DE3642984A1 - Schaltung zur dynamik-kompression und/oder -expansion eines signals - Google Patents

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. Das Nutzsignal wird vor dem gestörten Übertra­ gungsweg, z. B. Leitung oder Tonband, in seiner Amplitude kom­ primiert und nach der Übertragung expandiert. Bei einem be­ kannten Kompandersystem (DE-PS 24 06 258) wird vom Ausgang oder Eingang des Nutzsignalweges ein Zweigweg abgezweigt, in dem aus dem Nutzsignal in einem Steuerspannungserzeuger eine Steuerspannung gewonnen wird, die Mitteln zur Änderung des Übertragungsmaßes in Nutzsignalweg, sogenannten Stellglie­ dern, zugeführt wird. Dabei wird die Steuerspannung auch im Zweigweg liegenden Mitteln zur Änderung des Übertragungsmaßes zugeführt, und zwar im Sinne einer Gegenregelung des Über­ tragungsmasses 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 Wider­ stand durch einen Feldtransistor (FET) zu realisieren, dessen Drain/Source-Strecke als Regelstrecke an den Nutzsi­ gnalweg angeschlossen ist und an dessen Gate die in einem Regelspannungserzeuger aus dem Nutzsignal gewonnene Regel­ spannung zur Dynamik-Regelung angelegt ist. Ein derartiger FET bewirkt eine gute Trennung der an das Gate angelegten Regelspannung und des an der Regelstrecke wirksamen Nutzsi­ gnals. Das ist wichtig, damit die zur Dynamik-Regelung die­ nende Regelspannung zwar den durch den FET gebildeten Wider­ stand ändert, jedoch nicht als scheinbares Signal in den Weg des Nutzsignals gelangt.

Es ist auch bekannt (DE-OS 21 61 905), einen Teil des an der Regelstrecke wirksamen Nutzsignals zusätzlich an das Gate des FET anzulegen. Dadurch kann die Ausgangskennlinie linea­ risiert und der bei derartigen Kompanderschaltungen zwangsläu­ fig in Nutzsignal auftretende Klirrfaktor verringert werden. Der Anteil des an das Gate angelegten Nutzsignals beträgt da­ bei ein Bruchteil, vorzugsweise die Hälfte, des an der Regel­ strecke wirksamen Nutzsignals.

Bei einer derartigen Schaltung ist somit das Gate des FET sowohl mit dem Ausgang des Regelspannungserzeugers als auch mit dem Nutzsignalweg verbunden. Dadurch entsteht der Nach­ teil, daß die an das Gate gelangende Regelspannung zusätz­ lich in unerwünschter Weise in den Weg des Nutzsignals ge­ langt und bei starken Änderungen eine hörbare Störung in Form eines Blubberns oder Knacken erzeugt. Es ist bekannt (DE-PS 24 03 756), zwischen dem Weg des Nutzsignals und dem Gate des FET einen Trennverstärker vorzusehen. Dieser Trenn­ verstärker verhindert, daß die Regelspannung unter Umgehung des FET in den Weg des Nutzsignals gelangt. Dafür sind je­ doch wieder zusätzliche Verstärkerstufen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem Schal­ tungsaufwand die unerwünschte Einkopplung der Regelspannung in den Weg des Nutzsignals und die dadurch hervorgerufenen Störungen im Nutzsignal zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Er­ findung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen und Überle­ gungen:

Ein im Signalweg liegender Verstärker für das Nutzsignal, z. B. ein gegengekoppelter Operationsverstärker, kann einen niederohmigen Ausgangswiderstand in der Größenordnung von 1 Ohm oder darunter haben. Wenn das Gate des Feldeffekttran­ sistors über einen Widerstand unmittelbar an den Ausgang ei­ nes derartigen Verstärkers angeschlossen wird, ergibt sich folgende vorteilhafte Wirkung:

Das Signal am Ausgang des Verstärkers wird durch den genann­ ten ersten Widerstand praktisch überhaupt nicht beeinträch­ tigt, weil dieser Widerstand hochohmig gegenüber dem nieder­ ohmigen Ausgang des Verstärkers ist. Andererseits gelangt das Signal durch entsprechende Bemessung des ersten Wider­ standes mit der gewünschten Amplitude auf das Gate des FET, zumal der Eingangswiderstand des FET hochohmig ist. Die von dem Regelspannungserzeuger dem Gate des FET zugeführte Regel­ spannung gelangt in erwünschter Weise praktisch überhaupt nicht an den Ausgang des Verstärkers, d. h. in den Signalweg, da der Ausgang des Verstärkers sehr niederohmig ist gegen­ über dem ersten Widerstand. Andererseits gelangt die Regel­ spannung in erwünschter Weise mit der gewünschten Amplitude auf das Gate des FET, da der erste Widerstand hochohmig be­ messen sein kann gegenüber einem zweiten Widerstand, der zwi­ schen dem Ausgang des Regelspannungserzeugers und dem Gate des FET liegt. Der Weg der Regelspannung wird also durch den Signalweg ebenfalls nicht nachteilig beeinflußt. Insgesamt ergibt sich also eine optimale Entkopplung zwischen dem Si­ gnal und der Regelspannung, ohne daß deren erwünschte Wirkun­ gen beeinträchtigt werden und ohne daß dafür Trennverstärker notwendig sind. Eine unmittelbare Einkopplung der Regelspan­ nung in den Signalweg wird daher vollständig vermieden, so daß die genannten hörbaren Störungen im Tonsignal nicht auf­ treten. Vorteilhaft ist ferner, daß im Weg der Regelspannung kein Kondensator erforderlich ist, um die Regelspannung von dem Signalweg zu entkoppeln. Ein solcher Kondensator bewirkt nämlich in unerwünschter Weise einen Tiefpaß im Weg der Re­ gelspannung, durch den eine unerwünschte Zeitkonstante in die Regelung eingeführt wird. Der für die Erfindung erforder­ liche schaltungstechnische Aufwand ist gering, zumal der Ver­ stärker mit seinem niederohmigen Ausgang im Signalweg meist ohnehin vorhanden ist.

Die Erfindung wird in folgenden anhand der Zeichnung erläu­ tert. Darin zeigen

Fig. 1, 2 zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung.

In Fig. 1 wird das NF-Nutzsignal von der Klemme 1 über den Verstärker 2 dem Punkt a und von dort über den Spannungs­ teiler mit den Widerständen 3, 4, den Verstärker 5 dem Punkt b und der Ausgangsklemme 6 zugeführt, wo es als in der Amplitude komprimiertes oder expandiertes Signal NF′ zur Ver­ fügung steht. Zur Dynamikregelung ist an den Gegenkopplungs­ weg 11 des Verstärkers 5 der FET 7 angeschlossen. Der Span­ nungsteiler 3, 4 dient zur Anpassung der Amplitude des NF- Signals an den FET 7. In dem Regelspannungserzeuger 10 wird aus dem NF-Signal eine zur Dynamikregelung dienende Regelspannung Ur erzeugt, die über den Widerstand 9 an das Gate des FET 7 angelangt. Das Gate des FET 7 ist außerdem über den Widerstand 8 an den Punkt a angeschlossen, damit ein Teil des Signals zur Verringerung des Klirrfaktors auf das Gate des FET 7 gelangt. Diese im Prinzip bekannte Schal­ tung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß die Amplitude des am Gate des FET 7 wirksamen Signals etwa gleich der Hälfte des an der Source/Drain-Strecke des FET 7 wirksamen Signals ist.

Mit dem Spannungsteiler aus den Widerständen 3, 4 wird die Amplitude des Signals am Punkt a etwa um den Faktor 100 her­ abgesetzt, derart, daß zusammen mit dem Verstärker 5 das Am­ plitudenverhältnis des Signals am Punkt b und am Gate des FET 7 etwa 2 : 1 beträgt. Der niederohmige Ausgang a des Verstärkers 2, etwa 1 Ohm oder weniger, bewirkt zusammen mit dem Widerstand 8, der etwa 1 MOhm beträgt, daß die Regelspan­ nung Ur am Punkt a praktisch überhaupt nicht erscheint, am Gate des FET 7 jedoch in erwünschter Weise praktisch un­ geteilt wirksam wird. Andererseits wird das Signal am Punkt a durch den hochohmigen Widerstand 8 praktisch nicht belastet. Es wird also eine optimale Entkopplung von Signal und Regelspannung Ur erreicht in dem Sinne, daß das Signal ohne Beeinflussung durch die Regelspannung Ur von der Klemme 1 zu Klemme 6 und mit der gewünschten Amplitude auf des Gate des FET 7 und die Regelspannung Ur nur auf das Gate des FET 7 und nicht in den Weg des Signals gelangt.

In Fig. 2 wird nicht in die Amplitude des Signals am Gate des FET 7 wie in Fig. 1 geteilt, sondern die Amplitude des dem FET 7 zugeführten Signals angehoben. Das Signal wird wieder vom Punkt a, nämlich dem niederohmigen Ausgang des Verstär­ kers 12, über den hochohmigen Widerstand 8 an das Gate des FET 7 angekoppelt, so daß die Widerstände 8, 9 in Zusammen­ hang mit dem niederohmigen Ausgang a des Verstärkers 12 wie­ der die anhand von Fig. 1 beschriebene optimale Entkopplung zwischen Signal und Regelspannung ergeben.

Bei erprobten Ausführungsbeispielen der Schaltungen nach den Fig. 1 und 2 hatten die Bauteile folgende Werte:

• Widerstand 3: 150 kOhm
• Widerstand 4: 1 kOhm
• Widerstand 8: 1 MOhm
• Widerstand 9: 10 kOhm
• FET 7: CMOS-Schaltung
• MC 14049 (Motorola)

Claims (10)

1. Schaltung zur Dynamik-Kompression und/oder -Expansion eines Signals mit einem Feldeffekttransistor (7), des­ sen Gate an den Ausgang eines Regelspannungserzeugers (10) und an den Signalweg (1-6) und dessen Source/Drain- Strecke ebenfalls an den Signalweg (1-6) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gate über einen ersten Widerstand (8) an einen niederohmigen Ausgang (a) eines im Signalweg (1-6) liegenden Verstär­ kers (2, 12) angeschlossen ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (2, 12) ein gegengekoppelter Operations­ verstärker ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswiderstand des Verstärkers (2, 12) in der Größenordnung von 1 Ohm liegt.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gate und die Source/Drain-Strecke des Feldeffekttransistors (7) an einen ersten Punkt (a) bzw. zweiten Punkt (b) des Signalweges angeschlossen sind.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Signals an dem ersten Punkt (a) etwa um den Faktor 100 größer ist als an dem zweiten Punkt (b).

6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Punkt (b) im Signalweg hinter dem ersten Punkt (a) liegt (Fig. 1).

7. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Punkten (a, b) die Reihenschaltung eines Spannungsteilers (3, 4) und eines Verstärkers (5) liegt (Fig. 1).

8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gate des Feldeffekttransistors (7) mit dem Ausgang des Regelspannungserzeugers (10) über einen zweiten Widerstand (9) verbunden ist.

9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (8) einen Wert von ca. 1 MOhm und der zweite Widerstand (9) einen Wert von ca. 10 kOhm hat.

10. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Punkt (b) des Signalweges (1-6) und dem Gate des Feldeffekttransistors (7) ein Verstärker (12) liegt (Fig. 2).