DK144047B - Sammensat filterkredsloeb - Google Patents

Description

(19) DANMARK

/m

|j| Π2) FREMLÆGGELSESSKRIFT nu 141+047 B

OmEKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 705/75 (51) IntCI.3 H 03 H 7/00 (22) Indleveringsdag ^4. f eb. 1975 (24) Løbedag 24. feb. 1975 (41) Aim. tilgængelig 26. aug. 1975 (44) Fremlagt 25- nov. 1981 (86) International ansøgning nr. ~ (86) International indleveringsdag ~ (85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. ~

(30) Prioritet 25. feb. 1974, 21556/74, JP

(71) Ansøger VICTOR COMPANY OF JAPAN LTD., Yokohama-City, JP.

(72) Opfinder Nobuaki Takahashi, JP: Mas ao Kaeuga, JP: Yasuo

Itoh, JP.

(74) Fuldmægtig Internationalt Patent-Bur eau.

(54) Sammens at filterkredsløb.

Opfindelsen angår et sammensat filterkredsløb med en indgangsklemme, der tilføres et signal, og med to udgangsklemmer.

I et tidligere foreslået system med en grammofonplade, hvori der er registreret diskrete firekanalsignaler, hvilket system er angivet i USA patentskrift nr. 3.686.471, bliver et direkte sumsignal af et par af to kanaler og et vinkelmoduleret signal, der opnås ved vinkelmodulering af en 30 kHz bærebølge med forskelssignalet mellem et par af kanaler, overlejret og registreret i sidevæggene af grammofonpladens lydrille.

CD Ved afspilning og gengivelse af et registreret signal fra denne flerkanal- registrering opstår der behov for udtagning af det vinkelmodulerede forskelssig-j—j nal fra det afspillede signal med henblik på at udskille det fra det direkte sumsignal, således at det vinkelmodulerede forskelssignal kan demoduleres. Det -f r- * □ 2 U4047 bemærkes, at det direkte sumsignal her har et frekvensbånd, der strækker sig fra O til 15 kHz, mens det vinkelmodulerede forskelssignal har et frekvensbånd, der strækker sig fra 20 til 45 kHz.

Ved indspilning på en plade med en skærenål i et optagesystem eller ved feigning af en lydrille med en pick-upnål i et gengivesystem er det sædvanligvis uundgåeligt,at der opstår skære- eller følgeforvrængninger. Som følge af disse typer af forvrængninger opstår der harmoniske af det direkte signal, og de harmoniske komposanter findes i nærheden af frekvensbåndet for det vinkelmodulerede signal.

Med henblik på ideelt at udtage alene den vinkelmodulerede signalkomposant, der ikke indeholder harmoniske komposanter af det direkte signal, må filtreringskarakteristikken for et højpasfilter (eller båndpasfilter) for det vinkelmodulerede signal være tilstrækkeligt stejl. På tilsvarende måde er det nødvendigt for et lavpasfilter til afledning af det direkte signal, at det har en stejl filtreringskarakteristik, således at den vinkelmodulerede bærebølge ikke passerer.

Filtre med ideelle filtreringskarakteristikker, der tilfredsstiller de ovenfor angivne krav ved hjælp af en enkel koblingsindretning, har ikke hidtil været til rådighed. Da desuden det ovenfor nævnte lavpasfilter og højpasfilter hidtil blev tilvejebragt som uafhængige kredsløb, krævedes der et stort antal koblingselementer.

Med opfindelsen tilsigtes tilvejebragt et filterkredsløb, der er af enkel konstruktion og har stejle lavpas- og højpas- eller båndpasfilterkarakteristikker.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at indgangsklemmen er forbundet med den ene ende af en første modstand, til hvis anden ende der er forbundet en første spole, der ved den anden ende over en første kondensator er forbundet med stel, at der parallelt med den første spole er forbundet en anden kondensator, at der til forbindelsespunktet mellem den første modstand og den første spole er forbundet en tredje kondensator, hvis anden ende over en anden spole er forbundet med stel, hvorved seriekoblingen af den første spole og den første kondensator har en første resonansfrekvens, parallelforbindelsen af den første spole og den anden kondensator en anden resonansfrekvens, der er større end den første resonansfrekvens, og serieforbindelsen af den tredje kondensator og den anden spole en tredje resonansfrekvens, der i det væsentlige er lig med den anden resonansfrekvens, hvorved en af de to udgangsklemmer er forbundet med forbindelsespunktet mellem den første spole og den første kondensator og den anden udgangsklemme med forbindelsespunktet mellem den tredje kondensator og den anden spole, hvorved overføringsvejen fra indgangsklemmen til den ene af de to udgangsklemmer har en lavpasfilterkarakteristik, der ved den anden resonansfrekvens og 3 144047 i omegnen deraf udviser et stejlt dyk, og hvorved overføringsvejen fra indgangsklemmen til den anden udgangsklemme udviser en højpasfilterkarakteristik, der ved den første resonansfrekvens og i omegnen deraf har et stejlt dyk. Som følge af den indbyrdes påvirkning mellem lavpasfiltersektionen og højpasfiltersektionen er der uden anvendelse af ekstra komponenter opnået en bedre adskillelse af de to frekvensbånd, end der kan opnås med to separate filtre uden indbyrdes påvirkning. Dette vil blive forklaret nærmere nedenfor under henvisning til tegningen.

Yderligere formål med og træk ved opfindelsen vil fremgå af den følgende detaljerede beskrivelse i forbindelse med tegningen, hvor fig. 1 viser et blokdiagram over de væsentlige dele i et eksempel på et apparat til gengivelse af en flerkanalgrammofonplade, hvori filterkredsløbet Ifølge opfindelsen kan anvendes, fig. 2 et koblingsdiagram over en udføreIsesform for filterkredsløbet ifølge opfindelsen, fig. 3 et ækvivalentdiagram af en del af en lavpasfiltersektion i kredsløbet i fig. 2, fig. 4 en kurve, der angiver frekvenskarakteristikken for den i fig. 3 viste kobling, fig. 5A, 5B og 5C frekvenskarakteristikkerne for visse dele af lavpasfiltersektionen i den i fig. 2 viste kobling, fig. 6 et ækvivalentdiagram for en del af en højpasfiltersektion i den i fig. 2 viste kobling, fig. 7 en frekvenskarakteristik for den i fig. 6 viste kobling, fig, 8A og 8B frekvenskarakteristikker for visse dele af højpasfiltersek-tionen i den i fig. 2 viste kobling og fig. 9 de totale frekvenskarakteristikker, filtreringskarakteristikker, for den i fig. 2 viste kobling.

I fig. 1 er vist et eksempel på et apparat til gengivelse af grammofonplader med fire diskrete kanaler, i hvilket apparat filterkredsløbet ifølge opfindelsen kan anvendes.

Et signal sammensat af et direkte sumsignal og et vinkelmoduleret forskels-signal registreres på hver sidevæg af lydrillen på en flrekanalsgrammofonplade 10, hvorved der registreres signalerne for ialt fire kanaler. Et signal sammensat af det direkte sumsignal og det vinkelmodulerede forskelssignal for to af kanalerne afspilles fra den venstre væg i rillen på pladen 10 ved hjælp af en pick-upenhed 11 og tilføres en modforvrænger 12 næd en RIAA Mtumover"-karak-teristik til modforvrængning.

Det resulterende signal tilføres et lavpasfilter 13 til fjernelse af den vinkelmodulerede komposant og til frembringelse af den direkte sumsignalkomposant 4 144047 alene· Det direkte sumsignal tilføres en matrixkobling 15 over en modforvrænger 14 med en RIAA "roll-off’’-karakteris tik.

Udgangssignalet fra modforvrængeren 12 tilføres også et højpasfilter, eller båndpasfilter, 16 med et gennemgangs:bånd i det tilnærmede område på mere end 20 kHz,og fra dette filter afledes det vinkelmodulerede forskelssignal. Dette signal tilføres en demodulationskobling 17 af typen med faselåst sløjfe (PLL) og indeholdende en fasesammenligner, en s løjfeforstærkningsstyrekreds og en spændingsstyret oscillator osv. til frembringelse af demodulation. Det demodulerede udgangssignal fra demodulationskoblingen 17 føres til et lavpasfilter 18, og de uønskede komposanter i signalet fjernes herved. Udgangssignalet fra lavpasfil-teret 18 tilføres matrixkoblingen 15 over først en FM/PM-udligner 19 og en automatisk støjundertrykkelseskobling (ANRS) 20 indeholdende en ekspansionskreds med en karakteristik til kompensation for karakteristikken af en kompressionskobling i optagesystemet.

I matrixkoblingen 15 matrixbehandles det direkte sumsignal fra modforvrængeren 14 og det demodulerede forskelssignal fra støjundertrykkelseskoblingen 20, og på udgangsklemmerne 21a og 2lb optræder f.eks. henholdsvis det venstre forreste signal,dvs. første kanal,og det venstre bageste signal, dvs. den anden kanal.

I fig. 1 er kun vist kredsløbene for signalerne i første og anden kanal, dvs. venstrekanalssysternet for rillen på pladen 10, men der findes et nøjagtigt tilsvarende kredsløb for det højre forreste signal, tredjekanal, og det højre bageste signal, fjerdekanal. En detaljeret illustration og beskrivelse af dette kredsløb er udeladt her. For det ovenfor beskrevne lavpasfilter 13 og det ovenfor beskrevne højpasfilter 16 er der hidtil benyttet filtre med af hinanden uafhængig opbygning. I modsætning hertil anvendes der ifølge den foreliggende opfindelse et enkelt sammensat filterkredsløb, der har en lavpasfiltersektion og en højpasfiltersektion, som beskrevet nedenfor, og som kan benyttes i stedet for de beskrevne filtre 13 og 16.

En udførelsesform for det sammensatte filterkredsløb med en lavpasfilter-sektion og en højpasfiltersektion ifølge opfindelsen er vist i fig. 2. Et signal fra modforvrængeren 12 tilføres en indgangsklemme 30, hvortil der er forbundet en modstand RI, der benyttes både i en lavpasfiltersektion og en højpasfilter-sektion,som beskrives nærmere nedenfor. En parallelresonanskreds bestående af en spole LI og en kondensator Cl er forbundet med modstanden RI, og mellem udgangsenden af denne parallelresonanskreds og stel er der forbundet en kondensator C2. Resonansfrekvensen for parallelresonanskredsen er valgt til at være tilnærmelsesvis 30 kHz, hvilket svarer til bærefrekvensen for det ovenfor nævnte vinkelmodulerede forskelssignal. En modstand R2 er forbundet mellem udgangsenden af 5 U4047 parallelresonanskredsen og en udgangsklemme 31, og en kondensator C3 er forbundet mellem stel og forbindelsespunktet mellem modstanden R2 og udgangsklemmen 31. De ovenfor nævnte komponenter fra indgangsklemmen 30 til udgangsklem-men 31 udgør den ovenfor nævnte lavpas filtersektion.

I dette kredsløb udgør modstanden RI, spolen LI og kondensatoren C2 en serieresonanskreds som angivet ved ækvivalentdiagrammet i fig. 3. I dette kredsløb optræder der serieresonans, når det drives af et signal fra en signalkilde S svarende til det signal, der tilføres indgangsklemmen 30, og frekvenskarakteristikken bliver som angivet i fig. 4. Hvis resistansen af modstanden RI i dette kredsløb vælges til forskellige værdier, mens selvinduktionen af spolen LI og kapaciteten af kondensatoren C2 holdes konstante, vil godhedsfaktoren Q variere. Dette betyder, at godhedsfaktoren Q, når resistansen af modstanden RI nedsættes, vil vokse, og amplituden ved resonansfrekvensen fl vil vokse til en høj spidsværdi, samtidigt med at hældningen af karakteristikken før og efter spidsen bliver stejl. Ved passende valg af resistansen af modstanden RI

kan størrelsen af spidsen ved frekvensen fl følgelig vælges passende, således som angivet i fig. 5A.

Frekvensen fl vælges her ved tilnærmelsesvis 15 kHz, der er den øvre grænsefrekvens for frekvensbåndet for det direkte sumsignal.

Parallelresonanskredsen med spolen LI og kondensatoren Cl har en frekvenskarakteristik som angivet i fig. 5B. Denne frekvenskarakteristik har et brat fald eller dyk ved resonansfrekvensen f2, der tilnærmelsesvis er 30 kHz.

Endvidere har lavpas filtersektionen med modstanden R2 og kondensatoren C3 den frekvenskarakteristik, der er angivet i fig. 5C. Afskæringsfrekvensen f3 for denne filtersektion er valgt til tilnærmelsesvis 10 kHz.

Den ovenfor beskrevne lavpasfiltersektion har altså en frekvenskarakteristik som angivet ved kurven I-Ia-I i fig. 9, der er en kombination af de i fig. 5A, 5B og 5C angivne karakteristikker. I den nævnte i fig. 9 angivne karakteristik er der en i det væsentlige flad del som angivet ved kurven I i frekvensbåndet fra 0 til tilnærmelsesvis 15 kHz, og ved frekvenser over 15 kHz er der et stejlt fald som angivet ved kurven la, hvilket resulterer i et dyk i nærheden af 30 kHz. Ved frekvenser større end 30 kHz stiger frekvenskarakteris tikken noget fra dykket, men selv her er der i praksis ikke nogen signalfiltrering, da faldet stadig er stort.

I kredsløbet ifølge opfindelsen bliver den med en punkteret linje angivne kurve la i realiteten som angivet ved den med fuldt optrukket linje angivne kurve Ib på grund af tilstedeværelsen af den nedenfor beskrevne højpas filtersektion.

Denne højpasfiltersektion har en opbygning og karakteristik som angivet 6 144 047 nedenfor. Som det fremgår af fig. 2 er der med den nævnte fælles modstand RI serieforbundet en kondensator C4. En spole L2 er forbundet mellem den ende af kondensatoren C4, der ikke er forbundet med modstanden RI, og stel. En kondensator C5 er forbundet mellem forbindelsespunktet mellem kondensatoren C4 og spolen L2 og en udgangsklemme 32} og en modstand R3 er forbundet mellem stel og forbindelsespunktet mellem kondensatoren C5 og udgangsklemmen 32.

Modstanden RI, kondensatoren C4 og spolen L2 udgør en serieresonanskreds som angivet ved ækvivalentdiagrammet i fig. 6. I denne serieresonanskreds optræder der serieresonans, når den drives af et signal fra en signalkilde S svarende til det signal, der tilføres indgangsklemmen 30, og frekvenskarakteristikken bliver som angivet i fig. 7. Hvis resistansen af modstanden Ri i denne kobling vælges til forskellige værdier, mens kapaciteten af kondensatoren C4 og selvinduktionen af spolen L2 holdes konstante, vil godhedsfaktoren Q variere. Mår resistansen af modstanden Ri gøres mindre, vil Q-værdien af resonanskredsen vokse, og amplituden vil ved resonansfrekvensen f4 stige til en høj spidsværdi, samtidigt med at hældningen af karakteristikken før og efter denne spids bliver stejl. Ved passende valg af resistansen af modstanden RI kan størrelsen af spidsen ved frekvensen f4 følgelig vælges passende således som angivet i fig.

8A. Da modstanden RI også benyttes i den ovenfor beskrevne lavpasfiltersektion, bestemmes karakteristikkerne for de to resonanskredse således, at spidsværdierne af de i fig. 5A og 8A angivne karakteristikker får passende værdier.

Den nævnte resonansfrekvens f4 vælges til at være tilnærmelsesvis 30 kHz ligesom den nævnte frekvens f2.

Desuden udgør kondensatoren C5 og modstanden R3 et højpasfilter med en karakteristik som angivet i fig. 8B. I dette tilfælde er afskæringsfrekvensen f5 valgt til tilnærmelsesvis 15 kHz ligesom den ovenfor nævnte frekvens fl.

Den ovenfor beskrevne højpasfiltersektion udviser altså i sig selv en frekvenskarakteristik som angivet ved kurven II-IIa-II i fig. 9, hvilket er en kombination af karakteristikkerne angivet i fig. 8A og 8B. I denne karakteristik er der en spids ved frekvensen 30 kHz, og ved lavere frekvenser, specielt i båndet under 20 kHz, er der et kraftigt fald, mens der ved frekvenser større end 30 kHz er en svagt faldende højpas- eller båndpasfilterkarakteristik, som angivet i den højre side af figuren. Som følge af tilstedeværelsen af den ovenfor beskrevne lavpasfilterkobling vil den med punkterede linjer viste karakteristik Ila i realiteten blive som angivet ved den med fuldt optrukne linjer angivne karakteristik Ilb, således som angivet ovenfor.

I den i fig. 2 viste kobling er lavpasfiltersektionen og højpasfiltersektionen forbundet parallelt med modstanden RI som fælles element. Med lavpasfiltersektionen er der altså serieforbundet en serieresonanskreds som angivet i fig.

7 U4047 6 med en resonansfrekvens på 30 kHz. Af denne grund vil signalstrømme i indgangssignalet på 30 kHz og frekvenser i nærheden deraf næsten helt gå gennem kondensatoren C4 i serieresonanskredsen i højpasfiltersektionen, der udviser en lille impedans ved denne frekvens.

Følgelig bibringes signaler på 30 kHz og frekvenser i nærheden deraf i de signaler, der passerer gennem lavpasfiltersektionen et kraftigt fald som angivet ved karakteristikken la i fig. 9 som følge af parallelresonanskredsen med spolen LI og kondensatoren Cl, og bibringes desuden et yderligere stort fald som følge af tilstedeværelsen af serieresonanskredsen med kondensatoren C4 og spolen L2 i højpasfiltersektionen. Af denne grund bliver af den kombinerede karakteristik for lavpasfiltersektionen karakteristikken med hensyn til 30 kHz og frekvenser i nærheden deraf som angivet ved kurven Ib, og den totale karakteristik bliver som angivet ved kurven I-Ib-I.

Foruden det store fald for komposanter på 30 kHz og frekvenser i nærheden deraf bliver altså den faldende karakteristik for frekvenser over 20 kHz endnu stejlere.

Af denne grund sker der altså i kredsløbet ifølge opfindelsen foruden den rene lavpas filtrering, der alene skyldes lavpasfiltersektionen, en effektiv udnyttelse af tilstedeværelsen af højpasfiltersektionen,hvorved der opnås en endnu mere ønskelig lavpasfiltreringskarakteristik. Som følge heraf afledes der alteå kun en direkte signalkomposant, hvorfra det vinkelmodulerede signal er blevet effektivt fjernet fra udgangsklemmen, hvilken komposant tilføres raodforvrængeren 14» På den anden side er en serieresonanskreds med spolen LI og kondensatoren C2 og med en resonansfrekvens på 15 kHz forbundet parallelt med højpasfiltersektionen. Af denne grund går signalstrømme i indgangssignalet på 15 kHz og frekvenser i nærheden deraf næsten udelukkende til den nævnte serieresonanskreds i lavpasfiltersektionen, der udviser en lille impedans ved disse frekvenser. Følgelig vil signaler på 15 kHz og frekvenser i nærheden deraf i det signal, der passerer gennem højpas filtersektionen,få en frekvenskarakteristik som angivet ved kurven ITb i fig. 9, hvilket svarer til et fald på f.eks. tilnærmelsesvis 10 dB i forhold til den karakteristik, der er angivet ved kurven Ila som følge af tilstedeværelsen af den ovenfor nævnte serieresonanskreds i lavpasfiltersektionen. Den totale karakterfastik er angivet ved kurven II-IIb-II.

Foruden det store fald for komposanten på 15 kHz og frekvenser i nærheden deraf opnås altså, at den faldende karakteristik, navnlig ved frekvenser under 20 kHz, bliver endnu stejlere.

Af denne grund sker der altså i det sammensatte filterkredsløb ifølge opfindelsen en effektiv udnyttelse ikke blot af de højpasfiltreringsegenskaber, som findes i højpasfiltersektionen, men også af den virkning, der skyldes tllstedevæ-

Claims (2)

144047 δ reisen af lavpasfiltersektionen, hvorved der opnås en endnu mere ønskelig højpasfiltrering. Fra udgangsklemmen 32 afledes alene den vinkelmodulerede komposant, hvorfra det direkte signals komposanter og højere harmoniske deraf effektivt er blevet fjernet, og denne komposant tilføres demodulationskoblingen 17. I det følgende angives eksempler på værdierne af de forskellige i fig. 2 viste koblingselementer. Modstande: RI = 560 ohm, R2 = 10 kohm, R3 = 10 kohm. Kondensatorer: Cl = 0,0033 y*.F, C2 = 0,0068yltF, C3 = 0,0033ycF, C4 = 0,0027JL*S) C5= 0,001 jXS. Spoler: LI = 10 mH, L2 = 10 mH. I et virkeligt kredsløb er der forbundet en begrænsende forstærker mellem højpasfiltersektionen og demodulationskoblingen 17. I det tilfælde, hvor den begrænsende forstærker er af typen med positiv indgang, kan udgangsklemmen 32 for højpasfiltersektionen være som i koblingen ifølge fig. 2. I det tilfælde, hvor den begrænsende forstærker er af typen med negativ indgang, skal den ene ende af modstanden R3 imidlertid ikke forbindes til stel, men bliver en udgangsklemme og forbindes med indgangen til den begrænsende forstærker af typen med negativ indgang.

1. Sammensat filterkredsløb med en indgangsklemme, der tilføres et signal, og med to udgangsklemmer, kendetegnet ved, at indgangsklemmen (30) er forbundet med den ene ende af en første modstand (RI),til hvis anden ende der er forbundet en første spole (LI), der ved den anden ende over en første kondensator (G2) er forbundet med stel, at der parallelt med den første spole (LI) er forbundet en anden kondensator (Cl), at der til forbindelsespunktet mellem den første modstand (RI) og den første spole (LI) er forbundet en tredje kondensator (C4), hvis anden ende over en anden spole (L2) er forbundet med stel, hvorved seriekoblingen af den første spole (LI) og den første kondensator (C2) har en første resonansfrekvens (f^), parallelforbindelsen af den første spole (LI) og den anden kondensator (Cl) en anden resonansfrekvens (f^), der er større end den første resonansfrekvens (f^), og serieforbindelsen af den tredje kondensator (C4) og den anden spole (L2) en tredje resonansfrekvens (f^), der i det væsentlige er lig med den anden resonansfrekvens (fp, hvorved en af de to udgangsklemmer er forbundet med forbindelsespunktet mellem den første spole (LI) og den første kondensator (C2) og den anden udgangsklemme med forbindelsespunktet mellem den tredje kondensator (C4) og den anden spole (L2), hvorved overføringsvejen fra indgangsklemmen (30) til den ene af de to udgangsklemmer har en lavpasfilterkarakteristik, der ved den anden resonansfrekvens (fog i omegnen deraf udviser et stejlt dyk, og hvorved overføringsvejen fra ind-