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Schaltungsanordnung zur Einstellung der Amplitude eines Signals Die
Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur EinsteRung der Amplitude eines Signals,
insbesondere für die Ferneinstellung eines Transistorverstärkers für Fernsehvideosignale.
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Bekannte Regelschaltungen mit Halbleiterelementen, z. B. mit Transistoren,
haben den Nachteil, daß sie eine Verzerrung des Signals bewirken und ihre Verstärkung
bei Temperaturänderungen schwankt. Eine Verstärkungsregelschaltung soll jedoch möglichst
geringe Verzerrung des Signals bewirken und unerwünschte Verstärkungsschwankungen
durch Temperaturänderungen vermeiden.
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Es ist bereits eine Schaltungsanordnung zur Einstellung der Amplitude
des an Eingangsklemmen liegenden Signals einer gegenüber ihrer Belastung hochohmigen
Wechselstromsignalquelle vorgeschlagen worden, bei der in zwei Parallelzweigen zu
den Eingangsklemmen je eine nur in einer Richtung leitfähige Anordnung, z.
B. Halbleitereleinent liegt, der Arbeitspunkt mindestens einer dieser beiden Anordnungen
veränderbar ist und die Ausgangsspannung von dem Signalstrom in einem der beiden
Parallelzweige abgeleitet wird. An den Eingangsklemmen liegt dabei eine Wechselstromsignalquelle
mit infolge ihres hohen Innenwiderstandes konstantem Strom, so daß sich der konstante
Strom entsprechend der Einstellung des Arbeitspunktes unterschiedlich auf die beiden
nur in einer Richtung leitfähigen Anordnungen aufteilt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirkungsweise und die
Eigenschaften einer solchen Schaltung, insbesondere bei der Anwendung auf Videosignale,
zu verbessern. Die Erfindung besteht darin, daß der Arbeitspunkt der anderen der
beiden nur in einer Richtung leitfähigen Anordnungen stabilisiert ist und die Ausgangsspannung
von dem Signalstrom des diese Anordnung enthaltenden Parallelzweiges abgeleitet
wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß die Gleichspannung
über der Anordnung mit stabilisiertem Arbeitspunkt bei der Einstellung der Amplitude
nicht verändert wird. Dies ist besonders vorteilhaft und wichtig für Videoschaltungen.
Wenn nämlich die Gleichspannung über der Anordnung mit stabilisiertem Arbeitspunkt
bei der Einstellung der Amplitude sich ändert, so können in der Ausgangsspannung
entweder unerwünschte Verschiebungen des Schwarzpegels oder störende Einschwingvorgänge
entstehen.
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Die beiden nur in einer Richtung leitfähigen Anordnungen enthalten
vorzugsweise je eine Diode, von denen bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
die eine Diode durch den Emittereingangswiderstand eines in Basisschaltung betriebenen
Transistorverstärkers gebildet wird.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von vier verschiedenen, in
den F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In F i g. 1 liegt das Signal, dessen Amplitude eingestellt
werden soll, zwischen den Eingangsklemmen 1 und 2, zu denen eine Diode
3 parallel geschaltet ist. Die Klemme 2 ist geerdet. Die Klemme
1
ist mit dem Emitter eines Transistors 4 sowie über einen Widerstand
5 und einen einstellbaren Widerstand 6 mit einem Leiter
7 verbunden, der am negativen Pol der Betriebsspannungsquelle lieg Die Basis
des Transistors 4 ist über einen Kondensator 8
mit Erde und über einen Widerstand
9 mit dem Leiter 7 verbunden. Der Kollektor des Transistors 4 liegt
-über einen Widerstand 10 an einem Leiter 11,
der zum positiven Pol
der Betriebsspannungsquelle führt. Das Ausgangssignal des Transistors 4 wird von
seinem Kollektor abgenommen und über einen Verstärker 12 einer Ausgangsklemme
13 zugeführt. Mit einem Widerstand 14, der zwischen dem Kollektor und der
Basis des Transistors 4 geschaltet ist, wird eine Gleichspannungsgegenkopplung für
den Transistor 4 bewirkt. Der Transistor 4 ist vom npn-Typ.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet die Emitter-Basis-Strecke
des Transistors 4 als zweite Diode, die zu der Diode 3 parallel geschaltet
ist.
Die Kathode der zweiten Diode, die durch den Emitter des Transistors4 dargestellt
ist, und die Kathode der Diode3 sind beide mit der Klemme 1 verbunden. Die
Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Das Signal an den Klemmen 1
und
2 kommt von einer Wechselstromquelle mit hohem Innenwiderstand.
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Der von dieser Quelle gelieferte, weitgehend von der Belastung unabhängige
Strom wird auf die Diode 3 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors
4 aufgeteilt. Eine Verstellung des veränderbaren Widerstandes 6 verändert
den Arbeitspunkt der Diode 3 und dadurch ihren Widerstand. Der Arbeitspunkt
der Emitter-Basis-Diode des Transistors 4 wird jedoch wegen der Gleichspannungsgegenkopplung
-mit dem Widerstand 14 nicht geändert. Aus -diesem Grunde ist das Teilerverhältnis
des Signalstromes auf die beiden Dioden von der Einstellung des veränderbaren Widerstandes
6 abhängig. Da andererseits der Kollektorstrom des Transistors 4 abhängig
von und praktisch gleich dem Emitterstrom des Transistors 4 ist, bedingt durch die
Funktion des Transistors, so ist die Amplitude des von dem Kollektor des Transistors
4 abgeleiteten Ausgangssignals von der Einstellung des veränderbaren Widerstandes
6 abhängig. Der Kondensator 8
dient dazu, die Basis des Transistors
4 für Signalwechselspannungen zu erden.
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Vorzugsweise sind der Widerstand der Diode 3
und der Emitter-Basis-Diode
des Transistors 4 überwiegend Widerstände von reinen Halbleiterelementen, so daß
mit Temperaturschwankungen ähnliche Widerstandsänderungen in beiden Dioden entstehen.
Dadurch wird erreicht, daß die Verstärkung der Schaltung weitgehend unabhängig von
der Temperatur ist, zumindest in solchen Grenzen, in denen die Dioden in ihrem Verhalten
nicht wesentlich voneinander abweichen. Außerdem hat die Schaltung ein weitgehend
lineares Verhalten gegenüber den Eingangssignalen.
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Die F i g. 2 und 3 zeigen Abwandlungen der Grundschaltung
nach F i g. 1, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind.
In F i g. 2 wird die Gleichspannungsgegenkopplung vom Kollektor'zu Basis
des Transistors 4 mit einem weiteren Transistor 15 erreicht, der in seiner
Emitterleitung eine Zenerdiode 16 enthält. Der Transistor 15, der
die erste Stufe des Verstärkers 12 sein kann, dient dazu, das Ausgangssignal der
Schaltung zu verstärken 'und die Gegenkopplung zwischen dem Kollektor und der Basis
des Transistors 4 zu erhöhen.
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In den Schaltungen nach den F i g. 1 und 2 ist es wünschenswert,
daß die positive Betriebsspannung an dem Leiter 11 stabilisiert ist, damit
der Strom in der Enütterleitung des Transistors 4 konstant bleibt. In der Schaltung
nach F i g. 3 wird der Strom in der Emitterleitung des Transistors 4 trotz
Änderungen der Spannung am Leiter 11 mittels eines Widerstandes
17 und einer Zenerdiode 18 konstant gehalten. Bei diesem Beispiel
ist die Gegenkopplung vom Kollektor zur Basis des Transistors 4 nicht erforderlich,
weil der Arbeitspunkt der Basis-Emitter-Diode des Transistors 4 durch die Zenerdiode
18
und den Widerstand 17 konstant gehalten wird. Der Kondensator
19 dient als überbrückung für den Widerstand 17 für Signalfrequenzen.
Da jedoch die Signalfrequenzen sehr niedrige Frequenzkomponenten enthalten können,
beispielsweise bei Femsehsignalen, muß der Kondensator 19 einen großen Wert,
etwa 2000 [tF haben. Solche großen Kapazitätswerte lassen sich mit Elektrolytkondensatoren
zwar erzielen; diese haben jedoch hohe Leckströme, die sich bei Temperaturschwankungen
ändern und unerwünschte Schwankungen in der Verstärkung der Schaltung hervorrufen.
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Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 ist eine Weiterentwicklung der
von F i g. 3. Die Basis-Emitter-Diode des Transistors 4 ist dabei ersetzt
durch eine Diode 20, und der Kondensator 19 liegt in der Gegenkopplungsschleife
eines Verstärkers. Schaltelemente in F i g. 4, die denen in F i
g. 3 entsprechen, sind dabei mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die zweite
Diode 20 und die Kombination des Widerstandes 17 mit dem Kondensator-19
-sind so geschaltet, daß 'die zweite Diode -direkt mit der Klemme
1 verbunden ist. Der Widerstand 17 ist zwischen die Anode der Diode
20 und die Kathode dei Zenerdiode 18 geschaltet. Der Kondensator
19 ist zwischen die Anode der Diode 20 und den Emitter des Transistors 21
geschaltet, der die erste Stufe des Verstärkers mit den Transistoren 21, 22,
23 bildet. Die letzte Stufe des Verstärkers enthält den Transistor
23, der als Emitterfolgerstufe geschaltet ist. Der Emitter des Transistors
23 ist mit der Ausgangs-klemme 13 und über ein Netzwerk 24
mit der Anode der Diode 20 verbunden, so daß der Kondensator 19
in der Gegenkopplungsschleife
des Verstärkers liegt. Bei dieser Schaltung können zur Erzielung der gleichen Verzerrungsfreiheit
der niederfrequenten Signalkomponenten die Werte des Kondensators 19
und des
Kondensators im. Netzwerk 24 wesentlich kleiner sein als 2000 J wie in F
i g. 3. Aus diesem Grunde können Kondensatoren mit kleinen Leckströmen, z.
B. Tantal-Elektrolytkondensatoren verwendet wer-den, so daß Verstärkungsschwankungen,
die durch Schwankungen der Leckströme in dem Kondensator -emäß F i g. 3 entstehen,
vermieden werden.
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Wenn es erwünscht ist, die Amplitude der Signale auf Null herunterzuregeln,
so können die Schaltungen nach den F i g. 3 und 4 zusätzlich einen Widerstand
25 enthalten, der in diesen Figuren gestrichelt dargestellt ist, da er keinen
wesentlichen Bestandteil der dargestellten Schaltungen bildet. Wenn in der Schaltung
nach F i g. 3 der Widerstand 25 zwischen dem Verbindungspunkt der
Widerstände 5 und 6 und der Basis des Transistors 4 geschaltet ist,
so überträgt er eine Vorspannung zur Zenerdiode 18, so daß diese bei einer
bestimmten Einstellung des Widerstandes 6
nichtleitend wird. Bei weiterer
Verstellung des Widerstandes 6 zur Verringerung der Amplitade der Signale
wird schließlich auch der Transistor 4 nichtleitend. Diese Anordnung erzeugt allerdings
eine Phasendrehung in der Ausgangsspannung.
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Wenn der Widerstand 25 in der Schaltung nach F i
g. 4 zwischen den Verbindungspunkt der Widerstände 5 und
6 und die Anode der Diode 20 geschaltet ist, so wird der Signalstrom durch
die Diode 20 bei einer Verstellung des Widerstandes 6 zur Verringerung der
Amplitude der Signale herabgesetzt. Bei einer bestimmten Einstellung des Widerstandes
6
wird der Signalstrom gleich Null. Diese Schaltung erzeugt wegen des Kondensators
19 keine Phasendrehung in der Ausgangsspannung. Die Schaltung nach F i
g. 4 kann durch Fortlassung der Transistoren 22 und 23 und die durch
sie gebildete Gegenkopplung
vereinfacht werden. Es wird dann nur
der Transitor 21 verwendet. Diese Vereinfachung bedingt zwar eine geringe Verzerrung
der niedrigen Frequenzen. Diese kann aber durch eine dahinterliegende Schaltung
zur Wiedereinführung der Gleichspannung wieder beseitigt werden.
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Durch eine Kombination mehrerer der hier beschriebenen Schaltungsanordnungen
läßt sich ein Mehrkanal-Mischverstärker aufbauen. Für einen solchen Fall wird vorzugsweise
eine Anzahl von Schaltungen nach F i g. 4 benutzt, wobei jede einen Widerstand
25 enthält. Die Ausgangsspannung von jeder dieser Schaltungen könnte jeweils
von dem Kollektor des Transistors 23 entnommen werden, wenn in der
Kollektorleitung ein entsprechender Arbeitswiderstand liegt. Der Kollektorstrom
des Transistors 23 jeder Schaltung kann auch direkt einem Verstärker mit
niedrigem Eingangswiderstand zugeführt werden, wodurch dann eine Strommischung entsteht.