DE1902064A1 - Regelbare Verstaerkerschaltung - Google Patents

Regelbare Verstaerkerschaltung

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DE1902064A1
DE1902064A1 DE19691902064 DE1902064A DE1902064A1 DE 1902064 A1 DE1902064 A1 DE 1902064A1 DE 19691902064 DE19691902064 DE 19691902064 DE 1902064 A DE1902064 A DE 1902064A DE 1902064 A1 DE1902064 A1 DE 1902064A1
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DE
Germany
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transistors
emitter
voltage
bases
resistors
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Pending
Application number
DE19691902064
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Peter Gerdsen
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Original Assignee
Philips Patentverwaltung GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/64Circuits for processing colour signals
    • H04N9/73Colour balance circuits, e.g. white balance circuits or colour temperature control
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G1/00Details of arrangements for controlling amplification
    • H03G1/0005Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
    • H03G1/0017Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier
    • H03G1/0023Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier in emitter-coupled or cascode amplifiers

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  • Signal Processing (AREA)
  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)

Description

  • "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.
  • 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.
  • 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.
  • In Fig. 1 ist ein bekannter Vier-Quadranten-Multiplikator dargestellt (vgl. International Solid-State Circults Conference, 1968, Seite 115, Fig. 6).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Wenn die Basisvorspannung der Transistoren 1,21 größer (d.h.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Da die Vorspannung UO des Transistors 15 festliegt, wird die Differenz der Basisvorspannungen ausschließlich durch die an dem Transistor 14 anliegende Vorspannung Ust bestimmt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Patentanspruch:

Claims (2)

  1. Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung mit vier Transistoren (1,2,21,22), von denen jeder mit einem der drei anderen Transistoren eine Elektrode gemeinsam hat, wobei die Emitter von den Kollektorstörmen zweier Transistoren (,19) gespeist erden, die von einem ersten Eingangssignal (,) gesteuert werden und deren Emitter miteinander verbunden sind, und wobei die Basen der vier Transistoren it Schaltelementen (10,11) mit exponentieller Strom-Spannung-Kennlinie verbunden sind, die von den Xollektorströmen zweier weiterer Transistoren (14, -5) durchflossen werden, deren Emitter über Widerstände miteinander verbunden sind, und die mit einem zweiten Eingangssignal (Ust) angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der zmitterstrom der vier Transistoren (1,2,21,22) von einem ersten Differenzverstärker (29,30) geliefert wird, dessen Steuerelektroden mit zwei Schaltelementen (31,32) mit exponentieller Strom-Spannungs-Kennlinie sowie mit den Kollek toren zweier Transistoren (25,26) verbunden sind, die v; dem ersten Eingangssignal (U1) gesteuert werden, und deren Emitter über Line,-isierungswiderstacd (27,28) miteinarder verbunden sind.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß als Schaltelemente (31,32) mit exponentieller Stromspannungskennlinie Transistoren verwendet werden, deren Basen und deren Kollektoren auf konstantem Potential liegen, während ihre Emitter mit den Basen des ersten Differenzverstärkers ver@anden sind L e e r s e i t e
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0166973A1 (de) * 1984-06-07 1986-01-08 Siemens Aktiengesellschaft Differenzverstärkerschaltung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0166973A1 (de) * 1984-06-07 1986-01-08 Siemens Aktiengesellschaft Differenzverstärkerschaltung

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