DE2248831C3

DE2248831C3 - Expansionsschaltung für eine Kompressions- und Expansionsanordnung

Info

Publication number: DE2248831C3
Application number: DE2248831A
Authority: DE
Inventors: Masao Sagamihara Kasuga; Nobuhide Yokohama Ohsaki; Yasuhisa Zama Okabe; Hiromu Yokohama Sekiguchi; Nobuaki Yamato Takahashi
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1971-10-05
Filing date: 1972-10-05
Publication date: 1979-09-06
Also published as: US3798562A; DE2248831B2; CA955857A; NL7213374A; DK142097C; DK142097B; DE2248831A1; GB1401336A; SE378722B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Expansionsschaltung für eine Kompressions- und Expansionsanordnung, deren Eingangsanschlußklemme ein Signal zugeführt wird, das in einer Kompressionsschaltung komprimiert worden ist, die auf ein Eingangssignal ansprechende Verstärkungseinrichtungen mit veränderlicher Verstärkung enthält, wobei die Verstärkungseinrichtungen für eine Komponente des Eingangssignals im mittleren Frequenzbereich eine Verstärkung aufweisen, die durch ein erstes zugeführtes Steuersignal steuerbar ist, für eine Komponente des Eingangssignal im Hochfrequenzbereich eine Verstärkung aufweisen, die durch ein zweites zugeführtes Steuersignal steuerbar ist, und für eine Komponente des Eingangssignals im Niederfrequenzbereich eine konstante Verstärkung aufweisen, die Filtereinrichtungen zum Ausfiltern und getrennten Herausziehen der Komponente des Ausgangssignals im mittleren Frequenzbereich und der Komponente des Ausgangssignals im Hochfrequenzbereich aufweist, und die ferner Steuersignale bildende Vorrichtungen enthält, die getrennt die herausgezogene Komponente des Ausgangssignals im mittleren Frequenzbereich und die herausgezogene Komponente im Hochfrequenzbereich gleichrichten und das erste bzw. das zweite Steuersignal bilden.

Es wurde bereits eine KompresMonsanordnung vorgeschlagen, bei der der Frequenzbereich eines Signals in mehrere, beispielsweise zwei Bereiche aufgeteilt wird und bei der eine Kompression dadurch erreicht wird, daß das Frequenzverhalten in jedem Bereich entsprechend dem Pegel des Eingangssignal.*; verändert wird. Das sich ergebende komprimierte Signal wird übertragen und dann in einer Expansionsanordnung expandiert Diese Anordnung wurde im deutschen Patent 22 1€ 498 vorgeschlagen.

Bei dieser vorgeschlagenen Kompressions- und Expansionsanordnung sind entsprechend die Kompressoren der Kompressionsanordnung mit zwei Kreisen versehen und es sind auch ferner die Expandoren der Expansionsanordnung ebenfalls mit zwei Kreisen versehen.

Wenn diese Kompressions- und Expansionsanordnung beispielsweise bei einer 4-Kanalschallplatte oder einer sogenannten CD-4-Schallplatte angewendet wird, dann wird die Expansionsschaltung in dem Plattenwiedergabegerät verwendet das von dem Benutzer gekauft wird. Daraus ergeben sich Schwierigkeiten, da die Expansionsschaltung zwei Kreise aufweist, so daß die Expansionsschaltung und damit das Plattenwiedereabeeerät sehr teuer sind.

20 Eine Expansionsschaltung der eingangs beschriebenen Art ist jedoch auch schon nach der DE-OS 14 87 276 seit längerem bekannt Diese bekannte Expansionsschaltung weist als Einrichtungen zum Filtern auch zwei Filter mit verschiedenen Frequenzbereichen auf. Entsprechend werden bei dieser Expansionsschaltung zwei verschiedene Steuersignale aus den Ausgangssignalen der beiden Filter gebildet Auf der Kompressionsseite sind ebenfalls zwei Filter vorgesehen. Zur Wiedergabe von komprimierten Signalen, ist es auf jeden Fall erforderlich, eine Expansionsschaltung vorzusehen. In der üblichen bisher bekannten Ausführungsfonri ist eine solche Expansionsschaltung jedoch sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine neue und wirksame Expansionsschaltung für eine Kompressions- und Expansionsanordnung zu schaffen, die bei einfachem Aufbau komprimierte Signale einwandfrei expandiert

Diese Aufgabe wird gemäß dem L-^inzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst

Da die erfindungsgemäße Expansionsschaltung nur einen Kreis aufweist ist sie gegenüber den bisher bekannten Expansionsschaltungen einfach und verhältnismäßig preiswert Wegen des Ausgleichs, der durch die Dämpfungsschaltung mit dem angegebenen Dämpfungsverlauf vorgesehen wird, wird die Expansion so ausgeführt daß der Qualitätsunterschied gegenüber einer zweikreisigen Expansion vernachlässigbar ist

Gemäß der Erfindung wird darüber hinaus eine Expansionsschaltung geschaffen, die ein Steuersignal von einer Emitterschaltung mit geringer Impedanz erhält und die eine Expansion ermöglicht ohne daß eine Verzerrung auftritt, selbst wenn eine Sättigung des Steuersignalgenerators vorliegt

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber beschriebea Dabei zeigt

F i g. 1 ein Diagramm mit den Frequenz-Verstärkungs-Kennlinien einer Expansionsschaltung in einem vierkaiialigen Schallplattenwiedergabegerät,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Expansionsschaltung in einer Kompressions- und Expansionsanordnnng der bereits vorgeschlagenen Art,

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Expansionsschaltung gemäß der Erfindung,

Fig.4 ein Diagramm der Frequenz-Verstärkungs-Kennlinien, der bereits vorgeschlagenen Schaltung gemäß F i g. 2,

F i g. 5 ein Diagramm der Frequenz-Verstärkungs-Kennlinien der einen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Expansionsschaltung gemäß F i g. 3,

F'g. C tin Schaltbild einer Ausführungsform der Expansionsschaltung gemäß der Erfindung,

F i g. 7 ein Schalt bile' einer anderen Ausführursgsform der Expansionsschaltung gemäß der Erfindung,

Fig.8A bis HB Frequenz-Verstärkungs-Kennlinien, einmal der bereits vorgeschlagenen zweikreisigen Expansionsschaltung und zum anderen der einkreisigen Expansionsschaltung, wenn das Eingangssignal eine Hochfrequenzkornponente mit einem bestimmten Fegel aufweist, und

Fig. 12 ein Diagramm der Verstärkungsfaktor-Frequenz-Kennlinien für den Fall, daß zum einen ein Feldeffekttransistor und zum anderen ein üblicher Transistor als Steuerteil in der Schaltung gemäß Fig. 12 verwendet wird.

Bei dem obenerwähnten Anwendungsbeispiel der Kompandoranordnune. die bisher für vierkanalige

Aufzeichnungen vorgeschlagen worden ist, werden Signale des mittleren Frequenzbereichs, d. h. in einem Frequenzbereich von 200 bis 2000 Hz, und Signale in einem hohen Frequenzbereich, d. h. in einem Bereich von über 2000 Hz, durch die Kompressionsanordnung um 10 bzw. um 15 dB komprimiert.

Deshalb ist es notwendig, ein Signal im mittleren Frequenzbereich, d. h. in einem Frequenzbereich von 200 bis 2000 Hz, und ein Signal im Hochfrequenzbereich, d. h. in einem Frequenzbereich über 2000 Hz, in einer Anordnung, die zur Wiedergabe des Tons einer Schallplatte dient, auf der die komprimierten Signale aufgezeichnet worden sind, um 10 bzw. um 15 dB zu dehnen.

In F i g. 1 ist ein typisches Frequenz-Verstärkungs-Diagramm einer Expansionsschaltung dargestellt, die in einem derartigen Plattenaufzeichnungs- und -wiedergabegerät verwendet werden kann, in dieser F i g. i sind durch die Kurven I und Il Asymptoten dargestellt, die die Frequenzkennlini-n für den mittleren Frequenzbereich und den Hochfrequenzbereich bestimmen, während die Kurven III und IV die tatsächlichen Frequenzkennlinien für diese Bereiche darstellen. Die Gesamtfrequenzkennlinie, die sich aus den Kennlinien III und IV zusammensetzt, ist mit V bezeichnet.

Die in Fig. I dargestellten Frequenzkennlinien wurden durch eine Expansionsschaltung erre :H(, wie sie in F i g. 2 in einem Blockschaltbild dargestellt ist und die in der vorgeschlagenen Expansionsanordnung verwendet wird.

Gernäß Fig. 2 wird ein Signal, das durch einen zweikreisigen Kompressor in der Kompressionsanordnung unterdrückt und dann übertragen worden ist, durch eine Eingangsanschlußklemme 10 einerr< Verstärker 11 für veränderliche Verstärkung, einem Bandpaßfilter 14 und einem Hochpaßfilter 16 gleichzeitig zugeführt. Das Signal des mittleren Frequenzbereichs, d.h. des Frequenzbereichs von 200 bis 2000 Hz des Eingangssignals, geht durch den Bandpaßfilter 14 hindurch und wird einem Steuersignalgenerator 15 zugeführt, während das Signal im Hochfrequenzbereich, d. h. in einem Bereich von über 2000 Hz, durch den Hochpaßfilter 16 hindurchgeht und einem Steuersignalgenerator 17 zugeführt wird. Die Steuersignale der Steuersignalgeneratoren 15 und 17 werden jeweils dem Verstärker 11 mit veränderlicher Verstärkung zugeführt, um ein Steuerteil, welches sich in dem Verstärker 11 befindet, zu steuern. Auf diese Weise werden die Eigenschaften eines Signals, welches durch die Eingangsanschlußklem.ne 10 zugeführt wird, im mittleren Frequenzbereich und im Hochfrequenzbereich in verschiedener Weise gesteuert und in dem Verstärker 11 mit veränderlicher Verstärkung durch das jeweilige Steuersignal, so wie es oben erwähnt ist, gedehnt, und es ergibt sich dann ein Signal an einer Ausgangsanschlußklemme 14, welches das Ausgangssignal darstellt, welches über eine Dämpfungsschaltung 12 geleitet wird. Die Frequenz-Verstärkungs-Kennlinie des Ausgangssignals ist in F i g. 4 dargestellt Die Frequenzkennlinie ändert sich mit dem Pegel des Eingangssignals als Parameter, und sie ergibt eine charakteristische Kurve, beispielsweise die Kurve VI, die für äußerst kleine Eingangssignalwerte im mittleren Frequenzbereich (beispielsweise bei 630 Hz) um 12 dB und im Hochfrequenzbereich (beispielsweise bei 15 kHz) um 15 dB dämpft Wenn der Pegel des Eingangssignals zunimmt, dann wird die Frequenzkennlinie nahezu eine ebene Kurve VII.

Bei der F.xpansionsschaltung gemäß der bereits vorgeschlagenen Anordnung sind zwei Sleuerkreise vorgesehen. Einer der beiden Kreise enthält den Bandpaßfilter 14 und den Steuersignalgenerator 15, und der andere Kreis enthält den Bandpaßfilter 16 und den Steuersignalgenerator 17. Aus diesem Grund haben sich die obenerwähnten Schwierigkeiten ergeben, die insbesondere durch den komplexen Aufbau der Expansionsschaltung und die hohen Herstellungskosten bedingt sind.

Gemäß der Erfindung sollen diese Schwierigkeiten überwunden werden. In Fig.3 ist ein schematisches Blockschaltbild dargestellt, welches eine Ausführung-form der Expansionsschaltung zeigt, an Hand derer das erfindungsgemäße Prinzip erläutert werden soll.

Bei der Wiedergabeanordnung wird eine Wiedergabp von einer vierkanaligen Schallplatte vorgenommen, aui der ein Signal, welches durch die Verwendung von zweischleifigen Kompressoren komprimiert worden ist, in einer Anfzeichenanordnung aufgezeichnet worden ist, und das wiedergegebene Signal wird einer Eingangsanschlußklemme 20 zugeführt Das wiedergegeb<"ne Signal, welches durch die Eingangsanschlußklemme 20 weitergeleitet wird, wird einem Verstärker 21 mit veränderlicher Verstärkung und einem Filter 24 zu- Unterdrückung der niedrigen Frequenzen zugeführt. Die .Signale im mittleren Frequenzbereich (200 bis 2000 Hz) und im Hochfrequenzbereich (über 2000 Hz), die von dem Filter 24 zur Unterdrückung der niedrigen Frequenzen abgegeben werden, werdei! einem Steuersignalgenerator 25 zugeführt Das wiedergegebene Signal, dessen Eigenschaften im mittleren Frequenzbereich und im Hochfrequenzbereich gesteuert werden und welches durch den Verstärker 21 mit veränderlicher Verstärkung gedehnt wird, wie es weiter unten noch beschrieben wird, wird an einer Ausgangsanschlußklemme 23 als Ausgangssignal, welches durch eine Dämpfungsschaltung 22 geleitet ist, abgegeben.

Aus F i g. 3 erkennt man, daß bei der erfindungsgemäßen Schaltung nur ein einziger Kreis vorgesehen ist, um ein die Verstärkung steuerndes Signal zu erhalten.

Wenn man das Frequenzspektrum von Musik untersucht, dann ergibt sich, daß die Schallenergie für beinahe alle Tonquellen im mittleren Frequenzbereich größer ist als im Hochfrequenzbereich.

Dementsprechend wird bei einer zweikreisigen Anordnung, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist, das Steuerausgangssignal im Hochfrequenzbereich geringer als das im mittleren Frequenzbereich, währenr· bei einer einkreisigen Anordnung, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, die Kennlinien des Verstärkers mit veränderlicher Verstärkung im Hochfrequenzbereich beim Vorhandensein eines Eingangssignals im mittleren Frequenzbereich verbessert sind, selbst wenn ein Eingangssignal im Hochfrequenzbereich nicht vorhanden ist

Deshalb ergibt sich für die Expansionsschaltung nach F i g. 3 ein Kennlinienfeld, wie es in F i g. 5 dargestellt ist Im Unterschied zu den Kennlinien, die in Fig.4 dargestellt sind, müssen diese Kennlinien im Hochfrequenzbereich mehr als im mittleren Frequenzbereich gedämpft werden. Andererseits kann dann, wenn die Expansionsschaltung Frequenz-Verstärkungs-Kennlinien, so wie sie in F i g. 5 dargestellt sind, aufweist, ein Signal, welches mit Hilfe von zweikreisigen Kompressoren komprimiert worden ist, zweckmäßigerweise mit Hilfe einer einkreisigen Expansionsschaltung expandiert werden. Wenn der Pegel des Eingangssignals bei

den Frequenz-Verstärkungs-Kennlinien, wie sie in F i g. 5 dargestellt sind, äußerst gering ist. dann wird eine Kennlinie VIII verwendet, die beispielsweise in dem mittleren Frequenzbereich (630 Hz) um 12 dB dämpft und die beispielsweise in dem Hochfrequenzbereich (15 kHz) i:m etwa 15 dB dämpft. Für einen zunehmenden Wert des Eingangssignals ergeben sich, so wie es dargestellt ist, verschiedene Kurven, die im Hochfrequenzbereich, verglichen mit dem mittleren Frequenzbereich, eine Dämpfung von mehr als 2 dB (beispielsweise von 3 dB) aufweisen, und schließlich ergibt sich nine Kennlinie IX, die im mittleren Frequenzbereich einen naho/u konstanten Wert aufweist unJ deren Hochfrequenzbereich etwa um 3 dB gegenüber dem mittleren Frequenzbereich gedämpft ist.

Die Verwendung eines derartigen Ansprechverhaltens, bei dem im Hochfrequenzbereich eine Dämpfung ■. -genommen wird, wirkt sich auf das Modulationsrauschen auL, "-ι es weiter unten beschrieben ist. Wenn Musik durch das Zusammensetzen einzelner Töne im mittleren Frequenzbereich gebildet wird, beispielsweise wenn ein Solo auf einer Flöte gespielt wird, dann ändert sich die Verstärkung in dem Hochfrequenzbereich bei einer derartigen einkreisigen Expansionsschaltung, und es erhöht sich sowohl das Rauschen im Hochfrequenzbereich als auch im mittleren Frequenzbereich. In diesem Fall wird jedoch das Rauschen im mittleren Frequenzbereich durch die Musik überdeckt, und es wird uamit nicht hörbar, während der Anteil des Rauschens im Hochfrequenzbereich, der sich von der Musik unterscheidet, hörbar wird. Wenn jedoch ein Frequenzverhalten, wie es in F i g. 5 dargestellt ist, ausgenutzt wird, dann tritt eine Dämpfung im Hochfrequenzbereich auf, und die Hochfrequenzkomponenten werden in ihrer Amplitude geringer und als Modulationsrauschen nicht hörbar.

Fig.6 zeigt eine Schallung einer einkreisigen Expansionsanordnung, bei der ein Transistor Q\ ein Eingangssignal verstärkt, welches seiner Basis von einer Eingangsanschlußklemme 30 über einen Kondensator Cl zugeführt wird. Es sind Basisvorspannungswiderstände R 1 und R 2 für den Transistor Q 1 vorgesehen, und es sind ferner ein Kollektorlastwiderstand /?3 und ein Emitterwiderstand R 4 für den Transistor Qi vorhanden. Das Signal, das durch den Transistor Q 1 verstärkt wird, wird an dessen Kollektor abgegeben und über einen Kopplungskondensator C2, der an den Kollektor des Transistors angeschlossen ist, an eine Ausgangsanschlußklemme 31 weitergeleitet.

Kondensatoren C3 und C 4 und Widerstände R 5 und R 6. die mit der Ausgangsseite verbunden sind, bilden in ihrer Zusammenschaltung eine Dämpfungsschaltung 22, durch die die Dämpfungseigenschaften bestimmt werden. Die Werte der einzelnen Schaltungselemente in der Dämpfungsschaltung sind so festgelegt, daß ein Gesamtfrequenzverhalten, so wie es in F i g. 5 dargestellt ist, festgelegt wird, so daß das Eingangssignal mehr im Hochfrequenzbereich als in dem mittleren Frequenzbereich gedämpft wird.

Ein Transistor Q 2 wird als Verstärker in dem Steuersignalgenerator 25 verwendet Er verstärkt den Pegel eines Signals, welches von dem Emitter des Transistors Q 1 abgegeben und seiner Basis zugeführt wird, und das Steuersignal wird dann von seinem Kollektor abgegeben. Ein Kondensator CS, Dioden D 2 und D3, ein Kondensator Cl und Widerstände R 10 und RW bilden zusammen eine Gleichrichterschaltung für das Steuersignal, welches von dem Kollektor des

Transistors Q2 abgegeben wird.

Ein Transistor Q3 wird als ein Steuerelement in dem Verstärker 21 mit veränderlicher Verstärkung verwendet. Die Impedanz des Transistors Q3 ändert sich mit dem Steuersignal, welches durch die Gleichrichterschaltung gleichgerichtet und seiner Basis zugeführt wird. Wenn sich die Impedanz des Transistors Q3 ändert, dann verändert sich auch die Impedanz der Schaltung, die in Reihe mit dem Emitter des Transistors Qi und Masse geschaltet ist und die mit einem Kondensator C9 und einem Widerstand R 13 zusammengeschaltet ist.

Die oben beschriebene Schaltung arbeitet in folgender Wei«". Wenn der Pegel eines Eingangssignals, d^s der Eingangsanschlußklemme 30 zugeführt wird, äußerst gering ist, dann wird das Eingangssignal, welches durch den Verstärker Q 1 verstärkt wird, so durch die Dämpfungsschaltung, die aus den Kondensatoren C3 und CA und den Widerständen R 5 und R 6 besteht, gedämpft, daß der Hochfrequenzbereich um 3 dB mehr gedampft wird als der mittlere Frequenzbereich, und es wird dann das gedämpfte Signal von der Ausgangsanschlußklemme 31 als Ausgangssignal abgegeben.

Wenn der Pegel des Eingangssignals hoch ist, dann wird ein Signal vom Emitter des Transistors Q I der Basis des Transistors Q 2 zugeführt, und es wird ein verstärktes Signal von dem Kollektor des Transistors Q 2 abgegeben. Ein von dem Kollektor des Transistors Q 2 abgegebenes Signal wird in seinem Niederfrequenzbereich durch den Kondensator CS unterdrückt, wobei dieser Kondensator auch als ein Filter zur Unterdrükkung niedriger Frequenzen arbeitet, und das Signal wird dann durch die Dioden D2 und D3 gleichgerichtet und durch den Kondensator Cl und die Widerstände R 10 und R 11 geglättet. Das gleichgerichtete und geglättete Signal, das eine positive Spannung darstellt, wird der Basis des Transistors Q 3 zugeführt. Der Widerstand /7 9, die Diode Di und der Kondensator Cb bilden zusammen eine Vorspannungsschaltung für den Transistor Q 3, so daß eine bestimmte Vorspannung der Basis des Transistors Q3 zugeführt werden kann, selbst wenn kein Eingangssignal vorliegt.

Der Widerstand zwischen Kollektor und Emitter des Transistors Q 3 ist groß, wenn der Pegel des Eingangssignals niedrig ist, und ist niedrig, wenn der Pegel des Eingangssignals hoch ist und eine große positive Spannung der Basis dieses Transistors zugeführt wird. Damit nimmt die Stromrückkopplung des Transistors Q1 über den Kondensator C9 und den Widerstand R 13 ab, wenn der Pegel des Eingangssignals hoch ist. Eine Verminderung der Größe der Strotnrückkopplung des Transistors Q1 verursacht eine Erhöhung der Verstärkung in dem Hochfrequenzbereich. Da der Transistor Q 1 als Emitterfolgeschaltung arbeitet, bleibt der Pegel des Signals am Emitter des Transistors ζ) 1 im wesentlichen auch bei Änderungen der Größe des Widerstands des Transistors Q 3 ungeändert.

Damit kann keine Steuersignalspannung von dem Emitter des Transistors Q 1 abgeleitet werden, wenn der Pegel des Eingangssignals gering ist, was dazu führt, daß ein Signal, dessen mittlerer Frequenzbereich gedämpft ist und dessen Hochfrequenzbereich noch mehr trgHämnft i«t von der Aus^<73n^asänsch!iißk!enime 3! abgenommen werden kann. Da sich eine Steuersignalspannung am Emitter des Transistors Q 1 ergibt, wenn der Pegel des Eingangssignals hoch ist, ändert sich der Wert des Widerstands des Transistors Q 3 durch das Steuersignal des Transistors Q 2 und die Gleichrichter-

schaltung, was zu einer Abnahme der Größe der Stromrückkopplung führt. Folglich ergibt sich an der Ausgangsanschlußklemme 31 ein Signal, dessen Kennlinie derart ausgebildet ist, daß die Dämpfung sowohl im mittleren als auch im Hochfrequenzbereich im wesentli- > chen unterdrückt unJ gleichbleibend ist, daß jedoch die Dämpfung im Hochfrequenzbereich größer ist als im mittleren Frequenzbereich.

Da der Transistor Ql für hohe Pegel im gesättigten Zustand arbeitet, ist die Eingangsimpedanz im gesättigten Bereich sehr niedrig. Wenn man ein Steuersignal von einer Audiosignalschaltung mit großer Impedanz erhält, beispielsweise der Basisschaltung des Transistors Q 1, dann tritt eine Verzerrung auf, wenn der Transistor Q 2 gesättigt ist. Gemäß der oben beschriebenen r> Ausführungsform der Erfindung wird das Steuersignal von dem Emitter des Transistors Q 1 abgegeben, der eine niedrige Impedanz aufweist, wodurch bei einer Sättigung keine Vei/.enuiig auniiii. Um von der Basisschaltung des Transistors Q 1 ein Signal abzuneh- >o men, ist es nur notwendig, einen Pufferverstärker zu verwenden. Wenn es auch denkbar ist, daß ein Signal vom Kollektor des Transistors Q1 abgenommen wird, so eignet sich dieses Signal jedoch nicht zum Steuersignal, da der mittlere und der Hochfrequenzbe- _>> reich durch die Dämpfungsschaltung gedämpft worden sind.

Der Kondensator C2, der mit dem Kollektor des Widerstands Q 1 verbunden ist, der Kondensator CS, der mit dem Kondensator C2 und der Basis des Transistors Q 3 verbunden ist, und der Widerstand R 12 bilden zusammen eine Schaltung, durch die durch den Transistor Q 3 hervorgerufene Verzerrungen unterdrückt werden können. Wenn man einmal annimmt, daß die Basisspannung des Transistors Q3 konstant ist, dann » wird der Kollektor-Emitter-Widerstand mit steigender Kollektorspannung geringer, was zu einem geringen Kollektor-Emitter-Widerstand während einer positiven Halbwelle eines Eingangssignals führt und zu einem hohen Kollektor-Emitter-Widerstand während einer M) negativen Halbwelle des Eingangssignals führt, wodurch die Kurvenform des Signals verzerrt wird.

Um diese Schwierigkeit zu umgehen, wird bei der Schaltung nach der beschriebenen Ausführungsform die Tatsache ausgenutzt, daß sich dann, wenn sich die ■>■> Kollektorspannung des Transistors Q 3 im positiven Sinne ändert, diejenige des Transistors Q 1 im negativen Sinne ändert. Damit werden Änderungen des Widerstands mit Änderungen der Kollektorspannung des Transistors Q3 dadurch aufgehoben, daß ein Signal auf sn der Koliektorseite des Transistors Q 1 der Basis des Transistors Q3 über den Kondensator CS und den Widerstand R 12 zugeführt wird, wodurch der Verzerrungsfaktor des Transistors Q 3 vermindert wird.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird für den ~λ Transistor Q3 ein Siliciumtransistor verwendet, während der Widerstand R 9 zusammen mit einer Siliciumdiode D 1 in der Vorspannungsschaltung verwendet wird. Aus diesem Grund bleibt die Spannung an den beiden Enden der Diode D 1 auch bei Änderungen to der Spannung der Stromquelle unverändert. Da sich ferner die Spannung der Diode D 1 mit der Vorwärtsspannung des Transistors Q 3 bei Änderungen der Umgebungstemperatur verändert ist die Temperaturstabilität sehr günstig.

Die Werte der einzelnen Schaltungselemente, ^r^e in der Schaltung bei der beschriebenen Ausführungsform verwendet verden, sind die folgenden:

	Widerstände
Ri	390 k£i
R2	33 kn
R3	15 kn
R4	2,2 kn
/?5	3,9 kn
R6	2,2 kn
R7	150 η
RS	3,9 kn
«9	ioo kn
*RiO*	ioo kn
RH	47 kn
*Ri2*	68 kn
*Ri3*	330 η
	Kondensatoren
Ci	ΙΟμΡ
C2	10 nF
C3	0,22 F
CA	22 F
C5	O.I F
C6	10 ^F
Cl	1 \x¥
CS	10 nF
C9	1 LtF

Eine weitere Ausführungsform der Expansionsschaltung gemäß der Erfindung wird an Hand von F i g. 7 beschrieben. In Fig. 7 werden die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 6 für die gleichen oder entsprechenden Schaltungselemente verwendet, und es wird eine Beschreibung dieser Schaltungselemente nicht mehr wiederholt.

Gemäß F i g. 7 wird ein Signal, welches der Eingangsanschlußklemme 30 zugeführt wird, durch den Transistor Qi verstärkt und über den Kondensator C 2 der Ausgangsanschlußklemme 31 zugeführt. Die Kondensatoren C10 und C11, die Widerstände R 20 und R 21, die mit der Ausgangsseite verbunden sind, bilden zusammen eine Dämpfungsschaltung. Das Frequenzverha^.en dieser Dämpfungsschaltung ist so, wie man aus dem Diagramm nach F i g. 5 erkennt, ausgebildet, daß das Eingangssignal im Hochfrequenzbereich auf einen bestimmten Wert gedämpft wird. Es ist erwünscht, daß die Kennlinie im Hochfrequenzbereich um einen Wert von 2 bis 7 dB gegenüber dem mittleren Frequenzbereich abfällt, wobei die Dämpfung bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 7 dB beträgt.

Der Pegel des Signals am Emitter des Transistors Q 1 wird über einen Kondensator C12 der Basis des Transistors Q 2 zugeführt, der als Verstärkerelement des Steuersignalgenerators 25 wirkt. Das Signal wird durch den Transistor Q 2 verstärkt, und man erhält ein Steuersignal an dessen Ausgang. Die Widerstände R 22 und R23 bilden Vorspannungswiderstände für den Transistor Q2. Die Kondensatoren C5 und C14. die Dioden D 2 und D 3, die Widerstände R 24 und R 25 und ein veränderlicher Widerstand VR 1 bilden zusammen eine Gleichrichterschaltung für den Steuersignalgenerator.

Eine Steuersignalspannung, die durch die Gleichrichterschaltung gleichgerichtet ist, wird dem Gatt eines Feldeffekttransistors Q 4 (FET) oder einem Steuerelerr--.it in der Schaltung mit veränderlicher Verstärkung zugeführt, damit sich deren Impedanz verändert. Ein Widerstand /?26 und ein in Reihe dazu geschalteter Kondensator C15 sind ferner zwischen die Quelle und

das Gatt des Feldeffekttransistors QA geschaltet, und sie bilden zusammen eine Wechselspannungsriickfüht ng, wodurch sich die Impedanz des Feldeffekttransistors QA linear verändert und wodurch sich ferner die Verzerrung vermindert. Widerstände R 28 und R 29, ein veränderlicher Widerstand VR 2 und ein Kondensator C16 bilden zusammen eine Vorspannungsschaltung für den Feldeffekttransistor Q4, um eine bestimmte Quellen-Senken-Impedanz des Feldeffekttransistors QA bei Abwesenheit eines Eingangssignal am Gatt des Feldeffekttransistors QA zu bilden und um gleichzeitig die Stelle zu bestimmen, an der sich die Impedanz zu ändern beginnt.

Die oben beschriebene Schaltung hat folgende Wirkungsweise. Wenn der Pegel eines Eingangssignals, das der EingangsanschluQklemme 30 zugeführt wird, niedrig ist, dann wird das Eingangssignal, nachdem es durch den Transistor Q1 verstärkt ist, von der AusgangsanschiuSkieiiifne 3i abgegeben, und es weisi einen Frequenzverlauf auf, bei dem die Verstärkung im in mittleren Frequenzbereich gedämpft ist und bei dem die Verstärkung im Hochfrequenzbereich sogar noch mehr um etwa 7 dB durch die Dämpfungsschaltung gedämpft ist.

Wenn der Pegel des Eingangssignals, das der Eingangsanschlußklemme 30 zugeführt wird, hoch ist, dann wird ein Signal, das von dem Emitter des Transistors Q1 abgegeben wird, der Basis des Transistors ζ) 2 über den Koppluiigskondensator C12 zugeführt. Es wird ein Steuersignal vom Ausgang des jo Kollektors des Transistors Q2 über den Kondensator C5 abgegeben und der obenerwähnten Gleichrichterschaltung zugeführt. Eine Kombination aus dem Kopplungskondensator C12 und den Vorspannungswiderständen R 22 und R 23 sowie eine Kombination aus dem Kondensator C5 und dem Widerstand R2A arbeiten jeweils als Unterdrückungsfilter für niedrige Frequenzen, und es werden durch dieses Filter die Niederfrequenzkomponenten des Signals unterdrückt. Da diese Filter zur Unterdrückung der niedrigen Frequenzen in Reihe geschaltet sind, multiplizieren sich ihre Wirkungen, und es wird ein scharfer Abfall der Niederfrequenzkomponenten mit einer Steigung in der Größenordnung von 12 dB/Oktave möglich.

Das Steuersignal, dessen Niederfrequenzbereich unterdrückt ist, wird durch die Dioden D2 und £>3 gleichgerichtet und durch eine Kombination aus dem Kondensator C14 und dem veränderlichen Widerstand VR 1 geglättet. Damit wird ein Signal, welches durch eine positive Spannung gebildet ist, gleichgerichtet und so geglättet, und es wird dem Gatt des Feldeffekttransistors QA über den Widerstand R 25 zugeführt

Der Quellen-Senken-Widerstand des Feldeffekttransistors QA, der einen großen Wert aufweist, wenn der Pegel des Eingangssignals gering ist, wird immer geringer, wenn sich der Pegel des Eingangssignals vergrößert und wenn eine positive Spannung von der Gleichrichterschaltung seinem Gatt zugeführt wird, wodurch die Stromrückführung des Transistors Q1 über den Kondensator C13 und den Widerstand R 27 vermindert wird. Durch diese Verminderung erhöht sich die Verstärkung des Ausgangssignals im mittleren und im Hochfrequenzbereich, und das Frequenzverhalten des Ausgangssignals wird durch einen nahezu konstanten Ausgangssignalwert gekennzeichnet, wobei das Ausgangssignal nur im Hochfrequenzbereich gedämpft ist.

Die Werte der Schaltungselemente der Schaltung nach F i g. 7, die nicht denen der Schaltung nach F i g. 6 entsprechen, sind im folgenden aufgeführt:

	Widerstände	50 k
«20	3,3 kn	50 k
«21	2,7 kn	nuiiuctiaaiiM im
«22	470 kn	0,22 μΡ
«23	39 kn	0,018 μΡ
«24	8,2 kn	0,047 μΡ
«25	loo kn	1 μΡ
«26	loo kn	0,22 μ F
«27	330 η	0,022 μ F
«28	loo kn	33 μΡ
«29	loo kn
Veränderliche Widerstände
VR \
VR 2

ClO
CIl
C12
C13
C14
C15
C16

Im folgenden wird nun an Hand der F i g. 8A bis 11B ein Vergleich der Dehnungskennlinien einer Expansionsschaltung, in der die bisher bekannte zweikreisige Steueranordnung verwendet wird, und der Dehnungskenlinien einer Expansionsschaltung, in der eine einkreisige Steueranordnung verwendet wird, durchgeführt. Die Fig. 8A, 9A, 1OA und 1IA zeigen die Dehnungskennlinien der bisher bekannten Schaltungen, und die Fig. 8B, 9B, 1OB und HB zeigen die Dehnungskennlinien der erfindungsgemäßen Schaltungen.

Bei den bisher bekannten -.. veikreisigen Expansionsschaltungen arbeitet die Steueranordnung für den mittleren Frequenzbereich nur dann, wenn ein Ton nur im mittleren Frequenzbereich auftritt. Damit nimmt die Dämpfung, wie es in Fi g. 8A angedeutet ist im mittleren Frequenzbereich ab, während die Dämpfung im Hochfrequenzbereich unverändert bleibt. In F i g. 8A sind durch die gestrichelten Linien M und H die Kennlinien im mittleren und im Hochfrequenzbereich der Expansionsschaltung dargestellt, während durch die durchgezogene Linie die Kennlinie für den Gesamtfrequenzbereich dargestellt ist. Im Gegensatz dazu arbeitet bei der Expansionsschaltung gemäß der Erfindung der Expandor sowohl im mittleren als auch im Hochfrequenzbereich, wenn ein Ton im mittleren Frequenzbereich auftritt. Die Schaltung gemäß der Erfindung ist jedoch so ausgebildet, daß im Hochfrequenzbereich eine größere Dämpfung vorliegt als im mittleren Frequenzbereich. Daher ergibt sich eine Kennlinie, wie sie in F i g. 8B dargestellt ist und die im wesentlichen der nach Fig.3A gleicht. Wenn im Hochfrequenzbereich keine Dämpfung vorgesehen ist, dann vermindert sich die Dämpfung im Hochfrequenzbereich entsprechend wie im mittleren Frequenzbereich, wie es durch die gestrichelte Linie in F i g. 8B dargestellt ist, und folglich wird das Rauschen im Hochfrequenzbereich, und zwar insbesondere das bereits weiter oben erwähnte Modulationsrauschen, für das Ohr hörbar.

Wenn ein Ton nur im Hochfrequenzbereich auftritt, dann arbeitet die Steueranordnung für den Hochfre-

quenzbereich der zweikreisigen Expansionsschaltung, wie es in F i g. 9A angedeutet ist, allein, was dazu führt, daß die Dämpfung im Hochfrequenzbereich abnimmt und daß die Dämpfung in dem mittleren Frequenzbereich unverändert bleibt. Im Gegensatz dazu nimmt die Dämpfung bei einer einkreisigen Expansionsschaltung gemäß der Erfindung sowohl im mittleren als auch im Hochfrequenzbereich, wenn ein Ton im Hochfrequenzbereich auftritt, ab, so wie es in Fig.9B dargestellt ist Man erkennt, daß in diesem Fall die Verstärkung im mittleren Frequenzbereich, verglichen mit der Kennlinie, die in Fig.9A dargestellt ist, vergrößert ist. Demzufolge erhöht sich das Rauschen im mittleren Frequenzbereich, wenn es überhaupt vorhanden ist. In Wirklichkeit ist jedoch das Rauschen im mittleren Frequenzbereich kaum hörbar, und seine Energie ist auch sehr klein. Mit anderen Worten ist also der Unterschied zwischen den beiden Kennlinien beinahe nicht wahrnehmbar.

Wenn das Tonvolumen sowohl im mittleren Frequenzbereich als auch im Hochfrequenzbereich schwach ist, dann können die beiden Expansionsschaltungen kaum arbeiten, und es werden sich ihre Kennlinien, so wie es in den Fig. 1OA und 1OB dargestellt ist, die sich aus den Kennlinien der Dämpfungsschaltung ergeben, im wesentlichen gleichen.

Wenn das Tonvolumen sowohl im mittleren Frequenzbereich als auch im Hochfrequenzbereich groß ist, dann verläuft die Kennlinie der zweikreisigen Expansionsschaltung im wesentlichen horizontal, wie es in Fig. 1IA dargestellt ist, während die Kennlinie der einkreisigen Expansionsschaltung einen Verlauf, wie er in F i g. 11B dargestellt ist, erhält, wobei also im Hochfrequenzbereich eine größere Dämpfung vorliegt als im mittleren Frequenzbereich. Es sei angenommen, daß der Ausgangspegel, bei dem die Kennlinie der zweikreisigen Expansionsschaltung einen konstanten Wert aufweist, OdB beträgt Dann ist der mittlere Ni:<sikpegel um 5 bis 1OdB geringer, und bei diesem PegJ tritt im Hochfrequenzbereich eine Dämpfung von mehr ä's einigen dB (beispielsweise von 2 bis 7 dB), verglichei; mit der Dämpfung im mittleren Frequenzbereich der ein., eisigen Expansionsschaltung, auf, weil die Energie in dem luerst genannten Bereich größer ist als in dem zuletzt gei-nnten Bereich.

ίο Aus diesem G:-"id ist bei einer einkreisigen Expansionsschaltung gemäß der Erfindung im Hochfrequenzbereich eine Dämmung vorgesehen, die um einige dB größer ist als im iu"'eren Frequenzbereich, wodurch dann der mittlere Tegel der Kennlinie der zweikreisigen Expansionsschaltung erreicht wird.

Bei der einkreisigen Expansionsschaltung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der Feldeffekttransistor φ 4 als Steuerteil verwendet Gewöhnlich ist der Senken-Queüen-Widerstand eines Feldeffekttransistors besser linear, und er weist einen weiteren linearen Bereich auf als ein üblicher Transistor. Aus diesem Grund bringt diese Schaltung den Vorteil, daß Verzerrungen sehr stark vermieden werden. In Fig. 12 sind Verstärkungsfaktor-Kennlinien der Schaltung nach F i g. 7 dargestellt, und zwar im Vergleich von zwei Ausführungen, bei denen einmal ein Feldeffekttransistor und zum anderen ein üblicher Transistor als Steuerteil verwendet werden. Die Kurven FI und F2 sind Kennlinien für Signalpegel von 0 bzw. + 5 dB, wenn

jo ein Feldeffekttransistor verwendet wird, während die kurven Tl und T2 die Kennlinien für entsprechende Signalpegel sind, wenn, wie oben erwähnt, ein gewöhnlicher Transistor verwendet wird. Wie man aus dem Diagramm erkennt, wird durch die Verwendung

J5 eines Feldeffekttransistors als Steuerteil der Verzerrungsfaktor um eine Ziffernstelle vermindert.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Expansionsschaltung für cine Kompressionsund Expansionsanordnung, deren Eingangsanschlußklemme ein Signal zugeführt wird, das in einer Kompressionsschaltung komprimiert worden ist, die auf ein Eingangssignal ansprechende Verstärkungseinrichtungen mit veränderlicher Verstärkung enthält, wobei die Verstärkungseinrichtungen für eine Komponente des Eingangssignals im mittleren Frequenzbereich eine Verstärkung aufweisen, die durch ein erstes zugeführtes Steuersignal steuerbar ist, für eine Komponente des Eingangssignals im Hochfrequenzbereich eine Verstärkung aufweisen, die durch ein zweites zugeführtes Steuersignal steuerbar ist, und für eine Komponente des Eingangssignals im Niederfrequenzbereich eine konstante Verstärkung aufweisen, die Filtereinrichtungen zum Ausfiitern und getrennten Herausziehen der Komponente des Ausgangssignals im mittleren Frequenzbereich und der Komponente des Ausgangssignals im Hochfrequenzbereich aufweist, und die ferner Steuersignale bildende Vorrichtungen enthält, die getrennt die herausgezogene Komponente des Ausgangssignals im mittleren Frequenzbereich und die herausgezogene Komponente im Hochfrequenzbereich gleichrichten und das erste bzw. das zweite Steuersignal bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Filtern ein einziges Filter (24) 7>ir Filterung und Trennung der Signalkomponenten des mittleren Frequenzbereiches und des Hochfrequenzbereiches aus dem zugeführten Eingangssignal aufweist, daß ein einziger Steuersignalgenerator (25) zum Gleichrichten des von dem Filter abgegebenen Signals und zur Bildung einer Steuersigr.alspannung vorgesehen ist, daß die Einrichtung zum veränderlichen Verstärken des zugeführten Signals einen einzigen Verstärker (21) enthält, der die Komponenten des mittleren Frequenzbereichs und des Hochfrequenzbereichs des Eingangssignals durch die Steuersignalspannung des Steuersignalgenerators (25) in der Verstärkung steuert und eine konstante Verstärkung in bezug auf die Komponente des niederen Frequenzbereichs hat, und daß eine Dämpfungsschaltung (22) vorgesehen ist, die bei dem von dem Verstärker (21) mit veränderlicher Verstärkung expandierten Signal einen Dämpfungsverlauf vorsieht, so daß im Hochfrequenzbereich eine höhere Dämpfung vorhanden ist, als im mittleren Frequenzbereich.

2. Expansionsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein verstärkender Transistor (Qi) zur Verstärkung des der Eingangsanschlußklemme zugeführten Signals vorgesehen ist, daß der Verstärker mit veränderlicher Verstärkung ein Halbleiterbauelement aufweist, welches; mit Hilfe eines Impedanzelementes mit dem Emitterkreis des verstärkenden Transistors (Q 1) verbunden ist und das einen Innenwiderstand aufweist, der sich mit der Steuersignalspannung ändert, daß das Filter (24) ein von dem Emitterkreis des verstärkenden Transistors (Q 1) abgegebenes Signal filtert und daß der Steuersignalgenerator (25) das durch das Filter (24) gefilterte Signal gleichrichtet und glättet, um eine positive Steuersignalspannung zu bilden.

3. Expansionsschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (21) die Komponenten im mittleren Frequenzbereich und im Hochfrequenzbereich stark dämpft, wenn die Pegel der Komponenten des Eingangssignals, das der Eingangsanschlußklemme (20) zugeführt wird, gering sind, und ferner die Komponenten im mittleren Frequenzbereich und im Hochfrequenzbereich schwach dämpft, wenn die Pegel des Eingangssignals hoch sind, und daß die Dämpfungsschaltung (22) das Signal derart dämpft, daß die Komponente im Hochfrequenzbereich immer stärker gedämpft wird als die Komponente im mittleren Frequenzbereich, und zwar unabhängig von dem Pegel des Eingangssignals.

4. Expansionsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein verstärkender Transistor (Q 1) zur Verstärkung des der Eingangssignalklemme zugeführten Signals vorhanden ist, darf der Verstärker (21) mit veränderlicher Verstärkung einen Steuerwiderstand (Q 3) aufweist, dessen Kollektor über eine impedanz mit dem Emitier des verstärkenden Transistors (Qi) verbunden ist und dessen Basis mit der Steuersignalspannung gespeist wird, wodurch der Widerstand zwischen Kollektor und Emitter des Transistors veränderbar ist, und daß eine Schaltung (CZ CS, R 12) zur Zuführung der Kollektorspannung des verstärkenden Transistors zur Basis des Steuertransistors (Q 3) vorgesehen ist, wobei die Kollektorspannung des verstärkenden Transistors (Q 1) gegenüber der Kollektorspannung des Steuertransistors eine entgegengesetzte Phase aufweist und damit eine Veränderung des Widerstands des Steuertransistors bei einer Änderung seines Kollektorpotentials aufhebt und damit die Verzerrung des Steuertransistors vermindert

5. Expansionsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Frequenzkennliiiie aufweist, durch die der Pegel der Signalfrequenzkomponente des Hochfrequenzbereichs um etwa 2 bis 7 dB stärker gedämpft wird als der Pegel der Signalkomponente des mittleren Frequenzbereichs.

6. Expansionsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzkennlinie derart ausgebildet ist, daß bei hohen Pegeln der Eingangssignalkomponenten des mittleren und des Hochfrequenzbereichs die Verstärkungskennlinien im niedrigen und im mittleren Frequenzbereich etwa horizontal verlaufen und daß nur im Hochfrequenzbereich eine Dämpfung vorliegt, die etwa 2 bis 7 dB größer ist als im mittleren Frequenzbereich.

7. Expansionsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster verstärkender Transistor (Qi) zur Verstärkung der der Eingangsanschlußklemme zugeführten Signale vorgesehen ist, daß ein zweiter verstärkender Transistor (Q 2) zur Verstärkung der von dem Emitter des ersten verstärkenden Transistors abgegebenen Signale vorgesehen ist und daß das Filter (24) einen Kondensator (C5) aufweist, der mit dem Kollektor des zweiten verstärkenden Transistors verbunden ist und ein Filter zur Unterdrückung der niedrigen Frequenz bildet, durch das nur die Signalkomponente im Niederfrequenzbereich unterdrückt wird.

8. Expansionsschaltung nach Anspmch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein verstärkender Transistor (Qi) zur Verstärkung der der Eingangsanschlußklemme (20) zugeführten Signale vorgesehen ist, daß der Verstärker (21) mit veränderlicher Verstärkung einen Feldeffekttransistor (Q4) zur Steuerung

aufweist, und dessen Senke und dessen Quelle über ein Impedanzelement mit dem Emitter des verstärkenden Transistors (Q 1) verbunden ist, wobei der Widerstand zwischen der Quelle und der Senke in Abhängigkeit von der seinem Gatt zugeführten i Steuersignalspannung veränderbar ist

9. Expansionsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß eine Wechselspannungs-Kückführung vorgesehen ist, die einen Widerstand (R 26) und einen Kondensator (C 15) aufweist, die zwischen ι ο die Quelle und das Gatt des Feldeffekttransistors (Q 4) zur Verbesserung der Linearität des Feldeffekttransistors beim Betrieb geschaltet sind.