DE2001306B2 - Verstärker mit automatischer Pegelregelung - Google Patents
Verstärker mit automatischer PegelregelungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verstärker gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches, wie er
aus der US-PS 29 03 522 bekannt ist. Derartige Verstärker werden z. B. zum Verstärken von Niederfrequenzsignalen,
wie Mikrofon- oder Tonabnehmersignalen, angewandt
Der Verstärker nach der US-PS 29 03 522 enthält eine Vielzahl von Transistoren und anderen Bauelementen,
wie z. B. Kondensatoren. Diese Schaltung eignet sich daher nicht zur Verwendung in einem Hörgeräteverstärker,
wo es auf möglichst wenige Bauelemente ankommt. Außerdem sind in der oben genannten
Schaltung vier verschiedene Versorgungsspannungen erforderlich. Im Rückkopplungszweig der bekannten
Schaltung befindet sich die gleichstrommäßige Serienschaltung zweier Kollektor-Emitter-Strecken, so daß
die Batteriespannungen von 1,3 V, wie sie in Hörgeräten benutzt werden, nicht genügen.
Aus der DE-AS 12 89 121 ist bereits ein Hörgeräteverstärker mit automatischer Pegelregelung bekannt.
Dabei wird dem eigentlichen Verstärker eine von der Ausgangssignalamplitude abhängige Gleichspannung
zugeführt, wodurch die Impedanz einer die Verstärkung bestimmenden Diode geändert wird. Hierbei können
durch die Diode Verzerrungen erzeugt werden. Auch können bei der dabei erfolgenden Arbeitspunktverschiebung
des eigentlichen Verstärkers Verzerrungen auftreten; auf jeden Fall ist es dabei nicht möglich, bei
allen Signalamplituden die optimale Arbeitspunkteinstellung des Verstärkers einzuhalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hörgeräteverstärker zu schaffen, der die folgenden
Bedingungen erfüllt
Es sollen möglichst wenig Schaltungselemente verwendet werden; sobald der Signalpegel einen vorgeschriebenen
Wert überschreitet, soll eine sehr effektive Regelung einsetzen, damit eine Übersteuerung des
Verstärkers vermieden wird; die Verzerrunger, müssen möglichst klein sein — auch in dem Obergangsbereich,
in dem die Regelung anfängt
Ausgehend von einem Verstärker der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe durch die im
Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Maßnahme gelöst
Nach einer Weiterbildung ist ein Widerstand in die Leitung zwischen der Klemme der Speisequelle und
dem Emitter des Hilfstransistors aufgenommen. Dadurch können Obernahmeverzerrungen noch weiter
verringert werden.
Nach einer anderen Weiterbildung ist ein Widerstand zwischen der Basis des Hilfstransistors und der anderen
Klemme der Speisequelle eingeschaltet Dies ermöglicht es, bei Verwendung eines großen Widerstandes
auch mit einem Kondensator relativ kleiner Kapazität eine große Ausregelzeitkonstante zu erreichen.
Die Erfindung wird nachstehend für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert
Der Verstärker enthält eine Anzahl in Kaskade geschalteter Transistoren 1, 2, 3 und 4, mit deren Hilfe
das Signal eines Mikrofones M in ein verstärktes Signal über ein Telefon T umgewandelt wird (der Übersichtlichkeit
halber sind die zu der Speiseklemme +B führenden Kollektorimpedanzen der Transistoren 1, 2
und 3 nicht dargestellt). Als Transistoren sind in diesem Beispiel npn-Schichttransistoren angewandt, aber es ist
einleuchtend, daß auch pnp-Schichttransistoren, Feldeffekttransistoren oder sogar Röhren für den beschriebenen
Zweck verwendet werden können. Mit Hilfe des Widerstandes 5 und des Entkopplungskondensators 16
wird Gleichstromgegenkopplung und somit Arbeitspunktstabilisierung
der Kaskadenanordnung 1, 2, 3 erhalten.
Der Pegelregelkreis enthält einen Transistor 6, dessen Basis-Elektrode mit der Kollektor-Elektrode des Transistors
4 verbunden ist, während die Kollektor-Elektrode des Transistors 6 mit der Basis-Elektrode des
Transistors 1 verbunden ist, so daß über dem Transistor 6 eine Wechselst/omgegenkopplung des aus den
Transistoren 1—4 bestehenden Verstärkers erhalten wird. Diese Gegenkopplung ist von dem Signalpegel an
der Kollektor-Elektrode des Transistors 4 abhängig, weil mit Hilfe eines Gleichrichters 7 und eines
Kondensators 8 eine Regelgleichspannung erzeugt wird, die die Einstellung des Transistors 6 steuert.
Nach der Erfindung ist der Emitter des Transistors 6 mit derselben Klemme + B der Speisequelle wie das
Telephon Toder im allgemeinen die Ausgangsimpedanz des Verstärkers 1—4 verbunden; ferner ist der
Kollektor des Transistors 4 über die Parallelschaltung zweier Kreise, von denen der erste einen Widerstand 9
und der zweite die Reihenschaltung — in der angegebenen Reihenfolge — des erwähnten Gleichrichters
7 und eines Widerstandes 10 enthält, mit der Basis des Transistors 6 verbunden, wobei der Verbindungspunkt
des Widerstandes 10 und des Gleichrichters 7 über den erwähnten Kondensator 8 mit einem Punkt
konstanten Potentials in bezug auf die Speisequelle verbunden ist Auf diese Weise wird ein Gleichstrom-
weg von der Klemme + B der Speisequelle über die
Emitter-Basis-Strecke des Transistors 6, die beiden parallel geschalteten Kreise 9 bzw. 10, 7 zu der
Kollektorelektrode des Transistors 4 gebildet
Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist folgende:
Es sei angenommen, daß die Speisespannung zwischen den Klemmen +Buna — Bz. B. 13 V beträgt,
daß die Arbeitspunkteinstellung des Transistors 4 derartig ist, daß an seinem Kollektor eine Gleichspan- to
nung von 1,1 V in bezug auf die Klemme — B vorherrscht, daß die innere Emitter-Basis-Schwellwertspannung,
die überschritten werden muß, damit der Transistor 6 leitend wird, 0,6 V ist, und daß die
Schwellwertspannung, über der der Gleichrichter 7 leitend wird, 0,2 V beträgt. Ferner sei angenommen, daß
der Widerstand 9 (von z. B. 150 k Ω) in bezug auf den Widerstand 10 (von z. B. 5 kfl) groß, ζ. Β um einen
Faktor von 20 bis 60 größer ist. Der Widerstand 14 wird vorläufig unendlich groß vorausgesetzt Solange die
Wechselspannungsamplitude des Signals an der Kollsktor-Elektrode
des Transsistors 4 dann kleiner als 0,4 V bleibt, wird die Emitter-Basis-Schwellwertspannung des
Transistors 6 nicht überschritten und bleibt somit dieser Transistor gesperrt Wird aber diese Signalamplitude
größer als 0,6 V, z. B. 0,7 V, so daß also die augenblickliche Spannung am Kollektor des Transistors
4 zwischen 0,4 und 13 V in bezug auf die Klemme — B
schwankt (infolge des stark induktiven Charakters des Telephons Γ kann die Wechselspannung am Kollektor
des Transistors 4 zeitweilig größer als die Spannung an der + Ä-KIemme werden), so wird der durch die
Emitter-Basis-Strecke des Transistors 6, den Widerstand 10 und den Gleichrichter 7 gebildete Kreis
während der negativen Spitzen dieser Wechselspannung leitend sein, so daß am Kondensator 8 eine
Gleichspannung erzeugt wird, die den Transistor 6 im leitenden Zustand hält Der dann von dem Kollektor ae»
Transistors 6 zu der Basis des Transistors 1 zurückgeführte Gegenkopplungsstrom wird einer weiteren
Zunahme der Signalspannung am Kollektor des Transistors 4 entgegenwirken, so daß eine Pegelbegrenzung
erhalten wird. Fm Übergangsbereich zwischen 0,1
und 0,6 V der Signalwechselspannung am Kollektor des Transistors 4 wird nur eine sehr geringe Signalverzerrung
auftreten, weil die Signalwechselspannung an der Basis des Transistors 6 infolge des großen Verhältnisses
zwischen den Widerständen 9 und 10 nur einige hundertstel V beträgt Dabei sei bemerkt, daß die
Strom-Spannungs-Kennlinien des Transistors 6 und der Diode 7 keine schroffen Übergänge zeigen, so daß bei
dieser geringen Basiswechselspannung sich der Transistor 6 noch angemessen wie ein linearer Verstärker
verhält Sobald aber die Diode 7 leitend wird, verschiebt
sich der Arbeitspunkt des Transistors 6 derart, daß nahezu keine Verzerrung auftritt
Diese sogenannte Übernahmeverzerrung kann durch verschiedene Maßnahmen noch weiter verringert
werden, z. B. durch Verkleinerung des Widerstandes 10, Vergrößerung des Widerstandes 9 unter gleichzeitiger
Vergrößerung des Kollektorwidersvjides 11 des Transistors
6, die Anordnung eines Widerstandes 12 im Emitterkreis des Traniistors 6, die Anordnung eines
Widerstandes zwischen der Basis des Transistors 6 und der + ß-Klemme und/oder zwischen dem Verbindungspunkt Jer Schaltungselemente 7, 8 und 10 und der
+ B- Klemme, welcher Widerstand dann wieder größer, z. B. einige Male größer, als der Widerstand 9 gewählt
wird.
Durch passende Wahl der unterscniedlichen Schaltungselemente lassen sich auf einfache Weise die
Neigung der Regelkurve (mit den Widerständen 9 bzw. 13) bzw. der Pegel der Ausgangsspannung, bei dem die
Regelung effektiv wird (Widerstände 9 bzw. 10) ändern bzw. die Ein- und Ausregelzeitkonstante (mit T und 8
bzw. 10 und 8) auf geeignete Werte einstellen. Insbesondere kann es bei Verwendung eines verhältnismäßig
kleinen Kondensators 8 (z. B. von 0,1 μΡ)
erwünscht sein, die Ausregelzeitkonstante zu erhöhen, zu welchem Zweck dann ein großer Widerstand 14
^.-wischen der Basis des Transistors 6 und der Klemme
— 6 angeordnet werden kann.
Claims (3)
1. Verstärker mit automatischer Pegelregelung durch einen in einem Gegenkopplungskreis zwischen
einer Ausgangs- und einer Eingangselektrode des Verstärkers eingeschalteten Hilfstransistor und
einen mit dieser Ausgangselektrode gekoppelten Gleichrichter zum Erzeugen einer Regelgleichspannung,
die der Basis des Hilfstransistors zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der
Emitter des Hilfstransistors (6) mit derjenigen Klemme (+B) der Speisequelle des Verstärkers
verbunden ist, mit der auch die Ausgangselektrode des Verstärkers über eine Ausgangsimpedanz (T)
verbunden ist, und daß diese Ausgangselektrode ferner über die Parallelschaltung zweier Kreise, von
denen der erste Kreis einen ersten Widerstand (9) und der zweite Kreis die Reihenschaltung eines
zweiten erheblich kleineren Widerstandes (10) und des Gleichrichters (7) enthält mit der Basis des
Hilfstransistors (6) verbunden ist, wobei der Verbindungspunkt des zweiten Widerstandes (10)
und des Gleichrichters (7) über einen Kondensator (8) mit einem Punkt konstanten Potentials (—B) in
bezug auf die Speisequelle verbunden ist
2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß ein Widerstand (12) in die Leitung
zwischen der erwähnten Klemme ( + B) der Speisequelle und dem Emitter des Hilfstransistors (6)
aufgenommen ist
3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß tin Widerstand (14) zwischen
der Basis des HHfstrandstors (6) und der anderen Klemme (—B)der Speisequelle«. !geschaltet ist
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