DE2262580B2 - Schaltungsanordnung zur elektronischen verstaerkungseinstellung, insbesondere elektronischer lautstaerkeeinsteller - Google Patents

Description

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang des Gleichspannungsverstärkers (77, Te, T)) ein Widerstand (Rb) parallel geschaltet ist, der so bemessen ist, daß die Summe der Widerstandswerte dieses Widerstandes (Rb) und des Widerstandes (Rs) /wischen dem Ausgang des Gleichspannungsverstärkprs (7}, Ta, Ti) und dem Emitter des Signal-Transistors (76) kleiner ist als der Emitter-Widerstand (Ri) des Gleichstrom-Transistors (Ts).

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Verstärkungseinstellung, insbesondere einem elektronischen Lautstärkeeinsteller gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DT-OS 19 29 253 bekannt. Diese Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß bei vorgegebener Batteriespannung und bei vorgegebener maximaler Eingangs-Signal-Amplitude die mit dieser Schaltungsanordnung erreichbare Verstärkung nach oben begrenzt ist bzw. daß bei vorseeebener maximaler Eingangs-Signal-Amplitude

580 und vorgegebener Verstärkung eine relativ hohe Batteriespannung zugeführt werden muß. Außerdem ändert sich die Ausgangsgleichspannung bei einer Veialärkungsänderung.

Den erstgenannten Nachteil weist auch die aus F i g. 3 der DT-OS 20 60 192 bekannte Schaltung auf. Sie enthält zwei über Kreuz gekoppelte Transistor-Differenzverstärker, d.h. vier Transistoren Tn ... Tm, von denen jeder mit jedem der drei anderen Transistoren jeweils eine andere Elektrode gemeinsam hat (z. B. hat der Transistor Tu mit dem Transistor Tn den Emitter, mit dem Transistor Tm den Kollektor und mit dem Transistor Tu die Basis gemeinsam). Die miteinander verbundenen Kollektoren der Transistoren Tn und Tm sind über einen Widerstand Rn, an dem die Ausgangsspannung abgenommen wird, an eine positive Betriebsspannung angeschlossen. Ebenso sind die miteinander verbundenen Kollektoren der Transistoren Tu und Tm über einen Widerstand R12 an die Betriebsspannung angeschlossen. Die miteinander verbundenen Emitter der Transistoren Tw und T12 sind mit dem Kollektor eines Transistors T\s verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand Rm mit Masse verbunden ist und an dessen Basis eine positive Gleichspannung angelegt ist, weshalb der Transistor Ti 5 im folgenden auch als Gleichstrom-Transistor bezeichnet wird. Auf die gleiche Weise ist ir die gemeinsame Emitterzuleitung der Transistoren Tu und Tm ein Transistor Tib mit einem Emitter-Widerstand Rm eingeschaltet, der den gleichen Widerstandswert aufweist wie der Widerstand R\i. An die Basis dieses Transistors ist die Summe einer Signalspannung u und einer Gleichspannung U angelegt, die genau so groß ist wie die Gleichspannung an der Basis des Transistors T15. Dieser Transistor wird im folgenden auch als Signal-Transistor bezeichnet. Mittels der zwischen den Basen der Transistoren Tm, Tu einerseits und T12, Tn andererseits angelegten Steuergleichspannung usi ist es möglich, die Verstärkung des an die Basis von T16 angelegten Signals u zu steuern.

Bei dieser Schaltung ist die Gleichspannung am Ausgang unabhängig von der Steuergleichspannung. Ein Nachteil dieser Schaltung ist jedoch, daß bei vorgegebener Batteriespannung und Eingangssignalverträglichkeit die Verstärkung des Signals u begrenzt ist.

Zur Erläuterung dieses Nachteils sei angenommen, daß die Gleichspannung U = 3,6 V und die Amplitude des Signals u = 0,4 V ist und daß die maximale Verstärkung, die sich dann ergibt, wenn der gesamte Signalstrom des Transistors Tie über den Transistor Tm und den Widerstand Rn fließt und die gleich dem Verhältnis RuIRu ist, 3 beträgt. Dann beträgt die Spannung am Widerstand Rm ungefähr 4 V und die Spannung am Widerstand Rn das Dreifache davon, also 12 V. Berücksichtigt man weiterhin, daß die Kollektor-Emitter-Spannungen der Transistoren T16 und Tm mindestens so groß sein müssen, daß ihre Kollektor-Basis-Dioden nicht leitend werden, dann ergibt sich, daß die Betriebsspannung größer als 16 V sein muß. Der Ausweg, unter Beibehaltung der Signalamplitude die Gleichspannung am Eingang der Transistoren T15 und T\b zu verringern, verbietet sich, weil der Klirrfaktor einer solchen Schaltung um so größer ist, je größer die Wechselspannungsamplitude im Vergleich zur Gleichspannung ist. Die Gleichspannung wird daher im allgemeinen so gewählt, daß die Wechselspannungsamplitude kleiner als etwa 40% der Gleichspannung ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine

Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich bei kleinem Eingangssignal und vorgegebener niedriger Batteriespannung eine hohe Verstärkung erzielen läßt, ohne ciaß bei großem Eingangssignal und herabgeset?ter Verstärkung είπε (jbersteuerung des Eingangs auftritt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Bei einer reinen Wechselstrom-Gegenkopplung kann <tie Schleifenverstärkung beliebig groß sein. Jedoch läßt $ich eine Schaltung mit einer reinen Wechselstrom-Gegenkopplung in integrierter Schaltungstechnik nur schwer realisieren, insbesondere bei niedrigen Frequenzen, so daß sich auch eine Gleichstrom-Gegenkopplung ergibt. Wenn dann die Verstärkung insbesondere im Cegenkopplungszweig zu groß bemessen wird, kann bei maximaler Signalverstärkung der Gleichstrom des Gleichstrom-Transistors über den Gegenkopplungszweig den Signal-Transistor sperren. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das dadurch verhindert werden, daß die Bedingung VRiIRi < 1 erfüllt ist, wobei Kdie Gleichspannungsverstärkung im Gegenkopplungszweig, /fe der Widerstand am Kollektorausgang und Ri der Emitter-Widerstand des Gleichstrom-Transistors sind.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden an Hand eines in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispieli näher erläutert.

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltungsanordnung kann z. B. als elektronischer Lautstärkeregler im NF-Teil eines Rundfunkgerätes dienen. Sie enthält zwei über Kreuz gekoppelte Transistor-Differenzverstärker mit den Transistoren 71 und Ta, von denen jeder mit jedem der drei anderen jeweils eine Elektrode gemeinsam hat (z. B. hat T\ mit Ti> den Emitter, mit 73 den Kollektor und mit Ta die Basis gemeinsam). Die gemeinsame Verbindung der Kollektoren der Transistoren Ti und 71, an der auch die Ausgangssignale abgenommen werden, ist über einen Widerstand R\ von lOkOhm an die positive Klemme einer Speisespannungsquelle angeschlossen. Die miteinander verbundenen Kollektoren der Transistoren 72 und Ta sind über die Serienschaltung eines Widerstandes R2 von lOkOhm und eines als Diode geschalteten Transistors Di, dessen Bedeutung später erläutert wird, an die positive Speisespannungsklemme angeschlossen. An die miteinander verbundenen Emitter der Transistoren 71 und Ti ist der Kollektor eines Transistors 7s angeschlossen, dessen Emiuer über einen Widerstand Ri von lOkOhm mit Masse verbunden ist und an dessen Basis eine Gleichspannung L/anliegt.

Die miteinander verbundenen Emitter der Transistoren Ti und Ti sind an den Kollektor eines Transistors Tb angeschlossen, dessen Emitter über die Serienschaltung eines Widerstandes Ri von 3.3 kOhm und eines Widerstandes Rt von ebenfalls 3,3 kOhm mit Masse verbunden ist und an dessen Basis die Summe einer Signalspannung und einer Gleichspannung von der gleichen Größe wie die Gleichspannung an der Basis des Transistors Ts anliegt.

Sieht man einmal davon ab, daß bei der Schaltung gemäß F i g. 2 der Kollektor der Transistoren Ti und Ti über die Serienschaltung eines Widerstandes Ri und einer Diode Di mit der positiven Betriebsspannung verbunden ist und daß der Emitter des Transistors 7ϊ> über die Serienschaltung zweier Widerstände Rs und Rt mit Masse verbunden ist, dann entspricht die insoweit

beschriebene Schaltung vollständig der Schaltung nach Fig. 1.

Zusätzlich ist hier jedoch der andere Kollektor-Ausgang, d. h. der Verbindunespunkt der Kollekioren der Transistoren Ti und Ti mit der Basis eines Transistors Ti verbunden, der als einziger Transistor vom pnp-Typ ist, während alle anderen Transistoren npn-Transistoren sind. Der Emitter dieses Transistors ist über einen Widerstand Ra von lOkOhm mit der positiven Speisespannungsklemme verbunden. Da der Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Ti praktisch dem Spannungsabfall an der Diode Di entspricht, ist der Spannungsabfall und — da der Widerstand Ra die gleiche Größe (10 kOhm) hat wie der Widerstand Ri — auch der Strom durch den Widerstand Ra genau so groß wie der Spannungsabfall an bzw. der Strom durch den Widerstand R2. Der Kollektor des Transistors Ti ist mit der Basis eines Transistors 7!s verbunden, dessen Kollektor seinerseits mit dem Emitter des Transistors Ti verbunden ist. Der Emitter des Transistors 7i ist über die Serienschaltung eines Widerstandes R? von 6,8 kOhm und einer Diode D2, die ebenso wie die Diode Di durch einen Transistor gebildet wird, dessen Kollektor und Basis kurzgeschlossen sind, mit Masse verbunden. Mit dem Emitter des Transistors Te ist die Basis eines Transistors Ti verbunden, dessen Emitter an den Verbindungspunkt der Widerstände Rs und Rb angeschlossen ist und dessen Kollektor mit der positiven Speisespannungsklemme verbunden ist. Auch hier wird wieder durch den Einsatz der Diode Di erreicht, daß der Spannungsabfall am Widerstand Rt gleich dem Spannungsabfall am Widerstand /?7 ist.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung sei zunächst angenommen, daß eine solche Steuerspannung ust an die Basen der Transistoren T] ...Ta angelegt sei, daß nahezu der gesamte Strom des Signal-Transistors 7e über den Transistor Ta und den Widerstand Ri sowie die Diode Di fließt und nur ein geringer Teil über den mit dem Ausgang verbundenen Widerstand Rt. Dann fließt nahezu der gesamte Gleichstrom des Gleichstrom-Transistors Ts über den Transistor Γι und den Widerstand Rt, so daß am Widerstand Äi ein Gleichspannungsabfall auftritt, der ungefähr gleich der an die Basis des Transistors Ti angelegten Gleichspannung U ist, weil Ri und R\ die gleiche Größe haben. Am Widerstand R2 hingegen fällt dieselbe Gleichspannung ab, da der Gleichstrom durch den Transistor Te dem Gleichstrom durch den Transistor 75 entspricht, und außerdem ein der Signalspannung u entsprechender Signalanteil. Die Spannung am Widerstand R2 wird durch die Transistoren Ti, Te. und Ti verstärkt und über den Widerstand Rs auf den Emitter des Transistors Te zurückgeführt, so daß sich eine Gegenkopplung ergibt, durch die bewirkt wird, daß bei der gegebenen Bemessung der Widerstände R2 und Ra bis Ri die Spannung am Widerstand Ri gleich der Spannung am Eingang des Transistors Tb ist. Bei der beschriebenen Stromverteilung wirkt daher die Schaltung nach Fig. 2 im Hinblick auf die Verstärkung der angelegten Gleich- und Wechselspannungen wie eine Schaltung nach Fi g. 1, bei der die Widerstände /?n bis R\a die gleiche Größe haben.

Bei dieser Einstellung der Stromverteilung, bei der die Verstärkung gering ist, ergibt sich wegen der starken Gegenkopplung eine große Eingangssignalverträglichkeit und eine besonders geringe Rauschspannung am Ausgang.

Ist hingegen die Steuerspannung usi so gewählt, daß

der gesamte Strom des Transistors 71 über den Transistor Ti und den Widerstand R\ fließen kann, während der Gleichstrom des Transistors 7s über den Transistor Ti und den Widerstand Ri sowie die Diode Di fließt, ist der Signalanteil am Kollektor der Transistoren Ti und 74 Null, so daß die von dem Gegenkopplungsverstärker Ti, Ts und 79 auf den Emitter des Transistors 7i gegengekoppelte Signal-Spannung ebenfalls Null ist.

Bei dieser Stromverteilung bleibt das Potential am Emitter des Transistors T) wegen des geringen differentiellen Emitter-Ausgangswiderstandes konstant, während am Emitter des Transistors 7i der volle Wechselspannungsanteil anliegt. Es ergibt sich bei dieser Einstellung hinsichtlich der Signalverstärkung somit die gleiche Wirkung als wenn der Widerstand Rs '5 direkt an Masse läge:

Die Signalspannungsverstärkung ist in diesem Fall also gleich dem Verhältnis Rx/Rs gleich 3.

Hingegen bleibt auch bei dieser Einstellung der Gleichstrom über den Widerstand Ri unverändert. Der Gleichstrom des Transistors 7s erzeugt nämlich am Widerstand Ri eine Gleichspannung, die entsprechend dem Verhältnis /fr/Zfa verstärkt wird und am Emitter des Transistors 79 erscheint. Der Widerstand Rs von 3,3 kObm ist so bemessen, daß die Differenz der Spannungen an den Emittern der Transistoren Te und T9 einen Strom durch den Widerstand Rs und den Transistor Tt treibt, der dem Gleichstrom durch den Transistor Ts entspricht.

Je größer die Spannung am Emitter des Transistors T9 ist, die sich aus dem Produkt der Spannung U an der Basis des Transistors Ts und des Quotienten R2R7/Ä3Ä4 ergibt, um so kleiner muß der Widerstand Rs sein, damit der Gleichstrom durch den Transistor 7e gleich dem Gleichstrom durch den Transistor Ts ist Wenn die Gleichspannung am Emitter des Transistors 7i größer wäre, als die Gleichspannung an der Basis bzw. am Emitter des Transistors 71, dann würde der Transistor Tb gesperrt. Der Quotient foRr/RsR* muß daher kleiner als 1 sein, wobei es sich empfiehlt, einen Wert zu wählen, der nicht zu dicht bei 1 liegt, weil dann Streuungen der Widerstände sich stark auf den Gleichstrom auswirken (beim Ausführungsbeispiel beträgt dieser Quotient 0,68).

Der Gleichstrom durch den Transistor Tb fließt über den Widerstand /?s und den Widerstand Rb nach Masse. Über den Widerstand Rb fließt gleichzeitig ein vom Transistor T9 gelieferter Gleichstrom von solcher Größe, daß die Gleichspannung am Widerstand Rb der Gleichspannung am Widerstand Ri entspricht. Die Summe der Widerstände /?s + Rb muß kleiner oder gleich dem Widerstand Ri sein. Außerdem soll Rb kleiner als /?7 sein,zweckmäßig ist Rb = Rt/2.

Da der Gleichstrom durch den Transistor Tb dem Gleichstrom durch den Transistor Ts entspricht, ist bei dieser Stromverteilung der Gleichspannungsabfall· am Widerstand Ri nicht größer als bei der zuerst beschriebenen Stromverteilung. Legt man eine Gleichspannung U = 3,6 V und eine Amplitude der Signalspannung u von 0,40 V zugrunde, dann ergibt sich am Widerstand R\ ein maximaler Spannungsabfall von 3 χ 0,4 V + 3,6 V = 4,8 V. Hinzu kommen

0,4 V + 3,6 V am Emitter des Transistors Tb, so daß diese Schaltung mit dreifacher Signalverstärkung mit einer Betriebsspannung von weniger als 15 V betrieben werden kann, während bei einer Schaltung nach F i g. 1 bei dieser Verstärkung und diesen Spannungen hierfür eine Gleichspannung von mehr als 16 V erforderlich ist, wie einleitend ausgeführt. Bei einer Gleichspannung von 3,6 V kann bei hoher Verstärkung (hier maximal 3) ein Ausgangssignal mit 1,4 V Signalamplitude erhalten werden. Bei geringer Verstärkungseinstellung kann ein Eingangssignal von 1,4 V Signalamplitude verarbeite) werden.

Das Rauschen ist bei dieser Stromverteilung zwai stärker als bei der zuerst genannten Verteilung, fälli jedoch weniger ins Gewicht, da bei dieser Einstellung die Signal-Amplituden am Ausgang größer sind. Außei einer Herabsetzung der Betriebsspannung bei gleich bleibender Verstärkung ergibt die erfindungsgemäße Schaltung also verbesserte Rauscheigenschaften.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: 22

1. Schaltungsanordnung zur elektronischen Verstärkungseinstellung, insbesondere elektronischer Lautstärkeeinsteller, mit wenigstens einem Transistor-Differenzverstärker, in dessen Emitterzuleitung ein Transistor eingeschaltet ist, der einen Gleichstrom und einen Signalstrom führt, insbesondere mit zwei kollektorseitig über Kreuz gekoppelte Transistör-Differenzverstärker, die je einen Transistor in der Emitteriuleitung enthalten, von denen der eine (Gleichstrom-Transistor) einen Gleichstrom und der andere (Signal-Transistor) einen entsprechenden Gleichstrom sowie den Signalstrom führt, wobei die Verstärkungseinstellung mittels einer an die Basen der Transistoren des Differenzverstärkers angelegten Steuerspannung erfolgt und das Ausgangssignal «η einem der beiden Kollektorausgänge abnehmbar «st, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gegenkopplung von dem anderen Kollektorausgang über einen Gleichspannungsverstärker (Ti, Ts, Ti) mit niedrigem differentiellen Ausgangs-Widerstand erfolgt, dessen Ausgang über einen Widerstand (Rs) mit dem Emitter des Signal-Transistors (Tb) verbunden ist.

2.Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung VRiIRi < 1 erfüllt ist, wobei V die Gleichspannungsverstärkung im Gegenkopplungszweig, /»2 der Widerstand am anderen Kollektorausgang und Ri der Emitter-Widerstand des Gleichstrom-Transistors (Ts) ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (Ri) zwischen dem Ausgang des Gleichspannungsverstärkers (Tt, Τ», Τθ) und dem Emitter des Signal-Transistors (Tb) so bemessen ist. daß bei den Gleichspannungsverhältnissen, die sich ergeben, wenn der Strom des Gleichstrom-Transistors (Ts) vollständig über den anderen Kollektorausgang (R2) geführt wird, der Gleichstrom durch den Signal-Transistor (Tb) gleich dem Gleichstrom durch den Gleichstrom-Transistor