DE2361809B2

DE2361809B2 - Verstärkungsreglerschaltung

Info

Publication number: DE2361809B2
Application number: DE2361809A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Komae Tokio Hongu; Hiromi Yokohama Kanagawa Kawakami
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1972-12-13
Filing date: 1973-12-12
Publication date: 1980-03-13
Also published as: FR2327674A1; CA997433A; BR7309739D0; SE403546B; AU473385B2; JPS5330301B2; ES421388A1; NL176821C; JPS4983352A; JPS5315638B2; AU6351773A; FR2327674B1; DE2361809C3; NL7317131A; JPS4983351A; NL176821B; US3882410A; GB1459773A; DE2361809A1

Description

4. Verstärkungsreglerschaltung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch einen zweiten, als konstante Stromquelle vorgesehenen Transistor (Q% der einen Basis-Emitter-Eingangskreis und einen Emitter-Kollektor-Ausgangskreis hat, durch einen zweiten Verstärkungsregeltransistor (Q'\), der einen mit dem Emitter-Kollektor-Ausgangskreis des als konstante Stromquelle vorgesehenen zweiten Transi- vi stors (Q'2) verbundenen Emitter hat und der eine Basiselektrode und eine Kollektorelektrode hat, durch eine zweite Belastungsimpedanz (5'), die durch einen parallel abgestimmten Kreis gebildet ist, durch einen zweiten Verstärkertransistor (Q'i), der einen w Emitter und einen Kollektor hat, die in Reihe zwischen dem Kollektor des zweiten Verstärkungsregeltransistors (Q'\) und der zweiten Belastungsimpedanz (5') liegen und der eine Basiselektrode hat, durch einen zweiten Vorspannungskreis (R\i), mit ->^r> dem diese Basiselektrode des zweiten Verstärkungstransistors (Q'i) vorzuspannen ist, und durch eine Signalübertragungsverbindung (Q), die zwischen der erstgenannten Bclastungsimpedanz (5) und dem Eingangskreis des zweiten als konstante Stromquel- «> Ie vorgesehenen Transistors (Q'2) liegt.

5. Verstärkungsreglerschaltung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die dem erstgenannten Verstärkertransistor (Qt) zugeführte Vorspannung der Kollektorspannung desselben mehr angenähert μ ist als die Vorspannung des zweiten Verstärkertransistors (Q'i) in bezug auf dessen Kollektorspannung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkungsreglerschaltung wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.

Eine Verstärkungsreglerschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist in der französischen Patentschrift 13 40 583 beschrieben. Diese Versiärkungsreglerschaltung hat eine Quelle für konstanten Signalstrom. Diese Quelle ist durch einen Transistor gebüdet, der in Reihe mit einem Verstärkungsregeltransistor liegt, dessen Kollektor wiederum mit einer Lastimpedanz verbunden ist Die Basis des Verstärkungsregeltransistors ist mit einer Spannungsquelle für die Verstärkungsregelspannung verbunden.

Die deutsche Auslegeschrift 15 12 683 beschreibt ebenfalls eine ähnliche Verstärkungssteuerschaltung, in der die Signalquelle mit einem Feldeffekttransistor verbunden ist Die Ldstimpedanz liegt zwischen der Versorgungsspannungsquelle und dem Kollektor des Verstärkungsregeltransistors und weist die. Ausführung eines abgestimmten Parallelkreises auf.

In der deutschen Offenlegungsschrift 21 24 654 ist im Zusammenhang mit der dortigen Fig. 1 eine Modulationsstufe eines Gegentaktmodulator beschrieben. In dieser ist ein Transistor enthalten, an dessen Basis eine Versiärkungssteuerspannung angelegt ist. Der Emitter des Transistors ist mit der Quelle für das Trägersignal verbunden, und zwar über einen weiteren Transistor. Dessen Kollektor ist wiederum mit den Emitteranschlürsen der Transistoren verbunden, die einen Differentialverstärker bilden und deren Rasisansehlüsse mit der Quelle für das Modulationssignal verbunden sind.

Verstärkungsreglerschaltungen sind in elektronischen Schaltungen sehr verbreitert und es sind auch viele Ausführungsformen für solche Verstärkungsreglerschaltungen bekannt, deren geforderte Eigenschaften aber nicht voll erfüllt werden. Es ist wünschenswert, daß die Schaltungsanordnung möglichst einfach ist und daß es leicht möglich ist, die richtigen Werte der verwendeten Schaltmittel auszuwählen und daß weiterhin in einfacher Weise: die maximal mögliche Dämpfung mit der gewählten Schaltung bestimmt werden kann. Weiterhin wird gefordert, daß die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen und der Gleichspannungspegel des Ausganges konstant bleiben, wenn die Verstärkung der Schaltung verändert wird.

Es war bislang schwierig, in einer einzigen Schallung wenigstens viele dieser gewünschten Eigenschaften zu realisieren und zwar insbesondere dann, wenn das zu steuernde Signal eine hohe Frequenz hat. Auch dann ergaben sich Schwierigkeiten, wenn eine Verstärkungsreglerschaltung gefordert wurde, die eine Vielzahl von Verstärkern, z. B. solche verschiedener Stufen, gleichzeitig steuern soll, indem ein automatisches Verstärkungsregelungssignal diesen Verstärkern z. B. verzögert parallel zugeführt wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verstärkungsreglerschaltung zu schaffen, bei der ein im wesentlichen hoher und praktisch konstanter Wert der äquivalenten Impedanz, gesehen von der Belastungsimpcdanz her in Richtung des der Verstärkungsregelung dienenden Transistors auch bei sich ändernder Spannung des Verstärkungsregelsignals vorliegt.

Diese Aufgabe wird bei einer Verstärkungsreglerschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst.

Eine solche erfindungsgemäße Schaltung löst auch

weitere oben bereits erwähnte Schwierigkeiten, die bei bekannten Schaltungen aufgetreten sind. Die Dämpfung läßt sich leicht durch Wahl der Belastungsimpedanz vorgeben. Der Gleichspannungspegel des Ausgangs kann konstant gehalten werden, wenn die Verstärkungsregelung in einem ausgewählten Bereich der Verstärkungsregelsignalspannung bleibt Die Eingangsimpedanz kann trotz Verstärkungsregelung konstant gehalten werden.

Die Schaltung nach der Erfindung geht somit aus von einem Signalstromkreis, der mit dem Emitter des Verstärkungsreglertransistor verbunden ist und mit dessen mit seiner Basis-Emitterstrecke in Reihe geschaltet ist. Der Signalstromkreis hat eine ausreichend hohe effektive Ausgangsimpedanz, so daß der Ruhestrom über den Transistor im wesentlichen konstant und auch der augenblickliche tatsächliche Wert entsprechend dem Signal veränderlich ist. Die Schaltung enthält einen in Basisschaltung geschalteten Transistorverstärker, dessen Basis für die Signalfrequenzen auf Masse liegt und dessen Vorspannung, die von einem automatischen Spannungsregler geliefert wird, normalerweise nicht Null ist und zur Steuerung der Basis-Kollektorimpedanz verändert wird, um so auch die Verstärkung des Transistors zu steuern. Das Signal wird dem Emitter einer Konstantstromquelle zugeführt und die Basisvorspannung wird zur Einstellung der Verstärkung gesteuert. Eine Belastungsimpeuanz, die erfindungsgemäß ein Parallelschwingkreis ist, ist in Reihe geschaltet mit dem Kollektor des Transistors, so daß ein in seiner Größe geregelter Signalstrom über die Belastungsimpedanz fließt.

Die Konstantstromquelle des Signalstromkreises ist normalerweise der Emitter-Kollektorkreis eines anderen Transistors, der in Emitter-Basisschaltung arbeitel. Die Stromstärke wird durch eine Signalspannung gesteuert, welche an die vorgespannte Basis-Emittereingangsschaltung angeschlossen ist.

Erfindungsg°mäß ist ein dritter Transistor vorgesehen, der als basisgeschalteter Verstärker zwischen dem Kollektor des Verstärkungsrcgiertransistors und der Belastungsimpedanz liegt, nämlich um die Belastungsimpedanz konstanter zu halten. Die Basis dieses dritten Transistors liegt an einer bestimmten Vorspannung oder ist mit der Quelle der Verstärkungsreglerspannung verbunden. Wenn eine Verbindung mit der Verstärkungsreglerspannungsqueile vorliegt, wird die Empfindlichkeit der Schaltung abhängig von der Verstärkungsreglerspannung, d. h. abhängig von der veränderlichen Gleichspannung der Verstärkungsreglersignale gesteuert, insbesondere verringert, was oft wünschenswert ist.

Gemäß einer Ausgestaltung kann ein Widerstand zwischen dem Kollektor des Verstärkungsreglertransistors und dem Emitter des dritten Transistors eingefügt sein, um einen Einfluß von Störungen durch den dritten Transistor zu verringern.

Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft bei einer verzögerten automatischen Verstärkungsregelungsschaltung für mehrstufige Verstärker verwenden. Bei einer derartigen Anwendung ist ein getrennter Verstärkungsreglerkreis in jeder der Stufen, welche in Kaskadeschaltung miteinander verbunden sind, vorhanden. Alle Steuerkreise sind mit einer gemeinsamen automatischen Verstärkungsregelungssignalquellc verbunden. Eine verzögerte automatische Verstärkungsregelung wird erhalten, indem die entsprechenden Vorspannungen an den Kollektorelektroden der verstärkungsgeregelten Transistoren unterschiedliche Werte haben. Wenn die Basis des dritten Verstärkers in jeder Stufe auf eine unterschiedliche Spannung vorgespannt wird und wenn die gleiche Verstärkungsres glerspannung mit jedem Verstärkungsreglertransistor der automatischen Verstärkungsregelungsspannungsquelle verbunden ist, kann die Schahung eine verzögerte automatische Verstärkungsregelung bewirken.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele ίο der Erfindung beschrieben.

F i g. 1 bis 3 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung;

F i g. 4 zeigt anhand eines Diagramms die Funktionsunterschiede zwischen den Schaltungen nach den F i g. 2

ι -, und 3;

F i g. 5 ist eine schematische Darstellung eines mehrstufigen Verstärkers unter Verwendung der Erfindung.
Gemäß dem grundsätzlichen Anteil der Schaltungen

_>o der Fig. 1-3 und auch 5 ist ein der Verstärkungsregelung dienender Transistor Q₁ in Basisschaltung geschaltet. Eine Signalstromquelle 4 liegt zwischen dem Emitter des Transistors Q\ und Masse und die Basis des Transistors Q\ ist über eine Spannungsquelle Vc mit

2^ri Masse verbunden, wobei die Spannung dieser Spannungsquelle Vcden Verstärkungsfaktor des Transistors Q₁ steuert. Der Kollektor des Transistors Q\ ist über einen noch näher zu beschreibenden Schaltkreis mit dem Anschluß 1 der Versorgungsspannung V_Cc

κι verbunden. Mit 3 ist der Ausgang der Schaltung bezeichnet.

Die Signalstromquelle 4 überlagert einen Strom, der einen konstanten Mittelwert hat, aber in Abhängigkeit des zu steuernden Signales um diesen Mittelwert

r> schwankt. Deshalb ist es zweckmäßig, bei dieser Signalsiromqueüe 4 von einer konstanten Signalstromquelle zu sprechen, wobei dies nicht bedeutet, daß der Strom einen bestimmten festen Wert haben müßte.
Die Spannungsquelle V< ist, wie den Figuren zu

in entnehmen ist, veränderbar. Dies schließt nicht nur die Möglichkeit ein, daß die Spannung eine Gleichspannung ist, welche auf verschiedene Werte innerhalb vorbestimmter Grenzen eingestellt werden kann. Ebensogut kann dies die Ausgangsspannung einer automatischen

π Verstärkungsregelung sein, die sich jedoch relativ langsam im Vergleich zu den Frequenzen des Signalstroms der Signalstromquelle 4 ändert. Es ist zu berücksichtigen, daß die Spannung V_reine Gleichspannung sein kann, welche aber nicht notwendigerweise auf

-iii einen bestimmten einzigen Wert festgelegt ist.

Im elektrischen Ersatzschaltbild der Schaltung der F i g. 1 und auch der F i g. 2,3 und 5 ist für den Transistor Q\ mit Zb die äquivalente Basisimpedanz, mit Z₁- die äquivalente Emitterimpedanz und mit Zu die äquivalen-

V) te Impedanz zwischen Basis und Kollektor bezeichnet. Der Strom /Ί ist der Signalstrom der Signalstromquelle 4. Mit Oi ist der Verstärkungsfaktor und mit i₂ der durch die Belastungsimpedanz Ri fließende Strom bezeichnet. Es gilt dann:

Aus der Gleichung (1) geht hervor, daß das die Verstärkung ergebende Verhältnis zwischen Eingangsund Ausgangssignalströmen A und /_> eine Funktion von Zn Ζ/,,, Ri, und α ist und durch die äquivalente Impedanz

Zhc gesteuert werden kann, während die anderen Faktoren Zb, Ri. und α konstant gehalten werden. Die Impedanz Z^- wird durch Ändern der Gleichspannung V₍ an der Basiselektrode, d. h. am PN-Übergang zwischen Basis und Kollektor des Transistors Qi ■-, gesteuert. Bekanntermaßen ist der Impedanzwert von Zu- sehr groß, wenn der PN-Übergang in Sperrichtung betrieben wird und wird kleiner und kleiner, wenn der PN-Übergang in Durchlaßrichtung betrieben wird. Auch ist bekannt, daß der Impedanzwert von Zu- sich mit der Frequenz ändert, so daß ein bestimmter Bereich des Steuersignales V₍- vorhanden ist, in dem der Impedanzwert von Z_bc bei höheren Frequenzen kleiner wird als bei geringeren Frequenzen.

L^Ci wer voriicgcnuCn i^riinuung wird in vorieilhäitcr i-j Weise die Frequenzcharakteristik der Impedanz Zt_n dazu genutzt, eine Verstärkungsregelungsschaltung zu schaffen, welche für hohe Frequenzsignale geeignet ist. Wenn die Spannung V&. zwischen der Basis und den Kollektorelektroden des Transistors Qi eine Polarität und Größe hat, um den PN-Übergang zwischen der Basis und dem Kollektor zu sperren, erreicht die Impedanz Zu- einen hohen Wert in der Größenordnung von einigen Megohm für die Signalfrequenz und ist wesentlich größer als die Impedanz Zb oder die Impedanz der Belastungsimpedanz Ri, In diesem Falle kann die Gleichung (1) vereinfacht werden, indem die Faktoren Zh und Ri vernachlassigi werden, so daß folgende Gleichung erhalten wird:

J(I

'2 = V' ■ ι, = λ ι, . (2)

Wenn die Gleichspannung Vj_x-zwischen der Basis und den Kollektorelektroden des Transistors Q₁ den y> PN-Übergang zwischen diesen Elektroden in Flußrichtung betreiben, wird die Impedanz Zh- kleiner und wenn die Flußspannung groß genug ist, wird die Impedanz Z/_v bezüglich der Impedanz Zb und der Belastungsimpedanz Ri relativ vernachlässigbar. In diesem Falle kann die Impedanz Ζ_Λ, in der Gleichung (1) vernachlässigt werden, so daß die Gleichung (1) auf folgende Ar.näherungsformel reduziert wird:

(3)

R₁,

In der Gleichung (3) ist der Impedanzwert der Belastungsimpedanz Ri. gewöhnlich viel größer als der Wert der äquivalenten Basisimpedanz des Transistors Q] und deshalb kann schließlich die Gleichung (3) weiter auf folgende Form reduziert werden:

(4)

Es muß festgestellt werden, daß die Gleichungen (3) und (4), wenn die Steuerspannung V_c einen relativ geringen Wert hat, um den PN-Übergang zwischen der Basis und den Kollektorelektroden in Durchlaßrichtung zu betreiben, nur höheren Frequenzen genügen. Andererseits sind die Gleichungen (3) und (4) bei Steuerspannungen, die den PN-Übergang stark in Flußrichtung betreiben, sowohl für höhere als auch für geringere Frequenzen ausreichend, da in diesem Falle die Impedanz Zi_x, die sich mit der Frequenz ändert, vernachlässigbar klein ist.

Entsprechend einem Anwendungsfali der Erfindung wird der Bereich der Steuerspannung V₍ so gewählt daß die Impedanz Zi_n nur hinsichtlich der Signalfrequenzen und nicht hinsichtlich der Gleichspannung oder dei niederen Frequenzen, welche die Steuerspannung V₁ aufweisen kann, gesteuert wird. Aus diesem Grunde wird die Gleichspannung des Ausgangs 3 konstant gehalten, damit die Stromverstärkung der Signale übet

den Transistor Oi vom Wert λ auf den Wert -^- , wie

aus der Gleichung (1) bzw. (4) hervorgeht, gesteuert wird. Die äquivalente Basisimpedanz Zb hat normaler weise einen sehr geringen Wert, wie bereits vorstehenc erwähnt ist, im Vergleich zum Belastungswiderstand Ri

so daß die Stromverstärkung , wie in der Gleichung

(4) zum Ausdruck kommt, sehr gering ist, und zwar viel geringer als 1. Es ist aber möglich, die Impedanz Zt, und die Stromverstärkung zu vergrößern, indem eine Impedanz, beispielsweise ein Widerstand, im Basisstromkreis des Transistors Qi eingefügt wird. Dies vereinfacht die Bildung des Stromkreises zur Erhaltung einer bestimmten minimalen Verstärkung oder maximalen Dämpfung des Signales.

Beim speziellen Ausführungsbeispiei der Erfindung gemäß der F i g. 1 wird ein Schwingkreis als Belastungsimpedanz 5, der als abgestimmter Oszillator-Parallel-Schwingkreis ausgebildet ist, anstelle eines sonst bekanntermaßen vorgesehenen ohmschen Widerstandes verwendet. Die Belastungsimpedanz 5 enthält einen Kondensator C2 und eine Induktivität L], welche parallel geschaltet sind. Ein Widerstand R^ ist ebenfalls parallel zum Kondensator C? und zur Induktivität L] geschaltet um den Gütefaktor Oder abgestimmten Belastungsimpedanz5zu regeln.

Die Belastungsimpedanz 5 ist im Gegensatz ^um Stand der Technik nicht direkt mit dem Kollektor des Verstärkungsregeltransistors O, verbunden, sondern ist an dem Kollektor eines Verstärkertransistors O₁ angeschlossen, der in einer Basisschaltung liegt. Ein Widerstand R_b verbinde! den Kollektor des Verstärkungsregeltransistors Qi mit dem Emitter des Verstärkungstransistors Qj. Die Ausgangsleitung 3 ist mit einem Punkt der Basisschaltung zwischen der abgestimmten Belastungsimpedanz 5 und dem Kollektor des Transistors Q] geschaltet und die Vorspannung für diesen Transistor erhält man mittels eines Spannungsteilers, bestehend aus zwei Widerständen Rj und R», die zwischen Netzanschlußspannung V₍rder Leitung 1 und Erde geschaltet sind. Die Basis des Transistors Qi ist mit dem Punkt der Basisschaltung zwischen diesen beiden Widerständen verbunden und eine Kapazität Q liegt parallel zum Widerstand R». um die Basis des für die Signalfrequenzerzeugung dienenden Transistors O3 zu erden.

In Teilen entspricht die Funktion der Schaltung gemäß F i g. 1 der Funktion der Schaltungen nach dem eingangs genannten Stand der Technik. Eine neue erfindungsgemäße Funktion bringt jedoch die Transistorbasisschaltung Qi. Der Grund für die Einfügung der Transistorbasisschaltung Q3 zwischen dem Transistor Qi und der abgestimmten Belastungsimpedanz 5 besteht darin, daß die äquivalente Impedanz, gesehen von der Belastungsimpedanz 5, in Richtung des Transistors Qi hochgehalten werden kann und nahezu konstant bleibt, wenn der Wert des Verstärkungsregelsigr.als Vc sich ändert Wenn der Transistor Q3 nicht in dem Schaltkreis liegen würde, würde die abgestimmte Belastungsimpe-

danz 5 direkt mit der Kollektorelektrode des Verstärkungsregeltransistors Qi verbunden sein. In diesem Falle würde die äquivalente Impedanz, gesehen von der abgestimmten Belastungsimpedanz 5 in Richtung des Transistors Qi beeinflußt oder verändert wp^rden, wenn der Wert des Verstärkungsregelsignales Vc' sich verändern würde. Dies wäre der Fall, weil die äquivalente Impedanz Zi_x- zwischen der Basis und den Kollektorelektroden des Transistors Q\ gesteuert oder verändert wird in Abhängigkeit des Verstärkungssignales Vc- Deshalb würde der Gütefaktor Q der abgestimmten Belastungsimpedanz 5 durch das Verstärkungsregelsignai Vf- beeinflußt oder verschlechtern werden.

Es besteht die Möglichkeit, den Widerstand Rb zwischen der Kollektorelektrode des Verstärkungsregeltransistors Q\ und der Emitterelektrode des Verstärkertransistors Qi wegzulassen, aber der Zweck dieses Widerstandes besteht darin, Störsignale, welche vom Transistor Q₃ erzeugt werden, zu eliminieren oder zu verringern, insbesondere wenn die äquivalente Impedanz Z^der Basis und der Kollektorelektroden des Transistors Q\ aufgrund des Verstärkungsregelsignales V₍ klein sein wird. Der Widerstand Rt, hält die äquivalente Emitterimpedanz des Transistors Qi relativ hoch, unbeachtet der äquivalenten Impedanz Zi,,- des Transistors Q\. Als Ergebnis ist die Verstärkung des Transistors Qi bezüglich der Störsignale gering gehalten und demzufolge ist die Widerspiegelung der Geräuschsignale im Kollektorkreis des Transistors Q₃ oder in der abgestimmten Belastungsimpedanz gering.

F i g. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die Fig. 2 weist zusätzlich zu den mit denselben Bezugszeichen bezeichneten Bauelementen gemäß F i g. 1 ein Verstärkersystem 6 auf, welches durch die gleiche Steuersignalspannung V_c geregelt wird, wie das Verstärkersystem, welches die Transistoren (?, bis Q₃ gemäß F i g. 1 enthält.

Bei einer Ausführungsform nach Fig. 3 sind anstelle eines einzigen Widerstandes Re nach F i g. 1 zwischen der Basis des Transistors Qz und Masse zwei in Reihe geschaltete Widerstände Ri und /?io vorhanden. Ein anderer Widerstand Rn liegt zwischen der Basis des Verstärkungsregeltransistors (?i und dem Punkt der Basisschaltung, zwischen den Widerständen R? und /?i₀.

In den F i g. 2 und 3 kennzeichnet die Bezeichnung V₂ die Basisspannung des Transistors Q\ und in F i g. 4 sind die Spannungskennlinien der Kollektor-Emitterspannung V(Y des Transistors Q\ als Funktion der Basisspannung V₂ gezeigt. Die gerade Linie 11 stellt die Beziehung zwischen der Spannung Vce und der Spannung V₂ in F i g. 3 dar und die gerade Linie 10 gibt die Beziehung zwischen der Spannung Vce und der Spannung V₂ bei einer bekannten Schaltung ohne die erfindungsgemäßen Merkmale wieder.

In F i g. 2 ist das Verstärkungsregelsignal Vf-der Basis des Verstärkungsregeltransistors Q\ zugeführt und die Empfindlichkeit der Verstärkungsregelfunktion wird wie folgt angegeben:

S =

f> A

ΛΑ

wobei:

A die Verstärkung der Schaltung ist;
V₂ die Basisspannung des Transistors Q\ angibt und
Vce die Kollektor-Emitterspannung des Transistors Q_t ist

AA

In der Gleichung (5) hat —-^— einen konstanten

Wert, der bestimmt wird vom Transistor Q₁, so daß die Gleichung (5) sich wie folgt ändert:

wobei K eine Konstante ist und

-Tr,—entspricht.
^rt "ce

i<> Aus der Gleichung (6) ist verständlich, daß die Empfindlichkeit der Verstärkungsreglerfunktion der Schaltung, welche durch das Verhältnis der Zunahme von A zu der Zunahme von Vrczum Ausdruck gebracht wird, bestimmt wird durch das Verhältnis der Zunahme

r> von Vce zu der Zunahme von V₂, weil die Basisspannung V₂ gleich der Verstärkungsreglerspannung Vcrist.

In der Schaltung gemäß der Fig. 2 wird die Gleichspannung an der Kollektorelektrode des Transistors Qu welche die Bezugsspannung darstellt, in bezug auf die Basisspannung konstant gehalten, wenn die Gleichspannung der Basiselektrode verändert wird. Auf diese Weise kann die Spannungskennlinie der Spannung Vce zwischen den Kollektor- und Emitterelektroden des Verstärkungsreglertransistors Q₁ in bezug auf die

2ί Basisspannung V₂ desselben Transistors als gerade Linie 10 in Fig. 4 gezeichnet werden, denn die Gleichspannung an der Emitterelektrode verändert sich linear bezüglich der Gleichspannung an der Basiselektrode, wenn die Gleichspannung an der Kollektorelektrode

so konstant gehalten wird.

Die Empfindlichkeit S der Verstärkungsreglerfunktion der Schaltung in Fig.2, welche entsprechend der Gleichung (6) bestimmt wird, wird relativ hoch im Vergleich zu der Empfindlichkeit der Verstärkungsreg-

jj lerfunktion gemäß der Anordnung nach F i g. 3. Wenn die Empfindlichkeit 5 der Verstärkungsreglerfunktion hoch ist, muß der Bereich der Regelsignalspannung V_c beschränkt werden auf eine begrenzte Anzahl von Werten, um einen gewünschten Bereich für die Verstärkung der Schaltung zu erhalten. Eine solche Beschränkung des Bereiches der Steuerspannung ist oft unerwünscht, insbesondere wenn die Verstärkung eines anderen Verstärkersystems 6 durch das gleiche Signal Vc in einem unterschiedlichen Verstärkungsbereich gesteuert werden muß, wie dies vorkommt, wenn eine verzögerte automatische Verstärkungsregelung ausgeführt wird.

Die Empfindlichkeit S der Verstärkungsreglerfunktion der Schaltung gemäß Fig.3 ist verringert, um die

so Beschränkung des Steuersignales V_c weniger notwendig zu machen. In F i g. 3 bilden die Widerstände Rt, R₉ und Λιο einen Spannungsteiler parallel zur Netzanschlußspannung Vce zwischen der Anschlußleitung 1 und Masse. Die Widerstände Rg und Rw treten im wesentlichen anstelle des Widerstandes Ra in der Schaltung gemäß Fig.2 und der Punkt der Basisschaltung zwischen den Widerständen R₉ und Äio ist mit der Regelspannung V_c über einen Widerstand A_n verbunden. Ein Teil der Regelspannung V_c liegt an der Basis des Transistors Q₃ an.

Bei Analysierung der Funktion der Schaltung nach Fig.3 darf zuerst angenommen werden, daß die Verstärkungsreglerspannung V_c entfällt und daß die Basisströme der Transistoren Q₁ und Q₃ vernachlässigt

werden können. Dann gelten folgende Gleichungen:

V₁ =

Rg +

K₉ +

"cc,

R₁ + Ri) + R]₀

wobei Ki und V2 Gleichspannungen an den Basiselektroden der Transistoren Qi bzw. Q] sind, wenn die Regelspannung V₁ entfällt.

Wenn die Werte der Komponenten der Schaltung gemäß F i g. 3 berechnet werden, sind die Basisspannungen Vi und V₂ der Transistoren Qi und Q] (wenn die Regelspannung Vi entfällt) zuerst so gewählt, daß die Verstärkung der Schaltung maximal ist und die Widerstandswerte der Widerstände Ri, R? und /?m entsprechend den Gleichungen (7) und (8) bestimmt sind.

Der Wert der Verstärkungsreglersignalspannung Vc ist größer gewählt als die Basisspannung V₂ gemäß der Gleichung (8) und liegt nicht nur an der Basis des Transistors Q\, sondern auch an der Basis des Transistors Qi an. Deshalb wird, wenn die Verstärkungsreglerspannung Vc angeschaltet wird, die Basisspannung des Transistors Q] im Vergleich zur Spannung V2 und ausgedrückt in der Gleichung (8), vergrößert. Die Basisspannung des Transistors Qi ist auch im Vergleich zur Spannung Vi, ausgedrückt in der Gleichung (7), vergrößert. Als Ergebnis wird die Kollektorspannung des Transistors ζ>ι, welche die Bezugsspannung ist, bezüglich der Basisspannung desselben Transistors ebenfalls vergrößert. Dementsprechend wird die Empfindlichkeit S der Verstärkungsreglerfunktion der Schaltung im Vergleich zur Schaltung gemäß F i g. 2 verringert, da die Kollektorspannung Vcdes Transistors Q] durch die Verstärkungsreglerspannung in der gleichen Richtung verändert ist als die der Basisspannung desselben Transistors.

Die Funktion der Schaltung gemäß F i g. 3, wenn die Verstärkungsreglerspannung Vcangeschaltet wird, wird

10

durch nachfolgende Gleichungen besser verständlich. Wenn das Verstärkungsreglersignal Vc angeschaltet wird und die Basisströme der Transistoren Q] und Qi vernachlässigt werden, gelten folgende Gleichungen:

V₂ =

υ («10+

V] = V₁-C- hK-,, (10)

Vcc = h (K₁ + R9 + «10) + U K₁₀ , (II)

wobei V2 und Vi die Gleichspannungen an den Basiselektroden der Transistoren Qi bzw. Q₁ sind; /3 ist ein Strom, der durch die Widerstände R? und R₉ fließt und /4 ist der Strom, der durch den Widerstand R₁ 1 fließt. Der Strom /3 kann aus den Gleichungen (9) und (11) wie folgt bestimmt werden:

¹ (R₁ + R₉) R₁₀

(R₇ + /?,+ R₁₀) R₁₁

Wenn die Spannung Vu- zwischen der Basis und den Emitterelektroden des Transistors Q] gleich der des Transistors Q3 ist und der Spannungsabfall V₁/ am 2') Widerstand R>, konstant gehalten wird, kann die Spannung Vc/; zwischen den Kollektor- und Emitterelektrode des Transistors Q] wie folgt ausgedrückt werden:

: = V_x-V₂- V₁₁ .

Durch Einsetzen der Gleichung (10) in die Gleichung

(13) ergibt sich:

V_n. = (Vcc- hRi)- V₂-V,. (14)

r> Durch Einsetzen der Gleichung (12) in die Gleichung

(14) ergibt sich:

"rcJR

u) - K₂R₁₀

Jm ■■ "in '-J "]<L -R _ V — V

^cc (R₇ + Rc) R₁₀ + (R₇ + R₉ + R₁₀) R₁₁ ^{7 2} ' '

Das Verhältnis zwischen der Zunahme der Spannung desselben Transistors ist, wird durch Differenzierung Vor des Transistors Q] und der Verstärkungsreglersi- von Vct bezüglich V₂ in der Gleichung (15) wie folgt gnalspannung Vc, welche gleich der Basisspannung V2 erhalten:

Λ V₁-

ΛV₂ (R₇"+ R₉) R₁₀ + "(Pi; + R₉ + R₁₀) R₁,

Die Gleichung (16) wird, wenn der Widerstand
unendlich ist, reduziert auf:

= -1

(17)

Der Widerstand Ri 1 ist in der Schaltung gemäß F i g. 2 nicht verwendet, so daß die Gleichung (17) bei dieser Schaltung ausreicht Deshalb ist die Empfindlichkeit 5 der Verstärkungsreglerfunktion in F i g. 2 hoch.

Der Widerstandswert des Widerstandes Rn ist in der Schaltung nach F i g. 3 aber endlich, so daß in diesem Falle die Gleichung (17) nicht ausreicht Als Ergebnis ist die Beziehung zwischen den Spannungen V_Ce und V₂ entsprechend der geraden Linie 11 in Fig.4 und die Veränderung der Spannung Vce relativ zur Veränderung der Spannung V₂ geringer als in der Schaltung gemäß F i g. 2. Demzufolge ist die Empfindlichkeit Sder Verstärkungsregelfunktion in F i g. 3, in bezug auf die in F i e. 2 reduziert

Die Widerstandswerte R7, Rt, Rio und Rn können so gewählt werden, daß beispielsweise folgende Gleichung erfüllt wird:

(R₇ + R₉) R₁₀ + (R₇ + R₉ + R₁₀) R₁₁

Wenn diese Gleichung (18) in die Gleichung (16) eingesetzt wird, liefert dies:

J 2 '

Aus den Gleichungen (6), (18) und (19) ist ersichtlich, daß die Empfindlichkeit der Verstärkungsreglerfunktion der Schaltung nach F i g. 3 den halben Wert, derjenigen gemäß F i g. 2 hat, wenn die Widerstandswerte R₇, R₉, Rio und An so gewählt werden, daß die Gleichung (18) erfüllt wird.

Wenn die Empfindlichkeit 5 der Verstärkungsreglerfunktion gewählt ist, kann der Bereich der Regelsignalspannung Vc vergrößert werden, um zu ermöglichen, daß die Verstärkung eines anderen Verstärkersystems in einem anderen Verstärkungsbereich gesteuert wird, > wie dies beispielsweise bei einer verzögerten automatischen Verstärkerregelung gefordert wird.

Die Fig.5 zeigt eine Schaltung entsprechend der Fig. 3, aber mit einem zweiten Satz Bauelemente zur Bildung eines mehrstufigen Verstärkers. In F i g. 5 gibt die Signalspannungsquelle 4 hohe Frequenzsignale ab, wie beispielsweise Zwischenfrequenzsignale eines Fernsehempfängers, an die Basiselektrode des Transistors Qi ab. Die Schaltungsanordnung enthält ein Paar verstärkungsgeregelter Verstärker 12 und 13, welche in Kaskade geschaltet sind und wobei jeder grundsätzlich gleich der Schaltung gemäß F i g. 1 ist.

Der erste Verstärker 12 enthält die Transistoren CV Q2 und Qi und als abgestimmte Belastungsimpedanz 5 einen Oszillatorschwingkreis. Der andere verstärkungsgeregelte Verstärker 13 enthält die Transistoren CV, Qi und Qj' sowie Belastungsimpedanz 5. Der Ausgang 3 des ersten Verstärkers 12 ist über den Kopplungskondensator Ca mit dem Eingang 14 des Verstärkers 13 verbunden. Ein Spannungsteiler, bestehend aus den i^ri Widerständen Rj, Ruund Rn ist zwischen dem Anschluß der Versorgungsspannung und Masse geschaltet. Ein Punkt zwischen den Widerständen R₁, Ru ist mit der Basiselektrode des Transistors Qt im Verstärker 12 verbunden und sin anderer Punkt nämlich zwischen den so Widerständen Rn und Ra, ist mit der Basis des Transistors Qi im Verstärker 13 verbunden. In diesem speziellen Falle haben beide Transistoren Qi und CV unterschiedlich hohe Basisvorspannung.

Eine automatische Verstärkungsreglerschaltung 20 ist j j mit der Basis der beiden Verstärkungsregeltransistoren Q\ und Qi' in dem Verstärker 12 bzw. 13 verbunden. Die verstärkergesteuerten Ausgangssignale werden über den Ausgang 3' des Verstärkers 13 erhalten und sind an einem Emitterfolgertransistor Qa angeschaltet. Dieser 4» Transistor hat eine Emitterlast Ria und ist mit dem Ausgang 15 verbunden, welcher den Ausgang für die gesamte Schaltung bildet.

Ein Punkt, der bezüglich der Schaltung in F i g. 5 besonders vermerkt werden muß, ist der, daß die 4> Spannungen an den Kollektorelektroden der verstärkungsgeregelten Transistoren Qi und Q\', welche jeweils die Bezugsspannung bezüglich der Verstärkungsregelsignale zugeführt zu ihren Basiselektroden darstellen, jeweils unterschiedlich sind. Eine verzögerte w automatische Verstärkerregelungsfunktion wird auf diese Weise durchgeführt, obwohl die automatischen Verstärkungsregelungssignale des Stromkreises 20 gemeinsam an den Basiselektroden der beiden Verstärkungsregeltransistoren Qi und Qi' angeschaltet sind. Diese verzögerte automatische Verstärkungsregelungsfunktion wird nachfolgend genauer erläutert.

Als Folge der Tatsache, daß die Basiselektroden der Transistoren Qi und Qi mit verschiedenen Punkten an dem Spannungsteiler, gebildet durch die Widerstände e>o /?7, Rn und Rn verbunden sind, sind die Gleichspannungen an den Basiselektroden der Transistoren Qt und CV unterschiedlich voneinander. Wenn die Gleichspannung Vbc zwischen der Basis und den Emitterelektroden des Transistors Qj gleich der am Transistor Qj' ist und wenn b^r; die Gleichspannungsabnahme am Widerstand Rt gleich der Abnahme am Transistor R_b' ist, ist die Gleichspannung der Kollektorelektrode des Transistors Qi unterschiedlich von der und höher als die an der Kollektorelektrode des Transistors Qi' durch die Gleichspannungsabnahmemenge am Widerstand Rn.

Jede der Gleichspannungen an den Kollektoren der Transistoren Qi und CV ist eine Bezugsspannung bezüglich der entsprechenden Verstärkungsreglersignale, welche der Basiselektrode dieser Transistoren zugeführt werden, so daß diese Schaltung folgende Eigenschaften erhält.

(1) Wenn der Verstärkungsreglersignal des Kreises 20 in einem niederen Bereich oder auf einem niederen Pegel ist, wird nur die Verstärkung des Verstärkers 13 und nicht die des Verstärkers 12 geregelt. Dies deshalb, weil die Koüektorspannung des Transistors CV niedriger gewählt ist als die des Transistors Qi und nur die Spannung zwischen der Basis und den Kollektorelektroden des Transistors CV in einem Bereich liegt, in dem die äquivalente Impedanz Zu- dieses Kreises geregelt wird. Die Spannung zwischen der Basis und den Kollektorelektrodeii des Transistors Qi ist nicht in einem Bereich, in dem die äquivalente Impedanz Z_tx dieses Transistors gesteuert wird.

(2) Wenn das Verstärkungsreglersignal der Schaltung in einem höheren Bereich oder auf einem höheren Pegel ist, werden die Verstärkungen beider Verstärker 12 und 13 gesteuert, da die Spannung zwischen den Basiskollektorelektroden der entsprechenden Transistoren Q₁ und CV in einem Bereich liegt, in dem die äquivalente Impedanz Zt_x- der entsprechenden Transistoren gesteuertwird.

(3) Wenn das Verstärkungsreglersignal der Schaltung 20 noch höher ist, wird nur die Verstärkung des Verstärkers 12 geregelt, da in diesem Bereich des Verstärkungsregelsignales die Spannung zwischen der Basis und den Kollektorelektroden des Transistors Q\ einen solchen Wert erreicht hat, daß die maximale Dämpfung oder minimale Verstärkung des Verstärkers 13 erreicht wird, und zwar entsprechend der Gleichung (4)·

(4) Wenn das Verstärkungsregelsignal der Schaltung 20 in einem noch höheren Bereich liegt, ist keine der beiden Verstärkungen der Verstärker 12 und 13 geregelt, da in diesem Bereich des Verstärkungsreglersignales die Spannungen zwischen der Basis und den Kollektorelektroden der Transistoren Qi und CV derart sind, daß die maximale Dämpfung oder minimale Verstärkung der Verstärker entsprechend der Gleichung (4) erreicht werden.

Aus den vorstehenden Eigenschaften der Schaltung ist zu verstehen, daß eine verzögerte automatische Verstärkungsregelung in der Schaltung nach F i g. 5 erreicht wird, wobei die automatische Verstärkungsregelung für den Verstärker 12 der vorhergehenden Stufe verzögert bezüglich der des Verstärkers 13 der nachfolgenden Stufe ist Es kann auch festgestellt werden, daß die Schaltungsanordnung, die notwendig ist, um die Verzögerung der automatischen Verstärkungsregelungsfunktion zu erhalten, sehr einfach ist, da nur die die Spannung teilenden Widerstände Rj, Rn und Ru verwendet sind und die automatischen Verstärkungsregelungssignale von dem Kreis 20 gemeinsam der Basis der Transistoren Qi und Q₁' zugeführt werden können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verstärkungsreglerschaltung mit einem Transistor als konstanter Stromquelle, der einen mit einer Eingangssignalquelle verbundenen Basis-Emitter-Eingangskreis und einen Emitter-Kollektor-Ausgangskreis hat, und mit einem Verstärkungsregeltransistor, der eine mit einer Spannungsquelle für die Verstärkungsregelung verbundene Basiselektrode, eine in Reihe mit dem Ausgangskreis des als m konstante Stromquelle vorgesehenen Transistors verbundene Emitterelektrode und eine Kollektorelektrode hat, die über einen parallel abgestimmten Kreis als Belastungsimpedanz mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden ist, so daß aus dieser Schaltung zwischen der Belastungsimpedanz und dem Verstärkungsregeltransistor ein A»isgangssignal zu erhalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode des Verstärkungsregeltransistors (Qi, Q'i) mit dem parallel abgestimmten Kreis (5, 5') über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Verstärkertransistors (Qj, Q 3) verbunden ist, der mit einem Vorspannungskreis (Rj und R»; Ä7, /?9 und Rto; Ri, R\2 und Rn) verbunden ist, mit dem eine Vorspannung für die Basiselektrode dieses Verstärkertransistors (Qi, Q 3) bereitgestellt ist.

2. Verstärkungsreglerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche zweite Impedanz (Rb, Rb) mit wenigstens einem ohmschen Anteil, die in Reihe zwischen dem Emitter des jo Verstärkertransistors (Q₃, Q\) und dem Kollektor des Verstärkungsregeltransistors (Qu Q'\) liegt.

3. Verstärkungsreglerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Verbindung (R% Rw) der Spannungsquelle (Vc) für die Verstärkungs- r> regelung mit der Basis des Verstärkertransistors