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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Audiosystem zur Verstärkung
eines Audiosignals.
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Typische Audioerzeugungssysteme enthalten eine Vorverstärkungsstufe mit
variablem Leistungsgewinn, dem ein Tonverstärker mit feststehendem
Leistungsgewinn folgt, der einen Abgabetransduktor, wie zum Beispiel einen
Lautsprecher antreibt. Eine Stärkeregelungsspannung, die auf die Stufe mit
variablem Leistungsgewinn einwirkt, regelt die von einem Hörer vernommene
Lautstärke.
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Ein wichtiges Ziel bei der Auslegung eines Audiosystems besteht in der
Erzeugung einer minimalen Verzerrung bei der Herstellung des Signals. Aber
eine gewisse Verzerrung tritt immer auf, besonders bei grossen Lautstärken. Da
sich die Stärke des Signals, das von der Vorverstärkerstufe mit variablem
Leistungsgewinn an den Tonverstärker gegeben wird, über ein gewisses Niveau
hinaus erhöht, wird der Tonverstärker übererregt. Diese Lage tritt ein, wenn das
Aufnahmesignal an den Tonverstärker, das um den feststehenden
Leistungsgewinn des Tonverstärkers multipliziert wurde, nahe der Versorgungsspannung
ist, die an den Tonverstärker geliefert wird. Daraus ergibt sich, dass der
Tonverstärker übersättigt wird und die Signalspitzen des Audiosignals durch
Zerhacken verzerrt werden. Der Vorverstärker mit variablem Leistungsgewinn
ist auch gegen Zerhacken empfindlich, aber der Tonverstärker fängt
wahrscheinlich zuerst mit dem Zerhacken an.
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Zerhacken ist bei Audiosystemen für Fahrzeuge problematisch. Weniger
Durchgangshöhe für die Spannung (das heisst ein Sicherheitsspielraum) ist für
den Tonverstärker verfügbar, da das Fahrzeug auf eine elektrische Versorgung
von 12 Volt begrenzt ist. Obgleich ein Gleichstrom/Gleichstrom Wandler
benutzt werden kann, um eine höhere Gleichstromspannung zu erreichen,
sind diese Wandler verhältnismässig teuer. Ausserdem wird auch eine
Verstärkung der Basstöne in der Fahrzeugbranche benötigt, um
Niedrigfrequenz- Strassen- und Motorgeräusch zu maskieren, wodurch die
Wahrscheinlichkeit des Zerhackens grösser ist.
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Für hochwertige Fahrzeug-Audiosysteme wird typischerweise ein Tonverstärker
verwendet, der von der Hauptaudioeinheit entfernt im Armaturenbrett
angebracht ist, wo die Automsassen ihn nicht sehen können. Ein entfernt
angebrachter Tonverstärker spart Platz auf dem Armaturenbrett und reduziert
die Wärmemenge, die sonst in der Haupteinheit erzeugt würde.
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In Zweistufen-Verstärkern, die sowohl einen Vorverstärker, als auch einen
Tonverstärker auf einem gemeinsamen Rahmen enthalten, ist es bekannt, den
Leistungsgewinn des Vorverstärkers zu reduzieren, wenn Zerhacken am
Ausgang des Tonverstärkers auftritt. Beispiele für derartige Zweistufen-
Verstärker werden in den Patenten U.S.-A 4 048 473, CH-A 657 733 und DE-A
2 940 078 beschrieben.
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Aber wenn die beiden Verstärkerstufen nicht beieinander liegen, ist im
früheren Fachwissen das Problem des Zerhackens jeder Verstärkerstufe
individuell gelöst worden. Deshalb ist entweder eine Verstärkerstufe oder sind
beide Verstärkerstufen mit einer Spannungsbegrenzung versehen worden, um
Verzerrung durch Signalzerhacken zu reduzieren.
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In einem Verstärker mit Spannungsbegrenzung wird, jedesmal, wenn die
Abgabe des Verstärkers eine vorbestimmte Referenzspannung überschreitet,
das Eingabesignal an diese Verstärkerstufe abgeschwächt, um zu gewährleisten,
dass der Verstärker nicht übererregt wird. In Systemen mit entfernt
voneinander liegenden Tonverstärkern des früheren Fachwissens, wenn sowohl
der Verstärker mit variablem Leistungsgewinn in der Haupteinheit als auch der
Tonverstärker in der entfernten Einheit getrennt mit Spannungsbegrenzung
versorgt werden, kann Verzerrung durch Zerhacken bei genügend hohen
Niveauwerten für das Eingabesignal oder den Leistungsgewinn entstehen und
wenn sich die Verzerrung einmal im Signal befindet, kann sie nicht beseitigt
werden.
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Ein Audiosystem, das mit spannungsbegrenzenden Verstärkern, sowohl im
Hauptvorverstärker mit variablem Leistungsgewinn, als auch im entfernt
liegenden Tonverstärker, funktioniert, vermeidet Zerhacken durch Verzerrung,
aber auf Kosten einer zusätzlichen Verzerrungsquelle, auf die man sich als
Modulationstyp-Verzerrung beruft. Die Leistungsgewinn reduzierenden
Elemente, die in den Spannungsbegrenzungs-Rückführschaltkreisen verwendet
werden, verfügen notwendigerweise über Zeitkonstanten, die für ihr
Funktionieren charakteristisch sind. Es gibt besonders Angriffszeiten und
Freilasszeiten, die die Reduzierung des Leistungsgewinns bestimmen. Es ist
verhältnismässig schwierig und kostspielig perfekt angepasste Angriffs- und
Freilasszeiten in die zwei unabhängigen Begrenzer zu liefern, die serienmässig
arbeiten und jegliche Fehlanpassung der Angriffs- und Frei lasszeiten erzeugt
eine Verzerrung im Audiosignal.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Audiosystem zur Verstärkung eines
Audiosignals geliefert, wobei das System einen Hauptrahmen enthält, der über
eine Vorverstärkervorrichtung verfügt, um das besagte Audiosignal zu verstärken
und eine Regelvorrichtung für den Leistungsgewinn, die an die besagte
Vorverstärkervorrichtung angeschlossen ist, um die Stärke der Abgabe des
besagten Audiosignals durch die besagte Vorverstärkervorrichtung zu
reduzieren, als Ansprechen auf ein Reduzierungssignal des Leistungsgewinns,
mindestens eine Audiolinie, um das besagte Audiosignal von der besagten
Vorverstärkervorrichtung zu übertragen und eine entfernt liegende
Verstärkerstufe, die eine Tonverstärkervorrichtung enthält, die an die besagte
Audiolinie angeschlossen ist, um das besagte Audiosignal durch einen im
wesentlichen feststehenden Leistungsgewinn zu verstärken und eine erste
Zerhackdetektor-Vorrichtung, die an die besagte Tonverstärkervorrichtung
gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regellinie von der entfernt
liegenden Verstärkerstufe an den Hauptrahmen geliefert wird, um ein Signal
zur Reduzierung des Leistungsgewinns an die Leistungsgewinn-
Regelvorrichtung der Vorverstärkervorrichtung abzugheben, jedesmal, wenn
ein Signalzerhacken in der besagten entfernten Verstärkerstufe auftritt.
Ein nach der Erfindung ausgelegtes Audiosystem beseitigt durch Zerhacken
hervorgerufene Verzerrung aus dem System ohne irgendeine neue Quelle von
Verzerrung einzuführen.
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Das nach der Erfindung ausgelegte System verhindert Zerhacken sowohl im
Vorverstärker des Hauptrahmens, als auch im Tonverstärker auf entfernter
Stufe, ohne Modulationstypverzerrung einzuführen, die durch unangepasste
Angriffs- oder Freilasszeiten verursacht würde.
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Im System nach der bevorzugten Auslegung der Erfindung wird eine
spannungsbegrenzende Verstärkervorrichtung verwendet, in der die Abgabe
des entfernten Tonverstärkers überwacht wird, um das Eintreten von
Zerhacken aufzuspüren. Aber der Leistungsgewinn des eigentlichen
Tonverstärkers wird als Ansprechen auf das Aufspüren von Zerhacken nicht
verändert. Vielmehr wird ein Zerhacker-Rückführsignal vom entfernten
Zerhackerdetektor an den Schaltkreis zur Reduzierung des Leistungsgewinns
geliefert, der auf dem Vorverstärker des Hauptrahmens tätig ist. Das beseitigt im
wesentlichen Zerhackprobleme für beide Verstärker. Aber es kann auch
gewünscht werden, einen zweiten Zerhackerdetektor zu liefern, der die
Abgabe des Vorverstärkers überwachen soll. Dieser zweite Zerhackerdetektor
betätigt den gleichen Schaltkreis zur Reduzierung des Leistungsgewinns.
Vorzugsweise wird die Reduzierung der Abgabe des Vorverstärkers durch ein
Verringern der Aufnahme des Vorverstärkers erreicht, aber es ist als Alternative
möglich, die Reduzierung durch ein Senken des Leistungsgewinnfaktors des
Vorverstärkers zu erreichen.
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Die Erfindung wird jetzt als Beispiel, unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher beschrieben, von denen
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Figur 1 ein Blockschaltplan ist, der ein Audiosystem mit einem entfernten
Tonverstärker darstellt, wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Figur 2 ein Wellenform-Plan ist, der das Auftreten von Signalzerhacken
darstellt.
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Figur 3 eine schematische Darstellung ist, die einen typischen
spannungsbegrenzenden Schaltkreis zeigt.
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Figur 4 eine teilweise schematische Darstellung ist, teilweise ein
Blockschaltplan ist, der eine bevorzugte Auslegung des
spannungsbegrenzenden Schaltkreises nach der vorliegenden Erfindung ist.
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Figur 5 eine schematische Darstellung ist, die einen Zerhackdetektor-
Schaltkreis nach der vorliegenden Erfindung ausführlicher darstellt.
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Figur 6 eine schematische Darstellung eines Zerhackdetektors ist, der in der
entfernten Verstärkerstufe nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Unter Bezugnahme auf Figur 1 überträgt ein Hauptrahmen 10 ein Audiosignal
an eine Audiolinie 11 zu einer entfernten Stufe 12. Das Audiosignal kann
typischerweise vordere und hintere Stereosignale für im ganzen vier getrennte
Signallinien enthalten. Die Audiolinie 11 würde dann vier getrennte
Signallinien enthalten. Die entfernte Stufe 12 treibt einen Lautsprecher 13 an.
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Der Hauptrahmen 10 enthält eine Programmquelle 14, die vorzugsweise einen
Radioabstimmer enthält, der an eine Antenne 15 angeschlossen ist, einen
Kassettenleser und einen CD-Leser oder ähnliches. Ein Audiosignal wird von
der Programmquelle 14 über eine Audiolinie 16 an einen
spannungsgeregelten Verstärker (VCA) 18 geliefert. Obwohl wirklich vier
Audiosignale auftreten können, wird eine einzige Audiolinie 16 zwecks einer
einfachen Erklärung dargestellt. VCA 18 ist vorzugsweise als ein Teil in einesm
integrierten Schaltkreis 17 zur Regelung von Ton/Lautstärke enthalten, wie
zum Beispiel der integrierte Schaltkreis TDA1524A, der von Philips hergestellt
wird. Eine Versorgungsspannung Vs1 wird an den Terminal 19 geliefert. Der
Terminal 19 ist mit einer Energieversorgungsaufnahme des VCA 18 und einem
geerdeten Potentiometer 20 verbunden. Der regelbare Hahn des
Potentiometers 20 ist an eine Leistungsregelaufnahme des VCA 18
angeschlossen, um den vom VCA 18 gelieferten Signalleistungsgewinn zu
regeln.
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Das von der Abgabe des VCA 18 gelieferte Audiosignal wird über die
Audiolinie 11 an die Aufnahme eines Tonverstärkers 25 auf der entfernten
Stufe 12 übertragen. Der Tonverstärker 25 ist an eine Versorgungsspannung
Vs2 an einem Terminal 24 angeschlossen.
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VCA 18 kann vorzugsweise getrennte Verstärkerabschnitte enthalten, um das
Breitbandvolumen und verhältnismässig tiefe und Hochfrequenz-Pegel zu
regeln. Im Betrieb wird das von der Programmquelle 14 gelieferte Audiosignal
durch VCA 18 verstärkt, nach einer Leistungsregelspannung, die von einem
Potentiometer 20 geliefert wird und nach Tonregelspannungen, die von
anderen (nicht dargestellten) Potentiometern geliefert werden. Das verstärkte
Audiosignal, das an die Linie 11 geliefert wird, um den Verstärker 25 mit
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Textfault
Grösse des auf Linie 32 gelieferten Abgabesignals reduziert wird. Dadurch wird
der, durch die Kombination des Verstärkers und des spannungsbegrenzenden
Schaltkreises gelieferte Leistungsgewinn des Verstärkers automatisch auf eine
Grösse angeglichen, die ein Maximum ohne Zerhacken erreicht, was von der
korrekten Auswahl der Angriffs- und Freilasszeiten des Dämpferschaltkreises
abhängt.
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Die Angriffszeit ist die Zeitgrösse, die erforderlich ist, bevor der Schaltkreis für
die Reduzierung des Leistungsgewinns auf eine übererregte Bedingung
anspricht. Freilasszeit ist die Nacheilung zwischen dem Verschwinden einer
übererregten Aufnahmebedingung und der Rückkehr des variablen Dämpfers
in seinen maximalen Scheinwiderstandszustand. Obgleich Angriffs- und
Freilasszeiten unvermeidlich sind und vorteilhaft sein können, ist es nicht
möglich gewesen, die Angriffs- und Freilasszeit korrekt in individuellen
Begrenzungsschaltkreisen anzupassen, die serienmässig funktionieren und die
im früheren Fachwissen verwendet wurden.
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Die verbesserte Verstärkerauslegung nach der vorliegenden Erfindung, die auf
Figur 4 dargestellt wird, verwendet einen einzigen Dämpfer 35, der an die
Aufnahme des Hauptrahmens VCA Vorverstärkers 18 angeschlossen ist. Der
Dämpfer 35 ist nach den Abgaben sowohl des Hauptrahmens VCA 18, als auch
des entfernten Tonverstärkers 25 geregelt. Ein Komparator 40 verfügt über eine
nicht umschaltende Aufnahme, die an die Abgabe des Verstärkers 25 auf der
entfernten Stufe 12 angeschlossen ist, sowie über seine umschaltende
Aufnahme, die an die Referenzspannung REF&sub2; angeschlossen ist. Der Ausgang
des Komparators 40 ist an den Dämpfer 35 über eine Regellinie 41
angeschlossen, die von der entfernten Stufe 12 zum Hauptrahmen 10 läuft.
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Ein anderer Komparator 51 befindet sich im Hauptrahmen 10 und verfügt über
eine nicht umschaltende Aufnahme die an den Ausgang des VCA 18
angeschlossen ist. Sein umschaltender Eingang ist an seine eigene
Referenzspannung REF&sub1; angeschlossen. Der Ausgang des Komparators 51 ist an
eine Regellinie 41 angeschlossen. Die Regellinie 41 ist an der unteren Teil des
Transistors 42 im Dämpfer 35 angeschlossen. Der untere Teil des Transistors 42
ist ebenfalls an ein polarisierendes Netz angeschlossen, das einen Widerstand
43 parallel mit der serienmässigen Kombination eines Widerstands 44 und
eines Kondensators 45 zur Masse enthält. Der Kollektor des Transistors 42 ist an
die Kathode einer Licht abgebenden Diode (LED) 47 angeschlossen. Die Anode
von LED 47 ist an ein Terminal 46 angeschlossen, wo die Spannung Vs geliefert
wird. Der Sender des Transistors 42 ist durch einen Widerstand 48 an die Masse
gekuppelt. Ein von Licht abhängiger Widerstand (LDR) so ist zwischen der
Aufnahmelinie 16 und der Masse angeschlossen. LED 47 und LDR 50 befinden
sich nahe zueinander oder sie werden von einer Licht übertragenden Bahn
verbunden, wobei das von LED 47 abgegebene Licht eine vorbestimmte
Reduzierung im Widerstand von LDR 50 verursacht. Im Betrieb erzeugen die
Komparatore 40 und 51 eine verhältnismässig hohe Spannung auf der (oder
liefern einen Strom an die) Regellinie 41 beim Einsetzen von Zerhacken in
ihren jeweiligen Verstärkern. Das hohe Signal auf der Linie 41 lädt den
Kondensator 45 über den Widerstand 44 auf, bis die Einschaltspannung des
Transistors 42 erreicht ist und der Transistor 42 leitet. Wenn die Abgaben des
Komparators beide auf eine niedrige Spannung zurückkehren, entlädt sich der
Kondensator 45 über die Widerstände 43 und 44, wobei er eventuell
verursacht, dass der Transistor 42 nicht leitend wird. Dadurch liefern die
Widerstände 43 und 44 und der Kondensator 45 eine gewünschte
Angriffsund Freilasszeit für die begrenzende Funktion.
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Wenn der Transistor in einen leitenden Zustand polarisiert ist, fliesst Strom
durch LED 47, der Licht erzeugt. Das Licht wird auf LDR 50 geleitet, wodurch
der Widerstand von LDR 50 verringert wird. Der verringerte Widerstand von
LDR 50 leitet einen Teil des Aufnahmesignals auf Linie 16 von VCA 18 weg zur
Masse hin. Daraus ergibt sich eine reduzierte Abgabe von VCA 18. Die Abgabe
des Tonverstärkers 25 wird ebenfalls reduziert, da seine Aufnahme von VCA 18
reduziert wurde.
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Das Aufnahmesignal von VCA 18 wird gedämpft, als Ansprechen auf das
eintretende Zerhacken, entweder in VCA 18 oder im Tonverstärker 25. Die
Menge der vom Dämpfer 35 gelieferten Dämpfung reicht aus, um Zerhacken
eines Verstärkers oder der beiden Verstärker zu vermeiden. Es kann jedoch in
manchen Momenten wünschenswert sein, den Komparator 51 zu beseitigen
und das Aufnahmesignal zu VCA 18 als Ansprechen nur auf das Zerhacken im
Tonverstärker 25 zu dämpfen, da der Tonverstärker 25 typischerweise in eine
Zerhackbedingung kommt, bevor VCA 18 dies tut.
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Die Abgabe von VCA 18 in den integrierten Schaltkreis 17 zur Ton/Lautstärke-
Regelung enthält typischerweise vier Kanäle, das heisst, den linken vorderen
(LF), den rechten vorderen (RF), den linken hinteren (LR) und den rechten
hinteren (RR). Diese Kanäle werden im Zerhackdetektor-Schaltkreis auf Figur 5
dargestellt.
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Um die instante Spitzenspannung auf irgendeinen individuellen Kanal
abzuleiten, führen alle Kanäle in den Komparator 51 von einem gemeinsamen
Punkt 64. Das Audiosignal auf LF ist durch den Widerstand 55 und eine
vorwärts angeschlossene Diode 56 an den Punkt 64 gekuppelt. Das Audiosignal
auf RF ist durch einen Widerstand 57 und eine vorwärts angeschlossene Diode
58 an den Punkt 64 gekuppelt. Das Audiosignal auf LR ist durch einen
Widerstand 60 und eine vorwärts angeschlossene Diode 61 an den Punkt 64
gekuppelt. Das Audiosignal auf RR ist durch einen Widerstand 62 und eine
vorwärts angeschlossene Diode 63 an den Punkt 64 gekuppelt. Der
gemeinsame Punkt 64 ist an den unteren Teil eines NPN-Transistors 65 im
Komparatorschaltkreis 51 angeschlossen. Der Sender des Transistors 65 ist an
die Verbindung von zwei spannungstrennenden Widerständen 67 und 68
angeschlossen, die die 10 Volt-Versorgungsspannung am Terminal 46 trennt.
Der Kollektor des Transistors 65 ist an einen Widerstand 70 angeschlossen, der
auch an Terminal 46 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 65 ist
ebenfalls an den unteren Teil eines PNP-Transistors 71 angeschlossen. Der
Transistor 71 verfügt über einen Sender, der an den Terminal 46 angeschlossen
ist und über einen Kollektor, der an die Anode einer Diode 72 angeschlossen
ist. Die Kathode der Diode 72 ist an die Linie 41 angeschlossen.
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Im Betrieb wird die Spitzenspannung, die am Punkt 64 von allen Kanälen
auftritt, mit der Senderspannung des Transistors 65 verglichen, die vom
Spannungstrenner bestimmt wird, der die Widerstände 67 und 68 enthält.
Dadurch ist die Referenzspannung ein Prozentsatz der 10 Volt-
Versorgungsspannung. Wenn die Spitzenspannung von irgendeinem
Audiokanal die Referenzspannung plus die Umschaltungsschwelle des
Transistors 65 überschreitet, tritt der Transistor in einen Leitzustand, wodurch
die Spannung an seinem Kollektor reduziert wird. Dadurch wird die
Grundspannung des Transistors 71 auf einen Punkt reduziert, wo der Transistor
71 ebenfalls leitet Der Strom durch den Transistor 71 läuft durch die Diode 72
und lädt den Dämpferkondensator, wie vorausgehend beschrieben wurde, auf.
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Der auf Figur 6 dargestellt Komparator-Schaltkreis 40 wird in der entfernten
Verstärkerstufe 12 verwendet. Die vier Audiosignale des Tonverstärkers sind
jeweils durch die Widerstände 75, 77, 80 und 82 an einen Sammelpunkt 84
gekuppelt, letztere sind, wie es dargestellt wird, mit den vorwärts
angeschlossenen Dioden 76, 78, 81 und 83 verbunden. Der Sammelpunkt 84
ist an den unteren Teil eines NPN-Transistors 85 im Komparator-Schaltkreis 40
angeschlossen. Der Sender des Transistors 85 ist an die Verbindung von zwei
spannungsteilenden Widerständen 87 und 88 angeschlossen, die die 12 Volt-
Versorgungsspannung der entfernten Tonverstärkerstufe am Terminal 86 teilen.
Der Kollektor des Transistors 85 ist an einen Widerstand 90 angeschlossen, der
auch an den Terminal 86 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 85 ist
ebenfalls an den unteren Teil eines PNP-Transistors 91 angeschlossen. Der
Transistor 91 verfügt über einen Sender, der an einen Widerstand 92
angeschlossen ist, der ebenfalls an den Terminal 86 angeschlossen ist. Der
Kollektor des Transistors 91 ist an die Linie 41 angeschlossen.
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Jedesmal wenn die Spitzenspannung von einem Tonverstärkerkanal an dem
Sammelpunkt 84 die Referenzspannung, die vom Spannungstrenner der
Widerstände 87 und 88 plus der Umschaltungsschwelle des Trnasistors 85
geliefert wird, überschreitet, treten die Transistore 85 und 91 in ihren
Leitzustand und daraus ergibt sich ein hohes Abgabesignal auf der Regellinie
41. Das hohe Signal auf der Linie 41 verursacht dann einen reduzierten
Leistungsgewinn im Vorverstärker des Hauptrahmens, wie vorausgehend
beschrieben wurde.
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Obgleich ein variabler Dämpfer in der bevorzugten Auslegung dieses
Schriftstücks dargestellt wurde, könnte eine Reduzierung des Leistungsgewinns
des Vorverstärkers des Hauptrahmens durch eine direkte Manipulation des
Leistungsgewinnfaktors des Vorverstärkers erreicht werden. Zum Beispiel kann
ein Vorverstärker benutzt werden, der einen Leistungsgewinnfaktor hat, der
durch einen Digitalwert geregelt wird, der durch Software auf eine, mit dem
Vorverstärker verbundene Regelschaltung geschrieben wird. Der integrierte
Schaltkreis TDA7306, der von SGS-Thomson Microelectronics hergestellt wird,
liefert einen derartigen Vorverstärker