Widerstandswert zwischen dem festen Anschluß 12 aund dem Sch'r.bekontakt 12 b und der Widerstandswert Ry besteht r.wischen dem Gleitkontakt 12 rf und dem Mittelanschluß 12 c In der Annahme, daß eine Eingangsspannung Klan den Eingangsanschluß 15 angelegt wird und an dem Ausgangsanschluß 16 eine Ausgangsspannung V2 abnehmbar ist, beträgt die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers 11 gleich -Vl, da der erste Widerstand 17 und der zweite Widerstand 18 gleiche Widerstandswerte Λα aufweisen. Da ferner der erste nichtinvertierende Eingangsanschluß 10a des ersten Operationsverstärkers 10 einen virtuellen Massepunkt darstellt, ergeben sich folgende Gleichungen:

*Vl = Ra- iO*	1	1	(3)
**-Vl = Ra- i**	^: Rs(H + /3) + Λχ · /2	(4)
*-T(s) ■ Vl =*	Ry	(5)
H- Rx= /3	(6)
-;0 = /I + ι	(7)

wobei 7"(5) eine Transferfunktion des Filterschaltkreises 13 ist und /0, der durch den ersten Widerstand 14 fließen^e Strom ist. Ferner stellt /2 einen Strom dar, der von dem Gleitkontakt 12 rf des Potentiometers 12 zu dem festen Anschluß 12 α führt und /3 ist ein Strom, der von dem Gleitkontakt 12 rf zu dem Mittelanschluß 12 c des Potentiometers 12 fließt.

Wenn man die Gleichung (6) in die Gleichung (5) einsetzt, dann ergibt sich:

-T(S)Vl= Rs(H₊f_y-il = (k- Rs+ Rx)H

(8)

wobei

Die Gleichung (9) zeigt, daß die Schaltkreisverstärkung der Schaltung gemäß Fig. 4 durch Veränderung des Faktors Arverändert werden kann, ohne daß dadurch die Transferfunktion T(s) des Filterschaltkreises beeinflußt wird.

Wenn der Gleitkontakt 12 rf des Potentiometers 12 in eine Position zwischen dem festen Anschluß 12 Λ und dem Mittelanschluß 12 c gebracht wird, dann kann die Schaltung gemäß F ig. 3 in der gemäß F ig. 5 dargestellten Form wiedergegeben werden.

Für diesen Fall gelten die Gleichungen:

Vl = Ra ■ /0 (10)

y^ = Ra(H + H) (11)

^Vx Ra-iO (12)

Vx = -Ra- /1 (13)

Vx ■ T(s) =-Rx · H - RsUl + i3) (14)

H-Rx = ii Ry (15)

Dabei ist V1 eine Eingangsspannung, welche an dem Eingangsanschluß 15 angelegt wird, V1 eine Ausgangsspannung, welche an dem Ausgangsanschluß 16 anliegt, Vxeine Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers 11./1 ein durch die Widerstände 14 und 19 flie-Bender Strom, / 2 ein von dem festen Anschluß 12 b zu dem Schiebekontakt 12 rfdes Potentiometers 12 fließender Strom und /3 ein von dem Mittelanschluß 12 c zu dem Schiebekontakt 12 rfdes Potentiometers 12 fließender Strom.

Da /0 = /1 ist, ergibt sich für die Gleichungen (12) und (13):

Vl

und durch Einsetzen der Gleichung (15) in die Gleichung (14) ergibt sich:

Vx-T(S)= -Rxil-kRsil

= -H(Rx +k- Rs)
wobei

Ry

Da Vx = -Vl ist, ergibt sich aus den Gleichungen

Durch Einsetzen der Gleichungen (4), (7) und (8) in so (10) und (12): die Gleichung (3) ergibt sich:

₌ Vl ■ T(s) Vl = RaiO = Ra(-il-H) * Rx+kRs ^l '

_ „ fVl Vl ■ T(s)\ ~ \Ra~ Rx+k-Rs)

f>5 und durch Einsetzen der Gleichungen (16) und (17) in die Gleichung (11) ergibt sich:

Rs

Daraus resultiert die zwischen dem Eingangsanschluß 15 und dem Ausgangsanschluß 16 gültige Transferfunktion 73c des Schaltkreises:

= Vl (1 +

Ra ■ T(s) \

_{s0 daß die Transferfiinktion} _Ty _der Schaltung gemäß Fig. 5 folgendermaßen lautet:

Rx + kRs

T(S)

Ty=I+

Rx + kRs

Das Produkt von Tx und Ty ist Tx-Ty= 1. Dies bedeutet, daß die Verstärkung der Schaltung gemäß Fig. 3 symmetrisch verändert wird, wenn der Schiebekontakt 12 i/des Potentiometers 12 von dem Mittelanschluß 12 c in Richtung auf den festen Anschluß 12 α verschoben wird bzw. wenn der Schiebekontakt 12 din Richtung des festen Anschlusses 12 b verschoben wird bezüglich der Schaltkreisverstärkung, welche erhalten wird, wenn der Schiebekontakt an dem Mittelanschluß 12 cpositioniert ist. Der Frequenzbereich, über welchen die Schaltkreisverstärkung angepaßt werden kann, wird durch die Frequenzantwort des Filterschaltkreises 13 bestimmt und außerdem wird die Antwort des Filterschaltkreises nicht durch die Anpassung des Potentiometers beeinflußt.

Fig. 6 stellt ein Tiefpaß-Filter als ein Beispiel eines Filterschaltkreises 13 dar, welcher einen Widerstand 22 mit einem Widerstandswert Rb und einen Kondensator 21 mit einem Kapazitätswert Cb umfaßt. Die Transferfunktion 7(j) des Tiefpaü-Fiiters ist:

\+s-Rb-Cb

(19)

wobei j = j ω.

Somit stellt sich die Transferfunktion Tx des Schaltkreises gemäß Fig. 4 wie folgt dar:

Tx =

1 +

Rx + k-Rs 1 +s- Rb Cb

(20)

1 +

\ +s- Rb- Cb

wobei

Ra

Ty = 1 +

Rx+k-Rs l+s-Cb-Rb

Rx + k- Rx

Die Kurve (α) in Fig. 7 zeigt eine typische Frequenzantwort des Schaltkreises gemäß Fig. 3, wenn der Schiebekontakt 12 b des Potentiometers 12 zwischen dem festen Anschluß 12 α und dem Mittelanschluß 12 c positioniert ist.

Andererseits ist die Transferfunktion Ty der Schaltung gemäß Fig. 5 dann:

\+s-Cb-Rb (21)

Die Diagrammkurve (6) in Fig. 7 zeigt die typische Frequenzantwort des Schaltkreises von Fig. 3, wenn der Schiebekontakt 12 d des Potentiometers 12 zwischen dem festen Anschluß 12 b und dem Mittelanschluß 12 cpositioniert ist. Daher liefert der Schaltkreis gemäß Fig. 3 Charakteristiken von Begrenzungen der Tiefenhervorhebung, wie in Fig. 7 dargestellt, ohne Änderung einer besonderen Frequenz (1/2 π Rb ■ Cb), welche durch den Tiefpaß-Filter bestimmt wird.

Fig. 8 zeigt ein Hochpaß-Filter als ein Beispiel eines Filterschaltkreises 13 für eine Schaltung gemäß F i g. 3 mit einem Kondensator 23, welcher einen Kapazitätswert Ck hat und mit einem Widerstand 24, welcher einen Widerstandswert Rb hat. Die Übertragungsfunktion TU) des Hochpaß-Filters ist:

TU)

1 +

a · s- Rb- Cb *+s-Rb Cb

Die Diagrammkurve (α) in Fig. 9 zeigt die Übertragungsfunktion Tx des Schaltkreises gemäß Fig. 4 und die Diagrammkurve (6) in Fig. 9 zeigt die Übertragungsfunktion 7>des Schaltkreises gemäß Fig. 5. Daher liefert die Schaltung gemäß Fig. 3 unter Verwendung eines Hochpaß-Filters gemäß Fig. 8 Charakteristiken, welche die Begrenzung der Höhenhervorhebung darstellen, wie in Fig. 9 gezeigt, ohne eine besondere Frequenz zu verändern, welche durch das Hochpaß-Filter bestimmt ist.

In der Schaltung gemäß F i g. 3 kann die Frequenzcharakteristik des Filters beispielsweise durch Veränderung des Widerstandswertes eines Widerstandes verändert werden. In diesem Falle kann die Schaltkreisverstärkung und der Frequenzbereich, über welchen die Schaltkreisverstärkung variiert werden soll, unabhängig voneinander variiert werden.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel eines Bandpaß-Filters, welches im besonderen für die Tonsteuerung über den Mittelfrequenzbereich geeignet ist. Gemäß Fig. 10 ist der nichtinvertierende Eingangsanschluß 31 α eines Operationsverstärkers 31 mit dem Eingangsanschluß 13 α verbunden. Der Ausgangsanschluß 31 cdes Operationsverstärkers 31 ist über einen Widerstand 35 mit einem Widerstandswert Rc an den invertierten Eingangsanschluß 31 b des Operationsverstärkers 31 angeschlossen bzw. rückgekoppelt und darüber hinaus ist der Ausgangsanschluß 31 c über einen Widerstand 36 mit einem Widerstandswert ran einen invertierenden Eingangsanschluß eines weiteren Operationsverstärkers 32 angeschlossen. Ein Ausgangsanschluß 32 c des weiteren Operationsverstärkers 32 ist über einen Widerstand 38 mit einem Widerstandswert (2 r) an den invertierenden Eingangsanschluß des weiteren Operationsverstärkers

32 angeschlossen bzw. rückgekoppelt und ebenso ist der Ausgangsanschluß 32 c über eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 39 mit einem Kapazitätswert Ceund einem Widerstand 40 mit einem Widerstandswert Re&n einen Eingangsanschluß 34 α eines Spannungsfjlgers 34 mit einer Einheitsverstärkung 1 angeschlossen. Der Ausgangsanschluß 31 c des Eingangsoperationsverstärkers 31 ist ebenfalls über eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 42 mit einem Widerstandswert Re und einem Kondensator mit einem Kapazitätswert Ce an den Eingangsanschluß 34 α des Spannungsfolgers 34 angeschlossen. Der Ausgangsanschluß 34 b des Spannungsfolgers 34 ist über einen Widerstand 37 mit einem Widerstandswert Rb an den invertierenden Eingangsanschluß 31 b des Eingangsoperationsverstärkers 31 und ebenso über einen Widerstand 46 mit einem Widerstandswert ran einen invertierenden Eingangsanschluß

33 b eines Ausgangsoperationsverstärkers 32 angeschlossen. Ein nichtinvertierender Eingangsanschluß 33 α des Ausgangsoperationsverstärkers 33 ist über einen Widerstand 43 mit einem Widerstandswert r an den Eingangsanschluß 31 α des Eingangsoperationsverstärkers 31 und auch über einen Widerstand 44 mit einem Widerstands wert ran den Filteranschluß 13 cdes Filters 13 sowie an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß 32 b des weiteren Operationsverstärkers 32 angeschlossen. Der Ausgangsanschluß 33 cdes Ausgangs-Operationsverstärkers 33 ist mit dem Ausgangsanschluß 13 b des Filterschaltkreises 13 und über einen Widerstand 45 mit einem Widerstandswert /-mit dessen invertierenden Eingangsanschluß 33 b verbunden.

Έα'ι der soeben beschriebenen Schaltung sind die Widerstände 40 und 42 als variable Widerstände gekoppelt, um so eine Anpassung bei der Veränderung der Mittenfrequenz des Bandpaß-Filters 13 zu erreichen.

Da bei dieser Schaltung der Widerstand 38 den doppelten Widerstandswert des Widerstands 36 aufweist, hat der weitere Operationsverstärker 32 eine Verstärkung von -2. Aus diesem Grunde ist die Transferfunktion G1 des Schaltkreises zwischen dem Ausgangsanschluß 31 c des Eingangsoperationsverstärkers 31 und des Eingangsanschlusses 34 a des Spannungsfolgers 34 durch folgende Formel gegeben:

Gl =

(_L_Y

V Ce Re)

Daraus ergibt sich folgerichtig die generelle Transfer funktion 7Ys)des Schaltkreises gemäß Fig. 10 mit:

T(s) = 1 -

TW

(22)

Rd

1 +

T(s)

Ty(s) = 1 + a ■ T(s)

(23)

(24)

ίο

Rc+ Rd

Ein Schaltkreis mit einer derartigen Transferfunktion liefert eine Bandpaß-Frequenz-Charakteristik wie sie in Fig. 11 dargestellt ist. Durch Einsetzen der Gleichung (22) in die Gleichung (9) und (18) ergibt sich:

wobei 0 S| T(s)|S 1 und O^a^Ra/Rsist.

Die Transferfunktion 7x(j) und Ty(s) stellen Frequenzantworten dar, wie sie in Fig. 12 gezeigt sind.

Wenn der Filterschaltkreis von Fig. JO in der Schaltung gemäß Fig. 3 verwendet wird, gilt:

(1) Um die Schaltkreisverstärkung zu variieren, kann k = (1 + RxIRy) variiert werden, da a = RaI(Rx + k ■ Rs) ist, d. h. es kann mit dem Potentiometer angepaßt werden;

(2) um die Mittenfrequenz/₀ zu variieren, kann entweder einer der Parameter Re bzw. Ce variiert werden, wie z. B. Re in T(s) variiert werden kann; und

(3) der Qualitätsfaktor oder die Schärfe bzw. Güte Q der Frequenzantwort kann durch Veränderung des Faktors m = RdI(Rc + Rd) in T(s) variiert werden, d. h. es muß einer der Widerstandswerte der Widerstände 35 bzw. 37 verändert werden.

In Fig. 13 ist eine andere Ausführungsform eines Filterschaltkreises dargestellt, welcher für die Tonsteuerung über den Mittelfrequenzbereich geeignet ist und

einen Operationsverstärker 50 und einen Spannungsfolger 51 und 52 umfaßt.

Ein nichtinvertierender Eingangsanschluß 50 a des Operationsverstärkers 50 ist mit dem Eingangsanschluß 13 α verbunden und dessen Ausgang 50 emit dem Ausgangsanschluß 13 b. Der SpannungsfolgerSl ist mit seinem Eingangsanschluß 51 α über eine Ssrienschaltung aus den Widerständen 53 und 54 mit den Widerstandswerten R und einer dazu parallelen Reihenschaltung aus den Kondensatoren 55 und 56 mit gleichen Wid~rstandswerten C an den Eingangsanschluß 13 α angeschlossen. Der Ausgangsanschluß 51 b des Spannungsfolgers 51 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluß 50 Λ des Operationsverstärkers 50 verbunden. Ferner ist der Ausgangsanschluß 51 b über ein Potentiometer 57 mit dem Filteranschluß 13 c verbunden. Der Spannungsfolger 52 ist mit seinem Eingangsanschluß 52 α an den Schiebekontakt des Potentiometers 57 angeschlossen und der Ausgangsanschluß 52 b des Spannungsfolgers 52 ist über einen Widerstand 58 mit einem Widerstandswert von R/2 mit dem Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 55 und 56 verbunden. Ferner ist der Ausgang 52 b des Spannungsfolgers 52 über einen Kondensator 59 mit einem Widerstandswert von 2 C mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 53 und 54 verbunden.

Die Transferfunktion T'(s) der Schaltung zwischen dem Anschluß 13 α des Filters gemäß der Schaltung 13 und dem invertierenden Eingangsanschluß 50 b des Operationsverstärkers 50 kann durch folgende Formel dargestellt werden:

s² +

T(S) =

Uc)

Die Transferfunktion 'T'(s) liefert eine Sperrfilter-Frequenzantwort wie in Fig. 14 dargestellt.

Wenn daher der Operationsverstärker 50 eine Einheitsverstärkung aufweist, ist die Transferfunktion T(s) des Gesamtschaltkreises, wie in Fig. 13 dargestellt, durch folgende Formel auszudrücken:

s² +

T(s) =

-C

(25)

wobei π = RbI(Ra + Rb) ist. Ferner ist Ra der Widerstandswert zwischen dem Gleitkontakt des Potentiometers 57 und dem invertierten Eingangsanschluß 50 b des Operationsverstärkers 50 und Rb ist der Widerstandswert zwischen dem Gleitkontakt des Potentiometers 57 und dem Anschluß 13 c Der Filterkreis von F i g. 13 hat eine Frequenzantwort eines Bandpasses wie in Fig. 15 dargestellt.

Die Transferfunktionen Tx (s) und Ty(S) der Schaltung gemäß Fig. 3 verwenden die Filter gemäß Fig. 13 und lauten:

Tx(s)

1 + a ■ T(s)

Ty(s) = 1 + a ■ T(s)

Mit Fig. 16 sind die Frequenzantwort-Charakteristiken des Schaltkreises gemäß F i g. 3 mit diesen Transferfunktionen dargestellt

Wenn der Filterkreis gemäß Fig. 13 in der Schaltung gemäß Fig. 3 verwendet wird, gilt:

(1) Zur Veränderung der Schaltkreiwerstärkung wird das Potentiometer 12 entsprechend eingestellt;

(2) zur Veränderung der Mittenfrequenz bzw. Trägerfrequenz wird einer der Parameter R bzw. Fin der Funktionsgleichung T(s) wie z. B. R verändert; und

(3) die Schärfe bzw. Güte Q des Schaltkreises kann durch Veränderung des Faktors η = RbI(Ra + Rb) in der Funktionsgleichung 7(s) verändert werden, d. h. durch Veränderung des Potentiometers 57.

In der Schaltung gemäß F i g. 3 sind die Anschlüsse (α) und (ö) virtuille Massepunkte, d.h. daß an den Anschlüssen (α) und (6) die Impedanz im wesentlichen null Ohm beträgt.

An dem Anschluß (c), welcher der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 11 ist, ist die Impedanz im wesentlichen null Ohm. Wenn daher eine Vielzahl von Schaltungen, wie sie innerhalb der gestrichelten Umfangslinie in Fi g. 3 dargestellt sind, parallel an den Anschlüssen (α), (6) und (c) miteinander verbunden werden, dann beeinflussen ihre Charakteristiken sich nicht gegenseitig. Wenn beispielsweise eine Schaltung mit einem Tiefpaß-Filter gemäß Fig. 6, eine Schaltung mit einem Hochpaß-Filter gemäß F i g. 8 und eine Schaltung mit einem Bandpaß-Filter gemäß Fig. 10 oder 13 parallel miteinander an den Anschlüssen (α), (δ) und (c) verbunden werden, ist es möglich, eine dreifach Tonsteuerung über einen Niederfrequenzbereich, einen mittleren Frequenzbereich und einen hohen Frequenzbereich zu erhalten.
Während bei der Schaltung gemäß Fig. 3 der erste

is und zweite Operationsverstärker 10 und 11 so miteinander verbunden sind, daß sie als nichtinvertierender bzw. invertierender Verstärker arbeiten, ist es auch möglich, den ersten und zweiten Operationsverstärker 10 und 11 so miteinander zu verbinden, daß sie als invertierende bzw. nichtinvertierende Verstärker arbeiten, d. h. daß die Invertierung an den Verstärkern vertauscht wird.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. An eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbarer Schaltkreis, insbesondere für die Verwendung im Audio-Frequenzbereich, mit einem ersten Operationsverstärker (10) mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß (10 α), welcher über einen ersten Widerstand (14) an einen für den Empfang eines Eingangssignales vorgesehenen Eingangsan-Schluß (15) angeschlossen ist, und mit einem invertierenden Eingangsanschluß (10 b) und mit einem Ausgangsanschluß (10 c), welcher mit einem zur Abgabe eines Ausgangssignales vorgesehenen Ausgangsanschluß (16) verbunden ist; mit einem zweiten Operationsverstärker (11) mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß (11 b), welcher mit der Schaltkreismasse verbunden ist, und mit einem invertierenden Eingangsanschluß (11 a), weicher über einen zweiten Widerstand (17) an den Aus£?ngsanschluß (16) des ersten Operationsverstärker (10) angeschlossen ist, und mit einem Ausgangsanschluß (11 c), welcher über einen dritten Widerstand (18) an den invertierenden Eingangsanschluß (11 α) des zweiten Operationsverstärkers (11) angeschlossen ist;

mit einem Potentiometer (12) mit einem ersten und einem zweiten festen Anschluß (12 a, 12 b), mit einem Mittelanschluß (12 c), welcher mit der Schaltkreismasse verbunden ist, und mit einem Gleitkon- jo taktanschluß (12 d); und mit einem Filterschaltkreis (13) mit einem ersten Anschluß (13 a) und mit einem zweiten Anschluß (13 6), dadurch gekennzeichnet,

daß der invertierende Eii.gangsanschluß (10 b) des ersten Operationsverstärkers (lsi mit der Schaltkreismasse verbunden ist,

daß der invertierende Eingangsanschluß (11 α) des zweiten Operationsverstärkers (11) auch über einen vierten Widerstand (19) an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß (10 a) des ersten Operationsverstärkers (10) angeschlossen ist,
daß der erste feste Anschluß (12 σ) des Potentiometers (12) mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß (10 a) des ersten Operationsverstärkers r> (10) und der zweite feste Anschluß (12 b) des Potentiometers (12) mit dem invertierenden Anschluß (11 ä) des zweiten Operationsverstärkers (11) verbunden ist, und

daß der erste Anschluß (13 α) des Filterschaltkreises (13) mit dem Ausgangsanschluß (11 c) des zweiten Operationsverstärkers (11) und der zweite Anschluß (13 b) des Filterschaltkreises (13) mit dem Gleitkontaktanschluß (12 d) des Potentiometers (12) verbunden ist, und daß der Filterschaltkreis (13) einen dritten Anschluß (13 c) aufweist, der mit der Schaltkreismasse verbunden ist.

2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten bis vierten Widerstände (14, w> 17, 18,19) im wesentlichen dieselben Widerstandswerte (Λα) aufweisen.

3. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterschaltkreis (13, Fig. 6) ein Tiefpaß-Filter ist. tn

4. Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterschaltkreis (13, F i g. 6) einen Widerstand (22) aufweist, welcher zwischen dem ersten und zweiten Anschluß (13 α und 13 b) geschaltet ist und daß ein Kondensator (21) zwischen den zweiten und dritten Anschluß (13 b und 13 c) geschaltet ist

5. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterschaltkreis (13, Fig. 8) ein Hochpaß-Filter ist

6. Schaltkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterschaltkreis (13, Fig. 8) einen Kondensator (23) aufweist, welcher zwischen den ersten und zweiten Anschluß (13 α und 13 ö) geschaltet ist und daß ein Widerstand (24) zwischen den zweiten und dritten Anschluß (13 b und 13 c) geschaltet ist

7. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterschaltkreis (13, Fig. 10, Fig. 13) ein Bandpaß-Filter ist

8. Schaltkreis nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Filterschaltkreis (13, Fig. 10) mit
einem dritten Operationsverstärker (31), welcher einen nichtinvertierenden Eingangsanschluß (31 a) aufweist, der mit dem ersten Anschluß (13 α) verbunden ist und mit einem invertierenden Eingangsanschluß (31 b) und mit einem Ausgangsanschluß (31 c), welcher über einen 5. Widerstand (35) mit dem invertierenden Eingangsanschluß (31 b) des dritten Operationsverstärkers (31) verbunden ist; und

mit einem vierten Operationsverstärker (32), welcher einen invertierenden Eingangsanschluß (32 α) aufweist, welcher über einen sechsten Widerstand (36) mit dem Ausgangsanschluß (31 c) des dritten Operationsverstärkers (31) verbunden ist und mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß (32 b), welcher mit dem dritten Anschluß (13 c) verbunden ist und mit einem Ausgangsanschluß (32 c), welcher über einen siebten Widerstand (38) mit dem invertierenden Eingangsanscbluß (32 α) des vierten Operationsverstärkers (32) verbunden ist; und
mit einer Serienschaltung aus einem achten Widerstand (40) und einem ersten Kondensator (39) und mit einer Parallelschaltung aus einem neunten Widerstand (42) und einem zweiten Kondensator (41), wobei die Serienschaltung und die Parallelschaltung zueinander in Serie zwischen den Ausgangsanschluß (32 c) des vierten Operationsverstärkers (32) und den Ausgangsanschluß (31 c) des dritten Operationsverstärkers (31) geschaltet sind; und mit einem Spannungsfolger (34), der einen Eingangsanschluß (31 a) aufweist, welcher mit dem Verbindungspunkt zwischen der Serienschaltung und der Parallelschaltung verbunden ist und mit einem Ausgangsanschluß (34 6), der über einen zehnten Widerstand (37) an dem invertierten Eingangsanschluß (31 b) des dritten Operationsverstärkers (31) angeschlossen ist; und

mit einem fünften Operationsverstärker (33), welcher einen nichtinvertierenden Eingangsanschluß (33 α) aufweist, der über einen elften Widerstand (43) an den ersten Anschluß (13 a) und auch über einen zwölften Widerstand (44) an den dritten Anschluß (13 c) angeschlossen ist und mit einem invertierenden Eingangsanschluß (33 b), der über einen dreizehnten Widerstand (46) an den Ausgangsanschluß (34 o) des Spannungsfolgers (34) angeschlossen ist und mit einem Ausgangsanschluß (33 c), der über einen vierzehnten Widerstand (45) an den invertierenden Eingangsanschluß (33 b) des

fünften Operationsverstärkers (33) und auch den zweiten Anschluß (13 b) angeschlossen ist

9. Schaltkreis nach Ansprach 8, dadurch gekennzeichnet, daß der siebte Widerstand (38) im wesentlichen den doppelten Widerstandswert (r) des sechsten Widerstandes (36) aufweist und daß der achte und neunte Widerstand (40 und 42) im wesentlichen dieselben Widerstandswerte (,Re) aufweisen und daß der erste und zweite Kondensator (39 und 41) im wesentlichen dieselben Kapazitätswerte (Ce) aufweisen.

10. Schaltkreis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der achte und der neunte Widerstand (40 und 42) gekoppelte variable Widerstände sind.

11. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1,2 und 7 und 8, gekennzeichnet durch einen Filterschaltkreis (13, Fig. 13) mit

einem dritten Operationsverstärker (50), der einen nichtinvertterenden Eingangsanschluß (50 a) aufweist, weither an den ersten Eingangsanschluß (13 a) angeschlossen ist und mit einem invertierenden Eingarigsanschluß (50 b), welcher über ein zweites Potentiometer (57), das einen Gteitkontaktanschluß (52 a) hat, arj den dritten Anschluß (13 c) angeschlossen ist und mit einem Ausgangsanschluß (50 c), welchermit dem zweiten Anschluß (13 b) verbunden ist; und mit

einem ersten Spanrjiingsfolger (51), welcher einen Ausgangsanschluß (51 b) aufweist, der mit dem invertierenden Eingangsanschluß (50 b) des dritten Operationsverstärker« (50) verbunden ist; und mit einer Serienschaltung aus einem fünften und einem sechsten Widerstand (53 und 54) und einer Serienschaltung aus einem ersten und einem zweiten Kondensator (55 und 56), wobei die beiden Serienschaltungen parallel miteinander verbunden zwischen der. ersten Eingangsiinschluß (13 a) und den Eingangsanschluß (51 a) des ersten Spannungsfolgers (51) geschaltet sind; und mit
einem zweiten Spannungsfolger (52), welcher einen Eingangsanschluß (52 a) aufweist, der mit dem Gleitkontakt des zweiten Potentiometers (57) verbunden ist und mit einem Ausgangsanschluß (52 b), der über einen siebten Widerstand (58) mit dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und zweiten ^ Kondensator (55 und 56) und über einen dritten Kondensator (59) mit dem V<?rbindungspunkt zwischen dem fünften und sechsten Widerstand (53 und 54) verbunden ist.

12. Schaltkreis nach Anspruch 11, dadurch ge- . kennzeichnet, daß der erste und der zweite Kondensator (55 und 56) im wesentlichen dieselben Kapazitätswerte (C) aufweisen und daß der fünfte und der sechste Widerstand (53 und 54) im wesentlichen denselben Widerstandswert (R) aufweisen und daß > der siebte Widerstand (58) im wesentlichen die Hälfte des Widerstandswertes des fünften oder sechsten Widerstandes (53 und 54) aufweist und daß der dritte Kondensator (59) im wesentlichen den doppelten Kapazitätswert des ersten oder zweiten Kondensators (55 oder 56) aufweist.

13. Sehaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterschaltkreis (13) ein Tiefpaß-Filter (Fig. 6) und/oder ein Hochpaß-Filter (Fig. 8) und/oder ein Bandpaß-Filter (Fig. 10; Fig. 13) zueinander parallel geschaltet aufweist.

Die Erfindung betrifft einen an eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbaren Schaltkreis, insbesondere für einen Tonsteuerschaltkreis gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Normalerweise weisen in Tonfrequenzverstärkersystemen verwendete Tonsteuerschaltkreise Frequenzantwort-Charakteristiken auf, welche sowohl in der Tiefenhervorhebung als auch in der Höhenhervorhebung eine Beschneidung aufweisen. Um derartige Frequenzantwort-Charakteristiken zu erhalten, gibt es verschiedene Tonsteuerschaltkreise, die im allgemeinen ein RC-Glied, wie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt, aufweisen. Das RC-Glied gemäß Fig. 1 ist ein Grund-Tiefenhervorhebungs- oder Höhenbegrenzungs-Glied, das aus den Widerständen 1 und 3 und einem Kondensator 2 besteht und das eine in F i g. 2 dargestellte Frequenzantwort aufweist. Die Dämpfungsfrequenz/Cl bzw. die Ubergangsfrequenz/C2 dieses Gliedes ergibt sich aus nachfolgenden Gleichungen: