DE1487395A1

DE1487395A1 - Regelbarer Verstaerker

Info

Publication number: DE1487395A1
Application number: DE19661487395
Authority: DE
Inventors: Harwood Leopold Albert
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1965-11-29
Filing date: 1966-11-24
Publication date: 1969-07-03
Also published as: SE345049B; US3430154A; BE690352A; GB1171645A; FR1502353A; DE1487395B2; NL6616715A

Description

RCA 56001

US-Serial No. 510,226

Piled: November 29, 1965

Radio Corporation of America New York N.Y., V.St.A.

Regelbarer Verstärker

Die Erfindung betrifft einen regelbaren

Verstärker, insbesondere einen gleichspannungsgekoppelten Transistorverstärker in Form einer integrierten Schaltung, mit einer eine gleichstromdurchflossene Arbeitsimpedanz enthaltenden ersten Verstärkerstufe, einer mit dieser verbundenen zweiten Verstärkerstufe und einer Regelspannungsquelle, die an die beiden Verstärkerstufen eine Regelspannung liefert, welche bei Änderung in einer bestimmten Richtung eine Änderung des von der ersten Verstärkerstufe durch die Arbeitsimpedanz fließenden Gleichstromes verursacht.

Unter "integrierter Schaltung¹¹ soll hier wie üblich eine einstückige oder monolithische Halbleitereinrichtung verstanden werden, die eine Reihe von miteinander

909827/1268

H87395

verbundenen aktiven und passiven Schaltungselementen enthält.

Die Konstruktion solcher integrierter

Schaltungen wirft eine ganze Reihe von Problemen auf. So ist es beispielsweise ziemlich schwierig RC-gekoppelte Verstärker herzustellen, da ein Kondensator bei einer integrierten Schaltung eine relativ große Fläche des Halbleiterkörpers einnimmt, auch wenn es sich um relativ kleine Kapazitätswerte handelt.

Die Abmessungen des die integrierte Schaltung enthaltenden Plättchens sind jedoch begrenzt. Dementsprechend sind auch die Abmessungen der Kondensatoren und die zur Kopplung zweier Stufen zur Verfügung stehende Kapazität Beschränkungen unterworfen. Beschränkungen bezüglich der Abmessung von Kondensatoren beeinträchtigt den Frequenzgang eines Verstärkers aber nicht nur bei niedrigen, sondern auch bei hohen Frequenzen und der Verstärkungsgrad bei ) einer bestimmten Signalfrequenz ist beschränkt. Die Hochfrequenzeigenschaften des Verstärkers werden ferner noch durch Streukapazitäten beeinträchtigt, die zwischen Kondensatoren einer integrierten Schaltung und Masse vorhanden sind.

Bei dem derzeitigen Stand der Technik zur Herstellung von Kondensatoren in integrierten Schaltungen führen die Größenbeschrankungen außerdem sehr häufig zu

909827/1268

H87395

KurzschlUssen zwischen den Kondensatorbelägen. Aue allen diesen Oründen wäre es wünschenswert, wo immer möglich zwischen den Verstärkerstufen einer integrierten Sohaltung eine galvanische oder Gleichspannungskopplung vorzusehen.

Die Gleichspannungskopplung von Verstärkerstufen ist jedoch ein Problem für sich. So müssen beispielsweise im allgemeinen relativ komplizierte Vorspannungsschaltungen verwendet werden, um die gewünschten Arbeitspunkte von hintereinander geschalteten, gleichspannungsgekoppelten Stufen zu gewährleisten, da ja die an der Ausgangselektrode der einen Stufe auftretende Gleichspannung an der nächstfolgenden Stufe als Eingangsspannung erscheint. Zur Stabilisierung der verschiedenen Arbeitspunkte ist außerdem eine Gleichspannungsgegenkopplung erforderlich. Wenn mit einer einzigen integrierten Schaltung eine hohe Verstärkung erzielt werden soll, besteht dann die Gefahr, daß die Schaltung durch Phasenverschiebungen in der Gleichspannungs-Rückkopplungsschleife instabil wird, auch wenn die Rückkopplung im Prinzip als Gegenkopplung (im Gegensatz zu einer Mitkopplung) wirken soll.

Bei Verstärkern, insbesondere Empfängern, mit automatischer Verstärkungsregelung (AVR) ist eine Gleichspannungskopplung von Verstärkerstufeh besonders schwierig. Es muß nämlich gewährleistet sein, daß die Re-

909 8 27/1268

gelung nur den Arbeitspunkt der geregelten Stufe beeinflussen kann, da sonst bei höheren Verstärkungsgraden der Verstärker völlig arbeitsunfähig werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Schwierigkeiten zu vermeiden, insbesondere unerwünschte Wirkungen der Regelung einer Stufe auf andere Stufen zu vermeiden.

Diese ziele werden gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die zweite Stufe ebenfalls einen Gleichstrom durch die Arbeitsimpedanz der ersten Stufe fließen läßt und daß die beiden Stufen so vorgespannt und mit der Regelspannung gespeist sind, daß die aus einer bestimmten Änderung der Regelspannung resultierenden Änderungen des von den beiden Stufen durch die Arbeitsimpedanz fließenden Gleichstromes gegenläufig und dem Betrag nach wenigstens annähernd gleich sind.

Bezüglich der weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Unteransprüche verwiesen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:

Pig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der Erfindung und

Fig. 2 und 5 Schaltbilder von gegenüber Fig. 1 etwas abgewandelten Ausführungsbeispielen der Erfindung.

909827/1268

1437395

Der in Pig. 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte regelbare Verstärker enthält eine Gleichspannungsverstärkerstufe 10, deren Verstärkungsgrad durch eine Regelspannung regelbar ist, die an Eingangsklemmen 12 liegt. Der Verstärker 10 kann die erste Stufe eines mehrstufigen, gleichspannungsgekoppelten Zwischenfrequenzverstärkers eines Hochfrequenzempfängers darstellen. In diesem Fall ist die Regelspannung normalerweise eine Punktion der Smpfangsfeldstärke.

Die Verstärkerstufe 10 enthält drei Transistoren 14, 16 , 18. Der Transistor 14 arbeitet in Kollektorschaltung, seine Kollektorelektrode ist mit einer Betriebsspannungsquelle 20 und seine Emitterelektrode ist über einen Widerstand 22 mit einem auf Bezugspotential liegenden Punkt, z.B. Masse verbunden.

Der Transistor 16 arbeitet in Basisschaltung. Seine Kollektorelektrode ist über einen Arbeitswiderstand 24 mit der Klemme 20 der Betriebsspannungsquelle verbunden, i während seine Emitterelektrode Über den Widerstand 22 an Masse angeschlossen ist. Der dritte Transistor 18 arbeitet wieder in Kollektorschaltung. Seine Kollektorelektrode ist mit der Klemme 20 verbunden, während seine Emitterelektrode über einen Widerstand 26 mit Masse verbunden ist.

Die Basiselektrode des ersten Transistors ist über eine Sekundärwicklung 30 eines Eingangstransfor-

909827/1268

H87395

mators 32 und einen Widerstand 34 mit einer Klemme 28 einer Vorspannungsquelle verbunden. Die Basiselektrode des Transistors 16 ist mit der Klemme 28 über einen Widerstand 36 verbunden, der wenigstens annähernd den gleichen Widerstandswert wie der Widerstand 34 hat.

Die Kollektorelektrode des Transistors l6

ist außerdem mit der Basiselektrode des Transistors l8 ver- k bunden, dessen Emitterelektrode über einen Leiter 38 an eine Ausgangsklemme 40 angeschlossen ist, die mit einem Verbraucher 100 verbunden werden kann. Der Verbraucher kann aus einer oder mehreren Verstärkerstufen entsprechend der Verstärkerstufe 10 bestehen und mit der beschriebenen Stufe 10 einen mehrstufigen, gleichspannungsgekoppelten Verstärker bilden.

Die zu verstärkenden Signale werden der Verstärkerstufe 10 von Eingangsklemmen 48 über eine Primärwicklung 42 des Eingangstransformators 32 zugeführt und gelangen von der Sekundärwicklung 30 zur Basiselektrode des Transistors 14. Das der Basiselektrode des Transistors 14 abgewandte Ende der Wicklung 30 ist für Signalfrequenzen durch einen Ableitkondensator 44 mit Masse verbunden. In entsprechender Weise ist die Basiselektrode des Transistors 16 über einen Kondensator 46 für Signalfrequenzen geerdet. Bei gleichen Werten der Widerstände 34, 36 erhalten die Transistoren 14, 16 bei fehlendem Eingangssignal praktisch

909827/1268

solche Vorspannungen* daß in ihren Kollektor-Emitter« Strecken gleiche Ströme fließen.

Die soweit beschriebene Verstärkerschaltung besteht im wesentlichen aus einer emittergekoppelten Verstärkerstufe, die eine Kollektor-Basisstufe (Emitterver*. stärkerstufe) steuert. Bei entsprechender Größe und Pola-p rität der zwischen den Klemmen 20 und 28 einerseits und Masse andererseits liegenden Spannungen werden die den Eingangsklemmen 48 zugeführten Signale zuerst durch die Kombination aus den beiden Transistoren 14, 16 und dann durch den Transistor 18 verstärkt. Am Arbeitswiderstand 26 des in Kollektorschaltung arbeitenden Transistors 18 und damit an der Ausgangsklemme 40 stehen dann verstärkte Signale zur Verfugung.

Ohne Eingangssignal liegt an der Ausgangsklemme 40 eine Oleichspannung, die im wesentlichen gleich der Ruhespannung an der Kollektorelektrode des Transistors 16 abzüglich des Spannungsabfalles V. zwischen Basis und ( Emitter des Transietors 18 ist. V. _ beträgt bei Silicium-

Dv

transistoren beispielsweise etwa 0,7 Volt, was innerhalb des Bereiches für Α-Verstärkung liegt.

Der Eingangsklemme 12 wird eine Steuergleichspannung, insbesondere eine Spannung zur automatischen Verstärkungsregelung (AVR-Spannung) zugeführt. Die AVR-Spannung hält die Amplitude der an der Ausgangsklemme 40

909827/1268

erscheinenden verstärkten Signale innerhalb eines relativ engen Bereiches, auch wenn die Intensität der Eingangssignale an den Klemmen 48 erheblich schwankt. Die AVR-Spannung kann von irgend einer geeigneten, bekannten Schaltungsanordnung, z.B. einer Regelspannungsdiode, einem Demodulator oder dgl. stammen.

Wie Fig. 1 zeigt, wird die Regelspannung der Basiselektrode des Transistors 14 über einen Widerstand 58 und die Sekundärwicklung 30 des Eingangstransformators 32 zugeführt.

Der Verstärkungsgrad einer Verstärkerstufe, z.B. der in Fig. 1 dargestellten Stufe, kann bekanntlich durch Steuerung der Steilheit g des Verstärkerelementes der betreffenden Stufe beeinflußt werden. Man betrachte beispielsweise den Fall, daß der Verstärkungsgrad des Verstärkers 10 herabgesetzt werden soll, um ein Ansteigen der Intensität des EingangsSignaIes über einen bestimmten Amplitudenwert zu kompensieren. Es sei dabei angenommen, daß die der Klemme 12 zugeführte Regelspannung dann kleiner wird, also sich in negativer Richtung ändert.

Durch das Absinken der Regelspannung werden die Basisvorspannung des Transistors 14, der den Transistor 14 durchfließende Ruhestrom und der Spannungsabfall am Widerstand 22 herabgesetzt, während der Ruhestrom im Transistor 16 entsprechend ansteigt.

909827/1268

Bei der vorliegenden Schaltung 1st die Abnahme des den Transistor 14 durchfließenden Stromes etwa gleich der Zunahme des durch den Transistor 16 fließenden Stromes. Wenn deren Transistor 16 anfänglich auf einen solchen Arbeitspunkt eingestellt war, daß bei einer Zunahme des Ruhestroms seine Steilheit abnimmt, wird der Verstärkungsgrad des Verstärkers 10 durch die Abnahme der Rege lspannung in der gewünschten Weise verringert.

Die angenommene Änderung der Regelspannung läßt ferner den Spannungsabfall am Widerstand 24 zunehmen und den Ruhestrom im Transistor 18 sowie den Spannungsabfall am Widerstand 26 abnehmen. Außer der erwünschten Verringerung des Verstärkungsgrades zur Kompensation der Zunahme des Eingangssignales bewirkt die der Klemme 12 zugeführte Regelspannung also außerdem eine Herabsetzung der an der Ausgangsklemme 40 erscheinenden Ruhespannung.

Wenn nun an die Ausgangsklemme 40 beispielsweise eine zweite gleichspannungsgekoppelte Verstärkerstufe angeschlossen ist« beeinflußt die erwähnte Änderung der Ruhespannung an der Klemme 40 auch die Vorspannung der galvanisch angekoppelten nächsten Stufe. Hierdurch wird aber die Stabilität der angeschlossenen zweiten Verstärkerstufe beeinträchtigt und diese Verstärkerstufe kann bei entsprechender Größe der Vorspannungsänderung sogar vollständig funktionsunfähig werden.

909827/1268

H87395

Um einen stabilen' Betrieb einer nachgeschalteten zweiten und gegebenenfalls weiterer Verstärkerstufen zu gewährleisten, enthält die in Fig. 1 dargestellte Schaltung noch einen Steuerkreis 50, der gemäß der Erfindung die durch die Regelspannung verursachten Änderungen der Ruhespannung an der Klemme 40 kompensiert. Die Schaltung 50 enthält zwei Transistoren 52, 54. Der Transistor 52 arbeitet in Emitterschaltung, seine Kollektorelektrode

ψ ist über den Widerstand 24 mit der Klemme 20 verbunden, während seine Emitterelektrode mit Masse oder einem anderen Bezugspotentialpunkt über einen Widerstand 56 verbunden ist, der wenigstens annähernd den gleichen Wert wie der Widerstand 22 hat.

Der andere Transistor 54 arbeitet in Kollektorschaltung, seine Kollektorelektrode ist mit der Klemme 20 verbunden, während seine Emitterelektrode über den Widerstand 56 mit Masse verbunden ist.

Die Basiselektrode des Transistors 52 ist

einerseits über den Widerstand }4 mit der Klemme 28 und andererseits über den Widerstand 58 mit der Regelspannungskleimne 12 verbunden. Die Basiselektrode des Transistors 54 ist über den Widerstand 56 mit der Klemme 28 verbunden. Wenn die Transistoren 14, l6, 52, 54 gleiche Kennlinien haben, führen sie bei fehlendem Eingangssignal gleiche Ströme. Gleiche Kennlinien sind beispielsweise

909827/1268

H87395

bei integrierten Schaltungen mit einem monolithischen Sillciumkörper leicht zu erreichen, da alle vier Transistoren gleichzeitig im selben Halbleiterplättchen gebildet werden können. Die Widerstände, Transistoren und Schaltungsverbindungen der in Fig. 1 dargestallten Schaltungsanordnung lassen sich leicht als integrierte Schaltung herstellen, die Kondensatoren 44, 46 und der Transformator 32 können dann mit der integrierten Schaltung über | entsprechende Kontakte am Rand des die integrierte Schaltung enthaltenden Halbleiterplättchens verbunden werden.

Bei der in Pig. I dargestellten Schaltung wird die Regelspannung von der Klemme 12, wie erwähnt, der Basiselektrode des Transistors 14 zugeführt, um den Verstärkungsgrad des Verstärkers 10 herabzusetzen, außerdem gelangt sie auch zur Basiselektrode des Transistors 52. Die Regelspannung verringert die Vorspannung an der Basiselektrode des Transistors 52 und damit den Ruhestrom in diesem Transistor.

Da die Verstärkerstufe 10 und die Kompensationsstufe 50 im wesentlichen gleichartig aufgebaut sind, ist bei einer bestimmten Änderung der Regelspannung die Abnahme des Ruhestromes im Transistor 52 praktisch gleich der Zunahme des Ruhestromes im Transistor 16. Da die Kollektorströme der Transistoren 16, 52 beide den Widerstand 24 durchfließen, ändert sich der diesen Widerstand durch-

909827/1268

fließende Gesamtstrom praktisch nicht.

Die Spannungsabfälle an den Widerständen

24, 26 und die Ruhespannung an der Ausgangsklemme 40 bleiben daher ebenfalls konstant. Die Ausgangsspannung an der Klemme 40 kann dann aber ganz oder teilweise zur Vorspannung einer oder mehrerer folgenden Verstärkerstufen dienen, ohne daß die Gefahr von Instabilitäten besteht.

Wenn die den Transistoren 14, 52 in Fig. 1 zugeführte Regelspannung den Stromfluß in diesen Transistoren erhöht anstatt ihn, wie oben vorausgesetzt wurde, zu erniedrigen, nimmt auch die Leitfähigkeit des Transistors entsprechend ab und der Verstärkungsgrad der Verstärkerstufe 10 wird verringert, wenn der Arbeitspunkt des Transistors 16 so gewählt ist, daß eine Abnahme des Ruhestromes von einer Abnahme der Steilheit begleitet ist. Die Zunahme des Ruhestromes im Transistor 52 kompensiert dann die Abnahme des Ruhestromes im Transistor 16, so daß auch dann der den Widerstand durchfließende Gleichstrom und die Ruhespannung an der Klemme 40 konstant gehalten werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung enthält eine Gleichspannungsverstärkerstufe, die der Stufe 10 der Fig. 1 entspricht,außer daß die zu verstärkenden Signale und die Regelspannung auf andere Weise zugeführt sind. Für entsprechende Teile sind daher in den Fig. 1 und 2 die gleichen Bezugszeichen verwendet worden.

909827/1268

Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung werden die zu verstärkenden Signale mittels zweier Widerstände 60, 64 von den Eingangsklemmen 48 auf die Basiselektrode des Transistors 14 gekoppelt. Die Verstärkung und Regelung erfolgt bei Fig. 2 in der gleichen Weise wie bei Fig. 1. Wenn man also die Verstärkerstufe allein betrachtet, ändern sich sowohl der Ruhestrom im Widerstand 24 als auch die Ruhespannung an der Ausgangsklemme 40 in Abhängigkeit von der Regelspannung an der " Klemme 12.

Um diese Schwankungen zu kompensieren und den Aufbau eines mehrstufigen, galvanisch gekoppelten Verstärkers zu ermöglichen, enthält die Schaltung der Fig. 2 eine Kompensationssohaltung 66, die jedoch etwas von der wirkungsgleichen Schaltung 50 in Fig. 1 abweicht.

Die Kompensationsschaltung 66 der Fig. 2 enthält nur einen einzigen Transistor 68 anstelle der bei Fig. 1 verwendeten zwei Transistoren 52, 54. Die Kollek- ( torelektrode des Transistors 68 ist über den Wideretand mit der Klemme 20 der Betriebsspannungsquelle verbunden, während die Emitterelektrode des Transistors 68 über einen Widerstand 70' mit Masse verbunden 1st. Die Basiselektrode des Transistors 68 ist mit der Regelspannungsklemme 12 -über einen Widerstand 62 gekoppelt, der wenigstens annähelftd den gleichen Widerstandswert hat wie der Wideretand 64

EAD ORSGiNAL

909827/1268

und der Kopplungswiderstand 62. Die Widerstände 62, 64, 70, 72 sind so gewählt, daß bei verschwindendem Eingangssignal an den Klemmen 48 und dementsprechend beim maximalen Verstärkungsgrad, in den Transistoren 14, 16, 68 gleiche Ströme fließen.

Es ist ersichtlich, daß auch bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung Schwankungen der an der Klemme liegenden Regelspannung in den die Transistoren 16, 68 durchfließenden Strömen gegenläufige Änderungen gleichen Betrages verursachen. Der resultierende Gesamtstrom im Widerstand 24 bleibt also auch hier konstant. Die Änderung des den Transistor 16 durchfließenden Stromes beeinflußt also zwar dessen Steilheit und damit den Verstärkungsgrad des Verstärkers 10 entsprechend der Regelspannung, die Änderung des den Transistor 68 durchfließenden Stromes hält jedoch die Ruhespannung an der Ausgangsklemme 40 konstant. Mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltung können also ebenfalls nachfolgende Stufen galvanisch gekoppelt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Arbeltspunkt dieser Stufen durch diejftegelung der ersten Stufe instabil wird.

Selbstverständlich kann die In Fig. 2 dargestellte Signa!eingangsschaltung auch bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung verwendet werden. In diesem Falle werden dann die Basiselektroden der Transistor ren 14, 52 direkt angeschlossen, während die Blngangssig-

EAD OR'GiNAL

909827/1268

nale der Basiselektrode des Transistors 14 über einen Kopplungswiderstand zugeführt wird. Dieser Aufbau entspricht im wesentlichen Pig. 2.

Die in Pig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung enthält einen Gleichspannungsverstärker 76, dessen Aufbau etwas von dem des Verstärkers 10 in Fig. 1 abweicht. Im wesentlichen enthält der Verstärker 76 einen in Emitterschaltung arbeitenden Transistor, und nicht g

eine emittergekoppelte Verstärkerstufe, die wieder einen in Kollektorschaltung arbeitenden Ausgangstransistor steuert.

Der in Emitterschaltung arbeitende Transistor 78 des Verstärkers 76 ist mit seiner Kollektorelektrode über einen Widerstand 80 mit der Klemme 20 der Betriebsspannungsquelle verbunden, während seine Emitterelektrode über einen Widerstand 82, der mit einem Kondensator 84 überbrückt ist, mit Masse verbunden ist. Die Endstufe enthält einen in Kollektorschaltung arbeitenden " Transistor 86, dessen Kollektorelektrode mit der Klemme 20 und dessen Emitterelektrode über einen Widerstand 88 mit Masse verbunden sind. Die Kollektorelektrode des Transistors 78 ist außerdem mit der Basiselektrode des Transistors 86 verbunden. Die Emitterelektrode des Transistors 86 ist außerdem über einen Leiter 90 mit einer Ausgangsklemme 92 gekoppelt.

909827/1268

Die zu verstärkenden Signale gelangen von den Eingangsklemmen 48 zur Primärwicklung 42 des Eingangstransformators J>2, dessen Sekundärwicklung mit der Basis des Transistors 78 verbunden ist. Diese Basiselektrode ist wie bei Fig. 1 außerdem über die Sekundärwicklung J)O und den Widerstand 58 mit der Regelspannungsklemme 12 verbunden.

Die Kompensationsschaltung 50 des in Fig. dargestellten Verstärkers entspricht bis auf die Schaltung der Kollektorelektroden der Transistoren 52, 54 der Kompensationsschaltung 50 in Fig. 1, so daß für entsprechende Teile dieser Schaltung in Fig. 1 und 3 gleiche Bezugszeichen verwendet worden sind.

Bei Fig. 3 ist die Kollektorelektrode des Transistors 52 direkt mit der Klemme 20 verbunden, während die Kollektorelektrode des Transistors 54 mit der Klemme 20 über den Widerstand 80 verbunden ist. Die Widerstände 3^> 36, 56, 82 sind so bemessen, daß ohne Eingangssignal gleiche Ströme in den Transistoren 52, 54, 78 fließen.

Anhand der Fig. 3 ist leicht einzusehen, daß eine der Klemme 12 zugeführte Regelspannung, die den Stromfluß im Transistor 78 und damit dessen Steilheit unter den Verstärkungsgrad des Verstärkers 76 beeinflußt, eine entsprechende Stromänderung im Transistor 52 und eine entgegengesetzte Stromänderung im Transistor 54 bewirkt.

909827/1268

Wegen der speziellen Vorspannung der Transistoren 52, 54, 78 sind diese Stromänderungen dem Betrage nach gleich. Der gesamte Strom,der den Widerstand 80 durchfließt, ändert sich also praktisch nicht. Die durch die Regelspannung verursachte Änderung der Ausgangsgleichspannung des Verstärkers 76 wird also durch den Kompensationskreis 50 kompensiert, so daß an der Klemme 92 eine konstante Ausgangsgleichspannung zur Verfugung steht. Die Stabilität ^ des Arbeitspunktes von Stufen, die galvanisch mit der Ausgangsklemme 92 gekoppelt sind, wird also durch die Regelung der Stufe 76 nicht beeinflußt.

Die Stabilität des Arbeitspunktes dieser Schaltungen kann noch weiter verbessert werden. Wenn man nämlich, wie an anderer Stelle vorgeschlagen ist, den Widerstand 24 in Fig. 1 doppelt so groß macht wie den Widerstand 22, liefert der Verstärker eine im wesentlichen konstante Ausgangsspannung, auch wenn die Versorgungsspannung und die Umgebungstemperatur schwanken (US-Serial No. 396,l4o). Außerdem kann man eine Vorspannungsschaltung verwenden, die an anderer Stelle vorgeschlagen ist (gleichzeitig eingereichte deutsche Patentanmeldung entsprechend US-Serial No. 510,307) und die eine Ausgangsgleichspannung liefert, die unabhängig von den oben erwähnten Schwankungen immer gleich der Hälfte der Speisespannung ist. Die Ver-

909827/1268

U87395

Stärkerschaltung gemäß des oben zuerst erwähnten Vorschlages liefert auch dann eine im wesentlichen konstante Ausgangsspannung, wenn zur Vorspannung des Verstärkers Spannungen gleich der Hälfte der Speisespannung durch die als zweites vorgeschlagene Schaltung geliefert werden.

Wenn man also den Wert des Widerstandes 24 in Fig. 1 doppelt so groß macht als den Wert des Widerstandes 22 und die Klemme 28 an die Ausgangsklemme der vorge-P schlagenen Vorspannungsschaltung anschließt, wird die Arbeitsweise des hier beschriebenen regelbaren Verstärkers also unabhängig von Speisespannungs- und Temperaturschwankungen, da die den Basiselektroden der Transistoren 52, 5^ zugeführten Vorspannungen von der Temperatur und dem Wert der Speisespannung unabhängig sind, so daß die Kompensationsschaltung 50 nur die durch die Regelspannung verursachten Stromschwankungen kompensieren muß.

909827/1268

Claims

U87395

Patentansprüche

(1. Regelbarer Verstärker mit einer eine Ky

gleichstromdurchflossene Arbeitsimpedanz enthaltenden ersten Verstärkerstufe* einer mit dieser verbundenen zweiten Verstärkerstufe und einer Regelspannungsquelle, die eine Regelspannung an die beiden Verstärkerstufen liefert, welche bei Änderung in einer bestimmten Richtung eine Änderung des von der ersten Verstärkerstufe durch die Arbeitsimpedanz fließenden Gleichstromes verursacht, dadurch gekennze ichnet, daß die zweite Stufe (50, 68) ebenfalls einen Gleichstrom durch die Arbeitsimpedanz (24, 80) der ersten Stufe (10, 76) fließen läßt und daß die beiden Stufen so vorgespannt und mit der Regelspannung (12) gespeist sind, daß die aus einer bestimmten Änderung der Regelspannung resultierenden Änderungen des von den beiden Stufen durch die Arbeitsimpedanz fließenden Gleich- ( stromes gegenläufig und dem Betrag nach wenigstens annähernd gleich sind.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennze lehnet, daß die erste Verstärkerstufe einen ersten Transistor (16, 78) mit -de*» Eingangselektrode, Ausgangselektrode und gemeinsamer Elektrode enthält, daß die Ausgangselektrode und die gemeinsame Elek-

909827/1268

trode dieses Transistors in einem Ausgangskreis liegen, der den durch die Arbeitsimpedanz (24, 8o) fließenden Gleichstrom steuert, daß die zweite Verstärkerstufe einen zweiten Transistor (52, 68, 54) mit Eingangselektrode, Ausgangselektrode und gemeinsamer Elektrode enthält, daß die Regelspannungsquelle jeweils zwischen die Eingangselektrode und die gemeinsame Elektrode der beiden Transistoren so geschaltet ist, daß die Regelspannung den Stromfluß in diesen Transistoren und die Steilheit des ersten Transistors beeinflußt und daß die Ausgangselektrode und die gemeinsame Elektrode des zweiten Transistors in einem Stromkreis liegen, der die den Stromänderungen im ersten Transistor in der Richtung entgegengesetzten, dem Betrag nach jedoch gleichen Stromänderungen in der Arbeitsimpedanz verursacht.

J». Verstärker nach Anspruch 1, dadurch

\ gekennzeichnet, daß die erste Verstärkerstufe (10) einen ersten und einen zweiten Transistor (l4/ 16) enthält, daß die zweite Verstärkerstufe (50) einen dritten und einen vierten Transistor (52, 54) enthält, daß die Kollektorelektrode des ersten Transistors (14) und des vierten Transistors (54) galvanisch mit einer ersten Betriebsspannungsklemme (20) verbunden sind, daß zwischen

909827/1268

die Emitterelektroden der ersten beiden Transistoren (14, 16) und einen auf Bezugspotential liegenden Schaltungspunkt ein erster Widerstand (22) geschaltet ist, daß die Arbeitsimpedanz einen zweiten Widerstand (24) enthält, der zwischen die Kollektorelektroden des zweiten Transistors (16) und des dritten Transistors (52) einerseits und die Betriebsspannungsklemme (20) geschaltet ist, daß ein dritter Widerstand (56) zwischen die Emitterelektroden des dritten und vierten Transistors (52, 5²O und den Bezugspotentialpunkt geschaltet ist, daß ein vierter Widerstand (}4) zwischen die Basiselektroden des ersten Transistors (14) und des dritten Transistors (52) einerseits und eine zweite Betriebsspannungsklemme (28) geschaltet ist, daß ein fünfter Widerstand (36) zwischen die Basiselektroden des zweiten und vierten Transistors (l6, 54) und die zweite Klemme (28) geschaltet ist, daß die zu verstärkenden Signale der Basiselektrode des ersten Transistors (14) zugeführt sind, daß die Regelspannungsquelle (12) mit den Basiselektroden (

des ersten und dritten Transistors (14, 52) gekoppelt ist und daß die vier Transistoren und der erste, dritte, vierte und fünfte Widerstand (22, 56, 34, 56) so gewählt sind, daß die durch die Regelspannung verursachten Schwankungen der Gleichströme, die vom zweiten und dritten Transistor (16, 52) durch den zweiten Widerstand (24) fließen, gleichen Betrag, jedoch entgegengesetzte Richtung haben (Fig. l).

909827/1268

4. Verstärker nach Anspruch j5, dadurch gekennze lehnet, daß die vier Transistoren (14, 16, 52, 54) gleiche Betriebskennwerte haben und daß der erste und der dritte Widerstand und der vierte und der fünfte Widerstand (22, 56, j?4, 36) wenigstens annähernd gleiche Widerstandswerte haben.

5. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Transistor (l8), dessen Kollektorelektrode galvanisch mit der ersten Betriebsspannungsklemme (20) verbunden ist, dessen Emitterelektrode mit einer Signalausgangsklemme (40) und über einen Emitterwiderstand (26) mit dem Bezugspotentialpunkt (26) verbunden ist und dessen Basiselektrode mit der Kollektorelektrode des die Arbeitsimpedanz (24) speisenden Transistors (l6, 78 ) der ersten Verstärkerstufe verbunden ist.

6. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstärkerstufe einen ersten und einen zweiten Transistor (14, l6) und die zweite Verstärkerstufe einenjäritten Transistor (68) enthält, daß die Kollektorelektrode des ersten Transistors (l4) mit einer ersten Betriebsspannungsklemme (20) galvanisch verbunden ist, daß zwischen die Emitterelektroden

909827/1268

der ersten beiden Elektroden (14, 16) und einen Bezugspotentialpunkt ein erster Widerstand (22) geschaltet ist, daß die Arbeitsimpedanz einen zweiten Widerstand (24) enthält oder aus diesem besteht, der zwischen die Kollektorelektroden des zweiten und dritten Transistors (16, 68) einerseits und die Betriebsspannungsklemme (20) anderer seits geschaltet ist, daß zwischen die Emitterelektrode des dritten Transistors (68) und den Bezugspotentialpunkt ein dritter Widerstand (70) geschaltet ist, daß zwischen eine zweite Betriebsspannungsklemme (28) einerseits und die Basiselektroden des ersten und zweiten Transistors (l4, 16) ein vierter Widerstand (j54) bzw. ein fünfter Widerstand (56) ist, daß die zu verstärkenden Eingangssignale der Basiselektrode des ersten Transistors (14) zugeführt sind und daß die Regelspannung über eine einen sechsten und einen siebten Widerstand (64)(72) enthaltende Kopplungsschaltung den Basiselektroden des ersten und dritten Transistors (l4, 68) zugeführt ist und daß die drei Tran- t sistoren und der erste, dritte, vierte, fünfte, sechste und siebte Widerstand so bemessen sind, daß durch die Regelspannung verursachte Schwankungen der vom zweiten und dritten Transistor (16, 68) durch den zweiten Widerstand (24) fließenden Oleichströme entgegengesetzt gerichtet, jedoch dem Betrag nach gleich sind (Pig. 2).

90982 7/1268

7. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstärkerstufe einen ersten und einen zweiten Transistor und die zweite Verstärkerstufe einen dritten Transistor enthält, daß die Arbeitsimpedanz einen ersten Widerstand umfaßt, der zwischen die Kollektorelektroden des ersten und dritten Transistors und eine Betriebsspannungsklemme (20) geschaltet ist, daß die Kollektorelektrode des zweiten Transistors mit der Betriebsspannungsquelle gleichspannungsmäßig verbunden ist, daß ein zweiter Widerstand zwischen die Emitterelektrode des ersten Transistors und ein Bezugspotential geschaltet ist, daß ein dritter Widerstand zwischen die Emitterelektroden des zweiten und dritten Transistors und dem Bezugspotentialpunkt geschaltet ist, daß ein vierter Widerstand zwischen die Basiselektroden des ersten und zweiten Transistors und eine Vorspannungsklemme (28) geschaltet ist, daß ein fünfter Widerstand ) zwischen die Basiselektrode des dritten Transistors und die Vorspannungsklemme geschaltet ist, daß die zu verstärkenden Eingangssignale der Basiselektrode des ersten Transistors zugeführt sind und daß die Regelspannung über eine Kopplungsschaltung den Basiselektroden des ersten und dritten Transistors zugeführt ist, wobei die drei Transistoren und der zweite, vierte und fünfte Widerstand so gewählt sind, daß die durch Regelspannungsänderungen verursachten Schwankungen der vom ersten und dritten Transistor

909827/1268

H87395

durch den ersten Widerstand fließenden Gleichströme entgegengesetztes Vorzeichen haben, dem Betrag nach jedoch wenigstens annähernd gleich sind.

8. Verstärker in Form einer integrierten Schaltung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend

a) einen Eingangstransistor (l4), dessen KoI- ä lektorelektrode direkt mit einer Betriebsspannungsklemme

(20) verbunden ist, dessen Emitterelektrode über einen Kopplungswiderstand (22) mit einem Bezugspotentialpunkt (Masse) verbunden ist und dessen Basiselektrode mit einer Eingangssignalquelle (48, 32) gekoppelt ist,

b) einen Zwischentransistor (16), dessen Kollektorelektrode mit der Betriebsspannungsquelle (20) über

einen Arbeitswiderstand (24) verbunden ist, dessen Emitterelektrode durch den Kopplungswiderstand (22) mit dem Bezugspotentialpunkt verbunden ist,

c) einen Ausgangstransistor (18), dessen Kollektorelektrode direkt mit der Betriebsspannungsquelle (20) verbunden ist, dessen Emitterelektrode über einen Ausgangswiderstand (26) mit dem Bezugspotentialpunkt verbunden ist und dessen Basiselektrode mit der Kollektorelektrode des Zwischentransistors (16) direkt verbunden ist,

909827/12 68

Ί487395

d) eine Kompensationsschaltung, die Änderungen des den Arbeitswiderstand durchfließenden Gleichstromes, die durch eine der Basiselektrode des Eingangstransistors zugeführtai Regelspannung verursacht werden, kompensiert, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Verstärkerschaltung einen ersten und einen zweiten Transistor mit jeweils einer Emitterelektrode, einer Basiselektrode und einerJKollektorelektrode enthält; daß eine Gleichstromverbindung von der Kollektorelektrode des ersten Transistors zur Kollektorelektrode des Eingangstransistors vorhanden ist, daß ein erster Widerstand zwischen die Emitterelektroden des ersten und zweiten Transistors und den Bezugspotentialpunkt geschaltet ist, der etwa denselben Widerstandswert als der Kopplungswider stand, daß eine Gleichstromverbindung von der Kollektorelektrode des zweiten Transistors zur Betriebsspannungsklemme vorhanden ist; daß ein zweiter und ein dritter Widerstand, die im wesentlichen die gleichen Widerstandswerte haben, zwischen eine Vorspannungsquellen-Klemme und die Basiselektroden des ersten bzw. zweiten Transistors geschaltet sind, daß die Basiselektrode des ersten Transistors gleichspannungsmäßig mit der Basiselektrode des Eingangstransistors verbunden ist und daß die Basiselektrode des zweiten Transistors mit der Basiselektrode des Zwischentransistors gleichspannungsmäßig verbunden ist.

909827/1268

H87395

9. Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennze ichnet, daß der Arbeitswiderstand den doppelten Widerstandswert wie der Kopplungswiderstand hat, daß die Vorspannungsquelle (28) eine Gleichspannung liefert, die im wesentlichen konstant und gleich der Hälfte der Spannung an der Betriebsspannungsklemme (20) ist, unabhängig von Temperaturschwankungen und Spannungsschwankungen an dieser Klemme (20).

10. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstärkerstufe ein mehrstufiger gleichspannungsgekoppelter Verstärker ist, von dem eine Stufe mit einer Regelspannung von einer RegelSpannungsquelle, gespeist ist, daß eine die Arbeitsimpedanz (24) enthaltende Schaltungsanordnung zur Vorspannung jeder Stufe des mehrstufigen Verstärkers, die auf die eine Stufe folgt, entsprechend einem bestimmten Arbeitspunkt vorgesehen ist, daß dem Verstärker^; ingangssignale zur VerstäAung und Übertragung zu einer Signalausgangsklemme zugeführt sind und daß eine Kopplungsanordnung vorgesehen ist, die Regelspannungssignale der einen Stufe derart zuführt, daß der Amplitudenbereich der an der Ausgangsklemme auftretenden Signale begrenzt wird.

11. Verstärker nach einem der Ansprüche 1

bis 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet,

9 0 9827/1268

daß die erste und die zweite Verstärkerstufe als einstückige Halbleitereinrichtung in Form einer integrierten Schaltung ausgebildet sind.

90 98 27/1268