Формирователь управляющего напряжения Советский патент 1987 года по МПК H03G3/20 

И:(()бретение относится к приборостроению и может быть использовано в элект тонных схемах общего назначения и в устройствах ре1Л лирования, в частности в схемах сужения или расн1ирения динамического диапазона громкости в усилителях.

Це. 1ью изобретения является уменьн1емие нелинейных искажений, а также упрощение устройства.

На фиг. I представлена структурная алект- рнческая схема формирователя управляющего напряжения при вк;1ючении его в компрессоре шумонодавителя; на фиг. 2 - то же, при вк.чючении его в экспандере шумо- подавителя; па фиг. Лпринципиальная (лектрическая схема управляемого де- ,1ителя нанряжения и элемента сравнения, ис11о.1ьзук)ни1хся в (})ормировате,1е унравляю- щего иап 1яже11ия.

Фо)мироватсмь нравляюиито напряжения содержит входно11 ам11литуднь |й .четек- тор 1, первый 2, второй 3 и третий 4 комна- рагоры, источник 5 напряжения, управляемую UMib () разряда, элемент 7 сравнения, источник 8 напряжения, управ;1яемый дели- ге.п, Ч напряжения, элемент 10 |)азвя.зки, первый 1 I п второй 12 кондепсаторы, пень 13 |)азряда, управляемую цепь 14 заряда, вход 1 Г) д.пя п()дк.1ючения допо.чннтельногс; источника напряжения.

Кроме того, на фиг. 1 и 2 обозначены операционный усилитель, резистор 17, сумматор 18, основной 19 и дополнительный 20 фильтры вер.хних частот и фильтр 21 нижних частот. Управляющий делитель напряжения и элемент сравнения ((()иг. 3) содержат пе1)вый 22 и BTOpoii 2: резисторы и транзистор 24.

Формпрователь управляющего нанряжения работает следуюн1им образом.

(д1гпал ностунает на вход входного амп- .штудного детектора 1 и после выпрямления на входы первого 2, второго 3 и третьего 4 компараторов. При уровне сигна- .la, превышающем порог срабатывания вто- poi o компаратора 3, нос,1едний изменяет свое состояние, вк, 1ючая управляемую пень 6 разряда, образованпую напри.мер, последовательно соеднненными ключом и резистором, ()| раничивающи 1 ток разряда ( не показаны). При этом первый конденсатор 11, заряженный в исходном состоянии (при отсутствии сигнала) до нанряжения источника 8 напряжения, ра.зряжается через угфавляе- мую цепь 6 разряда. При этом папряже- ние на выходе формирователя управляющего напряжения снижается.

П()и снижении уровня сигнала ниже порога срабатывания второго компаратора 3 последний возвран1.ается в исходное состояние,унравляемая цепь 6 разряда отключается, и первый конденсатор 1 1 заряжается через управляемый делитель 9 папряже- ния, образованный, например, последовательно соединенными резистором и ключом, параллельно которому включен другой резистор (не показан). Порог срабатывания первого компаратора 2 выбран равны.м либо не- сколько ниже порога срабатывания второго компаратора 3, что обуславливает изменение состояния первого компаратора 2 на противоположное, если на выходе амплитудного детектора 1 достигнет порога срабатывания BTOpoi o компаратора 3.

0При срабатывании первого компаратора 2

напряжение на выходе источника 5 нарастающего напряження и соответственно на втором входе элемента 7 сравнения становится равным нулю. При этом, если напря, жение на первом конденсаторе II и соответственно на первом входе элемента 7 сравнения больиге чем на втором входе, то э.чемент 7 сравнения устанавливается в состояние, при котором сопротивление управляемого делителя 9 напряжения увеличи0 вается. При уменьшении уровня сигнала на выходе входного амплитудного детектора 1 ниже порога срабатывания компараторов 2 и ,3 первый компаратор 2 возврап|ается в исходное состояние, вследствие чего напряжение на выходе источника 5 нарастаю5

0

0

щего папряжеиия и соответственно на втором входе э.1емента 7 сравнения начинает расти с заданной постоянной времени. При этом нанряжение на первом конденсаторе 11 и соответственно на первом входе элемента 7 с|)авнения растет с большой постоянной времени, поскольку сонротив.ение управляемо- 14) делителя 9 напряжения в этот момент велико и может составлять дееятки мегом. Когда нарастающее на второ.м входе элемента 7 сравнения напряжение сравняется с напряжением на первом входе, состояние элемента 7 сравнения изменится на нротиво- ноложное, вследствие чего сопротивление управляемого делителя 9 напряжения уменьшается, уменьшая тем самым постоянную времени заряда первого конденсатора И.

0 Таким образом, процесс восстановления (заряда нервого конденсатора 1 1) после снижения уровня сигнала ниже норога срабатывания компараторов 2 и 3 содержит два участка: первый с больн ой ггостоянной времени и второй с малой постоянной вре5 мени. Длительность первого участка определяется временем нарастания нанряжения на втором входе элемента 7 сравнения до значения нанряжепия на ее нервом входе и, следовательно, тем меньше, чем меныне напряжение на первом входе. Элемент 7 сравнения может быть выполнен, напри.мер, на основе операционного усилителя.

Порог срабатывания третьего компаратора 4 выбран BbiHie норога срабатывания второго компаратора 3. При увеличении уровня

5 сигнала на выходе входного амплитудного детектора 1 выше порога срабатывания третьего компаратора 4 последний изменяет CBf)e состояние, включая управляемую цепь

14 заряда, образованную например, последовательно соединенными ключом н резистором, ограничивающим ток заряда (не показаны). При этом второй конденсатор 12, разряженный в исходном состоянии (при уровне сигнала на входе третьего компаратора 4 ниже порога его срабатывания) заряжается через управляемую цепь 14 заряда. Емкость второго конденсатора 12 выбрана много меньше емкости первого конденсатора 11, и, соответственно, постоянная времени заряда второго конденсатора 11 выбрана много меньше постоянной времени разряда первого конденсатора 12.

При уменьшении напряжения на входе третьего компаратора 4 ниже порога его срабатывания управляемая цепь 14 заряда отключается и второй конденсатор 12 разряжается через цепь 13 разряда, выполненную например, в виде резистора, включенного параллельно второму конденсатору 12. Поскольку постоянная времени заряда второго конденсатора 12 много меньше постоянной времени разряда первого конденсатора 11, то заряд второго конденсатора 12 опережает во времени разряд первого конденсатора 11, вследствие чего сигналы малой длительности (менее 1 мкс) не оказывают практического влияния иа разряд первого конденсатора 11. Соответственно длительность переходных процессов установления и восстановления при воздействии на вход системы кратковременных сигналов мала и определяется временами разряда и заряда лишь второго конденсатора 12.

Аналогично длительность переходных процессов мала при кратковременном увеличении сигнала относительно медленно изменяющегося текушего значения. Для полного исключения влияния управляемой цепи 14 заряда на первый конденсатор 1 1 включается элемент 10 развязки, например согласую ший усилитель постоянного тока, имеющий болыиое входное и малое выходное сопротивление и коэффициент передачи по напряжению равный единице.

Таким образом, кратковременное увеличение уровня сигнала на небольшую величину, а также импульсные помехи малого уровня не влияют на изменение коэффициента передачи формирователя управляющего напряжения и, следовательно, нелинейные искажения невелики.

Рассмотрим работу компрессора и экспандера с предложенной формой систем управляющего напряжения.

В отсутствии сигнала на входе компрессора и, соответственно, на входе экспандера амплитудно-частотная характеристика компрессора имеет подъем, а амплитудно- частотная характеристика экспандера - обратный ему спад в области средних и верхних частот, в результате среднечастотные и высокочастотные шумы канала передачи.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

включенного между выходом компрессора и входом экспандера, проходя через экспандер, ослабляются. Максимальное ослабление шумов опреде. тетсн исходной полосой пропхч кання OCHOIHKUO фильтра 19 верхних частот, которая усга- навливается подачей напряжения с источника 8 напряжения через управ.1яемЬ|й до- .читель 9 напряжения и цепь 13 разряда на управляюп1ие входы основного 19 и ,тните. 1ьного 20 фильтров верхних частот.

При поступлении на вход компрессора сигнала с среднечастотными составляющими, уровень которых превышает порог срабатывания второго компаратора 3, и высокочастотными составляюшими с уровнем ниже указанного порога BTopoii компаратор 3 срабатмиасг м включает упраи.1яемук) цоШ) Н разряда, через которую iijionoxtbUiT pa (ряд первого К()пденсат()ра 1 1 и соответствен но снижается напряжение на управляющих входах основного 19 и Л()1().111ител1)П()Г(1 20 фильтров liepxHHx частот. Частота среза последних при этом пг)В1 11иается. что вает спижение К(1 :)ффи1и1еита передачи компрессора па средних частотах, оставляя его иеичмеииым па иыеоких часго сах и обеспечивая тем самым максима.ьпую не.И1чип ежа ИИ на высоких частотах.

В -.)Кс панлере иысокочастогшле состаи- ляк)пи1е ос.1ап.)гся имеете с (.(1сга(лян)щи- ми шума кана.ча передачи, при в области верхних частот (нмаблеиие максимально, что :1квина. 1е11тио максима,1ьной величине сжатия в компрессоре, ( опротивление управляемой цепи (т разряда и емкость первого конденсатора 1 1 О11реде.1як,т время установления системы, при повьипепии уровня сигпа.ча па входе. С увеличением уровня среднечасготных и высокочастотных составляющих еигпа.ча выше порога срабатьп а1П1я BTopoio компаратора 3 частота среза основного 19 и дополните.мьпого 20 фи.чьтров Bepxinix частот перестраипается выше г апич- ной частоты рабочего диапазона, i случае амм.литудно-частотная характеристика компрессора определяется амплитудио-час- TOTHoii характеристикой фи. 11)Тра 21 пиж- них частот, при этом коэффициент передачи компрессора в об.части верхних частот становится мепыпе единиц, так что высокочастотные состав.чяющие сигнала, проходя через компрессор, ос.табляются и не перегружают ка)1ал передачи, в частности ма1 иит- пую ленту.

При прохождении указанных составляющих через экспандер они усиливаются до исходного уровня, соответствующего уровню на входе компрессора. При этом усиливаются и составляющие щума кана.ча передачи, однако благодаря психоакустичес кому эффекту макси)овкп )мкими звуками тихих эти составляюшие шума не проел уи1 ива ются.

Порог срабатывания третьего компаратора 4 выбран несколько выше порога срабатывания второго компаратора 3 (в практическом устройстве на 3 дБ), так что при увеличении уровня сигнала выше порога срабатывания второго компаратора 3 на небольшую величину (менее 3 дБ) время установления устройства определяется временем разряда первого конденсатора 11 через управляемую цепь 6 разряда и имеет максимальную величину.

При увеличении сигнала выше порога срабатывания третьего компаратора 4 последний изменяет свое состояние, включая управляемую цепь 14 заряда второго конденсатора 12. Время установления устройства в атом случае определяется временем заряда второго конденсатора 12 через управ- ляе.мую цепь 14 заряда и много меньше BjieMCHH перезаряда первого конденсатора 11

После быстрого уменьшения уровня полез-- ного сигнала, наступаюшего вслед за его уве- .1ичением, коэффициент передачи системы восстанавливается до прежнего значения спустя вре.мя восстановления, которое опре- де;1яется временем заряда первого конденсатора 1I через управляемый делитель 9 напряжения, сопротивление которого зависит от состояния элемента 7 сравнения. Состояние элемента 7 сравнения определяется соотношением напряжений на ее входах. Поскольку порог срабатывания первого компаратора 2 равен либо ниже порога срабатывания второго компаратора 3, то срабатыванию второго компаратора 3 всегда соответствует срабатывание первого компаратора 2. При этом напряжение на выходе источника 5 нарастаюш,его напряжения и, соответственно, на втором входе элемента 7 сравнения падает до нуля.

Напряжение на первом входе элемента 7 сравнения соответствует необходимому регулирующему воздействию на управляющих входах ocFiOBHoro 19 и дополнительного 20 фильтров верхних частот и обусловливает текун1ее значение их частоты среза, соответствующее уровню и частоте входного сигнала. Причем, чем выше уровень и частота входного сигнала, тем ниже напряжение на первом входе элемента 7 сравнения и, соответственно, на управляющих входах основного 19 и дополнительного 20 фильтров верхних частот, вследствие чего повышается их частота среза.

Напряжение на втором входе элемента 7 сравнения при сигнале, превыщающем порог срабатывания компараторов 2 и 3, всегда ниже напряжения на его первом входе и обусловливает такое состояние элемента 7 сравнения, при котором сопротивление управляемого делителя 9 напряжения максимально. При уменьшении уровня сигнала ниже порога срабатывания компараторов 2 и 3 они возвращаются в исходное состояние. При этом управляемая цепь 6 разряда отклю0

0

5

0

5

0

5

0

5

чается, а напряжение на выходе источника 5 нарастающего напряжения и, соответственно, на втором входе э пемента 7 сравнения начинает увеличиваться с заданной скоростью.

Пока напряжение на втором входе элемента сравнения 7 остается меньше напряжения на его первом входе, сопротивление управляемого делителя 9 напряжения сохраняется максимальным, что обуславливает большую постоянную времени процесса заряда первого конденсатора 11 и, соответственно, процесса восстановления устройства. Когда напряжение на втором входе элемента 7 сравнения достигнет напряжения на его первом входе, элемент 7 сравнения изменит свое состояние на противоположное, вследствие чего сопротивление управляемого делителя 9 напряжения уменьшается, обуславливая малую постоянную времени процесса заряда первого конденсатора 1 1 и, соответственно, процесса восстановления устройства.

Таким образом, процесс восстанавлива- ния содержит два участка. Длительность первого участка процесса восстановления с большой постоянной времени определяется временем, в течение которого напряжение на втором входе элемента 7 сравнения достигает напряжения на его первом входе и тем меньше, чем меньше напряжение на первом входе. В свою очередь, напряжение на первом входе зависит от частоты входного сигнала и тем меньше, чем выше эта частота, откуда следует, что длительность первого участка процесса восстановления уменьшается с повышением частоты входного сигнала.

Поскольку время разряда первого конденсатора 11 велико, то при воздействии на вход системы кратковременного сигнала либо импульсной помехи малой длительности (единицы милисекунд), с уровнем, превышающим порог срабатывания третьего и, соответственно, первого и второго компараторов, напряжение на первом конденсаторе 11 и, соответственно, на первом входе элемента 7 сравнения практически не изменяется. При этом напряжение на втором входе элемента сравнения 7 падает до нуля, обуславливая максимальную величину сопротивления управляемого делителя 9 напряжения, а регулирующее воздействие на управляющих входах основного и дополнительного фильтров верхних частот формируется посредством заряда второго конденсатора 12 через управляемую цепь 14 заряда. После воздействия на вход системы кратковременного сигнала либо импульсной помехи малой длительности с уровнем, превышающим порог срабатывания третьего компаратора 4. Процесс восстановления определяется процессом разряда второго конденсатора 12 через цепь 13 разряда и протекает независимо от состояния управляемого делителя 9 напряжения. Очевидно, что время заряда и раиряда второго конденсатора 12 и, соответственно, время установления и восстановления устройства при воздействии кратковременного сигнала либо импульсной помехи малой длительности тем меньше, чем ниже текущее значение напряжения на первом конденсаторе 11, выполняющем функцию источника опорного нанряжения. Причем, это нанряже- ние тем меньп1е. чем вьпие частота исход- юго сигнала.

Таким образом, с ростом частоты вход- нсм о сигнала снижается время установления и восстановления устройства после кратковременного повып1ения и последую1него уменьн1ения уровня сигнала либо после воздействия наряду с сигналом имнульсной помехи, уровень которой нревьипает уровень сигнала. Счу.ховой аппарат человека не успевает, в течение короткого времени восстановления адантироваться к восприятию незамаскированного полезным сигналом . уровень которого в течение времени восстановления остается болыпим, благодаря чему устраняется эффект модуляции шума, обусловленный воздействием на устройство кратковременного сигнала либо имнульсной помехи большой амплитуды.

Формула изобретения

1. Формирователь управляющего нанряжения. содержащий входной амплитудный детектор, к выходу которого подключены первый и второй компараторы, а также последовательно соединенные источник напряжения, управляемый делитель напряжения и первый копденсатор, к точке соединения управляемого делителя напряжения и

0

первого конденсатора нерв1)1м выводом no.i- ключена уЕтравляемая пень 1азря ui. п|1,чиЛЯЮЩИЙ вход которой 11ОДКЛН)Ч1. 11 к

BTOpoi O комнаратора. (тл11чан)и(чися тем. что

с целью уменьп1ения не. ишейных искаженш. между первым выводом управ.1яем()11 цени разряда и управ. 1яюн1им входом управ.1яе- мого делителя напряжения вк. 1К)чен э.юмент сравнения, к второму входу которого подключен источник нарастающего напряжении, управляющий вход которого подключен к выходу первого компаратора, к точке соединения первого конденсатора и управ.1яемо го де.пителя напряжения подк. 1ючены пос.ю- довательно соединенные элемент развязки.

5 второй конденсатор параллельно которому включена цепь разряда и управляемая цепь заряда, между входом амгк штудного детектора н управляющим входом управляемой цепи заряда включен третий компаратор, при этом выводы управляемых цепей заря0 да и разряда об1 единен1)1 и являются входом для подк.1К)чения допо. пштельного источника нанряжепия, а точка соедипения второго конденсатора и управляемой цепи заряда является выходом формирователя управ5 ляющего панряжения.

2. Формирователь по п. 1. отличающийся тем. что, с це.1ью уг1рон1ения, управ.чяе- мый делитель нанряжения и элемент сравнения выполнены в виде последовательно соединенных резисторов, нара.п. нмьно одно0 му из которых включен промежуток ко. 1лек- тор- эмиттер транзистора, коллектор которого подключен к источнику па11ряже}1ия, а эмиттер и база являются первым и вторым входами элемента сравпения соответственно, при этом нервьп выво.ч первого

5 резистора и второй вывод последнего резистора являются соответственно входом и выходом, а база транзистора - управляющим входом управ.пяемого делите.чя нанряжения.

Составитель Л. Закс

Редактор А. ШандорТехред И. ВересКорректор С. Черни

Заказ 1849/55Тираж 902Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг.З

Изобретение относится к приборостроению и обеспечивает уменьшение нелинейных искажений и упрощение устр-ва. Формирователь управляющего напряжения содержит входной амплитудный детектор 1, компараторы 2, 3 и 4, источник 5 напряжения, управляемую цепь разряда 6, элемент сравнения 7, источник 8 напряжения, управляемый делитель 9 напряжения, элемент развязки 10, конденсаторы 11, 12, цепь разряда 13, управляемую цепь заряда 14, операционный усилитель 16, резистор 17, сумматор 18, фильтры верхних частот 19, 2() и фильтр нижних частот 21. Сигнал с амплитудного детектора 1 поступает на компараторы 2 -4. Если уровень сигнала (УС) превысит порог срабатывания (ПС) компаратора 3, включается управляемая цепь разряда 6, и конденсатор II, заряженный до напряжения источника 8, разряжается через нее. При снижении УС ниже ПС компаратора 3 управляемая цепь разряда 6 отключается и конденсатор 11 заряжается через управляемый делитель 9 напряжения. ПС компаратора 2 равен или несколько ниже ПС компаратора 3. При срабатывании компаратора 2 напряжение на выходе источника 5 становится равным нулю и элемент сравнения 7 устанавливает большее сопротивление управляемого делителя 9. ПС компаратора 4 выше ПС компаратора 3. Если УС превышает ПС компаратора 4, конденсатор 12 заряжается через управляемую цепь заряда 14.1 з.п. ф-лы, 3 ил. I (Л оо N3 СЛ фигЛ