DE2842945C3 - Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignals zur Steuerung des Übertragungsmaßes von elektronisch steuerbaren Verstärkungs-oder Dämpfungsgliedern - Google Patents

Description

Kennlinie des Übertragungsgliedes ändert sich der Strom bei dieser Schaltung exponentiell mit dem Potential am Emitter des weiteren Transistors.

Vorteilhaft wird bei dieser Schaltung mit dem Verbindungspunkt der Kollektoren der Transistoren des Übertragungsgliedes eine erste Stromspiegelschaltung und von der Kollektorleitui'g des weiteren Transistors eine zweite Stromspiegelschaltung gesteuert, wobei mit den Stromspiegelschaltungen Diodenketten, die als steuerbare Widerstände dienen, symmetrisch angesteuert werden können (Anspruch 5).

Schließlich kann dem Übertragungsglied der Strom zwecks Potentialanpassung über eine oder mehrere Emitter-Basis-Strecken von Transistoren zugeführt werden (Anspruch 6).

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

In Fig. i ist eine bekannte Kompressionsschaltung dargestellt, und in F i g. 2 eine Schaltung mit den erfindungsgemäßen Merkmalen, die sich auf eine Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten internen Übertragungsgliedes 12 bezieht.

Anhand der Fig. 1 soll das Prinzip der bekannten Schaltung gemäß DE-PS 24 06 285 erläutert werden. Die der Klemme 1 zugeführten Nutzsignale gelangen über einen Widerstand 3 zu dem Eingang eines in seinem Übertragungsmaß veränderbaren Verstärker 4 mit einem elektronisch steuerbaren Widerstand 5 im Gegenkopplungsweg. An einer Ausgangsklemme 2 ist ein in seiner Dynamik komprimiertes Signal abgreifbar, jo Die pegelabhängige Steuerung des elektronisch steuerbaren Verstärkers 4 kommt dadurch zustande, daß die an seinem Ausgang auftretenden Signale über einen Widerstand 7 auch dem Eingang eines weiteren steuerbaren Verstärkers 8 mit einem elektronisch steuerbaren Widerstand 9 im Gegenkopplungsweg zugeführt werden. Am Ausgang dieses Verstärkers ist ein Schwellwertgleichrichter U angeordnet, der an Steuereingänge 6 und 10 der elektronisch steuerbaren Widerstände 5 und 9 entsprechende Steuersignale in der Weise abgibt, daß im stationären Zustand am Ausgang des elektronisch steuerbaren Verstärkers 8 ein Signal mit der Dynamik OdB erscheint. Um eine dB-lineare Steuerkennlinie zu erzielen, ist dem Steuerspannungserzeuger 11 intern neben dem eigentlichen Gleichspannungserzeuger 13 ein Übertragungsglied 12 mit exponentieller Charakteristik nachgeschaltet.

Die Ausbildung dieses Übertraglingsgliedes wird nun an I land der F i g. 2 beschrieben.

Die Fig. 2 zeigt als Ausschnitt aus der F i g. 1 den w internen Gleiehspannungserzeuger 15, dem das Übertragungsglied 12 nachgeschaltet ist, sowie die schaltungsiechnisch realisierten elektronisch steuerbaren Widerstünde 5 und 9.

Das Übertragungsglied 12 enthält als die wesentlich v, die Steiiercharakteristik bestimmenden Mittel die 'Transistoren 15, 18 und 22, sowie die Widerstände 16, 14, 2 5 und 24. Ddabei sind die Kollektoren der genannten Transistoren untereinander ve,bunden und /u einem Eingang 52 einer Stromspiegelschaltung 51 mi geführt. Die Emitter der Transistoren 15, 18 und 22 sind jeweils mit einem Anschluß der Widerstände 16, 19 und 2 5 verbunden. Die anderen Anschlüsse der Widerslände 16, 19 und 23 sind untereinander verbunden und über einen Widerstand 24 und die Emitter Kollektor-Strecke tv, eines Transistors 27 mit einem l-'ing.mg 37 einer /weiten Stromspiegelschaltung 36 verbunden.

Die Hasen der Transistoren 15 und IH sind über Eingangsklemmen 14 und 17 mit Referenzspannung Lfecf ι und Urci2 verbunden. Die Basis des Transistors 22 liegt sinngemäß über einer Eingangskiemme 21 an einer Referenzspannung Urcii- Schaltungstechnisch wird diese Referenzspannung erzeugt, indem die Basis über die Emitter-Basis-Strecke eines weiteren Transistors 20 mit der Referenzspannung Ur_ci 2 verbunden ist.

Die Basis des Transistors 27 ist einerseits mit dem Kollektor eines Transistors 29 verbunden, dessen Basis wiederum über eine Eingangsklemme 28 an eine Referenzspannung UfM* geführt ist, und dessen Emitter über einen Widerstand 30 mit einer Eingangsklemme 66 verbunden ist, in die eine negative Betriebsspannung eingespeist wird. Andererseits ist die Basis des Transistors 27 mit dem Emitter eine Darlingtonschaltursg aus den Transistoren 26 und 25 verbunden. Der gemeinsame Kollektor der Darlingtonschaltung ist an eine Eingangsklemme 65 geführt, in die eine positive Betriebsspannung eingespeist wird. Die Basis des Darlingtonverstärkers ist mit dem internen Gleichspannungserzeuger 13 verbunden. Die Darlingtonschaltung aus den Transistoren 25 und 26 dient einerseits zur Potentialanpassung des Pegels des internen Gleichspannungserzeugers 13 und andererseits als Stromverstärker.

Über die Ansteuerung der Basis des Transistors 25 wird eine Steuerung der Stromverteilung des von dem Transistors 29 gelieferten Stromes zwischen dem Zweig über die Darlingtonstufe aus den Transistoren 26 und 25 und dem Zweig über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 27 erzielt. Auf diese Weise ist es möglich, mit einer Steuerspannung an der Baiss des Transistors 25 der Darlingtonstufe eine Steuerung des Potentials am Emitter des Transistors 27 zu bewirken. Durch die exponentiell Kennlinie der Transistoren 15, 18 und 22 wird eine exponentielle Änderung ihrer Kollckior-Strö me in Abhängigkeit von dem Potential am Emitter des Transistors 27 erzielt. Um die gewünschte Kennlinie bezüglich der resultierenden Kollektor-Ströne der Transistoren 15, 18 und 22 in Abhängigkeit des Potentials am Emitter des Transistors 27 zu erhalten, ist die Größe der Referenzspannung ίΛ_επ, Ur^ 2 und die Größe der Widerstände 16, 19, 23 und 24 gestaffelt. Die Referenzspannung Ur_ci ι ist größer als die Referenzspannung Ur_cI2- Der Widerstand 16 ist größer als der Widerstand 19, der Widerstand 19 ist größer als der Widerstand 23 und der Widerstand 23 ist größer als der Widerstand 24. Der Widerstand 24 kann auch entfallen, wenn sein Wert bei der Bemessung und Staffelung der Widerstände 16,19 und 23 einbezogen wird. Solange das Potential an dem gemeinsamen Verbindungspunkt 67 der Widerstände einen Wert /wischen der Referenzspannung {/rl-m und der Referenzspannung /Vu einnimmt, wird die Kennlinie nur durch die Eigenschaf· ten des Transistors 15 in Zusammenhang mit den Widerstanden 16 und 24 geformt. Sobald das Potential des gemeinsamen Verbindungspiinktes sich /wischen der Referenzspannung lhw> und sinngemäß zwischen der Referenzspannung <4i,-r 1 befindet, fl^;eßt ein zusat/lieher Strom durch den Transistor 18, so daß sich eine resultierende Kennlinie aus den Eigenschaften der beiden Transistoren 15 und 18 in Zusammenhang mit den Widerstanden 16 b/w. 14 und 24 ergibt. Wenn der IV¹;⁷!'! am gemeinsamen Verbindungspunkt 67 tier Widerstände 16, 19, 23 und 24 kleiner als /'κ,ι ι wird, (ilfnel auch der Transistor 22, so dall die resultierende Kennlinie dann aus ilen Eigenschuften aller Transistoren 15. 18 und 22 im Zusammenhaut? mit den Widerstünden

16, 19, 23 und 24 gebildet ist. Die Staffelung der Referenzspannungen und der Widerstände ist dabei so bemessen, daß ein weiterer Transistor in dem Moment geöffnet wird, in dem der Bereich der Linearität des anderen Transistors verlassen wird. Auf diese Weise läßt sich ein Kennlinicnverlauf erzielen, der über mehrere Dekade die geforderte Linearität besitzt. Mit dem resultierenden Kollektor-Strom der Transistoren 15, 18 und 22 werden über den Eingang 32 der Strom-Spiegel-Schaltung 31 Diodenketten angeslcuert, die paarweise mit einem Ausgang 33 und einem Ausgang 34 der Strom-Spicgel-Schaltung 31 verbunden sind. Die Strom-Spiegel-Schaltung 31 bewirkt, daß die Ströme in jedes Paar der Diodenreihen genau dem Eingangsstrom der Strom-Spiegel-Schaltung entsprechen.

ledes Paar der Diodenketten besteht aus sechs in Serie geschalteten Dioden 41 ... 46, 47 ... 52, 53 ... 58 und 59 ... 64. Die anderen Enden der Diodenketten sind jeweils mit den Ausgängen 38 und 39 einer komplementären Strom-Spiegel-Sehaltung 36 verbunden, deren Eingang 37 mit dem Kollektor-Strom des zu den Transistoren 15, 18 und 22 komplementären Transistors

^r) 27 gespeist wird. Zwischen den Verbindungsptinkten der Dioden 43, 44 und 49, 50 ist in Abhängigkeit des Stromes durch die Dioden ein differcntieller Widerstand gebildet, der unmittelbar als elektronisch steuerbarer Widerstand 5 in der Schallung gemäß der Fig. 1 dient.

κι Bei dem weiteren Paar der Diodenketten ist an entsprechender Stelle ein differenzicller Widerstand gebildet, der bei der Schaltung gemäß I'ig. 1 als elektronisch steuerbarer Widerstand 9 dient.

Da die Strom-Spiegel-Schallungen 31 und 36 über

!5 Klemmen 35 und 40 an symmetrische Versorgungsspannungen + L'ffund — L's geführt sind und ein komplementärer Schaltungsaufbau vorliegt, liegen die differenticllen Widerstände 5 und 9 auf Null-Potential.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuniien

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignals zur Steuerung des Übertragungsmaßes von elektronisch steuerbaren Verstärkungs- und/oder Dämpfungsgliedern, welches sich mit einer stetigen, differenzierbaren Charakteristik ändert, insbesondere für eine Anordnung zur automatischen Dynamik-Kompression und/oder Expansion, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Charakteristik bestimmendes Übertragungsglied mit folgenden Merkmalen vorhanden ist:

a) Es weist Transistoren (15, 18) auf, deren Kollektoren verbunden sind.

b) In den Emitterleitungen der Transistoren (15, 18) liegen Serienwiderstände (16, 19) mii unterschiedlichen Widerstandswerten.

c) Die Reihenschaltungen gemäß a) und b) aus den Emitter-Kollektor-Strompfaden und den Serienwiderständen (16, 19) sind parallel geschaltet.

d) Die Basen der Transistoren (15, 18) sind an unterschiedliche Referenzspannungen (Ur^ i, i^Rct 2) gelegt.

e) Der Verbindungspunkt der Kollektoren (68) und der Verbindungspunkt der Serienwiderstände (67) bilden die Anschlußklemmen des Übertragungsgliedes.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungen und die Serienwiderstände (16, 19) in den Emitterleitungen der Transistoren (15, 18) so bemessen sind, daß bei abnehmender Spannung am Verbindungspunkt der Serienwiderstände (67) jeweils ein weiterer Transistor geöffnet wird, wenn der Bereich des exponentiellen Verlaufs der Kennlinie eines anderen bereits geöffneten Transistors verlassen wird.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied in der Emitterleitung eines weiteren Transistors (27) liegt, dessen Basis von einem mit der Charakteristik des Übertragungsgliedes zu beeinflussenden Steuersignals angesteuert wird.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Emitterleitung des weiteren Transistors (27) ein weiterer Widerstand (24) liegt, der mit dem Übertragungsglied in Reihe geschaltet ist.

5. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem dem Emitter des weiteren Transistors (27) abgewandten Anschluß des Übertragungsglicdes der Hingang (.32) einer ersten Stromspiegelschaltung (II) und mit dem Kollektor des weiteren Transistors (27) der Eingang (37) einer /.weiten, zur ersten Stromspiegelschaltung (M) komplementären Stromspiegelschaltung (36) verbunden sind, und daß von den Stromspicgclschalümgen (31, 36) abgegebene Strome /ur symmetrischen Steuerung von als Diudenketten (41—64) ausgebildeten elektronisch steuerbaren Widerständen dienen.

h. Schaltung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, dall dem l'ingaug ties weiteren Transistors (27) zur Potential.mpussung das Steuersignal über eine uder mehrere I miller llasis-Strecken von I ransisloren (25, 2h) zugeführt ist.

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignals zur Steuerung des Übertragungsmaßes von elektronisch steuerbaren Verstärkungs- und/ oder Dämpfungsgliedern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Systemen zur automatischen Dynamik-Kompression und -Expansion wird eine exakt reproduzierbare Beziehung zwischen dem Übertragungsmaß der steuerbaren Verstärkungs- oder Dämpfungsglieder und der

ίο jeweiligen Nutzsignaleingangsamplitude des Kompressors bzw. Expanders gefordert. Diese eindeutige Beziehung zwischen den genannten Größen ist eine wichtige Voraussetzung dafür, daß das Frequenzspektrum und die Pegelverhältnisse beim wiedergegebenen Nutzsignal auch denjenigen beim Original entsprechen. Darüber hinaus besteht prinzipiell eine weitere Forderung dahingehend, daß der Expandereingangspegel genau dem Kompressorausgangspegel entspricht.
Diese zweite Forderung ist nicht immer ohne Abgleich erfüllbar. So können Pegelfehler bei Magnetbandgeräten z. B. durch unterschiedliche Bandsorten entstehen oder wenn Bänder auf mehreren Geräten benutzt werden, die unterschiedlich abgeglichen wurden.

2^r. Auf die erwähnte zweite Forderung kann aber unter folgenden Voraussetzungen verzichtet werden: Pegelfehler, auch als »Mistracking« bezeichnet, haben dann keinen Einfluß auf die Pegelverhältnisse beim Nutzsignal, wenn die Kompanderkennlinie »dB-linear« d. h.

jo linear bezüglich des Logarithmus der Eingangsamplitude verläuft.

Zur Erzielung der erwünschten Steuerkennlinie ist zwischen einem Ladekondensator im Steuerspannungserzeuger und den Steuereingängen der elektronisch steuerbaren Verstärkungs- oder Dämppfungsglieder ein Übertragungsglied mit vorzugsweise exponentieller Charakteristik angeordnet. Als derartiges Übertragungsglied könnte eine Diode oder ein Transistor dienen, bei denen der exponentiell Zusammenhang zwischen Durchlaßstrom und Durchlaßspannung der Halbleiterschicht genutzt wird. Eine gute Linearität über mehrere Dekaden besitzen aber nur einige Spezialtypen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungsglied mit einer stetigen, differenzierbaren Funktion zu schaffen, das über mehrere Dekaden linear arbeitet und bei dem Transistoren verwendet werden können, die für sich nicht die geforderte Linearität über mehrere Dekaden aufweisen.

">» Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch I wiedergegebene Erfindung gelöst.

Die erfindungsgemäße Schaltung umfaßt ein mit Transistoren aufgebaucs Übertragungsglied, das von einem Strom durchflossen wird. Die Schaltung ist

">■· so aufgebaut, daß mit zunehmender Cirölk des das Übertragungsglied durchfließenden Stromes die Transistoren nacheinander in ihren Arbeitsbereich gesteuert werden. Die resultierende Kennlinie des Übertragungsgliedes ist dabei jeweils durch die Kennlinien aller in den

mi Arbeitsbereich gesteuerten Transistoren bestimmt.

Mit Vorteil legt man die Schaltung so aus, dall die tlll-linearen Arbeitsbereiche der Transistoren gestaffelt w irksam werden (Anspruch 2).
(iemiiß einem weiteren vorteilhaften Ausfiihrungs-

• ■ beispiel der Erfindung liegt ci-is Übertragungsglied mit i'ineiii Widerstand in Serie in tier Emitterleitung eines das Übertragungsglied ansteuernden weiteren Transi slors (Ansiinkhe 3 und 4). Durch die exnonentielle