DE2533869A1 - Frequenzfilter - Google Patents
FrequenzfilterInfo
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- G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
- G10H1/00—Details of electrophonic musical instruments
- G10H1/02—Means for controlling the tone frequencies, e.g. attack or decay; Means for producing special musical effects, e.g. vibratos or glissandos
- G10H1/06—Circuits for establishing the harmonic content of tones, or other arrangements for changing the tone colour
- G10H1/14—Circuits for establishing the harmonic content of tones, or other arrangements for changing the tone colour during execution
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Description
Die Erfindung betrifft ein Frequenzfilter mit einem Widerstandsnetzwerk
und mindestens einem Kapazitätselement.
In elektronischen Musikinstrumenten kann einem Musiktonsignal mit einer bestimmten Grundtonhöhe eine gewünschte
Tonfärbung verliehen v/erden, indem man die Beziehung zwischen den in dem Musiktonsignal enthaltenen Anteilen
an Harmonischen ändert. Um diese Veränderung steuern zu können, ist es Aufgabe der Erfindung, ein Frequenzfilter
zu schaffen, das durch eine Steuerspannung steuerbar ist und dessen Grenzfrequenz (oder Mittenfraquenz) sich in
Abhängigkeit von der Steuerspannung ändert.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Y/iderstandsnetzwerk aus einer Ersatzimpedanzschaltung
mit einer Diodenbrücke besteht, deren Dioden zur Einstellung der Arbeitspunkte von einem einer Konstantstromquelle
entnommenen Konstantstrom in Vorwärtsrichtung durchflossen sind, daß die Diodenbrücke mit einem
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zweiten Anschlußpaar in den Filterstromkreis geschaltet
ist, und daß der Durchlaßbereich des Frequenzfilters in Abhängigkeit von einer den Konstantstrom bestimmenden
Steuerspannung veränderbar ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Frequenzfilter ist es möglich,
die Tonfärbung eines Musiktonsignals unter Verwendung eines spannungsgesteuerten Filters zu verändern, dessen
Grenzfrequenz· oder Mittenfrequenz steuerbar ist. Eine noch feinere Steuerung der Tonfärbung kann erreicht werden,
indem man nicht nur die Grenzfrequenz, sondern auch die Trennschärfe oder Selektivität Q, des Filters beeinflußt.
Die Beeinflussung der Filtercharakteristik erfolgt nach der Erfindung durch eine ausgeglichene Diodenbrücke, der
ein Konstantstrom zugeführt wird. In Abhängigkeit von der Stärke des Konstantstromes, der in Vorwärtsrichtung durch
sämtliche Dioden der Diodenbrücke hindurchfließt, werden die Arbeitspunkte an den Dioden eingestellt. Damit stellt
sich auch der differentielle Widerstand oder Scheinwiderstand für kleine Wechselspannungssignale, die an die Signa
lanschlüs se der Diodenbrücke gegeben werden, ein.
Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein spannungsgesteuertes Filter zu schaffen; dessen Selektivität Q in
Abhängigkeit von der Steuerspannung veränderbar bzw. steuerbar
ist, indem der Scheinwiderstand einer ausgeglichenen Diodenbrücke in Abhängigkeit von der Steuerspannung verändert
und dadurch der Rückkopplungsfaktor eines in dem aktiven Filter vorgesehenen Verstärkers verändert wird, um
die Gesamtverstärkung zu beeinflussen.
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Die Brückenschaltung besteht aus Dioden, die, bezogen auf
ein erstes Anschlußpaar, in jedem Brückenzweig in Vorwärtsrichtung geschaltet sind und in dieser Richtung
von einem Konstantstrom durchflossen werden. Der Signalweg ist über ein zweites Anschlußpaar geführt. Sein Widerstand
ändert sich entsprechend der Stärke des Konstantstromes. Die Erfindung nutzt diese Erscheinung aus und
schafft ein spannungsgesteuertes Frequenzfilter, in dem die Diodenbrücke als steuerbarer Widerstand verwendet
wird und in Verbindung mit einer Kapazität oder weiteren Schaltelementen das Frequenzverhalten des Frequenzfilters
bestimmt.
Die Erfindung schafft ferner ein spannungsgesteuertes Frequenzfilter, bei dem die Diodenbrücke in einem negativen
Rückkopplungszweig des Verstärkers eines aktiven Filters liegt. Hierdurch kann durch Änderung der den Konstantstrom
bestimmenden Steuerspannung die Selektivität Q, des aktiven Filters verändert werden, indem die Verstärkung
des Verstärkers durch Spannungssteuerung verändert wird.
• - 4 609808/0745
r ·
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Schaltung
mit Ersatzimpedanzen in einem spannungsgeregelten Filter nach der Erfindung,
Fig. 2 zeigt die Kennlinie der in der Schaltung nach Fig. 1 verwendeten Dioden,
Fig. 3 zeigt eine Schaltung einer bevorzugten Ausführung,s~
form des erfindungsgemäßen spannungsgesteuerten Filters,
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines aktiven.Tiefpaßfilters
zweiter Ordnung, dessen Selektivität bzw. Trennschärfe veränderbar ist, und
Fig. 5 zeigt ein Schaltbild einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen spannungsgesteuerten
Frequenzfilters.
Fig. 1 zeigt die in dem erfindungsgemäßen spannungsgesteuerten Filter verwendete Ersatz-Impedanzschaltung.
Diese besteht aus einer Diodenbrücke DB aus vier Dioden Dj bis D^ mit denselben Kennwerten. Durch diese Dioden
D-, bis D2, fließt ein von einer Stromquelle mit hohem
Innenwiderstand gelieferter Konstantstrom Ι~ in Vorwärtsrichtung,
und zwar von Anschluß a nach Anschluß b. Der Wert des Konstant stromes ID ergibt sich in Abhängigkeit
von der Eingangssteuerspannung, mit der die Charakteristik des Filters verändert werden kann. Da durch die Dioden
• - 5 -
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D, bis D2, ein Vorwärtsstrom von ~ fließt, wird eine dem
Vorwärtsstrom von J2 entsprechende Vorwärts spannung erzeugt.
An den Anschlüssen c und d ist die Brücke DB daher vollständig im Gleichgewicht.
Nach der Erfindung wird der Scheinwiderstand der Diodenbrücke DB durch Nutzbarmachung der in Fig. 2 dargestellten
Nichtlinearität der Vorwärtscharakteristiken der
Dioden D1 bis Dj, verändert. In der Zeichnung entspricht
die Vorwärtsspannung V01 dem Vorwärtsstrom IDl. Der
Reziprokwert der Kurvensteigung in diesem Punkt bildet den Scheinwiderstand bzw. den partiellen Widerstand.
Am Anschluß d wird daher durch Anlegen eines Wechselspannungssignals an den Anschluß c ein Wechselspannungssignal
erzeugt, dessen Amplitude von dem Scheinwiderstand an der entsprechenden Stelle der Diodenkennlinie abhängt.
Auf diese Weise liegt zwischen den Anschlüssen c und d eine Ersatzimpedanzschaltung. Da die Ersatzimpedanz sich
umgekehrt proportional zu dem Konstantstrom I^ ändert,
kann man ein RC-Filter aufbauen, indem man diese Ersatzimpeda.nzs ehaltung mit einer geeigneten Kapazität kombiniert.
Fig. 3 zeigt eine Ausfuhrungsform des spannungsgesteuerten
Filters nach der Erfindung. Das Filter hat die Form eines Tiefpaßfilters, dessen Grenzfrequenz in Abhängigkeit
von der angelegten Steuerspannung veränderbar ist. Ein an den Anschluß AI angelegtes Musiktonsignal wird
einem Anschluß c der Diodenbrücke DB über einen Kopplungskondensator C-, und einen Emitterfolgertransistor
Tr1 zugeführt. Der Emitterfolgertransistor Tr1 dient
als Pufferverstärker zur Aufrechterhaltung des Gleich-
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Spannungsgleichgewichtes der Impedanzen am Anschluß c.
Die Werte der Widerstände R,, Rp und R^, sind so bemessen,
daß an der Brücke Gleichspannungsgleichgewicht herrscht (z.B. R1 = R2 = R5). Das Tiefpaßfilter ist als Scheinwiderstandschaltung
ausgebildet und besteht aus der Diodenbrücke DB und einer Kapazität. Die Kapazität besteht aus
einem zwischen den Anschluß d und Erde geschalteten Kondensator Cp. Bei dieser Filterausbildung werden die höherfrequenten
harmonischen Anteile oberhalb der Grenzfrequenz
f = ' von dem Musikton abgeschnitten und das Restsignal
wird dem Ausgang AO zugeführt. R stellt den Scheinwiderstand und C die Kapazität des Filters dar.
Die Steuerspannung zur Veränderung der Grenzfrequenz wird dem Steueranschluß VC zugeführt. Ein von der Steuerspannung
gesteuerter Konstantstrom fließt durch die Diodenbrücke DB hindurch. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
der Wert des Konstant stromes in Proportionalität zu einer
Exponentialfunktion der Steuerspannung bestimmt. Zweckmäßigerweise
wird in einer (nicht dargestellten) Spannungsteilerschaltung, die zur Erzeugung der Steuerspannung vorhanden
ist, die Grenzfrequenz in logarithmischem Maßstab angezeigt und die Steuerspannung in bezug auf die Grenzfrequenz
logarithmisch erzeugt, weil diese Anordnung einen größeren Variationsbereich der Grenzfrequenz liefert. Tatsächlich
wird jeweils diejenige Grenzfrequenz erzeugt, die an einer Anzeigevorrichtung angezeigt wird, obwohl die
Steuerspannung logarithmisch erzeugt wird.
Die dem Anschluß VC zugeführte Steuerspannung wird von Widerständen R1. und Rp. (R^ R ) in eine kleine Spannung
in der Größenordnung im mV-Bereich unterteilt und diese
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kleine Spannung wird als Basisspannung für einen Transistor Tr,- benutzt. Der Transistor Tr,- dient der Temperaturkompensation der Basis-Emitterstrecken der Transistoren
Tr0 bis Trn., die die Diodenbrücke DB mit Konstantstrom
versorgen. Der Emitter des Transistors Trr ist mit der
Basis der Transistoren Tr2. und Tr1. verbunden. Zwischen den
Emitter des Transistors Tr,- und die Spannungsquelle +Vcc
ist ein sehr hochohmiger Widerstand PL- (z.B. 10 Mil) geschaltet,
um eine Konstantstromquelle zu bilden. Die
Basisspannungen der npn-Transistoren Tr^ und Tr1- werden
von der an den Anschluß VC gelegten Steuerspannung gesteuert
und die Summe des Potentiales an Widerstand Rc
gegenüber Erde und der Basis-Emitterspannung des Transistors Tr/- bildet die Basisspannung der Transistoren
Tr2^ und Tr^.
In Abhängigkeit von dieser Basisspannung fließt ein gleicher Kollektorstrom durch die Transistoren Tr,, und Tr1-.
Da die Basisspannung zu einer Basis-Emitter-Vorwärtsspannung der Transistoren Tr2, und Tr,- wird, ändert sich der
Kollektorstrom infolge der Basis-Emitter-Vorwärtscharakteristiken entsprechend einer Exponentialfunktion der Basisspannung.
Der durch die Transistoren Tr2, und Tr1- fließende
Kollektorstrom ändert sich daher in Abhängigkeit von
der Exponentialfunktion der Steuerspannung.
Die Transistoren Tr2 bis Tr1- bilden eine Schaltung, in
der die Ströme spiegelbildlich fließen. Der Wert des durch die Transistoren Tr, und Tr1- hindurchfließenden Kollektorstromes
ist gleich dem durch die Transistoren Tr2 und Tr2,
hindurchfließenden Kollektorstrom. Im einzelnen sind die Kollektoren der Transistoren Tr-, und Tr1- miteinander ver-
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bunden, so daß durch die Transistoren Tr0 und Tr c derselbe
Kollektorstrom fließt, wogegen die pnp-Transistoren
Tr-2 und Tr0 die gleiche Vorspannung aufweisen, mit dem
Ergebnis, daß derselbe Kollektorstrom durch die Transistoren Tr-, und Tr2 fließt. Der Kollektorstrom durch den
Transistor Tr2 ist daher gleich demjenigen der durch den
Transistor Tr2, fließt, was bedeutet, daß der von dem
Kollektor des Transistors Tr2 zum Anschluß a der Diodenbrücke
D3 über einen Widerstand R7 fließende Strom gleich
demjenigen strom ist, der von Anschluß b über einen Widerstand
Rq zu dem Kollektor des Transistors Tr1, fließt. Auf
die beschriebene V/eise fließt der der Exponentialfunktion
der Steuerspannung proportionale Konstantstrom von dem Anschluß a zum Anschluß b in Vorwärtsrichtung durch die
jeweiligen Dioden hindurch.
Die Werte der Widerstände Rr7 und R0 sind untereinander
gleich gewählt, um das Impedanzgleichgewicht zwischen den Anschlüssen c und d zu erhalten. Wenn kein Musiktonsignal
am Eingang anliegt, wird an den Anschlüssen c und d ein Impedanzgleichgewicht aufrechterhalten, und der übrige
Teil der Schaltung, wie der Transistor Tr1 und der Widerstand
R.J., ist von den Anschlüssen c und d getrennt. Zur
Aufrechterhaltung des Gleichgewichtes der Vorspannungen der Transistoren Tr0 und Tr, sind die Emitter der Tran-
2 Ά
sistoren Tr0 und Tr-, über einen veränderbaren Widerstand VR, miteinander verbunden.
sistoren Tr0 und Tr-, über einen veränderbaren Widerstand VR, miteinander verbunden.
Es sei angenommen, daß der durch die S teuer spannung bestimmte Konstantstrom X01 durch jede Diode der Diodenbrücke UB fließt. Die Vorwärtsspannung einer jeden Diode
beträgt Y-., gemäß Fig. 2, und die von der Diodenbrücke DB
08/0745
erzeugte Ersatzimpedanz ist der Reziprokwert der Steigung
im Schnittpunkt von ID1 und V0-,. Wenn in dieser Lage ein
Musiktonsignal an den Eingangsanschluß AI gelegt wird, fluktuiert die Spannung am Anschluß c der Diodenbrücke DB
nach Art einer Wechselspannung·in Abhängigkeit von dem anstehenden Musiktonsignal. Da die Diodenbrücke DB ausgeglichen
ist, fluktuiert auch die Spannung am Anschluß d in Abhängigkeit von der Schwingung am Anschluß c, und das
Musiktonsignal wird über die Ersatzimpedanzschaltung dem Kondensator Cp zugeführt.
Wie oben erläutert wurde, wird die Grenzfrequenz von der
Ersatzimpedanz R und der Kapazität C des Kondensators Cp
bestimmt. Diese Grenzfrequenz ist daher dem Reziprokwert der Ersatzimpedanz R proportional und verändert sich
proportional zu dem durch jede Diode der Diodenbrücke DB hindurchfließenden Konstantstrom. Die Grenzfrequenz
wird daher in Abhängigkeit von der Exponentialfunktion der Steuerspannung verändert.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel bezog sich auf ein
passives Tiefpaßfilter erster Ordnung. Die Erfindung ist hierauf nicht beschränkt, sondern erstreckt sich auch
auf Filterschaltungen höherer Ordnung, die eine Ersatzimpedanzschaltung,
bestehend aus einer Diodenbrücke und einem Kapazitätselement enthalten.
Für einen Fachmann ist aus der vorhergehenden Beschreibung ferner klar, daß ein Hochpaßfilter oder ein Bandpaßfilter
aus einer geeigneten Ersatzimpedanzschaltung, bestehend aus einer Diodenbrücke und einem Kapazitätselement,hergestellt
werden kann, um die Grenzfrequenz oder die Mitten-
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frequenz eines Filters steuerbar zu machen.
Wenn man Musiktonsignale mit unterschiedlichen Tonhöhen
mit der gleichen Tonfärbung erzeugen will, wird eine Spannung, die der Grundhöhe des an den Eingangsanschluß
AI gelegten Musiktonsignals proportional ist, den Basen der Transistoren Tr^ und Tr^ hinzugefügt, um den Bereich
der Filterfrequenz (Grenzfrequenz) des gesamten Filters
entsprechend der Grundhöhe des Musiktonsignals zu verschieben.
Die Selektivität Q des Filters kann verändert werden, indem man eine Diodenbrücke verwendet, die eine Ersatzimpedanzschaltung,
wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, bildet. Im einzelnen wird die Ersatzimpedanz dadurch
geändert, daß eine Diodenbrücke, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, in den negativen RUckkopplungszweig eines
Verstärkers geschaltet und dadurch der Konstantstrom I^
verändert wird. Hierdurch wird der Betrag der Rückkopplung (Rückkopplungsfaktor) und damit der Verstärkungsfaktor
des Verstärkers verändert. Man kann ein aktives Filter konstruieren, indem man diesen Verstärker als aktives
Element verwendet und in den positiven RUckkopplungskreis
des Verstärkers eine frequenzselektive Schaltung, bestehend aus einem Widerstandselement und einem Kapazitätselement,
schaltet. Die Selektivität Q des Filters ändert sich in Abhängigkeit von der Änderung des Verstärkungsfaktors
des Verstärkers.
Die Änderung der Selektivität Q des Filters wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in Fig. 4 abgebildete
Tiefpaßfilter zweiter Ordnung beschrieben.
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I1 r
·"" φψ Λ
Eine Ersatzimpedanz Rx, bestehend aus einer Diodenbrücke, ist in den negativen Rückkopplungszweig eines Verstärkers
A geschaltet. Der Verstärkungsfaktor Gc dieses Verstärkers
Rf
A beträgt Gc = 1 + ^=-. In den positiven Rückkopplungszweig
A beträgt Gc = 1 + ^=-. In den positiven Rückkopplungszweig
χ
des Verstärkers A ist eine Frequenzselektionsschaltung, bestehend aus den Widerständen Rq, R10 und den Kodensatoren C^, C2, geschaltet. Bei einem derartigen Filter beträgt die Selektivität Q:
des Verstärkers A ist eine Frequenzselektionsschaltung, bestehend aus den Widerständen Rq, R10 und den Kodensatoren C^, C2, geschaltet. Bei einem derartigen Filter beträgt die Selektivität Q:
* - (1 - Gc) CyR9 + C5(R9 + R10)
Da die Selektivität Q sich in Abhängigkeit von Änderungen
des'Verstärkungsfaktors Gc verändert, kann sie in Abhängigkeit
von der Steuerspannung gesteuert werden.
Fig. 5 zeigt eine Schaltung mit einem aktiven Tiefpaßfilter
zweiter Ordnung, mit der die Selektivität Q, der Grenzfrequenz in Abhängigkeit von einer zweiten Steuerspannung
verändert werden kann. Ein ankommendes Musiktonsignal, das an einen Eingangsanschluß AI gelegt wird, wird über einen
Kopplungskondensator Cc einem Emitterfolgertransistor Tr7
zugeführt. Das Ausgangssignal des Transistors Tr7 wird über eine aus der Dioderibrücke DB-, bestehende Ersatzimpedanzschaltung
einem Kondensator C^0 zugeführt. Durch
die Diodenbrücke DBn fließt ein Konstantstrom I zur
1 c
Steuerung der Grenzfrequenz des Filters. Durch jede Diode der Diodenbrücke DB, fließt in Vorwärtsrichtung der Diode
eine S.tromhälfte I /2 in Abhängigkeit von einer Steuerspannung,mit
der die obere Grenzfrequenz beinflußt werden kann, und ein Anschlußpaar auf den Seiten des Transistors
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-AT-
^ 7533869
Tr7 und des Kondensators C20 bildet eine Ersatzimpedanzschaltung.
Zur änderung des Stromes I in Abhängigkeit von der Steuerspannung kann die in Fig. 3 dargestellte
Schaltung verwendet werden. Diese Schaltung ist daher in Fig. 5 fortgelassen worden.
Wenn der Strom I ansteigt, verringert sich der Scheinwiderstand, d.h. der differentielle Widerstand, und die
obere Grenzfrequenz steigt an. Das Ausgangssignal der Diodenbrücke DB-, wird dem Steueranschluß eines Feldeffekttransistors
FET über einen Widerstand R1-, und den geerdeten
Kondensator C20 zugeführt. Der Verstärker besteht aus
dem genannten Feldeffekttransistor FET und Transistoren Trn und TrQ, die an den Drain-Anschluß des Feldeffekttransistors
FET angeschaltet sind. Dieser Verstärker bildet das aktive Element in dem aktiven Filter (den Verstärker
A in Fig. 4).
Das Ausgangssignal dieses Verstärkers wird von dem Emitter
des Transistors Trn. über die Kondensatoren C-, und C-,,
9 la lt>
auf den Verstärkereingang rückgekoppelt. Bei einem Vergleich dieser Frequenzselektionsschaltung mit der in Fig.
dargestellten Schaltung erkennt man, daß die Ausgangsimpedanz des Emitterfolgertransistors Tr7 dem Widerstand
Rq, die Kondensatoren C-, und C-,, dem Kondensator C^, die
Ersatzimpedanz der Diodenbrücke DB, dem Widerstand R, _
und der Kondensator C20 dem Kondensator C2, entspricht.
Wenn demnach an den Eingangsanschluß AI. ein Signal angelegt
wird, dessen Frequenz viel größer ist als die von der Ersatzimpedanz in Form der Diodenbrücke DB-. erzeugte
Grenzfrequenz, arbeitet die Frequenzselektionsschaltung
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- Xt -
als ein passives Tiefpaßfilter zweiter Ordnung., bestehend
aus der Ausgangsimpedanz des Transistors Tr7, der Ersatzimpedanz
der Diodenbrücke DB1, dem Kondensator C-. (^Th)
und dem Kondensator Cp0. Wenn andererseits ein in der
Nähe der Grenzfrequenz liegendes Signal angelegt wird, arbeiten diese Impedanz- und Kapazitätselemente als aktives
Bandpaßfilter mit der Selektivität Q. Diese Selektivität Q wird in Abhängigkeit von den Verstärkungsänderungen
des Verstärkers gesteuert, der aus dem Feldeffekttransistor FET und den Transistoren Trg und Tr Q besteht und oben erläutert
wurde.
Der Feldeffekttransistor FET und die Transistoren Tro
und Tr q bilden einen Verstärker mit positiver Phase und
an den Emitterfolgerausgang dieses Verstärkers ist ein Lastwiderstand RL angeschaltet. Ein Rückkopplungszweig
besteht aus einem Widerstand FUt* der zwischen den Emitter
des Transistors Trq und den Source-Anschluß des Feldeffekttransistors
FET geschaltet ist, und aus einer Gruppe von Widerständen (einschließlich der Widerstände FLg,
R17 und einer Diodenbrücke DBp), die zwischen den Source-Anschluß
des Feldeffekttransistors FET und Erde geschaltet sind. Der Gesamtwiderstandswert dieser Widerstandsgruppe
ist mit dem Bezugszeichen R , bezeichnet. Der negative Rückkopplungsfaktor ß wird durch folgende Gleichung
bestimmt: ^
Rxl + Rfl
Der Verstärkungsfaktor Gc des Verstärkers wird zu
R ,
Ge = 1 + s2^ (2)
Ge = 1 + s2^ (2)
-U-
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Aus dieser Gleichung ersieht man, daß die Verstärkung durch Änderung des V/iderstandes R , geändert werden kann.
Nach der Erfindung wird die Verstärkung geändert, indem man den Scheinwiderstand der Diodenbrücke DBp ändert.
Die Steuerspannung zur variablen Steuerung der Selektivität
Q wird dem Steuerspannungseingang VQ zugeführt. Der durch diese Steuerspannung gesteuerte Konstantstrom fließt
durch die Diodenbrücke DB0.
C.
Die dem Eingangsanschluß VQ zugeführte Steuerspannung wird der Basis des Transistors Tr,0 zugeführt und ein der
Steuerspannung entsprechender Strom fließt durch den
Emitter und den Kollektor des Transistors Tr, 0 hindurch.
Über die Widerstände R-,^ und R12 wird einem Anschluß a
der Diodenbrücke DB0 eine positive Versorgungsspannung
Vcc zugeführt. Eine negative Versorgungsspannung -VE„
wird der Brücke über die Widerstände R12, und R1,- an Anschluß
b zugeführt. Der Konstantstrom fließt zwischen den Anschlüssen a und b in Vorwärtsrichtung durch jede Diode.
Der Emitter und Kollektor des Transistors Tr10 sind parallel
zu der Diodenbrücke DBp geschaltet und der durch die Diodenbrücke fließende Konstantstrom wird gesteuert, in-dem der
zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors Tr10
fließende Strom gesteuert wird. Die Widerstandswerte der Widerstände R-,-, und R12 sind einander gleich, so wie auch
die Werte der Widerstände R12, und R1,- einander gleich sind.
Dadurch ist die Impedanz an dem Anschlußpaar c, d der Diodenbrücke DB2 ausgeglichen. Der Transistor Tr10 arbeitet
im aktiven Bereich.
Wenn die Steuerspannung absinkt und den Transistor
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in einen Zustand versetzt, der nahe dem Abschaltzustand liegt, steigt der durch die Diodenbrüeke DBp fließende
Konstantstrom an und der Scheinwiderstand zwischen den Anschlüssen c und d, d.h. die äquivalente Impedanz, verringert
sich. Wenn andererseits die Steuerspannung steigt, steigt der Kollektorstrom des Transistors Tr-^0 und der
durch die Brücke DBp fließende Konstantstrom schwächt sich ab, was zu einem Anwachsen der äquivalenten Impedanz führt.
Der Widerstand Rx, ändert sich mit der Scheinimpedanz der
Diodenbrüeke DBp, was zu einer Veränderung des negativen
Rückkopplungsfaktors des Verstärkers führt. Aus der oben erläuterten Gleichung (2) ersieht man, daß der Verstärkungsfaktor
Gc ansteigt, wenn der durch die Diodenbrüeke DBp fließende Konstantstrom steigt (d.h. wenn die äquivalente
Impedanz sich verringert) und der Verstärkungsfaktor Gc sich abschwächt, wenn der Konstantstrorn sich verringert
(d.h. wenn die äquivalente Impedanz ansteigt). In der obigen Beschreibung wird "plus 1" in Gleichung (2) vernachlässigt,
weil 1 - Gc in Gleichung (1) den Wert
fl verläßt und der die Selektivität Q, bestimmende Ver-
Rxl R
stärkungsfaktor Gc im wesentlichen gleich fl wird. Wie
Rxl man aus der vorhergehenden Beschreibung und Gleichung (1)
ersieht, kann die Selektivität Q in Abhängigkeit von dem Verstärkungsfaktor des Verstärkers steuerbar verändert
werden.
Insgesamt verändert sich der durch die Diodenbrüeke DBp fließende Konstantstrom in Abhängigkeit von der Steuerspannung
und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers ändert sich in Abhängigkeit von der Änderung des Konstantstromes,
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mit dem Ergebnis, daß die Selektivität Q von der Steuerspannung
veränderbar gesteuert wird. Das Ausgangssignal des Filters kann ferner an einem Ausgangsanschluß AO,der
im Rückkopplungszweig vorgesehen ist, abgenommen werden. Weiterhin kann ein (nicht dargestellter) Widerstand zwischen
die Anschlüsse a und b der Diodenbrücke DBp geschaltet
werden, um den Strom zu teilen und dadurch den Wert des durch jede Diode fließenden Konstantstromes zu verringern,
um auf diese V/eise den günstigsten Bereich des Vorwärtsteiles der Diodenkennlinie ausnutzen zu können.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird die
Grenzfrequenz von der Diodenbrücke DB-, geändert und die
Selektivität Q von der Diodenbrücke DBp gesteuert. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, sondern es
ist ebenfalls möglich, lediglich die Selektivität Q, zu verändern und die Grenzfrequenz auf einem konstanten Wert
zu halten. In diesem zuletzt genannten Fall kann die Diodenbrücke DB1 mit normalen Widerständen bestückt sein.
Die erfindungsgemäße Beeinflussung der Filtereigenschaften eignet sich selbstverständlich nicht nur für Tiefpaßfilter,
sondern kann auch in Hochpaß- oder Bandpaßfiltern angewandt werden, indem eine aus einer Diodenbrücke bestehende
Ersatzimpedanzschaltung in den Rückkopplungszweig
eines Verstärkers geschaltet wird, um den Rückkopplungs
faktor zu steuern und dadurch die Selektivität Q durch
Veränderung des Verstärkungsfaktors als Antwort auf die Veränderung der Steuerspannung zu steuern.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist ein Widerstand
R,, mit dem Steueranschluß des Feldeffekttransistors FET
verbunden. Dieser Widerstand R11* der relativ niederohmig
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ist, und bei etwa 10 J). bis 9oi2liegt, ist zur Stabilisierung
der Filterschaltung vorgesehen. Wie oben bereits erläutert wurde, wird bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 5 die Grenzfrequenz geändert. Wenn die Grenzfrequenz auf einen relativ hohen Punkt eingestellt ist, wird die
äquivalente Iinpedanz der Diodenbrücke DB-, (entsprechend
dem Widerstand R2, in Fig. 4) sehr niedrig und nähert sich
dem Wert der Ausgangsimpedanz des Transistors Tr7 (entsprechend
dem Widerstand Rg in Fig. 4). Es sei darauf hingewiesen,
daß im Normalfalle (d.h. wenn die Grenzfrequenz nicht so hoch ist) die Ausgangsimpedanz des Transistors
Tr„ vernachlässigbar klein verglichen mit der äquivalenten
Impedanz der Diodenbrücke DB, ist. Die Änderung des Verhältnisses von Widerstand Rg zum Widerstand R10 in Gleichung
(1) ist meistens vernachlässigbar klein. Wenn jedoch die Grenzfrequenz relativ hoch ist, ist die Ausgangsimpedanz
des Transistors Tr7 nicht mehr vernachlässigbar, weil in diesem Falle das Widerstandsverhältnis von Rq
zu R1n sich erheblich vorn Normalfall unterscheidet. Hier-
- durch steigt die Selektivität Q in solchem Maße an, daß die Filterschaltung instabil wird und im Extremfalle zu
schwingen beginnt.
Zur Beseitigung dieses Nachteils ist der niederohmige Widerstand R,-, in Reihe zu der aus der Diodenbrücke DB,
bestehenden äquivalenten Impedanzschaltung geschaltet. Bei niedriger Grenzfrequenz kann der Widerstandswert R11
infolge der großen äquivalenten Impedanz vernachlässigt werden und die Selektivität Q wird von dem Widerstand
R11 kaum beeinflußt. Wenn die Grenzfrequenz steigt, erhöht
sich der Einfluß des Widerstandes R11 über die Ausgangsimpedanz
des Transistors Tr7, wodurch der Verstär-
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kungsfaktor des die Transistoren FET, Trο und TrQ umfassenden
Verstärkers in gleichem Maße abgeschwächt wird. Hierdurch wird wiederum die Selektivität Q, abgeschwächt, so
daß Schwingungen in der Filterschaltung sogo.r im Falle hoher Grenzfrequenzen wirksam unterdrückt werden.
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Claims (2)
- 7533869Ansprüche( 1. yFrequenzfiltei* mit einem Widerstandsnetzwerk und ^- mindestens einem Kapazitätselement, dadurch gekennzeichnet , daß das Widerstandsnetzwerk aus einer Ersatzimpedanzschaltung mit einer Diodenbrücke (DB) besteht, deren Dioden (D1 bis Dj.) zur Einstellung der Arbeitspunkte von einem einer Konstantstromquelle entnommenen Konstantstrom (I1O in Vorwärtsrichtung durchflossen sind, daß die Diodenbrücke (DB) mit einem zweiten Anschlußpaar (c, d) in den Filterstromkreis geschaltet ist, und daß der Durchlaßbereich des Frequenzfilters in Abhängigkeit von einer den Konstantstrom bestimmenden Steuerspannung veränderbar ist.
- 2. Frequenz filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle derart ausgebildet ist, daß der von ihr gelieferte Konstantstrom sich proportional zu einer Exponentialfunktion der Steuerspannung ändert.j5. Frequenzfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als aktives Filter mit einem Verstärker (A) ausgebildet ist, in dessen negativem Rückkopplungszweig die Diodenbrücke (DB1) geschaltet ist, und in dessen positivem Rückkopplungszweig ein Filter (CU, C^, Rq, R10) liegt, und daß die Verstärkung des rückgekoppelten Verstärkers sich in Abhängigkeit von der Steuerspannung (VC) ändert, wodurch die Selektivität (Q) des Frequenzfilters steuerbar ist.- 20 -80980 8/0745- 0er-Frequenzfilter nach Anspruch 3* dadurchgekennzeichnet, daß eine erste Diodenbrücke (DB-, ), an deren Signalweg ein Kondensator (Cp0) geschaltet ist, an eine Konstantstromquelle angeschlossen ist, deren Strom in Abhängigkeit von einer Steuerspannung steuerbar ist, wodurch der Frequenzbereich des Filters steuerbar ist, und daß im Rückkopplungszweig des Verstärkers (A) eine zweite Diodenbrücke (DBp) angeordnet ist, die an eine zweite durch eine Steuerspannung (VQ,) steuerbare Konstantstromquelle angeschlossen ist, und die in Abhängigkeit von der anstehenden zweiten Steuerspannung die Selektivität des Frequenzfilters verändert.0 7 4 5Leerseite
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