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"Regelbare Verstärkerschaltung Die Erfindung bezieht sich auf eine
regelbare Verstärkerschaltung mit linearer Abhängigkeit der Verstärkung von einer
Steuergröße. Eine solche Schaltung kann außer zu Modulationszwecken auch bei SarbSernsehempfängern
(RGB-Ansteuerung) zur Verschiebung des Weißpunktes eingesetzt werden.
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Bekanntlich setzen sich die drei Farbkomponenten für den Weißpunkt
bei einer Farbsendung in einem anderen Verhältnis zusammen als bei einer Schwarz-Weiß-Sendung.
Beim Übergang von einer Farbsendung zu einer Schwarz-Weiß-Sendung kann der Weißpunkt
in der gewünschten Richtung-dadurch verschoben werden, daß die Verstärkung zweier
Farbsignalverstärker verändert wird. Die Verstärkungsänderung muß dabei aber unabhängig
von der vorher eingestellten Verstärkung bzw. dem vorher eingestellten Weißabgleich
sein, der von der Parbröhre und anderen Faktoren abhängt. Die Verstärkungsänderung
ist aber nur dann unabhängig
von der vorher eingestellten Verstärkung.
wenn die Verstärkung linear von der die Verstärkungsänderung bewirkenden Steuergröße
abhängt.
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Lr einige Anwendungsfälle ist es erforderlich, daß die Verstärkung
auf den ert Null herabgesetzt wird. Diese Forderung st bei den sogenannten Vier-Quadranten-Multiplikator-Schalten
erfüllt, bei denen die Ausgangsspannung dem Produkt zweier Eingangsspannungen beliebiger
Polarität proportional ist. Daher eignen sich Vier-Quadranten-Multiplikatoren prinzipiell
für die eingangs erwähnten Anwendungsfälle; andererseits kann eine Schaltung rit
den geforderten Eigenschaften auch als Multiplikator Anwendung finden.
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In Fig. 1 ist ein bekannter Vier-Quadranten-Multiplikator dargestellt
(vgl. International Solid-State Circults Conference, 1968, Seite 115, Fig. 6).
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Bei dieser Schaltung wird die eine Eingangsspannung U1 einem Transistor
3 zugeführt, dessen Emitter über Widerstände 6 und 20 mit dem Emitter eines Transistors
19 verbunden ist, dessen Basis an einer konstanten Vorspannung liegt, wobei der
Veroindungspunkt der Widerstände 6 und 20 von einem konstanten Gleichstrom gespeist
wird, der von einem Transistor 23 in Emitterschaltung mit einem Gegenkopplungswiderstand
24 erzeugt wird. Im folgenden werden Schaltungen dieser Art, bei denen ein eingeprägter
Strom den Emittern zweier Transistoren direkt oder über Widerstände zugeführt wird,
als Differenzverstärker
bezeichnet, und zwar auch dann, wenn gar
keine eigentliche Differenzspannung verstärkt wird.
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Die Kollektoren der Transistoren 3 bzw. 19 sind mit den Emittern zweier
weitercr Differenzverstärker mit den Transistoren 1,2 bzw. 21,22 am Punkt A bzw.
B verbunden. Die Basen der Transistoren 1 und 21 bzw. 2 und e2 sind Jeweils miteinander
verbunden, während die Kollektoren der Transistoren 1 und 22 bzw. 2 und 21 zusammengeschaltet
sind. Die Ausgangsspannung U2 wird am Kollektorwiderstand 5 der TransIstoren 2 und
2i abgegriffen. In den Kollektorwiderstand 5 fließt über die Transistoren 3 und
2 ein zum Eingangssignal U1 gegenphasiger und über die Transistoren 19 und 21 ein
zum Eingangssignal gleichphasiger Strom.
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Wenn die Basisvorspannungen der Transistoren 1,21 und 2,22 einander
gleich sind, sind auch die gleichphasigen und gegenphasigen Anteile des Stromes
durch den Widerstand 5 gleich groß. Die Spannung U2 am Widerstand 5 wird dann ausschließlich
durch den vom Transistor 23 gelieferten Gleichstrom bestimmt und ist von der Eingangsspannung
U1 unabhängig.
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Wenn die Basisvorspannung der Transistoren 1,21 größer (d.h.
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bei npn-Transisteren: positiver) ist als die der Transistoren 2,22,
ist der gleichphasige Anteil des Stromes über die Transiateren 19 und 21 größer
als der gegenphasige über die Transisteren 3 und 2. Wenn hingegen die Easisvorspannung
der Transisuoren 1,21 kleiner ist als die der Transisteren 2,22, überwiegt der gegenphasige
Antail.
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Die Ausgangsspannung U2ist dabei der Eingangsspannung U1 proportional
und hängt außerdem noch von der Differenz der Basisvorspannungen ab, die gleichzeitig
auch die Polarität von U2 bestimmt. Der Zusammenhang zwischen der-Ausgangsspannung
U2 und der Differenz der Basisvorspannungen ist jedoch nicht linear.
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Die Basisvorspannungen der Transistoren 1,21 bzw. 2,22 werden durch
die Spannungsabfälle an den Basisemitterdioden der Transistoren 10,11 bestimmt,
die mit den Basen der Transistoren 1,21 bzw. 2,22 sowie den Kollektoren der Transistoren
14 bzw. 15 verbunden sind, die einen Strom durch die Transistoren 10 und 11 erzeugen.
Die über Emitterwiderstände 16,17 zu einem von einer Stromquelle 18 gespeisten Differenzverstärker
zusammengeschalteten Transistoren 14,15 liefern Kollektorströme, deren Summe konstant
(gleich dem Strom der Stromquelle 18) und deren Differenz proportional zur Differenz
der Basisvorspannung an den Transistoren 14 bzw. 15 ist, wenn die Widerstände 16
bzw. 17 einander gleich und ausreichend groß sind.
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Es läßt sich zeigen, daß in diesem Falle und unter der zusätzlichen
Voraussetzung, daß der Kollektorstrom der Transistoren 1,2,10, 11,21,22 exponentiell
von der Basisemittervorspannung abhängt, die Ausgangsspannung U2 dem Produkt der
Spannung U1 und der Differenz der Basisvorspannungen Ust bzw. UO der Transistoren
14 bzw. 15 proportional ist.
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Da die Vorspannung UO des Transistors 15 festliegt, wird die
Differenz
der Basisvorspannungen ausschließlich durch die an dem Transistor 14 anliegende
Vorspannung Ust bestimmt.
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Bei einer idealen Multiplikatorschaltung ist es an sich unwesentlich,
welche Elektrode für die Wechselspannung und welche Elektrode für die Regel- oder
Steuerspannung zur minderung der Verstärkung der Wechselspannung benutzt wird, Bei
der vorliegenden Schaltung empfiehlt es sich jedoch, die Wechselspannung an den
Transistor 3 anzulegen, weil dann die Ströme durch die beiden Differenzverstärker
1,2 und 21,22 im zeitlichen Mittel einander gleich sind, Bei einer Schaltungsanordnung
zur Verschiebung des Weißpunktes bei einem Farbfernsehempfänger wird man daher die
Wechselspannung der Basis des Transistors 14 führen.
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Dabei müßte der Signalanteil der Ausgangsspannung verschwinden, wenn
die Basisvorspannungen der Transistoren 14 und 15 bzw. 2 und 21 gleich sind. Es
zeigt sich aber, daß das bei höheren Frequenzen nicht mehr der Fall ist. Das ist
darauf zurückzuführen, daß bei höheren Frequenzen die Ströme über cie Transistoren
3 und 19 infolge der stets vorhandenen Streukapazitäten nicht mehr gegenphasig zueinander
sind, so daß SiC':i die von den beiden Signalströmen an dem lWiderstand 5 erzeugten
Spannungsabfälle nicht mehr gegenseitig aufheben.
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Das bedeutet, daß, wenn die Differenz der Basisvorspannungen an den
Transistoren 14 und 15 Null ist, die Amplitude des Ausgangssignals von einem vernachlässigbaren
Wert bei niedrigen
Frequenzen des Signals U1 auf einen verhältnismäßig
großen Wert bei hohen Frequenzen anzeigt.
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Dieser Effekt könnte zwar durch Weglassen der Widerstände 6 und 19
stark reduziert werden; diese Widerstände dienen edoch dazu, die Übertragungskennlinie
zu linearisieren, so daß diese Maßnahme zu starken Verzerrungen, insbesondere bei
großen Eingangssignalen, führen müßte. Aus diesem Grunde ist die Einschaltung kleinerer
Widerstände als für die Linearisierung erforderlich, ein Kompromiß, der sowohl hinsichtlich
der Linearität als auch hinsichtlich des Frequenzuganges keine optimalen Ergebnisse
liefern kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltung soll dieser Kompromiß verml eden
werden und ihre Eigenschaften sollen sowohl auf die Linearitat als auch in Bezug
auf den Frequenzgang optimal sein; d,h., die Verzerrungen sollen geringgehalten
werden, und gleichzeitig sollen die an die Differenzverstärker 1,2 bzw. 21,22 gelieferten
Ströme auch bei hohen Frequenzen zueinander gegenphasig sein.
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Ausgehend von der bekannten Schaltungsanordnung mit v-Transistoren,
von deren jeder mit einem der d-rei anderen Transistoren eine Elektrode gemeinsam
hat, wobei die Emitter der vier Transistoren von den Kollektorströmen zweier Transistoren
gespeist werden, die von einem ersten Eingangssignal U1 gesteuert werden und deren
Emitter miteinander verbunden sind, und wobei die Basen der vier Transistoren mit
Schaltelementen
mit exponentieller Strom-Spannungs-Kennlinie verbunden
sind, die von den Kollektorströmen zweier weiterer Transistoren durchflossen werden,
deren Emitter Uber Widerstände miteinander verbunde sind, und die von einem zweiten
Eingangssginal gesteuert werden, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß der Emitterstrom der vier Transistoren von einem ersten Differenzverstärker
geliefert wird, dessen Steuerelektroden mit zwei weiteren Elementen mit exponentieller
Strom-Spannungs-Kennlinie sowie den Kollektoren zweier Transistoren verbunden sind,
die von dem zweiten Eingangssignal gesteuert werden und deren Emitter über Linearisierungswiderstände
miteinander verbunden sind.
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Die Erfindung wird anhand eines in Fig. 2 dardestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die Schaltung, die den Strom für die beiden Difterenzverstä.rker
1,2 bzw. 21,22 an den Punkten A und B liefert und somit den Schaltungsteil mit den
Transistoren 3,19,23 in Fig. 1 ersetzt, enthält einen ersten Differenzverstärker
rit den Transistoren 25,26, deren Emitter über ...aerstände 27,28 riteinander verbunden
sind, wobei ein Transistor 34 as Verbindungspunkt der beiden Widerstände 27,28 einen
konstanten Gleichstrom einspeist.
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Die Widerstände 27 und 28 sind so bemessen, daß sich eine lineare
Abhängigkeit des Kollektorstromes von der an die Basis des Transistors 25 angelegten
Eingangsspannung U1 (die @ 15 des Transistors 26 isv ar ein konstantes Potential
angeschlossen)
ergibt. Infolgedessen sind bei höheren Frequenzen die Kollektorstörme 25 und 26
nicht mehr genau gegenphasig, wie das schon im Zusammenhang mit dem aus den Bauelementen
3,6,19,20,23 bestehenden Schaltungsteil der Fig. 1 erläutert wurde. Daher sind au-ch
die von diesen Strömen an den Basisemeitterdioden der Transistoren 31 und 32 erzeugten
Spannungsabfälle nicht gegenphasig. In Fig. 2 sind die Kollektoren der Transistoren
25,26 bzw. die Emitter der Transistoren 31,32 (die Basen der letztgenannten Transistoren
liegen au konstantem Potential) mit den Basen eines weiteren, aus den emittergekoppelten
Transistoren 29,30 bestehenden Differenzverstärker verbunden, der bekanntlich nur
diejenigen Anteile eines zwischen seinen Basen anliegenden Signals verstärkt., die
zueinander gegenphasig sind, Inrolgadessen sind auch die von den beiden Transistoren
gelieferten Kollektorströme zueinander gegenphasig; ihre Summe ist gleich dem von
der Stromquelle 34 gelieferten konstanten Gleichstrom.
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Diese Schaltung hat also eine lineare Übertragungskennlinie, die bei
dem Schaltungsteil mit den Transistoren 3,19,20 der Fig. 1 nur erreicht werden kann,
wenn die Widerstände 6 und 20 kurzgeschlossen sind.
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Bei einer Schaltung nach Fig. 1, bei der Widerstände 6 und 20 zur
Linearisierung vorgesehen waren, ergab sich bei 5 rEz eine maximale Abschwächung
(Eingangsspannung U1: Ausgangsspannung
U2) von 20 dB. Wenn die
Ströme an den Punkten A und B von einer Schaltung nach Fig. 2 geliefert werden,
ergibt sich - bei gleicher Linearität - eine Abschwächungvon- 40 dB.
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Patentanspruch: