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Dokumentenidentifikation DE3407083C2 13.06.1990
Titel Signalverarbeitungsschaltung
Anmelder RCA Licensing Corp., Princeton, N.J., US
Erfinder Sepp, Walter Edgar, Princeton, N.J., US
Vertreter von Bezold, D., Dr.rer.nat.; Schütz, P., Dipl.-Ing.; Heusler, W., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 27.02.1984
DE-Aktenzeichen 3407083
Offenlegungstag 30.08.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.06.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.06.1990
IPC-Hauptklasse H03H 11/04
IPC-Nebenklasse H03F 1/34   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Signalverarbeitungsschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US 42 07 590 ist eine kombinierte Phasenschieber- und Bandfilterschaltung für einen Farbfernsehempfänger bekannt, die aus dem Farboszillatorsignal zwei phasenverschobene Bezugssignale ableitet, die dem I- bzw. dem Q -Farbdemodulator als um 90° gegeneinander verschobene Bezugssignale für die Farbdemodulation zugeführt werden. Diese Filterschaltung ist ähnlich wie ein T-Filter aufgebaut, dessen Eingangslängszweig das Farbträgersignal vom Farboszillator zugeführt wird und an dessen Zwischenpunkt, von dem der Querzweig abgeht, das eine Bezugssignal abgenommen wird, während das zweite Bezugssignal vom Ende des zweiten Längszweiges abgenommen wird, an das zusätzlich noch ein zweiter Querzweig angeschlossen ist.

Ferner ist aus der US 35 71 761 ein Amplitudenmodulator mit einem Transistor bekannt, dessen Basis ein Trägersignal zugeführt wird und in dessen Emitterkreis eine Modulationsschaltung eingefügt ist, in welche das aufzumodulierende Signal transformatorisch eingekoppelt wird.

Filter hoher Ordnung, wie z. B. Π- oder T-Filter mit induktiven und kapazitiven Elementen sind prinzipiell Vierpole, bei denen zwei Pole oder Anschlüsse dem Eingangskreis und zwei Pole oder Anschlüsse dem Ausgangskreis des Filters zugeordnet sind. Filter, bei denen der Eingangs- und der Ausgangskreis jeweils einen Pol gemeinsam haben, können als "Dreipole mit zwei Anschlüssen" betrachtet werden, bei denen der erste Pol einen Eingangsanschluß und der zweite Pol einen Ausgangsanschluß bildet, während der dritte Pol mit einem Punkt der Filterschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Pol über Schaltungselemente verbunden ist, die gemeinsam mit anderen zwischen dem ersten und dem zweiten Pol liegenden Schaltungselementen die Übertragungsfunktion des Filters bestimmen. Der Eingangskreis und der Ausgangskreis des Filters weisen gewöhnlich geeignete Anschlußimpedanzen auf, die mit Rücksicht auf die Signalverarbeitungsschaltung, bei denen das Filter verwendet wird, festgelegt sind.

Nach dem Stand der Technik erfordern solche reaktiven Dreipolfilter mit zwei Anschlüssen mindestens zwei Verbindungen oder Klemmen, zwischen denen sie in den die zu filternden Signale führenden Signalweg eingefügt sind. Wenn die Signalverarbeitungsschaltung mit dem Signalweg in Form einer integrierten Schaltung verwirklicht ist, dann müssen solche Filter über zwei äußere Klemmen der integrierten Schaltung mit dem Signalweg verbunden werden. Dies kann Nachteile mit sich bringen, da an einer integrierten Schaltung nur eine begrenzte Anzahl von Anschlüssen zur Verbindung mit externen Schaltungen zur Verfügung stehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Filterschaltung mit einem dreipoligen Filter höherer Ordnung mit zwei Anschlüssen zu schaffen, die über einen einzigen Anschluß mit dem die zu filternden Signale führenden Signalweg verbunden werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Filterschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die erfindungsgemäße Filterschaltung wird an einem einzigen Anschluß eine Impedanz erzeugt, deren Variation durch die Übertragungsfunktion des Filters bestimmt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein erster Signalanschluß des Filters über einen einzigen Anschluß mit dem Signalweg verbunden, während ein zweiter Signalanschluß des Filters mit einem Betriebspotential verbunden ist. Aus dem Signalweg abgeleitete Signale werden sowohl dem ersten Signalanschluß als auch einem Pol des Filters zugeführt, der zwischen dem ersten und dem zweiten Signalanschluß des Filters liegt.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines NTSC-Farbfernsehempfängers, der eine Filterschaltuing gemäß der Erfindung enthält;

Fig. 2 und 3 zeigen abgewandelte Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Filterschaltungen.

Im Empfänger nach Fig. 1 werden Farbsignale aus einer Quelle 10 auf eine Farbsignal-Verarbeitungseinheit 12 gegeben, die Schaltungen zur Verstärkungs- und zur Phasenregelung des Farbsignals und verschiedene andere Signalverarbeitungsschaltungen herkömmlicher Natur enthält, einschließlich eines geregelten Farboszillators zur Regenerierung des als Farbbezugssignal benötigten Farbträgers. Die von der Verarbeitungseinheit 12 behandelten Farbsignale werden auf den Signaleingang eines I-Demodulators 14 zur Demodulation der I-Komponente des Farbartsignals und auf den Signaleingang eines Q-Demodulators 18 zur Demodulation der Q- Komponente des Farbartsignals gegeben. Der regenerierte Farbträger von der Verarbeitungseinheit 12 wird einem Bezugseingang des Demodulators 14 zugeführt, um das Bezugssignal für diesen Demodulator zu bilden, und außerdem über einen 90°-Phasenschieber 20 an einen Bezugseingang des Demodulators 18 gelegt, um das um 90° phasenverschobene Bezugssignal für diesen Demodulator zu bilden. Nach geeigneter Filterung, die weiter unten näher beschrieben wird, werden die demodulierten I- und Q -Farbkomponenten von den Ausgängen der Demodulatoren 14 und 18 in einem Matrixverstärker 22 kombiniert, um ausgangsseitige Farbdifferenzsignale R-Y, G-Y und B-Y abzuleiten. Diese Signale werden am Ende mit der Leuchtdichtekomponente des zusammengesetzten Farbfernsehsignals kombiniert, um das Rotsignal, das Grünsignal und das Blausignal zur Ansteuerung eines Farbbildwiedergabegerätes zu erzeugen.

Der Signalweg innerhalb des I-Demodulators 14 enthält einen Phasendetektor (z. B. einen Synchrondemodulator) und eine Ausgangsschaltung zum Empfang demodulierter Signale. Als Ausgangsschaltung ist hier ein Verstärkertransistor 15 mit einem zugehörigen Kollektorlastwiederstand 16 und ein als Emitterfolger geschalteter Transistor 17 dargestellt. Entsprechende Transistoren 25, 27 und ein Lastwiederstand 26 im Signalweg des Q-Demodulators 18 bilden eine entsprechende Ausgangsschaltung zum Empfang demodulierter Q-Signale. Die Emitterelektroden der Transistoren 25 und 15 sind über jeweils nur einen Verbindungspunkt A bzw. B mit einer Filterschaltung 30 bzw. 40 verbunden, wie es weiter unten ausführlicher erläutert wird. Wenn die I- und Q -Demodulatoren 14 und 18 in einer integrierten Schaltung realisiert sind, dann entsprechen die Verbindungspunkte A und B den äußeren Anschlußklemmen der integrierten Schaltung.

In einem System, das Farbfernsehsignale gemäß der NTSC- Norm verarbeitet, wie sie in den USA gebräuchlich ist, belegt die Q-Modulationskomponente eine Bandbreite von etwa 0,5 MHz sowohl im oberen als auch im unteren Seitenband des Farbträgers von etwa 3,58 MHz. Die demgegenüber um 90° phasenversetzte I-Modulationskomponente belegt eine Bandbreite von ungefähr 1,5 MHz in einem Seitenband unterhalb der Farbträgerfrequenz und eine Bandbreite von 0,5 MHz in einem Seitenband oberhalb der Farbträgerfrequenz. Die zu demodulierende Q-Farbartkomponente enthält also Signalfrequenzen von 3,08 MHz bis 4,08 MHz, und die zu demodulierende I-Farbartkomponente enthält Signalfrequenzen von 2,08 MHz bis 4,08 MHz.

Die demodulierten I- und Q-Signale müssen einer Filterung unterworfen werden, um die gewünschte I- und Q -Signalinformation an die Eingänge des Matrixverstärkers 22 zu lassen und unerwünschte Signalfrequenzen wie z. B. Harmonische der 3,58-MHz-Farbträgerfrequenz zu unterdrücken.

Diese Filterung erfolgt entsprechend den Übertragungsfunktionen von Filternetzwerken, wie sie durch die Schaltungen 30 und 40 nachgebildet werden.

Die Filterschaltung 30 enthält ein Tiefpaßfilter dritter Ordnung, in Form eines Dreipolfilters 32, daß aus einer Induktivität 34 und Kondensatoren 35 und 36 besteht und einen solchen Amplitudenfrequenzgang (Übertragungsfunktion) hat, daß sein Durchlaßbereich von 0 MHz bis 0,5 MHz an den -3db-Punkten reicht. Das Filter 32 ist eine dreipolige, Filterschaltung mit zwei Signalanschlüssen, d. h. es hat drei Klemmen (a, b, c) von denen zwei Signalanschlüsse (a, b) sind, zwischen denen die Übertragungsfunktion des Filters vorliegt. Zwei Widerstände 31 und 33 dienen als Abschlußimpedanzen für das Dreipolfilter 32. Die Filterschaltung 30 enthält außerdem einen eine Spannungsverstärkung von im wesentlichen 1 aufweisenden pnp-Emitterfolgertransistor 37 mit einem hochohmigen Basiseingang, der über einen Widerstand 38 mit dem Anschluß A gekoppelt ist, und einem niederohmigen Emitterausgang, der mit der Klemme c des Dreipolfilters 32 gekoppelt ist. Ein Vorspannungswiderstand 39 bestimmt den Emittervorstrom des Transistors 37.

Die Anordnung des Dreipolfilters 32 mit dem Transistor 37 bewirkt, daß der Kollektorstrom des Verstärkertransistors 25 eine Übertragungsfunktion H (s) widerspiegelt, die der Übertragungsfunktion H (s) des Filters 32 entspricht. Somit spiegelt auch die Ausgangssignalspannung am Kollektorlastwiderstand 26 und das Ausgangssignal des Demodulators 18 die Übertragungsfunktion des Dreipolfilters 32 wider.

Genauer gesagt erscheint die Signalspannung, die am niederohmigen Emitter des Verstärkertransistors 25 entsteht, am Verbindungspunkt A und am Basiseingang des Spannungsfolgertransistors 37. Der Transistor 37 hat eine Spannungsverstärkung von im wesentlichen 1 (z. B. ungefähr 0,98) und legt die Signalspannung über den niederohmigen Emitterausgang des Transistors 37 an die Klemme c des Dreipolfilters 32.

Der Transistor 37 wirkt als eine zweite Signalspannungsquelle, die das Dreipolfilter 32 über dessen Klemme c beaufschlagt, während die erste Signalspannungsquelle dem Emitter des Verstärkertransistors 25 entspricht, der über den Verbindungspunkt A und den Widerstand 31 mit der Filterklemme b gekoppelt ist.

Es ist festzuhalten, da mit dieser Anordnung Signalspannungen gleicher Phase und im wesentlichen gleichen Betrags zum einen an den Filteranschluß c und zum anderen an den mit dem Filteranschluß b verbundenen Widerstand 31 gelegt werden (d. h. zwischen dem Widerstand 31 und dem Verbindungspunkt A andererseits besteht eine Signalspannungsdifferenz von im wesentlichen gleich 0). Der Filteranschluß a ist über den Widerstand 33 an ein festes Potential (Masse) angeschlossen. Somit werden die Filteranschlüsse b und c mit Eingangssignalspannungen moduliert, der Filteranschluß a aber nicht. Die Folge ist, daß sich der vom Widerstand 33 geleitete Strom entsprechend der Eingangssignalspannung ändert, aber nicht die Übertragungsfunktion des Dreipolfilters 32 zeigt. Der vom Widerstand 31 geleitete Strom jedoch zeigt die Übertragungsfunktion des Dreipolfilters 32. Dieser Strom entspricht dem Kollektor-Emitter-Strom des Verstärkertransistors 25 und bewirkt, daß am Lastwiderstand 26 eine Signalspannung abfällt, welche die Übertragungsfunktion des Filters 32 zeigt.

Die Filterschaltung 30 bringt dieses Ergebnis, indem es am Verbindungspunkt A eine Impedanz künstlich herstellt, die in Beziehung zur Übertragungsfunktion des Dreipolfilters 32 steht (d. h. das Reziproke dieser Übertragungsfunktion dargestellt). Der über den Widerstand 31, den Verbindungspunkt A tund die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 25 geleitete Signalstrom entspricht dem Produkt der Eingangssignalspannung am Emitter des Transistors 25 und der Übertragungsfunktion des Dreipolfilters 32. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die Signalspannung am Emitter des Transistors 25 im wesentlichen der Signalspannung der Basis des Transistors 25 entspricht, daß aber der Signalstrom am Emitter des Transistors 25 die Übertragungsfunktion des Dreipolfilters zeigt.

In der hier betrachteten Ausführungsform bildet das Dreipolfilter 32 einen Gleichstromweg vom Emitter des Transistors 25 nach Masse, und zwar über die Abschlußwiderstände 31, 33 und die Induktivität 34 des Dreipolfilters 32. Würde das Filter keinen solchen Gleichstromweg bilden, wäre eine gesonderte Gleichstromquelle für den Emitter des Transistors 25 erforderlich (z. B. innerhalb des Netzwerks 18).

Das Format des Dreipolfilters 32 mit der Übertragungsfunktion H (s) ist das gleiche wie das Format eines Filters, das zur Erzielung der Übertragungsfunktion H (s) ansonsten in den Signalweg einzufügen wäre (mittels zweier Verbindungen zum Signalweg). Ist also entschieden, mit welcher Übertragungsfunktion die Signalfilterung erfolgen soll, kann ein Filter herkömmlicher Konstruktion in der beschriebenen Weise verwendet werden, um diese Übertragungsfunktion für die zu filternden Signale zu realisieren.

Der Emitterfolgertransistor 37 hat vorzugsweise eine hohe Eingangsimpedanz von der Klemme b des Dreipolfilters 32 her und eine niedrige Ausgangsimpedanz zur Klemme c, so daß er die normal erwartete Übertragungsfunktion des Dreipolfilters 32 nicht stört. Der Transistor 37 hat vorzugsweise eine Spannungsverstärkung von im wesentlichen gleich 1, obwohl auch andere Spannungsverstärkungen möglich sind. Jedoch ist die übertragungsfunktion, die dem über den Widerstand 31, den Anschluß A und den Transistor 25 geleiteten Signalstrom aufgegeben wird, identisch mit der Übertragungsfunktion des Filters, wenn an den Widerstand 31 und an den Filteranschluß c gleiche Signalspannungen gelegt werden. Gegenseitige Unterschiede in den Beträgen dieser Signalspannungen führen dazu, daß der über den Verbindungspunkt A geleitete Strom eine Übertragungsfunktion widerspiegelt, die von der normal erwarteten Übertragungsfunktion des Filters abweicht. Ferner wird eine übermäßig hohe Spannungsverstärkung des Transistors 37 die Neigung der Filterschaltung 30 zum Schwingen erhöhen. Der Widerstand 38 dient zur Reduzierung der Wahrscheinlichkeit des Schwingens der Schaltung, indem er die Einflüsse parasitärer Kapazitäten am Basiseingang des Transistors 37 unterdrückt.

Die Signalverstärkung der aus dem Transistor 25 bestehen- den Verstärkerstufe ist eine Funktion der vom Lastwiderstand 26 dargestellten Impedanz und er Impedanz, welche die Filterschaltung 30 für den Emitter des Transistors 35 hat. Die Erfordernisse der Verstärkerstufe hinsichtlich der Verstärkung und der Vorspannung hängen auch von den Werten der Abschlußwiderstände 31 und 32 des Filters ab.

Bei einigen anderen Typen von Filtern kann die Verwendung zweier Filterabschlußwiderstände entbehrlich sein. Beispielsweise kann in manchen Fällen ein dem Widerstand 31 entsprechender Widerstand fortgelassen werden. Bei solchen Filtern würden Signalspannungen gleichen Betrags direkt an die Filteranschlüsse a und c gelegt werden.

Die Filterschaltung 40 bringt die Filterung hoher Ordnung, wie sie für die demodulierten I-Signale gefordert wird, die vom Verstärkertransistor 15 im Signalweg des I-Demodulators 14 verstärkt werden. Die Filterschaltung 40 enthält ein Tiefpaßfilter siebter Ordnung, welches durch das Dreipolfilter 42 dargestellt ist. Dieses Filter hat einen derartigen Frequenzgang der Amplitude (Übertragungsfunktion), daß sich ein Durchlaßbereich von 0 MHz bis 1,5 MHz an den -3db-Punkten ergibt. Das Filter 42 hat drei Klemmen (a, b, c), von denen zwei Signalanschlüsse (a, b) sind. Das Dreipolfilter 42 kann in verkapselter Form vorliegen und besteht aus einer Vielzahl von Induktivitäten und Kapazitäten, die so angeordnet sind, wie es weiter unten in Verbindung mit dem Dreipolfilter 52 der Fig. 2 gezeigt wird. Das Tiefpaß-Dreipolfilter 42 hat einen -3db-Punkt bei 1,5 MHz, einen -30db- Punkt bei ungefähr 3,58 MHz und eine höhere Dämpfung als 30db bei 7,2 MHz und darüber, um Harmonische der 3,58-MHz- Hilfsträgerfrequenz wesentlich zu dämpfen. Es hat ferner bei Frequenzen bis 1,5 MHz eine relativ konstante Laufzeit von etwa 390 Nanosekunden. Zwei Widerstände 41 und 43 schließen das Filter 42 ab, und ein Widerstand 49 bestimmt den Emittervorstrom eines Emitterfolgertransistors 47, der in der gleichen Weise wie der Transistor 37 in der Filterschaltung 30 arbeitet. Ein Widerstand 48 dient dazu, die Schwingungsgefahr der Schaltung zu vermindern.

Die Filterschaltung 40 arbeitet für den Signalweg des Demodulators 14 in der gleichen Weise, wie die weiter oben beschriebene Filterschaltung 30 für den Demodulator 18 arbeitet. Auch die Filterschaltung 40 erfordert vorteilhafterweise nur eine einzige Verbindung mit dem Signalverarbeitungsweg, und zwar über den Zwischenanschluß B. Die Filterschaltung 40 unterscheidet sich von der Filterschaltung 30 darin, daß es ein Dreipolfilter 42 höherer Ordnung enthält.

Eine breitbandige (den Frequenzbereich von 0 bis 1,5 MHz deckende) Verarbeitung der I-Farbartkomponente ist besonders vorteilhaft in Systemen zur Verarbeitung von Farbfernsehsignalen mit hoher Auflösung wie z. B. in Farbfernsehempfängern, die mit Kammfilterung arbeiten, um die Leuchtdichte- und Farbkomponenten vor der Verarbeitung der Leuchtdichte- und Farbinformation aus dem zusammengesetzten Farbfernsehsignal zu extrahieren. Bei breitbandiger I-Demodulation kann der verfügbare Farbinformationsgehalt des Fernsehsignals voll ausgenutzt werden, so daß sich eine bessere Farbbildauflösung ergibt. Die durch breitbandige Verarbeitung des I-Signals erhöhte subjektive Farbschärfe bedeutet eine wesentliche Verbesserung gegenüber schmalbandiger (den Bereich von 0 bis 0,5 MHz deckender) Verarbeitung des I-Signals, die häufig als akzeptable, weniger komplexe Alternative angewandt wird. Gewisse Schwierigkeiten, die damit zusammenhängen, daß man bei breitbandiger Farbdemodulation Filter hoher Ordnung benötigt, werden durch Verwendung erfindungsgemäßer Filteranordnungen reduziert, da solche Anordnungen nur eine Verbindung mit dem Signalverarbeitungsweg benötigen, unabhängig von der Ordnung der geforderten Filterung. Dies führt zu einem wesentlichen Vorteil, wenn die Demodulationsschaltungen als integrierte Schaltungen mit einer nur begrenzten Anzahl verfügbarer äußerer Anschlüsse ausgeführt sind.

Die Fig. 2 zeigt ein anderes Nachbildungsnetzwerk in Form einer Filterschaltung 50, das ein Tiefpaß-Dreipolfilter 52 siebter Ordnung als dreipolige (a, b, c) Schaltung mit zwei Signalanschlüssen (a, b) aus Induktivitäten L&sub1; bis L&sub4; und Kondensatoren C&sub1; bis C&sub3; enthält. Widerstände 51 und 53 dienen als Filterabschlußimpedanzen.

Die Filterschaltung 50 ist über einen Zwischenanschluß T&sub3; mit dem niederohmigen Emitter eines Signalverstärkertransistors 65 gekoppelt, der im Signalweg einer Signalverarbeitungsschaltung 60 enthalten ist. Vom Transistor 65 verstärkte Signale entstehen an einem Kollektorlastwiderstand 66 und gelangen zu einem als Emitterfolger geschalteten Koppeltransistor 67. Die zu verarbeitenden Eingangssignale werden von einer Quelle 60 einem Eingangsanschluß T&sub1; der Signalverarbeitungsschaltung 60 angelegt, und über einen Ausgangsanschluß T&sub2; werden Ausgangssignale der Signalverarbeitungsschaltung 60 auf Nutzschaltungen 62 gekoppelt.

Innerhalb der Filterschaltung 50 koppelt ein Transistor 55, der als Emitterfolger geschaltet ist und eine Spannungsverstärkung von etwa 1 hat, mit niedriger Impedanz eine Signalspannung vom Emitter des Signaltransistors 65 und vom Anschluß T&sub3; auf den Anschluß a (Eingangstor) des Dreipolfilters 52. Dessen Anschluß b (Ausgangstor) liefert eine Signalspannung entsprechend dem Frequenzgang der Amplitude (Übertragungsfunktion) des Dreipolfilters 52. Diese Spannung wird auf den Basiseingang eines Stromquellentransistors 57 gegeben, der als Spannungs/Strom-Umwandler dient und infolge der angelegten Basisspannung einen Kollektorstrom liefert, der die Übertragungsfunktion des Dreipolfilters 52 widerspiegelt. Im einzelnen entspricht der Kollektorstrom des Transistors 52 dem Produkt der Eingangssignalspannung am Emitter des Transistors 65 und der Übertragungsfunktion des Filters 52. Der Kollektorstrom des Stromquellentransistors 57 bestimmt die Emitter- und Kollektorströme des Verstärkertransistors 65, so daß die am Lastwiderstand 66 entwickelte Signalspannung die Übertragungsfunktion des Filters 52 zeigt.

Die hohe Eingangsimpedanz des Emitterfolgertransistors 55 entkoppelt den Emitter des Verstärkertransistors 65 im wesentlichen von der Impedanz des Dreipolfilters 52. Somit wird verhindert, daß der Emitter des Transistors 65 einen von der Impedanz des Dreipolfilters 52 abhängigen Strom leitet. Dies stellt sicher, daß der über den Transistor 57, den Anschluß T&sub3; und den Transistor 65 geleitete Strom die Tiefpaß-Übertragungsfunktion des Dreipolfilters 52 zeigt, im wesentlichen unter Ausschluß von Signalkomponenten, die ansonsten einen Strom mit einer anderen Übertragungsfunktion als derjenigen des Dreipolfilters 52 zur Folge hätten.

Die Signalverstärkung des mit dem Transistor 65 gebildeten Verstärkers ist bestimmt durch das Verhältnis des Wertes der Kollektorlastimpedanz 66 zum Wert der durch die Filterschaltung 50 gebildeten Emitterimpedanz. Die Impedanz der Filterschaltung 50 ist für Signalfrequenzen innerhalb des Durchlaßbereichs des Dreipolfilters 52 niedriger. Somit verstärkt der Transistor 65 die innerhalb des Durchlaßbandes des Dreipolfilters 52 liegenden Signalfrequenzen mehr als die außerhalb dieses Bandes liegenden Signalfrequenzen, für welche die Filterschaltung 50 eine höhere Impedanz am Emitter des Transistors 65 darstellt.

Der Wert eines Vorspannungswiderstandes 58 bestimmt den Pegel des vom Stromquellentransistor 57 geleiteten Vorstroms. Der Transistor 57 sollte vorzugsweise am Ausgang eine niedrige parasitäre Kapazität aufweisen.

Die Fig. 3 zeigt eine wiederum andere Filteranordnung, in welcher ein Nachbildungsnetzwerk oder eine Filterschaltung 70 über einen Zwischenanschluß T&min;&sub3; direkt mit dem Kollektorausgang des Verstärkertransistors 65&min; gekoppelt ist und nicht mit dem Emitter dieses Transistors wie im Falle der Fig. 2. Die Filterschaltung 70 enthält ein Tiefpaß-Dreipolfilter 72 siebter Ordnung des in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen Typs. Widerstände 71 und 73 dienen als Abschlußimpedanzen für das Dreipolfilter 72.

Der Kollektorausgang des Verstärkertransistors 65&min; ist über den Zwischenanschluß T&min;&sub3; mit der Filterschaltung 70 gekoppelt, und zwar am niederohmigen Emitter eines Transistors 75, dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Verstärkertransistors 65' und mit dem Widerstand 71 liegt. Eine Signalspannung, die am Widerstand 71 aufgrund des an die Basis des Transistors 65' gelegten Eingangssignals (d. h. aufgrund des Kollektorstroms des Transistors 65&min;) entsteht, wird vom Filter 72 übertragen, um an den Filteranschluß b eine Signalspannung zu erzeugen, welche die Übertragungsfunktion des Filters widergibt. Diese Spannung wird wechselstrommäßig über einen Kondensator 76 auf den Basiseingang des Transistors 75 gekoppelt, der für seine Basisspannung als Spannungsfolger mit einer Spannungsverstärkung von im wesentlichen 1 wirkt. Die Kollektorspannung des Verstärkertransistors 65&min; entspricht der Emitterspannung des Transistors 75, die im wesentlichen gleich der vom Ausgang des Dreipolfilters 72 abgeleiteten Basisspannung dieses Transistors ist. Somit zeigt die Kollektorausgangsspannung des Verstärkertransistors 65&min; die Übertragungsfunktion des Dreipolfilters 72. Ein zusätzlich vorgesehener Vorspannungswiderstand 78 sollte beträchtlich größer sein als der Abschlußwiderstand 73, um keine übermäßig große Last für das Filter 72 darzustellen.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform stellt die Filterschaltung 70 am Anschluß T&min;&sub3; künstlich eine Impedanz her, welche die Übertragungsfunktion des Dreipolfilters 72 hat. Die Emitterspannung des Transistors 75 und damit die Kollektorspannung des Transistors 65&min; entspricht dem Produkt des vom Transistor 65&min; geleiteten Signalstroms und der Übertragungsfunktion des Dreipolfilters 72. Der Kollektorsignalstrom des Verstärkertransistors 65&min; steht in direkter Beziehung zum Basiseingangssignal des Transistors 65&min; während die Signalspannung am Kollektor des Transistors 65&min; die Übertragungsfunktion des Dreipolfilters 72 zeigt. In dieser Hinsicht bildet der Transistor 75 einen Strom/Spannungs- Umwandler, der aus dem vom Transistor 65&min; geleiteten Signalstrom eine Spannung gemäß der Übertragungsfunktion des Filters entwickelt.

Die niedrige Emitterausgangsimpedanz des Transistors 75 verhindert im wesentlichen, daß am Kollektor des Verstärkertransistors 65&min; Signalspannungen als direkte Reaktion auf den Kollektorsignalstrom 65&min; entstehen. Somit empfängt der Kollektor des Transistors 65&min; als Signalspannung nur die am Emitter des Transistors 75 erzeugte Signalspannung, welche die Übertragungsfunktion des Dreipolfilters 72 widergibt. Dies stellt sicher, daß die Spannung am Emitter des Transistors 75 und am Kollektor des Transistors 65&min; die Tiefpaßcharakteristik des Dreipolfilters 72 hat, im wesentlichen unter Ausschluß von Signalkomponenten, die ansonsten eine Spannung mit einer anderen Übertragungsfunktion als derjenigen des Dreipolfilters 72 zur Folge hätten.

Die Signalverstärkung des mit dem Transistor 65&min; gebildeten Verstärkers ist durch das Verhältnis des Wertes der durch die Filterschaltung 70 gebildeten Kollektorlastimpedanz zum Wert des Emitterwiderstandes 66&min; bestimmt. Die Impedanz der Filterschaltung 70 ist für Frequenzen innerhalb des Durchlaßbandes des Dreipolfilters 72 höher. Somit werden innerhalb des Durchlaßbandes des Dreipolfilters 72 liegende Signalfrequenzen mehr verstärkt als außerhalb dieses Bandes liegende Frequenzen, für welche die Filterschaltung 70 eine kleinere Impedanz am Kollektor des Transistors 65&min; darstellt. So vermindert sich beispielsweise für einen gegebenen Wert des vom Transistor 65&min; geleiteten Signalstroms die Ausgangsspannung an dem Anschluß b des Dreipolfilters 72, wenn die Signalfrequenz über dessen Durchlaßbereich hinaus ansteigt. Dies führt zu einer entsprechenden Verminderung in den Basis- und Emitterspannungen des Transistors 75. Dem Kollektor des Transistors 65&min; wird dann eine entsprechend verringerte Impedanz dargeboten, da diese Kollektorimpedanz eine Funktion des Verhältnisses der (reduzierten) Kollektorsignalspannung zum Kollektorsignalstrom ist.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit Tiefpaßfiltern höherer Ordnung erläutert, die lediglich als Ausführungsbeispiele zu verstehen sind. Das Prinzip der Erfindung ist genausogut auf Hochpaßfilter und auf Bandfilter anwendbar.


Anspruch[de]
  1. 1. Signalverarbeitungsschaltung mit einem aktiven Bauelement, in dessen Hauptstromkreis eine Filterschaltung eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung (30; 40; 50; 70) ein mit mindestens einem Verstärkerelement (37; 47; 57; 75) zusammengeschaltetes Dreipolfilter (32; 42; 52; 72) mit drei Anschlüssen enthält, von denen ein erster und ein zweiter Anschluß (b, c,; b, a) mit der Steuerelektrode bzw. einer der Hauptelektroden des Verstärkerelementes gekoppelt sind und einer dieser Koppelpunkte den einzigen Verbindungspunkt (A; B; T&sub3;;T&sub3;&min;) mit dem aktiven Bauelement (25; 15; 65; 65&min;) der Signalverarbeitungsschaltung bildet, während der dritte Filteranschluß (a; c) mit einem Bezugspotential (Masse) gekoppelt ist.
  2. 2. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkerelement (37) Teil einer Koppelschaltung (37, 38, 39) zwischen dem Dreipolfilter (32) und dem Verbindungspunkt (A) ist, die an letzterem eine von der Übertragungsfunktion des Dreipolfilters (32) abhängige Impedanz erzeugt.
  3. 3) Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Filteranschluß (b) über den Verbindungspunkt (A) mit dem Signalweg der Signalverarbeitungsschaltung verbunden ist, und daß dem zweiten Filteranschluß (c) über die das Verstärkerelement (37) enthaltende Koppelschaltung (37, 38, 39) vom Signalweg abgeleitete Signale zugeführt werden.
  4. 4. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkerelement ein aktives Bauelement (37) aufweist, das mit einem hochohmigen Eingangsanschluß (Basis) über den Verbindungspunkt (A) mit dem Signalweg sowie mit dem ersten Filteranschluß (b) verbunden ist und das mit einem niederohmigen Ausgangsanschluß (Emitter) mit dem dritten Filteranschluß (c) verbunden ist.
  5. 5. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt (A) mit einem niederohmigen Punkt (Emitter des Transistors 25) des Signalweges verbunden ist.
  6. 6. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher der Signalweg als aktives Bauelement ein Verstärkerelement (Transistor 25) enthält, dessen Steuerelektrode (Basis) zu filternde Signale zugeführt werden und dessen eine Hauptelektrode (Kollektor) mit einer Ausgangsimpedanz (26) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

    daß die andere, niederohmige Hauptelektrode (Emitter) des Verstärkerelementes (25) mit der Eingangselektrode (Basis) des Filterverstärkerelementes (37) verbunden ist.
  7. 7. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

    daß der erste Anschluß (a) des Dreipolfilters (52) einen ersten Signalanschluß und der zweite Anschluß (b) des Dreipolfilters einen zweiten Signalanschluß bildet, zwischen denen die Übertragungsfunktion besteht, und

    daß der dritte Anschluß (c) des Dreipolfilters zwischen seinem ersten und zweiten Anschluß liegt,

    daß die Koppelschaltung eine Pufferstufe (55) enthält, durch die vom Signalweg der Signalverarbeitungsschaltung abgeleitete Signale dem ersten Signalanschluß des Dreipolfilters zugeführt werden,

    und

    daß die Steuerelektrode des Verstärkerelementes (57) der Filterschaltung (50) mit dem zweiten Signalanschluß gekoppelt ist und von seiner Ausgangs-Hauptelektrode dem Verbindungspunkt (T&sub3;) ein Strom zugeführt wird, dessen Verlauf durch die Übertragungsfunktion des Filters bestimmt ist.
  8. 8. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Pufferstufe ein aktives Element (Transistor 55) enthält, das mit einem hochohmigen Eingangsanschluß (Basis) über den Verbindungspunkt (T&sub3;) mit dem Signalweg verbunden ist und mit einem niederohmigen Ausgangsanschluß (Emitter) an dem ersten Signalanschluß des Dreipolfilters angeschlossen ist, und daß das Verstärkerelement (57) der Filterschaltung (50) als Spannungs/Strom- Wandler geschaltet ist.
  9. 9. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 8, deren Signalweg ein Verstärkerelement (Transistor 65) enthält, dessen Steuerelektrode (Basis) zu filternde Signale zugeführt werden und von dessen seine Hauptstromstrecke begrenzenden Hauptelektroden eine (Emitter) als niederohmige Elektrode geschaltet ist und die andere mit einer Ausgangsimpedanz (66) verbunden ist,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß der Eingangsanschluß (Basis) des aktiven Elementes (55) der Pufferstufe über den Verbindungspunkt (T&sub3;) mit der niederohmigen Elektrode (Emitter) des Verstärkerelementes (65) der Signalverarbeitungsschaltung verbunden ist, dessen Hauptstromstrecke der von dem als Spannungs/Strom-Wandler geschalteten Verstärkerelement (57) abgegebene Strom über den Verbindungspunkt (T&sub3;) zugeführt wird.
  10. 10. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

    daß der erste Anschluß (a) des Dreipolfilters (72) einen ersten Signalanschluß und sein zweiter Anschluß (b) einen zweiten Signalanschluß bildet, zwischen denen die Übertragungsfunktion des Dreipolfilters besteht, und

    daß sein mit dem Bezugspotential verbundener dritter Anschluß (c) zwischen den ersten und den zweiten Anschluß des Dreipolfilters (72) geschaltet ist, und

    daß die Koppelschaltung einerseits über den Verbindungspunkt (T&sub3;&min;) mit dem Signalweg der Signalverarbeitungsschaltung und andererseits mit dem ersten Signalanschluß verbunden ist, um letzterem eine von den zu filternden Signalen abhängige Spannung zuzuführen, wobei die Koppelschaltung aufgrund ihr vom zweiten Signalanschluß zugeführter Signale an dem Verbindungspunkt (T&sub3;&min;) eine Signalspannung erzeugt, deren Verlauf durch die Übertragungsfunktion des Filters bestimmt ist.
  11. 11. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

    daß das in der Koppelschaltung enthaltene Verstärkerelement (Transistor 75) der Filterschaltung (70) eine über den Verbindungspunkt (T&sub3;&min;) mit dem Signalweg verbundene, niederohmige erste Hauptelektrode (Emitter) sowie eine mit dem ersten Signalanschluß (a) des Filters und mit einer Impedanz (71) verbundene zweite Hauptelektrode (Kollektor) aufweist, zwischen der und der ersten Hauptelektrode die Hauptstromstrecke dieses Transistors liegt, und

    daß seine Steuerelektrode (Basis) mit dem zweiten Signalanschluß (b) des Dreipolfilters verbunden ist und der Transistor unter Steuerung durch von dort zugeführte Signale an seiner niederohmigen ersten Hauptelektrode eine Signalspannung erzeugt, deren Verlauf durch die Übertragungsfunktion des Filters bestimmt ist.
  12. 12. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

    daß der erste Anschluß (b) und der zweite Anschluß (a) des Dreipolfilters (32) je einen Signalanschluß bilden und sein dritter Anschluß (c) zwischen den ersten und den zweiten Anschluß geschaltet ist, zwischen denen auch die Übertragungsfunktion des Filters besteht, und

    daß die Koppelschaltung folgendes enthält:

    einen ersten Kopplungsweg (25, A, 31), durch den dem ersten Anschluß (b) des Dreipolfilters elektrische Signale vom Signalweg der Signalverarbeitungsschaltung zugeführt werden,

    einen zweiten Kopplungsweg (33), durch den der zweite Anschluß (a) des Dreipolfilters mit einem Bezugspotential verbunden ist,

    und einen dritten Kopplungsweg (A, 37, 38), durch den dem dritten Anschluß (c) des Dreipolfilters elektrische Signale vom Signalweg zugeführt werden.
  13. 13. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

    daß der erste Kopplungsweg (25, A, 31) und der dritte Kopplungsweg (37, 38) jeweils getrennte Signalquellen (25, 37) enthalten, durch die dem ersten und dem dritten Anschluß des Dreipolfilters getrennte Signale zugeführt werden.
  14. 14. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

    daß der erste Kopplungsweg (25, A, 31) einen Widerstand (31) enthält, über den dem ersten Anschluß (b) des Dreipolfilters elektrische Signale vom Signalweg zugeführt werden, und daß die dem Widerstand (31) und dem dritten Anschluß (c) des Dreipolfilters zugeführten elektrischen Signale praktisch gleiche Amplitude und Phasenlage haben.
  15. 15. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, deren Signalweg einen Verstärker (Transistor 65) mit einem Eingang (Basis), einem niederohmigen Anschluß (Emitter) und einem Ausgang (Kollektor), der mit einer Lastimpedanz (66) verbunden ist und mit einem niederohmigen Anschluß eine Hauptstromstrecke des Verstärkerelementes definiert, enthält, dadurch gekennzeichnet,

    daß der Verbindungspunkt (T&sub3;) mit dem niederohmigen Anschluß des Verstärkers verbunden ist und daß das Teil einer Koppelschaltung bildende Verstärkerelement (57) der Filterschaltung (50) eine Steuerelektrode (Basis) und zwei Hauptelektroden (Emitter bzw. Kollektor) aufweist, die eine Hauptstromstrecke definieren, welche über den Verbindungspunkt (T&sub3;) mit der Hauptstromstrecke des Verstärkers (65) verbunden ist, und

    daß die Koppelschaltung ferner eine Pufferstufe (55) aufweist, durch die dem ersten Signalanschluß (a) des Dreipolfilters über den Verbindungspunkt (T&sub3;) Signale von dem niederohmigen Anschluß des Verstärkers (65) zugeführt werden,

    und

    daß der Steuerelektrode des Verstärkerelementes (57) der Koppelschaltung vom zweiten Signalanschluß (b) des Dreipolfilters Signale zugeführt werden, deren Verlauf durch die Übertragungsfunktion des Dreipolfilters bestimmt ist, derart,

    daß der Verlauf des dem Verstärker (65) über den Verbindungspunkt (T&sub3;) von dem Verstärkerelement (57) zugeführten Signalstroms ebenfalls durch diese Übertragungsfunktion des Filters bestimmt ist.
  16. 16. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, deren Signalweg einen Verstärker (Transistor 65&min;) mit einem Eingang (Basis), einem niederohmigen Anschluß (Emitter), der mit einem Betriebspotential verbunden ist, und einem Ausgang (Kollektor), der mit dem niederohmigen Anschluß eine Hauptstromstrecke des Verstärkers definiert, enthält, dadurch gekennzeichnet,

    daß der Verbindungspunkt (T&sub3;&min;) mit dem niederohmigen Anschluß des Verstärkers (Transistor 65&min;) verbunden ist,

    und

    daß das einen Teil einer Koppelschaltung bildende Verstärkerelement (Transistor 75) mit einer niederohmigen Hauptelektrode (Emitter) über den Verbindungspunkt (T&sub3;&min;) mit der Hauptstromstrecke des Verstärkers (65&min;) verbunden ist und mit einer Ausgangselektrode (Kollektor), welche zusammen mit der niedrohmigen Hauptelektrode eine Hauptstomstrecke dieses Verstärkerelementes definiert, mit einem Widerstand (71) und mit dem ersten Signalanschluß (a) des Filters verbunden ist,

    und

    daß die Koppelschaltung ferner ein Schaltungselement (76) enthält, durch das der Steuerelektrode ihres Verstärkerelementes (Transistor 75) vom zweiten Signalanschluß (b) des Dreipolfilters Signale zugeführt werden, deren Verlauf durch die Übertragungsfunktion dieses Filters bestimmt ist, derart, daß dieses Verstärkerelement an seiner niederohmigen Ausgangselektrode und damit an dem Verbindungspunkt eine Signalspannung erzeugt, deren Verlauf ebenfalls durch die Übertragungsfunktion des Dreipolfilters bestimmt ist.






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