DE1297705B

DE1297705B - Multi-stage amplifier arrangement with automatic control

Info

Publication number: DE1297705B
Application number: DE1966S0101902
Authority: DE
Inventors: Arnous; Dipl-Ing Heinz; Langecker Karl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-02-08
Filing date: 1966-02-08
Publication date: 1969-06-19

Description

Der Sinn einer automatischen Verstärkungsregelung bei Fernsehgeräten und anderen Verstärkeranordnungen ist die Konstanthaltung des Signals am Verstärkerausgang bei schwankenden Antennenspannungen. Darüber hinaus ist auch Vorsorge zu treffen, daß über den ganzen in Frage kommenden Antennenspannungsbereich keine das Signal verformende Übersteuerung der Verstärkerstufen auftritt. Besteht die Möglichkeit, daß mehrere Signale verschiedener Sender in den Empfänger gelangen, dann muß die Verstärkungsregelung so ausgelegt werden, daß auch die nichtlinearen Übersprechstörungen (Kreuzmodulation, Intermodulation, Oberwellenmischung) möglichst klein bleiben.The sense of an automatic gain control in televisions and other amplifier arrangements is to keep the signal at the amplifier output constant with fluctuating antenna voltages. In addition, precautions must also be taken that over the whole antenna voltage range in question none of the signal deforming overdrive of the amplifier stages occurs. It is possible, that several signals from different transmitters get into the receiver, then the Gain control can be designed so that the non-linear crosstalk interference (Cross modulation, intermodulation, harmonic mixing) remain as small as possible.

Die Bezugsgröße aller Regelschaltungen ist die gewünschte Ausgangsgröße. Weicht diese Ausgangsgröße vom Sollwert ab, dann soll sie automatisch auf ihren ursprünglichen Wert zurückgeführt werden. Das bedeutet, daß Regelglieder vorhanden sein müssen, die von der Größe der Abweichung beeinfußt werden. Auf ein Fernsehgerät übertragen, ist die Ausgangsgröße das Videosignal an der Bildröhre, die Regelglieder sind Regelröhren oder Regeltransistoren.The reference variable of all control circuits is the desired output variable. If this output variable deviates from the setpoint, then it should automatically be set to yours original value will be returned. This means that control elements are available which are influenced by the size of the deviation. On a television set transmitted, the output variable is the video signal on the picture tube, the control elements are control tubes or control transistors.

üblicherweise wird in den Geräten eine sogenannte Rückwärtsregelung verwendet. In diesem Falle erfolgt die Beeinflussung der Ausgangsgröße durch Regelglieder, die entgegengesetzt zur Verstärkungsrichtung arbeiten. Dadurch ist nie eine volle Ausregelung möglich. Es muß vielmehr immer ein Restfehler verbleiben, der je nach Auslegung der Regeleinrichtung ein bestimmtes Verhältnis zur Ausgangsgröße hat. Je größer dieses Verhältnis gemacht werden kann, um so geringer werden die Schwankungen der Ausgangsgröße.Usually, a so-called reverse control is used in the devices used. In this case, the output variable is influenced by control elements, which work opposite to the direction of amplification. This is never a full one Adjustment possible. Rather, there must always remain a residual error, depending on the Design of the control device has a certain relationship to the output variable. The larger this ratio can be made, the smaller the fluctuations become the output variable.

Bei Fernsehgeräten muß der Regelbereich etwa 70 bis 80 dB betragen, wobei die Ausgangsgröße möglichst auf 5 % konstant gehalten werden soll. Zweckmäßig läßt man mit steigender Antennenspannung die Ausgangsgröße des Verstärkers bis zu einem bestimmten Schwellwert (nahe dem Sollwert) ansteigen, nach dessen überschreitung erst die Regelung einsetzt. Die Differenzgröße nach überschreiten dieses Schwellwertes wird als Stellgröße - je nach Bedarf zusätzlich verstärkt - zur Beeinflussung der Regelglieder benutzt. Aus den Regelkennlinien der Regelglieder läßt sich nun die erforderliche Regelgröße für jeden Abregelungszustand ermitteln. Aus der maximal zulässigen Differenz zwischen der Ausgangsgröße und deren Schwellwert sowie der für die Regelglieder erforderlichen Regelgröße kann die eventuell notwendige Verstärkung ermittelt werden.In the case of televisions, the control range must be around 70 to 80 dB, whereby the output value should be kept constant at 5% if possible. Appropriate if the antenna voltage rises, the output variable of the amplifier is allowed to go up to a certain threshold value (close to the target value) rise after it is exceeded only the regulation starts. The difference size after exceeding this threshold value is used as a manipulated variable - additionally amplified as required - to influence the Control elements used. From the control characteristics of the control elements, the Determine the required controlled variable for each curtailment state. From the maximum permissible difference between the output variable and its threshold value as well as the The controlled variable required for the control elements can be the possibly necessary gain be determined.

Da die Kennlinien der Regelglieder überwiegend einen nichtlinearen Verlauf haben, muß man für die Bestimmung der Verstärkung einen Punkt im »flachen« Bereich dieser Kennlinien herausziehen. Dann wird natürlich für steilere Kennlinienstücke die relative Änderung der Ausgangsgröße geringer als gefordert. Eine Überregelung, das ist eine Umkehr der Regelung, kann in rückwärts geregelten Systemen bekanntlich nicht auftreten. Wichtig ist für eine sehr steile Regelung, daß die Zeitkonstante für die Gewinnung der Regelgröße um ein Mehrfaches kleiner ist als die der Regelglieder, um Regelschwingungen zu vermeiden.Since the characteristics of the control elements are predominantly non-linear Course, one has to find a point in the "flat" Extract the area of these characteristics. Then of course for steeper parts of the characteristic curve the relative change in the output variable is less than required. An overregulation, this is a reversal of the regulation, as is well known in backward regulated systems do not occur. For a very steep regulation it is important that the time constant for obtaining the controlled variable is several times smaller than that of the control elements, to avoid control oscillations.

Bei mehreren Regelgliedern in einem Verstärkungszug sind die einzelnen Regelkennlinien zu addieren. Dazu sind die Betriebskennlinien heranzuziehen, die sich durch die Schaltung des einzelnen Regelgliedes ergeben.If there are several control elements in a reinforcement train, the individual ones are To add control characteristics. For this purpose, the operating characteristics are to be used that result from the switching of the individual control element.

Die Ausgangsgröße für die Regelautomatik in Fernsehgeräten ist, wie bereits bemerkt, die Videospannung an der Bildröhre. Aus ihr (oder einem Teil davon) wird nach überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes die Nachstellspannung gewonnen. Diese wird gegebenenfalls zunächst einem Regelverstärker zugeführt, der am Ausgang die für die Regelglieder erforderliche Spannung bzw. Regelleistung zur Verfügung stellt. Letztere wird dann über entsprechende Netzwerke entweder direkt oder nach einer Einsatzverzögerung den Regelgliedern zugeführt. Die Aufteilung richtet sich nach bestimmten Forderungen an die Regelcharakteristik des Gerätes. Gewöhnlich erstreckt sich dabei die Regelung auf den Vorstufentransistor im Tuner und auf die erste (gegebenenfalls auch auf die zweite) Zwischenfrequenzverstärkerstufe. Mit Rücksicht auf eine gute Empfindlichkeit des Empfängers wird im allgemeinen die Gesamtverstärkung so ausgelegt, daß bei 20 bis 50 [,V Signalspannung am Eingang des Gerätes die volle Aussteuerung der Bildröhre gewährleistet ist. Gleichzeitig wird bei dieser Signalspannung der Einsatzpunkt für die Regelautomatik und damit auch der Beginn der ZF-Verstärkungsregelung erreicht.The output variable for the automatic control in televisions is how already noticed the video voltage on the picture tube. From her (or part of it) the readjusting voltage is obtained after a predetermined threshold value has been exceeded. If necessary, this is first fed to a control amplifier, which is at the output the voltage or control power required for the control elements is available represents. The latter is then either directly or via appropriate networks an application delay fed to the control elements. The division is based according to certain requirements on the control characteristics of the device. Usually extends The regulation is based on the pre-stage transistor in the tuner and on the first (if necessary also on the second) intermediate frequency amplifier stage. With regard to a good one Sensitivity of the receiver, the overall gain is generally designed in such a way that that with 20 to 50 [.V signal voltage at the input of the device the full modulation the picture tube is guaranteed. At the same time, the Starting point for the automatic control and thus also the beginning of the IF gain control achieved.

Das Rausch-Signal-Verhältnis ergibt bei dieser Eingangsspannung - legt man eine Empfängerrauschspannung äquivalent 5 l,V Antennenspannung zugrunde - noch ein unbefriedigendes Bild. Für ein praktisch rauschfreies Bild rechnet man mit etwa 40 dB Rausch-Signal-Verhältnis, das bei etwa 0,5 mV Antennenspannung zu erreichen ist. Voraussetzung hierfür ist, daß bis zu dieser Antennenspannung der Tuner mit voller Verstärkung, also mit optimalen Rauscheigenschaften arbeitet. Erst bei größeren Antennenspannungen wird auch der Tuner zur Regelung der Gesamtverstärkung herangezogen. Die Verteilung der Verstärkungsabregelung auf ZF-Verstärker und Tuner sollte dann so erfolgen, daß dem Tuner mit Rücksicht auf optimale Kreuzmodulationsfestigkeit ein möglichst hoher Regelanteil zugeteilt wird. Diese Probleme sind an sich im Prinzip gelöst, verlangen aber zu ihrer Lösung einen großen schalttechnischen Aufwand, insbesondere dann, wenn die einzelnen zu regelnden Verstärkerstufen stark unterschiedliche Kennlinien haben. Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Probleme schalttechnisch mit möglichst geringem Aufwand zu lösen.The noise-signal ratio for this input voltage results in - a receiver noise voltage equivalent to 5 L.V antenna voltage is used as a basis - another unsatisfactory picture. For a practically noise-free picture one calculates with about 40 dB noise-to-signal ratio, which increases at about 0.5 mV antenna voltage is to achieve. The prerequisite for this is that up to this antenna voltage the Tuner with full amplification, i.e. with optimal noise properties. First with higher antenna voltages, the tuner is also used to regulate the overall gain used. The distribution of the gain reduction between the IF amplifier and tuner should then be done in such a way that the tuner takes into account optimal cross-modulation resistance as high a rule share as possible is allocated. These problems are in themselves in principle solved, but require a large amount of circuitry to solve them, in particular when the individual amplifier stages to be controlled have very different characteristics to have. It is the object of the invention to address these problems as far as possible in terms of switching technology to solve with little effort.

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrstufige Verstärkeranordnung mit selbsttätiger Regelung, bei der die Regelung einer vorangehenden Verstärkerstufe so lange unterdrückt wird, bis mindestens eine folgende Verstärkerstufe einen gewünschten Regelgrad erreicht hat und sich erst dann die Regelung der ersten Verstärkerstufe einschaltet, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Steuerelektroden der vorangehenden Verstärkerstufe einerseits und der nachfolgenden Verstärkerstufe andererseits gleichstrommäßig über je einen Widerstand mit der Regelspannungsquelle verbunden sind und daß zwischen den beiden Steuerelektroden zwei gleichsinnig in Reihe geschaltete Dioden liegen, deren Verbindungspunkt mit einer einstellbaren Gleichspannungsquelle verbunden ist.The invention relates to a multi-stage amplifier arrangement with automatic control in which the control of a preceding amplifier stage is suppressed until at least one subsequent amplifier stage is a desired one Has reached the degree of control and only then does the control of the first amplifier stage turns on, which is characterized in that the control electrodes of the preceding Amplifier stage on the one hand and the subsequent amplifier stage on the other hand in terms of direct current are each connected to the control voltage source via a resistor and that between the two control electrodes have two diodes connected in series in the same direction, whose connection point is connected to an adjustable DC voltage source.

Für Fernsehempfänger bedeutet die Anwendung der Erfindung folgende Struktur: Bei steigender Antennenspannung wird zuerst die ZF-Verstärkung geregelt. Erst nach Erreichung eines vorgegebenen Einsatzpunktes, der mit Hilfe der einstellbaren Spannungsquelle Ub festgelegt wird, wird die Regelung der Zwischenfrequenzverstärkung durch die Regelung des Tuners abgelöst. Da die beiden Regelglieder nacheinander und nie gleichzeitig arbeiten, ist die Schaltung völlig unabhängig von den Regelkennlinien der Regelglieder. Damit wird eine erhebliche Vereinfachung gegenüber dem Bekannten erzielt.For television receivers, the application of the invention means the following Structure: When the antenna voltage rises, the IF gain becomes the first regulated. Only after reaching a specified point of use, which can be set with the help of the adjustable Voltage source Ub is set, the regulation of the intermediate frequency gain replaced by the regulation of the tuner. Since the two control elements one after the other and never work at the same time, the circuit is completely independent of the control characteristics of the regulating elements. This is a considerable simplification compared to the known achieved.

Die Arbeitsweise der vorgeschlagenen Anordnung wird an Hand der F i g. 1 und 2 erläutert. In F i g. 1 ist ein Beispiel einer der Erfindung entsprechenden Anordnung, in F i g. 2 die erzielte Regelcharakteristik dargestellt. Im Beispielsfall ist die Schaltung unter Verwendung von nichtkomplementären Transistoren aufgebaut, obwohl auch die Verwendung von Elektronenröhren und - wenn auch nicht ganz so einfach - die Verwendung von komplementären Transistoren im Prinzip möglich ist.The mode of operation of the proposed arrangement is illustrated with reference to F i g. 1 and 2 explained. In Fig. 1 is an example of one according to the invention Arrangement, in F i g. 2 shows the control characteristics achieved. In the example the circuit is built using non-complementary transistors, although also the use of electron tubes and - if not quite as simple - the use of complementary transistors is possible in principle.

Die mit der Antennenspannung in bekannter Weise, z. B. durch Steuerung einer nachgeschalteten Verstärker- oder Gleichrichterstufe, von einem Generator G (z. B. einer variablen Gleichspannungsquelle) erzeugte Regelspannung UR gelangt über den Widerstand Ri an die Basis des Zwischenfrequenztransistors TZF und über den Widerstand R2 an die Basis des Tunertransistors TT. Bei dieser Anordnung wird nun dafür gesorgt, daß zunächst nur der Transistor TZF eine mit steigender Antennenspannung zunehmende Regelspannung erhält, die mit dem Erreichen des Einsatzpunktes der Tunerregelung einen konstanten Wert erhält. In diesem Augenblick wird die Tunerregelung aktiv. Um dies zu erreichen, ist gemäß der Erfindung ein Koordinierungsglied Ko, nämlich ein aus den beiden Dioden Di und D2 bestehender Spannungsteiler, vorgesehen. Der Mittelabgriff dieses Spannungsteilers gibt die Vorspannung Ub für die Basiselektrode der beiden Transistoren TZF und TT ab. Als Vermittlungsglied ist das Potentiometer P vorgesehen. Die beiden gleichsinnig und in Serie geschalteten Dioden D, und D2 des Koordinierungsgliedes Ko sind so gepolt, daß ein über sie von der Basis des Transistors TT zur Basis des Transistors TZF fließender Strom nicht gesperrt würde.The with the antenna voltage in a known manner, for. B. by control a downstream amplifier or rectifier stage, from a generator G (e.g. a variable DC voltage source) generated control voltage UR arrives via the resistor Ri to the base of the intermediate frequency transistor TZF and via the resistor R2 to the base of the tuner transistor TT. With this arrangement now ensured that initially only the transistor TZF one with increasing antenna voltage Increasing control voltage receives that with the reaching of the point of use of the tuner control receives a constant value. At this moment the tuner control becomes active. In order to achieve this, according to the invention, a coordination element Ko, namely a voltage divider consisting of the two diodes Di and D2 is provided. Of the The center tap of this voltage divider gives the bias voltage Ub for the base electrode of the two transistors TZF and TT. The potentiometer acts as an intermediary P provided. The two diodes D, and D2 connected in the same direction and in series of the coordination element Ko are polarized in such a way that an over them from the base of the Transistor TT to the base of the transistor TZF current flowing would not be blocked.

Die mit der Antennenspannung ansteigende Regelspannung negativer Polarität (für Stromaufwärtsregelung von pnp-Transistoren) gelangt über den Widerstand Ri an die Basis des Zwischenfrequenztransistors TZF. Die Diode D1 ist in diesem Fall in Sperrichtung vorgespannt. Der Transistor TT im Tuner bekommt seine Basisspannung über die in Flußrichtung liegende Diode D2 aus dem einstellbaren Spannungsteiler P. Überschreitet die Regelspannung das Potential des Spannungsteilers P, dann wird Dl leitend und hält die Spannung fest bis auf einen von der verwendeten Diode abhängigen Spannungsrest. Dann sperrt die Diode D2 und gibt damit die Regelspannung für den Tunertransistor TT frei, der daraufhin mit voller Steilheit regelt. Diese Regelverhältnisse gewähren eine Kreuzmodulationsfestigkeit des Tuners, die praktisch an seinem Optimum liegt, und zwar deswegen, weil es mit der erfindungsgemäßen Schaltung in höherem Maße als mit den bekannten Schaltungen gelingt, die Regelung der ZF-Stufe nach dem Einsetzen der Regelung des Tuners festzuhalten.The control voltage of negative polarity that increases with the antenna voltage (for upward regulation of pnp transistors) passes through the resistor Ri to the base of the intermediate frequency transistor TZF. The diode D1 is in this case biased in the blocking direction. The transistor TT in the tuner gets its base voltage Via the forward diode D2 from the adjustable voltage divider P. If the control voltage exceeds the potential of the voltage divider P, then Dl conductive and holds the voltage down to one dependent on the diode used Residual stress. Then the diode D2 blocks and thus provides the control voltage for the Tuner transistor TT free, which then regulates with full slope. These rules grant a cross-modulation resistance of the tuner that is practically at its optimum is, because it is with the circuit according to the invention in higher Measures than with the known circuits succeeds in regulating the IF stage according to the Onset of the regulation of the tuner.

In F i g. 2 ist der Verlauf der an den beiden Transistoren TZ" und TT liegenden Regelspannung im Diagramm in Abhängigkeit vom absoluten Betrag der Regelspannung UR dargestellt. Als Ordinate dient die Summe der an den beiden Transistoren TZF und TT liegenden Regelspannungen. Sie ist mit URT bezeichnet. Die mit UZF bezeichnete Kurve gibt den Verlauf der Regelspannung am Zwischenfrequenzverstärker-Transistor, die mit UT die Regelspannung am Tunertransistor an.In Fig. 2 shows the curve of the control voltage applied to the two transistors TZ ″ and TT in the diagram as a function of the absolute value of the control voltage UR. The ordinate is the sum of the control voltages applied to the two transistors TZF and TT. It is denoted by URT The curve labeled UZF indicates the course of the control voltage at the intermediate frequency amplifier transistor, while the UT indicates the control voltage at the tuner transistor.

Claims

Patent claim: Multi-stage amplifier arrangement with automatic regulation, in which the regulation of a preceding amplifier stage is suppressed until at least one following amplifier stage has reached a desired degree of regulation and only then does the regulation of the first amplifier stage switch on, characterized in that the control electrodes of the preceding amplifier stage (TT) on the one hand and the following amplifier stage (TZ ") on the other hand are connected in direct current terms via a resistor (R2 or R1) to the control voltage source (G) and that between the two control electrodes there are two diodes (D2, Dl) connected in series in the same direction whose connection point is connected to an adjustable DC voltage source (Ub, P) .