DE2158759A1

DE2158759A1 - Rauscharmer verstaerker mit veraenderlichem verstaerkungsfaktor

Info

Publication number: DE2158759A1
Application number: DE2158759A
Authority: DE
Inventors: Claude Claverie
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1971-11-02
Filing date: 1971-11-26
Publication date: 1973-05-10
Also published as: GB1337560A; FR2159545A5; NL7214709A; US3761830A

Description

Unser Zeichen: $ 1115

.THQMS ON-G SF ·
1λ73| Bd .Haussmann
Paris 8eme, Frankreich

Rauscharmer Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor

Die Erfindung betrifft rauscharme Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor, die insbesondere beim Fernsehen verwendbar sind.

Es sei daran erinnert, daß die Übertragung eines Signals mit Verlusten erfolgt, die mit der Frequenz des sü übertragenden Signals and der iänge des Übertragungswegs wachsen and sich in Abhängigkeit von der Art des Übertragungswegs ändern, weshalb es oft unerlässlich ist, vor der Sendung des Signals oder nach dessen'Empfang eine den Verlusten··proportionale Verstärkung vorzunehraetti damit eine konstante Amplitude des übertragenen Signals' aufrechterhalten wird. Dieses· Problem "besteht beispielsweise beim Fernsehen für die Signale, die zwischen der Fernsehkamera ., und ihrem Steuerschrank ausgetauscht werden.

Der Verstärker muß diese Verstärkung automatisch durchführen und daher einen veränderlichen Verstärkungsfaktor aufweisen, der in Abhängigkeit von den festgestellten Verlusten gesteuert wird. Dieser Verstärker muß andrerseits möglichst wenig Rauschen in dem Sjgnal verursachen.

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Aufgabe, der Erfindung ist die Schaffung eines Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor, der ein Ausgangssignal liefert, dessen Rauschen gegenüber demjenigen eines klassischen Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor verringert ist.

Nach der Erfindung ist ein Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor für die Verstärkung eines Wechselstroms mit einem Transistor-Differenzverstärker, dessen Stromversorgungseingang einen veränderlichen Strom empfängt, der durch die Summe des zu verstärkenden Wechselstroms und eines Gleichstroms gebildet ist, während zwischen den. Differenzeingängen des Differenzverstärkers eine Regelspannung angelegt ist, die den verstärkten Wechselstrom konstant zu halten sucht, wobei die Differenzverstärker an einer Ausgangsklemme den verstärkten veränderlichen Strom liefert, dessen Wechselstromkomponente zu dem Ausgang des Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines konstanten Werts der Gleichstromkomponente des verstärkten veränderlichen Stroms der Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor eine Regelanordnung enthält, welche das Verhältnis zwischen der Stromstärke des Gleichstroms und dem Spitzen-Spitzen-Wert des zu verstärkenden Wechselstroms auf einem konstanten Wert hält.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigen:

iig.1 schematisch eine Ausführungsform eines Verstärkers ',

mit veränderlichem lerstärkungsfaktor nach dem Stand ;

der Sechnik,

Pig.2 achamatiach eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor und

Fig. 3 ein vergleichendes Diagramm zur Darstellung der mit der Erfindung erzielten Verbesserung.

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In Eig.1 and 2 sind die einander entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugs zeichen bezeichnet.

Fig. 1 zeigt zwei gleiche pnp-Transistoren Q₁ und Q₂, die als Differenzverstärker geschaltet sind. Die Emitter dieser Transistoren sind am Schaltungspunkt 1 mit der einen Klemme einer GIe ichs pan nungs quelle 4 und mit der Eingangsklemme E der Schaltung verbunden. Die Basis 2 des Transistors Q₁ liegt an Masse, während die Basis 3 ües Transistors Q₂ den Verstärkungsregeleingang bildet. Die Kollektor klemme 5 des_ Transistors Qp ist mit dem Ausgang S des Verstärkers über einen Kopplungs kondensat or C verbunden. " ' .

Der zu verstärkende Wechselstrom I wird der Eingangs klemme E der Schaltung zugeführt. Die Gleichspannungs quelle liefert zum Schaltungspunkt 1 einen fanstanten Strom I . Der Basis 3 des Transistors Q₂ wird von einer Regelschaltung 10 eine Regelspannung ν zugeführt, die .von, den Amplitudenänderungen des verstärkten Signals rings um den Sollwert abhängt. Zu diesem Zweck ist der Eingang der Regelschaltung 10 an den Ausgang S angeschlossen, und die von der Regelschaltung abgegebene Regelspannung ν wird so eingestellt, daß sie einen kleinen positiven Wert hat, wenn die Amplitude des verstärkten Signals zu groß iat, so daß der Transistor Q₂ dann gsperrt wird und sein Verstärkungsfaktor auf Null geht; wenn dagegen das Ausgangssignal nicht genug verstärkt ist, nimmt die Regelspannung ν einen negativen Wert an, und .je größer dieser negative Wert wird, umso mehr wird der Transistor Q₂ leitend , so daß sein Verstärkungsfaktor nach 1 zu gehen sucht, denn der Transistor Q₁ sucht in den Sperrzustand zu gehen.

Der Strom I wird am"Schaltungspunkt 1 in zwei Ströme I₁ und I- I₁ aufgeteilt, die durch den Transistor Q₁ bzw. den Transistor Q_? gehen v.rA praktisch mit dem gleichen Wert

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an den Kollektoren dieser Transistoren erscheinen. Der Wert des Stroms I - I₁ und damit auch der Wert des S.troms I. hängt vom Zustand des Transistors Q₂ ab: Der Strom ^I ₀"--*-i ist am kleinsten (nahezu Null), wenn die Regelspannung ν einen so großen positiven Wert hat, daß sie den Transistor Q₂ sperrt, während der Strom I₀ - I₁ am größten (nahezu I_Q^ ist, wenn die Regelspannung ν einen so großen negativen Wert hat, daß sie den Transistor Q₂ vollkommen leitend macht. Der .Strom I - I₁- kann natürlich unter der Steuerung der Regelspannung ν jeden Zwischenwert annehmen.

Der Strom I teilt sich in gleicher Weise wie der Strom I auf die beiden Transistoren Q₁ und Q₂ auf* An der Kollektorklemme 5 erscheint daher ein G-leichst-rom I - I₁ und ein Strom I_, welcher den Strom I_Ä des zu verstärkenden Signals nach Verstärkung durch die gezeigte Schaltung darstellt. Dieser Strom I₈, der durch den Kopplungskondensator C von dem Strom I - I₁ abgetrennt wird, erscheint am Ausgang S; er folgt den Änderungen des Stroms I₀-I₁, so daß die beschriebene Schaltung mit Hilfe der Regelspannung ν die Amplitude des Stroms 1_Q auf den Sollwert zurückbringt, sobald sich die Amplitude vom Sollwert zu,entfernen sucht.

Der Strom I_ kann somit unabhängig von dem Wert des Stroms I s e

im Arbeitsbereich des Verstärkers praktisch konstant gehalten werden. ·

Es ist zu bemerken, daß bei dieser Schaltung der Schaltüngspunkt 1 den Stromversorgungseingang des Differenzverstärkers bildet, während die Bas is klemme η 2 und 3, zwischen denen die Regelspannung angelegt wird, die Differenzeingänge des Differenzverstärkers sind.

Die vorstehend beschriebene Schaltung wird in der Praxis angewendet, doch ist sie wegen des von ihr im Sjgnal verursachten Rauschens nicht immer vollkommen befriedigend.

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Die Schaltung von Fig.2 ermöglicht die Verbesserung des Rauschabstands.

Die Schaltung von Pig·1 findet sich vollständig in der Schaltung von Fig.2 wieder; dabei ist der Schaltungspunkt 1 zusätzlich, mit dem Kollektor eines nph-Transistors Q, verbunden, der mit einem gleichartigen Transistor Q^ einen Differenzverstärker bildet. Die Emitter der Transistoren Q, und Q, sind über einen Widerstand IU an eine negative Spannung -V gelegt. Die Basis klemme 7 des Transistors Q, ist einerseits über einen Widerstand R, an diese Spannung -V gelegt und andrerseits über einen Widerstand R₁- mit Masse i

verbunden. Der Kollektor des Transistors Q* ist an Masse gelegt. Die Basisklemroe 6 "des Transistors Q^ ist über einen Widerstand Rp¹ an die Spannung -Y gelegt, ferner über einen Widerstand R mi't der Kollektorklemme 5 des Transistors Q₂ verbunden and schließlich über einen Entkopplungskondensator C₁ , der dem Transistor Q^ eine hohe Wechselstrom-Ausgangs-, impedanz erteilt, an Masse gelegt.

Bei dieser Schaltung liefert die G-Ie ic hs pan nungs quel Ie 4 einen konstanten G-leichstrom I., und der zum Schaltungspunkt 1 gelieferte Gleichstrom I ist nicht mehr konstant, sondern, wie nachstehend erläutert wird, der Spitzen-Spitzea-Amplitude des Stroms I des zu verstärkenden Signals nach- ™

geregelt, denn derr-mit tiere Strom im Transistors Q₂ wird konstant gehalten.

Infolge der großen Impedanz, welche der Transistor Q·* für den Wechselstrom I_a aufweist, arbeitet die Schaltung für das -zu verstärkende Signal in gleicher Weise wie die Schaltung von Fig.1; der Strom I teilt sich in zwei Ströme, von denen der eine durch den Transistor Q₁ und der andere durch den Transistor Q₂ gehdn, wobei der Wert dieser Ströme von der Regelspannung ν an der Basi3 des Transistors Q₉ abhängt.

Wenn G der Verstärkungsfaktor des Transistors Qg ist, liefert der Tranistor Q₂ einen Kollektorstrom GI₀, der die Basis des Transistors Q^ vorspannt. Die Widerstände Rp» R., R₁- sind so gewählt, daß, die Bas is spannungen der Transistoren Q^ und Q, dem Strom GI einen vorbestimmten Wert J aufzwingen, der beispielsweise gleich dem Spitzen-Spitzen-Wert des Stroms I ist. Der vom Kollektor des Transistors Q₇ aufgenommene Strom I."- I nimmt dann einen Wert an, der von R^ abhängt. Wenn der Strom GI kleiner als der Viert J ist, wird die Spannung an der Basis klemme 6 des Transistors Q₇ kleiner als die Spannung an der Basis des Transistors Q.; der Transistor Q, sucht dann einen weniger großen Teil des Stroms I. aufziinehaen, so daß der Strom I zunehmen kann. Dies hat eine Zunahme des Stroms GI zur Folge, und der Gleichgewichtszustand ist für Gl = J erreicht.

Die umgekehrte Erscheinung tritt ein, wenn der Strom GI größer als der Wert J ist.

Somit wird der Strom GI auf einen konstanten Wert J gere^lt; da GI = I gleichfalls auf einen konstanten Wert geregelt wird, bedeutet dies, daß der Strom I auf einen Wert geregelt wird, der dem Spitzen-Spitzen-Wert des Stroms I_e proportional ist, und falls GI_Q auf den Sollwert von I geregelt wird, wird der ,Strom I dem Spitzen-Spitzen- Wert von I nachgeregelt.

Es ist zu bemerken, daß bei dem aus den Transistoren Q^, Q. gebildeten Differenzverstärker der Stromversorgungseingang durch den Kollektor des Transistors Q, gebildet ist, während die JBas is klemme η 6 und 7_f zwischen denen die Änderung der Gleichstromkomponente des verstärkten Signals angelegt wird, die Differenzeingänge sind.

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_ ν —

Die Erfahrung zeigt und die Rechnung bestätigt, daß die Kurve, die den Effektivwert £ _ff des Rauschstroms als Punktion des Verstärkungsfaktors G darstellt, bei der S_chaltung von Fig.2 durch die Kurve B von Fig.3 gegeben ist; die zum Vergleich dargestellte Kurve A ist die entsprechende Kurve für die Schaltung von Fig.1.

Die Erfindung ist natürlich .nicht auf die dargestellte und beschriebene .Ausführungsform beschränkt; nie eignet sich insbesondere für jaden Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor, bei dem das Prinzip angewendet wird, daß die Größe der Gleichstromkomponente des durch das eigentliche Verstärkerelement der Schaltung (also den Transistor Q₂ bei der Schaltung von Fig.2) fliessenden Stroms konstant gehalten wird, insbesondere uaabhängig von der Art der verwendeten Ttansistore η und von der Art der Regelung, mit welcher der Strom I auf einem Wert gehalten wird, der dem Spitzen.-Spitzen-Wert des zu verstärkenden Signals proportional ist.

Pate ntansprüche

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Claims

Patentansprüche

1/ Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor für die Verstärkung eines Wechselstroms mit einem Transistor-Differenzverstärker, dessen Stromversorgungseingang einen veränder-

, liehen Strom empfängt, der durch die Summe des zu verstärkenden Wechselstroms und eines Gleichstroms gebildet ist, während zwischen den Differenzeingängen des Differenzverstärkers eine Regelspannung angelegt ist, die den verstärkten Wechselstrom konstant zu halten sucfeit, wobei der Differenzverstärker an einer Ausgangs klemme den verstärkten veränderlichen Strom liefert, dessen Wechselstromkomponente zu dem Ausgang des Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines konstanten Werts der Gleichstromkomponente des verstärkten veränderlichen Stroms der Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor eine Regelanordnung enthält,' welche das Verhältnis zwischen der Stromstärke des Gleichstroms und dem Spitzen-Spitzen-Wert des zu verstärkenden Wechselstroms auf einem konstanten Wert hält.
2. Verstärker nach Anspruch <1» dadurch gekennzeichnet, daß die Regelanordnung eine Subtraktionsanordnung enthält, welche von einem konstanten Strom einen Strom abzieht, der von der Abweichung zwischen der Gleichstromkomponente und dem konstanten Wert abhängt.
3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Subtraktionsanordnung ein Hilfsdifferenzverstärker ist, zwischen desseη Differenzklemmen eine die Abweichung darstellende Spannung angelegt ist.
4.. Differenzverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß ,_er i_n einer !"ernsehschaltung

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dazu, verwendet wird, den zwischen einer Kamera und ihren Steuerorganen auf-verschiedenen Frequenzen ausgetauschten Signalen empfangsseitig die gleiche Amplitude zu erteilen.

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