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Die Erfindung betrifft eine mehrstufige
Verstärkerschaltung
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1. Eine solche Verstärkerschaltung, die sich für Hochfrequenz-Verstärkerschaltungen
eignet, ist zum Beispiel in einem tragbaren Telefon mit Vielfachzugriff-Codemultiplex-Betrieb
vorgesehen (dieser Vielfachzugriff-Codemultiplex-Betrieb wird im folgenden auch
abgekürzt
mit CDMA-Betrieb oder -Modus bezeichnet (von Code Division Multiple
Access)).
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Bei einem CDMA-Betrieb-Mobiltelefon
sind in Hochfrequenz-Verstärkerschaltungen
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. 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 Überlagerungsoszillator
(OSC) 121 gelieferten Überlagerungsfrequenzsignal
gemischt, wobei das gemischte Signal in ein HF-(Hochfrequenz-)Sendesignal
umgesetzt wird. Das HF-Sendesignal wird über ein Bandpassfilter 105,
einen Leistungsverstärker
(PA) 106, einen Duplexer 107 und eine Antenne 108 gesendet.
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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 Betriebsmodus ausgewählt und
dieses ausgewählte
Signal von einer empfangsseitigen variablen Verstärkerschaltung
(RX-AMP) 114 verstärkt wird.
Als nächstes
wird das verstärkte
Signal von einer QPSK-Demodulierschaltung 115 demoduliert, bevor
es auf das Modem 101 gegeben wird.
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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-Referenzdaten verglichen.
Die Feldstärkendifferenz
zwischen den verglichenen Signalen gelangt an eine empfangsseitige
AGC-Spannungskorrekturschaltung 118 und an eine Sendeausgabe-Korrekturschaltung 119.
Die AGC-Spannungskorrekturschaltung 118 gibt ein AGC-Ausgangssignal 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 Verstärkungsmaß der variablen
Verstärkerschaltung (RX-AMP) 114 auf
der Empfangsseite zu steuern. Die von dem Vergleicher 117 gebildete
Differenz und die Sendeausgabe-Korrekturdaten, die in Abhängigkeit der
Schaltungsbedingungen zwischen einem Mobiltelefon und einer Basisstation
festgelegt werden, werden auf der Sendeseite an eine Sendeausgabe-Korrekturschaltung 119 gegeben.
Die AGC-Spannungskorrekturschaltung 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
Verstärkerschaltung
(TX-AMP) 103 auf der Sendeseite zu steuern.
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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
Verstärkerschaltungen 103 und 114 auf
der Sendeseite und der Empfangsseite in miteinander 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 wünschenswert,
wenn die veränderlichen
Verstärkerschaltungen 103 und 104 einen möglichst
niedrigen Stromverbrauch aufweisen.
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Was die veränderlichen Verstärkerschaltungen
angeht, so gibt es bekanntlich solche mit Konstantstrombetrieb und
solche, die mit veränderlichem Strom
arbeiten, wobei Differenzverstärker
mit Konstantstromquellen verbunden sind. Da der Bereich, in welchem
sich das Verstärkungsmaß 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 veränderliche
Verstärkerschaltungen
gleichen Typs in Kaskade geschaltet werden und parallel eine AGC-Spannung
an die jeweiligen veränderlichen
Verstärkerschaltungen
gelegt wird, um einen dynamischen Bereich von 80 dB und darüber zu realisieren.
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5 und 6 zeigen üblicherweise verwendete veränderliche
Verstärkerschaltungen
mit Konstantstrom-Modus und mit Betrieb bei veränderlichem Strom, jeweils mit
Bipolartransistoren ausgebildet. Die Bezeichnungen IN, OUT, VAGC
und Vcc stehen für
Eingang, Ausgang, AGC-Spannung
bzw. Versorgungsspannung. 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 veränderlichem
Strom angibt.
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Bei dem in 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 Konstantstromquelle.
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Das Verstärkungsmaß PG [dB] der in 5 gezeigten Schaltung für Konstantstrombetrieb
ist durch folgenden Ausdruck gegeben: PG ∝ PG0
+ 20log (I1/I0) ... (1)wobei
PGO eine Verstärkung
für den
Fall ist, dass I1 gleich I0 ist. (∝ ist das Zeichen für "proportional".) Außerdem wird
die Relation zwischen I1 und I0 (I1/I0) durch folgenden Ausdruck
angegeben: I1/I0 ∝ [1 + exp{-VAGC · q/(kT)}]
... (2) wobei
q: Elektronenladung
k: Boltzmannkonstante, und
T: absolute
Temperatur.
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Das Verstärkungsmaß PG der Kennlinie g ändert sich
nicht linear, sondern hat eine kleine Änderung im Bereich großer AGC-Spannung
VAGC. Beim Konstantstrombetrieb wird das Maß der Tertiär-Verzerrung durch Interferenz- oder Störwellen
unabhängig
vom Betrag der Verstärkung
PG konstant gehalten. Außerdem
wird die Stromaufnahme ebenfalls konstant gehalten, unabhängig vom
Betrag der Verstärkung
PG. In der veränderlichen
Verstärkerschaltung
eines Typs, bei dem eine mehrstufige Anordnung für den in 5 gezeigten Konstantstrombetrieb vorgesehen
ist, wird die Relation zwischen den Eingangsauffangpunkten (engt.:
Input intercept point) und dem Stromverbrauch bezüglich der
Verstärkung
PG durch die Form der Kennlinien bei a und b in 3 dargestellt. Im unteren Bereich der Verstärkung PG
ist der Verlauf für
den Eingangsauffangpunkt hoch, jedoch ist die Kennlinie für den Stromverbrauch
b konstant.
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Die Schaltung für den Betrieb mit veränderlichem
Strom gemäß 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 Ausdruck: PG ∝ 20log
(I2) ... (3).
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Weiterhin wird 12 durch folgende
Beziehung ausgedrückt: I2 ∝ exp{VAGC · q/(kT)} ... (4)
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Einsetzen der Gleichung (4) in die
Gleichung (3) liefert:
PG ∝ VAGC.
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Wie durch die Kurve h in 7 angedeutet, ändert sich
die Verstärkung
PG linear mit der AGC-Spannung VAGC. In der variablen Verstärkerschaltung
des Typs mit mehrstufiger Anordnung für den Betrieb mit veränderlichem
Strom werden die Relation zwischen den Eingangsauffangpunkten und dem
Stromverbrauch gegenüber
der Verstärkung
PG durch die Kennlinien c bzw. d in 3 dargestellt.
Da der Kollektorstrom niedrig ist, kommt es leicht zu Verzerrungen.
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Wenn allerdings die variable Verstärkerschaltung
mit der Konstantstrombetriebsart gemäß 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 3 erkennt.
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Wird hingegen die variable, Verstärkerschaltung
mit Betrieb bei veränderlichem
Strom gemäß 6 mehrstufig ausgebildet,
so ergibt sich das Problem, dass zwar die Stromaufnahme im Vergleich
zu der Konstantstrom-Betriebsart gering ist, allerdings die Eingangsauffangpunkte
im unteren Verstärkungsbereich
PG im Vergleich zu dem Konstantstrombetrieb verschlechtert sind,
wie man durch Vergleich der Kurven a und c in 3 erkennt. Im Ergebnis stellt sich also
das Problem, dass bei starkem elektrischen Feld andere Stationen
die entsprechende Schaltung stören.
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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 Problem, dass die
Verstärkung PG
ihre Linearität
weiter einbüßt.
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Aus der
DE 32 34 240 C2 ist eine
Verstärkerschaltung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Bei dieser bekannten
Schaltung ist die erste variable Verstärkerschaltung eine mit variablem
Treiberstrom arbeitende Verstärkerschaltung.
Die Besonderheiten dieses Schaltungstyps wurden oben anhand der
6 bereits erläutert. Die
oben in Verbindung mit
5 angesprochene
mehrstufige Anordnung, die einen mit konstantem Treiberstrom arbeitenden
Differenzverstärker
aufweist, lässt
sich der
US 5 404 058 entnehmen.
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Angesichts der oben aufgezeigten
Probleme ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine mehrstufige
Verstärkerschaltung
mit variabler Verstärkung anzugeben,
die in der Lage ist, den Stromverbrauch zu verringern und Eingangs-Auffangpunkte und
Verstärkungs-Linearität zu verbessern.
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Um dieses Ziel zu erreichen, schafft
die vorliegende Erfindung eine Verstärkerschaltung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß läßt sich die Tertiär-Verzerrungskomponente
(Störkomponente
3. Ordnung) dadurch reduzieren, dass man die variable Verstärkerschaltung
mit Konstantstrombetrieb in der Vorstufe anordnet. Außerdem lassen
sich Stromverbrauch und Verzerrungskomponente dadurch verringern, dass
man die Verstärkerschaltung
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-Verzerrungskomponente zunimmt.
Allerdings wird ein einer Störquelle
entsprechen des Interferenzsignal von der variablen Verstärkerschaltung
mit Konstantstrombetrieb in der Vorstufe gedämpft, gefolgt von dem Anlegen
des Signals an die in der nachgeordneten Stufe vorgesehene variable
Verstärkerschaltung mit
variablem Strom, so dass die Tertiär-Verzerrungskomponente nicht
erhöht
wird. Wenn das Eingangssignal klein ist, dient jede variable Verstärkerschaltung
als Verstärker,
und das Störsignal
wird von der variablen Verstärkerschaltung
mit Konstantstrombetrieb in der Vorstufe verstärkt. Da allerdings der Treiberstrom
für die
variable Verstärkerschaltung
mit variablem Strom in der nachgeordneten Stufe groß ist, wird
die Tertiär-Störkomponente
nicht erhöht.
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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 Verstärkungskennlinie 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.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
eine erste variable Verstärkerschaltung,
umfassend einen Differenzverstärker 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 Verstärkungsmaßes der
ersten veränderlichen
Verstärkerschaltung,
eine zweite veränderliche
Verstärkerschaltung,
umfassend einen Differenzverstärker
mit einem symmetrischen Ausgang, betrieben von einem veränderlichen
Treiberstrom, um das von der ersten variablen Verstärkerschaltung
verstärkte
Signal zusätzlich
zu verstärken,
und eine zweite Verstärkungsmaß-Steuereinrichtung
zum Steuern eines Verstärkungsmaßes der
zweiten variablen Verstärkerschaltung.
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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.
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Außerdem besitzt der Differenzverstärker mit unsymmetrischem
Ausgang 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 gekennzeichnet 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.
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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 entsprechender
Strom in den Kollektor des obigen einen Transistors fließt.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm des grundlegenden Aufbaus einer Ausführungsform
einer mehrstufigen Verstärkerschaltung
mit variabler Verstärkung gemäß der Erfindung;
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2 ein
Schaltungsdiagramm, welches die Schaltung nach 1 im einzelnen zeigt;
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3 ein
Diagramm, welches für
den Vergleich zwischen Eingangsabfangpunkt-Kennlinien und Stromverbrauch
gegenüber
der Verstärkung
bei der in 1 und 2 dargestellten Schaltung
und dem Stand der Technik herangezogen wird;
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4 ein
Blockdiagramm einer HF-Stufe eines allgemeinen tragbaren CDMA-Modus-Telefons, bei
dem die erfindungsgemäße mehrstufige
Verstärkerschaltung
mit variabler Verstärkung
eingesetzt wird;
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5 ein
Schaltungsdiagramm einer üblicherweise
verwendeten Verstärkerschaltung
mit variabler Verstärkung,
die im Konstantstrombetrieb arbeitet;
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6 ein
Schaltungsdiagramm einer üblicherweise
verwendeten Verstärkerschaltung
mit veränderlicher
Verstärkung,
die mit variablem Strom betrieben wird, und
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7 ein
Diagramm, welches die Abhängigkeit
der Verstärkung
von der Steuerspannung für
die variablen Verstärkerschaltungen
nach den 5 und 6 zeigt.
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Nach 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 Verstärkerschaltung 2 für Betrieb
bei variablem Strom verstärkt
das von der Verstärkerschaltung 1 verstärkte Signal
weiter. Auch die Verstärkerschaltung
für Betrieb
bei variablem Strom, 3, verstärkt das von der Schaltung 2 ausgegebene
Signal noch zusätzlich,
um es als Ausgangssignal OUT am Ausgang abzugeben.
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Der detaillierte Aufbau der Schaltung
wird anhand der 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 Koppelkondensatoren C5
und C6 abgegriffen.
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Die folgende Beschreibung bezieht
sich auf die variable Verstärkerschaltung 1 mit
Konstantstrom-Modus. Die Basen der Transistoren Q12 und Q13 sind
elektrisch mit dem Kollektor des Transistors Q13 und demjenigen
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 Kollektor 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 verbunden.
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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.
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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.
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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 R1 ist üben einen
Koppelkondensator C1 elektrisch an die Basis eines NPN-Transistors
Q7 angeschlossen die über
einen Vorspannwiderstand R7 auf Masse gelegt ist. Der andere Anschluss
des Widerstands R2 ist über
einen Koppelkondensator C2 elektrisch an die Basis eines NPN-Transistors
Q8 angeschlossen, die über
einen Vorspannwiderstand R8 auf Masse gelegt ist. 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 Kollektoren des Transistors Q15 angeschlossen.
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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
Widerstands 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 Transistoren Q9 und
Q10 und mit Koppelkondensatoren C5 und C6 verbunden. Die Emitter
der Transistoren Q9 und Q10 sind elektrisch an den Kollektor des
Transistors 16 angeschlossen.
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In der variablen Verstärkerschaltung
mit Konstantstrom-Modus, 1, dienen 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 Induktivitäten
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.
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Die in der variablen Verstärkerschaltung 2 mit
Betrieb bei veränderlichem
Strom verwendeten Transistoren Q7 und Q8 der zweiten Stufe und die
in der variablen Verstärkerschaltung 3 der
dritten Stufe verwendeten Transistoren Q9 und Q10 sind Hochfrequenztransistoren.
Außerdem
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 100-fache der Zellengröße des Transistors Q14 eingestellt, so
daß die
durch die Transistoren Q7, Q8, Q9, Q10, Q1 und Q4 fließenden Ströme gleich
groß sind.
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Im folgenden wird der Betrieb der
oben erläuterten
Ausführungsform
beschrieben. In der variablen Verstärkerschaltung 1 für Konstantstrom-Betrieb ändert sich
der durch den Transistor Q14 fließende Strom exponentiell 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.
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Da der Transistor Q11 als Last für den Kollektor
des Transistors Q12 fungiert, fließt in dem Transistor Q11 der
gleiche Strom wie im Transistor 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 Kollektorstrom, 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 Verstärkerschaltung 1 mit
Konstantstrom-Modus linear mit der AGC-Spannung VAGC.
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Auch in dem Fall des Transistors
Q15 der zweiten Stufe und des Transistors Q16 der dritten Stufe ändert sich
der Kollektorstrom exponentiell bezüglich der AGC-Spannung VAGC.
Im Ergebnis schwankt das Verstärkungsmaß PG linear
mit der AGC-Spannung VAGC durchgehend in der ersten bis dritten
Stufe.
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Bezugnehmend auf 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 Ausführungsbeispiel
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 Stromaufnahme-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.
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Wenn der Pegel des Eingangssignals
IN groß ist
(d. h., wenn das Verstärkungsmaß PG niedrig
ist) dienen die individuellen variablen Verstärkerschaltungen 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 beschriebenen Ausführungsform ein als Verzerrungsquelle
fungierendes Störungssignal durch
die Verstärkerschaltung 1 mit
Konstantstrom-Modus gedämpft,
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 veränderlichen
Verstärkerschaltungen 2 und 3 erzeugt
werden.
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Wenn andererseits der Pegel des Eingangssignals
IN niedrig ist (d.h. wenn das Verstärkungsmaß PG hoch ist), dienen die
variablen Verstärkerschaltungen 1 bis 3 als
Verstärker.
Außerdem
wird ein einer Störquelle
entsprechendes Störungssignal durch
die veränderliche
Verstärkerschaltungen
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 beschriebenen Ausführungsformen die Betriebsströme der Verstärkerschaltungen 2 und 3 jetzt
groß sind,
sind die in diesen Schaltungen entstehenden Tertiär-Verzerrungskomponenten
gering. Obschon sich der Verstärkungsgrad
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.
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Gemäß der oben beschriebenen Erfindung ist
eine variable Verstärkerschaltung
mit Konstantstrom-Betrieb als Vorstufe angeordnet, und als Folge-
oder Nachstufe ist (mindestens) eine variable Verstärkerschaltung,
die mit variablem Strom betrieben wird, vorgesehen. Außerdem wird
eine sich linear ändernde
AGC-Spannung in einen sich exponentiell ändernden Strom umgesetzt, der
seinerseits als Treiberstrom 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.