DD158458A5 - Verstaerkerschaltung mit steuerbarem verstaerkungsgrad - Google Patents

Abstract

Bei der beschriebenen Transistorverstaerkerschaltung steuerbaren Verstaerkungsgrades wird die Emittergegenkopplung ohne Beeinflussung der Gleichvorspannung des Verstaerkers geaendert. Ein Verstaerkertransistor ist ohmsch in Emitterschaltung mit einem festen Kollektorarbeitswiderstand gekoppelt. Die Emitterimpedanz des Verstaerkertransistors enthaelt eine Einrichtung steuerbaren Widerstandes mit einer Basiselektrode, die mit der Emitterelektrode des Verstaerkertransistors gekoppelt ist, einer Emitterelektrode, der ein veraenderlicher Verstaerkungsgrad-Steuerstrom zugefuehrt ist, und einer Kollektorelektrode, die mit einem Bezugspotentialpunkt (Masse) gekoppelt ist. Bei Signalfrequenzen wirkt der Basis-Emitteruebergang dieser Einrichtung als Widerstand, der sich invers zum Fluss des Verstaerkungs-Steuerstroms durch die Kollektor-Emitter-Strecke der Einrichtung aendert. Durch Aenderung des Widerstandes des Basis-Emitter-Ueberganges der Einrichtung wird d. Emitterimpedanz sowie die Gegenkopplung des Verstaerkertransistors geaendert, was wiederum zu einer Aenderung des Verstaerkers fuehrt. Die Kollektor-Emitter-Strecke der Einrichtung ist von der Schaltungsanordnung fuer die Vorspannung des Transistors getrennt und die Modulation der Einrichtung beeinflusst daher die Gleichvorspannung des Verstaerkertransistors nicht.

Description

ν .22 94 5 6 O

RCA 74951 Dr.v.B/E 10

' . Verstärkerschaltung mit steuerbarem Verstärkungsgrad An\yendung^geb i_£t der Er Γι ndung :

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine regelbare Transistorvers'tärkerschaltung mit Emittergegenkopplung, die ohne Störung der Gleichvorspannung des Verstärkers änderbar ist. .

Charakteristik der bekannten technischen Lösuηgeη : - Verstärkerschaltungen mit steuerbarem Verstärkungsgrad (im folgenden kurz "Regelverstärker"), wie der Zwischenfrequenzverstärker eines Fernsehempfängers, soll al einer Viel zahl von sich oft widersprechenden Anforderungen genügen. Beispielsweise sollte der Verstärker im ganzen Regelbereich linear arbeiten. Weiterhin sollte die Eingangsimpedanz und die Gleichvorspannung des Verstärkers im Verstärkungsbereich konstant sein. Schließlich soll der Verstärker Eingangssignale in einem größeren Amplitudenbereich verarbeiten können, so daß er auch durch Eingangssignale höherer Amplituden nicht übersteuert wird, und er soll nicht zuletzt eine optimale •Rauschzahl aufweisen. ·

In einer gleich rangigen Patentanmeldung mit der Priorität vom April 1980 aus der US-Patentanmeldung No. 143,032 jst ein Regel verstärker beschrieben, der diese Anforderungen in zufriedenstellender Weise erfüllt. Dieser Regelverstärker arbeitet mit einer Einrich-

<v

tung steuerbaren Widerstandes zur Änderung der Kollektorlastimpedanz • und damit der Arbeitskennlinie des Verstärkers in Abhängigkeit von einem Verstärkungsgrad-Steüersignal. Ein besonderer Vorteil eines solchen Verstärkers besteht darin, daß der Widerstand der Kollektorbelastung durch das Verstärkungsgrad7Steuersignal ohne Störung der Gleichvorspannung des Verstärkertransistors geändert werden kann.

Der oben beschriebene Verstärker arbeitet als erste von mehreren hintereinander geschalteten Zwischenfrequenzverstärkerstufen eines

^O Fernsehempfängers hervorragend. Dies ist z.T. auf die Verwendung der veränderlichen Kollektorbelastung zurückzuführen, welche den Störabstand (Verhältnis von Signal zu Rauschen) des Verstärkers bei starkem Eingangssignal (minimaler Verstärkung) verbessert. Unter diesen Verhältnissen, bei denen das Rauschverhalten des Ver-

'5 stärkers besonders wichtig ist, sind die Widerstände im Ausgang des Verstärkers, die Rauschstörungen erzeugen, herabgesetzt. Diese Betriebsart hat sich jedoch als nicht so günstig erwiesen, wenn der Verstärker als letzte oder Endstufe eines mehrstufigen Verstärkers verwendet wird. In der Endstufe ist das Rauschverhalten weniger

wichtig, da der Verstärker von den vorangehenden Verstärkerstufen

Eingangssignale verhältnismäßig großer Amplitude erhält. Ein wich-' . tigeres Kriterium für die Endstufe stellt vielmehr die Fähigkeit dar, diese schon relativ hochpegeligen Signale möglichst verzerrungsfrei auf noch höhere Signalpegel zu verstärken und gleichzeitig

die Verlustleistung des Verstärkers klein zu halten. Es hat sich insbesondere gezeigt, daß bei hohen Signalpegeln am Ausgang der Endstufe die PIN Übergänge der in Kollektorschaltung arbeitenden, angesteuerte Widerstände dienenden Einrichtungen so stark ausgesteuert werden, daß Verhältnisse eintreten, bei denen eine Inter-

modulation auftritt. Ferner nimmt der Verstärkungsgrad des Verstärkers bei starken Signalen dadurch ab, daß der Widerstand der PIN-übergänge an den Kollektorelektroden der Verstärkertransistoren reduziert wird. Um die gewünschten hochpegeligen Ausgangssignale zu erzeugen, müssen hohe Signal ströme vorgesehen werden, um die niederohmigen Kollektorbelastungen entsprechend aussteuern zu können. Dies kann zu einem großen Signal strombedarf von der Stromver-

sorgung des Verstärkers führen, was unter Umständen eine schlechte . Stabilität der Verstärkung zur Folge hat.

Ziel der Erfindung:

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkerschaltung anzugeben, die die gleichen Vorteile aufweist wie der oben beschriebene Verstärker und außerdem einen verzerrungsfreien Betrieb sowie eine Verringerung der Verlustleistung des Verstärkers bei Verhältnissen mit starken Signalen gestattet. Darlegung des Wesens der Erfindung: ·

Diese Aufgabe wird bei einer Verstärkerschaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Verstärkerschal-' tung gemäß der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Eine nach den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaute Verstärkerschaltung mit steuerbarem Verstärkungsgrad arbeitet mit Emittergegenkopplung, die ohne Beeinflussung der Gleichstromvorspannung des Verstärkers geändert wird. Die Verstärkerschaltung enthält einen Verstärkertransistor, der ohmsch in Emitterschaltung mit einem festen Kollektorarbeitswiderstand gekoppelt ist. Die Emitterimpedanz des Verstärkertransistors enthält eine Einrichtung steuerbarer Impedanz oder steuerbaren Widerstandes, die vorteilhafterweise eine mit der Emitterelektrode des Verstärkertransistors gekoppelte Basiselektrode, eine Emitterelektrode, die so geschaltet ist, daß ihr veränderlicher Verstärkungsgrad-Steuerstrom zuführbar ist, und eine mit einem Bezugspotentialpunkt gekoppelte Kollektorelektrode enthält. Bei Signalfrequenzen wirkt der Basis-Emitter-Übergang als Impedanz oder Widerstand, der sich invers mit dem Fluß des Verstärkungsgrad-Steuerstromes durch die Kollektor-Emitter-Strecke der Einrichtung ändert. Bei Änderung des Widerstandes des Basis-Emitterüberganges der Einrichtung ändert sich die Emitterimpedanz und die Gegenkopplung des Verstärkertransistors, was wiederum den Verstär-

kungsgrad des Verstärkers beeinflußt. Die Kollektor-Emitter-Strecke

der Einrichtung ist getrennt von der Transistorvorspannungs- oder Stromversorgungsschaltung und die Modulation der Einrichtung beeinflußt daher die Gleichvorspannung des Verstärkertransistors nicht. " Unter Verhältnissen mit starkem Signal (maximale Verringerung des Verstärkungsgrades) ist die Einrichtung gesteuerten Widerstandes ' vollständig abgestellt oder gesperrt, so daß keine Intermodulationsverzerrungen im Verstärker verursacht. Der feste Kollekt'or-Arbeitswiderstand ergibt eine konstante, hohe Ausgangsimpedanz, die die Verlustleistung und die in der Stromversorgung des Verstärkers IQ fließenden Signalströme klein hält.

Der Verstärkertransistpr der verstärkungsgesteuerten Verstärkerschaltung hat typischerweise eine gewisse Kollektor-Basis-Kapazität, die das Verhalten des Verstärkers bei Verwendung als ZF-Verstärker in einem Fernsehempfänger beeinträchtigen kann. Dem ZF-Ver-. stärker eines Fernsehempfängers ist gewöhnlich eine frequenzselektive Schaltung vorgeschaltet, die den ZF-Durchlaßbereich bestimmt. Wenn die ZF-Signale von dieser Schaltung auf die Basis des Ver-. Stärkertransistors gekoppelt werden, wirkt die effektive Eingangskapazität, die eine. Funktion der Kollektor-Basiskapazität und der Spannungsverstärkung des Verstärkertransistors ist, am Ausgang der frequenzselektiven Schaltung als Teil der Eingangsimpedanz des Ver-

stärkers. Wenn der Verstärkungsgrad des Verstärkers erhöht wird, . nimmt die Eingangsakapazität scheinbar zu und durch diese KapazV

'25 tätserhöhung wird die frequenzselektive Schaltung auf eine niedrigere Frequenz verstimmt. Bei einem Fernsehempfänger bewirkt eine solche Verstimmung im Effekt, daß die Abstimmung der frequenzseiek-

tiven Schaltung vom Bildträger weg zum Farbträger hin wandert. Dies verringert in der Praxis die Signalamplitude und das Verhältnis von Signal zu Rauschen der Videoinformation. Es ist daher wünschenswert, den geregelten Verstärker so auszulegen, daß die Eingangsimpedanz der Verstärkerschaltung im ganzen Regelbereich konstant bleibt. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher der Eingang des Verstärkertransisfors durch einen zusätzlichen, als Emitterfolger geschalteten Transistor gepuffert, der die KoI-lektor-Basis-Kapazität von der vorangehenden Schaltung isoliert.

Ausführungsbeispiele:

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines regelbaren Differenzverstärkers gemäß einer Ausführuhgsform der Erfindung und

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfingung, die mit Eingangs-Pufferung arbeitet.

Der in Fig. 1 dargestellte Differenzverstärker mit steuerbarem Verstärkungsgrad enthält zwei Verstärkertransistoren 10 und 12. Ein Eingangssignal wird von Klemmen 32 und 34 zwischen die Basiselektro-

den der Verstärkertransistoren gelegt und das verstärkte Ausgangssignal wird zwischen den Kollektorelektroden der beiden Transistoren an Klemmen 36 und .38 abgenommen. Zwischen die Kollektorelektro-· den der Verstärkertransistoren und eine Betriebsspannungsquelle B+ •ist jeweils ein Last- oder Arbeitswiderstand 18 bzw. 20 gekoppelt. Die Basisvorspannung für die Verstärkertransistoren 10 und 12 wird über Widerstände 22 und 24 zugeführt, die zwischen die jeweilige Basiselektrode und eine Vorspannungsquelle V_RTA<- geschaltet sind. Die Emitter der beiden Verstärkertransistoren sind, über zwei Widerstände 26 und 28 miteinander gekoppelt. Zwischen die Verbindung 27 der Widerstände 26 und 28 und einen Bezugspotentialpunkt (Masse) · ist ein Widerstand 30 geschaltet.

Die Emitterelektroden der Transistoren 10 und/sind außerdem mit den Basiselektroden von als steuerbare Widerstände arbeitenden Einrichtungen 14 bzw. 16 gekoppelt. Die Einrichtungen steuerbaren Widerstandes weisen mit Masse gekoppelte Kollektorelektroden sowie miteinander verbundene Emitterelektroden auf. Mit den verbundenen Emitterelektroden der Einrichtungen steuerbaren Widerstandes ist eine Einrichtung zur automatischen Verstärkungsregelung (AVR-System) gekoppelt, das an die Einrichtungen einen Verstärkungsgrad-Steuerstrom l_rr liefert. · ·' ^GC

-Die Einrichtungen 14 und 16 steuerbaren Widerstandes können gewöhnliche Transistoren enthalten bzw ^ sein und arbeiten bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in gleicher Weise, wie es in der gleichrangigen Anmeldung mit der Priorität vom 23. April 1980 aus der US-Patentanmeldung Nr. 143,033 beschrieben ist. Die Einrichtungen sind, kurz gesagt, vorteilhafterweise ähnlich aufgebaut, wie ein vertikaler pnp-Transistor, wobei die Basiszonen Bereiche aus im wesentlichen eigenleitendem (hochohmigem) Halbleitermaterial enthalten. Dieser eigenleitende Bereich trennt die p⁺ -leitende Emitterzone und eine n⁺ -leitende Basiskontaktzone um eine Strecke, die größer ist als die 'Diffusionslänge der Minoritätsträger, die in den eigenleitenden Bereich von' der Emitterzone unter" Steuerung durch den zwischen Emitter- und Kollektor fließenden Verstärkungsgrad-Steuerstrom Ipp injiziert werden. Der Emitter-Basis-Übergang der Einrichtung arbeitet also als nichtgleichrichtende pin-Diode für hochfrequente Signale,·d.h. Signale mit einer Frequenz über einem Megahertz. Der Widerstand des Emitter-Basis-Überganges der Einrichtung wird durch Fluß des Stromes I~_r vom AVR-System 40 gesteuert und nimmt ab, wenn der Fluß des Verstärkungsgrad-Steuerstromes I~~ zunimmt. Der Verstärkungsgrad-Steuerstrom Ι~~ fließt praktisch ganz durch die Emitter-Kollektor-Strecke der Einrichtung und nur· ein kleiner Gleichstrom fließt in die Basis der Einrichtung. Dieser Basisstrom ist im Vergleich mit den Emitterströmen der Transistoren 10 und 12 unwesentlich und beeinträchtigt oder stört daher die Gleichvorspannung bzw. den Arbeitspunkt der Verstärkertransistoren 10 und 12 nicht.

Die Differenzverstärkerschaltung gemäß Fig. 1 ist symmetrisch bezüglich der Verbindungspunkte 15 und 27 in der Mitte der Schaltungsanordnung. Diese Verbindungspunkte sind daher für komplementäre Eingangssignale., die den Klemmen 32 und 34 zugeführt werden, virtuelle Signalnullpunkte. Da diese Punkte virtuelle Massepunkte für das Signal sind, hat der Transistor 10 effektiv eine Emitterimpedanz für Wechselstromsignale, die den Basis-Emitter-Widerstand der Einrichtung 14 in Parallelschaltung mit dem Widerstand 26 enthält, die zwischen den Emitter des Transistors und ein Signalbezugspotential geschaltet sind. In entsprechender Weise enthält die

1 Emitter-Wechselstromimpedanz des Transistors.12 die Parallelschaltung aus dem Widerstand 28 und dem Basis-Emitter-Übergang der Einrichtung 16. Der Widerstand 30 schließt den Emitterstromweg der beiden Transistoren.

Im Betrieb wird das AVR-System auf Eingangssignale niedriger Amplituden mit einer Erhöhung des Verstärkungsgrad-Steuerstromes Ig- reagieren. Ein großer Strom Ip- verringert die Widerstände der Basis-Emitter-Übergänge der Einrichtungen 14 und 16. Diese verkleinerten Widerstände liegen dem Widerstand 26 bzw. 28 parallel und die Parallelimpedanzen bilden dann niedrige Signal impedanzen zwischen den Emittern der Transistoren und Signal masse. Infolge der niedrigen Emitterimpedanzen werden die Transistoren 10 und 12 mit hohem Verstärkungsgrad arbeiten und die Eingangssignale niedriger Amplitude entsprechend hoch verstärken. Wenn die Eingangssignalamplitude zu- · nimmt, reagiert das AVR-System 40 hierauf mit einer Verringer-ung des den Einrichtungen steuerbaren Widerstandes zugeführten Stromes l_rr. Hierdurch werden die Widerstände der Basis-Emitter-Über-• gänge der Einrichtungen erhöht und damit die Wechselstromimpedanzen im Emitterkreis der Transistoren, wodurch der Verstärkungsgrad der Verstärkertransistoren herabgesetzt wird. Bei maximaler Herabsetzung des Verstärkungsgrades (minimale Verstärkung) wird der Ver-" stärkungsgrad-Steuerstrom I~p auf Null herabgesetzt und die Emitterimpedanzen der die Einrichtungen 14 und 16 bildenden Transistoren sind dann für die Wechselspannungssignale im wesentlichen gleich den Werten der Widerstände 26 und 28.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung können die Kollektor-Basis-Kapazitäten der Verstärkertransistoren.10 und 12 die ^ou Funktion des Verstärkers beeinträchtigen, z.B. wenn dieser als ZF-Verstärkerstufe in einem Fernsehempfänger verwendet wird. Die Rückkopplung durch diese Kapazitäten kann den Verstärkungsgrad des Verstärkers reduzieren und die sich ändernde Impedanz an'den Eingangselektroden kann eine vorangehende frequenzselektive Schaltung ver-

stimmen, die mit den Klemmen 32 und 34 gekoppelt ist. Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung sind diese Einflüsse der Kollektor-Basis-Kapazität wesentlich herabgesetzt. Bauelemente der

Schaltung gemäß Fig. 2, die die gleichen Funktionen haben, wie die entsprechenden Schaltungselemente in Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung sind die Verstärkertransistoren 10 und 12 an ihren Basi.seingängen durch als Emitterfolger geschaltete (also in Kollektorschaltung arbeitende) Transistoren 50 und 52 gepuffert. Die Klemme 32 und der Vorspannungswiderstand 22 sind mit der Basis des Transistors 50 gekoppelt und der Emitter dieses Transistors ist mit der Basis des Transistors 10xund einem Widerstand 54 gekoppelt. Die Klemme 34 und der Vorspannungswiderstand 24 sind mit der Basis des Transistors 52 gekoppelt, -dess.en Widerstand mit der Basis des Transistors 12 und einem Widerstand 56 gekoppelt ist. Die Widerstände 54 und 56 sind

15' miteinander und an ihrer Verbindung über einen.Widerstand 58 mit Masse gekoppelt.

Die Kollektoren der Transistoren 50 und 52 sind miteinnander verbunden und werden von einer Stromversorgung 70 mit einer Betriebs-2" spannung versorgt. Die Stromversorgung 70 liefert auch die Betriebsspannung für die Kollektorarbeitswiderstände 18 und 20.

.Die Widerstände 26 und 28 in Fig. 1 sind in Fig. 2 durch einen einzigen Widerstand 60 ersetzt, der zwischen die Emitterelektroden der

^ Transistoren 10 und 12 gekoppelt ist. Die Widerstände 62 und 64 sind in Reihe miteinander zwischen die Emitter der Transistoren und 12 geschaltet und die Verbindung dieser beiden Widerstände ist über einen Widerstand 66 mit Masse gekoppelt, um den Emittergleichstromweg für die Transistoren 10 und 12 zu schließen. '

Die Wirkungen der Kollektor-Basis-Kapazitäten der Transistoren 10 und 12 machen sich an den Basen dieser Transistoren bemerkbar. Die· Eingangsklemmen 32 und 34 sind jedoch durch die als Emitterfolger geschalteten Transistoren 50 und 52'von diesen Effekten isoliert.

Die Eingangsimpedanz an den Basen der Transistoren 50 und 52 bleibt daher im wesentlichen konstant und hoch, da die wechselnden Einflüsse der Kollektor-Basis-Kapazitäten der Transistoren 10 und 12

L· Zj ⁶V »J*

während der Verstärkungsregelung praktisch durch den Betawert der Puffer- oder Trenntransistoren geteilt wird. Die jeweiligen Verbindungen der Emitter der Transistoren 5O'_uncj/ und der Basen der Transistoren 10 und 12 bleiben wegen der Verbindung der Vorspannungswiderstände 54, 56 und'58 auf einem festen Gleichvorspannungswert. · Wie bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung wird der Verstärkungsgrad der Verstärkertransisporen 10 und 12 der in Fig. dargestellten Schaltung durch Änderung des Stromes I^ gesteuert . geändert, der die Basis-Emitter-Widerstände der Einrichtungen 14 und 16 und damit die Emittergegenkopplung der Transistoren ändert. Der Widerstand 60 befindet sich in der Mitte der symmetrischen Schaltung und in der Mitte dieses Widerstandes wird sich im Effekt ein Signalnullpunkt für die zugeführten komplementären Eingangssignal bilden. Im Effekt ist also die Hälfte des Widerstandswertes dieses Widerstandes zwischen den Emitter jedes der Transistoren 10 und 12 und einen Referenzspannungspunkt für das Signal geschaltet. Das Verhalten der regelbaren Verstärkerschaltung gemäß Fig. 2 kann durch die in Fig. 2 beispielsweise angegebenen Widerstandswerte veranschaulicht werden. Für die Zwecke dieses Beispieles sei angenommen, daß der ganze Verstärker mit Ausnahme des AVR-Systems als integrierte Schaltung realisiert ist und daß der Verstärker als Endstufe eines mehrstufigen geregelten ZF-Verstärkers eines Fern-" sehempfängers arbeitet. Da der Verstärker die ZF-Endstufe bildet,, muß er in der Lage sein, Eingangssignale verhältnismäßig hoher Amplitude von den vorangehenden Verstärkerstufen zu verarbeiten. Der Verstärker ist so ausgelegt, daß er an den Ausgangsklemmen 36 oder 38 ein im wesentlichen konstantes Ausgangssignal von 60 mV eff, gemessen am Synchronpegel des Videosignales liefert. Der Verstärker ist ferner für einen maximalen Verstärkungsgrad von 20 dB und einen Bereich von 10 dB für die Abwärtsregelung vom Wert maximalen Verstärkungsgrades ausgelegt. Die Impedanzen sollen hoch gehalten werden, um die Verlustleistung und die Signalströme im Verstärker sowie seiner Stromversorgung klein zu halten.

·

η-

Die Verstärkertransistoren 10 und 12 arbeiten auf feste Arbeitswiderstände 18 und 20 von jeweils 1 Kiloohm, um die Ausgangssignale von 60 Millivolt an den Klemmen 36 und 38 zu erzeugen. Bei dem oben erwähnten geregelten Verstärker, der in der Patentanmeldung mit der Priorität aus der US-Patentanmeldung Nr. 143,032 beschrieben ist,-liegen die veränderlichen Widerstände der Einrichtungen steuerbaren Widerstandes 14 und 16 parallel zu den festen Arbeitswiderständen. Bei maximaler Verringerung des Verstärkungsgrades bieten diese Einrichtungen in diesem Verstärker niedrige Widerstandswerte dar, so daß hohe Signal ströme erforderlich wären, um die erforderlichen 60 Millivolt Ausgangssignal zu erzeugen. Bei dem Verstärker gemäß Fig. 2 sind dagegen keine hohen Signalströme erforderlich, da die Arbeitswiderstände 18 und 20 bei maximaler Herabsetzung der Verstärkung feste, relativ hohe Impedanzen sind.

Wenn der in Fig. 2 dargestellte Verstärker als integrierte Schaltung aufgebaut ist, werden den Arbeitswiderständen 18 und 20 Streukapazitäten parallel liegen, die die Impedanzen der Arbeitswider- stände bei den Signalfrequenzen herabsetzen. Die Arbeitsimpedanz der Verstärkertransistoren ist bei den üblichen ZF-Signalfrequenzen ungefähr 700 Ohm, wenn die Kapazitäten berücksichtigt werden. Bei dem vorliegenden Beispiel wird daher für die Ausgangsimpedanzen ' der Verstärkertransistoren ein Wert von 700 0hm angenommen.

Die Gleichvorspannung der Transistoren 10 und 12 wird nun so gewählt, daß bei den erforderlichen Leistungswerten ein im wesentlichen verzerrungsfreies Arbeiten sowie die gewünschte Verstärkung sowie der erforderliche Eingangsamplitudenbereich gewährleistet sind. Um an einer Ausgangsimpedanz von 700 Ohm 60 Millivolt zu erzeugen, ist ein Ruhestrom von nur etwa 120 μΑ erforderlich. In den Verstärkertransistoren wird jedoch noch zusätzlich Strom benötigt, um die Verzerrung der Signale zu verringern. Für eine vernünftige Linearität und die erforderliche Ausgangsleistung werden ungefähr 300 μΑ benötigt. Die Überlegungen enden·· hier jedoch noch nicht, da auch noch die Verstärkung und die Aussteuerbarkeit des Einganges in Betracht gezogen werden müssen.

41 H

Der Verstärker soll bei. maximaler Verstärkung einen Verstärkungs-.gräd von- 20 dB haben. Die Spannungsverstärkung des Verstärkers errechnet sich wie folgt:

wobei Z. die Kollektorimpedanz von 700 Ohm und Rp die Summe des dynamischen Emitterwiderstandes'r (einschließlich des Kontaktwider-Standes)des Verstärkertransistors und des Wechselstromwiderstandes R zwischen dem Emitter des Transistors und Signalbezugspotential sind. Zwanzig dß Verstärkung ergeben sich bei einer Last von 700 Ohm, wenn Rr gleich 70 Ohm ist. Das r des Transistors ist eine Funktion des Emittergleichstromes des Transistors und geht von etwa 60 Ohm bei 0,5 mA Emitterstrom bis etwa 10 Ohm bei 3 niA. Da Rp =*r +R =70 Ohm sein soll, muß ein größeres r durch eine Verringerung von R kompensiert werden. Wenn beispielsweise der Verstärkertransistor auf 0,5 mA Emitterstrom vorgespannt ist, muß R , also die Parallelschaltung aus dem Widerstand des Basis-Emitter-Oberganges der-Einrichtung steuerbaren Widerstandes und dem halben Wert des Widerstandes 60 (290 Ohm) gleich 10 Ohm sein. Um

für R einen Wert von 10 Ohm zu erreichen, ist für l_rr ein Wert e bL

• von etwa 10 rrA erforderlich. Dieser Wert ist für I~~ unerwünscht ·

hoch und die Verstärkertransistoren werden daher bei diesem Bei '25 spiel' für einen Emitterstrom von 1,0 mA vorgespannt, so daß sich ein r von etwa 30 Ohm ergibt. Die Einrichtungen steuerbaren Widerstandes können nun durch einen Strom l_nr mit einem Maximalwert von

bU

4mA gesteuert werden, um den gewünschten Verstärkungsgrad und den gewünschten Bereich für die Herabsetzung des Verstärkungsgrades zu erreichen, wie es in der folgenden Tabelle I dargestellt ist:

'toy

Tabelle I

•(Die Werte gelten für eine Hälfte des Verstärkers)

. Bereich der Verstär- . _R ,_R , _R , _R

ker-Grad-Verringe- V 14 ^οα·^κ16^; Ε

rung ' parallel

(10 dB) I_GC/2 R₁₄ oder R₁₅ zu 290 Ω (R + r )

Max.Verst. 2 mA 48 Ώ ' 41 Ω 71 Ω

(20 dB) 1,76 mA .'51 Ω 43 Ω 73 Ω

I 1,24 mA 70 Ω 56 Ω 86 Ω

\L 0,73 mA 105 Ω 77 Ω 107 Ω

Min.Verst. 0,26 mA 240 Ω 131 Ω 161 Ω

(9,2 dß) 0,0 mA· 800 Ω 212 Ω 242 Ω

Aus Gleichung (1 ) ist ersichtlich, daß der maximale Verstärkungsgrad des Verstärkers Z./R_E ^ 700/71 = 10 = 20 dB ist. Im maximal . herabgeregelten Zustand ist der Verstärkungsgrad 700/242 = 2,89 = 9,2 dB, so daß sich ein Regelbereich von etwas über 10 dB nach unten ergibt.

Bei hohem Signaln.iveau erhält die verstärkungsgradgesteuerte Einrichtung keinen Verstärkungsgrad-Steuerstrom I„„ und der mit dem Transistor gekoppelte Emitterwiderstand ist gleich dem halben Wert des Widerstandes 60 mit der parallel liegenden Eigen- oder Streukapazität der verstärkungsgradgesteuerten Einrichtung. Wie Tabelle I zeigt, ist diese parasitäre Kapazität im Falle des vorliegenden Beispieles bei ZF-Signalfrequenzen eine Impedanz von 800 0hm. Da die Verstärkungsgradsteuereinrichtung bei maximaler Herabsetzung des Verstärkungsgrades im wesentlichen gesperrt ist, wenn das Emittersignalniveau hoch ist, wird durch die Verstärkungsgradsteuereinrichtung bei hohen Signal amplituden praktisch keine Verzerrung in den Verstärker eingeführt. . ·

Die Aussteuerbarkeit des Einganges des Verstärkers wird durch das Verhältnis von r zu R bestimmt. Die Verstärkertransistoren sind

in der Lage, bis zu einem zugeführten Signal von 13 Millivolt an ihrem dynamischen Emitterwiderstand r abzufallen, der bei diesem Beispiel jeweils 30 Ohm beträgt. Die höchsten Eingangssignalamplituden treten auf, v/enn der Verstärker im Zustand minimaler Verstärkung (maximaler Verringerung des Verstärkungsgrades) arbeitet, wobei dann R ungefähr 242 Ohm ist. Da r und R für die zugeführten Eingangssignale in Reihe liegen, fallen an den 242 Ohm von R_e etwa 105 Millivolt ab, wenn an r 13 Millivolt abfallen, so daß:

r_e = 30Ω = 13 mv

R 242Ω 105'mv e

15" Der Verstärker ist also in der Lage, Eingangssignale bis zu etwa 118 Millivolt an jeder Eingangsklemme ohne wesentliche Verzerrung zu verarbeiten. Bei dem vorliegenden Beispiel .wi'rd jedoch angenommen, daß die Amplitude der dem Verstärker zugeführten Eingangssignale 20 Millivolt niemals überschreitet und daher gut unter dem Grenzwert von 118 Millivolt liegt.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele .können auch als Modulatoren . betrieben werden. Bei Betrieb als Modulator wird anstelle des AVR-Systems 40, welches den Steuerstrom I«_c liefert, durch einen Verstärker ersetzt, der einen modulierten Strom I liefert, welcher für ein modulierendes Informationssignal representativ ist. Der Widerstand der widerstandsgesteuerten Einrichtungen 14 und 16 wird dann als Funktion dieses Modulationsstromes gesteuert, so daß der Verstärkungsgrad der Verstärkertransistoren 10 und 12 als Funktion der Information des Modulationsstromes geändert wird. Zwischen die Eingangsklemmen 32 und 34 wird ein -Trägersignal gelegt, so daß zwischen den Ausgangsklemmen 36 und 38 ein mit der Information des Mqdulationsstromes modulierter Träger erzeugt, wird.

Claims (6)

1. -It-

   Verstärkerschaltung mit steuerbarem Verstärkungsgrad

   ' Patentansprüche

   1. Verstärkerschaltung mit steuerbarem Verstärkungsgrad, enthal- * tend einen Verstärkertransistor mit einer Basiselektrode, der ein Eingangssignal zugeführt ist, einer Kollektorelektrode, von der ein Ausgangssignal abgenommen ist, und einer Emitterelektrode, ferner mit einer mit den Elektroden des Verstärkertransistors gekoppelten Schaltung zur Vorspannung der Elektroden des Transistors für einen Betrieb in Emitterschaltung; weiterhin mit einer Quelle für einen Verstärkungsgrad-Steuerstrom, und mit einer Verstärkungsgrad-Steuer-

   ^ou einrichtung, die mit dem Verstärkertransistor gekoppelt ist und dessen Verstärkungsgrad in Abhängigkeit vom Verstärkungsgrad-Steuerstrom steuert, dadurch - gekennzeichnet, daß die Verstärkungsgrad-Steuereinrichtung (14) eine erste Elektrode, die mit der Emitterelektrode des Verstärkertransistors (10) gekoppelt ist, eine zweite Elektrode, die zum Empfang des Verstärkungsgrad-Steuerstromes mit der Quelle (40) für diesen Strom ge-

   £ J «4

   • 1 koppelt ist, sowie eine dritte Elektrode, die.mit einem Bezugspotent.ialpunkt-(Masse) gekoppelt ist, enthält, wobei der Verstärkungsgrad-Steuerstrom bewirkt, daß durch die dritte' Elektrode ein Strom fließt, der im wesentlichen gleich dem Verstärkungsgrad-Steuerstrom an der zweiten Elektrode ist, und durch die erste Elektrode ein Strom fließt, der wesentlich kleiner ist als der Verstärkungsgrad-Steuerstromfluß an der zweiten Elektrode, und daß die Anordnung an der Emitterelektrode des Verstärkertransistors (10) eine Impedanz bildet, die sich in Abhängigkeit von der Größe des Verstärkungsgrad-Steuer-

   ^O stromes ändert.
2. 2. Verstärkerschaltung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsgrad-Steuereinrichtung einen zweiten Transistor (14) enthält, der eine mit der Emit-

   1-5 terelektrode des Verstärkertransistors (10) gekoppelte Basiselektrode, eine mit einem Bezugspotentialpunkt gekoppelte Kollektorelektrode und eine mit der Verstärkungsgrad-Steuerstrom-Quelle (40) gekoppelte und von dieser den Verstärkungsgrad-Steuerstrom aufneh- mende Emitterelektrode enthält, wobei der Widerstand zwischen der

   ^ζυ Basis- und der Emitterelektrode in Abhängigkeit von der Größe des Verstärkungsgrad-Steuerstromes veränderbar ist.
3. 3. Verstärkerschaltung nach Punkt 1, gekennzeich-

   net durch einen zweiten. Verstärkertransistor (12),' der 05

   eine mit einem Eingangssignal gespeiste Basiselektrode, eine ein Ausgangssignal liefernde Kollektorelektrode sowie eine Emitterelektrode aufweist und durch die Vorspannungsschaltung (20, 24, V_RTAC.) für einen Betrieb als Differenzverstärker mit dem ersten Verstärkertransistor (10) vorgespannt ist; ferner durch eine zweite

   Verstärkungsgrad-Steuereinrichtung .(16), die eine erste, mit der Emitterelektrode des zweiten Transistors (12) gekoppelte Elektrode, eine zweite, mit einem Bezügspotentialpunkt gekoppelte Elektrode und eine dritte, mit der: Verstärkungsgrad-Steuerstrom-Quelle (40) gekoppelte dritte Elektrode enthalt und''zwischen der ersten und dritten Elektrode eine Impedanz aufweist, die sich als Funktion von Änderungen der Größe des Stromflusses zwischen der ersten und der dritten Elektrode ändert, wobei di.e durch die zweite und die

   dritte Elektrode fließenden Gleichströme im wesentlichen gleiche Größen haben und der durch die erste Elektrode fließende Gleichstrom wesentlich kleiner ist als c
   Elektrode fließenden Stroms

   wesentlich kleiner ist als die Größe des/der zweiten und dritten
4. 4. Verstärkerschaltung nach Punkt ι 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Verstärkungsgrad-Steuereinrichtung (14, 16) einen dritten bzw. einen vierten Transistor (14, 16) enthalten, die jeweils eine mit der Emitterelektrode des ersten bzw. zweiten Verstärkertransistors gekoppelte Basiselektrode, eine mit einem Bezugspotentialpunkt gekoppelte Kollektorelektrode und eine mit der Verstärkungsgrad-Steuerstromquelle (40) gekoppelte und von dieser den Verstärkungsgrad-Steuer-, strom erhaltende Emitterelektrode aufwiesen, und daß die Basis-

   15· Emitter-Impedanz des ersten und des dritten Transistors (14, 16) sich jsweiTs in Abhängigkeit von Änderungen der Größe des Verstärkungsgrad-Steuerstomes ändert. .
5. 5. Verstärkerschaltung nach , Punkt"! 3-für einen Zwischenfrequenzverstärker eines Fernsehempfängers, dadurch gekennz e i c h η e t, daß die Verstärkungsgrad-Steuerstrom-Quelle (40) eine Schaltungsanordnung zur automatischen Verstärkungsregelung enthält und daß die Verstärkungsgrad-Steuereinrichtungen (14, 16) den Verstärkungsgrad der als Zwischenfrequenzverstärker arbeitenden Verstärkertransistoren (10, 12) unter Steuerung durch die Regelschaltung regeln.
6. 6. Verstärkerschaltung nach punkt 4> gekennzeichnet durch ' die Verwendung als Modulatorschaltung, wobei die

   ^ου Quelle für den Verstärkungsgrad-Steuerstrom einen Modulationsstrom liefert und der Emitter des dritten, und des vierten Transistors (14, 16) jeweils mit dem Modulationsstrom gespeist sind und wobei . der dritte und der vierte Transistor eine Basis-Emitter-Impedanz •aufweisen, die sich als Funktion von Änderungen der Größe des Modulationsstroms ändert.- ·

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