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Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines akustischen Signals
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mit einstellbarer Lautstärke Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
zum Erzeugen eines akustischen Signals mit einstellbarer Lautstärke gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Es ist bereits eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines akustischen
Signals mit einstellbarer Lautstärke aus der DE-OS 25 54 219 bekannt. Bei dieser
bekannten Schaltungsanordnung werden einem als elektroakustischen Wandler vorgesehene
Lautsprecher Impulse zugeführt, deren Impulspausenverhältnis veränderbar ist. Die
Folgefrequenz der Impulse bestimmt die Höhe des vom Lautsprecher abgegebenen Tones,
und die Impulsdauer der Impulse entspricht der Lautstärke.
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Die Impulse werden unter Verwendung einer monostabilen Kippstufe erzeugt,
und die Impulsdauer wird mittels eines an der monostabilen Kippstufe angeschlossenen
Potentiometers eingestellt.
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Gelegentlich besteht der Wunsch, die Lautstärke des akustischen Signals
in Abhängigkeit von den Binärwerten von Steuersignalen stufenweise zu verändern.
Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Steuersignale in einem Mikrocomputer
erzeugt werden. Für eine Einstellung der Lautstärke unter Verwendung der binären
Steuersignale ist die bekannte Schaltungsanordnung nicht vorgesehen und auch nicht
geeignet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
anzugeben, mittels der die Lautstärke eines akustischen Signals unter Verwendung
von binären Steuersignalen stufenweise einstellbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
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Die Schaltungsanordnung eignet sich insbesondere für die Verwendung
im Zusammenhang mit einem Mikrocomputer, der an den Ausgängen eines entsprechenden
Ausgabebausteins die Steuersignale abgibt. Zusätzlich kann an dem Ausgabebaustein
ein Freigabesignal abgegeben werden, das über ein binäres Verknüpfungsglied die
tonfrequenten Rechtecksignale über den Verstärker zum elektroakustischen Wandler
durchschaltet.
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Die stufenweise Änderung der Lautstärke erfolgt zweckmässigerweise
dadurch, daß die Steuersignale über Anpassungsverstärker einem Widerstandsnetzwerk
zugeführt werden, das die Verstärkung des Verstärkers verändert, wobei über Anpassungsverstärker
einzelne Widerstände zu- und/oder abgeschaltet werden. Das Widerstandsnetzwerk ist
bei einer bevorzugten Ausführungsform als Spannungsteiler ausgebildet, dessen Abgriffen
die Steuersignale über die Anpassungsverstärker zugeführt werden.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung
anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig 1 ein Blockschaltbild der
Schaltungsanordnung, Fig. 2 ein Schaltbild der Schaltungsanordnung.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbild werden von einem Taktgeber
TG tonfrequente Rechtecksignale T1 erzeugt und einem ersten Eingang, eines als UND-Glied
ausgebildeten Verknüpfungsglied U zugeführt. Am zweiten Eingang des UND-Glieds U
liegt ein Freigabesignal F an, das immer dann,
wenn es den Binärwert
1 hat, das Rechtecksignal T1 zum Ausgang des UND-Gliedes U durchschaltet. Ein Verstärker
V verstärkt das vom UND-Glied U abgegebene Rechtecksignal T2 und gibt an seinem
Ausgang ein verstärktes Rechtecksignal T3 an einen elektroakustischen Wandler L
ab, der als Piezoelement oder vorzugsweise als Lautsprecher ausgebildet ist.
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Das Freigabesignal F wird am Ausgang eines Ausgabebausteins P abgegeben,
der über einen Bus B an einem Mikrorechner MR angeschlossen ist. Außer dem Freigabesignal
F erzeugt der Mikrorechner MR über den Ausgabebaustein P auch Steuersignale S1 bis
Sn, mit denen die Lautstärke des vom Wandler abgegebenen Tons stufenweise einstellbar
ist. Die Steuersignale S1 bis Sn werden einer Schaltstufe S zugeführt, die ausgangsseitig
mit dem Verstärker V verbunden ist, und die dessen Verstärkung steuert. Der Taktgeber
TG kann einen eigenen Oszillator enthalten oder als Frequenzteiler ausgebildet sein,
der aus einem im Mikrorechner MR erzeugten Taktsignal die Rechtecksignale T1 erzeugt.
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Der in Fig. 2 dargestellte Verstärker V wird aus einem Anpassungsverstärker
V1, einem Vorverstärker V2 und einem Endverstärker gebildet, der seinerseits aus
einem Verstärker V3 und einem nachgeschalteten Transistor T besteht.
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Am Emitter des Transistors T ist ein Lautsprecher L angeschlossen.
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Die Schaltstufe S ist für zwei Steuersignale S1 und S2 ausgebildet
und weist für jedes einen Anpassungsverstärker V4 bzw. V5 auf. Weiterhin enthält
sie ein aus Widerstanden R1 bis R3 gebildetes Widerstandsnetzwerk. Dieses ist vorzugsweise
als Spannungsteiler ausgebildet, desen Abgriffe über Dioden D1 und D2 mit den Anpassungsverstärkern
V4 bzw. V5 verbunden sind.
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Die Anpassungsverstärker V1, V4 und V5 dienen in erster Linie zum
Umsetzen der Pegel der von dem UND-Glied U und dem Ausgabebaustein P abgegebenen
Signale in für die Verstärker V2 und V3 geeigneter Signale. Als Verstärker V1 bis
V5 können allgemein bekannte Operationsverstärker verwendet werden, die beispielsweise
unter der Bezeichnung LM324N im Handel erhältlich sind. Als Versorgungsspannungen
sind bei den Verstärkern V1 bis V5 die Betriebsspannungen +U2 und -U2 vorgesehen,
die beispielsweise +12V bzw. -12V betragen. Das UND-Glied U und;der Ausgabebaustein
P werden mit einer Betriebsspannung +U1 versorgt, die beispielsweise +5V' beträgt.
An den invertierenden Eingängen der Verstärker V1, Vh und V5 liegt eine konstante
Spannung von etwa 1,5V an, die mittels eines aus Widerständen R4 und R5 gebildeten
Spannungsteilers erzeugt werden.
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Das Rechecksignal T2 wird dem Verstärker Vi über einen Vorwiderstand
R6 am nichtinvertierenden Eingang zugeführt.
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Nach der Pegelumsetzung gelangt das Rechtecksignal über einen Vorwiderstand
R7 zum invertierenden Eingang des Vorverstärkers V2. Dieser weist einen Gegenkopplungswiderstand
R8 auf, mit dem seine Verstärkung eingestellt wird.
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Außerdem liegt an seinem nichtinvertierenden Eingang über einen Widerstand
R9 die Betriebsspannung +U1 an. Nach der Vorverstärkung gelangt das Rechtecksignal
zum nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers V3, der einen Gegenkopplungswiderstand
R10 aufweist. Die Verstärkung des Verstärkers V3 wird durch den Quotienten aus dem
Widerstand R10-und den Widerständen R1, R1 und R2 oder R1, R2 und R3 festgelegt.
Das verstärkte Rechtecksignal gelangt über eine Diode D3 und über den Transistor
T zum Lautsprecher L. Die Diode D3 und der Widerstand Ril sind vorgesehen, um ein
sicheres Sperren des Transistors T in den Impulspausen des Rechtecksignals zu gewährleisten.
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Das Freigabesignal F und die Steuersignale S1 und S2 werden, wie bereits
erwähnt, in einem Ausgabebaustein erzeugt, der über den Bus B am Mikrorechner MR
angeschlossen ist.
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Derartige Ausgabebausteine, die auch als Port-Bausteine bezeichnet
werden, sind allgemein bekannt und beispielsweise unter der Bezeichnung 8255A im
Handel erhältlich. Der Ausgabe-Baustein kann Speicher enthalten, in denen die Signale
F, S1 oder 52 zwischengespeichert werden. Diese Speicher werden über den Bus B vom
Mikrorechner MR gesetzt oder zurückgesetzt.
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Die Steuersignale S1 und S2 gelangen über Vorwiderstände R12 bzw.
R13 zu den Verstärkern V4 und V5. Wenn die Steuersignale S1 und S2 jeweils den Binärwert
0 aufweisen, lieç gen an den Ausgängen der Verstärker V4 und V5 negative Spannungen
an, die etwa der negativen Betriebsspannung -U2 entsprechen. Die Dioden D1 und D2
sind damit gesperrt und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers V3 ergibt sich aus
dem Quotienten aus dem Widerstand R10 und der Summe der Widerstände R1, R2 und R30
Am Lautsprecher L wird damit ein Ton mit verhältnismäßig niedriger Lautstärke ausgegeben.
Wenn das Signal S2 den Binärwert 1 annimmt, liegt am Ausgang des Verstärkers V5
eine positive Spannung an, die etwa der positiven Spannung U2 entspricht und die
Diode D2 wird leitend. Die Verstärkung des Verstärkers V3 ergibt sich in diesem
Fall aus dem Quotienten des Widerstands R10 und der Summe der Widerstände R1 und
R2. Der vom Lautsprecher L abgegebene Ton weist dann eine mittlere Lautstärke auf
Wenn das Signal S1 den Binärwert 1 hat, wird am Ausgang des Verstärkers V4 eine
positive Spannung abgegeben, und die Diode D1 ist leitend. in diesem Fall ergibt
sich die Verstärkung des Verstärkers V3 aus dem Quotienten des Widerstandes R10
und des Widerstandes Ri. Hierbei ist der Binärwert des Steuersignals S2 ohne Bedeutung.
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Unter Verwendung der Steuersignale S1 und S2 lassen sich somit drei
verschiedene Lautstärken auf digitale Weise einstellen. Es besteht auch die Möglichkeit,
unter Verwendung der Steuersignale S1 und 52 vier verschiedene Lautstärken einzustellen.
Beispielsweise kann der Widerstand R1 in Serie zur Diode D1 geschaltet werden. Wenn
beide Steuersignale S1 und S2 den Binärwert 0 aufweisen, hängt die Verstärkung von
der Summe der Widerstände R2 und R3 ab. Wenn nur das Steuersignal S2 den Binärwert
1 hat, hängt die Verstärkung vom Widerstand R2 ab. Wenn nur das Steuersignal S1
den Binärwert 1 hat, bestimmt eine Parallelschaltung aus dem Widerstand Rl und der
Serienschaltung der Widerstände R2 und R3 die Verstärkung, und wenn beide Steuersignale
den Binärwert 1 haben, bestimmt eine Parallelschaltung aus den Widerständen R1 und
R2 die Verstärkung des.Verstärkers V3.
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6 Patentansprüche 2 Figuren