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Transistorverstärkerschaltung mit automatischer Verstärkungsregelung
Die Erfindung bezieht sich auf Transistorverstärker-#,chaltungen, die eine automatische
''erstärlcungsregelung enthalten. Derartige Schaltungen enthalten eine F_ilge von
Verstärkerstufen, von denen eine- oder mehrere in ihrem Verstärkungsgrad in Abhängigkeit
von ;-irrer Regelgleichspannung gesteuert werden. Die l@e;;el-,pannung wird gewöhnlich
von dem verstärkten Signal abgeleitet und wird größer, wenn dessen Amplitude zunimmt.
Zur Erzeugung der Regelspannung z. B für ein amplitudenmoduliertes Signal wird ein
Gleichrichter verwendet, dem eine Gleichspannung ;ntnommen wird und auf den ein
Siebkreis folgt, um irgendwelche Signalkomponenten von der Regelspanjimil fernzuhalten.
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L, i:>t bekannt, daß z. B. der Schwundausgleich bei Tran,istorverstärkern
ein Besonderes Problem dar-"teilt. Es wurde daher vorgeschlagen, die Regelspannun,y
durch G=leichrichtung mittels Kristalldioden zu @e,vinnen und sie in einem Transistor
zu verstärken. _auch von anderer Seite ist auf die besonderen Schwierigkeiten hingewiesen
worden, die bei der atitomati,chen Verstärkungsregelung für Transistorver-@tärker
auftreten, weil eine beträchtliche Anzahl von z u-; ' ät7 lichen Transistoren
erforderlich ist.
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1:ei die:-.(--r bekannten Anordnung wird die Regelspannting a u, der
von einem Transistor gleichgericht@;-en Hochfrequenzspannung gewonnen. Diese muß
"ber, da auf den Aufbau des zu regelnden Transistors 1;-iiic^ Riick,icht genommen
ist. erst in Amplitude und Polarität durch eine Verstärkerstufe auf den richtigen
Wert gebracht werden. Der varliegenden rrIiiidung lie-t nun die Erkenntnis zugrunde,
claß durch ent-#,prechende @@'ahl der Transistoren diese immerhin recht komplizierte
Veränderunder Regelspanuting nicht erforderlich ist.
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Gemäß der Erfindung ist die automatische Verst<irkungsregelung
einer Transistorverstärkersttife in Ei.iittersclialtung, der eine aus der Signalweclrselsp<iiinung
mittels eines nachfolgenden als Gleichrichter geschaltetz:nTransistors gewonneneRegelgleichspannung
,#ugefiilirt wird, derart ausgebildet, daß der Gleicliriclitertraiii:,tor entgegengesetzten
(konipleinentären) Leitfähigkeitstyp wie der Verstärkertransi stor aufweist und
die finit der Signalwechselspannung 7uneIiinende Regelgleichspannung in dessen Emitterlcreis
gewonnen wird. Der erste Transistor kann ein n -p-n-Transistor oder ein p-n-p-Transistor
nach der heutigen Bezeichnungsweise sein, während der Transistor, weicher die Regelspannung
ableitet, die umgekehrte oder komplementäre Bauart aufweist, also ein 1)-n-p-Transistor
bzw. ein n-p-n-Transi::tor ist.
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Die in der obigen Weise abgeleitete Regel: pannug kann gemäß einem
weiteren Merkinal der Erfindung dazu benutzt werden. die Kollektorspannung des geregelten
Transistors zur Einstellung des Verstärkungsgrades zu beeinflussen. Bei bevorzugten
Anordnungen wird die Regelspannung unmittelbar dem Kollektor zugeführt.
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Weitere Vorteile werden bei einem Empfänger für aiuplitudenmodulierte
Signale dadurch erreicht, daß der Transistor, welcher die Regelspannung ableitet,
'Icichzeitig als Demodulator benutzt wird. In einem T'requenzinodulations-(F11T)-Einpfänger
kann der die Regelspannung ableitende Transistor außerdem als Begrenzer dienen.
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Gemäß einem anderen Merkfinal der Erfindung kann auch das Prinzip
der Einitterstrornregelung für die Regelung der Verstärkung der Transistorverstärkerstufe
benutzt werden. Die Änderung der Größe des direkten Emitterstromes eines Transistorverstärkers
beeinflußt in bekannter Weise die Verstärkung eines elektrischen Signals, welches
den Transistor durchsetzt. Die Beziehung zwischen der Verstärkung und dem direkten
Emitterstroin ist bekanntlich etwa exponentiell. Durch geeignete Verminderung des
Emitterstronies ist es daher möglich, eine N"erminderung der Verstärkung der geregelten
Stufe- zu erhalten. Eine zweite Eigenschaft, die sich atts der exponentiellen 'Natur
dieser Beziehung ergibt, ist die, daß bei geeigneter Verminderung des Einitterstromes
durch eine entsprechende feste Vorspannungseinstellung ein verhältnismäßig empfindlicher
Abschnitt der Verstärkerkennlinie verwendet werden kann, um die
Verstärkungsregelung
zu bewirken. hei bevorzugten Anordnungen wird die Regelspannung in dem Eniitterkreis
des die Regelspannung erzeugenden Transistors abgeleitet und unmittelbar der Basis
des geregelten Transistors zur Regelung des Emitterstroines zugeführt.
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Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, aus denen weitere
Einzelheiten hervorgehen, werden im Zusammenhang mit den Zeichnungen im folgenden
beschrieben.
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Fig. 1 ist eine graphische Darstellung des gemäß der Erfindung benutzten
Prinzips zur Regelung der Verstärkung eines Transistorverstärkers und zeigt die
Änderung der Verstärkung, die durch Einstellung der Kollektorspannung bewirkt wird;
Fig.2 ist ein erstes Schaltungsbeispiel unter Anwendung der Erfindung, das als Verstärker
und Demodulator von aniplitudenmodulierten Signalen dient; Fig.3 ist ein Schaltungsbeispiel
zur X-erstärkung und zur Begrenzung von frequenzmodulierten Signalen: Fig. -1 ist
ein weiteres Schaltungsbeispiel, das als Verstärker und Demodulator voll aniplitudenmodulierten
Signalen benutzt wird; Fig. 5 ist ein Schaltungsbeispiel, das ebenfalls als Verstärker
und Demodulator für ainplitudeninL)clulierte Signale dient.
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Bei der Erfindung wird in erster Linie von dein Prinzip der Verstärkungsregelung
eines Transistorverstärkers durch Regelung seiner Kollektorspannun Gebrauch gemacht.
Dieses Prinzip wird kurz in Verbindung mit Fig. 1 erläutert. Hier ist die Vers ü
ärkung eines Transistors als Ordiliate über der hollektorspannulig als Abszisse
aufgetragen. Die Kurve 4 zeigt die Beziehung, die in einer bestimmten Schaltung
erhalten wird, bei der die Verstärkerstufe eine maximale Verstärkung von 25 Dezibel
bei hoher Koile1ttorspaliliung zu erreichen gestattet. Die Kurve 4 hat ihre größte
Steigung in der Nähe der Kollektorspalinung Null, und ihre Steigung ist ins Bereich
der holen Kollektorspaliliung am kleinsten. Die Erfahrung zeigt, daß die Kurve im
wesentlichen einem l?xponentialgesetz folgt. Für günstigste Verstärkung würde bei
dieseln Verstärker eine Kollektorspalinung von etwa -1 oder 5 Volt verwendet werden.
Bei einem solchen Verstärker würde eine Verminderung der Kollektorspannung voll
-1 oder 5 Volt auf 3 Volt (Punkt 5) eine Herabsetzung der Verstärkung um nicht mehr
als 1 Dezibel bedeuten. Um die Verstärkerstufe für die Regelung durch Beeinflussung
der Kollektorspannung empfindlicher zu machen, ist es zweckmäßig, die Betriebskollektorspannung
auf einen niedrigeren Wert einzustellen, an dein die Kurve steiler ist. Ein geeigneter
Arbeitspunkt liegt z. B. am Punkt 6, wobei dieser Punkt einer Verringerung voll
2 Dezibel gegenüber der größten Verstärkung bei 3,0 Volt Kollektorspannung entspricht.
Wenn die Betriebskollektorspanliung auf 1,0 Volt eingestellt ist, dann führt eine
Herabsetzung der Kollektorspannulig uni 0,99 Volt durch die Regelgleichspannung
eine Verminderung der Verstärkung um etwa 20 Dezibel bis zu dem Punkt 7 herbei.
Die Auswahl des Arbeit,-punkte--, bei 1,0 Volt Kollektorspannung und die ''erwelidung
von 0,99 Volt Regelspannung zur Herbeiführung einer Herabsetzung der Verstärkung
uni 20 Dezibel entspricht der Betriebsweise und der Wirkung der etwa in Fig. 2 dargestellten
Regelschaltung.
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Bei einem inehrtufigen Verstärker liegen die geregelten Verstärkerstufen
vorzugsweise in der Nähe des Einganges der Schaltung, wo das atifgedriiclztc Signal
noch eine kleine Ampiltude hat. Wie die obigen Ausführungen -zeigen, werden Transistoren
der geregelten Verstärkerstufen mit einer verminderten Kollektorspannung betrieben.
Der Betrieb eines Transistors mit einem niedrigen Kollektorpotential macht ihn mehr
anfällig für Kollektorbegrenzung. d. h. daß, wenn das Signalpotential die Kollektorgleichspannung
übersteigt, der Stroinfluß in dem Kollektor während der betreffeliden Perioden ini
wesentlichen unterbrochen ist. Die gr(>lleren Signalamplituden werden außerdem infolge
der Nichtliniarität der Verstärkungskennlinie des Transistors verzerrt, wobei dieser
Effekt besonders ausgesprochener ist, wenn niedrige Kollektorpotentiale verwendet
werden. Diese Überlegungen führen ini allgemeinen dazu, daß die erstell Verstärkerstufen
geregelt werden.
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In Fig.2 ist ein Anwendungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt,
bei dein die Verstärkerschaltun g als "Zwischenfrequenz- (ZH-) Verstärker eines
n)erlagerungsenipfängers für alnplitudeilinodulierte Signale benutzt wird. Die Regelspannungen,
welche die Verstärkungsregelung hervorrufen, werden iil dein Teil des Empfängers
abgeleitet, der die niodulierteil Signale gleichrichtet. Es sei bemerkt, daß die
dargestellte Schaltung mit kleinen Alländerungen auch als Hochfrequenzverstärker
eine, allgestimmten Hochfrequenzempfängers oder eines t'lserlagerungsenipfäil-,;ers
benutzt werden kann. Die Erfindung sollte nämlich nicht auf die Schaltung oder die
angegellelien \-erwendungszweclce beschränkt sein, da #i(# sich auf Verstärker mit
allgemeiner Anwelidungsnlöglichkeit bezieht und finit Vorteil sowohl bei der Ver-#tür@:ung
voll frequeliz- und phasenmodulierten Signalen als auch bei Verstärkern. in delien
eine Gleichrichtung des Signals nur für den "Zweck der Ableitung der Regelspannung
erforderlich ist. benutzt werden kann.
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Fig. 2 zeigt einen zweistufigen Transistorverstärker 13, auf den eine
Deinodulationsstufe 14 folgt, die auch zur Ableitung der Regelspannung dielst. Der
%erstärker 13 enthält zwei Transistoren 15 und 16, von denen der erste ein p-n-p-Z'ralisistoi-
ist. In der zweiten Stute kann entweder ein 1-n-1- oder ein n-p-n-Transistoiverwendetwerden.
Der Transistor 15 hat drei Elektroden. und zwar eine Basis 17, einen Einitter 18
und einen Kollektor 19. Er ist so geschaltet. daß er mit geerdetem Einitter betrieben
wird. --Eine Quelle voll aniplitudenniodulierten Signalen (nicht dargestellt' ist
an den Eingangskleninien 20 und 21 des Verstärkers angeschlossen. Die Basis des
Transistors 15 ist über einen Koppelkondensator 22 all die Eingangsklemme 20 angeschlossen.
Die Klemme 21 ist bei 23 geerdet. Ein Kondensator 24 liegt zwischeis dein Emitter
und einem Kondensator 25, dessen andere Klemme geerdet ist. Diese Kondensatoren
bilden die Erdableitung für Signalspannungen für den Einitter. Der Kollektor ist
mit einem Kondensator 26 und eül;@r Induktivität 27 verbunden. die einen Paralleiresolianzkreis
bilden. Die Erdableitung der Signale für die Incluktivität 27 erfolgt über einen
Kondensator 29. Der Resonanzkondensator 26 ist unmittelbar geerdet. Ein Al)griff
28 aii der Induktivität 27 dient als Ausgangskleninie. hie Stellung des Abgriffes
28 wird so gewählt, das;) die Ausgangsimpedanz des Transistors 15 an die Eingangsimpedanz
des Transistors 16 angepaßt ist. Der Al)griff 28 ist an den Koppelkondensator 30
angeschlossen, der zur zweiten `'erstärkerstufe führt.
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Die Vorspannungen für den Transistor 15 werden voll einer Gleichspannungsquelle
31 zugeführt. deren ne,,2iti\-er Pol geerdet ist. Die Spannung der Quelle
31
kann verhältnismäßig niedrig sein, da der Kollektor mit der obenerwähnten niedrigen
Spannung betrieben wird. Die Vorspannung für die Basis wird von einem Spannungsteiler
geliefert, der zwei Widerstätide 32 und 33 enthält, an deren gemeinsamem Punkt die
Basiselektrode angeschlossen ist. Ein U"iderstand 34 liegt zwischen dem Emitter
und dem positiven Pol der Spannungsduelle 31. Der Kollektor ist über eine Induktivität
27 mit der einen Seite einer Induktivität 35 verbunden, deren andere Seite an einer
Leitung 36 liegt. Die. Leitung 36 ist an die eine Seite eines Widerstandes 37 angeschlossen,
an dem die Regelspannungen auftreten. Die andere Seite des Widerstandes 37 ist geerdet.
Durch die Verbindung des Kollektors über den Widerstand 37 finit dem geerdeten negativen
Pol der Spannungsduelle 31, die Eine verhältnismäßig niedrige Spannung führt, wird
eine Kollektorvorspannung erzeugt, die in Abwesenlicit einer Regelspannung alt dem
Widerstand 37 eine verhältnismäßig niedrige Kollektorbetriebsspannung hervorruft,
welche für eilte empfindliche Kollektor-.,pannungsregelung wünschenswert ist. Wenn
die lZegelspannung in Anwesenheit eines aufgedrückten Signals auftritt, wird die
Spannung zwischen Basis und Kollektor weiter in einer solchen Richtung vermindert,
<iaß die Verstärkung der Transistorstufe abnimmt.
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Die zweite Tratisistorverstärkerstufe arbeitet el>entalls mit geerdetem
Eniitter, es können jedoch auch andere Schaltungen verwendet werden. Der Tran-"istor
16 ist ein ti-p-n-Transistor und hat eine Basis 38, einen Einitter 39 und einen
Kollektor 40. Der hopplttligskondensator 30 ist mit der Basis des Tran-,i;tors 16
verbunden. Ein Kondensator 41 zwischen ,lein Emitter und Erde stellt eine Verbindung
niedriyer Impedanz für die Signalspannung voll dem l;ntitter nach Erde her. Der
Kollektor ist all einen 1'<ii-allelreson@inzl:reis angeschlossen, den die Induk-"
ivit<it 42 und der Kondensator 43 bilden. Das freie des Kondensators 43 ist geerdet.
Das freie Ende (ler lndukivität 42 ist finit dein positiven Pol der Spaniiun,--sduelle
44 verbunden. Der negative Pol der Spaunutigsduelle 44 ist all den positiven Pol
der c @lcichspannun gsduelle 31 angeschlo:,sen. Ein Kondensato @r 45 überbrückt
die Spannungsquelle 44 und bildet einen Weg niedriger Impedanz über den Kondensator
25 z@z-i @clien der Induktivität 42 und dem Kondensatnr 43. Das verstärkte Ausgangssignal
wird am Kollektor über den Koppelkondensator 46 abgegriffen. Die Vor#pannungen für
Basis und Einitter des Transistors 16 «-erden über Widerstände 47, 48 und 49 von
den Stromduellen 31 und 44 geliefert. Die Kollektorspannung wird über die Induktivität
42 voll dem positiven Pol der Spannungsduelle 44 zugeleitet. E s sei bemerkt, daß
der Transistor 16 mit einer höheren Kollektorbetriebsspanitung arbeitet als der
Transistor 15, um optimale Verstärkung zu erhalten.
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Bei manchen Anwendungen kann es wünschenswert .ein, mehr als eilte
ungeregelte Verstärkerstufe zwi->chen den Regelstufen und der Stufe, in der die
Regel-#,pannung abgeleitet wird, vorzusehen.
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Der Transistor 50 und die dazugehörige Schaltung ,irheiten als zweiter
Gleichrichter eines Radioenipf#i tigers und als Ouelle der Verstärkutigsregelspannutig.
Der Transistor 50 ist ein n-p-n-Transistor, d. h., er ist ( yelM äß ' der
Erfindung komplementär zu dein in der geregelten Stufe vorgesehenen Transistor.
Der Transistor 50 hat eilte Basis 51, einen Emitter 52 und einen Kollektor 53. Die
Ausgangsspannung de: Transistor#16 wird der Basis über den Koppelkotidensator 46
zugeführt. Der Emitter ist über einen Kondensator 54. geerdet, der für die hochfrequenten
Signale. die in den Verstärkerstufen auftreten, eine niedrige Impedanz darstellt.
Der Kollektor ist durch einen Kondensator 55 mit Erde verbunden, der eilte niedrige
Iilipedanz für Signale der in den Verstärkerstufen auftretenden Frequenzen hat,
jedoch eine hohe Itnpedanz für Signale der 1lodulationsfreduenz. Ein Hörfreduenzkoppelkondensator
56 ist zwischen dem Kollektor und der Ausgangsklemme 57 angeordnet. Die andere Ausgangsklemme
58 ist geerdet. Der Transistor 50 erhält seine @'orspannungen über Widerstände 59,
60. 61 und 37 von den Spannungsduellen 31 und 44. Der Emitter ist über den Widerstand
37 geerdet, der die Impedanz bildet, an der die Regelspannung abgegriffen wird.
Die Vorspannungswiderstände sind so eingestellt, daß eine Gleichrichtung des aufgedrückten
Wechselstronisignals in dein Emitterkreis bewirkt wird.
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Die Gleichrichtung wird durch Einstellung des Transistors 50 auf einen
Punkt bewirkt, bei dem eine zwischen Basis und Emitter liegende \@'echsel,1)annung
nur einen Durchgang der Halbwellen gleicher Richtung und geeigneter Polarität in
dem Basis-Emitter-Kreis bewirkt. Gleichzeitig treten auch in dem Basis-Kollektor-Kreis
nur diese Halbwellen auf. Der Kondensator 55, der eine niedrige Impedanz für die
Zwischenfrequenz hat, dient dazu, die Trägerkomponente am Kollektor zu verringern,
so daß alt dem Kondensator 56 und auch an der Ausgangsklemme 58 eine stetige Signalspannung
auftritt. Die gleichrichtende Wirkung in dein Basis-Emitter-Kreis dient dazu, die
Regelspannung zu erzeugen. Die einpoligen Halbwellen rufen eilte Gleichspannung
in dein Arbeitswiderstand 37 mit positiver Polarität hervor, deren Amplitude der
Amplitude des Trägers entspricht. Damit die Regelspannung unabhängig von der Hörfreduenzmodulation
des Trägers ist und uni die Einkopplung von Hochfredueitz in den Verstärkungsregelungskreis
zu verhindern, ist ein Siebkreis mit den Kondensatoren 54 und 29 und der Induktivität
35 vorgesehen.
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Die folgenden Werte der Schaltungselemente haben eine Gleichrichtungswirkung,
und eine Regelspannung geeigneter Größe bei Verwendung eine: Inversionsschichttransistors
ergeben:
| Spannungsquelle 31 . . . . . . . . . . 3 Volt |
| Spannungsduelle 44 . . . . . . . . 3 Volt |
| Widerstand 59 . . . . . . . . . . . . . . . 91 000 Oliin |
| Widerstand 60 . . . . . . . . . . . . . . . 18 000 Ohin |
| Widerstand 61 . . . . . . . . . . . . . . . 5 000 Ohni |
| Widerstand 37 . . . . . . . . . . . . . . . -1700 Ohm |
| Kondensator 54 . . . . . . . . . . . . . . 30 EuF |
Der Verstärkungsgrad des Transistors 15 wird durch die Regelspannung, die alt dem
Eniitterarbeitswiderstand 37 abgegriffen wird, geregelt. Wie oben erwähnt, erhält
der Kollektor des Transistors seine Vorspannung von der nicht geerdeten Seite des
Widerstandes 37, dessen andere Seite finit dein negativen Pol der Spanaiungsquelle
31 verbunden ist. Eine Sigtialwecliselspannung erzeugt einen Stroinfluß in dein
Emitterkreis über den Widerstand 37 und ruft eine positive Spannung all dein nicht
geerdeten Ende des Widerstandes 37 hervor. Die Größe der so abgeleiteten Spannung
nimmt mit wachsender Signalintensität zu. Das Auftreten der zunehmenden positiven
Spannung in der Regelspannungsleitutig 36 erhöht das positive Potential ain Kollektor
19. Da die Basis mit
positivem Potential gegenüber Erde arbeitet,
verrin geit diese Zunahme des positiven Potentials ans Kollektor die tatsächliche
zwischen Kollektor und Basis herrschende Spannung und vermindert damit die Verstärkung.
Wenn im Interesse einer empfindlichen Verstärkungsregelung die Kollektorbetriebsspannung
des Transistors 15 auf etwa 1,0 Volt, wie oben erwähnt, in Abwesenheit der Regelspannung
eingestellt wird, erzeugt eine Verminderung der Spannung zwischen Basis und Kollektor
um 0,9 Volt eine Herabsetzung des Verstärkungsgrades um etwa 20 Dezibel.
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Es sei bemerkt, daß die Verwendung eines n-p-n-Transistors zur Ableitung
einer positiven Regelspannung, die mit zunehmender Signalintensität ansteigt, um
die Kollektorspannung eines p-n-p-Verstärkertransistors herabzusetzen, eine recht
einfache und wirkungsvolle Regelung ergibt. Die Wahl von komplementären Transistoren,
d. h. eines n-p-n=rransistors zur Ableitung der Regelspannung und eines p-n-p-Transistors
für die Regelung, ergibt ein solches Vorzeichen und eine solche Änderungsrichtung
für die abgeleitete Regelspannung, daß diese direkt der Kollektorelektrode des verstärkten
Transistors zu-eführt werden kann. Diese Art der Regelung hat den wichtigen Vorteil,
daß die Regehvirkung im weselitlichen unabhängig von Schwankungen der Spannungsquellen
ist.
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Wie oben. erwähnt, läßt sich die Erfindung allgemein auf Verstärkerschaltungen
anwenden und ist nicht auf den Fall beschränkt, bei dem ein Verstärkertransistor
durch einen komplementären Transistor geregelt wird, der als Demodulator für ein
zugeführtes amplitudenmoduliertes Signal dient. hl Fig. 3 wird ein Verstärkertransistor
durch einen koniplenientären Transistor geregelt, der als Begrenzer eines zugeführten
FH-Signals und nicht als Demodulator ausgebilge-t ist. In Fig. 3 ist der geregelte
Verstärkertransistor ein ii-p-n-Transistor, während der Transistor zur Ableitung
der Regelspannung ein p-n-p-Transistor ist. Ein zweistufiger ZF-Verstärker 62 enthält
zwei Transistoren 63 und 64. Auf den ZF-\.erstärlcer 62 folgt eine Begrenzerstufe
65, die einen einzigen Transistor 66 enthält.
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Der Transistor 63 ist ein n-p-n=rrlnisistor mit Basis 67, Ernitter
68 und Kollektor 69 und ist mit ze erdetern Emitter geschaltet. Die Basis ist über
einen Koppelkondensator 70 an eine erste Eingangskleilinie 71 angeschlossen. Die
zweite Eingangskleiiinie 72 ist bei 73 geerdet. Der Emitter ist über zwei Kondensatoren
74 und 75 geerdet. Ihre geineins@inie Klemme ist an den negativen Pol einer Gleichspannungsquelle
76 angeschlossen. Die Ausgangsspannungen, des Transistors 63 werden an dein Kollektor
abgegriffen, der mit einem Schwingkreis aus einem Kondensator 77 und einer Induktivität
78 verbunden ist, während ein Kondensator 79 die freie Seite der Induktiv ität 78
mit Erde verbindet. Die Induktivität 78 i#.t mit einuni Abgriff 80 versehen. der
mit der nachfollen(len Transistorverstärkerstufe verbunden ist.
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Die Vorspannungseinstellung des Trali>i:.t,-@rs 63 isst im wesentlichen
ähnlich wie die des "I@i';Ln@i#;tors 15 des ersten Beispieles, jedoch sind die P
,@larit:iten (l(@l" Sparinäng umgekehrt. Der positive Pol der Gleichspannungsquelle
76 ist geerdet. Die Balis des Tr:nsistors 63 ist mit dem gemeinsamen Ptinl;t der
Widerstände 81 und 82 verbunden. Ein Vorspannungswirlerstand 83 ist zwischen dein
Ernitter und dein liegativeil Pol der Spannungsquelle 76 angeordnet. Die Kollektorspannung
wird über den Regelspannungskreis zugeleitet, der eine Induktivität 84 enthalt.
die durch den Kondensator 79 überbrückt ist. Die Induktiv itat 84 ist zwischen der
freien Seite der Resonanzinduktivität 78 und der Regelspannungsleitung 85 angeordnet.
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Der Transistor 64 kann entweder ein n-p-n- oder p-n-p=rranäistor sein;
im vorliegenden Fall ist ein Il-p-n-Tralhistor dargestellt. Er hat eine Basis 86,
einen Emitter 87 und einen Kollektor 88. Die Basis ist über den Koppelkondensator
89 mit delle Abgriff 80 der vorhergehenden Stufe verbunden. Der Einitter ist an
den negativen Pol der Spannungsquelle 90 über einen Widerstand 97 angeschlossen,
der von einem Kondensator 91 überbriickt wird. Ein Kondensator 9-liegt ini Nebenüchlufi
zur Spannungsquelle 90, so daß eine Verbindung niedriger Impedanz für Signalspaiinungen
zwischen dem Einitter und Erde hergestellt ist. Der positive Pol der Spannungsquelle
90 ist ein den negativen Pol der Spannungsquelle 76 aligeschlossen. Der Kollektor
ist finit einuni Parallelresotl<in7lcreis verbunden, der den Kondensator 93 und
die parallel liegende Induktivität 94 enthält. Die Von delle Kollektor 88 abgewendeten
Seiten (ie; hondell-@ators 93 und der Induktivität 94 sind geer(let. 90 und 76 liefern
die 1 "eti"iel)ssp<iiinungen für den Transistor 64. hie hetriel)s>paniiung für
die Basis wird i11 üblicher Weise über @`-ielerstälide 95 und 96 zugeführt. Die
Betrie1,ssp,lnntuig für den Einitter wird über den Widerst;:nd 97 zttgeführt, der
zwischen dein Einitter und deal n e;`ativel: Pol der Spannungsquelle 90 liegt.
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Der Bregrenzertransistor 66 ist genläl der l:rlin dune ein p-il-p=rransistor,
der lkoniplenietltär zu den,. geregelten n-p-n-Verstärkertransistor 63 ist. 1)0r
Transistor 66 hat eine Basis 98, einen Einitter 99 und einen Kollektor 100. Die
Basis ist über einen Koppelkonden -,ator 101 mit der Kleinnie der Schwingkreisinduktivität
94 verbunden, die all den Kollektor 88 des vorhergehenden Transistors 64 angeschlossen
ist. Ein 11-Iondensator 102 liegt zwischen dem Einitter und Erde. Ein ZViderstand
103 überbrückt den Kondensator 102 und bildet die Impedanz, an der die RegelspanilLlng
abgegriffen wird. Die Reg@l>p@ulllung>-leitung 85 ist an den Einitter angeschlossen,
Der Kollektor ist über einen Kondensator 104 mit der nicht geerdeten Au-,gang#klelnine
105 verbunden. 1?itle geerdete Ausgangbkleinnie 106 stellt die andere Ausdar. Die
hasisvorspannung zur Einstellung des Transistors 66, der als Be@grenzerstufe dirnun
soll, wird durch die Widerstände 107 und 108 geliefert. I3in Widerstand 109 liegt
zwischen dein Kollektor und dein negativen Pol der Spannung>-quelle 90; er liefert
die richtige Vor>pannung für den Kollektor und stellt den Arllcits#.v i<lerstand
dar.
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Der Transistor 66 erzeugt die Regelgieiclispannun;@. Die Spannungen
des Transistors 66 sind #o eingestellt, daß so@a,-olil negative als auch positive
Scllwankutlgen de.; `:igllalbegrenzt werdest und daia eine ne@@ati@-e Gleichspannung
au der Einitterelektrocle 99 für l@egc@lzweclce er;.;u@t wird.
| Die tlegatü'e Spannung, die a m 1allitter 99 unrl in |
| der hegelspannungsleitung 85 auftritt. verrin;;ert slic |
| wirt@-alne 1@oilektorlletriehsa,a nnung und daher (101i |
| Z. el">t11'ktlil`.T-#'.;f<lfl !leersteil ll`1"anwl:#tof>.
1)#e Art iln@ 1 |
| @@@el@t'. 1'.'1f 011e @efrlll`e1-n17 <1f1 @er@t;'fiilill
erzielt |
| @:irrl. 1a 1:a Z1'e@@ntlichen @ierje=ii@,:ll @illnlicll, d
i- in |
| @-erllindung mit Fig.2 lle:clirie1:en wurde. Da di; |
| 1rlsitiVC Seite# der Spannungsciuelle ge@r@lrt ist, lütllin@ |
| die ll;@si#= (les "hrali,.istor> 63. die i-iit (lein Spannungs- |
| teiler zwischen dein negativen 1'o1 der |
| 76 und Erde verbunden ist, ein negatives poten- |
tial gegenüber Erde an. Der Kollektor, der mit Erde leitend verbunden
ist, hat ein positives Potential gegenüber der Basis, wenn keine Regelspannung vorhanden
ist. Wenn eine Regelspannung- auftritt, welche die Regelspannungsleitung 85 negativer
macht und sie daher der Spannung der Basis näher bringt, wird die wirksame Kollektorbetriebsspannung
verringert und die Verstärkung des ersten Transistors herabgesetzt.
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Bei den beiden bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen hat der
zur Erzeugung der Steuerspannung benutzte Transistor eine weitere Funktion außer
der Ableitung der Regelspannung, z. B. die Demodulation eines modulierten Trägers
oder die Begrenzung der Amplitude des aufgedrückten Signals. Die Erfindung kann
aber auch in Schaltungen angewendet werden, in denen der Regeltransistor nur dazu
dient, die Regelspannung zu liefern.
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Eine weitere Ausführungsform der Regelung gemäß der Erfindung ist
in Fig.4 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel betrifft den ZF-Verstärker und
den erstell Gleichrichter eines Empfängers für amplitudenmodulierte Signale. Der
Verstärkerteil 209 enthält zwei Transistoren 110 und 111, während
der Gleichrichterteil 112, der auch zur Erzeugung der Regelspannung dient, nur einen
Transistor 113 aufweist. Der Transistor 110, der geregelt werden soll, ist ein n-p-n-Transistor
und ist gemäß der Erfindung komplementär zum 1)-n-p-Transistor 113 ausgebildet,
an dem die Regelspannung abgegriffen wird.
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Die 131ektroden des Transistors 110 bestehen aus der Basis 114, dem
Emitter 115 und dem Kollektor 116, die in einer Schaltung mit geerdetem Emitter
angeordnet sind. Die Basis ist über einen Koppelkondensator 117 an .die Verstärkereingangsklemme
118
angeschlossen. Die andere Verstärkereingangsklemine 119 ist geerdet. Der
Emitter ist über einen Kondensator 120, der für die Signalspannungen eine niedrige
Impedanz hat, mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle 121 verbunden. Der positive
Pol der Spannungsquelle 121 ist geerdet. Der Kondensator 122 überbrückt die Spannungsquelle
121. Eine Induktivität 123 und ein Kondensator 124 bilden einen Parallelresonanzkreis
für den Kollektor. Die Induktivität 123 ist an einem Abgriff 125 mit der folgenden
Verstärkerstufe verbunden. Die Spannungen werden dem Transistor 110 von der Spannungsquelle
121 über Widerstände 126, 127 (im Emitterkreis des Gleichrichtertransistors 113)
und 128 sowie die Induktivität 123 zugeführt.
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Eine zweite Verstärkerstufe mit geerdetem Emitter enthält einen Transistor
111. Der Transistor 111 kann entweder ein p-n-p- oder n-p-n-Transistor sein. Der
dargestellte p-n-p-Transistor hat eine Basis 129, einen Emitter 130 und einen Kollektor
131. Der Koppelkondensator 132 liegt zwischen der Basis und der Anzapfung 125 der
Ausgangsinduktivität des ersten Transistorverstärkers. Der Emitter ist über einen
Kondensator 133 für Signalspannungen geerdet. Der Kollektor ist mit einem Parallelresonanzkreis
verbunden, der eine Induktivität 134 und einen Kondensator 135 enthält. Die freie
Seite des Parallelresonanzkreises ist-mit dem negativen Pol einer zweiten Spannungsquelle
136 verbunden. Der positive Pol der Spannungsduelle 136 ist an den negativen Pol
der Spannungsquelle 121 angeschlossen. Ein Kondensator 137 überbrückt die Spannungsquelle
136 für die Signalfrequenzen. Dem Transistor 111 werden die Spannungen von
beiden Spannungsquellen 136 und 121 über die Induktivität 134 und die Widerstände
138, 139 und 140 zugeführt: Der Teil 112 der Schaltung, der zur Dernodulation
und zur Erzeugung der Regelspannung benutzt wird, enthält den Transistor 113, der
gemäß der Erfindung komplementär zu dem geregelten Transistor ist. Da der Transistor
110 ein n-p-n-Transistor ist, ist der Transistor 113 als p-n-p-Transistor ausgebildet.
Der Transistor 113 hat eine Basis 141, einen Emitter 142 und einen Kollektor 143
und ist so eingestellt, daß er als Gleichrichter oder Demodulator für eine Signalspannung
arbeitet, die zwischen Basis und Emitter liegt. Die Basis ist über einen Kondensator
144 mit dem Kollektor der vorhergehenden Transistorstufe verbunden. Ein Kondensator
145 liegt zwischen denn Emitter und Erde und bildet eine Leitung niedriger Impedanz
für Wechselspannungen zwischen dem Emitter und Erde. Der Kondensator 146 zwischen
denn Kollektor und dem negativen Pol der Spannungsquelle 136 hat eine niedrige Impedanz
für Hochfrequenz, während er gleichzeitig eine hohe Impedanz für Signale der Modulationsfrequenz
hat. Der Kollektor ist an die Ausgangsklemme 153 angeschlossen. Die Ausgangsklemme
154 ist geerdet. Die Betriebsspannungen für den Transistor 113 werden von den Spannungsquellen
136 und 121 in Verbindung mit den Widerständen 147, 148, 149 und 127 geliefert.
Der Emitter des Transistors 113 ist mit der Basis des Transistors 110 über die Regelleitung
151 und eine Induktivität 152 verbunden. Die Induktivität 152 hat eine hohe Impedanz
für die Trägerfrequenz. Die Kapazität 145 hat einen solchen Wert, daß sie eine im
wesentlichen stetige Spannung an der Basis des Transistors 110 erzeugt, die verhältnismäßig
frei von Hörfrequenzschwankungen ist.
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Die folgenden Werte liefern eine wirksame Gleichrichtung und eine
Regelspannung in Verbindung mit einem Inversionsschichttransistor:
| Spannungsquelle 121 . . . . . . . . . 2 Volt |
| Spannungsquelle 136 . . . . . . . . . 4 Volt |
| Widerstand 147 . . . . . . . . . . . . . . 91000 Ohin |
| Widerstand 148 . . . . . . . . . . . . . . 18 000 Ohm |
| Widerstand 149 . . . . . . . . . . .-. . . 5 000 Ohm |
| Widerstand 127 . . . . . . . . . . . . . . 4 700 Ohm |
| Ind.uktivität 152 .. .. . . ... .. ... 1 @;11 |
Zur Erhöhung der Empfindlichkeit der Verstärkungsregelung ist der Arbeitspunkt des
Transistors 110 vorzugsweise so eingestellt, daß, wenn das zugeführte Signal gleich
Null ist, ein verhältnismäßig kleiner Strom in dem Basis-Emitter-Kreis fließt. Bei
einem typischen Inversionsschichttransistor kann die Vorspannung auf einem solchen
Wert eingestellt sein, daß der statische Emitterström ungefähr 400 [,A beträgt.
In Anwesenheit eines starken Signals wird dann der Emitterstrom auf einen kleinen
Wert von etwa 10 #tA verringert. Um Verzerrungen zu vermeiden, darf der Spitzenwert
des Signalstromes in dem Emitterkreis diesen Wert nicht überschreiten. Im Hinblick
auf die Bedingung; daß das Signal in der geregelten Stufe noch klein ist, ist es
zweckmäßig, die ersten Verstärkerstufen zu regeln.
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Der Transistor 113 richtet einerseits das modulierte Signal gleich
und leitet andererseits eine Regelspannung der richtigen Polarität zur Regelung
der Verstärkung des Transistors 110 ab. Die Vorspannung des Transistors 113 ist
so eingestellt, daß nur negative Spitzen der Wechselstromsignale einen Stromfluß
in dem Emitterkreis hervorrufen. Der Siebkondensator 145 dient dazu, die Modulationskomponenten
auszugleichen
und eine Regelgleichspannung in der Leitung 151 für die automatische Verstärkungsregelung
zu erzeugen. Die gleichrichtende Wirkung des Transistors 113 beruht darauf, daß
die der Basis zugeführten Signalströme entsprechende Ströme in dem Kollektorkreis
erzeugen. Diese Kollektorströme sind eine verstärkte Wiedergabe, der in dem Basiskreis
fließenden Ströme und erzeugen an dein Widerstand 149 eine Spannung, die der Modulation
entspricht, welche dem Träger aufgedrückt ist. Der Kondensator 146 bildet
einen Kurzschluß für die Trägerwellenkomponenten, die in dem Kollektorkreis anwesend
sind. Eine verstärkte gleichgerichtete Spannung erscheint daher am Kollektor und
an der Verstärkerausgangsklemme 153.
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Gemäß der Erfindung wird ein p-n-p-Transistor verwendet, um die Regelspannung
abzuleiten, die dazu benutzt wird, die Verstärkung eines n-p-n-7ransist@@r. durch
Beeinflussung des Emitterstromes zu ändern. Der komplementäre Transistor liefert
die gewünschte Polarität und Richtungsänderung der Regelspannung. Bei Anwesenheit
eines Signals an dem T ranaistor 111' wird eine Regelspannung negativer Polarität
erzeugt die mit zunehmender Signalintensität wächst. Der in dem Emitter des Transistors
110 fließende Strom hängt von der Spannung zwischen der Basis und dem Emitter ab.
Infolge des Spannungsteiler, 126. 127 nimmt die Basis ein Potential an, das weniger
negativ als das Potential des Emitters ist. Wenn eine l@egelspannung erzeugt wird,
«-elche das negative Potential an der Basis erhöht, wird die Spannunlr.,diilerenz
zwischen der Basis und dein Einitter verringert. sf? daß der Stroinfluß in dein
Basis-Eniitter-Kreis erniedrigt wird. Da die Regelspannungs-,virkung ini wesentlichen
eine Stromregelung ist, ist es notwendig. daß die Regelspannung von einer Spannungsquelle
geliefert wird, die den notwendigen Strom ohne ungünstige Beeinflussung ihrer Wirkungsweise
liefern kann. Um eine maximale Regelung des Verstärkertransistors 110 zu erreichen,
ist es gewöhnlich notwendig, daß der Strom von einigen hundert Mikroampere in dem
Basis-Emitter-Kreis auf einen Wert in der Größenordnung von 10 l,A herabgesetzt
wird. Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, daß der Transistor 113 eine Steuerleistung
liefern kann, die ausreicht, um diese Herabsetzung zu erreichen. Außerdem darf auch
die Zuführungsleitung 151 der Regelspannung keine energieverbrauchenden Widerstände
enthalten.
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Bei dem eben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde ein n-p-n-Transistor
einer Emitterstromregelung durch einen komplementären p-n-p-Transistor unterworfen.
In Fig. S wird ein p-n-p-Transistor einer Regelung durch einen n-p-n-Transistor
unterworfen. Außerdem sind in dem Regelkreis noch weitere Verbesserungen angebracht.
Im übrigen ist Fig. 5, abgesehen von den erwähnten Abweichungen, ähnlich der Fig.4
ausgebildet, so däß zur Abkürzung nur die Unterschiede näher erläutert werden. Die
Schaltelemente, die in geänderter Form beibehalten werden, sind mit einem Index
versehen, während identische Teile mit dem gleichen Be'zügszeichen versehen worden
sind.
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Die Verstärkersehaltüri9 der Fig.5 enthält einen ersten p-n-p-Tr ansistor
t10' und einen die Regelspannung erzeugenden ',A-P-1-1-Transistor 113'. Um Spannungen
der r ichtigen Polarität zu liefern, sind die Spannungsquellen 13f'; und 121' vorgesehen,
deren Polarität bezüglich Erde` tznd.der anderen Schaltelemente im Verhältnis zu`Fig.
4 umgekehrt liegt. Die Spannungsquelle 121' ist mit ihrem negativen Pol geerdet,
während die Spannungsquelle 136' mit dem negativen Pol an den positiven Pol der
Spannungsquelle 121' angeschlossen ist. Um die Regelempfindlichkeit zu erhöhen,
ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig.5 kein Widerstand vorgesehen, der dem Widerstand
126 entspricht. In dem vorhergehenden Beispiel dient der Widerstand 126 dazu, den
Arbeitspunkt des Transistors 110 zu stabilisieren, indem er Schwankungen des Basispotentials
zu verringern sucht. Die stabilisierende Wirkung ruft jedoch eine unerwünschte Herabsetzung
der Potentialänderungen unter dem Einfluß der abgeleiteten Verstärkungsregelspannung
hervor. Die Weglassung des Widerstandes 126, die zwar eine Verringerung der Temperaturbeständigkeit
mit sich bringt, ermöglicht somit eine wirksamere Regelung bei vielen Transistoren.
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I?in dritter Unterschied zwischen der Schaltung der Fig. 5 und der
der Fig. 4 besteht bezüglich der Siebschaltung des Regelkreises. Der Kondensator
145 am Gleichrichtertransistor ist durch einen Kondensator 145' ersetzt, der einen
kleineren Kapazitätswert als der Kondensator 145 hat. Der Wert des Kondensators
145' sollte so groß sein, daß er eine verhältnismäßig hohe Impedanz für die Modulationsfrequenzen
hat. während er gleichzeitig eine verhältnismäßig niedrige Impedanz gegenüber der
Trägerfrequenz aufweist. Mit dem Emitter 142' ist eine Induktivität 155 verbunden,
die eine verhältnismäßig hohe Impedanz bei Modulationsfrequenzen hat. Die Leitung
151 für die Regelspannung ist ferner über einen Kondensator 156 geerdet, der eine
niedrige Impedanz für 1lodulationsfrequenzen aufweist. Die Induktivitäten 155 und
156 dienen dazu, eine zusätzliche Siebung der Regelgleich-Spannung für Modulationsfrequenzen
zu bewirken. Im Betrieb erzeugt der n-p-n-Transistor 113' eine Spannung positiver
Polarität, deren Größe zunimmt. wenn die Signalintensität wächst. Die gesiebte Gleich-Spannung
wird dann über die Induktiv ität 152 der Basis des Transistors 110' zugeführt, wo
sie dazu dient, das positive Potential der Basis zu erhöhen und hierdurch das Potential
zwischen der Basis und dein Emitter herabzusetzen. Die Verringerung der Basis-Emitter-Spannung
verkleinert den Einitterstrom und vermindert daher den Verstärkungsgrad des Transistors
110'. Uni die Empfindlichkeit der Verstärkungsregelung zu erhöhen, muß die Betriebsspannung
des Transistors 110' so gewählt werden, wie dies in Verbindung mit Fig. 4 für den
Transistor 110 beschrieben worden ist. Die zusätzliche Siebinduktivität 155 soll
ebenfalls einen niedrigen ohmschen Widerstand haben.
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Die beiden letzten Ausführungsbeispiele haben die Anwendung der Erfindung
bei der Verstärkungsregelung eines amplitudenmodulierten Signals gezeigt. Es ist
klar, daß auch diese Schaltungen auf frequenzmodulierte Signale anwendbar sind und
auf andere Anordnungen, in denen eine Regelspannung, die der Intensität des Signals
entspricht. durch eine gleichrichtende Deinodulation erhalten wird. Die regelspannungserzeugenden
Transistoren können auch ausschließlich für die Erzeugung der Regelspannung in Anordnungen
benutzt werden, bei denen eine Gleichrichtung zur Erzielung eines deniodulierten
Signal, nicht erforderlich ist. Die Erfindung kann auch in Schaltungen angewendet
werden, in denen mehrere Verstärkertransistoren geregelt werden, wenn die Wirkung
der Regelung erhöht werden soll. ES ist auch möglich, mehrere dazwischenliegende
urigeregelte Ver;tärkerstufen vorzusehen.