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Geregelter Verstärker Die Erfindung betrifft einen auf konstanten
Ausgangspegel geregelten Verstärker mit mindestens einem Transistor in Emitterschaltung
und einer an den Ausgangskreis des Verstärkers angeschlossenen ersten Gleichrichteranordnung,
deren Ausgangsgröße den Gleichstrom einer zweiten Gleichrichteranordnung steuert,
die als veränderbarer Wechselstromwiderstand einem Gleichstromemitterwiderstand
des Transistors parallelgeschaltet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen auf konstanten Ausgangspegel geregelten
Verstärker anzugeben, bei dem in einfachei-Weise gute Linearitäts- und Regeleigenschaften
erzielbar sind.
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Ausgehend von einem Verstärker der eingangs genannten Art ist die
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch golöst, daß der Versorgungsstrom des Transistors
aus einer Xonstantspannungsquelle gewonnen ist und daß die erste Gleichrichteranordnung
mit ihrem einen Ausgangsanschluß an den einen Pol der Konxtantspannungtuelle und
mit ihrem anderen Ausgangsanschluß über eine die zweite Gleichriohteranordnung speisende
Vergleichseinrichtung an den anderen Pol der IConstantflpannungsquelle angeschlossen
ist.
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Durch diese Maßnahmen wird eine hohe Regelsteilheit erzielt, zu der
auch eine hohe zeitliche Konatanæ des Ausgangspegeis und in vorgehbaren Grenzen
große Unabhängigkeit von der Verßorgungsspannung kommt; weiterhin ergibt sich der
Vorteil großer Linearität bzw. hoher Klirrdämpfung des yerstärkers in allen Regelbereichen.
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In eimer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vergleichseinrichtung
als ein weiterer Transistor realisiert, dessen Kollektor galvanisch mit der zweiten
Gleichrichteranordnung verbunden ist und dessen Emitter-Basisstrecke die Differenzgleichspannung,
gebildet aus der Spannung der Konstantspannungsquelle und der.usgangsspannung der
ersten Gleichrichteranordnung, zugellihrt ist.
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Eine weitere Bedeutung erlangt die erfindungsgemäße Anordnung dadurch,
daß sie durch einen Rückkopplungskreis zu einem auf konstanten Ausgangspegel geregelten
Oszillator, vorzugsweise Quarzoszillator ergänzt ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an Hand zweier
in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Zeichnung
zeigt dabei in Fig. 1 einen erfindungsgemäß geregelten Verstärker und in Big. 2
einen auf konstanten Ausgangspegel geregelten Quarzoszillator nach der Erfindung.
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Der Verstärker nach Fig. 1 ist einstufig und weist den ransistor 7
in Emitterschaltung auf, in dessen Emitterkreis sich das stromgegenkoppelnde Stellglied
9 bis 12 befindet, welches mittelbar aus dem Ausgangskreis 21, 22 gesteuert-ist.
Es könnten zwischen den Transistor 7 und den Ausgangskreis jedoch durchaus noch
eine oder mehrere Stufen im Bedarfafall e-ingeschaltot werden, genauso wie der gesamten
Anordnung noch zustitzlic4e Stuten vor- und/oder nachgeschaltet werden können, Im
vorliegenden Fall gelangt die Eingangsepannung Ue über den Kondensator 1 zur Basis
des Transistors 7, dessen Kollektor mit der durch den Trimmer 21 selektiv abgestinmiten
Primårwicklung 22 des Ausgangsübertragers verbunden ist, -an dessen
Sekundärwicklung
23 die auf konstanten Wert geregelte Ausgangsspannung Ua zur Verfügung steht. Das
kollektorseitige Gleichpotential ist geerdet und wird dem Transistor 7 über die
Primärwicklung 22 zugeführt.
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Aus der Batteriespannung -UB wird über den Widerstand 4 ein Gleichstrom
durch die auf der anderen Seite geerdete Zenerdiode 3 in Zenerrichtung geschickt,
die somit als Konstantspannungsquelle wirkt. Parallel zu der Zenerdiode 3 liegen
der Siebkondensator 2 und weiter der ohmsche Spannungsteiler 5, 6, an dessen Abgriff
die Basis des Transistors 7 angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt des Widerstandes
4 und aer Zenerdiode 3 führt das hinsichtlich des Transistors 7 emitterseitige Versorgungspotential,
an welches jeweils der Fußpunkt der ersten Gleichrichteranordnung 16 bis 20, der
weiten Gleichrichteranordnung 9 bis 12 und des auf der anderen Seite mit dem Emitter
des Transistors 7 verbundenen Emitterwiderstandes 8 angeschlossen sind.
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Der Transistor 7 ist in vorliegenden all von npn-Leitfähigkeistyp,
er weist eine der Betriebsfrequens entsprechend hohe Grenzfrequenz auf und arbeitet
im A-Betrieb. Sein Arbeitspunkt wird in allen vorkommenden Regelzuständen durch
die olomschen Spannungsteileflliderstände 5 und 6 und durch den relativ groß bemessenen
ohmschen Emitterwiderstand 8 konstant gehalten.
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Parallel zum Emitterwiderstand 8 liegt gleichstrommäßig durch den
Kondensator 9 getrennt die zweite Gleichrichteranordnung, deren Siliziumdioden 10
und 11 zusammen mit den Kondensatoren 9 und 12 einen steuerb-ren Wecjselstrer:iwiderstand
in der Anordnung einer Spannungsverdopplerschaltung bilden. Wechselstrommäßig liegen
die Dioden 10 und 11 antiparallel an dem Emitterwiderstand 8 und bilden im Aussteuerungsbereich
einen vergleichstieise sehr linearen, gestcuerten differentiellen
Widerstand,
dcr inuUenondere bei den geradzahligen Harmonischen eine besonders hohe Klirrdämpfung
aufweist. Die Steuerung findet über den Kollektor des weiteren Transistors 15 statt,
der ein Nf-Transistor vom pnp-Leitfähigkeitstyp ist und damit den entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyp wie der Transistor 7 aufweist. Dabei ist der Verbindungspunkt
der Diode 11 mit dem Kondensator 12 über den Strombegrenzungslviderstand 13 mit
dem Kollektor des weiteren Transistors 15 verbunden, von dem aus gesehen die beiden
Dioden 10 und 11 gleichstrommäßig in Serie geschaltet sind, so daß eine sehr gute
Symmetrie der Kennlinien gewährleistet ist. Der differentielle Wechselstromleitwert
der Gegentaktschaltung, bestehend aus den Dioden 10 und 11, ist in einem weiten
Bereich dem Kollektorgleichstrom des weiteren Transistors 15 direkt proportional.
Bei fehlender Eingangsspannung ist der weitere Transistor 15 über den Basisvorwiderstand
17 durchgeschaltet. Der maximal mögliche Gleichstrom, der die Dioden 10 und 11 durchfließt,
ist dabei durch den Widerstand 13 begrenzt. Der Gegenkopplungsgrad des Transistors
7 erreicht dabei seinen kleinstmöglichen Wert. Von der Kollektorseite des Transistors
7 aus arird.dber die erste Gleichrichteranordnung, die eine Spannungsverdopplungsschaltung
ist und aus den Kondensatoren 16 und 20 und den Siliziumdioden 18 und 19 besteht,
eine Regelgleichspannung erzeugt, die der Basis des weiteren Transistors 15 zugeführt
wird. Der Emitter des weiteren Transistors 15 ist mit Erde verbunden, so daß er
als Spannungsvergleichseinrichtung wirkt und an seiner Emitterbasisstrecke eine
Differenzgleichspannung anliegt, die im wesentlichen aus der Differenz der an dem
Kondensator 16 liegenden Ausgangsgleichspannung der ersten Gleiclrichteranordnung
und der durch die Zenerdiode 3 stabilisierten Vergleichs spannung besteht.
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So sind die Dioden 18 und 19 mit der Zenerdiodenspannung, vermindert
um die Emitter-Basis-Schwellenspannung des weiteren Transistors 15 in Sperrichtung
vorgespannt. Der Eingang der
ersten Gleichrichteracllaltung asird
durch den Trennkondensator 20 gebildet, der an die Primärwicklung 22 des Ausgangsübertragers
und auf der anderen Seite an den Verbindungspünkt der beiden Dioden ia und 19 angeschlossen
ist. Parallel zu der Serienschaltung der beiden Dioden 18 und 19 liegt der Iadekondensator
16, an dem die doppelte Spitzenspannung des Wechselt spannungssignals an der Primärwicklung
22 entsteht. Einerseits ist der Ladekondensator 16 an die Basis des weiteren Transistors
15, andererseits an das stabilisierte, gegenüber Masse herrschende Potential der
Zenerdiode 3 angeschlossen.
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Parallel zu dem Ladekondensator 16 liegt der Entladewiderstand 17,
der in sämtlichen vorkommenden Regelbereichen eine definierte Entladezeitkonstante
sicherstellt.
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Wird nun an den Eingang des Regelverstärkers eine Wechselspannung
angelegt, so beginnen die Dioden 18 und 19 zu leiten, wenn die verstärkte Wechselspannungsamplitude
am Kollektor des Transistors 7, gemessen von Spitze zu Spitze den Wert der Sperrspannung
plus zweimal der Schwellenspannung der Dioden 18, 19 überschreitet. Dadurch wird
der Basisstrom des weiteren Transistors 15 herabgesetzt. Die damit verbundene Abnahme
seines Kollektorstromes macht nun die Dioden 10 und 11 der zweiten Gleichrichteranordnung
hochohmig, wodurch die Verstärkung des Transistors 7 entsprechend abnimmt. Der hohe
Regelfaktor erklärt sich aus dem großen Verhältnis der Referenzspannung der Zenerdiode
3 zur Basissteuerspannung des weiteren Transistors 15. Die Kollektorwechselspannungs-Amplitude
beträgt etwa den halben Wert der Zenerspannung; eine geringe Änderung.der Amplitude
um einige 10 mm genügt bereits, um an weiteren Transistor 15 voll durchzusteuern.
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Der Emitterwiderstand 8 des Transistors 7 muß groß gegen den durchsteuerbaren
Widerstandabereich der Dioden 10 und 11 der zweiten Gleichrichteranordnung gewählt
werden (z.B. 3Q0 n).
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Der durch den Strombegrenzungswiderstand 13 begrenzte maximale
Kollektorstroinbedarf
des weiteren Transistors 15 liegt bei einem ausgeführten Exemplar etwa bei 4 mA.
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Eine zusitzliche Erhöhung der Regolsteilheit wird durch den ohmschen
Parallelwiderstand 14 erzielt, der dem Ladekondensator 12 und damit dem Gleichspannungseingang
der zweiten Gleichrichteranordnung parallelgeschaltet ist.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise wird im folgenden erst einmal der
aufgeschnittene Regelkreeis für den Fall untersucht, bei dem der Paralleiwiderstand
14 nicht vorhanden ist. Hierbei wird von einer gegebenen Änderung der Ausgangsspannung
UA um einen bestimmten Betrag ausgegangen. Damit verbunden ist auf dem Weg über
die als Spannungsverdopblerschaltung ausgebildete erste Gleichrichteranordnung 16
bis 20 eine Änderung der Eiinitterbasisspannung des weiteren Transistors 15 um AU.
Somit verändert sich der Kollektorstrom dieses Transistors 15 um den Faktor exp
wobei UT die Temperaturspannung des weiteren Transistors 15 ist. Um denselben Faktor
verändert sich der differenitelle Leitwert der wechsolstrommäßigen Parallelschaltung
der beiden Dioden 10 und 11, da dieser Leitwert dem durchfließenden Gleichstrom
proportional ist.
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Fügt man nun den Parallelwiderstand 14 in der vorbeschriebenen Weise
ein, so daß der Hauptteil des Kollektorstromes des weiteren Transistors 15 durch
diesen Widerstand 14 fließt, so ergibt sich nun bei einer Änderung des Xollektorgleichstromes
um den Faktor exp (AU/U) eine weitaus größere relative Änderung des differentiellen
Leitwertes der Dioden 10 und 11, weil der Gleichstrom, der den Parallelwideratand
14 durchfließt, auf Grund der Xennliniencharakteristik der Dioden 10 und 11 im zu
betrachtenden Strombereich im wesentlichen konstant bleibt.
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Eine Betrachtung im differentiellen Bereich unter der Annahme, daß
der durch den Parallelwiderstand 14 fließende Gleichstrom konstant ist, zeigt, daß
bei einer Kollektorstromänderung die die Stromänderung in den Dioden 10 und 11 genau
#IC betragen muß. Die bezogene Stromänderung #IC/#ID vID = Diodengleichstrom) ist
aber um den Versteilerungsfator IC/ID größer.
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Fig. 2 zeigt einen auf konstanten Ausgangspegel geregelten Quarzoszillator.
Diese Oszillatoranordnung entsteht durch Hinzufügen eines Rückkopplungsweges zu
der Verstärkeranordnung nach Fig. 1 und unterscheidet sich von ihr in folgenden
Punkten Der Eingangskoppelkondensator 1 entfällt. Statt dessen ist die Basis des
Transistors 7 mit dem einen Anschluß des Quarzes 27 und über den Widerstand 28 mit
dem Verbindungspunkt der beiden Spal1slungsteilerliderstände 5 und 6 verbunden.
Zum Zwecke der Rückkopplung erhält der Ausgangsübertragor zusätzlich zu der Primärwicklung
22 und der Sekundärwicklung 23 die RtL.ckkopplungswicklung 24, deren Fußpunkt ebenfalls
mit dem Verbindungspunkt der beiden Spannungsteilerwiderstände 5 und 6 verbunden
ist und über den Kondensator 29 mit dem bezüglich des Transistors 7 enitterscitigen
Potential der konstanten Versorgungsspannung an der Zenerdiode 3 verbunden ist.
Der andere Anschluß der Rückkopplungswicklung 24 ist über die Reihenschaltung der
Ziehkapazität und des Quarzes 27 mit der Basis des Transistors 7 verbunden. Dabei
besteht die Ziehkapazität aus einer Parallelschaltung des einstellbaren Trimmers
25 und des Festkondensators 26. Um die resultierende Quarzgut nicht zu verschlechtern,
ist der Widerstand 28, mit dem der Quarz abgeschlossen ist, vergleichsweise niederohmig
bemessen.
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Der der Primärwicklung 22 parallelgeschaltete Trimmer 21 ist auf die
Schwingfrequenz des Quarzes abgestimmt; um jedoch ded Einfluß dieses Kreises 21,
22 auf die Schwingfrequenz in
vorgegebenen Grenzen zu halten, ist
diesem Parallelkreis 21, 22 der Widerstand 30 parallelgeschaltet, wodurch die Güte
des aus der Primärwicklung 22 des Ausgangsübertragers und de Kondensators 21 bestehenden
Kreises geschert wird.
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Belastungsänderungen an der Ausgangsspannung UA haben einen vergleichsweise
äußerst geringen Einfluß auf dieFrequenz und auf die Konstanz der Ausgangsspannung
UA, da durch den weiteren Transistor 15 einerseits ein sehr guter Vergleich der
Regelgröße mit der Fübrungssgrb.ße und andererseits eine gute Entkopplung zwischen
der ersten und zweiten Gleichrichteranordnung gegeben ist.
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10 Patentansprüche 2 Figuren