DE2312086B2

DE2312086B2 - Signalübertragungsvorrichtung mit einer amplituden- und frequenzabhängigen Übertragungsfunktion

Info

Publication number: DE2312086B2
Application number: DE19732312086
Authority: DE
Inventors: Jacob De Boer; Robert Nestor Joseph Van Sluys
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-03-30
Filing date: 1973-03-10
Publication date: 1979-03-22
Also published as: JPS4910010A; DE2312086C3; ATA270873A; CA975439A; FR2178108A1; JPS5649008B2; ES413099A1; DE2312086A1; FR2178108B1; IT980703B; AT346906B; AR195708A1; GB1431481A; SE388988B; CH561488A5; BE797480A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalübertragungsvorrichiung mit einer amplituden- und frequenzabhängigen Übertragungsfunktion, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Signal-Übertragungsvorrichtungen, die bei Rauschunterdrükkungssystemen zur Schwächung des von einem Informationskanal herbeigeführten Rauschens verwendet werden können, wobei ein solches Rauschunterdrükkungssystem eine erste dem Informationskanal vorangehende Signalübertragungsvorrichtung und eine zweite dem Informationskanal nachgeordnete Signalübertragungsvorrichtung enthält deren Übertragungsfunktion zu der Übertragunesfunktion der ersten Signalübertragungsvorrichtung komplementär ist 1 i

Derartige Rauschunterdrückungssysteme, die sich in den letzten Jahren eines großen Interesses erfreuen, sind z. B. von besonderer Bedeutung bei magnetischen Aufzeichnungsträgern. Diese magnetischen Aufzeichnungsträger führen ja ein erhebliches Rauschen in das aufgezeichnete Signal ein, was hei der Wiedergabe der auf diesen Aufzeichnungsträger aufgezeichneten Information (Audio- und/oder Videoinformation) zu sehr störenden Effekten führen kann.

Der endgültige Einfluß des von dem Informationska- 2Ί nal, im obenstehenden Beispiel dem magnetischen Aufzeichnungsträger, herbeigeführten Rauschens auf das wiedergegebene Signal kann mit Hilfe eines Rauschunterdrückungssystems der obengenannten Art stark unterdrückt werden. Zu diesem Zweck .veist die jo Signalübertragungsvorrichtung, die dem Informationskanal vorangeht, eine derartige Übertragungsfunktion auf, daß wenigstens Signale mit einer kleinen Amplitude und einer Frequenz, die in der Nähe der Frequenz des von dem Informationskanal eingeführten Rauschens j-, liegt, zusätzlich verstärkt werden. Infolgedessen wird der Rauschabstand des Signals im Informationskanal, im obenstehenden Beispiel dem magnetischen Aufzeichnungsträger, vergrößert, während das Signal selber infolge dieser frequenz- und amplitudenabhängigen 4< > Übertragungsfunktion verzerrt sein wird. Bei der Wiedergabe des Signals muß diese Verzerrung selbstverständlich wieder beseitigt werden, zj welchem Zweck das von dem Informationskanal erhaltene Signal einer zweiten Signalübertragungsvorrichtung zugeführt 4-, wird, die eine Übertragungsfunktion aufweist, die zu der der ersten Signalübertragungsvorrichtung komplementär ist Infolgedessen wird wieder das ursprüngliche Signal in unverzerrtem Zustand erhalten. Das von dem Informationskanal eingeführte Rauschen wird jedoch, -,n ebenso wie die Signale mit entsprechender Frequenz und kleiner Amplitude, zusätzlich geschwächt, so daß der verbesserte Rauschabstand des Signals im Informationskanal bei der Wiedergabe beibehalten wird.

Es leuchtet ein, daß es für eine verzerrungsfreie -,-> Wiedergabe des Signals besonders wichtig ist, daß die Übertragungsfunklionen der beiden Signalübertragungsvorrichtungen — der Kompressor und der Expander — zueinander möglichst genau komplementär sind. Diese Anforderung ist um so wesentlicher, je t,o nachdem die Übertragungsfunktionen der Signalübertragungsvorrichtungen einen in bezug auf die Amplituden- und Frequenzabhängigkeit verwickeiteren Verlauf aufweisen, was jedoch oft wünschenswert ist, um eine zweckmäßige Rauschschwächung zu erzielen. Dadurch _hj werden ja die benö'igten Schaltungen im allgemeinen kritischer sein.
Bei Systemen, bei denen die beiden Signalübertragungsvorrichtungen verwendet werden, z. B. bei Tonbandgeräten, die sowohl für Aufnahme als auch für die Wiedergabe geeignet sind, ist es daher besonderr vorteilhaft, wenn die Einheit, die das Frequenz- und Amplitudenverhalten dieser Vorrichtung bestimmt, für die beiden Vorrichtungen völlig gleich ist. In diesem Falle ist ja eine einzige Einheit genügend, die, abhängig von der gewünschten Funktion, und zwar Kompression oder Expansion, in der ersten oder in der zweiten Signalübertragungsvorrichtung geschaltet wird. Dazu wird eine Schaltvorrichtung benötigt, deren Bauart und deren Wirkungsweise durch die Bauart der Signalübertragungsvorrichtungen bestimmt werden, wobei naturgemäß das Bestreben dahin geht, diese Schaltvorrichtung möglichst einfach zu halten. Weiter werden vorzugsweise Signalübertragungsvorrichtungen verwendet, bei denen die Gefahr von !.Instabilitäten infolge von Rückkopplungsschleifen möglichst gering ist Schließlich ist es erwünscht daß die Vorrichtungen auf einfache Weise und auf einer kleinen Oberfläche integriert werden können.

Die Erfindung bezweckt, eine Signaiüb'rtragungsvorrichtung zu schaffen, die in hohem Maße den vorerwähnten Wünschen und Anforderungen entspricht. Ausgehend von einer Signalübertragungsvorrichtun^ gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen angegebenen Maßnahmen gelöst

Die Übertragungsfunktion der Vorrichtung wird durch den Quotienten der beiden Impedanzelemente bestimmt und ist somit von dem Verhalten dieser Impedanzelemente als Funktion der Amplitude und der Frequenz des zugeführten Signals abhängig. Vorzugsweise enthält das zweite Impedanzelement eine amplitudenunabhäiigige Impedanz, die vom Signalstrom durchflossen wird und die bewirkt, daß die durch das zweite Impedanzelement erzielte Impedanz eine amplitudenunabhängige Komponente aufweist. Das amplituden- und frequenzabhängige Vei halten des Netzwerkes, über das der Steuerelektrode des zweiten Transistors ein vom Signalstrom abgeleitetes Steuersignal zugeführt wird, kann dabei mit Hilfe eines regelbaren Filters oder eines regelbaren Verstärkers erhalten werden, die zu diesem Zweck einen Regeleingang aufweisen, dem ein über eine Regeleinheit erhaltenes Regelsignal zugeführt wird, das von der Größe des Signalstromes abgeleitet ist. Naturgemäß können auch ein regelbares Filter sowie ein regelbarer Verstärker verwendet werden. Die Regeleinheit kann das regelbare Filter oder den regelbaren Verstärker selbstverständlich nach verschiedenen Kriterien regeln. Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Regeleinheit ein nichtlineares Filter, dem ein von der Amp'U'.de des Steuersignals abhängiges Signal zugeführt wird.

Das Umschalten /on der einen Übertragungsfunktion auf die komplementäre Übertragungsfunktion kann auf zwei verschiedene Weisen erfolgen. Bei der ersten Umschaltmöglichkeit werden die Lagen der Impedanzelemente im Reilienkreis untereinander verwechselt. Wenn jedoch das zweite Impedanzelement einen zweiten Transistor enthält, dessen Hauptstrombahn vom Signalstrom durchflossen wird und dessen Steuerelektrode über ein Netzwerk ein von dem Signalstrom abgeleitetes Steuersignal zugeführt wird, kann die Umschaltung auch auf eine zweite Weise, und zwar innerhalb des zweiten Impedanzelementes, stattfinden. Zu diesem Zweck kann eine Schalteinheit vorgesehen

sein, die in einer ersten Lage dafür sorgt, daß über das Netzwerk ein unmittelbar von dem Signalslrom abgeleitetes Steuersignal der Basis des zweiten Transistors zugeführt wird, und die in einer zweiten Lage eine Gegenkopplung des Netzwerks über eine Gegenkopplungseinheit und eine zusätzliche Inversion des Steuersignals bewirkt. Durch passende Wahl der Gegenkopplungseinheit können auf diese Weise zwei zueinander komplementäre Funktionen erzielt werden.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung- dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F-" i g. I eine erste Ausführungsform der Signalübertragungsvorrichtung nach der Erfindung,

F ig. 2 eine Ausführungsform der gleichen Bauart, aber mit einem anders ausgeführten zweiten Impedanzelement.

F^; i g. 3 und 4 zwei Ausführungsformen mil einer zu der '.!er Vnrrirhliing narh Fig ? Wnmnlrmpntürm Übertragungsfunktion,

F i g. 5 eine Kombinationsschaltung, mit deren Hilfc zwei zueinander komplementäre Übertragungsfunktionen erhalten werden können,

F i g. 6 eine weitere Ausarbeitung des Netzwerks in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine für Integration geeignete Ausführungsform,

F i g. 8 und 9 das dabei auftretende frequenz- und amplitudenabhängige Verhalten,

Fig. 10 eine andere Ausführungsform der Signalübertragungsvorrichtung nach der Erfindung und

F i g. 11 eine für Integration geeignete Ausführung der Vorrichtung nach Fig. 10.

In den Figuren sind entsprechende Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die in F i g. 1 gezeigte Signalübertragungsvorrichtung enthält zunächst einen npn-Transistor Ti. Der Emitter dieses Transistors Ti ist über ein erstes Impedanzelement Z\ mit der negativen Klemme der Speisequelle, z. B. Erde, verbunden. Der Kollektor dieses Transistors 71 ist über ein zweites Impedanzelement Z₂ mit der positiven Klemme + Vßder Speisequelle verbunden. Das Eingangssignal V₁ wird der Basis des Transistors Ti zugeführt und das Ausgangssignal V₁, wird dem Kollektor des Transistors Ti entnommen.

Das Impedanzelement Z₂ weist einen amplituden- und frequenzabhängigen Charakter auf, indem es die Parallelschaltung einer Induktivität Z, eines Widerstandes und zweier gegensinnig parallelgeschalteter Dioden D und D' enthält. Weiter enthält das Impedanzelement Zj noch eine Impedanz Zs in Reihe mit der genannten Parallelschaltung. Die gezeigte Ausführungsform des Impedanzelements Zi läßt sich z. B. in einem Rauschunterdrückungssystem zur Unterdrückung des Rauschens in einem Videosignal verwenden, bei dem die von der gezeigten Vorrichtung herbeigeführte nichtlineare Verzerrung im allgemeinen zulässig ist.

Für Audioanwendungen, bei denen diese Verzerrung im allgemeinen unzulässig ist, kann das Impedanzelement Zj eine Bauart nach F i g. 2 aufweisen. Bei der Ausführungsform nach dieser Figur enthält das Impedanzelement Zi in Reihe zwischen der Klemme + Vb und dem Kollektor des Transistors Ti eine Impedanz Z₄, die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T? vom npn-Typ und eine Impedanz Z3. Weiter enthält dieses irnpedanzeierneru Zj ein Netzwerk C, das ein Signal der Impedanz Zt entnimmt und ein daraus erhaltenes Steuersignal der Basis des Transistors T₂ zuführt. Der Aufbau der Signalüberiragungsvorrichtung nach den F i g. 1 und 2 hat den Vorteil, daß auf einfache Weise unter Verwendung desselben Impedanzelements Z₂ die komplementäre Übertra-) gungsfunktion erhalten werden kann. Um dies nachzuweisen, wird zunächst die Übertragungsfunktion der Vorrichtung nach F i g. 2 berechnet werden.

Unter Vernachlässigung der Basis-Emitterspannung

des Transistors Ti und des Ausgangsstromes wird der

in Signalstrom in der durch die Impedanzen Zi, Z3, Z4 und die Hauptstrombahnen der Transistoren Tj und T₂

t/
gebildeten Reihenanordnung gleich ~ sein. Wenn von

diesem Signalstrom ausgegangen wird, wird für das r, Steuersignal an der Basis des Transistors T₂ die Größe gefunden:

wobei g die Übertragungsfunktion des Netzwerks G darstellt. Wenn die Basis-Emitterspannung des Transistors Tj vernachlässigt wird, weist diese Spannung den gleichen Wert auf und wird schließlich für das Ausgangssignal Kigcfunden:

⁴ >,

Dieser Ausdruck zeigt, daß der frequenz- und amplitudenabhängige Charakter der Übertragungsfunktion einerseits durch die Impedanzen Zi. Z] und Zt

r> und andererseits durch die Übertragungsfunktion gdes Netzwerks G bestimmt wird. Für die Impedanzen ΖΊ, Z₂ und Zj können Widerstände verwendet werden, während der Verlauf der Übertragungsfunktionen im wesentlichen durch das Netzwerk G bestimmt werden kann; auch können jedoch eine oder mehrere der Impedanzen Zi, Z₂ und Z3 frequenz- und gegebenenfalls amplitudenabhängig ausgeführt werden. Die Impedanz Zi kann gegebenenfalls völlig weggelassen werden. Bei der Erzielung verhältnismäßig verwickelter Übertra-

4-, gungsfunktionen ist es im allgemeinen zu bevorzugen, die Frequenz- und Amplitudenabhängigkeit größtenteils mit Hilfe des Netzwerks G festzulegen.

Wie bereits erwähnt wurde, ist es sehr wünschenswert, daß bei der Erzielung der komplementären

-,n Übertragungsfunktionen dieselben Elemente, und zwar insbesondere die Elemente, die in erster Linie die Übertragungsfunktion bestimmen, also die Impedanzen Zi, Z₃, Zj, und das Netzwerk G, benutzt werden können. Infolge der gewählten Bauart der Signalübertragungsvorrichtung kann dies sehr einfach auf verschiedene Weise erfolgen, wie an Hand von zwei Beispielen in F i g. 3 und 4 veranschaulicht ist. Die Ausführungsform nach F i g. 3 entspricht nahezu völlig der Vorrichtung nach F i g. 2. Der einzige Unterschied mit der Vorrich-

bo tung nach F i g. 2 ist der, daß der Transistor Ti vom npn-Typ durch einen Transistor Tj vom pnp-Typ ersetzt ist, wobei naturgemäß die Kollektor- und Emitteranschlüsse ihre Stelle verwechselt haben. Das Eingangssignal Vi wird wieder der Basis dieses Transistors zugeführt und das Ausgangssignal V₀ wird wieder dem Kollektor dieses Transistors entnommen, der nun also mit der Impedanz Zi verbunden ist. Eine einfache Berechnung zeigt, daß die Beziehung zwischen dem

Eingangs- und dem Ausgangssignal für diese Vorrichtung durch

V= ^ZL· _ ι/

Z+R-Z ''

(2)

gegeben ist, und die Übertragungsfunktion dieser Vorrichtung ist also genau komplementär zu der Übertragungsfunktion der Vorrichtung nach F i g. 2.

Wenn ein Impedanzelement Z₂ entsprechend dem Element Zi nach F i g. I verwendet wird, wird naturgemäß mit der Vorrichtung nach F i g. 3 eine Übertragungsfunktion erzielt, die zu der mit der Vorrichtung nach Fig. 1 erzielten Übertragungsfunktion komplementärist.

liir ein Rauschschwächungssystem für ein Tonbandgerät, bei dem man während der Aufnahme, also vor der Aufzeichnung auf das Band, dns Signal zu komprimieren und bei Wiedergabe das Signal zu expandieren wünscht, bedeutet dies z. B., daß tür die beiden Funktionen dieselben Impedanzelemente Z\ und Z₂ verwendet werden können und daß durch Einschalten eines Transistors Ti (F i g. 2) oder eines Transistors Ti (F i g. 3) auf die angegebene Weise eine der Funktionen ausgewählt werden kann.

Die komplementäre Übertragungsfunktion in bezug auf F i g. 2 kann auch dadurch erzielt werden, daß das Impedanzelement Z₂ in die Emitterleitung von Ti und das Impedanzelement Z\ in dessen Kollektorleitung aufgenommen und der npn-Transistor T₂ durch einen pnp-Transistor ersetzt wird.

F i g. t zeigt schließlich eine dritte Möglichkeit zur Erzielung der komplementären Übertragungsfunktion (2). Die Vorrichtung enthält wieder das Impedanzelement Z₂, das über einen ersten Anschluß wieder mit der positiven Klemme + Keder Speisequelle verbunden ist. Der zweite Anschluß ist nun aber über eine Stromquelle / an Erde gelegt und ist weiter mit dem Emitter des npn-Transistors Ts verbunden, dessen Basis das Eingangssignal V, zugeführt wird. Der Kollektor dieses Transistors Ts ist über die Impedanz Zi mit der positiven Klemme der Speisequelle verbunden, wobei über diese Impedanz das Ausgangssignal V₀ entnommen wird.

Die Impedanz Z], der Transistor T5 und das Impedanzelement Z₂ bilden in bezug auf den Signalstrom wieder eine Reihenanordnung, weil die Stromquelle / einen konstanten Strom liefert. Als Übertragungsfunktion wird wieder auf einfache Weise die Formel (2) gefunden. Der Vorteil der Vorrichtung nach Fig.4 besteht einerseits darin, daß lediglich Transistoren vom npn-Typ verwendet werden können, während andererseits diese Vorrichtung auf besonders günstige und einfache Weise mit der Vorrichtung nach F i g. 2 vereinigt werden kann, wie in F i g. 5 dargestellt ist

Die in dieser Figur dargestellte Vorrichtung enthält wieder das Impedanzelement Z2, das in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Ti und der Impedanz Z\ zwischen der positiven Klemme + Vb und Erde angeordnet ist. Weiter enthält die Vorrichtung einen Transistor Ti, dessen Emitter mit dem Kollektor des Transistors Ti verbunden ist. Das Eingangssignal Vi kann über einen Schalter Si wahlweise der Basis des Transistors T\ oder der Basis des Transistors Ts zugeführt werden, während das Ausgangssignal V₀ über einen Schalter Si wahlweise dem Kollektor des Transistors T₁ oder dem Kollektor des Transistors T₅ entnommen werden kann. Die genannten Schalter & und S4 sind mechanisch miteinander gekuppelt und sind

ebenfalls mit zwei weiteren Schaltern Si und S3 gekuppelt, so daß alle Schalter Si — S» entweder die mit a angegebene Lage oder die mit b angegebene Lage einnehmen. Der Schalter Si verbindet in der Lage b den Kollektor des Transistors Ts mit einer Impedanz Zi', die andererseits mit der positiven Klemme der Speisequelle verbunden ist. Der Schalter S3 verbindet in der Lage b die Basis des Transistors Ti mit einer Bezugsspannung Vr.

Es ist direkt ersichtlich, daß, wenn die Schalter Si-St in der Lage a befindlich sind, der wirksame Teil der Vorrichtung völlig der Vorrichtung nach F i g. 2 entspricht. Wenn sich die Schalter in der Lage b befinden, wird der Basis des Transistors Ti eine feste Bezugsspannung Vr zugeführt. Dies bedeutet, daß der Kollektorstrom des Transistors Ti konstant ist und dieser Transistor also als eine Stromquelle wirkt. Es ist daher deutlich ersichtlich, daß in diesem Falle der wirksame Teil der Vorrichtung völlig der Vorrichtung mich Fig.4 entspricht, wen man wünscht, daö die beiden Übertragungsfunktionen zueinander komplementär sind, braucht nur sichergestellt zu werden, daß die Impedanzen Z\ und Zi einander gleich sind. Es ist günstig für diese Impedanzen Widerstände zu verwenden, die ja einfach genau einander gleich gewählt werden können, und somit das frequenz- und amplitudenabhängige Verhalten im wesentlichen mittels des Impedanzelements Z₂ festzulegen. Durch das Umlegen der Schalter Si-Si, die selbstverständlich auch elektronisch ausgeführt werden können, kann dann, je nachdem ob ein Signal aufgezeichnet oder ein aufgezeichnetes Signal wiedergegeben wird, eine der komplementären Übertragungsfunktionen ausgewählt werden, was selbstverständlich auch automatisch erfolgen kann.

F i g. 6 zeigt die Vorrichtung nach F i g. 2, wobei nun aber beispielsweise die Bauart des Netzwerks G schematisch dargestellt ist. Dieses Netzwerk G enthält zunächst ein Filter Fi, das z. B. ein HochpaB sein kann. Das Ausgangssignal dieses Filters wird über einen Verstärker A\ der Basis des Transistors T₂ zugeführt. Weiter wird das Ausgangssignal des Verstärkers A\ einem zweiten Verstärker /4₂ zugeführt, der einen frequenzabhängigen Verstärkungsfaktor aufweisen kann. Von dem Ausgangssignal dieses Verstärkers Aj wird mit Hilfe eines Detektors D die Amplitude gemessen, welcher gemessene Wert einem nichtlinearen Filter F₂ zugeführt wird, das also sowohl einen frequenz- als auch einen amplitudenabhängigen Charakter aufweisen kann. Das Ausgangssignal dieses Filters F₂ wird schließlich einem Regeleingang des Filters Fi zugeführt, dessen Grenzfrequenz mittels des diesem Regeleingang zugeführten Signals regelbar ist. Es ist auch möglich, den Verstärker A^ regelbar auszubilden und der Verstärkungsfaktor desselben von dem dem Regeleingang desselben zugeführten Signal abhängen zu lassen (gestrichelte Linie). Durch die schematisch dargestellte Bauart des Netzwerks G ist es möglich, eine große Verschiedenheit von Übertragungsfunktionen zu erzielen, die an den Bedarf für verschiedene Zwecke angepaßt sind.

Fig.7 zeigt eine für Integration geeignete Ausführungsform einer Vorrichtung entsprechend F i g. 6, die sich insbesondere zur Anwendung in Tonbandgeräten eignet, während die F i g. 8 und 9 zwei Kennlinien dieser Vorrichtung zeigen.

Dabei sind die Elemente des Netzwerks G nach F i g. 6 in F i g. 7 durch eine Umrahmung von strichlier-

ten Linien dargestellt. Die Vorrichtung nach Fig. 7 enthält einen Transistor Ti, dessen Basis das Eingangssignal Vn zugeführt und dessen Kollektor das Ausgangssignal V_n entnommen wird. Die Impedanzen Zi, Zj und Za in der Reihenanordnung zwischen Erdpotential und der positiven Klemme + Vn der Speisequelle werden durch Widerstände /?_t, R₂ und R₁ gebildet. Weiter enthält diese Reihenanordnung noch die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T₂ zwischen den Widerständen Rj und R₂.

Die über dem Widersland /?j entstandene Signalspannung wird einem Hochpaß F-], und zwar einer Emitterfolgerschaltung mit dem Transistor 7j und dem Widerstand Ra, zugeführt. Die Filterwirkung wird mit Hilfe eines /?C'-Netzwerks mit dem Kondensator C\ und dem Widerstand Ri erhalten. Weiter enthält das Filter Fi einen umgekehrt geschalteten Transistor Ta, dessen Kollektor-Emitterstrecke den Widerstand Rs überhriirlct und dessen Basis ein Regelsignal zugeführt wird. Die von diesem Transistor eingeführte Impedanz parallel zu dem Widerstand Rs beeinflußt naturgemäß die RC-Zch und somit die Grenzfrequenz des Filters (Q, R5, Ta), so daß diese Grenzfrequenz von dem Regelsignal an der Basis des Transistors Ta abhängig ist.

Das Ausgangssignal dieses Hochpasses Fi wird einem Verstärker A\ zugeführt. Dieser Verstärker A, enthält eine Differenzstufe mit den Transistoren Ts und Tb, den Emitterimpedanzen Rt, und Ri und der gemeinsamen Emitterimpedanz Rs, wobei das Ausgangssignal des Filters Fi der Basis desi Transistors Ts zugeführt wird, während der Basis des Transistors Te eine Bezugsspannung zugeführt wird, die mit Hilfe eines Spannungsteilers Ru, R]] und der Emitterfolgerschaltung mit dem Transistor Tj und dem Widerstand Rw erhalten wird. Die Einstellung dieses Differenzpaares Ts und Tf, kann derart gewählt sein, daß eine gewünschte Begrenzung des Signals auftritt. Der Widerstand An ist auch mit dem Widerstand Ri verbunden. In den Kollektorkreis des Transistors Te ist ein Spannungsteiler Rq, Rm aufgenommen. Der Anzapfung dieses Spannungsteilers wird ein Ausgangssignal entnommen, das einem Spannungsteiler R₂A, /?25 zugeführt wird, dessen Anzapfung mit der Basis des Transistors T₂ verbunden ist.

Ein zweites Ausgangssignal des Verstärkers A\ wird dem Kollektor des Transistors Tt entnommen und wird einem Verstärker A₂ zugeführt. Dieser Verstärker A₂ weist einen frequenzabhängigen Verstärkungsfaktor auf, zu welchem Zweck in den Emitterkreis eines pnp-Transistors T% außer einem Widerstand /?₎₄ die Parallelschaltung eines; Widerstandes Rm und eines Kondensators C₂ aufgenommen ist. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers A₂ wird über einen Kondensator Cj einem Kollektorwiderstand Rm des Transistors T₈ entnommen.

Dieses Ausgangssignal des Verstärkers A₂ wird einem Detektor D mit den Widerständen Rm, Ru, R\% R₂O, dem Kondensator G und der Diode A zugeführt, wobei die Spannung über dem Kondensator G bereits ein Maß für die Amplitude dieses Ausgangssignals des Verstärkers Ä2 ist Diese Spannung über dem Kondensator G wird einem nichtlinearen Filter F₂ zugeführt

Dieses Filter enthälit ein ÄC-Netzwerk mit einem Kondensator C5 und einem Widerstand Ä23, dem die Spannung über dem Kondensator G zugeführt wird, welcher Widerstand Ä23 von einer Diode D₂ in der Durchlaßrichtung überbrückt ist, wodurch die übertragungsfunktion dieses RC-Netzwerks nicht nur frequenz-, sondern auch amplitudenabhängig ist Die Anzapfung dieses RC-Nctzwcrks ist mit der Basis eines Transistors Tg vom pnp-Typ verbunden, der in der Emitterleitung einen Widerstand R₂\ und eine Diode Ds enthält, weicht Elemente von dem Widerstand R₂₂ ■-■, überbrückt sind. Das Ausgangssignal dieses Filters F₂, in diesem Falle der Kollektorstrom des Transistors Tq, wird dem Regeleingang des Filters Fi (der Basis des Transistors Ή) zugeführt und regelt auf diese Weise die Grenzfrequenz des Hochpasses F\.

in Die durch diese Vorrichtung erzielte Übertragungsfunktion, die also sowohl einen frequenz- als auch einen amplitudenabhängigen Charakter aufweist, ist in den Fig. 8 und 9 dargestellt. Fig. 8 zeigt dabei in logarithmischern Maßstab die Spannung V₁, an der Basis -, des Transistors T₂ als Funktion der Amplitude des Eingangssignal!! V,- für drei Frequenzen dieses Eingangssignals, wobei f\<f₂<fi ist. Fig.9 zeigt in logarithmischem Maßstab das Ausgangssignal V₀ als Funktion de.' Frequenz dreier Werte der Amplitude des Eingangssi-

.'» gnals, wobei Vn > Va > Vn ist.

Es ist einleuchtend, daß die Schaltung nach F i g. 7 auf vielerlei Weise abgewandelt werden kann, um die mit der Vorrichtung erzielte Übertragungsfunktion an den Bedarf anzupassen, ohne daß man den Rahmen der

r> Erfindung verläßt.

Weiter kann z. B. als Abwandlung der in F i g. 3,4 und 5 gezeigten Bauart des Impedanzelements Z₂, bei der die Hauptstrombahn des Transistors T₂ in Reihe mit der Impedanz Za angeordnet ist, gegebenenfalls eine Bauart

jo verwendet werden, bei der die Hauptstrombahn dieses Transistors zu dieser Impedanz Za parallel liegt. In diesem Falle soll dieser Transistor T₂ jedoch einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie der Transistor T\ aufweisen und über seinen Emitter mit der der

)■> positiven Klemme + Ve der Speisequelle zugekehrten Seite der Impedanz Za verbunden sein. Durch Änderung der Steuerspannung an der Basis dieses Transistors ändert sich naturgemäß die Impedanz der Parallelschaltung dieses Transistors und der Impedanz Z₄.

ad Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform der Übertragungsvorrichtung nach der Erfindung, bei der die Umschaltung von der einen Funktion (z. B. Kompression) auf die komplementäre Funktion (z. B. Expansion) und umgekehrt nicht durch eine Verschiebung des

4-1 Impedanzelements Z₂, sondern durch eine Änderung der durch das Impedanzelement hervorgerufenen Impedanz erfolgt. Durch den gewählten Aufbau dieses Impedanzelements erweist es sich als möglich, durch das Umschalten nur eines einzigen Schalters die beiden

ίο komplementären Funktionen zu erzielen, was nachstehend an Hand einer Berechnung nachgewiesen wird.

Das Impedanzelement Z₂ besteht entsprechend F i g. 6 aus der Reihenschaltung einer Impedanz Z₄, der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T₂ und einer Impedanz Zj, wobei die Basisspannung für den Transistor mit Hilfe eines Netzwerks G erhalten wird, dem die Spannung über die Impedanz Zt zugeführt wird. Dieses Netzwerk G ist nun aber auf andere Weise aufgebaut und enthält einen Pufferverstärker B\ mit einem » + «-Ausgang und einem » — «-Ausgang. Der » + «-Ausgang dieses Verstärkers ist mit einer Klemme a eines Schalters 5 verbunden, der weiter mit einem veränderlichen Filter Fi verbunden ist. In Reihe mit diesem Filter Fi ist ein Verstärker A\ angeordnet, von dem ein »—«-Ausgang mit einem Pufferverstärker B₂ verbunden ist, dessen Ausgangssignai zu dem Ausgangssignal am » — «-Ausgang des Verstärkers B\ addiert wird, wonach das Summensignal einer Klemme b des

Schalters 5 zugeführt wird. Das Signal an einem » + «-Ausgang des Verstärkers A₁ wird der Basis des Transistors T₂ zugeführt, während von diesem Signal ein Regelsignal für das veränderliche Filter F₁ mit Hilfe eines Verstärkers A₂, eines Detektors D u.1d eines Filters F₂ abgeleitet wird.

Wenn angenommen wird, daß in dem Kompressionsmodus der Schalter S in der Lage a befindlich ist, ist die Basisspannung V_c'des Transistors T₂ gleich:

K - - 'ΖΑ/ι'Ί · (-*)

wobei / = der Strom durch den Reihenkreis, b\ und ;ii = die Verstärkungsfaktoren der Verstärker B\ und A|, f\ = die Übertragungsfunktion des Filters F₁. Da

V- i = -^- ist, wird für das Ausgangssignal V₁. der

Kompressionsschaltung gefunden:

(4)

In dem Expansionsmodus muß der Schalter S sich dann in der Lage b befinden, was eine Spannung an der Basis des Transistors T₂ gleich:

(5)

zur Folge hat, wobei /' = der Strom durch den Reihenkreis, bi = der Verstärkungsfaktor des Verstärkers Bi, und f\ die Übertragungsfunktion des Filters F,. Daraus folgt für die Ausgangsspannung während des Expansionsmodus:

_v _,-J

' I

(6)

In den Ausdrücken (4) und (6) kann angenommen werden, daß Z₁ = /■' ist, unter der Bedingung, daß der Absolutwert von VJ gleich dem Absolutwert von V,.' ist, also

I v;. I = 11\:! (7)

Wenn angenommen wird, daß Z₁ gleich Z₃ ist, folgt

daraus mit / ' = -γ- aus (3), (4), (6) und (7), daß

h, =

z>

(8)

Unter dieser Bedingung ergibt sich dann außerdem aus den Gleichungen (4), (6) und (8), daß

K,= Vi. (9)

Dies bedeutet, daß unter der Bedingung (8) die beiden Übertragungsfunktionen zueinander komplementär sind. Für den Fall, daß Zi = Z₄ ist können die beiden Verstärker S, und S₂ identisch sein.

Es ist einleuchtend, daß verschiedene Abwandlungen der Ausführungsform des Netzwerks G nach Fig. 10 möglich sind. Die dargestellte Ausführungsform mit Verstärkern mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Ausgang weist jedoch den Vorteil auf, daß nur ein einziger Schalter benötigt wird.

Fig. Il zeigt eine für Integration geeignete Ausführung einer Vorrichtung nach Fig. 10, wobei die Elemente des Netzwerks G durch strichlierte Linien angegeben sind. Der Pufferverstärker B\ wird durch die Trans'storen Tu, Ti₂, Tu, T₁₄ und die Widerstände R» und Λ35 gebildet. Der Eingang dieses Verstärkers B* wird durch die Basis des Transistors T₁ \ gebildet, die mit dem Widerstand Rn verbunden ist, der der Impedanz Z₄ nach Fig. 10 entspricht. Der » + «-Ausgang des Verstärkers B-, wird durch den Emitter des Transistors Tn gebildet, der mit der Klemme a des Schalters S verbunden ist. Das Signal an diesem » + «-Ausgang wird mit Hilfe der Transistoren Tu, Ti j und der Widerstände Ru. Rs=, invertiert und über den als Emitterfolger geschalteten Transistor Ti 1 der Klemme bdes Schalters Szugeführt.

Die gemeinsame Klemme des Schalters 5 bildet den Eingang des Filters Fi in Vereinigung mit dem Verstärker Ai. Der Verstärker Ai besteht aus den Darlington-Transistorpaaren TW, TIb und Ti₇, Tie mit den Emitterwidprständen Rt7. Rm. Das Filter Fi wird durch die Reihenschaltung einer Kapazität Ci und des Widerstandes R_n gebildet, deren Verbindungspunkt mit der Basis des Transistors T,5 verbunden ist. Die Übertragungskennlinie dieses Hochpasses kann mit Hilfe der pnp-Transistoren T19, Tm geändert werden, die mit ihren Emitter-Kollektor-Strecken den Widerstand R39 überbrücken und die an ihren Basis-Elektroden ein Steuersigna! empfangen, wodurch der Gesamtwiderstand, der durch die Parallelschaltung des Widerstandes Rs9 und dieser Transistoren gebildet wird, geändert werden kann. Ein dritter Transistor Tji überbrückt auf entsprechende Weise einen Widerstand R^ am anderen Eingang des Differenzverstärkers.

Der » + «-Ausgang des Verstärkers A\ wird durch den Kollektor des Transistors T₁₈ gebildet und ist mit der Basis des Transistors Ti und über einen Kollektorwiderstand /?3b mit der positiven Klemme + V_fl der Speisequelle verbunden. Der » — «-Ausgang des Verstärkers A\ wird durch den Kollektor des Transistors Ti₆ gebildet und ist mit dem Emitter des Transistors Tu verbunden, wodurch die Ausgangsspannungen der Verstärker A₁ und B\ zueinander addiert werden. Der Verstärker Bi nach Fig. 10 ist also weggelas.^n und weist also einen Verstärkungsfaktor 1 auf, was durch passende Wahl von Z,, Zt und b\ erzielbar ist (siehe Gleichung (8)).

Das Regelsignal für das veränderliche Filter Fi. das den Basis-Elektroden der Transistoren T\% Tw und T₃, zugeführt wird, wird mit Hilfe der Kombination des Verstärkers Ai, des Detektors D und des Filters F· erhalten. Das F.ingangssignal dieser Schaltung, das der Basis des Transistors Ti entnommen wird, wird zunächst mit Hilfe der Transistoren Ti₃ und T24 verstärkt, wonach über Tu, Tu, die Klasse-B-Endstufenkonfiguration Tn und Tu und die Stromspiegelanordnung Tn, Tm eine Gleichrichtung des Signals erhalten wird, während durch das Vorhandensein der Kapazität Ci und des Widerstandes Λ49 zwischen den Emittern der Transistoren Tn, Tn und Erde außerdem eine Filterwirkung erzielt wird. Der gleichgerichtete Regelstrom wird schließlich nochmals mit Hilfe von Transistoren T₃₁, T₃₂, Tj₃, T34 in Verbindung mit den Widerständen Λ50, R51. R52, R53 und der Kapazität C₃ einer Verstärkung und einer Filterwirkung unterworfen. Der Kollektorstrom des Transistors 7j» wird schließlich als Regelsignal für das veränderliche Filter F₁ verwendet, zu welchem Zweck dieser Kollektor mit den Basis-Elektroden der

Transistoren Tig, Tjo und Tji verbunden ist. Die Ruheströme der verschiedenen Transistoren der Verstärker Ai und ßi werden von einer mehrfachen Stromquelle geliefert, die aus den Transistoren Tk und Ta besteht, die über die Reihenschaltung der Widerstände Ra\, Λ42 und D^:oden T37, T& eingestellt werden. Der Verstärker A2 und der Detektor D empfangen Ruheströme für ihre Transistoren über eine mehrfache Stromquelle, die aus den Transistoren Tau Ti₂ besteht. 14

deren Einstellung über den Emitte Widerstand Ä43 und die Dioden 7 genannten Reihenschaltung Λ11, Ra2, "i wird.

Es leuchtet ein, daß, obgleich in c Ausführungsformen nur Bipolartransis wurden, auch Unipolartransistoren Ai können.

Hierzu 4 Blatt Zeichnuncen

Claims

Patentansprüche;

1. Signalübertragungsvorrichtung mit einer amplituden- und frequenzabhängigen Übertragungsfunktion, die einen Serienkreis mit — in dieser Reihenfolge — einem ersten Impedanzelement, die Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors und einem zweiten Impedanzelement enthält, wobei die Elemente des Serienkreises in Reihe von einem ι ο durch ein an die Steuerelektrode des ersten Transistors angelegtes Eingangssignal hervorgerufenen Signalstrom durchflossen werden und wobei das Ausgangssignal einer Ausgangselektrode des ersten Transistors entnommen wird und das zweite impedanzelement eine amplituden- und frequenzabhängige Impedanz besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Impedanzelement (Z₂) die Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors (T₂) enthält, dessen Emitterelektrode dem ersten Transistor (Ti) zugewandt ist und dessen Steuerelektrode über ein Netzwerk (G) mit einer amplituden- und frequenzabhängigen Übertragungsfunktion ein vom Signalstrom abgeleitetes Steuersignal zugeführt wird.

2. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Emitterelektrode des zweiten Transistors (T₂) und dem ersten Transistor (Ti) eine Impedanz (Zz) aufgenommen ist, die einen von der Amplitude des Signalstromes unabhängigen Impedanzwert aufweist

3. SignalübertragungsvorrL'.Hung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk (G) eine Einheit (Fi, Ai) mit einer igelbaren Übertra- j> gungsfunktion enthält, wobei diese Einheit einen Regeleingang enthält, dem ein über eine Regeleinheit (A2, D, F2) erhaltenes Regelsignai zugeführt wird, das von der Größe des Signalstromes abgeleitet ist (F ig. 6). 4n

4. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit ein regelbares Filter (F\) ist (F i g. 6).

5. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit ein ·»-> regelbarer Verstärker (Ai) ist (F i g. 6).

6. Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsignal durch Detektion des Steuersignals an der Steuerelektrode des zweiten Transistors (T2) -i> erhalten wird (F i g. 6).

7. Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit ein nichtlineares Filter (F2) enthält (Fig. 6).

8. Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente des Kreises in Reihe von demselben Speisestrom durchflossen werden.

9. Signalübertragungsvorrichtung nach einem der ho Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Impedanzelement (Z₂) zu der Reihenschaltung des ersten Impedanzelements (Zi) und der Hauptstrombahn des ersten Transistors (T₅) parallel liegt, und daß der Verbindungspunkt dieses ersten μ Transistors und des zweiten Impedanzelements mit einer Stromquelle (I) verbunden ist (F i g. 4).

10. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch

9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle durch einen dritten Transistor (T\) gebildet wird, wobei in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors ein Impedanzelement (Z\) entsprechend dem ersten Impedanzelement (Zi) angeordnet ist, und wobei der Steuerelektrode dieses dritten Transistors eine Bezugsspannung zugeführt werden kann (F i g. 5).

11.Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch

10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltvorrichtung vorgesehen ist, durch die in einer ersten Lage das Eingangssignal der Basis des ersten Transistors (Ts) zugeführt, das Ausgangssignal dem ersten Impedanzelement (Z₁') entnommen und dem dritten Transistor (Ti) eine Bezugsspannung zugeführt wird und in einer zweiten Lage das Eingangssignal der Basis des dritten Transistors (Τή zugeführt, die Verbindung zwischen dem ersten Transistor (Ts) und dem ersten Impedanzelement (Zi') unterbrochen und das Ausgangssignal dem zweiten Impedanzelement (Zi) entnommen wird.

12. Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinheit (S) vorgesehen ist, die in einer ersten Lage über das Netzwerk (F\, A\) unmittelbar ein von dem Signalstrom abgeleitetes Steuersignal der Basis des zweiten Transistors (T2) zuführt, und in einer zweiten Lage eine Gegenkopplung des Netzwerks über eine Gegenkopplungseinheit (B₂) und eine zusätzliche Inversion des Steuersignals bewirkt (F ig. 10).

13. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch

12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Netzwerk (Fi, Ai) ein erster Verstärker (Bi) mit einem ersten ( + ) und einem zweiten Ausgang ( —) vorgeschaltet ist, welche Ausgänge zwei zueinander gegenphasige Ausgangssignale liefern können, und daß die Schalteinheit (S) in der ersten Lage (a) eine Verbindung zwischen dem ersten Ausgang dieses ersten Verstärkers und dem Eingang des Netzwerks (Fi, Ai) und in der zweiten Lage (b)e\ne Verbindung zwischen dem Eingang des Netzwerks (F_t, Ai) und einer Addierschaltung herstellt, der das Signal des zweiten Ausgangs des ersten Verstärkers (B\) und das über die Gegenkopplungseinheit (B₂) erhaltene Gegenkopplungssignal zugeführt werden (F i g. 10).

14. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch

13, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk einen zweiten Verstärker (A]) mit einem ersten ( + ) und einem zweiten Ausgang ( —) enthält, welche Ausgänge zwei zueinander gegenphasige Ausgangssignale liefern können, wobei das Steuersignal für den zweiten Transistor (T₂) dem ersten Ausgang (+) dieses zweiten Verstärkers (A₁) und das Signal für die Gegenkopplung dem zweiten Ausgang ( —) dieses zweiten Verstärkers entnommen wird (Fig. 10).

15. Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch

14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplungseinheit (B₂) einen Verstärkungsfaktor aufweist, der gleich dem Quotienten des Verstärkungsfaktors des ersten Verstärkers (Bi) und des Wertes der amplitudenunabhängigen Impedanz (Z]) multipliziert mit der Übertragungsfunktion des Signalstromes zu dem Eingangssignal des ersten Verstärkers ist (F ig. 10).