DE19713101A1 - Mehrstufige Verstaerkerschaltung mit veraenderlicher Verstaerkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung die sich für Hochfrequenz-Verstärkerschaltungen eignet, wie sie zum Beispiel in einem tragbaren Telefon mit Vielfachzugriff- Codemultiplex-Betrieb vorgesehen ist (dieser Vielfachzugriff-Codemulti­ plex-Betrieb wird im folgenden auch abgekürzt mit CDMA-Betrieb oder -Modus bezeichnet (von Code Division Multiple Access)).

Bei einem CDMA-Betrieb-Mobiltelefon sind in Hochfrequenz-Verstär­ kerschaltungen auf der Sendeseite und der Empfangsseite üblicherweise Verstärkerschaltungen mit variablem Verstärkungsgrad vorhanden (im folgenden einfacher als "veränderliche Verstärkerschaltungen" oder "variable Verstärkerschaltungen" bezeichnet), die eine Verstärkung von 80 dB oder darüber variieren können, um bei der Bewegung des Mobiltelefons die Nachrichtenübertragung aufrechtzuerhalten. Fig. 4 zeigt eine Hochfrequenzstufe eines tragbaren Telefons mit CDMA- und FM-Doppelbetriebsart. Zuerst soll der Aufbau eines Sendesystems (TX) erläutert werden. Ein von einem Modem 101 moduliertes ZF-(Zwischenfrequenz-)Sendesignal wird von einer QPSK-Modulierschaltung 102 QPSK-moduliert (QPSK ist die Abkürzung für den deutschsprachigen Begriff Vierfachphasenumtastung). Anschließend wird dieses modulierte Signal von einer senderseitigen veränderlichen Verstärkerschaltung (TX-AMP) 103 verstärkt, und dieses Signal wird dann von einem Mischer (MIX) 104 mit einem von einem Überlage­ rungsoszillator (OSC) 121 gelieferten Überlagerungsfrequenzsignal ge­ mischt, wobei das gemischte Signal in ein HF-(Hochfrequenz-)Sende­ signal umgesetzt wird. Das HF-Sendesignal wird über ein Bandpaßfilter 105, einen Leistungsverstärker (PA) 106, einen Duplexer 107 und eine Antenne 108 gesendet.

Im folgenden soll das Empfangssystem (RX) erläutert werden. Ein von der Antenne 108 empfangenes HF-Empfangssignal wird über den Duple­ xer 107, einen rauscharmen Verstärker (LNA) 109 und ein Bandpaßfilter 110 auf einen Mischer (MIX) 111 gegeben, in welchem das Signal mit einem von dem Überlagerungsoszillator (OSC) 121 gelieferten Empfangsoszillatorsignal gemischt wird, so daß das Signal in ein ZF-Empfangssignal umgesetzt wird. Das ZF-Empfangssignal wird auf ein CDMA-Bandpaßfilter 112 und ein FM-Bandpaßfilter 113 gegeben, wo ein Ausgangssignal abhängig von dem jeweils eingestellten Betriebs­ modus ausgewählt und dieses ausgewählte Signal von einer empfangs­ seitigen variablen Verstärkerschaltung (RX-AMP) 114 verstärkt wird. Als nächstes wird das verstärkte Signal von einer QPSK-Demodulier­ schaltung 115 demoduliert, bevor es auf das Modem 101 gegeben wird.

Die Feldstärke des empfangenen Signals, die von einer in dem Modem 101 enthaltenen Empfangssignal-Feldstärke-Anzeigeschaltung (RSSI) 116 nachgewiesen wird, wird von einem Vergleicher 117 mit Feldstärken-Re­ ferenzdaten verglichen. Die Feldstärkendifferenz zwischen den ver­ glichenen Signalen gelangt an eine empfangsseitige AGC-Spannungs­ korrekturschaltung 118 und an eine Sendeausgabe-Korrekturschaltung 119. Die AGC-Spannungskorrekturschaltung 118 gibt ein AGC-Aus­ gangssignal in der Weise ab, daß die von dem Vergleicher 117 erzeugte Differenz gegen "0" strebt, d. h., das Ausgangssignal des RSSI 116 mit den Feldstärken-Referenzdaten übereinstimmt, um dadurch das Ver­ stärkungsmaß der variablen Verstärkerschaltung (RX-AMP) 114 auf der Empfangsseite zu steuern. Die von dem Vergleicher 117 gebildete Diffe­ renz und die Sendeausgabe-Korrekturdaten, die in Abhängigkeit der Schaltungsbedingungen zwischen einem Mobiltelefon und einer Basis­ station festgelegt werden, werden auf der Sendeseite an eine Sendeaus­ gabe-Korrekturschaltung 119 gegeben. Die AGC-Spannungskorrektur­ schaltung 120 auf der Sendeseite gibt eine AGC-Spannung ab, so daß ein moduliertes Signal umgekehrt proportional ist zum Pegel des empfangenen Signals und den Sendeausgabe-Korrekturdaten entspricht, um auf diese Weise die Verstärkung der veränderlichen Ver­ stärkerschaltung (TX-AMP) 103 auf der Sendeseite zu steuern.

In diesem Fall wird eine hervorragende Linearität zwischen der AGC-Spannung und der Verstärkung in einem dynamischen Bereich von 80 dB oder darüber gefordert, damit die veränderlichen Verstärkerschaltun­ gen 103 und 114 auf der Sendeseite und der Empfangsseite in mitein­ ander verrasteter Weise arbeiten können. Da das Mobiltelefon von einer Batterie gespeist wird, wird deren Ladung schnell verbraucht, wenn der Stromverbrauch zunimmt. Es ergibt sich also das Problem, daß sich die Bereitschaftszeit und auch die Sprechzeit verkürzen und die Batterie relativ frühzeitig ausgetauscht werden muß. Folglich ist es wünschens­ wert, wenn die veränderlichen Verstärkerschaltungen 103 und 104 einen möglichst niedrigen Stromverbrauch aufweisen.

Was die veränderlichen Verstärkerschaltungen angeht, so gibt es be­ kanntlich solche mit Konstantstrombetrieb und solche, die mit veränder­ lichem Strom arbeiten, wobei Differenzverstärker mit Konstantstrom­ quellen verbunden sind. Da der Bereich, in welchem sich das Ver­ stärkungsmaß linear steuern läßt, normalerweise nur etwa 20 dB bis 30 dB in einer veränderlichen Verstärkerschaltung einer Stufe beträgt, wird üblicherweise von einem Verfahren Gebrauch gemacht, bei dem ver­ änderliche Verstärkerschaltungen gleichen Typs in Kaskade geschaltet werden und parallel eine AGC-Spannung an die jeweiligen veränder­ lichen Verstärkerschaltungen gelegt wird, um einen dynamischen Bereich von 80 dB und darüber zu realisieren.

Fig. 5 und 6 zeigen üblicherweise verwendete veränderliche Verstärker­ schaltungen mit Konstantstrom-Modus und mit Betrieb bei veränder­ lichem Strom, jeweils mit Bipolartransistoren ausgebildet. Die Bezeich­ nungen IN, OUT, VAGC und Vcc stehen für Eingang, Ausgang, AGC-Span­ nung bzw. Versorgungsspannung. Fig. 7 zeigt die Verstärkung PG in Abhängigkeit der AGC-Spannung VAGC, wobei g die Kennlinie einer veränderlichen Verstärkerschaltung mit Konstantstrombetrieb und h eine Kennlinie der veränderlichen Verstärkerschaltung für Betrieb mit ver­ änderlichem Strom angibt.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel für Konstantstrombetrieb bilden in ihrer Verstärkung veränderliche Transistoren Q1, Q2, Q3 und Q4 und Verstärkungstransistoren Q5 und Q6 einen Differenzverstärker. Widerstände R1 und R2 sind Lastwiderstände für die Transistoren Q1 und Q2, E1 ist eine Vorspannungsquelle und CS1 ist eine Konstant­ stromquelle.

Das Verstärkungsmaß PG [dB] der in Fig. 5 gezeigten Schaltung für Konstantstrombetrieb ist durch folgenden Ausdruck gegeben:

PG α PG0 + 20 log (I1/I0) (1)

wobei PG0 eine Verstärkung für den Fall ist, daß I1 gleich I0 ist. Außerdem wird die Relation zwischen I1 und I0 (I1/I0) durch folgenden Ausdruck angegeben:

I1/I0 α [1+exp{-VAGC _* q/(kT}] (2)

wobei

q: Elektronenladung
k: Boltzmannkonstante und
T: absolute Temperatur.

Das Verstärkungsmaß PG der Kennlinie g ändert sich nicht linear, son­ dern hat eine kleine Änderung im Bereich großer AGC-Spannung VAGC. Beim Konstantstrombetrieb wird das Maß der Tertiär-Ver­ zerrung durch Interferenz- oder Störwellen unabhängig vom Betrag der Verstärkung PG konstant gehalten. Außerdem wird die Stromaufnah­ me ebenfalls konstant gehalten, unabhängig vom Betrag der Verstärkung PG. In der veränderlichen Verstärkerschaltung eines Typs, bei dem eine mehrstufige Anordnung für den in Fig. 5 gezeigten Konstantstrombetrieb vorgesehen ist, wird die Relation zwischen den Eingangsauffangpunkten und dem Stromverbrauch bezüglich der Verstärkung PG durch die Form der Kennlinien bei a und b in Fig. 3 dargestellt. Im unteren Bereich der Verstärkung PG ist der Verlauf für den Eingangsauffangpunkt hoch, jedoch ist die Kennlinie für den Stromverbrauch b konstant.

Die Schaltung für den Betrieb mit veränderlichem Strom gemäß Fig. 6 enthält in der Verstärkung veränderliche Transistoren Q7 und Q8, einen Transistor Q15 für eine Konstantstromschaltung, und Lastwiderstände R3 und R4 für die Transistoren Q7 und Q8. Die Verstärkung PG [dB] für den Betrieb mit veränderlichem Strom ist gegeben durch den Aus­ druck:

PG α 20 log (I2) (3).

Weiterhin wird I2 durch folgende Beziehung ausgedrückt:

I2 α exp{VAGC _* q/(kT)} (4)

Einsetzen der Gleichung (4) in die Gleichung (3) liefert:

PG α VAGC.

Wie durch die Kurve h in Fig. 7 angedeutet, ändert sich die Verstärkung PG linear mit der AGC-Spannung VAGC. In der variablen Verstärker­ schaltung des Typs mit mehrstufiger Anordnung für den Betrieb mit veränderlichem Strom werden die Relation zwischen den Eingangsauf­ fangpunkten und dem Stromverbrauch gegenüber der Verstärkung PG durch die Kenninien c bzw. d in Fig. 3 dargestellt. Da der Kollektor­ strom niedrig ist, kommt es leicht zu Verzerrungen.

Wenn allerdings die variable Verstärkerschaltung mit der Konstantstrom­ betriebsart gemäß Fig. 5 in mehrstufiger Form ausgebildet wird, so ergibt sich das Problem, daß die Stromaufnahme im Vergleich zu der Betriebsart mit veränderlichem Strom beträchtlich ist, wie man durch einen Vergleich der Kennlinien b und d in Fig. 3 erkennt.

Wird hingegen die variabler Verstärkerschaltung mit Betrieb bei ver­ änderlichem Strom gemäß Fig. 6 mehrstufig ausgebildet, so ergibt sich das Problem, daß zwar die Stromaufnahme im Vergleich zu der Kon­ stantstrom-Betriebsart gering ist, allerdings die Eingangsauffangpunkte im unteren Verstärkungsbereich PG im Vergleich zu dem Konstant­ strombetrieb verschlechtert sind, wie man durch Vergleich der Kurven a und c in Fig. 3 erkennt. Im Ergebnis stellt sich also das Problem, daß bei starkem elektrischen Feld andere Stationen die entsprechende Schal­ tung stören.

In einer Schaltung, in der Schaltungen für den Konstantstrombetrieb und dem Betrieb mit veränderlichem Strom in Kaskade geschaltet sind, unterscheidet sich die Konstantstrombetriebsart hinsichtlich der AGC-Spannung VAGC von der Betriebsart mit variablem Strom. Außerdem unterscheiden sie sich voneinander in den Kennlinien der Verstärkung PG bezüglich der AGC-Spannung VAGC. Es stellt sich daher das Pro­ blem, daß die Verstärkung PG ihre Linearität weiter einbüßt.

Angesichts der oben aufgezeigten Probleme ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine mehrstufige Verstärkerschaltung mit variabler Ver­ stärkung anzugeben, die in der Lage ist, den Stromverbrauch zu ver­ ringern und Eingangs-Auffangpunkte und Verstärkungs-Linearität zu verbessern.

Um dieses Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung eine Verstärkerschaltung mit veränderlichem Verstärkungsgrad (im folgenden "veränderliche Verstärkerschaltung") mit Konstantstrombetrieb, die als Vorstufe geschaltet ist, und eine veränderliche Verstärkerschaltung mit Betrieb bei veränderlichem Strom, die als nachfolgende Stufe geschaltet ist, wobei eine AGC-Spannung in einen sich exponentiell ändernden Strom umgewandelt wird, welcher seinerseits als Treiberstrom für jede veränderliche Verstärkerschaltung eingesetzt wird, um auf diese Weise jegliches Verstärkungsmaß zu steuern.

Erfindungsgemäß läßt sich die Tertiär-Verzerrungskomponente dadurch reduzieren, daß man die variable Verstärkerschaltung mit Konstantstrom­ betrieb in der Vorstufe anordnet. Außerdem lassen sich Stromverbrauch und Verzerrungskomponente dadurch verringern, daß man die Verstär­ kerschaltung mit Betrieb bei variablem Strom in der nachfolgenden Stufe vorsieht. In diesem Fall dient jede variable Verstärkerschaltung als Dämpfungsglied, wenn das Eingangssignal groß ist. In der variablen Verstärkerschaltung mit variablem Strom innerhalb der nachgeordneten Stufe reduziert sich der Treiberstrom, wodurch die Tertiär-Verzerrungs­ komponente zunimmt. Allerdings wird ein einer Störquelle entsprechen­ des Interferenzsignal von der variablen Verstärkerschaltung mit Konstantstrombetrieb in der Vorstufe gedämpft, gefolgt von dem An­ legen des Signals an die in der nachgeordneten Stufe vorgesehene varia­ ble Verstärkerschaltung mit variablem Strom, so daß die Tertiär-Ver­ zerrungskomponente nicht erhöht wird. Wenn das Eingangssignal klein ist, dient jede variable Verstärkerschaltung als Verstärker, und das Störsignal wird von der variablen Verstärkerschaltung mit Konstant­ strombetrieb in der Vorstufe verstärkt. Da allerdings der Treiberstrom für die variable Verstärkerschaltung mit variablem Strom in der nach­ geordneten Stufe groß ist, wird die Tertiär-Störkomponente nicht erhöht.

Da die sich linear ändernde AGC-Spannung in den sich exponentiell ändernden Strom umgesetzt wird, welcher seinerseits an die variable Verstärkerschaltung mit Konstantstrombetrieb gelegt wird, erhält die variable Verstärkerschaltung mit Konstantstrombetrieb die gleiche Ver­ stärkungskennlinie wie die variable Verstärkerschaltung mit Betrieb bei variablem Strom. Im Ergebnis wird das Verstärkungsmaß der zwei Arten variabler Verstärkungsschaltungen derart variiert, daß die Werte im wesentlichen proportional zueinander sind. Daher ist es möglich, die Verstärkung linear zu steuern.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine erste variable Verstärkerschaltung, umfassend einen Differenzver­ stärker mit unsymmetrischem Ausgang und betrieben mit einem kon­ stanten Treiberstrom, um ein in sie eingegebenes Signal zu verstärken, eine erste Verstärkungsmaß-Steuereinrichtung zum Steuern des Ver­ stärkungsmaßes der ersten veränderlichen Verstärkerschaltung, eine zweite veränderliche Verstärkerschaltung, umfassend einen Differenzver­ stärker mit einem symmetrischen Ausgang, betrieben von einem ver­ änderlichen Treiberstrom, um das von der ersten variablen Verstärker­ schaltung verstärkte Signal zusätzlich zu verstärken, und eine zweite Verstärkungsmaß-Steuereinrichtung zum Steuern eines Verstärkungs­ maßes der zweiten variablen Verstärkerschaltung.

Sowohl die erste als auch die zweite Verstärkungsmaß-Steuereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine sich linear ändernde AGC-Spannung in einen sich exponentiell ändernden Steuerstrom umgesetzt wird und der Steuerstrom sowohl der ersten als auch der zweiten variablen Verstärkerschaltung als Treiberstrom zugeführt wird.

Außerdem besitzt der Differenzverstärker mit unsymmetrischem Aus­ gang mindestens ein Paar von Transistoren, deren Emitter elektrisch an eine gemeinsame Konstantstromquelle angeschlossen sind, und denen ein Signal über ihre Emitter zugeführt wird, und die dadurch gekennzeich­ net ist, daß die Basis des einen Paares von Transistoren eine AGC-Spannung empfängt, während die Basis des anderen Transistors auf Masse liegt und der Kollektor des einen oder des anderen Transistors ein Signal abgibt.

Die erste Verstärkungsmaß-Steuereinrichtung enthält einen Spannungs- Strom-Wandlungs-Transistor zum Umsetzen einer Änderung der AGC-Spannung, die an die Basis des obigen einen Transistors gelegt wird, und eine Stromspiegelschaltung, die den obigen einen Transistor enthält, und sie ist dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Kollektorstrom ent­ sprechender Strom in den Kollektor des obigen einen Transistors fließt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des grundlegenden Aufbaus einer Ausführungsform einer mehrstufigen Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm, welches die Schaltung nach Fig. 1 im einzelnen zeigt;

Fig. 3 ein Diagramm, welches für den Vergleich zwischen Ein­ gangsabfangpunkt-Kennlinien und Stromverbrauch gegen­ über der Verstärkung bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Schaltung und dem Stand der Technik herangezogen wird;

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer HF-Stufe eines allgemeinen trag­ baren CDMA-Modus-Telefons, bei dem die erfindungs­ gemäße mehrstufige Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung eingesetzt wird;

Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm einer üblicherweise verwendeten Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung, die im Konstantstrombetrieb arbeitet;

Fig. 6 ein Schaltungsdiagramm einer üblicherweise verwendeten Verstärkerschaltung mit veränderlicher Verstärkung, die mit variablem Strom betrieben wird, und

Fig. 7 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit der Verstärkung von der Steuerspannung für die variablen Verstärkerschal­ tungen nach den Fig. 5 und 6 zeigt.

Nach Fig. 1 wird eine AGC-Spannung VAGC gemeinsam an eine variable Verstärkerschaltung mit Konstantstrom-Modus 1 und an variable Verstärkerschaltungen mit Betrieb bei variablem Strom 2 und 3 gelegt. Die Verstärkerschaltung 1 mit Konstantstrom-Modus verstärkt ein Eingangssignal IN gemäß der AGC-Spannung VAGC. Die Ver­ stärkerschaltung 2 für Betrieb bei variablem Strom verstärkt das von der Verstärkerschaltung 1 verstärkte Signal weiter. Auch die Verstärker­ schaltung für Betrieb bei variablem Strom, 3, verstärkt das von der Schaltung 2 ausgegebene Signal noch zusätzlich, um es als Ausgangs­ signal OUT am Ausgang abzugeben.

Der detaillierte Aufbau der Schaltung wird anhand der Fig. 2 erläutert. Eine Spannungsquelle Vcc ist mit den Emittern zweier PNP-Transistoren Q13 und Q12, außerdem mit einem Anschluß eines Vorspannwiderstands R1, mit den Kollektoren von NPN-Transistoren Q2 und Q3 und mit dem jeweils einen Anschluß von Vorspannwiderständen R1, R2, R3, R4, R5 und R6 verbunden. Die AGC-Spannung wird gemeinsam zwischen die Basen und Emitter von NPN-Transistoren Q14, Q15 und Q16 gelegt. Das Eingangssignal IN wird zwischen die Basen von NPN-Transistoren Q5 und Q6 gelegt. Das Ausgangssignal OUT wird über Koppelkonden­ satoren C5 und C6 abgegriffen.

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die variable Verstärkerschal­ tung 1 mit Konstantstrom-Modus. Die Basen der Transistoren Q12 und Q13 sind elektrisch mit dem Kollektor des Transistors Q13 und demjeni­ gen des Transistors Q14 verbunden. Der Kollektor des Transistors Q12 ist elektrisch mit Kollektor und Basis eines NPN-Transistors Q11 und außerdem mit den Basen der NPN-Transistoren Q1 und Q4 verbunden. Der andere Anschluß des Widerstands R1 ist elektrisch mit dem Kollek­ tor des Transistors Q1 verbunden. Die Emitter (welche die Ströme I0 führen) der Transistoren Q1 und Q2 sind elektrisch mit einem Anschluß einer Induktivität L1 und mit dem Kollektor des Transistors Q5 ver­ bunden.

Der andere Anschluß (der den Strom I1 führt) des Widerstands R2 ist elektrisch mit dem Kollektor des Transistors Q4 verbunden. Die Emitter der Transistoren Q3 und Q4 sind elektrisch mit einem Anschluß einer Induktivität L2 und mit dem Kollektor des Transistors Q6 verbunden.

Die Basen der Transistoren Q2 und Q3 sind über eine Vorspannungs­ quelle E1 auf Masse gelegt. Ein Punkt, an dem die Induktivitäten L1 und L2 miteinander verbunden sind, ist elektrisch an den Emitter des Transistors Q11 angeschlossen. Die Emitter der Transistoren Q5 und Q6 sind über eine Konstantstromquelle CS1 auf Masse gelegt.

Im folgenden wird die variable Verstärkerschaltung 2 mit Betrieb bei veränderlichem Strom beschrieben, wobei diese Verstärkerschaltung als zweite Stufe angeordnet ist. Der andere Anschluß des Widerstands R2 ist über einen Koppelkondensator C1 elektrisch an die Basis eines NPN-Transistors Q7 angeschlossen und ist über einen Vorspannwiderstand R7 auf Masse gelegt. Der andere Anschluß des Widerstands R2 ist über einen Koppelkondensator 2 elektrisch an die Basis eines NPN-Tran­ sistors Q8 angeschlossen und ist über einen Vorspannwiderstand R8 auf Masse gelegt. Die anderen Anschlüsse der Widerstände R3 und R4 sind elektrisch mit den Kollektoren der Transistoren Q7 und Q8 verbunden. Die Emitter der Transistoren Q7 und Q8 sind elektrisch an die Kollek­ tor des Transistors Q15 angeschlossen.

Die einer dritten Stufe entsprechende variable Verstärkerschaltung 3 mit Betrieb bei variablem Strom ist genauso aufgebaut, wie dies oben für die Schaltung 2 beschrieben wurde. Der andere Anschluß des Widerstands R3 ist demnach ebenfalls elektrisch über einen Koppelkondensator C3 mit der Basis eines NPN-Transistors Q9 verbunden und liegt über einem Vorspannwiderstand R9 auf Masse. Der andere Anschluß des Wider­ stands R4 ist ebenfalls über einen Koppelkondensator C4 elektrisch an die Basis eines NPN-Transistors Q10 angeschlossen und ist über einen Vorspannwiderstand R10 auf Masse gelegt. Die anderen Anschlüsse der Widerstände R5 und R6 sind elektrisch mit den Kollektoren der Tran­ sistoren Q9 und Q10 und mit Koppelkondensatoren C5 und C6 verbun­ den. Die Emitter der Transistoren Q9 und Q10 sind elektrisch an den Kollektor des Transistors 16 angeschlossen.

In der variablen Verstärkerschaltung mit Konstantstrom-Modus, 1, die­ nen die Transistoren Q1 bis Q4 zum Ändern der Verstärkung, und die Transistoren Q5 und Q6 dienen zur Verstärkung. Der Transistor Q11 bildet eine Stromspiegelschaltung, ähnlich wie die Transistoren Q1 und Q4. Eine Zellengröße des Transistors Q11 ist auf 1/50 der Zellengröße jedes der Transistoren Q1 und Q4 eingestellt, so daß der durch den Transistor Q11 fließende Strom nicht den dynamischen Bereich der Transistoren Q1 bis Q4 verringert. In ähnlicher Weise bilden auch die Transistoren Q12 und Q13 eine Stromspiegelschaltung. Die Induktivi­ täten L1 und L2 dienen zum Sperren von HF-Komponenten und können auch durch Widerstände ersetzt werden. Da die Eingangsimpedanzen der Transistoren Q1 bis Q4 gering sind, sind ihre Widerstandswerte niedrig.

Die in der variablen Verstärkerschaltung 2 mit Betrieb bei veränder­ lichem Strom verwendeten Transistoren Q7 und Q8 der zweiten Stufe und die in der variablen Verstärkerschaltung 3 der dritten Stufe verwen­ deten Transistoren Q9 und Q10 sind Hochfrequenztransistoren. Außer­ dem sind der in der zweiten Stufe verwendete Transistor Q15 und der in der dritten Stufe verwendete Transistor Q16 dazu da, die Stromflüsse durch die Transistoren (Q7, Q8) und (Q9, Q10) zu begrenzen. Hierbei ist die Zellengröße jedes der Transistoren Q15 und Q16 auf das 100fache der Zellengröße des Transistors Q14 eingestellt, so daß die durch die Transistoren Q7, Q8, Q9, Q10, Q1 und Q4 fließenden Ströme gleich groß sind.

Im folgenden wird der Betrieb der oben erläuterten Ausführungsform beschrieben. In der variablen Verstärkerschaltung 1 für Konstantstrom-Be­ trieb ändert sich der durch den Transistor Q14 fließende Strom expo­ nentiell in Bezug auf die AGC-Spannung VAGC. Da der Transistor Q13 als Last für den Transistor Q14 fungiert, fließt der gleiche Strom wie im Transistor Q14 auch in dem Transistor Q13. Da die Transistoren Q12 und Q13 einen Stromspiegel bilden, fließt im Transistor Q12 der gleiche Strom wie im Transistor Q13.

Da der Transistor Q11 als Last für den Kollektor des Transistors Q12 fungiert, fließt in dem Transistor Q11 der gleiche Strom wie im Tran­ sistor Q12. Da außerdem die Transistoren Q1 und Q4 in ähnlicher Weise wie der Transistor Q11 einen Stromspiegel bilden, fließen in den Transistoren Q1 und Q4 die gleichen Ströme wie im Transistor Q11. Demzufolge fließt in jedem der Transistoren Q1 und Q4 ein Kollektor­ strom, der proportional ist zu dem Kollektorstrom des Transistors Q14, an den die AGC-Spannung VAGC gelegt wird. Der Kollektorstrom ändert sich exponentiell in Bezug auf die AGC-Spannung VAGC. Im Ergebnis ändert sich der Verstärkungsgrad PG [dB] der variablen Ver­ stärkerschaltung 1 mit Konstantstrom-Modus linear mit der AGC-Spannung VAGC.

Auch in dem Fall des Transistors Q15 der zweiten Stufe und des Transistors Q16 der dritten Stufe ändert sich der Kollektorstrom expo­ nentiell bezüglich der AGC-Spannung VAGC. Im Ergebnis schwankt das Verstärkungsmaß PG linear mit der AGC-Spannung VAGC durchgehend in der ersten bis dritten Stufe.

Bezugnehmend auf Fig. 3 ist auf der Abszisse die Verstärkung PG [dB], auf der linken Ordinate ein Eingangs-Auffangpunkt und auf der rechten Ordinate die Stromaufnahme dargestellt. Eine Kennlinie e für den Eingangssignal-Auffangpunkt, die für das oben beschriebene Aus­ führungsbeispiel erhalten wird, ist im wesentlichen identisch mit einer Konstantstrom-Modus-Kennlinie a, und ist größer als eine Kennlinie c für den Betrieb mit variablem Strom. Außerdem ist eine Stromauf­ nahme-Kennlinie f, die für das oben beschriebene Ausführungsbeispiel erhalten wird, größer als eine Kennlinie d für den Modus mit variablem Strom, kann jedoch verringert werden im Vergleich zu einer Kennlinie b bei Betrieb mit konstantem Strom.

Wenn der Pegel des Eingangssignals IN groß ist (d. h., wenn das Ver­ stärkungsmaß PG niedrig ist) dienen die individuellen variablen Ver­ stärkerschaltungen 1 bis 3 als Dämpfungsglieder. Darüber hinaus liefern die variablen Verstärkerschaltungen mit Betrieb bei variablem Strom, 2 und 3, weniger Treiberstrom und neigen stärker zur Erzeugung von Tertiär-Störungskomponenten. Allerdings wird bei der oben beschriebe­ nen Ausführungsform ein als Verzerrungsquelle fungierendes Störungs­ signal durch die Verstärkerschaltung 1 mit Konstantstrom-Modus ge­ dämpft, bevor es in die variablen Verstärkerschaltungen 2 und 3, die mit veränderlichem Strom arbeiten, eingegeben wird. Daher ist es möglich, die Tertiär-Verzerrungskomponenten zu reduzieren, die in den veränder­ lichen Verstärkerschaltungen 2 und 3 erzeugt werden.

Wenn andererseits der Pegel des Eingangssignals IN niedrig ist (d. h. wenn das Verstärkungsmaß PG hoch ist), dienen die variablen Ver­ stärkerschaltungen 1 bis 3 als Verstärker. Außerdem wird ein einer Störquelle entsprechendes Störungssignal durch die veränderliche Ver­ stärkerschaltungen mit Konstantstrom-Modus verstärkt, um anschließend in die variablen Verstärkerschaltungen 2 und 3, die mit variablem Strom betrieben werden, eingegeben zu werden. Da aber bei den oben be­ schriebenen Ausführungsformen die Betriebsströme der Verstärkerschal­ tungen 2 und 3 jetzt groß sind, sind die in diesen Schaltungen entstehen­ den Tertiär-Verzerrungskomponenten gering. Obschon sich der Ver­ stärkungsgrad der variablen Verstärkerschaltung mit Konstantstrom-Modus entsprechend dem Betrag des Pegels des Eingangssignals IN ändert, ist der Betrag der erzeugten Tertiär-Verzerrungskomponenten deshalb konstant, weil die Treiberströme konstant sind.

Gemäß der oben beschriebenen Erfindung ist eine variable Verstärker­ schaltung mit Konstantstrom-Betrieb als Vorstufe angeordnet, und als Folge- oder Nachstufe ist (mindestens) eine variable Verstärkerschaltung, die mit variablem Strom betrieben wird, vorgese­ hen. Außerdem wird eine sich linear ändernde AGC-Spannung in einen sich exponentiell ändernden Strom umgesetzt, der seinerseits als Treiber­ strom für jede variable Verstärkerschaltung verwendet wird, um den jeweiligen Verstärkungsgrad einzustellen. Deshalb läßt sich die Strom­ aufnahme verringern, und die Eingangssignal-Auffangpunkte sowie die Linearität der Verstärkung lassen sich verbessern.

Claims (4)

1. Mehrstufige Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung, umfassend:
eine erste variable Verstärkerschaltung (1; Q1-Q6), gebildet durch einen Differenzverstärker mit unsymmetriertem Ausgang, die von einem konstanten Treiberstrom betrieben wird, um ein ihr zugeführtes Signal zu verstärken;
eine erste Verstärkungsmaß-Steuereinrichtung (Q11-Q14) zum Steuern des Verstärkungsmaßes der ersten variablen Verstärker­ schaltung;
eine zweite variable Verstärkerschaltung (2, 3), bestehend aus einem Differenzverstärker mit symmetrischem Ausgang, die von einem variablen Treiberstrom betrieben wird, um das von der ersten variablen Verstärkerschaltung verstärkte Signal weiter zu verstärken; und
eine zweite Verstärkungsmaß-Steuereinrichtung (Q15, Q16) zum Steuern des Verstärkungsmaßes der zweiten variablen Verstärker­ schaltung.

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, bei der jede Ver­ stärkungsmaß-Steuereinrichtung eine sich linear ändernde AGC-Spannung umsetzt in einen sich exponentiell ändernden Steuerstrom, um den Steuerstrom der variablen Verstärkerschaltung als Treiberstrom zuzuführen.

3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Diffe­ renzverstärker mit unsymmetriertem Ausgang mindestens ein Paar Tran­ sistoren (Q1 bis Q4) aufweist, deren Emitter elektrisch an eine gemein­ same Konstantstromquelle (CS1) angeschlossen sind, und die über ihre Emitter ein Signal empfangen, wobei dem einen Transistor über die Basis eine AGC-Spannung zugeführt wird und der andere Transistor mit seiner Basis elektrisch auf Masse gelegt ist, wobei der eine oder der andere Transistor an seinem Kollektor ein Ausgangssignal abgibt.

4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 3, bei dem die erste Verstärkungsmaß-Steuereinrichtung einen eine Spannung in einen Strom umsetzenden Transistor aufweist, der eine Änderung der an die Basis des einen Transistors angelegten AGC-Spannung umsetzt in eine Ände­ rung des Kollektorstroms, und eine Stromspiegelschaltung, die den einen Transistor (Q1) enthält, und die ermöglicht, daß ein dem Kollektorstrom entsprechender Strom in dem Kollektor des einen Transistors (Q1) fließt.