DE3231919C2

DE3231919C2 -

Info

Publication number: DE3231919C2
Application number: DE19823231919
Authority: DE
Inventors: Omar Dipl.-Ing. 1000 Berlin De Bitar
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1982-08-27
Filing date: 1982-08-27
Publication date: 1991-12-12
Also published as: DE3231919A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer aktiven Niederfrequenz-Tiefpaßfilteranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.

Es ist allgemein eine aktive Niederfrequenz-Tiefpaßfilteranordnung bekannt (DE 28 31 107), die eine Kettenschaltung aus einem aktiven und einem passiven Filter umfaßt.

Es gibt weiterhin aktive Niederfrequenz-Tiefpaßfilteranordnungen, die aus einer Reihenschaltung von aktiven Tiefpaßfiltern verschiedener Filtercharak teristik bestehen. Derartige Filteranordnungen werden beispielsweise hinter Mikrofonverstärkern in Sprechfunkgeräten eingesetzt. Dabei muß die Filter anordnung eine bestimmte, durch Vorschriften festgelegte Kennlinie aufweisen, die bisher nur dadurch erreicht werden konnte, daß man sich mit einer nicht verzerrten (sinusförmigen) Ausgangsspannung von nur etwa 75% der maximalen Ausgangsspannung der Filteranordnung zufriedengab.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebene aktive Niederfrequenz-Tiefpaßfilteranordnung derart weiterzubilden, daß die unver zerrte Ausgangsspannung (U₀₁ in Fig. 1B, Kurvenverlauf b) der Filteranordnung näher an den Spitzenwert der begrenzten unverzerrten Ausgangsspannung (U₀₁ in Fig. 1A, Kurvenverlauf a) herankommt.

Lösung

Diese Aufgabe wird durch die aktive Niederfrequenz-Tiefpaßfilteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mit dieser Anordnung ist der Vorteil verbunden, daß, um eine verzerrungsfreie, sinusförmige Ausgangsspannung U₀₂ zu erhalten, die Eingangsspannung U_I größer sein darf als bei einer Anordnung nach dem Stand der Technik. Beispielsweise kann die unverzerrte Ausgangsspan nung der Filteranordnung bis zu etwa 95% der maximalen Ausgangsspannung er reichen, wobei der vorgeschriebene Kennlinienverlauf eingehalten wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgen den Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1A die maximale Ausgangsspannung U₀₁ eines bekannten aktiven Niederfrequenz-Tiefpaß filters bei Übersteuerung (a) und bei Nichtübersteuerung (b),

Fig. 1B die maximale Ausgangsspannung U₀₂ eines erfindungsgemäßen Filters bei Übersteu erung (a) und bei Nichtübersteuerung (b),

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungs gemäßen aktiven Niederfrequenz-Tiefpaß filteranordnung mit Spannungsverläufen A bis D an den Schaltungspunkten A bis D des Blockschaltbildes und

Fig. 3 die Kennlinien von Verstärker (1), Bessel-Filter (2), Verstärker und Bessel- Filter (3) sowie Verstärker, Bessel-Filter und Tschebyscheff-Filter (4) bei nicht begrenztem Signal.

Beschreibung der Erfindung

Wird ein bekannter Niederfrequenzverstärker stark über steuert, so liefert er eine annähernd rechteckförmige Ausgangsspannung. Eine dem Niederfrequenzverstärker nach geschaltete bekannte aktive Tiefpaßfilteranordnung gibt dann eine verzerrte Niederfrequenzspannung U₀₁ ab; vgl. Fig. 1A, Spannungsverlauf a. Wird der Niederfrequenz verstärker nur so weit ausgesteuert, daß die Ausgangs spannung U₀₁ der Filteranordnung sinusförmig ist, dann beträgt die Ausgangsspannung nur etwa 75% der maximalen Ausgangsspannung; vgl. Fig. 1A, Spannungsverlauf b. Die in Fig. 1A gezeigten Spannungsverläufe gelten für eine Frequenz von 1000 Hz.

Eine Erhöhung der unverzerrten Ausgangsspannung bis zu 95% der maximalen Ausgangsspannung unter Einhaltung des vorgeschriebenen Kennlinienverlaufs läßt sich erzielen, wenn man die in dem Blockschaltbild nach Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Filteranordnung verwendet.

In dem Blockschaltbild bezeichnet 10 ein Mikrofon, zum Beispiel ein Sprechfunkgeräte-Mikrofon, an das sich ein Mikrofon-Vorverstärker 11 anschließt. Auf den Mikrofon vorverstärker folgt eine erfindungsgemäße aktive Nieder frequenz-Tiefpaßfilteranordnung 12; vgl. den in Fig. 2 durch strichpunktierte Linien umrahmten Schaltungsteil. Die Filteranordnung 12 setzt sich aus einer Reihenschal tung aus einem Verstärker 13, einem Bessel-Filter 14 und einem Tschebyscheff-Filter 15 zusammen, dessen Ausgang 16 den Ausgang der Filteranordnung bildet. Der Verstärker 13 und die Filter 14 und 15 enthalten als aktive Bauteile je einen Operationsverstärker 17, 18, 19.

Im einzelnen ist der Ausgang des Vorverstärkers 11 mit dem nichtinvertierenden Eingang 20 des Operationsverstärkers 17 verbunden, dessen invertierender Eingang 21 über eine erste Reihenschaltung aus einem Widerstand 22 und einem Kondensa tor 23 hohen Kapazitätswertes mit Masse verbunden ist. Der ersten Reihenschaltung ist eine zweite Reihenschaltung aus einem Widerstand 24 und einem Kondensator 25 kleinen Kapa zitätswertes parallelgeschaltet. Den Ausgang 26 des Operationsverstärkers 17 und den invertierenden Eingang 21 verbindet ein Gegenkopplungswiderstand 27, und zwischen dem Ausgang 26 und Masse liegt eine dritte Reihenschaltung aus einem Potentiometer 28 und einem Kondensator 29. Der Schleifer des Potentiometers 28 steht mit dem Eingang des Bessel-Filters 14 in Verbindung, dessen Aufbau nicht näher beschrieben zu werden braucht, da er dem Fachmann bekannt ist. Das gleiche gilt für das Tschebyscheff-Filter 15, das zwischen dem Ausgang des Bessel-Filters 14 und dem Ausgang 16 der Filteranordnung liegt.

Wesentlich für die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Filteranordnung sind die Einbeziehung des Verstärkers 13 in die Filteranordnung, die getroffene Filterauswahl und die Dimensionierung der Filteranordnung.

In Fig. 3 sind die an eine aktive Tiefpaßfilteranordnung gestellten Forderungen gezeigt. In einem Frequenzbereich zwischen 300 und 3000 Hz muß die Kennlinie der Filteranordnung innerhalb des durch eine obere (o) und eine untere (u) Grenz linie gegebenen Dämpfungsbereiches liegen und bei einer Frequenz von etwa 6000 Hz eine Dämpfung von zum Beispiel 18 dB aufweisen; vgl. Grenzlinie s.

Während der Vorverstärker 11 die von dem Mikrofon 10 abgege bene Mikrofonspannung in der üblichen Weise verstärkt, ist der Operationsverstärker 17 des anschließenden Verstärkers 13 derart beschaltet und dimensioniert, daß er in einem Frequenz bereich unterhalb einer bestimmten Frequenz von zum Beispiel 1000 Hz annähernd linear verstärkt. Oberhalb der bestimmten Frequenz weist er eine zunehmende Verstärkung auf; vgl. strichpunktierte Kennlinie 1 in Fig. 3. Die beschriebene Frequenzabhängigkeit des Verstärkers 13 ist im wesentlichen auf die zweite Reihenschaltung aus dem Widerstand 24 und dem Kondensator 25 zurückzuführen.

Der Operationsverstärker 18 des auf den Verstärker 13 folgenden Bessel-Filters 14 ist derart beschaltet und bemessen, daß es einen von der bestimmten Frequenz an stark abfallenden Dämpfungs verlauf aufweist; vgl. punktierte Kennlinie 2 in Fig. 3. Die Kennlinie 2 des Bessel-Filters 14 ergibt in Verbindung mit der Kennlinie 1 des Verstärkers 13 eine resultierende Kennlinie 3 (gestrichelte Kennlinie in Fig. 3), die von der bestimmten Frequenz an etwas weniger stark abfällt als die Kennlinie 2.

Der Operationsverstärker 19 des sich an das Bessel-Filter 14 anschließenden Tschebyscheff-Filters 15 ist derart beschaltet und bemessen, daß die Kennlinien von Verstärker, Bessel-Filter und Tschebyscheff-Filter eine resultierende Kennlinie 4 ergeben (vgl. durchgezogene Kennlinie in Fig. 3), die innerhalb der vor geschriebenen Grenzlinien a, o und s liegt. Die starke Dämpfungs zunahme des Bessel-Filters 14 ab 1000 Hz wird also durch die Kennlinien von Verstärker 13 und Tschebyscheff-Filter 15 kompen siert.

Um außer der für die Filteranordnung geforderten Kennlinie auch die Erhöhung der unverzerrten Ausgangsspannung bis zu etwa 95% der maximalen Ausgangsspannung U₀₂ zu erhalten (vgl. Fig. 1B, Spannungsverlauf b) , wird die bei übersteuertem Verstärker 13 (vgl. Spannungsverlauf A in Fig. 2 unten) erhaltene Rechteck spannung (vgl. Spannungsverlauf B in Fig. 2 unten) durch die stark abfallende Kennlinie 2 (Fig. 3) des Bessel-Filters 14 der art verschliffen (vgl. Spannungsverlauf C in Fig. 2), daß die Sprungantwort des auf das Bessel-Filter folgenden Tschebyscheff- Filters 15 klein bleibt; vgl. Spannungsverlauf D in Fig. 2.

Durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen wird eine bessere Übertragungsqualität bei größerer Aussteuerung erreicht.

Claims

Aktive Niederfrequenz-Tiefpaßfilteranordnung mit einer Kettenschaltung aus einem Begrenzerverstärker und zwei Filtern verschiedener Filtercharak teristik, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzerverstärker (13) derart dimensioniert ist, daß er die Eingangsspannung (U_I) in einem Frequenz bereich oberhalb einer Frequenz, die einem Viertel der Grenzfrequenz der Filteranordnung entspricht, zunehmend verstärkt, daß auf den Verstärker ein Bessel-Filter (14) folgt, dessen Dämpfung oberhalb dieser Frequenz stark zunimmt, und daß auf das Bessel-Filter ein Tschebyscheff-Filter (15) folgt, dessen Dämpfung oberhalb dieser Frequenz abnimmt.