DE1902126C - Geregelter Verstärker - Google Patents

Description

gangsklemme und dem ersten Transistor eine Eingangsschaltung mit regelbarer Dämpfung angeordnet, welche die Eingangssignale bis zu einer bestimmten

Die Erfindung betrifft einen geregelten Verstärker Amplitude praktisch ungedämpft zuführt, größere mit einem in Emitterschaltung arbeitenden Ver- 60 Signale jedoch auf diese Amplitude begrenzt. Die Er-

stärkungstransistor, dessen Emitter über einen ersten findung ist besonders dann von Vorteil, wenn zwei

Widerstand mit einer Bczugspotentialklemme gekoppelt gesonderte Dämpfungskreise galvanisch mit einem in

ist, und mit einer Anordnung, durch welche die Emitterschaltung arbeitenden Verstärkungstransistor

Emitterimpedanz des Transistors zur Regelung seiner gekoppelt werden.

Verstärkung änderbar ist. 65 Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung

Der Verstärker kann je nach den Erfordernissen mit ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

einzelnen Bauelementen oder in integrierter Form auf- F i g. 1 das Schaltbild des geregelten Verstärkers und

gebaut sein. Unter integrierter Schaltung sei eine in F i g. 2 ein Schaltungsbeispiel für eine unterschied-

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liehe Basis-Emitter-Spannungen Vbe liefernde Span- Transistors 12 und Masse 24 darstellt. Der Kollektor nungsquelle. des Transistors 36 ist unmittelbar an die Klemme 20

Der in F i g. 1 als Beispiel eines Zwischenfrequenz- angeschlossen, die Basis dieses Transistors liegt über Verstärkers dargestellte geregelte Verstärker hat zwei einen Vorspannungswiderstand 44 an Masse.
Transistoren 12 und 14, die zu einem Kaskodenver- 5 Für die maximale Verstärkung der Schaltung wird stärker 16 zusammengeschaltet sind, welcher eine gute dem Kollektor des Transistors 30 eine Vorspannung Trennung zwischen den Eingangs- und Ausgangs- von 3 Vbe zugeführt. Diese Vorspannung liegt an einer kreiseii ergibt und einen Schwingkreis 18 ansteuert. Klemme 46, die mit dem Kollektor des Transistors ver-Der Kollektor des Transistors 12 ist gleichstrom- bunden isK. Für maximale Verstärkung ist die Regelmäßig mit dem Emitter des Transistors 14 verbunden, io spannung an der Basis des Transistors 30 so groß, daß und der Kollektor des Transistors 14 liegt über den der Transistor gesättigt ist. Wenn für den richtigen Schwingkreis 18 ar. einer mit einer nicht dargestellten Betrieb des Kaskodeverstärkers 16 der Basis des Tranpositiven Spannung verbundenen Klemme 20. Der sistors 14 eine Vorspannung von 3 Vbe zugeführt wird, Basis des Transistors 14 wird von einer Basis-Vorspan- dann soll die Spannung an der Klemme 20 größer als nungsquelle eine Vorspannung von 3 V_be zugeführt. 15 3 Vbe sein. Unter diesen Bedingungen stellt sich ein Diese Spannungsquelle wird anschließend uoch näher Ruhezustand ein, bei dem an die Basis des Transistors erl"iv.tert werden; die in F i g. 2 dargestellte Ausfüh- 28 ein Eingangssignal und an die Basis des Transistors rur^sform ähnelt der im USA.-Patent 3 366 889 be- 30 ein Regelsignal angr'gt werden kann,
sthncbenen Spannungsquellc. Bei maximaler Verstä.krng befindet sich der Tran-

O;is Eingangssignal des Ka^Kodenverstärkers 16 20 sistor 30 in der Sättigung, und seinem Kollektor wird wir<i der Basis des Transistors 12 zugeführt, die über die an die Klemme 46 gelegte Spannung von 3 V_h, zueinen Vorspannungswiderstand 22 an einem Bezugs- geführt. Zwischen dem Emitter des Transistors 30 und pol· ntial, etwa Masse 24, liegt. Ein Transistor 26 . Masse 24 verlaufen zwei Stromschleifen, an denen je liei>·. mit ser er Emitter-Kollektor-Strecke in der ein Spannungsabfall von 3 Vbe liegt. Die eine Schleife Basszuleitung des Transistors 12. Er dient der Ver- 25 verlauf; vom Emitter des Transistors30 über den starkungsregelung für den Kaskodenverstärker 16 Widerstand 34, die Bssis-Emitter-Strecke des Trandur.-h Dämpfung des diesem zugeführten Eingangs- sistors 26, die Basis-Emitier-Strecke des Transistors 12 sign.ils Jerart, daß an den Eingang des Kaskodenver- und die Diode40, wobei, wie erwähnt, ein Gesamtspanstärkers nur so große Signale gelangen, daß k.ine unzu- nungsabfall von 3 Vbe auftritt. Natürlich ist der Basislässigen Verzerrungen auftreten. Der Transistor 26 30 strom des Transistors 26 genügend klein, so daß der hält also Signale, weiche einen gewünschten Amplitu- · Spannungsabfall am Widerstand 34 vernächlässigbar denbereich überschreiten, vom Transistor 12 fern. ist.

Der Basis eines als Emitterfolger geschalteten Die zweite Schleife verläuft vom Emitter des Tran-

Transistors 28 wird das durch den Kaskodenvc-stär- sistors 30 über die Diode 38, (Me Basis-Emitterker 16 zu verstärkende Signal zugeführt. Der Emitter 35 Strecke des Transistors 36 und die Diode 40 nach des Transistors 28 ist unmittelbar mit dem Kollektor des Masse 24; auch hier beträgt der Gesamtspannungsab-Trunsistors 26 verbunden, und sein Kollektor liegt fall 3 V_be.

direkt an der Klemme 20. Der Transistor 28 häk von Es sei nun an Hand von F i g. 2 die Vorspannungs-

der mit seiner Basis verbundenen Schaltung Impedanz- quelle beschrieben, weiche Vielfache der Spannung K₆₄ änderungen fern, weiche durch den Dämpfungs- 40 liefert. Diese Vorspannungsquelle eignet sich zur Vertransr torUentstehen. Wendung bei dem Verstärker nach Fig. 1. Sie be-

Der Basis eines weiteren Transistors 30 wird eine steht aus einer Reihenschaltung von Dioden 48, 50, 52, Regelspannung zugeführt; er leitet die gewünschte 54 und 56, die hintereinander zwischen Masse 58 und Regelinformation an den Dämpfungstransistor 26 und einem Widerstand 60 liegen, dessen anderes Ende; an an weitere, später erwähnte, der Verstärkungsregelung 45 einer positiven Spannungsquelle 62 liegt. Der Widerdienende Bauelemente weiter. Die Regelspannung stand 60 begrenzt den Strom durch die Dioden und kann in üblicher Weise in Abhängigkeit von der verhindert eine Überlastung. Mehrfache Ausgangs-S'gnalamplitude erzeugt werden, wie es bei Rundfunk- klemmen 62, 64, 66, 68 und 70 sind von den Dioden und Fernsehempfänger üblich ist. Der Kollektor des abgezweigt. An der Klemme 62 steht eine ^sP^ann"ⁿ8 Transistors 30 ist mit der Basis des Transistors 2* über 50 "on 1 V_be zur Verfugung, an der Klemme 64 2 Y_be, einen Vorspannungswiderstand 32 verbunden. Ein an der Klemme 66 3 K_6(! usv. Auf diese Weise stenen Widerstand 34 verbindet den Emitter des Transistors30 Vielfache der Spannung v_be zur Verfügung. Jedoen mit der Basis des Dämpfungswiderstandes 26. kann auch eine andere Spannungsquellc weiche die

Die Regelspannung wird daher der Basis des Dämp- erforderlichen Vorspannungen liefert, verwendet werfungstransistors 26 über din Widerstand 34 vom 55 den. _f

Emitter des Transistors 30 zugeführt. Dieser Emitter Wenn der Kaskodenverstärker 16 nach n g. 1 au. ist ferner über eine Diode :» mit der Basis eines Tran- maximale Verstärkung eingestellt ist, dann wird der sistors 36 verbunden. Die Diode 38 dient der Erzeu- Basis des Transistors 30 eine Regelspannung zugegung einer geeigneten Basis-Emitter-Vorspannung V_be führt, welche den Transistor 30 in die Sättigung bringt für den Transistor 36 und die Diode 40. 60 und einen maximalen Strom durch die Koiiektor-

Der Transistor 36 bildet einen Teil der Verstär- Emitter-Strecke dieses Transistors zu den Bauselekkungsregelscb?,ltung für den Kaskodenverstärker und troden der Transistoren 26 und 36 Hieben laut. JJaist mit seinem Emitter an den Emitter des Transistors 12 durch wird der Dämpfungstransistor 26 gesattigt, und angeschlossen. Der Verbindungspunkt der Emitter der der Kaskodenverstärker arbeitet mit maximaler VerTransistoren Π und 36 liegt über die Parallelschaltung 65 Stärkung. Der Dämpfungstransistor 26 hat in der einer Diode 40 und eines Widerstandes 42 an Masse24. Sättigung nur niedrige Durchlaßverluste, so daü> das Die Diode 40 ist so gepolt, daß sie im Durchlaßbetrieb dem Eingang des Kaskodenverstärkers zugefunrte eine niedrige Impedanz zwischen dem Emitter des Signal praktisch nicht gedämpft wird. Weiterhin ist

bet Maximalverstärkung die Spannung am Emitter des Transistors 36 ausreichend hoch, um die Diode 40 in Durchlaßrichtung vorzuspannen, so daß sie einen niedrigen Widerstand zwischen dem Emitter des Transistors 12 und Masse 24 darstellt. Der Kaskodenverstärker arbeitet daher mit maximaler Verstärkung.

Zur Herabsetzung der Verstärkung wird der Basis des Transistors 30 ein Regelsignal zugeführt, welches eine Abnahme des Stroms durch seine Kollektor-Emitter-Strecke zur Folge hat. Da der Transistor 26 sich in der Sättigung befindet, wirkt sich die anfängliche Veränderung der Regelspannung durch die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 30 und 36 und die Diode 38 auf die Diode 40 aus. Diese Spannungsänderung verläuft in einer solchen Richtung, daß die in Durchlaßrichtung liegende Spannung an der Diode 40 sich verringert und die Diode schnell aus ihrem leitenden Zustand herausgesteuert wird. Daher vergrößert sich der Widerstand zwischen dem Emitter des Transistors 12 und Masse 24 schnell, und die Verstärkung des Kaskodenverstärkers geht herunter.

Nachdem die Diode 40 sperrt, herrscht der Widerstand 42 im Emitterkreis der Transistoren 36 und 12 vor, so daß ein Betriebszustand vermieden wird, bei dem der Kaskodenverstärker überhaupt keine Verstärkung mehr aufweist, ehe die Dämpfungsschaltung wirksam wird.

Da sich die dem Transistor 30 runeführte Regelspannung in einer Richtung verändert, durch welche die Verstärkung herabgesetzt wird, steigt bei immer noch gesättigtem Transistor 26 die Emitterimpcdanz des Transistors 36 an, so daß eine weitere allmähliche Verringerung der Verstärkung des Kaskodenverstärkers 16 eintritt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Impedanz am Emitter des Transistors 36 proportional seinem Emitterstrom ist und dieser Emitterstrom durch den Widerstand 42 und die Spannung an seiner Basis bestimmt wird.

Die der Basis des Transistors 30, dem Widerstand 42, der Diode 38 und dem Transistor 36 zugeführte Regelspannung regelt somit die Verstärkung des Kaskodenverstärkers 16. Die langsamere Reduzierung der VerStärkung des KaskodenVerstärkers erlaubt, daß der Dämpfungstransistor 36 seinen Regelbereich durchläuft, ehe der Kaskodenverstärker seine Verstärkung vollständig herabgesetzt hat.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß der Kaskodenverstärker seine Verstärkung anfänglich schnell herunterregelt, und zwar infolge der durch die in den Sperrzustand kommende Diode 40 vergrößerten Impedanz, und daß nachfolgend dieVerstärkungsreduzierung

ίο im Zusammenhang mit der Impedanz des Transistors 36 und des Widerstandes 42 langsamer erfolgt. Diese langsamere Verstärkungsreduzierung tritt in Verbindung mit der durch den Transistor 26 bestimmten Dämpfung des Eingangssignals für den Kaskodcnverstärker auf.

Auf diese Weise werden die Eingangssignale dem Transistor 12 in einem ersten Amplitudenbereich praktisch dämpfungsfrei zugeführt. Wenn die über den Transistor 30 angelegte Regelspannung wirksam

ao wird, dann werden die dem Transistor 12 zugeführten Signale in gesteuerter Weise stärker gedämpft, so daß das dem Transistor 12zugeführte maximale Signal einen gewünschten Pegel nicht überschreitet und dadurch Verzerrungen im Ausgangssignal vermieden werden.

Eine in der Praxis aufgebaute Schaltung nach

F i g. 1 hatte folgende Werte:

Schwingkreis 18

Kondensator 20 pF

Widerstand 1 kOhm

Spule 0,6 μΗ

Widerstand 22 1,5 kOhm

Widerstand 32 2 kOhm

Widerstand 34 300 kOhm

Widerstand 42 1 kOhm

Widerstand 44 2 kOhm

Die innerhalb der gestrichelten Umrandung 41 dargestellten Bauelemente wären in einer integrierter Schaltung enthalten, wenn der peregelte Verstärker ir dieser Form aufgebaut werden ■· 11.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

einem einheitlichen monolithischen Haibfeiterplätt- Patentansprüche: chen aufgebaute Schaltung verstanden, die einer au* aktiven und passiven Bauelementen zusammengesetzten

1. Geregelter Verstärker mit einem in Emitter- Schaltung entspricht Wenn also im folgenden von beschaltung arbeitenden Verstärkungstransistor, des- S stimmten Bauelementen gesprochen wird, können hiersen Emitter über einen ersten Widerstand mit einer mit sowohl einzelne Bauelemente als auch die ent-Bezugspotentialklemme gekoppelt ist, und mit einer sprechenden Teile einer integrierten Schaltung geAnordnung, durch welche die Emitterimpedanz des meint sein.

Transistors zur Regelung seiner Verstärkung ander- Transistorist *.rte geregelte Verstärker, seien sie aus bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß io Einzelelementen oder in integrierter Form aufgebaut, mit der Basis des: Verstärkungstransistors (12) der müssen EingangssigmJe innerhalb eines Amplituden-Emitter eines zweiten Transistors (26) gekoppelt bereiches verarbeiten, welcher mit dem geregelter ist, dessen Kollektor das zu verstärkende Signal Röhrenverstärker vergleichbar ist. Ein grundlegendes (über 28) zugeführt ist und dessen Basis über Problem besteht jedoch darin, daß Transistorverstärker einen zweiten Widerstand (34) galvanisch mit einer 15 Nichtlinearitäten aufweisen, welche zu Verzerrungen RejieKp;mnungsquelle (30) verbunden ist; und daß infolge von Kreuzmodulation und Intermodulation zwischen d ι Regelspannungsquelle und eine Bc- führen.

zuyspotentialklemme (24) der Reihe nach drei Dk Übertrasungscharakteristik eines Transistors er-Halbleiterüberj-änge (38, 36. 40) geschaltet sind, gibt sich aus seiner über der Basis-Emitter-Spannung die derart gepolt sind, daß ihre Leitfähigkeit in ao aufgetragenen Kollekiorstromkennlinie. Im normalen Durchlaßrichtung \on der Regelspannungsquelle Bereich des Transistorbetriebes verläuft diese Kennänderbar ist, und von denen der dritte Halbleiter- linie exponentiell, und daher ist ihre Steigung längs der übergang (40) parallel zum e sten Widerstand(42) Kennlinie ebenfalls exponentiell. Aus diesem Giunde geschaltet ist. tritt grundsätzlich eine Verzerrung im Ausgangssignal

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 35 auf. wenn der Basis des Transistors ein Eingangssignal zeichnet, daß wenigstens einer der ersten beiden zugeführt wird. Für kleine Signale ist diese Veizerrung Halbleiterübergänge der Basis-Emitter-Ubergang tragbar, da kleine Abschnitte der Kennlini: näheeines Transistors (36) lsi, dessen Kollektor mit rungsweise ils linear angesehen werden können und die einer Bezugsspannunfesklemr .e (20) gekoppelt ist. Verzerrungen nur klein sind. Wenn jedoch das Ein-

3. Verstärker nach A.ispruch 1 oder 2, dadurch 30 gangssignal größer wird, gilt diese Annäherung nicht gekennzeichnet, daß die Regels.Ätnnungsquelle von mehr, und es treten größere Verzerrungen auf. Die einem weiteren Transistor (30) gebildet wird, der in Größf der vertretbaren Verzerrungen richtet sich nach Abhängigkeit von einem seiner Basis zugeführten dem jeweiligen Anwendungszweck der Schaltung. Regelsignal arbeitet und dessen Kollektor mit einer Hieraus resultiert für einen bestimmten Transistor die Klemme (46) gekoppelt ist, die eine Betriebsspan- 35 zulässige Eingangssignalgröße.

nung führt, weiche praktisch gleich dem Span- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

nungsabfal! (3 V_be) an drei in Durchlaßrichtung geregelten Transistorverstärker anzugeben, bei dem

vorgespannten Halbleiterübergängen ist, und diß bei Anlegen eines Eingangssignals mit unzulässig hoher

der Regelspannungsbereich durch die Sättigung Amplitude das Signal auf eine zulässige Amplitude be-

dieses weiteren Transistors (30) begrenzt ist. 40 grenzt wird, während das Signal bis zu einer bestimm-

4. Verstärker nach einem der vorangehenden ten. zulässigen Amplitude nicht gedämpft wird. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Die Erfindung besteht darin, daß bei einem Ver-Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem stärker der eingangs genannten Art mit der Basis des zweiten Halbleiterübergang (38, 36) über einen Verstärkungstransistors der Emitter eines zweiten dritten Widerstand (44) mit der Bezugspotential- ♦? Transistors gekoppelt ist, dessen Kollektor das zu verklemme (24) verbunden ist und daß der zweite stärkende Signal zugeführt isr und dessen Basis über Halbleiterübergang der Basis-Emitter-Ubergang einen zweiten Widerstand galvanisch mit einer Regeleines mit seinem Kollektor an einer Betriebsspan- Spannungsquelle verbunden ist; und daß zwischen die nung liegenden Transistors (36) ist. Regelspannungsquelle und eine Bezugspotentialklem-

5. Verstärker nach einem der vorangehenden An- 50 me der Reihe nach drei Halbleiterübergänge geschaltet Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer sind, die derart gepo!t sind, daß ihre Leitfähigkeit in Widerstand (22) den Emitter des zweiten Transistors Durchlaßrichtung von der Regelspannungsquelle än-(26) mit der Bezugspotentialklemme (24) koppelt. derbar ist, und von denen der dritte Halbleiterübergang parallel zum ersten Widerstand geschaltet -st.

SS Bei einem solchen Verstärker ist zwischen der Ein-