Устройство для сжатия динамического диапазона сигнала

 

Изобретение относится к средствам для изменения динамического диапазона сигнала и может использоваться в электромузыкальных инструментах, в связи, в звуко и видеозаписывающих устройствах для согласования большого диапазона исходного сигнала с ограниченными возможностями передающего аппаратного тракта. Устройство содержит последовательно соединенные первый усилитель, первый регулирующий элемент, второй регулирующий элемент, второй усилитель, двухполупериодный выпрямитель и интегрирующий блок, выход которого соединен с управляющим входом первого регулирующего элемента. Блок обработки сигнала включен между выходом двухполупериодного выпрямителя и управляющим входом второго регулирующего элемента. При этом дополнительный выход второго усилителя через согласующий усилитель соединен с дополнительным входом блока обработки сигнала и с дополнительным входом интегрирующего блока. Блок обработки сигнала содержит две интегрирующие цепи, входы которых объединены и являются входом блока обработки сигнала, выходом которого является выход первой интегрирующей цепи, между выходами первой и второй интегрирующих цепей включен пороговый элемент, а дополнительные входы первой и второй интегрирующих цепей объединены и являются дополнительным входом блока обработки сигнала. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к средствам для изменения динамического диапазона сигнала и может использоваться в электромузыкальных инструментах, в связи, в звуко и видеозаписывающих устройствах для согласования большого диапазона исходного сигнала с ограниченными возможностями передающего аппаратного тракта.

Известно устройство для сжатия динамического диапазона сигнала, содержащее последовательно соединенные усилитель, регулирующий элемент, двухполупериодный выпрямитель и интегрирующий блок, выход которого соединен с управляющими входом первого регулирующего элемента, см. например, П.Шкритек, Справочное руководство по звуковой схемотехнике, М. Мир, 1991, с. 260.

Недостатком данного устройства являются значительные искажения сжатого сигнала.

Наиболее близким техническим решением является устройство для сжатия динамического диапазона сигнала, содержащее последовательно соединенные первый усилитель, первый регулирующий элемент, второй усилитель, двухполупериодный выпрямитель и интегрирующий блок, выход которого соединен с управляющим входом первого регулирующего элемента, см. например, авт. свид. СССР N 1187240, кл. Н 03 Н 7/01, 1984.

Его недостатком также являются искажения в некоторых участках спектра частот входного сигнала.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения - повышение точности преобразования сигнала во всем рабочем спектре частот.

Для решения этой задачи в устройство для сжатия динамического диапазона сигнала, содержащее последовательно соединенные первый усилитель, первый регулирующий элемент, второй усилитель, двухполупериодный выпрямитель и интегрирующий блок, выход которого соединен с управляющим входом первого регулирующего элемента, введены второй регулирующий элемент и блок обработки сигнала, вход которого соединен с выходом двухполупериодного выпрямителя, а выход подключен к управляющему входу второго регулирующего элемента, вход которого соединен с выходом первого усилителя, а выход подключен к входу второго усилителя.

При этом дополнительный выход второго усилителя через согласующий усилитель соединен с дополнительным входом блока обработки сигнала и с дополнительным входом интегрирующего блока.

Кроме того, блок обработки сигнала содержит две интегрирующие цепи, входы которых объединены и являются входом блока обработки сигнала, выходом которого является выход первой интегрирующей цепи, между выходами первой и второй интегрирующих цепей включен пороговый элемент, а дополнительные входы первой и второй интегрирующих цепей объединены и являются дополнительным входом блока обработки сигнала.

Каждая интегрирующая цепь содержит конденсатор, первый вывод которого является дополнительным входом интегрирующей цепи, а второй вывод конденсатора объединен с первым выводом первого резистора, с катодом первого диода и является выходом интегрирующей цепи, вход которой образуют объединенные второй вывод первого резистора и первый вывод второго резистора, второй вывод которого соединен с анодом первого диода и с анодом второго диода, катод которого соединен с общей шиной.

Пороговый элемент содержит последовательно соединенные диод и резистор.

Интегрирующий блок содержит конденсатор, первый вывод которого является дополнительным входом интегрирующего блока, второй вывод конденсатора объединен с первым выводом первого резистора, с катодом первого диода и является выходом интегрирующего блока, вход которой образуют объединенные второй вывод первого резистора и первый вывод второго резистора, второй вывод которого соединен с анодом первого диода и с анодом второго диода, катод которого соединен с общей шиной, при этом к аноду первого диода подключен катод диодной сборки, анод которой соединен с входом интегрирующего блока.

Регулирующий элемент выполнен в виде полевого транзистора, исток которого соединен с общей шиной, затвор является управляющим входом, а сток -совмещенным входом-выходом регулирующего элемента, при этом первый усилитель выполнен с токовым выходом.

При этом между выходом двухполупериодного выпрямителя и входами интегрирующего блока и блока обработки сигнала последовательно включены нелинейный элемент и блок задания режима.

Блок задания режима содержит транзистор, в эмиттерной цепи которого включены последовательно два потенциометра и генератор тока, при этом регулируемые выводы потенциометров соединены со входами согласующих усилителей, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами блока задания режима, входом которого является база транзистора.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для сжатия динамического диапазона сигнала.

Устройство для сжатия динамического диапазона сигнала содержит первый усилитель 1, первый и второй регулирующие элементы 2 и 3, второй усилитель 4, двухполупериодный выпрямитель 5, нелинейный элемент 6, блок 7 задания режима, интегрирующий блок 8, блок 9 обработки сигнала, согласующий усилитель 10.

Блок 9 обработки сигнала содержит пороговый элемент 11 и две интегрирующие цепи 12 и 13, каждая из которых включает в себя конденсатор 14, первый и второй резисторы 15 и 16, и два диода 17 и 18.

Пороговый элемент 11 содержит последовательно соединенные резистор 19 и диод 20.

Интегрирующий блок 8 содержит конденсатор 21, первый и второй резисторы 22 и 23, диод 24 и 25, а также сборку, состоящую из диодов 26-1, 26-2 и 26-3.

Блок 7 задания режима содержит транзистор 27, два потенциометра 28, 29, генератор тока 30 и два согласующих усилителя 31 и 32.

Второй усилитель 4 содержит дифференциальный усилитель 33, между выходом которого и общей шиной включена цепь обратной связи, состоящая из последовательно соединенных резисторов 34, 35 и 36, причем к точке соединения выводов резисторов 34 и 35 подключен инвертирующий вход дифференциального усилителя 33.

Первый усилитель 5 выполнен с токовым выходом, а при малом выходном сопротивлении усилителя 37 содержит дополнительный резистор 38.

Регулирующие элементы 2 и 3 выполнены на полевых транзисторах 39.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал подается на первый усилитель 1 и далее через первый и второй регулирующие элементы 2 и 3 и второй усилитель 4 поступает на двухполупериодный выпрямитель 5, который преобразует входной сигнал в выпрямленный. В зависимости от требований к коэффициенту и характеру сжатия сигнала нелинейный элемент 6 может иметь тот или иной характер нелинейности. В простейшем варианте роль нелинейности может выполнять сам двухполупериодный выпрямитель 5.

Далее выпрямленный сигнал через блок 7 задания режима подается на интегрирующий блок 8 и блок 9 обработки сигнала, который в свою очередь содержит две интегрирующие цепи 12 и 13 и пороговый элемент 11.

Постоянная времени первой интегрирующей цепи 12 много больше постоянной времени второй интегрирующей цепи 13. В основном регулирование осуществляется через первую интегрирующую цепь 12, однако при резком уменьшении амплитуды сигнала на конденсаторе 14 напряжение также быстро уменьшится и через пороговый элемент 11, представляющий собой цепь из последовательно соединенных диода 20 и резистора 19, разрядит конденсатор 14 значительно быстрее, чем это происходило через резистор 15.

Кроме того, очень быстрые изменения амплитуды отслеживаются интегрирующим блоком 8, постоянная времени которого, определяемая конденсатором 21 и резистором 22, выбрана еще меньше, чем постоянные времени интегрирующих цепей 12 и 13.

Качество обработанного сигнала в большей степени зависит от того, насколько эффективно работает устройство при экстремальных импульсных воздействиях. В интегрирующем блоке 8 имеется диодная сборка, состоящая из последовательно включенных диодов 26-1, 26-2 и 26-3, которые задают порог мгновенного регулирования, при превышении которого конденсатор 21 заряжается практически со скоростью входного сигнала и регулирующий элемент 2 с той же скоростью уменьшает коэффициент передачи.

Подбором резисторов 16 в интегрирующих цепях 12 и 13 и резистора 23 в интегрирующем блоке 8 можно добиться оптимального сжатия сигнала при различных скоростях нарастания входного сигнала. Диоды 17 и 24 исключают влияние резисторов 16 и 23 на характеристики разряда конденсаторов 14 и 21.

Собственно процесс регулирования коэффициента передачи устройства осуществляют два регулирующих элемента 2 и 3, выполненные на полевых транзисторах 39. Под воздействием подаваемого на затвор управляющего напряжения изменяется проводимость каналов транзисторов 39, а поскольку первый усилитель 1 выполнен с токовым выходом, то соответственно меняется и коэффициент передачи тракта, состоящего из первого усилителя 1, регулирующих элементов 2 и 3 и второго усилителя 4. Если усилитель 37 имеет малое выходное сопротивление, то дополнительно должен включаться резистор 38, обеспечивающий выходной токовый сигнал.

Второй усилитель 4 имеет цепь обратной связи, состоящую из резисторов 34, 35 и 36, которая связана с дифференциальным входом усилителя 33 и обеспечивает калиброванный сигнал на дополнительном выходе, откуда он через согласующий усилитель 10 подается на конденсаторы 14 и 21 интегрирующих цепей 12 и 13 и интегрирующего блока 8. Далее переменная составляющая сигнала поступает на затворы полевых транзисторов 39. Эта цепь коррекции снижает нелинейные искажения сигнала, обрабатываемого данным устройством.

Режим полевых транзисторов 39 задается блоком 7. По постоянному току затворы полевых транзисторов 39 связаны с движками соответственно потенциометров 28 и 29. Переменный управляющий сигнал в блоке 7, подаваемый на базу транзистора 27, беспрепятственно и независимо от положения движков потенциометров 27 и 28 через согласующие усилители 31 и 32 поступает на входы интегрирующего блока 8 и интегрирующих цепей 12 и 13. Генератор тока 30 обеспечивает независимость прохождения управляющего сигнала от регулировки режима.

Цепочки диодов 24, 25 и 17, 18 в интегрирующем блоке 8 и в интегрирующих цепях 12 и 13 обеспечивают защиту полевых транзисторов 39 от излишнего положительного напряжения на затворах, которое может привести к выходу их из строя.

Формула изобретения

1. Устройство для сжатия динамического диапазона сигнала, содержащее первый усилитель и второй усилитель, первый выход которого соединен через последовательно соединенные двухполупериодный выпрямитель и интегрирующий блок с управляющим входом первого регулирующего элемента, а также согласующий усилитель, вход которого соединен с вторым выходом второго усилителя, отличающееся тем, что в него введены второй регулирующий элемент, первая и вторая интегрирующие цепи и пороговый элемент, при этом выход первого усилителя через последовательно соединенные второй и первый регулирующие элементы соединен с входом второго усилителя, выход двухполупериодного выпрямителя соединен с входами первой и второй интегрирующих цепей, между выходами которых включен пороговый блок, выход первой интегрирующей цепи соединен с управляющим входом второго регулирующего элемента, а выход согласующего усилителя соединен с дополнительными входами интегрирующего блока и первой и второй интегрирующих цепей.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что интегрирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных первого, второго, третьего и четвертого диодов, последовательно соединенных первого резистора и конденсатора и последовательно соединенных второго резистора и пятого диода, причем другие выводы первого и второго резисторов и анод первого диода соединены между собой и являются входом интегрирующего блока, дополнительным входом которого является другой вывод конденсатора, первый из выводов которого соединен с катодом четвертого диода и является выходом интегрирующего блока, а катод третьего диода соединен с анодом пятого диода, катод которого соединен с общей шиной.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая и вторая интегрирующие цепи выполнены идентично в виде конденсатора, первый вывод которого соединен с первым выводом первого резистора и с катодом первого диода и является выходом интегрирующей цепи, дополнительным входом которой является второй вывод конденсатора, второй вывод первого резистора и первый вывод второго резистора соединены между собой и являются входом интегрирующей цепи, а второй вывод второго резистора соединен с анодом первого диода и с анодом второго диода, катод которого соединен с общей шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1