DE3536590A1

DE3536590A1 - Klangreglerschaltkreis mit gegenkopplung

Info

Publication number: DE3536590A1
Application number: DE19853536590
Authority: DE
Inventors: Yasuo Kawagoe Saitama Kawakami; Katsushi Kawagoe Saitama Kitamura
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1984-10-15
Filing date: 1985-10-14
Publication date: 1986-04-17
Also published as: US4633189A; JPS6170420U; JPH0241934Y2

Description

Klangreglerschaltkreis mit Gegenkopplung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Klangreglerschaltkreis mit Gegenkopplung.

Klangreglerschaltkreise werden häufig zum Verändern der Klangfarbe von wiedergegebenen Signalen bei Tonwiedergabegeräten, beispielsweise in einem Vorverstärker, der zur Verstärkung der wiedergegebenen Tonsignale dient, verwendet. In den im allgemeinen hierzu verwendeten Tiefen- und Höhenreglerkreisen spielt ein Schaltkreis die Hauptrolle, der als Gegpnkopplungs-

Schaltkreis, im folgenden NF-Schaltkreis genannt, bekannt ist.

In Figur 1 ist ein herkömmlicher NF-Klangreglerschaltkreis dargestellt. Dieser Kreis besitzt einen Ope-

rationsverstärker 1 mit einem Gegenkopplungskreis. Über eine vorgespannte Spannungsquelle 2 wird eine Vorspannung an den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 gelegt."Der Tiefenreglerkeis 3 besteht aus den Widerständen R₁ und R„, einem Kondensator C. und einem veränderbaren Widerstand VR. Der Höhenreglerkreis 4 besteht aus den Widerständen R und Ru, den Kondensatoren Cp und CL· und einem veränderbaren Widerstand VRp.

Da der Operationsverstärker 1, der ein Aktivelement ist, bei dem oben erläuterten Schaltkreis mit einer geerdeten Spannungsversorgung ausgestattet ist, muß die Vorspannung, die etwa auf die Hälfte der Versorgungsspannung + V gesetzt wird, an den nicht—invertierenden Eingang des Operationsverstärkers T gelegt werden, um einen maximalen Lautstärkeumfang zu bekommen. Folglich liegt am Ausgang des Operationsverstärkers 1 eine Spannung von etwa der Hälfte der Versorgungsspannung + V nämlich die Vor-

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spannung an. Diese Spannung wird über die Schaltkreisteile 3 und 4 an den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 zurückgeführt. Auf diese Art und Weise wird der Operationsverstärker 1 in einem aktiven Zustand gehalten. Das Spannungs-(Verstärkungs-)/ Abschwächungs-(Abschneide-)Verhältnis wird im allgemeinen in einem Klangreglerschaltkreis gleich gewählt. Aus diesem Grund werden die veränderbaren Widerstände VR₁ und VRp normalerweise so gewählt, daß man einen

linearen Frequenzgang erhält, wobei die veränderbaren Widerstände auf einer mechanischen Mittelstellung liegen. Im allgemeinen werden linear veränderbare Widerstände VR₁ und VRp verwendet, wobei sich der Widerstand linear entsprechend der Größe der Verdrehung des Abgriffs um eine Welle an den veränderbaren Widerständen verändert. Desweiteren ist vorzugsweise R₁=Rp, R-.= R₁, und Cp=C^.

Wie oben erwähnt, sind die Abgriffsanschlüsse der ver-

änderbaren Widerstände VR. und VRp bei einem solchen Schaltkreis auf den Mittelabgriff der Widerstände gedreht, wobei der Frequenzgang des Schaltkreises linear ist. Da R₁ =Rp, Ro=Rm ^un<3 Cp= C_, sind die Impedanzen Z. und Z_R(sh. Figur 2) der Schaltkreise 3 und 4 gleich, wenn man deren Ein- und Ausgänge vom Ausgang 5 der Teilkreise 3 und 4 betrachtet. Die lineare Frequenzgangverstärkung kann durch -Z_R/Z. ausgedrückt werden. Unter der Bedingung, daß Z_R=Z. ist, erhält man keine Spannungsverstärkung, da der Verstärkungsfaktor -1 ist (das Minuszeichen bedeutet die Phasenumkehr um i80°an).

Wenn bei linearem Frequenzgang eine größere Verstärkung benötigt wird, hat man bisher vor oder nach dem Klangreglerkreis einen Verstärker verwendet. Diese Lösung be- ° sitzt jedoch die Nachteile, daß die Kosten aufgrund der für den Verstärker benötigten Teile größer werden, daß der Zusammenbau und auch die Wartung, erschwert wird, daß mehr Platz benötigt wird und daß nicht zuletzt auch

die Funktionszuverlässigkeit des Schaltkreises herabgesetzt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile zu verhindern und einen NF-Klangreglerschaltkreis mit einem Verstärkungsfaktor von 1 oder größer vorzuschlagen, ohne daß auch bei linearem Frequenzgang ein zusätzlicher Verstärker benötigt wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung schafft somit einen NF-Klangreglerkreis, der mit einem Spannungsteiler ausgestattet ist, der nur den Wechselstromanteil der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers teilt. Dieser Spannungsteiler liegt zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers, der einen Rückkoppelkreis aufweist und einem Bezugspotential. Die geteilte Spannung, die von dem Spannungs teiler erzeugt wird, wird an einen der Eingänge des Operationsverstärkers zurückgeführt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen weiter erläutert und beschrieben.

Figur 1 zeigt den Schaltplan eines herkömmlichen NF-Klangreglers,

Figur 2 zeigt einen Ersatzschaltplan der in Figur 1 dargestellten Schaltung,

Figur 3 zeigt den Schaltplan eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,

Figur 4 zeigt die Schaltung der Figur 3 in einem Er-

satzschaltplan und

p. Figur 5 zeigt einen Schaltplan eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.

Bei dem in Figur 3 gezeigten Schaltplan, der ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel wiedergibt, sind die mit Figur 1 vergleichbaren Teile mit den dort verwendeten Bezugszeichen versehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Spannungsteiler 6, der aus den Wi-15

derständen R₁₀ und R₁₁ sowie einem Kondensator C₁₀ besteht, zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 1 und Erde (Bezugspotential) geschaltet, wobei die geteilte Spannung, die der Spannungsteiler 6 erzeugt, an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 über die Teilkreise 3 und 4 zurückgeführt wird. Im übrigen entspricht die Schaltung der in Figur 1 dargestellten.

Der Kondensator C₁₀ hat den Zweck, daß der Spannungsteiler 6 nur den Wechselstromanteil,. nicht aber den Gleichstromanteil aus der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 3 teilt. Die Kapazität des Kondensators C₁₀ wird so gewählt, daß dessen Impedanz in dem

Frequenzbereich, in dem die Schaltung verwendet wird, 30

wesentlich kleiner als diejenige der Widerstände R₁₀ und R₁₁ ist.

Die Widerstände R₁₀ und R₁₁ haben, wenn auch nicht notwendigerweise, bevorzugt kleinere Widerstandswerte als 35

die Impedanzen der Teilkreis 3 und 4, aber immer noch größere als die kleinste Impedanz mit der der Operationsverstärker betrieben werden kann.

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Unter Bezug auf das in Figur 4 dargestellte Ersatzschaltbild wird die Funktion des so aufgebauten Klangreglers im folgenden beschrieben werden.Es soll angenommen werden, daß der Frequenzgang linear ist. Bei linearem Frequenzgang sind, wie im Fall der Figur 2, die Impedanzen der Teilkreise 3 und 4 Z. und Z_ß. Angenommen, die Eingangsspannung sei e,, dann ergibt sich für den Strom i_A, der über die Eingangsseite fließt, der Wert θ,/Ζ.. Andererseits sei angenommen, daß die Ausgangsspannung e_Q ist, so daß die auf Z_ß angewendete Spannung e_Q .ß ist, wenn ß das Spannungsteilerverhältnis bedeutet, weil die Ausgangsspannung e_Q vom Spannungsteiler 6 geteilt worden ist. Das hat zur Folge, daß der durch Z_n fließende Strom X_n in 0 . ß/Z_D wird. Wenn die

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Schaltung mit umgekehrter Verstärkung arbeitet, wird über e_Q zurückgekoppelt" bis gilt -i_ß = i,. Dann gilt die folgende Gleichung:

■ ex/2A- ... (1)

Aus der Gleichung (T) ergibt sich die Verstärkung e_Q/ej wie folgt:

Da bei linearem Frequenzgang Z. = Z_ß gilt, kann die Gleichung (2) wie folgt umgeschrieben werden:

Das Teilerverhältnis ß läßt sich dann wie folgt ausdrücken :

Zp bedeutet dabei die Impedanz des Kondensators C, _Q. Die Gleichung (4) kann umgeschrieben werden wie folgt

^:..^:-..^: 353659G

ß ^e »ll/(RlO + RlI). ... (5)

Zp wird so gewählt, daß gilt Z„ < R₁₀, R-. wie zuvor erwähnt.

Wenn man nun die Gleichung(5) in die Gleichung (3) einsetzt, erhält man für die Verstärkung:

^{10 e}O/«l · -(Rio +

(6)

mit einem Wert von -1 oder größer. Mit anderen Worten ,c bedeutet dies, daß man eine Verstärkung erhält, die um . einen negativen Multiplikator größer als das Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers 6 ist.

Allerdings muß nicht nur eine Rückkopplung der Wechselns stromanteile, sondern auch der Gleichstromkomponenten durchgeführt werden. Wie zuvor erwähnt, erhält man keine Verstärkung, wenn der Operationsverstärker 1 nicht in einem aktiven Zustand dadurch gehalten wird, daß man eine Spannung anlegt, deren Wert der an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angelegten Vorspannung entspricht.

Da aufgrund des vorhandenen Kondensators C₁₀ der Spannungsteiler 6 die Wechselstromanteile nicht teilt,

„₀ werden diese, wie bei dem in Figur 1 beschriebenen herkömmlichen Schaltkreis, zu 100% rückgekoppelt. Jedoch wird der Wechselstromanteil an den Klangreglerkreis nur über den Kondensator C₁₀ eingespeist, weil der Klangregler auf die über den Eingang empfangenen Gleichstrom-

_oc. signale wie ein Verstärker wirkt. Dies gilt auch für den Schaltkreis der Figur 1.

Wenn der Operationsverstärker 1 sowohl negative als

auch positive Spannungen ohne den Kondensator C_1n empfängt, wird der Gleichstromtriftanteil des Operationsverstärkers 1 mit dem inversen O/o) des Spannungsteilerverhältnisses des Spannungsteilers 6 vervielfacht, so daß» der Lautstärkeumfang klein wird. Da auf der anderen Seite aber mit diesem Ausführungsbeispiel der Kondensator C_1n so geschaltet ist, daß er eine 100%ige Rückkopplung des Gleichspannungtriftanteils ermöglicht, gelangt nur der Triftanteil an den Ausgang des Operationsverstärkers 1, so daß die Verringerung des Lautstärkeumfangs minimal ist.

Da eine Wechselspannungsimpedanz dem Spannungsteiler 6 in Reihe zugeschaltet ist, beeinflußt dies die Einstellung der veränderbaren Widerstände VR. und VR„ und man erhält einen linearen Frequenzgang bei veränderten AbgriffPositionen an den Widerständen. Um diesen Effekt zu verringern, sollte die Impedanz für die geteilte Spannung herabgesetzt und diejenigen der Teilkreise 3 und 4 angehoben werden.

In dem vorgehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden Tiefen- und Höhenreglerkreise beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann aber auch auf Trennschärferegier angewendet werden. Ein Trennschärfe-oder Selektivregler besitzt im allgemeinen ein schmales Frequenzband um eine spezielle Frequenz herum, um diese anzuheben oder abzuschneiden. Ein grafischer Entzerrer verwendet im allgemeinen eine Vielzahl solcher Trennschärfereglerkreise.

In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die vorliegende Erfindung bei einem Trennschärf eregler eingesetzt ist. üblicherweise gilt Rt = R um bei einem gleichen Anhebe-zu-Abschneide-Verhältnis einen linearen Frequenzgang zu erhalten. Dabei findet dann ein Mittelabgriff an dem veränderbaren Widerstand VR- statt. Bei linearem Frequenzgang werden der Wider-

stand 5, der variable Widerstand VR-,, der Widerstand Rr und der Resonanzteil 7 so ausgelegt, daß die Verstärkung des Schaltkreises -1 ist. Jedoch kann bei diesem Ausführungsbeispiel eine Verstärkung von -1 oder größer bei linearem Frequenzgang erhalten werden, wenn der Spannungsteiler 6 in dem Rückkoppelkreis verwendet wird. Eine detaillierte Beschreibung der Arbeitsweise erscheint hier nicht erforderlich, weil diese der am zuvorigen Ausführungsbeispiel beschriebenen Arbeitsweise entspricht.

Wie zuvor ausgeführt, kann ein erfindungsgemäßer Klangregler mit einem Operationsverstärker mit der Möglichkeit, den Frequenzgang durch Rückkopplung zu verändern, eine Verstärkung von 1 oder größer unter gleichzeitiger Beibehaltung eines linearen Frequenzgangs erhalten, weil im Rückkoppelkreis ein Spannungsteiler verwendet wird, der nur die Wechselstromanteile aus der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers teilt. Da darüber hinaus nur Widerstände und ein Kondensator (alles passive Elemente) als Bauelemente einem herkömmlichen Schaltkreis hinzugefügt werden müssen, um einen Verstärkungsfaktor von 1 oder größer zu erhalten, entstehen keine große Kosten für zusätzliche Teile oder Vorrichtungen. Darüber hinaus beeinträchtigt dies die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Schaltkreises nur minimal.

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Claims

Patentansprüche

1. Klangregler mit Gegenkopplung, mit einem Operationsverstärker, einem Rückkoppelkreis zum Rückkoppeln der

20 Ausgangsspannung des Operationsverstärkers an einen Eingang dieses Verstärkers und mit einem Kreis mit variabler Impedanz, der zwischen dem Eingang des Klangreglers und dem Eingang des Operationsverstärkers und auch in dem Rückkoppelkreis vorgesehen ist, dadurch

25 gekennzeichnet, daß ein Spannungsteiler (R_1n, R₁₁JC_1n) zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers (1) und einem Bezugspotential geschaltet ist und nur den Wechselspannungsanteil der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers teilt und daß eine Einrichtung

30 zum Koppeln der geteilten Spannung von dem Spannungsteiler an einen Eingang des Operationsverstärkers (1) vorgesehen ist.

2. Klangregler nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η 35 zeichnet, daß der Spannungsteiler einen ersten (R.q) und zweiten (R--) Widerstand aufweist, die in Reihe zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers (1) und dem Kreis mit variabler Impedanz (3) geschaltet

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sind und daß ein Kondensator (C^q) zwischen dem Verbindungspunkt des ersten und zweiten Widerstands (R₁ R₁₁) und einem Bezugspotential geschaltet ist.

3- Klangregler nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß bei der Frequenz, bei der der Klangregler verwendet wird, die Impedanz des Kondensators wesentlich kleiner als die Widerstandswerte des ersten und zweiten Widerstandes (R₁₀, R-ii) &^e~ wählt ist.

4. Klangregler nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Widerstandswerte der Widerstände kleiner als der Impedanzwert des Kreises mit veränderlicher Impedanz ist.

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