DE2948755A1

DE2948755A1 - An eine frequenzantwort-charakteristik anpassbarer schaltkreis

Info

Publication number: DE2948755A1
Application number: DE19792948755
Authority: DE
Inventors: Kenji Yokoyama
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1978-12-04
Filing date: 1979-12-04
Publication date: 1980-07-03
Also published as: DE2948755C2; GB2040627B; GB2040627A; JPS5575316A; JPS5811124B2; US4280102A

Description

An eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbarer Schaltkreis

Die Erfindung betrifft einen an eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbaren Schaltkreis, insbesondere für einen Tonsteuerschaltkreis gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

10

20

Normalerveise weisen in Tonfrequenzverstärkersystemen verwendete Tonsteuerschaltkreise Frequenzantwort-Charakteristiken auf, welche sowohl in der Tiefenhervorhebung als auch in der Höhenhervorhebung eine Beschneidung aufweisen. Um derartige Frequenzantwort-Charakteristiken zu erhalten, gibt es verschiedene Tonsteuerschaltkreise, die im allgemeinen ein RC-Glied, wie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt, aufweisen. Das RC-Glied gemäß Fig. 1 ist ein Grund-Tief enhervorhebungs- oder Höhenbegrenzungs-Glied, das aus den Widerständen 1 und 3 und einem Kondensator 2 besteht und das eine in Fig. 2 dargestellte Frequenzantwort aufweist. Die Dämpfungsfrequenz fC1 bzw, die übergangsfrequenz fC2 dieses Gliedes ergibt sieh aus nachfolgenden Gleichungen:

fei =

2urCL(R1
1

+ R2T

fC2 =

R2

α)

BÜRO ο37ύ OBERURSEL· LINÜENSTRASSE 10 TEI . OeI 71 5604» TEI KX 4 IS* .H Λ rr.il il

BÜRO 8050 FREISING· SCHNKGGSTRASSF. 3-5 TKL. 0β161/ό2091 TELEX 526547 pjwj d

ZWElGBORO d3*u PASSAU LUDWIGSTRASSE 2 TEL. 0*51 36*16

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wobei C1 der Kapazitätswert des Kondensators ? ist und R1 bzv. R? die Widerstandswerte der Widerstände 1 bzw. sind. Die Anpassung des Dämpfungspegels oder der Kreisverstärkung H an einen Frequenzbereich über der Frequenz fC? wird normalerweise durch eine Anpassung von einem der Widerstände 1 bzw. 3 durchgeführt. Diese Anpassung bewirkt jedoch auch eine Änderung der Frequenzen fCi und fC?, d. h. der aus den Gleichungen (1) und (?) ersichtlichen Frequenzcharakteristiken. Mit anderen Worten heißt dies, daß der gemäß Fig. 1 dargestellte und mit einem RC-Glied versehene Steuerschaltkreis eine Rückwirkung der^Gestalt aufweist, daß die Anpassung des Dämpfungspegels zu einem besonderen Frequenzbereich in einer Änderung des Frequenzbereiches selbst resultiert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen, an eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbaren Schaltkreis gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart zu schaffen, daß die Anpassung der Schaltkreisverstärkung über einen besonderen Frequenzbereich ermöglicht wird, ohne daß dabei der Frequenzbereich selbst verändert wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung weist ein, an eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbarer Schaltkreis einen ersten Operationsverstärker mit einem ersten Eingangsanschluß auf, welcher über einen ersten Widerstand an einen Eingangs— anschluß angeschlossen ist, der zum Empfang der Eingangssignale vorgesehen ist. Ein zweiter Eingangsanschluß des Operationsverstärkers ist mit der Schaltkreismasse bzw. -erde verbunden und der AusgangsanSchluß des Operations-Verstärkers führt zu einem Ausgangsanschluß, an welchem das Ausgangssignal abgenommen werden kann. Ein zweiter Operationsverstärker ist an einem ersten Eingang mit der Schaltkreismasse bzw, —erde verbunden und der zweite

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294H755 Eingangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers ist über einen zweiten Widerstand mit dem Ausgangsanschluß des ersten Operationsverstärkers verbunden. Ein Ausgangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers ist über einen dritten Widerstand mit dem zweiten Eingangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers verbunden und ebenso ist der Ausgangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers durch einen vierten Widerstand mit dem ersten Eingangsanschluß des ersten Operationsverstärkers verbunden. In dem Schaltkreis ist ferner ein Potentiometer vorgesehen, dessen erster fester Anschluß mit dem ersten Eingangsanschluß des ersten Operationsverstärkers verbunden ist und dessen zweiter fester Anschluß mit dem zweiten Eingangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers verbunden ist. Ein Mittelanschluß ₍des Potentiometers ist mit der Schaltkreismasse bzw. -erde verbunden und der Gleitanschluß des Potentiometers ist über einen fünften Widerstand mit dem zweiten Eingangsanschluß eines Filterschaltkreises verbunden, dessen erster Anschluß mit dem Ausgangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers verbunden ist und dessen dritter Anschluß mit der Schaltkreismasse bzw. -erde verbunden ist.

Der Filterschaltkreis kann ein Tiefpass-Filter, ein Hochpass-Filter oder ein Bandpass-Filter sein.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt: 30

Fig. 1 eine Schaltung eines Grund-Filterkreises, der in bekannten Tonsteuerkreisen verwendet wird;

Fig. 2 die Frequenzantwort-Charakteristik des Filterkreises gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen schematischen Schaltkreis eines, an eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbaren

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Schaltkreises gemäß der Erfindung;

Fig. 4

und 5 Schaltungen mit Stromlaufrichtungen zur Erläuterung des Schaltkreises gemäß Fig. 3;

Fig. 6 die Schaltung eines Tiefpass-Filters, der als Filter in der Schaltung gemäß Fig. 3 verwendet werden kann;

Fig. 7 die Charakteristiken der Begrenzung der Tiefenhervorhebung von der Schaltung gemäß Fig. 3, wenn ein Filter gemäß Fig. 6 verwendet wird;

Fig. 8 die Schaltung eines Hochpass-Filters, der als

Filter in der Schaltung gemäß Fig. 3 verwendet werden kann;

Fig. 9 die Charakteristiken der Begrenzung der Höhenhervorhebung von der Schaltung gemäß Fig. 3, wenn ein Filter gemäß Fig. 8 verwendet wird;

Fig. 10 die Schaltung eines Bandpass-Filters, der als Filter in der Schaltung gemäß Fig. 3 verwendet werden kann;

Fig. 11 die Frequenzantwort des Bandpass-Filters gemäß Fig. 10;

Fig. 12 die Frequenzcharakteristiken der Schaltung gemäß Fig. 3, wenn ein Filter gemäß Fig. 10 verwendet wird{

Fig. 13 die Schaltung eines anderen Bandpass-Filters, der als Filter in der Schaltung gemäß Fig. 3 verwendet werden kann;

Fig. 14 die Frequenzcharakteristik des Signalübertra-

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gungspfades, welcher von einem Eingangsanschluß zu dem invertierten Eingang des Operationsverstärkers in der Schaltung gemäß Fig. 13 führt;

Fig. 15 die Frequenzcharakteristik des Filterschaltkreises gemäß Fig. 13; und

Fig. 16 die Charakteristiken der Begrenzung der Bandhervorhebung des Schaltkreises gemäß Fig. 3, wenn ein Filter gemäß Fig. 13 verwendet wird.

Gemäß Fig. 3 ist ein, an eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbarer Schaltkreis dargestellt, in welchem ein erster Operationsverstärker 10, ein zweiter Operationsverstärker 11, ein Potentiometer 12 und ein Filter 13 vorgesehen sind. Der erste Operationsverstärker 10 arbeitet als nichtinvertierender Verstärker und weist demgemäß einen nichtinvertierenden Eingangsanschluß iOa auf, welcher über einen Widerstand 14 mit einem Widerstandswert Ra an einen Eingangsanschluß 15 angeschlossen ist, der zum Empfang eines Eingangssignals vorgesehen ist. Der zweite, invertierende Eingangsanschluß 10b des ersten Operationsverstärkers 10 ist mit der Schaltkreismasse bzw. -erde verbunden. Der Ausgangsan-Schluß 10c des Operationsverstärkers 10 ist mit einem Ausgangsanschluß 16 des an eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbaren Schaltkreises angeschlossen.

Der zweite Operationsverstärker 11 arbeitet als invertierender Verstärker, an dessen ersten, invertierenden Eingangsanschluß Ha der Ausgangsanschluß 16 über einen zweiten Widerstand 17 mit einem Widerstandswert Ra angeschlossen ist und dessen zweiter nichtinvertierender Eingang mit der Schaltkreismasse bzw. -erde verbunden ist. Der Ausgangsanschluß nc des zweiten Operationsverstärkers 11 ist über einen dritten Widerstand 18 mit einem Widerstandswert Ra an den ersten invertierenden Eingangsanschluß iia und auch über einen vierten Wider-

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stand 19 mit einem Widerstandswert Ra an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß iOa des ersten Operationsverstärkers 10 angeschlossen. Das Potentiometer 12 hat einen festen Anschluß 12a, der mit dem nichtinvertierenden ersten Anschluß 10a des ersten Operationsverstärkers 10 verbunden ist und einen anderen festen Anschluß 12b, der mit dem ersten invertierenden Eingangsanschluß 11a des zweiten Operationsverstärkers 11 verbunden ist und einen Mittelanschluß 12c, der mit der Schaltkreismasse bzw. -erde verbunden ist. Der Widerstandswert des Potentiometers 12 zwischen den festen Anschlüssen 12a und 12b ist Rv. Der Filter 13 ist ein Schaltkreis mit drei Anschlüssen, wobei ein erster Anschluß 13a mit dem Aus gangs ans chluß nc des zweiten Operationsverstärkers 11 verbunden ist, wobei ein.zweiter Anschluß 13b über einen fünften Widerstand 20 mit einem Widerstandswert Rs mit dem Gleitkontakt I2d des Potentiometers 12 verbunden ist und wobei ein dritter Anschluß 13c mit der Schaltkreismasse bzw. -erde verbunden ist.

Wenn der Gleitkontakt I2d des Potentiometers 12 zwischen den festen Anschlüssen 12a und den Mittelanschluß 12c positioniert wird, dann kann der Schaltkreis gemäß Fig. 3 in der Anordnung gemäß Fig. 4 gezeichnet werden. In Fig. 4 bedeutet Rx den Widerstandswert zwischen dem festen Anschluß 12a und dem Schiebekontakt 12b und der Widerstandswert Ry besteht zwischen dem Gleitkontakt I2d und dem Mittelanschluß 12c. In der Annahme, daß eine Eingangsspannung V1 an den Eingangsanschluß 15 angelegt wird und an dem Ausgangsanschluß 16 eine Ausgangsspannung V2 abnehmbar ist, beträgt die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers 11 gleich -V2, da der erste Widerstand

17 und der zweite Widerstand 18 gleiche Widerstandswerte Ra aufweisen. Da ferner der erste nichtinvertierende Eingangsanschluß 10a des ersten Operationsverstärkers 10 einen virtuellen Massepunkt darstellt,

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ergeben sich folgende Gleichungen:

V1 = Ra · iO

-V2 = Ra ■ i1 ^ίΗΪ

-T(s) · V2 = Rs(i2 + i3) + Rx · i2 -^)

±2 · Rx = i3 · Ry (t)

-iO = ii + i2 (?)

wobei T(s) eine Transferfunktion des Filterschaltkreises 13 ist und iO, der durch den ersten Widerstand fließende Strom ist. Ferner stellt i2 einen Strom dar, der von dem Gleitkontakt I2d des Potentiometers 12 zu dem festen Anschluß 12a führt und i3 ist ein Strom, der von dem Gleitkontakt I2d zu dem Mittelanschluß 12c des Potentiometers 12 fließt.

Wenn man die Gleichung (6) in die Gleichung (5) einsetzt, dann ergibt sich:

-T(s) · V2 = Rs (i2 + ~ · i2) + Rx ·

= (k · Rs + Rx)i2 (g)

wobei k = 1 + ψ-.

Durch Einse--^tzen der Gleichungen (4), (7) und (8) in die Gleichung (3) ergibt sich:

V1 = Ra · iO = Ra(-ii - i2) =

_ ,V₂ V2.T(S) ν

Daraus resultiert die zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß 16 gültige Transferfunktion Tx des Schaltkreises:

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X 2943755

^{1 +} Rx + lc · Rs ^LKS)

Die Gleichung (9) zeigt, daß die Schaltkreisverstärkung der Schaltung gemäß Fig. 4 durch Veränderung des Faktors k verändert werden kann, ohne daß dadurch die Transferfunktion T(s) des Filterschaltkreises beeinflußt wird.

Wenn der Gleitkontakt I2d des Potentiometers 12 in eine Position zwischen dem festen Anschluß 12b und dem Mittelanschluß 12c gebracht wird, dann kann die Schaltung gemäß Fig. 3 in der gemäß Fig. 5 dargestellten Form wiedergegeben werden.

Für diesen Fall gelten die Gleichungen:

V1 m Ra · iO

V2 = Ra(i1 + i2)

Vx = -Ra · iO

Vx = -Ra · ii

Vx · T(s)'= -Rx · i2 - Rs(i2 + i3) ~

i2 · Rx = i3 · Ry

Dabei ist V1 eine Eingangsspannung, welche an dem Eingangsanschluß 15 angelegt wird, V2 eine Ausgangsspannung, welche an dem Ausgangsanschluß 16 anliegt, Vx eine Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers 11, i1 ein durch die Widerstände 14 und 19 fließender Strom, i2 ein von dem festen Anschluß 12b zu dem Schiebekontakt I2d des Potentiometers 12 fließender Strom und i3 ein von dem Mittelanschluß 12c zu dem Schiebekontakt i2d des Potentiometers 12 fließender Strom.

Da iO = i1 ist, ergibt sich für die Gleichungen (12) und (13):

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und durch Einsetzen der Gleichung (15) in die Gleichung (14) ergibt sich:

Vx . T(s) = -Rx · i2 - k · Rs · i2 = -i?(Rx + k · Rs)

wobei k = 1 + ||.

Da Vx = -V1 ist, ergibt sich aus den Gleichungen (10) und (12):

η O -

Rx

+ k · R

und durch Einsetzen der Gleichungen (16) und (17) in die Gleichung (11) ergibt sich:

so daß die Transferfunktion Ty der Schaltung gemäß Fig. 5 folgendermaßen lautet:

Das Produkt von Tx und Ty ist Tx · Ty = 1. Dies bedeutet, daß die Verstärkung der Schaltung gemäß Fig. 3 symmetrisch verändert wird, wenn der Schiebekontakt 12d des Potentiometers 12 von dem Mittelanschluß 12c in Richtung auf den festen Anschluß 12a verschoben wird bzw. wenn der Schiebekontakt I2d in Richtung des festen Anschlusses 12b verschoben wird bezüglich der Schaltkreisverstärkung, welche erhalten wird, wenn der Schiebekontakt an dem Mittelanschluß 12c positioniert ist. Der Frequenzbereich, über welchen die Schaltkreisverstärkung angepaßt werden kann, wird durch die Frequenzantwort des Filterschaltkreises 13 bestimmt und außerdem wird die Antwort des Filterschaltkreises nicht durch

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die Anpassung des Potentiometers beeinflußt.

Fig. 6 stellt einen Tiefpass-Filter als ein Beispiel eines Filterschaltkreises 13 dar, welcher einen Widerstand 22 mit einem Widerstandswert Rb und einen Kondensator 21 mit einem Kapazitätswert Cb umfaßt. Die Transferfunktion t(s) des Tiefpass-Filters ist:

T(s)

1 + s . Rb · Cb

wobei s = jU

Somit stellt sich die Transferfunktion Tx des Schaltkreises gemäß Fig. 4 wie folgt dar: 15

Tx ss ■ ' '·»_ j¹'

Rx + k · Rs 1 + s · Rb · Cb

^{1 +} 1 + s · Rb · Cb

wobei

« ■ (O i ^ S ff> 25

Die Kurve (a) in Fig. 7 zeigt eine typische Frequenzantwort des Schaltkreises gemäß Fig. 3, wenn der Schie bekontakt 12b des Potentiometers 12 zwischen dem festen Anschluß 12a und dem Mittelanschluß 12c positioniert ist.

Andererseits ist die Transferfunktion Ty der Schaltung gemäß Fig. 5 dann:

Ty = 1 +

Ra

Rx + k · Ks 1 + s · Cb · Rb = ^{1 +}

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yff'

Die Diagrammkurve (b) in Fig. 7 zeigt die typische Frequenzantwort des Schaltkreises von Fig. 3, wenn der Schiebekontakt 12d des Potentiometers 12 zwischen dem festen Anschluß 12b und dem Mittelanschluß 1?.C positioniert ist. Daher liefert der Schaltkreis gemäß Fig. Charakteristiken von Begrenzungen der Tiefenhervorhebung, wie in Fig. 7 dargestellt, ohne Änderung einer besonderen Frequenz (i/2«nRb· Cb), welche durch den Tiefpass-Filter bestimmt wird.

Fig. 8 zeigt ein Hochpass-Filter als ein Beispiel eines Filterschaltkreises 13 für eine Schaltung gemäß Fig. 3 mit einem Kondensator 23, welcher einen Kapazitätswert Cb hat und mit einem Widerstand ?4, welcher einen Widerstandswert Rb hat. Die Übertragungsfunktion T(s) des Hochpass-Filters ist:

Die Diagrammkurve (a) in Fig. 9 zeigt die Übertragungsfunktion Tx des Schaltkreises gemäß Fig. 4 und die Diagrammkurve (b) in Fig. 9 zeigt die Übertragungsfunktion Ty des Schaltkreises gemäß Fig. 5. Daher liefert die Schaltung gemäß Fig. 3 unter Verwendung eines Hochpass-Filters gemäß Fig. 8 Charakteristiken, welche die Begrenzung der Höhenhervorhebung darstellen, wie in Fig. 9 gezeigt, ohne eine besondere Frequenz zu verändern, welche durch das Hochpass-Filter bestimmt ist.

In der Schaltung gemäß Fig. 3 kann die Frequenzcharakteristik des Filters beispielsweise durch Veränderung des Widerstandswertes eines Widerstandes verändert werden. In diesem Falle kann die Schaltkreisverstärkung und der Frequenzbereich, über welchen die Schaltkreisverstärkung variiert werden soll, unabhängig voneinander variiert werden.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel eines Bandpass-Filters, wel-

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eher im besonderen für die Tonsteuerung über den Mittelfrequenzbereich geeignet ist. Gemäß Fig. 10 ist der nichtinvertierende Eingangsanschluß 31a eines Operationsverstärkers 31 mit dem Eingangsanschluß 13a verbunden. Der Ausgangsanschluß 31c des Operationsverstärkers 31 ist über einen Widerstand 35 mit einem Widerstandswert Rc an den invertierten Eingangsanschluß 31b des Operationsverstärkers 31 angeschlossen bzw. rückgekoppelt und darüber hinaus ist der Ausgangsanschluß 31c über einen Widerstand 36 mit einem Widerstandswert r an einen invertierenden Eingangsanschluß eines weiteren Operationsverstärkers 32 angeschlossen. Ein Ausgangsanschluß 3?c des weiteren Operationsverstärkers 32 ist über einen Widerstand 38 mit einem Widerstandswert (?r) an den invertierenden Eingangsanschluß des weiteren Operationsverstärkers 32 angeschlossen bzw. rückgekoppelt und ebenso ist der Ausgangsanschluß 32c über eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 39 mit einem Kapazitätswert Ce und einem Widerstand 40 mit einem Widerstandswert Re an einen Eingangsanschluß 34a eines Spannungsfolgers 34 mit einer Einheitsverstärkung 1 angeschlossen. Der Ausgangsanschluß 31c des Eingangsoperationsverstärkers 31 ist ebenfalls über eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 42 mit einem Widerstandswert Re und einem Kondensator mit einem Kapazitätswert Ce an den Eingangsanschluß 34a des Spannungsfolgers 34 angeschlossen. Der Ausgangsanschluß 34b des Spannungsfolgers 34 ist über einen Widerstand 37 mit einem Widerstandswert Rb an den invertierenden Eingangsanschluß 31b des Eingangs-Operationsverstärkers 31 und ebenso über einen Widerstand 46 mit einem Widerstandswert r an einen invertierenden Eingangsanschluß 33b eines Ausgangsoperationsverstärkers 3? angeschlossen. Ein nichtinvertierender Eingangsanschluß 33a des Ausgangsoperationsverstärkers 33 ist über einen Widerstand 43 mit einem Widerstandswert r an den Eingangsanschluß 3ia des Eingangsoperationsverstärkers 31 und auch über einen Widerstand 44 mit einem Widerstandswert r an den Filteranschluß 13c des Filters

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13 sowie an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß 32b des weiteren Operationsverstärkers 32 angeschlossen. Der Ausgangsanschluß 33c des Ausgangsoperationsverstärkers 33 ist mit dem Ausgangsanschluß 13b des Filter-Schaltkreises 13 und über einen Widerstand 45 mit einem Widerstandswert r mit dessen invertierenden Eingangsanschluß 33b verbunden.

Bei der soeben beschriebenen Schaltung sind die Widerstände 40 und 42 als variable Widerstände zusammengekoppelt, um so eine Anpassung bei der Veränderung der Mittenfrequenz des Bandpass-Filters 13 zu erreichen.

Da bei dieser Schaltung der Widerstand 38 den doppelten Widerstandswert des Widerstands 36 aufweist, hat der weitere Operationsverstärker 32 eine Verstärkung von -2. Aus diesem Grunde ist die Transferfunktion G1 des Schaltkreises zwischen dem Ausgangsanschluß 31c des Eingangsoperationsverstärkers 31 und des Eingangsanschlusses 34a des Spannungsfolgers 34 durch folgende Formel gegeben:

_G1 .

Daraus ergibt sich folgerichtig die generelle Transferfunktion T(s) des Schaltkreises gemäß Fig. 10 mit:

T(S) =

_m ißZHL

s^? + 3s ) + (■

wobei m = ·
Rc + Kd

Ein Schaltkreis mit einer derartigen Transferfunktion liefert eine Bandpass-Frequenz-Charakteristik wie sie in Fig. 11 dargestellt ist. Durch Einsetzen der Gleichung (22) in die Gleichung (9) und (18) ergibt sich:

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ι/

Ty(s) = 1 +ot--T(s) -(?4)

wobei 0 £ I T(s)l < 1 und 0 < oC < Ra/Rs ist.

Die Transferfunktion Tx(s) und Ty(s) stellen Frequenzantworten dar, wie sie in Fig. 12 gezeigt sind.

Wenn der Filterschaltkreis von Fig. 10 in der Schaltung gemäß Fig. 3 verwendet wird, gilt:

(1) Um die Schaltkreisverstärkung zu variieren, kann

k s= (1 + Rx/Ry) variiert werden, da oc = Ra/(Rx + k · Rs) ist, d. h. es kann das Potentiometer angepaßt werden;

(2) um die Mittenfrequenz f_Q zu variieren, kann entweder einer der Parameter Re bzw. Ce variiert werden, wie z. B. Re in T(s) variiert werden kann; und

(3) der Qualitätsfaktor oder die Schärfe bzw. Güte Q der Frequenzantwort kann durch Veränderung des Faktors m = Rd/(Rc + Rd) in T(s) variiert werden, d. h. es muß einer der Widerstandswerte der Widerstände 35 bzw. 37 verändert werden.

In Fig. 13 ist eine andere Ausführungsform eines Filterschaltkreises dargestellt, welcher für die Tonsteuerung über den Mittelfrequenzbereich geeignet ist und einen Operationsverstärker 50 und ein Spannungsfolger 51 und 52 umfaßt'.

Ein nichtinvertierender Eingangsanschluß 50a des Operationsverstärkers 50 ist mit dem Eingangsanschluß 13a verbunden und dessen Ausgang 50c mit dem Ausgangsanschluß 13b. Der Spannungsfolger 51 ist mit seinem Eingangsanschluß 51a über eine Serienschaltung aus den Widerständen 53 und 54 mit den Widerstandswerten R und

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ι/2"

einer dazu parallelen Reihenschaltung aus den Kondensatoren 55 und 56 mit gleichen Widerstandswerten C ar. den Eingangsanschluß 13a angeschlossen. Der Ausgangsanschluß 51b des Spannungsfolgers 51 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluß 50b des Operationsverstärkers 50 verbunden. Ferner ist der Ausgangsanschluß 51b über ein Potentiometer 57 mit dem Filteranschluß 13c verbunden. Der Spannungsfolger 52 ist mit seinem Eingangsanschluß 52a an den Schiebekontakt des Potentiometers 57 angeschlossen und der Ausgangsanschluß 52b des Spannungsfolgers 52 ist über einen Widerstand 5 8 mit einem Widerstandswert von R/2 mit dem Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 55 und 56 verbunden. Ferner ist der Ausgang 52b des Spannungsfolgers 52 über einen Kondensator 59 mit einem Widerstandswert von 2C mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 5 3 und 54 verbunden.

Die Transferfunktion T'(s) der Schaltung zwischen dem Anschluß 13a des Filters gemäß der Schaltung 13 und

dem invertierenden Eingangsanschluß 50b des Operationsverstärkers 50 kann durch folgende Formel dargestellt werden:

T-(S)--. -V2 —τ—κ

Die Transferfunktion T*(s) liefert eine Sperrfilter-Frequenzantwort wie in Fig. 14 dargestellt.

Wenn daher der Operationsverstärker 50 eine Einheitsverstärkung aufweist, ist die Transferfunktion T(s)
des Gesamtschaltkreises, wie in Fig. 13 dargestellt, durch folgende Formel auszudrücken:

2 f 1 v2

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wobei η = Rb/(Ra + Rb) ist. Ferner ist Ra der Widerstandswert zwischen dem Gleitkontakt des Potentiometers 57 und dem invertierten Eingängsanschluß 50b des Operationsverstärkers 50 und Rb ist der Widerstandswert zwischen dem Gleitkontakt des Potentiometers 57 und dem Anschluß 13c. Der Filterkreis von Fig. 13 hat eine Frequenzantwort eines Bandpasses wie in Fig. 15 dargestellt.

Die Transferfunktionen Tx(s) und Ty(s) der Schaltung gemäß Fig. 3 verwenden die Filter gemäß Fig. 13 und lauten:

Ty(s) = 1 + oc-t(s)

Mit Fig. 16 sind die Frequenzantwort-Charakteristiken des Schaltkreises gemäß Fig. 3 mit diesen Transferfunktionen dargestellt.

Wenn der Filterkreis gemäß Fig. 13 in der Schaltung gemäß Fig. 3 verwendet wird, gilt:

(1) Zur Veränderung der Schaltkreisverstärkung wird das Potentiometer 12 entsprechend eingestellt;

(?) zur Veränderung der Mittenfrequenz bzw. Trägerfrequenz wird einer der Parameter R bzw. T in der Funktionsgleichung T(s) wie z. B. R verändert; und

(3) die Schärfe bzw. Güte Q des Schaltkreises kann durch Veränderung des Faktors η = Rb/(Ra + Rb) in der Funktionsgleichung T(s) verändert werden, d. h. durch Veränderung des Potentiometers 57.

In der Schaltung gemäß Fig. 3 sind die Anschlüsse (a) und (b) virtuelle Massepunkte, d. h. daß an den An-

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Schlüssen (a) und (b) die Impedanz im wesentlichen null Ohm beträgt.

An dem Anschluß (c), welcher der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 11 ist, ist die Impedanz im wesentlichen null Ohm. Wenn daher eine Vielzahl von Schaltungen, wie sie innerhalb der gestrichelten Umfangslinie in Fig. 3 dargestellt sind, parallel an den Anschlüssen (a), (b) und (c) miteinander verbunden werden, dann beeinflussen ihre Charakteristiken sich nicht gegenseitig. Wenn beispielsweise eine Schaltung mit einem Tiefpass-Filter gemäß Fig. 6, eine Schaltung mit einem Hochpass-Filter gemäß Fig. 8 und eine Schaltung mit einem Bandpass-Filter gemäß Fig. 10 oder 13 parallel miteinander an den Anschlüssen (a), (b) und (c) verbunden werden, ist es möglich, eine dreifach Tonsteuerung über einen Niederfrequenzbereich, einen mittleren Frequenzbereich und einen hohen Frequenzbereich zu erhalten.

Während bei der Schaltung gemäß Fig. 3 der erste und zweite Operationsverstärker 10 und 11 so miteinander verbunden sind, daß sie als nichtinvertierender bzw. invertierender Verstärker arbeiten, ist es auch möglich, den ersten und zweiten Operationsverstärker 10 und 11 so miteinander zu verbinden, daß sie als invertierende bzw. nichtinvertierende Verstärker arbeiten, d. h. daß die Invertierung an den Verstärkern vertauscht wird.

Zusammenfassend kann daher festgestellt werden, daß gemäß der Erfindung ein an eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbarer Schaltkreis einen ersten und zweiten Operationsverstärker, ein Potentiometer, einen Filterschaltkreis mit einer Tiefpass- und/oder Hochpass- und/oder Bandpass-Charakteristik und Widerstände umfaßt und für einen Tonsteuerschaltkreis in einem Audio-Verstärkersystem besonders vorteilhaft verwendet werden kann. Der Frequenzbereich, über den die Schalt-

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1 kreisverstärkung gesteuert wird, wird durch die Frequenz-Charakteristik des Filterkreises bestimmt und die FrequenzverStärkung wird durch Anpassung eines Potentiometers gesteuert, ohne daß dabei der Frequenzbereich

5 beeinflußt wird.

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L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche

1/ An eine Frequenzantwort-Charakteristik anpaßbarer Schaltkreis, insbesondere für einen Tonsteuerschaltkreis, gekennzeichnet durch:

10

15

?0

Einen ersten Operationsverstärker (1O) mit einem ersten Eingangsanschluß (i0a), welcher Über einen ersten Widerstand (14) an einen für den Empfang eines Eingangssignals vorgesehenen Eingangsanschluß (15) angeschlossen ist und mit einem zweiten Eingangsanschluß (10b), welcher mit der Schaltkreismasse bzw. -erde verbunden ist und mit einem Ausgangsanschluß (lOc), welcher mit einem zur Abgabe eines Ausgangssignals vorgesehenen Ausgangsanschluß (16) verbunden ist; und

einen zweiten Operationsverstärker (11) mit einem ersten Eingangsanschluß (lib), welcher mit der Schaltkreismasse bzw. -erde verbunden ist, und mit einem zweiten Eingangsanschluß (Ha), welcher über einen zweiten Widerstand (17) an den-Ausgangsanschluß (16) des ersten Operationsverstärkers (10) angeschlossen ist und mit einem Ausgangsanschluß (11b), welcher über einen dritten Widerstand (18) an den zweiten Eingangsanschluß (I1a) des zweiten Operationsver-

BORO 6Λ70 OHLRURSEL· LINHENiSTRASSE 10 TEL. 06171 5NJ49 TELEX ■( I8e.VU real d

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ORIGINAL INSPECTCO

stärkers (11) und auch über einen vierten Widerstand (19) an den ersten Eingangsanschluß (na) des ersten Operationsverstärkers (11) angeschlossen ist; und

ein Potentiometer (12) mit einem ersten festen Anschluß (i2a)_t velcher in dem ersten Eingangsanschluß (iOa) des ersten Operationsverstärkers (10) verbunden ist und mit einem zweiten festen Anschluß (12b), welcher mit dem zweiten Anschluß (i1a) des zweiten Operationsverstärkers (11) verbunden ist und mit einem Mittelanschluß (I2c), welcher mit der Schaltkreiserde bzw. -masse verbunden ist und mit einem Gleitkontaktanschluß (I2b); und

einen Filterschaltkreis (13) mit einem ersten Anschluß (13a), welcher mit dem Ausgangsanschluß (lic) des zweiten Operationsverstärkers (11) verbunden ist und mit einem zweiten Anschluß (i3b), welcher mit dem Gleitkontakt (12b) des Potentiometers (1?) verbunden ist und mit einem dritten Anschluß (i3c), welcher mit der Schaltkreismasse bzw. -erde verbunden ist.
2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Eingangsanschluß (iOa und 10b; 11a und lib) sowohl des ersten als auch des zweiten Operationsverstärkers (1O; 11) nichtinvertierende bzw. invertierende Eingangsanschlüsse sind.
3. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten bis vierten Widerstände (14; 17; 18; 19) im wesentlichen dieselben Widerstandswerte (Ra) aufweisen.
4. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterschaltkreis (13, Fig, 6) ein Tiefpass-Filter ist.

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5. Schaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterschaltkreis (13, Fig. 6) einen Widerstand (22) aufweist, welcher zwischen dem ersten und zweiten Anschluß (i3a und 13b) geschaltet ist und daß ein Kondensator (21 ) zwischen den zweiten und dritten Anschluß (I3b und 13c) geschaltet ist.
6. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterschaltkreis (13, Fig. 8) ein Hochpass-Filter ist.
7. Schaltkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterschaltkreis (13, Fig. 8) einen Kondensator (23) aufweist, welcher zwischen den ersten und zweiten Anschluß (I3a und 13b) geschaltet ist und daß ein Widerstand (24) zwischen den zweiten und dritten Anschluß (i3b und 13c) geschaltet ist.
8. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da-

durch gekennzeichnet, daß der Filterschaltkreis (13, Fig. 10, Fig. 13) ein Bandpass-Filter ist.
9. Schaltkreis nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Filterschaltkreis (13, Fig. 10) mit

einem ersten Operationsverstärker (31), welcher einen nichtinvertierenden Eingangsanschluß (31 a) aufweist, der mit dem ersten Anschluß (i3a) verbunden ist und mit einem invertierenden Eingangsanschluß (31b) und mit einem Ausgangsanschluß (3ic), welcher über einen Widerstand (35) mit dem invertierenden Eingangsanschluß (31b) des dritten Operationsverstärkers (31) verbunden ist; und

mit einem vierten Operationsverstärker (32), welcher einen invertierenden Eingangsanschluß (32a) aufweist, velcher über einen sechsten Widerstand (36) mit dem Ausgangsanschluß (31c) des dritten Operationsver-

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stärkers (31) verbunden ist und mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß (32b), welcher mit dem dritten Anschluß (i3c) verbunden ist und mit einem Ausgangsanschluß (32c), welcher über einen siebten Widerstand (38) mit dem invertierenden Eingangsanschluß (32a) des vierten Operationsverstärkers (32) verbunden ist; und

mit einer Serienschaltung aus einem achten Widerstand (40) und einem ersten Kondensator (39) und mit einer Parallelschaltung aus einem neunten Widerstand (42) und einem zweiten Kondensator (41), wobei die Serienschaltung und die Parallelschaltung zueinander in Serie zwischen den Ausgangsanschluß (32c) des vierten Operationsverstärkers (32) und den Ausgangsanschluß (31c) des dritten Operationsverstärkers (31) geschaltet sind; und

mit einem Spannungsfolger (34), der einen Eingangsanschluß (34a) aufweist, welcher mit dem Verbindungspunkt zwischen der Serienschaltung und der Parallelschaltung verbunden ist und mit einem Ausgangs anschluß (34b )_t der über einen zehnten Widerstand (37) an de« invertierten Eingangsanscfaluß (31b) des dritten Operationsverstärkers (31) angeschlossen ist; und

mit einem fünften Operationsverstärker (33), welcher einen nichtinvertierenden Eingangsanschluß (33a) aufweist, der über einen elften Widerstand (43) an den ersten Anschluß (I3a) und auch über einen zwölften Widerstand (44) an den dritten Anschluß (i3c) angeschlossen ist und mit einem invertierenden Eingangsanschluß (33b), der über einen dreizehnten Widerstand (46) an den Ausgangsanschluß (34b) des Spanmmgsf olgers (34) angeschlossen ist wnd mit einem Ausgangsanschluß (33c), der über einen vierzehnten Widerstand (45) an den invertierenden Ein-

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gangsanschluß (33b) des fünften Operationsverstärkers (33) und auch an den zweiten Anschluß (i3b) angeschlossen ist.
10. Schaltkreis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der siebte Widerstand (38) im wesentlichen den doppelten Widerstandsvert (r) des sechsten Widerstands (36) aufweist und daß der achte und neunte Widerstand (40 und 42) im wesentlichen dieselben Widerstandswerte (Re) aufweisen und daß der erste und zweite Kondensator (39 und 41) im wesentlichen dieselben Kapazitätswerte (Ce) aufweisen.
11. Schaltkreis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der achte und der neunte Widerstand (40 und 42) zusammengekoppelte variable Widerstände sind.
12. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 8, gekennzeichnet durch einen Filterschaltkreis (13, Fig. 13) mit

einem dritten Operationsverstärker (50), der einen nichtinvertierenden Eingangsanschluß (50a) aufweist, welcher an den ersten Eingangsanschluß (13a) angeschlossen ist und mit einem invertierenden Eingangsanschluß (50b), welcher über ein zweites Potentiometer (57), das einen Gleitkontaktanschluß (52a) hat, an den dritten Anschluß (i3c) angeschlossen ist und mit einem Ausgangsanschluß (50c), welcher mit dem zweiten Anschluß (i3b) verbunden ist; und mit

einem ersten Spannungsfolger (51), welcher einen Ausgangsanschluß (51b) aufweist, der mit dem invertierenden Eingangsanschluß (50b) des dritten Operationsverstärkers (50) verbunden ist; und mit

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einer Serienschaltung aus einem fünften und einem sechsten Widerstand (53 und 54) und einer Serienschaltung aus einem ersten und einem zweiten Kondensator (55 und 56), wobei die beiden Serienschaltungen miteinander parallel verbunden zwischen den ersten Eingangsanschluß (I3a) und den Eingangsanschluß (51a) des ersten Spannungsfolgers (51) geschaltet sind; und mit

einem zweiten Spannungsfolger (52), welcher einen Eingangsanschluß (52a) aufweist, der mit dem Gleitkontakt des zweiten Potentiometers (57) verbunden ist und mit einem Ausgangsanschluß (52b), der über einen siebten Widerstand (58) mit dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und zweiten Kondensator (55 und 56) und über einen dritten Kondensator (59) mit dem Verbindungspunkt zwischen dem fünften und sechsten Widerstand (53 und 54) verbunden ist.
13. Schaltkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Kondensator (55 und 56) im wesentlichen dieselben Kapazitätswerte (c) aufweisen und daß der fünfte und der sechste Widerstand (53 und 54) im wesentlichen denselben Widerstandswert (R) aufweisen und daß der siebte Widerstand (58) im wesentlichen die Hälfte des Widerstandswertes des fünften oder sechsten Widerstandes (53 oder 54) aufweist und daß der dritte Kondensator (59) im wesentlichen den doppelten Kapazitätswert des ersten oder dritten Kondensators (55 oder 56) aufweist.
14. Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterschaltkreis (13) einen Tiefpass-Filter (Fig. 6) und/oder ein Hochpass-Filter (Fig. 8) und/oder ein Bandpass-Filter (Fig. 10; Fig. 13) .zueinander parallel geschaltet aufweist.

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