DE3627056A1 - Schaltung zur dynamik-kompression oder -expansion in einem nutzsignalweg - Google Patents
Schaltung zur dynamik-kompression oder -expansion in einem nutzsignalwegInfo
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- H03G7/002—Volume compression or expansion in amplifiers in untuned or low-frequency amplifiers, e.g. audio amplifiers
- H03G7/004—Volume compression or expansion in amplifiers in untuned or low-frequency amplifiers, e.g. audio amplifiers using continuously variable impedance devices
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Description
Es ist bekannt, die Qualität der Wiedergabe von Tonfrequenz-
Darbietungen durch Vergrößern des Signal-Rausch-Abstandes
durch ein Kompression-Expansion-System (Kompandersystem) zu
verbessern. Die Nutzsignale werden vor dem gestörten Übertra
gungsweg, z.B. Leitung oder Tonband, in ihrer Amplitude kom
primiert und nach der Übertragung expandiert.
Bei einem bekannten Kompandersystem (DE-PS 24 06 258) wird
vom Ausgang oder Eingang des Nutzsignalweges ein Zweigweg
abgezweigt, in dem aus dem Nutzsignal in einem Steuerspan
nungserzeuger eine Steuerspannung gewonnen wird, die Mitteln
zur Änderung des Übertragungsmaßes im Nutzsignalweg, soge
nannten Stellgliedern, zugeführt wird. Dabei wird die Steuer
spannung auch im Zweigweg liegenden Mitteln zur Änderung des
Übertragungsmaßes zugeführt, und zwar im Sinne einer Gegenre
gelung des Übertragungsmaßes im Zweigweg.
Die Änderung des Übertragungsmaßes, d.h. der Verstärkung ei
nes im Signalweg liegenden Verstärkers, erfolgt vorzugsweise
über einen dem Verstärker zugeordneten Gegenkopplungsweg mit
einem Widerstand, dessen Wert durch die Steuerspannung verän
derbar ist.
Es ist bekannt (DE-OS 27 07 609), den steuerbaren Widerstand
durch einen Feldeffekttransistor (FET) zu realisieren und
diesen FET über einen Kondensator an den Weg des Nutzsigna
les anzuschließen. Durch den Kondensator wird insbesondere
erreicht, daß die Gleichstromgegenkopplung des Verstärkers
unverändert bleibt und die Steuerspannung nicht als ein
scheinbares Nutzsignal am Eingang des Verstärkers erscheint.
Da die Steuerspannung sowohl das Übertragungsmaß im Nutzsi
gnalweg als auch das Übertragungsmaß im Zweigweg beeinflußt,
erfordert eine solche Schaltung insgesamt zwei FET.
Es ist auch bekannt, bei derartigen Kompandersystemen eine
Aufteilung in mehrere Frequenzbänder vorzunehmen. Das Nutzsi
gnal durchläuft einen allen Frequenzbändern gemeinsamen Ver
stärker, der durch mehrere, den einzelnen Frequenzbändern
zugeordnete Schaltungen zur Änderung des Übertragungsmaßes
gesteuert wird. Eine solche Schaltung mit drei Frequenzbän
dern für die tiefen (T), die mittleren (M) und die hohen (H)
Frequenzen wird z.B. als Dreibandkompander bezeichnet. Eine
derartige Schaltung würde also insgesamt sechs FET erfor
dern. Die Aufteilung in mehrere Frequenzbänder hat den Vor
teil, daß die Zeitkonstanten der Steuerung den einzelnen Fre
quenzbändern individuell angepaßt werden können und ein bes
serer Rauschabstand im Nutzsignalweg erzielt wird.
Die Realisierung von sechs weitestgehend übereinstimmenden
FET ist relativ schwierig, da es in der Praxis sechs FET mit
der erforderlichen Übereinstimmung nicht gibt. Es sind zwar
sogenannte Doppel-FET bekannt. Diese bilden aber nur zwei
übereinstimmende FET und sind außerdem relativ teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Kompan
dersystem der beschriebenen Art mit geringen Kosten die er
forderliche Anzahl von übereinstimmenden FET zu realisieren.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Er
findung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Durch die Anordnung aller benötigten FET auf einem Halblei
tersubstrat wird mit Sicherheit die notwendige Übereinstim
mung der FET hinsichtlich aller ihrer wesentlichen Parameter
erreicht. Insbesondere wird sichergestellt, daß alle FET den
gleichen Einflüssen insbesondere hinsichtlich Temperatur un
terworfen sind. Für die Realisierung wird insbesondere ein
IC verwendet, das an sich für die Verarbeitung von Digitalsi
gnalen vorgesehen ist. Ein solches IC wird dabei rein passiv
betrieben, indem die Betriebsspannungsklemmen des IC geerdet
werden. Ein derartiges IC mit z.B. sechs FET, die für das
beschriebene Kompandersystem geeignet sind, ist z.B. das IC
MC 4049 der Firma Motorola. Ein derartiges IC beinhaltet FET
mit der erforderlichen großen Übereinstimmung und ist zu ei
nem geringen Preis handelsüblich.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zusätzlich fol
gende Aufgabe gelöst. Die Steuerspannung an der Steuerelek
trode des FET, der an den Nutzsignalweg angeschlossen ist,
kann auf die Ausgangselektrode des FET und damit in den Nutz
signalweg gelangen und insbesondere bei starken Sprüngen
dort Störungen verursachen. Dies wird dadurch vermieden, daß
zwischen der Steuerelektrode und der an den Nutzsignalweg
angeschlossenen Ausgangselektrode des FET ein invertierender
Wechselspannungsverstärker liegt. Dieser überträgt eine
sprungartige Steuerspannung in Gegenphase auf die Ausgangs
elektrode, so daß dort der an sich auftretende störende
Sprung kompensiert wird.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Steu
erspannungserzeuger als Doppelweg-Gleichrichter ausgebildet.
Vorzugsweise gelangt das Nutzsignal an den nichtinvertieren
den Eingang und den invertierenden Eingang von zwei Diffe
renzverstärkern, deren beide Ausgänge über zwei gleichsinnig
gepolte Dioden mit dem die Steuerspannung führenden Schal
tungspunkt verbunden sind. Ein derartiger Steuerspannungser
zeuger ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit dem ein
gangs beschriebenen Kompandersystem mit Änderung des Übertra
gungsmaßes im Nutzsignalweg und im Zweigweg.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung an einem Ausführungs
beispiel erläutert. Darin zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild des bekannten Kompandersystems
mit FET,
Fig. 2 im Prinzip die Realisierung der FET durch ein IC,
Fig. 3 eine praktisch erprobte Schaltung für eine
erfindungsgemäß aufgebaute Kompressorschaltung
und
Fig. 4 eine entsprechende Expanderschaltung.
Fig. 1 zeigt eine Kompressionsschaltung, wie sie in der DE-
PS 24 06 258, Fig. 8 beschrieben ist. Das Nutzsignal U 1 ge
langt von der Klemme a über den Widerstand 1 auf den Eingang
des Verstärkers 2, der an der Klemme c das komprimierte Nutz
signal U 2 liefert. Die Verstärkung des Verstärkers 2 wird
durch das Stellglied 4 gesteuert, das einen veränderbaren
Widerstand darstellt, der zusammen mit dem Widerstand 1 eine
veränderbare Gegenkopplung bildet. Das Nutzsignal gelangt
über den Tiefpaß 3 und den Widerstand 5 zu dem Verstärker 6,
dessen Ausgang f an den Steuerspannungserzeuger 8 angeschlos
sen ist. Dieser liefert am Punkt g die Steuerspannung an das
Stellglied 4 und außerdem an das Stellglied 7 parallel zum
Verstärker 6. Die Stellglieder 4, 7 im Nutzsignalweg und im
Zweigweg enthalten je den symbolisch dargestelten FET, der
den steuerbaren Widerstand im Gegenkopplungsweg der Verstär
ker 2 und 6 darstellt. Eine entsprechende Schaltung ist vor
gesehen für den hohen Frequenzbereich H und ggf. für weitere
Frequenzbereiche, wie durch die gestrichelten Linien angedeu
tet ist.
Bei drei Frequenzbändern für T, M, H würden somit sechs FET
benötigt. Diese insgesamt sechs FET werden realisiert durch
einen integrierten Schaltkreis (IC), z.B. vom Typ MC 4049
der Firma Motorola.
Fig. 2 zeigt das Ersatzschaltbild von zwei komplementären
FET aus einem derartigen IC. Das IC wird passiv betrieben,
indem die Betriebsspannungsklemme P 1 des IC nicht an eine Be
triebsspannung angeschlossen, sondern geerdet ist. Dadurch
ist der obere FET wirkungslos. Der untere FET, dessen Steuer
elektrode mit h und dessen Ausgangselektrode mit i bezeich
net ist, wird jeweils als FET in den Stufen 4, 7, 4′, 7′ ...
in Fig. 1 angewendet. Das genannte IC enthält insgesamt
sechs Schaltungen gemäß Fig. 2 und kann daher die sechs in
Fig. 1 benötigten FET realisieren.
Fig. 3 zeigt eine praktische Ausführung der Schaltung nach
Fig. 1 als sogenannter Dreibandkompander für drei Frequenz
bänder T, M, H. Dabei sind die Bauteile, die die einzelnen
Stufen in Fig. 1 realisieren, mit den entsprechenden Bezugs
ziffern von Fig. 1 versehen. Das Nutzsignal U 1 gelangt über
den allen Frequenzbändern gemeinsamen Verstärker 2 auf den
Ausgang c und steht dort als komprimiertes Signal U 2 zur Ver
fügung. Der Verstärker 2 enthält im Gegenkopplungsweg, also
zwischen den Punkten c und b getrennt für die Frequenzberei
che T, M, H je ein Stellglied 4 gemäß Fig. 1, das durch ei
nen Differenzverstärker und einen FET F 1 sowie einen Konden
sator 13 gebildet ist. Der Aufbau der dem Verstärker 2 zuge
ordneten Steuerschaltung in den drei Frequenzbändern T, M, H
ist praktisch gleich. Im Frequenzband T ist der Tiefpaß 3,
im Frequenzband M ein Filter 3′ und im Frequenzband H ein
Hochpaß 3′′ vorgesehen. Das Stellglied 7 ist durch einen
FET F 2 gebildet, dessen Ausgangselektrode an den Eingang des
das Nutzsignal führenden Verstärkers 6 angeschlossen ist.
Der Steuerspannungserzeuger 8 enthält jeweils zwei an ver
schiedenen Eingängen mit dem Nutzsignal gespeiste Differenz
verstärker 9, 10 und zwei Dioden 11, 12. Diese Bauelemente
bilden einen Gegentaktverstärker, dessen Ausgang g die Steu
erspannung für die FET F 1, F 2 liefert. Die insgesamt sechs
FET F 1- F 6 in den Frequenzbändern T, M, H sind in der be
schriebenen Weise durch ein IC realisiert.
Die Steuerspannung am Punkt g kann sich durch entsprechende
Bemessung der Zeitkonstanten des Gleichrichters 8 in der Pra
xis zwecks Änderung des Übertragungsmaßes sehr schnell än
dern, z.B. innerhalb von 500 µs bis 1 ms. Diese sprungartige
Änderung wird in erwünschter Weise an den Steuerelektroden
jeweils der FET F 1, F 2 zur schnellen Änderung der Verstär
kung der Verstärker 4, 6 wirksam. Es hat sich gezeigt, daß
durch eine unvermeidbare Kapazität zwischen der Eingangselek
trode und der Ausgangselektrode der FET in der Größenordnung
von 5 pF dieser schnelle Sprung in der Steuerspannung in un
erwünschter Weise auch auf die Ausgangselektrode des FET F 1
gelangt. Das bedeutet, daß dieser Sprung im Weg des Nutzsi
gnals am Verstärker 4 wirksam wird und dadurch das Nutzsi
gnal verfälscht oder stört. Zur Verringerung dieses Einflus
ses ist zusätzlich die Schaltung mit dem Transistor T 1 vorge
sehen. An die Basis des Transistors T 1 gelangt die Steuer
spannung vom Punkt g über den Kondensator 14. Der Kondensa
tor 14 überträgt jeweils einen Sprung in der Steuerspannung
auf die Basis des Transistors T 1. Der Sprung wird in der Pha
se umgekehrt und gelangt über den Kondensator 15 mit glei
cher Amplitude und Gegenphase auf die Ausgangselektrode des
FET F 1. Dadurch wird der unerwünschte Sprung der Steuerspan
nung an der Ausgangselektrode des FET F 1, also am Eingang
des Verstärkers 4, weitestgehend kompensiert. Durch den
Sprung in der Steuerspannung wird der Widerstandswert des
FET F 1 in erwünschter Weise verändert, während der Sprung
selbst in erwünschter Weise nicht an der Ausgangselektrode
des FET F 1 erscheint.
Fig. 4 zeigt eine Expansionsschaltung, die die gemäß Fig. 3
in der Amplitude komprimierten Signale wieder expandiert,
also zusammen mit der Fig. 3 ein Kompandersystem bildet. Die
Schaltung ist ähnlich aufgebaut wie die nach Fig. 3, wobei
lediglich die Änderung der Übertragungsmaße der Verstärker
im Nutzsignalweg und im Zweigweg gegensinnig zu der in
Fig. 3 erfolgt. Im Weg des Nutzsignals U 1- U 2 liegt im Gegen
satz zu Fig. 3 nicht ein gemeinsamer Verstärker 2, sondern
parallel drei Verstärker 2, 2′, 2′′ für die Frequenzbänder H,
M, T. Für die Steuerung der Verstärkung der Verstärker 2 und
6 sind wiederum ingesamt sechs FET F 1- F 6 erforderlich, die
wieder in der beschriebenen Weise durch ein IC gebildet wer
den.
Die Expansionsschaltung gemäß Fig. 4 hat vorzugsweise auch
die anhand von Fig. 3 beschriebene Schaltung zur Kompensati
on des Sprunges mit dem Transistor T 1 zwischen der Steuer
elektrode und der Ausgangselektrode jeweils des FET F 1, F 3,
F 5. Diese Schaltung ist in Fig. 4 lediglich zur Vereinfa
chung nicht dargestellt.
Bei einem praktisch erprobten Ausführungsbeispiel für Fig. 3
lagen folgende Werte vor:
R 1:2,2 kOhmC 13:100 µFC 14:22 nFC 15:5,6 pF
Kollektorwiderstand von T 1 :22 kOhm
Claims (11)
1. Schaltung zur Dynamik-Kompression oder -Expansion in
einem Nutzsignalweg, bei der getrennt für mehrere Fre
quenzbereiche (T, M, H) jeweils in einem Zweigweg mit
einem Steuerspannungserzeuger (8) aus dem Nutzsignal
Steuerspannungen gewonnen werden, die das Übertra
gungsmaß im Nutzsignalweg und im Zweigweg mit je ei
nen Feldeffekttransistor (F 1- F 6) enthaltenden Stell
gliedern (4, 7) ändern, dadurch gekennzeichnet, daß
die Feldeffekttransistoren (F 1- F 6) aller Wege und
Frequenzbereiche (T, M, H) auf einem gemeinsamen Halb
leitersubstrat angeordnet sind.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein die entsprechende Zahl von Feldeffekttransi
storen enthaltender integrierter Schaltkreis verwen
det ist.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der integrierte Schaltkreis passiv betrieben ist,
indem die Betriebsspannungsklemmen (P 1) geerdet sind
(Fig. 2).
4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der integrierte Schaltkreis ein
für digitale Signale vorgesehenes IC der Art vom Typ
MC 4049 ist.
5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors
(F 1- F 6) mit der an den Nutzsignalweg angeschlosse
nen Ausgangselektrode über einen invertierenden Wech
selspannungsverstärker (T 1) verbunden ist (Fig. 3).
6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerelektrode über einen ersten Kondensator
(14) mit der Basis eines Transistors (T 1) verbunden
ist, dessen Kollektorwiderstand mit der Ausgangselek
trode verbunden ist (Fig. 3).
7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Kollektorwiderstand und der Ausgangs
elektrode ein zweiter Kondensator (15) liegt.
8. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Kondensator (14) einen Wert in der Grö
ßenordnung von 20 nF hat.
9. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Kondensator (15) einen Wert in der Grö
ßenordnung von 6 pF hat.
10. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuerspannungserzeuger (8) ein Doppelweg
gleichrichter ist.
11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gleichrichter zwei Differenzverstärker (9,
10) enthält, deren nicht invertierendem bzw. invertie
rendem Eingang das Nutzsignal zugeführt ist und deren
Ausgänge über zwei gleichsinnig gepolte Dioden (11,
12) mit dem die Steuerspannung führenden Punkt (g)
verbunden sind.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863627056 DE3627056A1 (de) | 1986-08-09 | 1986-08-09 | Schaltung zur dynamik-kompression oder -expansion in einem nutzsignalweg |
PCT/EP1987/000425 WO1988001112A1 (en) | 1986-08-09 | 1987-08-03 | Sound compression and expansion circuit in a useful signal path |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863627056 DE3627056A1 (de) | 1986-08-09 | 1986-08-09 | Schaltung zur dynamik-kompression oder -expansion in einem nutzsignalweg |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3627056A1 true DE3627056A1 (de) | 1988-02-18 |
Family
ID=6307066
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863627056 Withdrawn DE3627056A1 (de) | 1986-08-09 | 1986-08-09 | Schaltung zur dynamik-kompression oder -expansion in einem nutzsignalweg |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3627056A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102010003287A1 (de) | 2010-03-25 | 2011-09-29 | Hauni Maschinenbau Ag | Saugband einer Maschine der Tabak verarbeitenden Industrie |
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- 1986-08-09 DE DE19863627056 patent/DE3627056A1/de not_active Withdrawn
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