DE1286123B

DE1286123B - Circuit for the automatic gain control of a direct current amplifier with transistors, especially for integrated circuits

Info

Publication number: DE1286123B
Application number: DE1966T0032481
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Paul; Sieber
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1966-11-09
Filing date: 1966-11-09
Publication date: 1969-01-02

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verstärker mit galvanischer Kopplung, der üblicherweise als Gleichstromverstärker bezeichnet wird, zu bauen, bei dem eine selbsttätige Verstärkungsregelung in wenigstens einer Stufe ohne Beeinflussung des Gleichstromarbeitspunktes in dieser Stufe (und damit der Gleichstromarbeitspunkte in allen anderen Stufen) möglich ist. Diese Aufgabe kommt z. B. bei einem Hochfrequenzverstärker vor, der als integrierte Schaltung ausgebildet ist und bei dem deshalb die Selektion von der Verstärkung getrennt werden muß (Selektion am Eingang und/oder Ausgang des Verstärkers). Der Verstärker ist nur als Gleichstromverstärker ausführbar, weil die Herstellung von großen Kopplungskapazitäten nicht oder mit zu viel Aufwand möglich ist.The invention is based on the object of an amplifier with a galvanic Build coupling, commonly referred to as a DC amplifier, in which an automatic gain control in at least one stage without influencing of the DC operating point in this stage (and thus the DC operating points in all other levels) is possible. This task comes e.g. B. in a high frequency amplifier before, which is designed as an integrated circuit and in which therefore the selection must be separated from the gain (selection at the input and / or output of the Amplifier). The amplifier can only be implemented as a direct current amplifier because the production of large coupling capacities is not possible or is possible with too much effort is.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe folgendermaßen: Eine oder mehrere geregelte Stufen eines Gleichstromverstärkers mit Transistoren sind nach Art eines Differenzverstärkers aufgebaut, der aus einem ersten Transistor mit Emitterwiderstand in Emitterschaltung und mit einem zweiten Transistor mit Emitterwiderstand in Basisschaltung besteht und bei dem den beiden Emitterwiderständen der gemeinsame Emitterstrom aus einer Konstantstromquelle zugeführt wird, wobei die Emitterwiderstände jedoch im Gegensatz zum Differenzverstärker so hochohmig bemessen sind, daß die Verstärkung der Stufe sehr klein ist, und zwischen den beiden Emittern liegen die gegensinnig in Reihe geschalteten Emitter-Kollektor-Strecken von zwei Hilfstransistoren, und die symmetrische Regelspannung wird zwischen den miteinander verbundenen Basiselektroden der beiden Hilfstransistoren einerseits und den miteinander verbundenen Emitterelektroden andererseits angelegt.The invention solves the problem as follows: One or several regulated stages of a direct current amplifier with transistors are after Type of differential amplifier constructed, which consists of a first transistor with an emitter resistor in emitter circuit and with a second transistor with emitter resistor in base circuit and in which the two emitter resistors have the common emitter current is fed to a constant current source, but the emitter resistors im In contrast to the differential amplifier are dimensioned so high resistance that the gain the level is very small, and between the two emitters they are in opposite directions Series-connected emitter-collector sections of two auxiliary transistors, and the symmetrical control voltage is between the interconnected base electrodes the two auxiliary transistors on the one hand and the interconnected emitter electrodes on the other hand applied.

Es sind zwei gegensinnig angeordnete Hilfstransistoren zur Erhaltung der Symmetrie erforderlich, weil die Symmetrie die Vorbedingung für die Konstanz der Emitterströme ist.There are two oppositely arranged auxiliary transistors for maintenance of symmetry is necessary because symmetry is the precondition for constancy is the emitter currents.

Bei einer solchen Schaltung fließt der Wechselstrom bzw. eine Gleichstromänderung, die auch als Wechselstrom aufzufassen ist, in geregelter Größe von dem Emitter des ersten Transistors über die beiden Hilfstransistoren (über den einen jeweils in inverser Richtung) zum Emitter des zweiten Transistors. Wegen des inversen Betriebes ist die Schaltung nur mit Transistoren durchführbar.With such a circuit, the alternating current or a change in direct current flows, which is also to be understood as alternating current, in a regulated size from the emitter of the first transistor via the two auxiliary transistors (via the one in inverse direction) to the emitter of the second transistor. Because of the inverse operation the circuit can only be carried out with transistors.

Liegt eine gegen Erde unsymmetrische Regelspannung vor, so kann diese mit einem Regelspannungsverstärker nach Art eines Differenzverstärkers in eine symmetrische Regelspannung umgewandelt werden. Hierbei kann man an die beiden Basiselektroden dieses Regelspannungsverstärkers gleichzeitig voneinander unabhängige Regelspannungen anlegen.If there is an asymmetrical control voltage with respect to earth, this can with a control voltage amplifier like a differential amplifier into a symmetrical one Control voltage can be converted. You can use the two base electrodes this control voltage amplifier at the same time independent control voltages invest.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erklärt.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.

F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung und F i g. 3 eine solche mit Regelspannungsverstärker; F i g. 2 stellt ein Beispiel für eine Konstantstromquelle dar.F i g. 1 shows a circuit according to the invention and FIG. 3 such with control voltage amplifier; F i g. 2 shows an example of a constant current source represent.

In F i g. 1 ist in einer nach Art eines Differenzverstärkers aufgebauten Verstärkerstufe der erste Transistor mit 1 und der zweite Transistor mit 2 bezeichnet. Die zugehörigen Emitterwiderstände sind die Widerstände 3 und 4, und die zugehörigen Kollektorwiderstände sind die Widerstände 5 und 6. Die Emitterströme für die beiden Transistoren werden einer Konstantstromquelle 7 entnommen. Der gemeinsame Emitterstrom teilt sich bei gleichen Transistoren 1 und 2 und gleichen Emitterwiderständen 3 und 4 in zwei gleiche Teile auf. Die Eingangsspannung UE wird der Basis des Transistors 1 zugeführt, während der Transistor 2 in Basisschaltung betrieben wird. Die verstärkte Ausgangsspannung UA wird zwischen den beiden Kollektoren oder zwischen dem Kollektor des Transistors 2 und Erde entnommen. Im letzteren Fall geht allerdings die halbe Verstärkung verloren. Aus Symmetriegründen ist in die Basiszuleitung des Transistors 2 ein Widerstand 9 von gleicher Größe wie der Widerstand 8 eingeschaltet.In Fig. 1, the first transistor is denoted by 1 and the second transistor is denoted by 2 in an amplifier stage constructed in the manner of a differential amplifier. The associated emitter resistors are resistors 3 and 4, and the associated collector resistors are resistors 5 and 6. The emitter currents for the two transistors are taken from a constant current source 7. If the transistors 1 and 2 and the emitter resistors 3 and 4 are the same, the common emitter current is divided into two equal parts. The input voltage UE is fed to the base of the transistor 1, while the transistor 2 is operated in common base. The amplified output voltage UA is taken from between the two collectors or between the collector of transistor 2 and earth. In the latter case, however, half the gain is lost. For reasons of symmetry, a resistor 9 of the same size as the resistor 8 is switched into the base lead of the transistor 2.

Zwischen die Emitter der beiden Transistoren werden nun die Emitter-Kollektor-Strecken der beiden Hilfstransistoren 10 und 11 gegensinnig in Reihe geschaltet. Über die Emitter-Kollektor-Strecken dieser Hilfstransistoren fließt niemals ein Gleichstrom (nur über die Basis-Emitter-Strecken), weil die Emittergleichströme in den Transistoren 1 und 2 immer einander gleich groß sind und deshalb zwischen den Emittern der Transistoren 1 und 2 keine Gleichspannung herrscht. Daß die Emittergleichströme in den Transistoren 1 und 2 immer einander gleich groß sind und deshalb zwischen den Emittern der Transistoren 1 und 2 keine Gleichspannung herrscht. Daß die Emittergleichströme in den Transistoren 1 und 2 immer einander gleich groß sind, kommt daher, daß die Emitterwiderstände 3 und 4 sehr viel größer als beim bekannten Differenzverstärker bemessen sind, so daß sie eine starke Gleichstromgegenkopplung ausüben. Beim bekannten Differenzverstärker befindet sich an Stelle der Emitterwiderstände 3 und 4 ein Potentiometer zur Einstellung der Symmetrie. Die Regelspannung UR wird über die Entkopplungswiderstände 12 und 13 zwischen die miteinander verbundenen Basiselektroden einerseits und die Emitterelektroden andererseits angelegt. Die Regelspannung UR muß symmetrisch gegen Erde sein.The emitter-collector paths of the two auxiliary transistors 10 and 11 are now connected in series in opposite directions between the emitters of the two transistors. A direct current never flows through the emitter-collector paths of these auxiliary transistors (only through the base-emitter paths) because the emitter direct currents in transistors 1 and 2 are always equal to each other and therefore there is no DC voltage between the emitters of transistors 1 and 2 prevails. That the emitter direct currents in the transistors 1 and 2 are always equal to each other and therefore there is no direct voltage between the emitters of the transistors 1 and 2. The fact that the emitter direct currents in the transistors 1 and 2 are always equal to one another is due to the fact that the emitter resistors 3 and 4 are dimensioned much larger than in the known differential amplifier, so that they exert a strong direct current negative feedback. In the known differential amplifier, instead of the emitter resistors 3 and 4, there is a potentiometer for setting the symmetry. The control voltage UR is applied via the decoupling resistors 12 and 13 between the interconnected base electrodes on the one hand and the emitter electrodes on the other hand. The control voltage UR must be symmetrical to earth.

Sind die Hilfstransistoren 10 und 11 durch die Regelspannung UR gesperrt, so fließt nur ein sehr schwacher Strom vom Emitter des Transistors 1 über die beiden Emitterwiderstände 3 und 4 zum Emitter des Transistors 2, weil die Emitterwiderstände 3 und 4 entsprechend groß bemessen sind. Bei gesperrten Hilfstransistoren 10 und 11 hat also die Verstärkerstufe die kleinste Verstärkung. Werden die Hilfstransistoren 10 und 11 durch die Regelspannung leitend gemacht, so fließt über die Hilfstransistoren ein entsprechend großer Wechselstrom vom Emitter des Transistors 1 zum Emitter des Transistors 2. Die Gleichstromarbeitspunkte der Transistoren 1 und 2 bleiben unverändert, weil, wie gesagt, über die Hilfstransistoren 10 und 11 kein Gleichstrom fließt. übrigens haben auch Änderungen der kollektorseitigen Belastung keinen Einfluß auf die Kollektorströme der Transistoren 1 und 2, weil die Emitterströme durch die großen Emitterwiderstände 3 und 4 und durch die Konstantstromquelle 7 stabilisiert sind.If the auxiliary transistors 10 and 11 are blocked by the control voltage UR, only a very weak current flows from the emitter of transistor 1 via the two emitter resistors 3 and 4 to the emitter of transistor 2, because the emitter resistors 3 and 4 are correspondingly large. When the auxiliary transistors 10 and 11 are blocked, the amplifier stage has the lowest gain. If the auxiliary transistors 10 and 11 are made conductive by the control voltage, a correspondingly large alternating current flows through the auxiliary transistors from the emitter of transistor 1 to the emitter of transistor 2. The direct current operating points of transistors 1 and 2 remain unchanged because, as I said, via the auxiliary transistors 10 and 11 no direct current flows. Incidentally, changes in the load on the collector side also have no influence on the collector currents of transistors 1 and 2, because the emitter currents are stabilized by the large emitter resistors 3 and 4 and by the constant current source 7.

F i g. 2 zeigt ein Beispiel für eine Konstantstromquelle. Sie besteht aus einem Transistor 14 (mit Emitterwiderstand 15), dessen Basisspannung von einem Spannungsteiler entnommen wird, der aus der Zenerdiode 16 und dem Widerstand 17 besteht.F i g. 2 shows an example of a constant current source. she consists from a transistor 14 (with emitter resistor 15), the base voltage of a Voltage divider is taken from the Zener diode 16 and the resistor 17 consists.

In F i g. 3 ist zusätzlich ein Regelspannungsverstärker mit den Transistoren 18 und 19 vorgesehen, der ebenfalls nach Art eines Differenzverstärkers ausgebildet ist. Er braucht aber keine Emitterwiderstände zu enthalten, sondern gegebenenfalls nur ein Potentiometer 20 zur Einstellung der Symmetrie. Die Emitterströme werden von einer Konstantstromquelle 21 geliefert. Die Kollektorwiderstände 22 und 23 werden hochohmig bemessen, damit ein möglichst kleiner Nebenschluß für den über die Hilfstransistoren 10 und 11 fließenden Wechselstrom vorhanden ist. Man kann entweder nur eine Regelspannung UR bei geerdeter Basis des Transistors 18 anlegen oder gleichzeitig eine unabhängige Regelspannung UR'.In Fig. 3, a control voltage amplifier with the transistors 18 and 19 is also provided, which is also designed in the manner of a differential amplifier. However, it does not need to contain any emitter resistors, but rather only a potentiometer 20 for adjusting the symmetry. The emitter currents are supplied from a constant current source 21. The collector resistors 22 and 23 are dimensioned with high resistance so that the smallest possible shunt is present for the alternating current flowing through the auxiliary transistors 10 and 11. Either only one control voltage UR can be applied when the base of the transistor 18 is grounded, or an independent control voltage UR 'can be applied at the same time.

Claims

Claims: 1. Circuit for automatic gain control a direct current amplifier with transistors, especially for integrated circuits, characterized in that one or more regulated stages of the direct current amplifier are constructed in the manner of a differential amplifier, which consists of a first transistor with emitter resistor in emitter circuit and with a second transistor with emitter resistor in the base circuit and in which the two emitter resistors have the common Emitter current is supplied from a constant current source, the emitter resistors However, in contrast to the differential amplifier, they are dimensioned to have such a high resistance that the Gain of the stage is very small, and that between the two emitters the opposite directions series-connected emitter-collector paths of two auxiliary transistors and that the symmetrical control voltage between the interconnected base electrodes the two auxiliary transistors on the one hand and the interconnected emitter electrodes on the other hand is applied.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that that the control voltage via a control voltage amplifier in the manner of a differential amplifier is supplied, the control voltage related to ground the base electrode of the controls a transistor of this control voltage amplifier, and that the amplified symmetrical control voltage between the collectors of the two transistors this Control voltage amplifier is taken and fed to the two auxiliary transistors.

3. A circuit according to claim 2, characterized in that a second to ground related control voltage with the same or opposite polarity of the base electrode of the other transistor of the control voltage amplifier is supplied.