DE2060192B2 - Schaltungsanordnung zur verzoegerungsfreien verstaerkungssteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur verzögerungsfreien Verstärkungssteuerung mit linearer Steuerungskennlinie nach der Gattung des Hauptanspruchs.

In mit Transistoren bestückten Verstärkerschaltungen verwendet man zur Steuerung der Verstärkung häufig eine Schaltung mit Stromverteilungssteuerung (DT-OS 18 16 034, DT-OS 19 04 334 und Zeitschrift »IEEE Journal of Solid State Circuits«, SC-3,1968, S. 408 bis 416). Diese Schaltung besteht aus einer Kaskodeschaltung mit einem Eingangstransistor und zwei Ausgangstransistoren, wobei das Ausgangssignal an einem der beiden Ausgangstransistoren abgenommen wird. Die Steuerung der Verstärkung erfolgt durch Veränderung des Unterschiedes der Gleichspannungspotentiale an den Basisanschlüssen der Ausgangstransistoren. Hierbei ergibt sich eine stark nichtlineare Steuerkennlinie zwischen der Steuerspannung und der Verstärkung des Signalverstärkers.

Aus der DT-OS 19 02 064 ist eine Schaltungsanordnung mit vier Transistoren bekannt, von denen jeder mit einem der drei anderen Transistoren eine Elektrode gemeinsam hat, wobei die Emitter von den Kollektorströmen zweier Transistoren gespeist werden, die von einem ersten Eingangssignal gesteuert werden und deren Emitter miteinander verbunden sind, und wobei die Basen der vier Transistoren mit Schaltelementen mit exponentieller Strom-Spannungs-Kennlinie verbunden sind, die von den Kollektorströmen zweier weiterer Transistoren durchflossen werden, deren Emitter über Widerstände miteinander verbunden sind, und die mit einem zweiten Eingangssignal angesteuert werden. Der Emitterstrom der vier Transistoren wird von einem ersten Differenzverstärker geliefert, dessen Steuerelektroden mit zwei Schaltelementen mit exponentieller Strom-Spannungs-Kennlinie verbunden sind, die von dem ersten Eingangssignal gesteuert werden und deren Emitter über Linearisierungswiderstände miteinander verbunden sind. Diese bekannte Schaltungsanordnung hat zwar einen linearen Zusammenhang zwischen Steuerspannung und Verstärkung, der Aufwand an Bauelementen (14 Transistoren und 23 Widerständen) ist jedoch beträchtlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, welche ohne großen Bauelementeaufwand einen linearen Zusammenhang zwischen Steuerspannung und Verstärkung herstellt, wobei störende

30, Zeitkonstanten vermieden werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist den Vorteil auf, daß durch Anwendung einer Gleichspannungsgegenkopplung ein linearer Zusammenhang zwischen der zugeführten Steuerspannung und den entsprechenden Strömen der emittergekoppelten Transistoren des Gleichstromverstärkers und des Signalverstärkers hergestellt wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist dem Kennzeichen des Unterartspruchs zu entnehmen. Durch ein Zusammenschalten der Kollektoren wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß der mittlere Gleichspannungswert bei einer Verstärkungssteuerung nicht verändert wird.

Im Nachstehenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit Figuren näher beschrieben. Einander entsprechende Teile sind in den Figuren in gleicher Weise bezeichnet. Es zeigt F i g. 1 eine Schaltanordnung zur Erläuterung des Standes der Technik,

F i g. 2 die Steuerkennlinie einer Schaltanordnung gemäß Fig. 1,

F i g. 3 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.

Die in F i g. 1 dargestellte bekannte Schaltanordnung zeigt eine Kaskodenschaltung mit einem Eingangstransistor Ti und zwei Ausgangstransistoren T₂ und T₃. Die zu verstärkende Eingangsspannung U_e wird dem Transistor T\ über die Leitung 1 zugeführt. Der Kollektor des Transistors Ti ist mit den beiden Emittern der Transistoren T₂ und T₃ verbunden. Der Basis des Transistors T₂ wird über die Leitung 2 die Steuerspannung zur Steuerung der Verstärkung zugeführt, während die Basis von Transistor T₃ an einem festen Potential, beispielsweise Masse, liegt. In F i g. 2 ist das Verhältnis zwischen der jeweils erhaltenen Verstärkung und der Maximalverstärkung in Abhängigkeit von der Steuerspannung Ust dargestellt; der nichtlineare Ver-

lauf der Steuerkennlinie ist deutlich erkennbar.

Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Linearisierung der Steuerspannungskennlinie Schaltungen zu verwenden, bei denen eine Gleichspannungsgegenkopplung benutzt wird. Der gesteuerten Basis des betreffenden Transistors muß eine reine Gleichspannung zugeführt werden, welche keine Signalkomponenten enthalten darf. Um keine störende Modulation zu erhalten, müssen die im Gegenkopplungszweig üblicherweise auftretenden Signalkomponenten durch Siebmittel, insbesondere einen Tiefpaß, beseitigt werden. Da Videosignale sehr tiefe Frequenzen enthalten, muß die Grenzfrequenz der Siebmittel entsprechend tief gewählt werden. Dadurch ergibt sich eine Verzögerung der Steuerwirkung, d.h. die Steuerung ist mit einer Zeitkonstante behaftet Für viele Zwecke, insbesondere für die Anwendung bei einem Bildmischer in der Fernsehtechnik, darf jedoch keine störende Zeitkonstante des Steuervorgangs auftreten.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß dieses Ziel durch Kombination von zwei Steuerschaltungen nach Art der F i g. 1 erreicht werden kann, wenn die eine dieser Schaltungen zur Signalverstärkung dient, hingegen die andere als Gleichstormverstärker arbeitet.

Durch Gleichspannungsgegenkopplung kann die Steuerkennlinie völlig Iinearisiert werden bei entsprechend höherem Bedarf an Regel- bzw. an Steuerspannung.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung nach Fig.3 entspricht der die Transistoren 71 T₂ und T₃ enthaltende Teil genau der Schaltanordnung nach Fig. 1. Die Steuerspannung Ust wird über die Leitung 5 und den Widerstand 6 der Basiselektroden der Transistoren T₂ und T₃' zugeführt

Der die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T₃ durchfließende Gleichstrom erzeugt am Ausgangswiderstand 7 einen Spannungsabfall, der über den Widerstand 8 als Gegenkopplungsspannung zur Basis des Transistors T₃' zurückgeführt wird. Durch diese Gleichstromgegenkopplung wird ein linearer Zusammenhang zwischen dem Kollektorstrom des Transistors T₃ einerseits und der Steuerspannung Ust andererseits erzwungen. Da die aus den Transistoren 71 T₂ und T₃ bestehende Schaltung einerseits und die aus den Transistoren 71' T₂' und T₃ andererseits bestehende Schaltung gleichartig sind und beide Schaltungen von der gleichen am Punkt 9 auftretenden Spannung gesteuert werden gilt dieser lineare Zusammenhang zwischen Ust und Kollektorstrom des Ausgangstransistors auch für den Kollektorkreis des Transistors T₂. Da die Signalverstärkung diesem Strom proportional ist, ergibt sich ein linearer Zusammenhang zwischen der

ίο Steuerspannung Ust einerseits und der am Ausgangswiderstand 10 des Transistors T₂ über die Leitung 11 angenommene Ausgangsspannung.

Da der Widerstand 10 auch im Kollektorkreis des Transistors T₂ liegt, dessen Strom sich gegenläufig zum Strom im Transistor T₂ ändert, bleibt der durch den Gleichstrom bestimmte Arbeitspunkt dieses Transistors während des Steuervorganges konstant. Für ein einwandfreies Arbeiten ist erforderlich, daß die über die Widerstände 12 und 13 eingespeisten Gleichströme gleich groß sind.

Der Gleichstromverstärker arbeitet mit einer starken Gleichspannungsgegenkopplung, aber ohne Tiefpaß, da in ihm keine Signalstromkomponente auftreten. Der Strom in beiden Ausgangstransistoren T₂ T₃ hängt linear von der Steuerspannung Ust ab. Die um etwa zwei Größenordnungen kleinere Steuerspannung am Schaltungspunkt 9, bzw. an der Basis des Transistors T₃ hat dabei jedoch genau den erforderlichen stark nichtlinearen Verlauf nach Fig. 1. Mit dieser Spannung wird nun die Verstärkung der Signalverstärkerstufe 7! T₂ T₃ gesteuert, so daß als Ergebnis ein streng linearer Zusammenhang zwischen Verstärkung und Steuerspannung Ust ohne jede störende Zeitkonstante entsteht. Durch Zusammenschaltung der Ausgänge beider Verstärker nach F i g. 3 kann erreicht werden, daß sich der mittlere Gleichspannungswert bei der Verstärkungssteuerung nicht verändert. Dazu werden die mittleren Gleichströme beider Verstärker durch richtige Wahl der über die Leitung 14 der Basis des Transistors 71 zugeführten konstanten Gleichspannung, sowie entsprechende Dimensionierung von Widerstand 13 aneinander angeglichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur verzögerungsfreien Verstärkungsregelung mit linearer Steuerkennlinie, bei welcher in der gemeinsamen Emitterzuleitung eines ersten und zweiten Transistors ein als gesteuerte Stromquelle geschalteter dritter Transistor liegt, der an einem ersten Potential einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist, bei welcher die Kollektorelektrode des ersten Transistors direkt und die Kollektorelektrode des zweiten Transistors über einen ersten Widerstand an einem zweiten Potential der Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist und bei welcher den Basiselektroden des ersten und zweiten Transistors eine Steuerspannung und der Basiselektrode des dritten Transistors ein in der Verstärkung zu steuerndes Signal zugeführt ist, und bei welchem an der Kollektorelektrode des zweiten Transistors (T₂) das in der Verstärkung gesteuerte Signal abnehmbar ist, gekennzeichnet durch einen gleichspannungs-gegengekoppelten Gleichstromverstärker mit einem vierten und fünften Transistor (T₃' und T₂'), in deren gemeinsamer Emitterzuleitung ein als gesteuerte Stromquelle geschalteter sechster Transistor (T\) liegt, der mit dem ersten Potential der Betriebsspannungsquelle verbunden ist, bei welchem die Kollektorelektrode des vierten Transistors (T₃) über einen zweiten Widerstand (7) und die Kollektorelektrode des fünften Transistors (T₂) über einen dritten Widerstand (10) mit dem zweiten Potential der Betriebsspannungsquelle verbunden ist, bei welchem die Basiselektrode und die Kollektorelektrode des vierten Transistors (T₃') über einen vierten Widerstand (8) verbunden sind, bei welchem die Basiselektroden des zweiten und vierten Transistors (T₂ und Tj) miteinander verbunden sind und den Basiselektroden über einen fünften Widerstand (6) die Steuerspannung zugeführt ist, bei welchem die Basiselektrode des sechsten Transistors (T\) auf einem konstanten Potential liegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektroden des zweiten und fünften Transistors (T₂ und T₂) verbunden sind.