DK146140B - Kredsloeb til forbedring af signal/stoej-forhold - Google Patents

Description

(19) DANMARK

φ (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT (11) 146140 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Patentansøgning nr.: 3653/72 (51) Int.CI.3: H04B 1/64 ... . . .-,- Η 03 G 7/08 (22) Indlevenngsdag: 24 Jul 1972 (41) Aim. tilgængelig: 25 Jan 1973 (44) Fremlagt: 04 Jul 1983 (86) International ansøgning nr.: -· (30) Prioritet: 24 Jul 1971 JP 55529/71 (71) Ansøger: »SONY CORPORATION; Tokyo, JP.

(72) Opfinder: Shoichi ‘Nakamura; JP, Norlaki *Naito; JP, Tetsuya *Horichi; JP, Yoshitaka ‘Kanamoto; JP.

(74) Fuldmægtig: Firmaet Chas. Hude_ (54) Kredsløb til forbedring af signal/støj-forfiold

Opfindelsen angår et kredsløb til forbedring af signal/støj-forholdet af signaler transmitteret mellem en signalkilde og en signalmodtager i et frekvensbånd ved at ændre amplituden af nogle af signalerne i båndet i forhold til amplituden af andre signaler i båndet, hvilket kredsløb omfatter et filter med en variabel filterkarakteristik, idet filteret indeholder en variabel impedans, der kan ændres i afhængighed af amplituden af indgangssignalet, hvor-0 hos filterkarakteristikken har et første i hovedsagen konstant ni- Ώ veau i et første frekvensinterval, der ligger over en første fre- r· kvens i båndet, en overgangssektion, og et andet i hovedsagen kon- ^ stant niveau forskelligt fra det første niveau i et andet frekvens- ^ interval, der ligger under en anden frekvens i båndet, hvilken anden g frekvens er mindre end den første frekvens.

2 146140

Dansk patentansøgning nr. 5767/69 angår et kompanderkredsløb med en gennemgående signalvej og en yderligere signalvej. Den yderligere signalvej indeholder et variabelt afskæringsfilter til begrænsning af de signaler, som passerer gennem den yderligere signalvej, idet filterets afskæringssekvens forskydes i afhængighed af signalamplituden.

Formålet med opfindelsen er at anvise, hvorledes man undgår denne yderligere signalvej; og dette formål er ifølge opfindelsen opnået ved, at kredsløbet af den indledningsvis nævnte art er indrettet til samtidigt at skifte den første og den anden frekvens ved at ændre den variable impedans i afhængighed af amplituden af indgangssignalet, idet der kun findes én signalvej, hvorigennem indkommende signaler kan nå signalmodtageren.

Underkravene angår særligt hensigtsmæssige udførelsesformer for kredsløbet.

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et diagram over et kredsløb ifølge opfindelsen til forbedring af signal/støj-forholdet af signaler transmitteret mellem en signalkilde og en signalmodtager, fig. 2 et diagram over et i kredsløbet indqående variabelt filter, fig. 3 A-D nogle variable impedanser, der indgår i filteret, fig. 4 kredsløbets frekvenskarakteristik under optagelse, fig. 5 kredsløbets frekvenskarakteristik under gengivelse, fig. 6 udgangsspændingen som funktion af indgangsspændingen, og fig. 7 et mere detaljeret diagram over kredsløbet.

Det i fig. 1 viste kredsløb tjener til at forbedre signal/støj-forholdet 3 146140 af signaler transmitteret mellem en signalkilde og en signalmodtager. Kredsløbet kan enten anbringes i signalvejen inden indføringen af den støj, der skal reduceres, eller i den del af signalvejen, der følger efter indføringen af en sådan støj.

Det i fig. 1 viste kredsløb har en indgangsterminal 11, der er forbundet med indgangen af en forstærker 12, hvis udgang er tilsluttet kredsløbets udgangsterminal. En tilbagekoblingsdel 14 er også forbundet med forstærkeren 12’s indgangskredsløb. Dette kredsløb kan svare til det kredsløb, der er forbundet til terminalen 11, eller det kan være en del af indgangssektionen af forstærkeren 12. Tilbagekoblingsdelen 14, der er vist som en modstand, er sluttet til kontaktarmen af et omskifterorgan 16 med to faste kontaktsteder R og P. Når kredsløbet anvendes til indspilning af informationssignaler på et magnetbånd, er kontaktarmen sluttet til kontaktstedet R, og når kredsløbet anvendes til afspilning, er kontaktarmen tilsluttet kontaktstedet P, således som vist i fig. 1

Et med terminalen 13 forbundet variabelt filter 17 modtager udgangssignaler fra forstærkeren 12. Frekvenskarakteristikken af det variable filter 17 styres af et styrekredsløb 18. Udgangen af filteret 17 er sluttet til en forstærker 19, hvis forstærkning kan indstilles til at kompensere for dæmpningen af et dæmpende kredsløb 20 og filteret 17. Udgangen af den kompenserende forstærker 19 er forbundet med såvel kontaktstedet P som kredsløbets udgangsterminal 21, som på sin side er forbundet med et tonehoved eller en transducer 22. Denne transducer er indrettet til at foretage indspilninger af information på et magnetbånd.

Fig. 2 viser det variable filter 17. Filterets indgangsterminal 24 er forbundet med basis af en første transistor 26, hvilken transistor er koblet som emitter-følger for derved at give en lav udgangsimpedans.

Nogle modstande 27 og 28 danner en spændingsdeler mellem transistoren 26's emitter og jord og kompenserer for filterkarakteristikkerne; specielt i den lavfrekvente del af båndet. Selve filterelementerne, der er en del af et dejkredsløb . 29, omfatter et par kondensatorer 32 og 33, der er koblet parallelt med modstande 27 og 28 til dannelse af en spændingsdeler. Filterelementerne omfatter desuden en tredje kondensator 34, hvis ene terminal er forbundet med forbindelsespunktet mellem konden- 4 U6U0 satorerne 32 og 33, og hvis anden terminal er forbundet med emitteren af en transistor 36, hvis kollektor er forbundet med jord. Transistoren 36's emitter-kollektor-kredsløb er koblet parallelt med en modstand 37, medens dens basis er forbundet med en indgangsterminal 38 for et styresignal. Den maksimale impedans mellem kondensatoren 34 og jord er i tilfælde af, at transistoren 36 ikke er ledende, begrænset af modstanden 37 til at fastholde den ønskede karakteristik med to niveauer -se fig. 4.

Delkredsløbet 29 er forbundet til basis af en transistor 39, som har en forholdsvis høj indgangsimpedans. Det variable filter 17's udgangssignal udtages via en terminal 41, der er forbundet med transistoren 39's kollektor.

Delkredsløbet 29 udgør sammen med modstandene 27 og 28 et højpasfilter.

' Frekvenskarakteristikken af dette højpasfilter kan varieres ved hjælp åf impedansen af transistoren 36's emitter-kollektorkredsløb, hvilken impedans styres af amplituden af et til styreterminalen 38 tilført styresignal.

For styresignaler af lav amplitude, og som kun driver transistoren 36's basis en smule over jordpotentialet, har transistoren en forholdsvis lille ledningsevne. Når amplituden af styresignalerne vokser, bliver transistoren 36 mere ledende.

Fig. 3 A-D viser alternative kredsløb for transistoren 36 og modstanden 37 i fig. 2, selv om kredsløbet i fig. 2 er det foretrukne kredsløb til minimering af forvrængning og til opnåelse af de bedste indsvingningskarakteristikker. Kredsløbene i fig. 3 A-D kan substitueres ved i fig.

2 at fjerne transistoren 36 og modstanden 37 og forbinde terminalen X til kondensatoren 34 og terminalen Y til jord.

Filtret 17's frekvenskarakteristik er vist i fig. 4. Det øvre niveau Vg er bestemt af indgangsspændingen e^n-efter formlen Z33 V = -—- e H Z32 + Z33 in 5 146140

hvor Z32 °9 Z33 er impedanserne af kondensatorerne 32 og 33. Denne formel indikerer, at kondensatorerne 32 og 33 virker som en spændingsdeler, idet den øvre spænding benævnes V„. Lavspændingsniveauet VT

XX Li er bestemt til indgangsspændingen e^n efter formlen v Z33 11 Z34 h Z 32 + Z33 || Z34 ln' hvor Z231| Z34 står for impedansen af parallelkoblingen af kondensatorerne 33 og 34.

Afskæringsfrekvenserne fL og f^, hvor den skrå del af kurverne i fig.

4 skærer spændingsniveauerne VT og V„, er givet ved

li XI

fL = -~- 2n C34 Z36 f = ..........1_, 2Π (c32 + C33^ Z36 hvor C32» og er kapaciteterne af kondensatorerne 32, 33 og 34, og Z^g er udgangsimpedansen af transistoren 36. Afskæringsfrekvenserne fL og fR kan på tilsvarende måde ændres ved at variere impedansen Z3g til forskydning af den skrå linie i fig. 4 fra positionen a til positionen b. Kurven a illustrerer da gengivelsen, når det til indgangsterminalen 38 tilførte signal er lille, og impedansen Z36 derfor er stor. Gengivelsen følger derimod den skrå linie b, hvis indgangsspændingen ved styreterminalen 38 er stor, svarende til at impedansen Z^g er lille. Ved mellemliggende signalniveauer ligger gengivelsen mellem kurverne a og b: En variation af impedansen Z3g ændrer ikke spændingsniveauerne V„ og VT; kun overgangssektionens placering imellem fre-kvenserne f_ og f„.

Li H

Virkemåden af filtret er vist for to frekvenser f^ og f2 i overgangssektionen. Frekvensen f^ er lavere end frekvensen og gengivelsen er 146140 6 altid lavere for frekvensen f^ end for frekvensen ±2·

Den nøjagtige gengivelse ved hver af disse frekvenser afhænger imidlertid af om niveauet af den til terminalen 38 tilførte spædning er forholdsvis høj eller forholdsvis lav. For forholdsvis høje indgangsspændinger ved terminalen 38 ligger gengivelse ved frekvensen f^ ved det lavere niveau V .

Jj

Frekvensgengivelserne i fig. 4 er også repræsentative for den samlede frekvenskarakteristik, når kredsløbet anvendes til signalindspilninger.

I dette tilfælde er kontaktarmen 16 tilsluttet kontaktstedet R. Forstærkeren 12's udgangsspænding ændres ved hjælp af det variable filter 17's frekvenskarakteristik.

Hvis kredsløbet derimod anvendes til at gengive tidligere indspillede signaler, modtager terminalen 11 det freratommende signal fra et magnetisk følerhoved, og omskifterorganet 16 stilles således, at armen tilsluttes kontaktstedet P.

Den fuldstændige tilbagekoblingssløjfe for forstærkeren 12 omfatter da ikke kun modstanden 14, men også filteret 17 , forstærkeren 19 og dæmpningskredsløbet 20. Når den spænding, der føres tilbage til forstærkeren 12rs indgang er stor, bliver udgangsspændingen forholdsvis lille, og når den tilbageførte spænding er forholdsvis lille, bliver udgangsspændingen omvendt forholdsvis stor. Eftersom størrelsen af den tilbageførte spænding er bestemt af filteret 17's frekvenskarak-karakteristik, vil forstærkeren 12's udgan.gs&pænding_ved afspilning målt ved terminalen 13 , som vist i fig. 5, være den modsatte af den, der er vist i fig. 4.1 både fig. 4 og 5 er virkningen af en stor indgans-spænding til styreterminalen 38 i fig. 2, at overgangsområdet forskydes mod højre, dvs. til linien b i fig. 4 og til linien b' i fig. 5. Indspilning og afspilning kompenseres derved dynamisk.

Fig. 6 viser den indbyrdes sammenhæng mellem udgangsspændingen og indgangsspændingen af informationssignaler, der tilføres til kredsløbet i fig. 1/ og for begge driftstilstande. Den samlede gengivelse, der både omfatter indspilning og afspilning, er linieær, hvilket er ensbetydende med, at udgangssignalets amplitude er en direkte funktion af indgangs- 146140 7 signalets amplitude. Denne indbyrdes sammenhæng er vist ved hjælp af linie 42 i fig. 6. Karakteristikkerne af kredsløbet i fig. 1, der virker som et indspilningssystem, er vist ved hjælp af nogle typiske kurver 43 og 44 over linien 42, og nogle tilpasningskurver 46 og 47 under linien 42 illustrerer virkemåden under gengivelse.

Den samlede frekvenskarakteristik mellem indgangsterminalen 11 og udgangsterminalen 21 udviser den højfrekvensbåndbreddeforøgende karakteristik. Som vist i fig. 4 øges afskæringsfrekvensen, når udgangssignalniveauet vokser. Når indgangssignalniveauet er lille/ øges forstærkningen følgelig med i forhold til den oprindelige (kurve 42), og forstærkningen følger kurve 43. Når indgangssignalniveauet overstiger punktet e^, indtræder der en dæmpning, således at gengivelsen 43 nærmer sig den oprindelige gengivelse 42. Dette skyldes, at filteret 17's overgangsområde forskydes mod positionen b, som vist i fig, 4. Denne beskrivelse svarer til at informationssignalet har et meget lavt niveau samt en frekvens f^ som vist i fig. 4.

For en højere frekvens f2, der i det væsentlige ligger i midten af overgangsområdet i fig. 3, opnås et højere signalniveau, se kurve 44.

I dette tilfælde har systemet en forstærkning P2/ der er større end forstærkningen P.^ for lavfrekvenssignalet. Forstærkeren 12 kontrollerer, at det variable filter 17 bevirker, at signalet af frekvensen f2z forstærkes mere end signalet af frekvensen f^, og styringen af det variable filter 17 påbegyndes ved et niveau e2, der ligger lavere end indgangssignalniveauet e^. Kurven 44 nærmer sig følgelig kurven 42 ved et lavere niveau. Højfrekvenssignaler af lav amplitude forstærkes følgelig mere end højfrekvenssignaler af samme niveau, virkningen af 'systemet i fig. 1 son gengiver, er nøjagtigt det modsatte, hvilket er illustreret ved, at kurverne 46 og 47 ligger symmetrisk med kurverne 43 og 44. Dette bevirker, at højfrekvenssignaler under gengivelse undertrykkes mere end lavfrekvenssignaler. Det er således muligt at forbedre signal/støj-forholdet ved reduktion af højfrekvens-hvislen og lignende.

Fig. 7 viser et detaljeret diagram over kredsløbet i fig. 1. Kredsløbet i fig. 7 omfatter desuden et magnetisk følerhoved 49, der er forbundet til en terminal P' i omskifterorganet 16'. Dette føler-

Claims (13)

8 146 HO hoved anvendes under afspilning. Kredsløbet omfatter desuden en mikrofon, der er forbundet til en terminal R', som skal benyttes under indspilning. Kontaktarmen 16' er forbundet til en forstærker 52, som tilfører signaler af den nødvendige amplitude til indgangsterminalen 11. Styreforstærkeren 18’s indgang er som vist forbundet direkte til transistoren 36's emitter, som er en af filterets udgangsterminaler. Styreforstærkeren 18 forskyder kredsløbets arbejdskurver -se fig. 6- til de stiplede linier som ønsket. Forstærkeren 18 består af tre transistortrin 54-56, hvoraf det sidste er koblet som en emitter-følger for herved at kunne tilføre signaler til et båndstopfilter 53. Dette filter tjener til at fjerne specielle signaler, såsom styrefrekvensen (pilotfrekvensen) på 19 kHz, der benyttes til FM-multiplexdrift, Et lavpasfilter 57. forbinder trin 56's udgang til trin 54 for at forøge højfrekvensgengivelsen. Filtret 53's udgang ensrettes og føres til transistoren 36's basis. Den resterende del af kredsløbet svarer til det i fig. 1 viste.- Patentkrav.

1. Kredsløb til forbedring af signal/støj-forholdet af signaler transmitteret mellem en signalkilde og en signalmodtager i et frekvensbånd ved at ændre amplituden af nogle af signalerne i båndet i forhold til amplituden af andre signaler i båndet, hvilket kredsløb omfatter et filter med en variabel filterkarakteristik, hvilket filter indeholder en variabel impedans, der kan ændres i afhængighed af amplituden af indgangssignalet, idet filterkarakteristikken har et første i hovedsagen konstant niveau i et første frekvensinterval, der ligger over en første frekvens i båndet, en overgangssektion og et andet i hovedsagen konstant niveau forskelligt fra det første niveau i et andet frekvensinterval, der ligger under en anden frekvens i båndet, hvilken anden frekvens er mindre end den første frekvens, kendetegnet ved, at kredsløbet er indrettet til samtidigt at skifte den første og den anden frekvens ved at ændre den variable impedans i afhængighed af amplituden af indgangssignalet, idet der kun findes én signalvej, hvorigennem indkommende signaler kan nå signalmodtageren. 9 U6U0

2. Kredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved en forstærker (12) med en indgangsterminal (11), der er tilsluttet kredsløbets indgangsterminal, og en udgangsterminal (13), der er tilsluttet kredsløbets udgangsterminal og indgangen af filteret (17), hvilket filter (17) er indskudt i en tilbagekoblingssløjfe til forstærkeren (12) og har en transmissionskarakteristik (fig. 4} , i hvilken det første niveau (V„) ligger højere end det andet niveau (V_).

3. Kredsløb ifølge krav 1 med en forstærker indskudt i signalvejen, kendetegnet ved, at filteret (17) er forbundet i serie med forstærkeren (12) eller kan indskydes i en tilbagekoblingssløjfe af forstærkeren (12) ved hjælp af et omskifterorgan (16).

4. Kredsløb ifølge krav 3, kendetegnet ved, at indgangsterminalen af forstærkeren (12) er tilsluttet signalvejen, og at tilbagekoblings-indgangsterminalen af forstærkeren ved hjælp af en negativ tilbagekoblingsdel (14) er tilsluttet omskifterorganet (16), således at tilbagekoblingsdelen selektivt enten tilsluttes forstærkerudgangen (R). eller udgangen (P eller 41). af filteret (17), og at forstærkerudgangen (R). er tilsluttet en separat udgangsterminal (13), ved hvilken der forekommer udgangssignaler, og som, når omskifterorganet (16) er tilsluttet terminalen (P),,har en frekvensgengivelse, der er omvendt proportional med frekvensgengivelsen af signalerne ved signalmodtagere (21, 22), når omskifterorganet (16) er tilsluttet forstærkerudgangen (R).

5. Kredsløb ifølge krav 2-4, kendetegnet ved, at tilbagekoblingssløjfen af forstærkeren (12) indeholder et forstærker-kontrolorgan (19, 20) i serie med filteret (17) mellem forstærkeren (12) og udgangsterminalen (13) af kredsløbet for forbedring af sig-nal/støj-forholdet, hvorved de transmitterede signaler i hovedsagen har en forstærkning på én i andet frekvensområde.

6. Kredsløb ifølge krav 5, kendetegnet ved, at forstærkerkontrolorganet omfatter en kompenserende forstærker (19) og et dæmpende kredsløb (2Q) i serie dermed. ίο 1461 AO

7. Kredsløb Ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at et styrekredsløb (18} er indskudt imellem en styreelektrode og en anden elektrode af den variable impedans (36) af filteret (171 med henblik på at styre filterets frekvensområde i afhængighed af amplituden af signalerne over impedansen (36),

8. Kredsløb ifølge krav 7, kendetegnet ved, at styrekredsløbet (18) indeholder en ensretter, idet de ensrettede signaler ledes til filteret (29) til styring af den variable impedans (36).

9. Kredsløb ifølge krav 8, kendetegnet ved, at der i styrekredsløbet (18) foran ensretteren er indskudt et båndstopfilter (53).

10. Kredsløb ifølge krav 8, kendetegnet ved, at der i styrekredsløbet (18) mellem indgangskredsløbet og ensretteren er indskudt et filter (57) for forøgelse af højfrekvensgengivelsen.

11. Kredsløb ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at filteret indeholdende den variable impedans (36) har en første og en anden kondensator koblet i serie som en spændingsdeler for de transmitterede signaler og har en. tredje kondensator (34) og den variable impedans (36) forbundet i serie med hinanden og i parallel med den anden kondensator (33), idet terminalerne af serieforbindelsen (34, 36) dannet af den tredje kondensator (34) og den variable impedans (36). danner udgangen af et underfilter af filteret (17).

12. Kredsløb ifølge krav 11, kendetegnet ved, at den variable impedans (36) omfatter en transistor, hvis emitter-kollek= tor-kredsløb er koblet i serie med den tredje kondensator (34).

13. Kredsløb ifølge krav 11, kendetegnet ved en transistor (26) indskudt som emitterfølger mellem indgangsterminalen (24) af filteret (17) og den første kondensator (32) og en anden transistor (39), hvis basis- og emitterelektroder er tilsluttet udgangstermi-nalerne af underfilteret (29), idet indgangen af styrekredsløbet (18) er tilsluttet forbindelsespunktet mellem den tredje kondensator (34). og den variable impedans (36) .