DE1136376B - Schaltungsanordnung zur AEnderung der Verstaerkung einer Transistorstufe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Regelung oder Steuerung der Verstärkung einer Transistorstufe unter Verwendung eines änderbaren Widerstandes.

Die Verstärkung einer Transistorstufe kann bekanntlich durch Verschiebung des Arbeitspunktes eines oder mehrerer Transistoren verändert werden. Bei automatischer Regelung kann eine derartige Verschiebung des Arbeitspunktes durch eine Regelspannung bewirkt werden, die durch Gleichrichtung der Ausgangsspannung des Transistorverstärkers gewonnen wird. Dabei kann der Emitterstrom geändert werden. Wegen der Krümmung der Transistorkennlinie läßt sich jedoch eine wirksame Regelung nur im Bereich niedriger Spannungs- oder Stromaussteuerung erzielen. Diese bekannte Schaltungsanordnung hat daher den Nachteil, daß sie nur bei relativ kleinen Signalamplituden mit genügender Linearität (geringer differentieller Amplitudenfehler) arbeitet.

Ferner wurde bereits eine Schaltungsanordnung zur Änderung der Verstärkung einer Transistorstufe vorgeschlagen, bei der die Emitter-Kollektor-Strecken eines ersten und eines zweiten Transistors in Serie geschaltet sind und bei der das Eingangssignal der Basis des ersten Transistors zugeführt und das Ausgangssignal vom Arbeitswiderstand des zweiten Transistors abgenommen wird. Dabei sind beide Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstyp. Der Arbeitspunkt des zweiten Transistors und damit die zu erzielende Verstärkung ist mit der Basisvorspannung am zweiten Transistor einstellbar. Die Erfindung geht einen anderen Weg. Sie bezweckt, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die sich insbesondere zur Verstärkungsregelung von Videosignalen eignet und bei der der Nachteil der bekannten Schaltungsanordnung vermieden wird.

Erfindungsgemäß sind zwei Transistoren vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp hinsichtlich ihrer Emitter-Kollektor-Strecken in an sich bekannter Weise in Serie geschaltet, wobei das zu verstärkende Signal den wechselstrommäßig miteinander verbundenen Basen dieser Transistoren zugeführt wird und parallel zu den Emitter-Kollektor-Strecken der beiden Transistoren ein änderbarer Widerstand geschaltet ist. Das hinsichtlich der Verstärkung zu ändernde Signal ist dann von den miteinander verbundenen Kollektoren abnehmbar. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat die Vorteile, daß damit eine gute Linearität (geringer differentieller Amplitudenfehler) erzielbar ist, ferner daß eine Regelung ohne Gleichspannungsstoß durchführbar ist, daß die erzielte Verstärkung sehr stabil ist und daß die Verstärkungsregelung fern-Schaltungsanordnung

zur Änderung der Verstärkung

einer Transistorstufe

Anmelder:

Fernseh G.m.b.H.,
Darmstadt, Am Alten Bahnhof 6

Dipl.-Ing. Ernst Legier, Darmstadt,
ist als Erfinder genannt worden

bedienbar ist. Die gute Linearität läßt sich durch die wechselstrommäßige Parallelschaltung und durch die gleichstrommäßige Serienschaltung der beiden Transistoren erzielen, wodurch die gegenläufigen Kennlinienkrümmungen kompensiert werden.

Eine besonders gute Stabilität der Verstärkung kann mit großer Gleichstromgegenkopplung erreicht werden. Im folgenden werden die Erfindung und Ausführungsbeispiele derselben an Hand der Fig. 1 bis 5 beschrieben, wobei in mehreren Figuren dargestellte gleiche Schaltungselemente und Signale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es zeigt

Fig. 1 prinzipielle Darstellung einer Transistorstufe, deren Verstärkung mit Hilfe eines änderbaren Widerstandes einstellbar ist,

Fig. 2 prinzipielle Darstellung einer Transistorstufe, deren Verstärkung mit Hilfe eines zusätzlichen Transistors (als änderbarer Widerstand) einstellbar ist, Fig. 3 Ausführungsformen des änderbaren Widerstandes nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 Ausgangsverstärker und

Fig. 5 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Nach Fig. 1 wird ein Eingangssignal (ζ. Β. Videosignal) über Klemme 1 und über die Kondensatoren 2 und 3 den Basen der Transistoren 4 und 5 zugeführt. Die Widerstände 6 bis 8 dienen zur Erzeugung eines konstanten Basisgleichspannungspotentials und bilden einen Spannungsteiler, dessen Enden einerseits an Masse und andererseits über Klemme 9 an den positiven Pol einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen sind. Das Ausgangssignal ist vom Schaltungspunkt 11 über die Klemme 12 abnehmbar. Die Verstärkung dieser Transistorstufe ist durch den änderbaren

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Widerstand 13, der parallel zu den Emitter-Kollektor- tungspunkte 22 und 23 miteinander verbindet, liegt Strecken der Transistoren 4 und 5 geschaltet ist, wahl- nunmehr die Emitter-Kollektor-Strecke des zusätzweise einstellbar. Insbesondere ist eine maximale Ver- liehen Transistors 24 in Reihe mit dem Emitterstärkung bei großem und eine minimale Verstärkung widerstand 25. Das Emitterpotential U_En des Tranbei einem kleinen Wert dieses Widerstandes 13 erziel- 5 sistors 24 folgt dessen Basispotential, d. h. also der bar. Der Widerstand 14 dient als Vorwiderstand zur Regelspannung Ur, Begrenzung des Regelbereiches. _ττ _ _ττ , ττ Die Emitterwiderstände 15 und U dienen zur ^B" ^R "*" ^0< Gleichstromgegenkopplung. Um eine Wechselstrom- Dabei bedeutet U₀ die zwischen der Basis und dem gegenkopplung zu verhindern, sind die Emitter der io Emitter auftretende konstante Spannungsdifferenz, beiden Transistoren 4 und 5 über die Kondensatoren 17 Der Emitterstrom I_En durch den Transistor 24 ist eine bzw. 18 kapazitiv an Masse geschaltet. Der Kollektor- lineare Funktion des Emitterpotentials U_En und damit widerstand 19 ist durch den Kondensator 21 gegen- auch der Regelspannung Ur, die unter Verwendung über Masse abgeblockt. der Widerstände 25, 26 und unter Verwendung des

Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß die 15 Potentiometers 27 gewonnen wird. Damit ist also Steilheit der Emitterstrom/Basisemitterspannungskenn-

linie bei einem Flächentransistor dem Emitterstrom _r £/»" ~ U_Ei Ur-J-U₀- U_Ei

proportional ist. Dies ergibt sich aus dem exponen- Re ' JRs tiellen Verlauf dieser Kennlinie. Um zu vermeiden,

daß durch die Krümmung dieser Kennlinie eine 20 Dabei bedeuten: U_E, das Potential des Schaltungsrelativ schlechte Linearität (großer differentieller punktes 23, A und B Proportionalitätsfaktoren. Amplitudenfehler) entsteht, sind bei der Schaltungs- Da der Strom I_En den Strom im Nebenweg daranordnung die Transistoren 4 und 5 vom entgegen- stellt, ist auch der Strom durch die Transistoren 4 und gesetzten Leitfähigkeitstyp wechselstrommäßig parallel 5 und somit auch die Verstärkung eine lineare Funktion geschaltet. Außerdem sind die beiden Transistoren 25 der Regelspannung Ur. Formelmäßig ist also: gleichstrommäßig in Serie geschaltet, so daß sie von
dem gleichen Emitterstrom durchflossen werden. Ie = I_E< -I₀- I_En = I₀- AUr- B = A'Ur + B'

Solange in den Transistoren 4 und 5 Strom fließt, γ — gj_{E =} A" Ur + B" ist deren Emitterpotential nahezu gleich den entsprechenden Basispotentialen. Beispielsweise ergibt 30 für Ur = U_Ei ist I_En — 0 und V = V_max = K · I₀ sich bei Germaniumtransistoren ein Unterschied von für I_En = I₀ wird I_E = I_Ei = 0 und F=O. Das tritt etwa 0,1 bis 0,2VoIt. Da die Basispotentiale der ein für

Transistoren 4 und 5 konstant sind, sind auch die Ur + U₀ — U_E/

entsprechenden Emitterpotentiale praktisch konstant. ^~~ ⁼ ^o

Es fließt also ein nahezu konstanter Gleichstrom durch 35 ... . ^B

die Emitterwiderstände 15 und 16. beziehungsweise

Ein mit dem änderbaren Widerstand 13 einstellbarer jj_R _ LR_E — U₀ + U_Ei. Teil dieses Stromes fließt auf einem Nebenweg über

den änderbaren Widerstand 13 und den Widerstand 14. Dabei bedeuten: Is Strom durch den Emitter des

Der Rest dieses Stromes fließt über die Emitter-Kol- 40 Transistors 4, I_Ei Strom durch den Emitter des

lektor-Strecken der Transistoren 4 und 5. Der Strom Transistors 5,1₀ Strom durch die Widerstände 15, 16,

durch diese Transistoren 4 und 5 und somit also auch I_Ei, Strom durch den Nebenweg vom Schaltungs-

die durch diese Transistoren erzielbare Verstärkung punkt 22 über den Transistor 24, den Widerstand 25

ist also durch die Änderung des Widerstandes 13 zum Schaltungspunkt 23, A' und B', K, A", B"

einstellbar. 45 Proportionalitätsfaktoren, V Verstärkung.

Im Verbindungspunkt 11 der beiden Kollektoren Fig. 3 zeigt mehrere Varianten von Schaltungstritt bei einer Verstärkungsregelung kein Gleich- anordnungen für den Nebenweg von den Schaltungsspannungsstoß auf, da die Emitter-Kollektor-Strecken punkten 22 zum Schaltungspunkt 23. Die in Fig. 3a der Transistoren 4 bzw. 5 für Gleichstrom zwei gleiche beschriebene Variante wurde bereits beschrieben. Nach Widerstände darstellen. Es stellt sich ein gemeinsames 50 Fig. 3b ist im Nebenweg außer dem Widerstand 25 Kollektorpotential ein, das in der Mitte zwischen den auch noch ein Kollektorwiderstand 28 vorgesehen, beiden Emitterpotentialen liegt. Nach Fig. 3 c ist die Emitter-Kollektor-Strecke eines Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 muß nicht p-n-p-Transistors 29 und ein Widerstand 31 in Serie notwendigerweise ein linearer Zusammenhang zwischen geschaltet. Nach Fig. 3d ist zusätzlich noch der dem Widerstand 13 und der erzielten Verstärkung 55 Kollektorwiderstand 32 vorgesehen. Die Kollektorbestehen. Es gibt aber Fälle, beispielsweise in einer widerstände 28 und 32 können beispielsweise als Bildmischeinrichtung von Fernsehstudios, wo ein der- Überlastungsschutz vorteilhaft sein, artiger linearer Zusammenhang erwünscht ist, weil Die Steilheit der Transistorkennlinien liegt im Verdatm die Videosignale verschiedener Bildquellen gleich zu Röhren wesentlich höher. Diese Steilheit gemischt (addiert) werden können, ohne daß dabei 60 verdoppelt sich durch die wechselstrommäßige Parallelstörende Effekte auftreten. Bei einem linearen Zu- schaltung der beiden komplementären Transistoren 4 sammenhang sind die Anteile der gemischten Bild- und 5, nach den Fig. 1 und 2. Bei Verwendung üblicher quellen am Gesamtsignal aus der Reglerstellung Kollektorwiderstände 19 von etwa 1 kO ergibt sich ablesbar, was eine einfache Bedienung ermöglicht. leicht eine Verstärkung mit dem Faktor 100 oder mehr, Ein linearer Zusammenhang zwischen Verstärkung und 65 welche auf Grund der Kollektorbasiskapazität und des Reglerstellung bzw. zwischen Verstärkung und Regler- bekannten Miller-Effektes störende Verstärkungsgleichspannung ist mit einer Schaltungsanordnung abhängige Rückwirkungen auf das Eingangssignal nach Fig. 2 erzielbar. Im Nebenweg, der die Schal- verursachen kann.

Diese störende Rückwirkung kann nach Fig. 4 durch Nachschaltung einer in Basisschaltung arbeitenden Stufe unter Verwendung eines Transistors 33, eines Kollektorwiderstandes 34 und eines Emitterwiderstandes 35 vermieden werden. Dabei wird der Ausgangsstrom der regelbaren Verstärkerstufe über den Schaltungspunkt 11 dem Emitter des Transistors 33 zugeführt, dessen Basis wechselstrommäßig geerdet ist. Durch den sehr niedrigen Eingangswiderstand dieser nachfolgenden Transistorstufe (Transistor 33) kann die Verstärkung der regelbaren Schaltungsanordnung mit den Transistoren 4 und 5 leicht im Bereich von 1 oder weniger gehalten werden, wodurch jede störende Rückwirkung auf das Eingangssignal vermieden wird. Die hohe Verstärkung erfolgt nun im Transistor 33, hier jedoch wegen der wechselstrommäßig geerdeten Basis praktisch rückwirkungsfrei.

Nach Fig. 4 a kann der Transistor 33 angekoppelt sein. Sein Ausgangssignal wird über Klemme 36 abgegeben, und die Basis des Transistors 33 wird unter Verwendung der Spannungsteilerwiderstände 37 und 38 auf einem Potential gehalten, das etwa der halben, an Klemme 39 anliegenden, positiven Betriebsspannung entspricht.

Nach Fig. 4 b ist der Transistor 33 kapazitiv über den Kondensator 41 an den Schaltungspunkt 11 angekoppelt.

Fig. 5 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Videosignal mit einer Amplitude von 12,5 mVss über Klemme 1 und über die Kondensatoren 2 bzw. 3 (je 175 μΈ) der Basis des Transistors 4 (p-n-p-Transistor der Type 2 N 1991) bzw. der Basis des Transistors 5 (n-p-n-Transistor der Type 2 N 1613) zugeführt wird. Die Widerstände 6, 8 (je 2,7 kO) und 7 (5,6 kQ) sind Teile eines Spannungsteilers, dessen Enden über die Klemmen 42 (—12 Volt) bzw. 43 (+12VoIt) an den negativen bzw. positiven Pol der Betriebsspannungsquelle angeschlossen sind. Die Widerstände 15 und 16 (je 5,6 kO) dienen zur Gleichstromgegenkopplung. Die Kondensatoren 17, 18 (je 350 μΈ) verhindern die wechselstrommäßige Gegenkopplung. Im Nebenweg ist die Serienkombination, bestehend aus den Widerständen 44, 45 (je 3,3 kO) und der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 29 (p-n-p-Transistor der Type OC 468) vorgesehen. Die Verstärkung der Transistorstufen 4 und 5 ist also unter Verwendung des Potentiometers 46 (50 kO) und des Widerstandes 47 (47 kü,), gegebenenfalls auch fernbedienbar, einstellbar. Dabei ist eine maximale Verstärkung mit dem Faktor 80 und eine minimale Verstärkung mit dem Faktor 0 erzielbar. Der Schaltungspunkt 11 ist an die nachfolgende Transistorstufe angeschlossen, die aus dem Transistor 48 (p-n-p-Transistor der Type AF 114), dem Kollektorwiderstand 49 (1 kO) und dem Emitterwiderstand 50 (3,3 kü) besteht. Das Ausgangssignal ist vom Kollektor des Transistors 48 über Klemme 51 mit einer Ampütude von maximal 1 V_gs abnehmbar. Unter den gemachten Voraussetzungen ist der differentielle Amplitudenfehler bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 etwa 2%.

Die Überblendung zweier Videosignale kann mit zwei Schaltungsanordnungen nach Fig. 5 durchgeführt werden. Das erste Videosignal wird dann über Klemme 1 der ersten Schaltungsanordnung und das zweite Videosignal über Klemme 1 der zweiten Schaltungsanordnung nach Fig. 5 zugeführt. Dabei sollen die Abgriffe der Potentiometer 46 der beiden Schaltungsanordnungen derart gegenläufig gekoppelt sein, daß bei voller Verstärkung des einen Videosignals das andere gesperrt wird und umgekehrt. Das verstärkte erste Videosignal ist dann über Klemme 51 der ersten Schaltungsanordnung nach Fig. 5 und das verstärkte zweite Videosignal ist über Klemme 51 der zweiten Schaltungsanordnung nach Fig. 5 abnehmbar.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung zur Änderung der Verstärkung einer Transistorstufe unter Verwendung eines änderbaren Widerstandes, dadurch gekenn zeichnet, daß zwei Transistoren (4, 5) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp hinsichtlich ihrer Emitter-Kollektor-Strecken in an sich bekannter Weise in Reihe geschaltet sind, daß das zu verstärkende Signal, vorzugsweise ein Videosignal, den miteinander verbundenen Basen dieser Transistoren (4,5) zugeführt wird, daß ferner parallel zu den Emitter-Kollektor-Strecken der beiden Transistoren (4, 5) der änderbare Widerstand (13, 24, 29) geschaltet ist und daß das hinsichtlich der Verstärkung geänderte Signal von den miteinander verbundenen Kollektoren (Schaltungspunkt 11) der Transistoren (4, 5) abgenommen wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der Transistoren (4, 5), vorzugsweise über Spannungsteilerwiderstände (6, 7, 8), an Schaltungspunkte konstanten Potentials angeschlossen sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der beiden Transistoren (4, 5) einerseits über je einen Emitterwiderstand (16 bzw. 15) an die Pole (43 bzw. 42) einer Betriebsspannung und andererseits über Wechselstromwiderstände (17 bzw. 18), die dem Betrag nach wesentlich kleiner als die Emitterwiderstände (16 bzw. 15) sind, an einen Schaltungspunkt mit festem Potential, vorzugsweise an Masse, angeschlossen sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der beiden Transistoren (4, 5) mit einem gegenüber Masse durch einen Kondensator (21) abgeblockten Kollektorwiderstand (19) leitend verbunden sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den beiden Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren (4, 5) als änderbarer Widerstand eine Serienkombination, bestehend aus der Emitter-Kollektor-Strecke eines weiteren Transistors (24, 29) und aus einem ohmschen Widerstand (25, 31) geschaltet ist und daß das Basispotential dieses weiteren Transistors (24, 29) an eine Regel- oder Steuerspannung angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der beiden Transistoren (4, 5) mit dem Emitter einer zusätzlichen Basisschaltung geschalteten Transistorstufe (33) verbunden sind, daß die Basis dieses zusätzlichen Transistors (33) wechselstrommäßig geerdet ist und daß vom Kollektor dieses zusätzlichen Transistors (33) ein Ausgangssignal gewonnen wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der parallel zu den Emitter - Kollektor - Strecken liegende änderbare

Widerstand (24, 29) unter Verwendung einer Steuerspannung änderbar ist und daß die erzielbare Verstärkungsänderung der Steuerspannung angenähert proportional ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der parallel zu den Emitter-Kollektor-Strecken liegende änderbare Widerstand (24, 29) von Hand aus unter Verwendung eines Stellgliedes derart wahlweise einstellbar ist, daß zwischen den Verstärkungsfaktoren einerseits und den Verschiebungen des Stellgliedes andererseits ein linearer Zusammenhang besteht.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der beiden Transistoren (4, S) über je einen Kondensator (17 bzw. 18) an Masse geschaltet sind.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Videosignale den Basen je zweier Transistoren (4, 5) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zugeführt werden, daß jedem Videosignal je ein parallel zu den Emitter-Kollektor-Strecken der beiden Transistoren (4, 5) liegender, änderbarer Widerstand zugeordnet ist und daß diese änderbaren Widerstände von Hand aus wahlweise einstellbar und derart gegenläufig gekoppelt sind, daß bei voller Verstärkung des einen Videosignals das andere gesperrt ist und umgekehrt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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