DE2404331C3

DE2404331C3 - Schaltungsanordnung zur elektronischen Verstärkungseinstellung

Info

Publication number: DE2404331C3
Application number: DE19742404331
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-lng 2081 Hasloh Bockelmann
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Filing date: 1974-01-30
Publication date: 1978-02-09

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff, wie sie im wesentlichen aus der DE-OS 20 60 192 bekannt ist. Dabei sind zwei über Kreuz gekoppelte Transistor-Differenzverstärker vorgesehen, wobei in den Emitterzuleitungen Transistoren angeordnet sind, von denen dem einen das Eingangssignal und eine Gleichspannung und dem anderen nur diese Gleichspannung zugeführt wird. Die Verstärkung kann dabei durch Änderung der Vorspannung der Differenzverstärker-Transistoren geändert werden.

In der Praxis hat diese Schaltung verschiedene Nachteile.

Das Eigenrauschen ist verhältnismäßig hoch und macht sich insbesondere dann störend bemerkbar, wenn die Verstärkung sehr gering und das Ausgangssignal mithin klein ist. Bei großen Amplituden des Eingangssignals treten verhältnismäßig starke Verzerrungen auf.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltung besteht darin, daß bei gegebener Batteriespannung und gegebener maximaler Verstärkung, die dem Verhältnis des Widerstandes in der Kollektorleitung zum Widerstand in der Emitterzuleitung des Differenzverstärkers entspricht, die maximale Eingangsamplitude festgelegt ist. Dies liegt daran, daß nicht nur der Signalanteil der an der Basis des Transistors in der gemeinsamen S EmitterTuleitung liegenden Spannung verstärkt wird, sondern auch der GleichspannungsanteiL Der Gleichspannungsanteil muß dabei mehrfach größer sein als die maximale Signalamplitude, damit Verzerrungen vermieden werden, z.B. um den Faktor Z5. und die

ίο Versorgungsgleichspannung muß größer sein als die Summe der Spannungsabfälle am Kollektorwiderstand und am Emitterwiderstand. Deshalb ist bei gegebener Batteriespannung und gegebener maximaler Verstärkung die maximal zu verarbeitende Signalamplitude verhältnismäßig niedrig; ebenso ist bei gegebener Versorgungsspannung und bei gegebener maximal zu verarbeitender Signaleingangsspannung die größtmögliche Verstärkung auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert festgelegt

ίο Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Verstärkungseinstellung zu schaffen, die einerseits bei großem Eingangssignal nur geringe Verzerrungen hervorruft und nur ein geringes Eigenrauschen aufweist, insbeson dere bei stark herabgesetzter Verstärkung, und die andererseits eine verhältnismäßig hohe maximale Verstärkung aufweist

Ausgehend von einer Schaltungsanordnung zur elektronischen Verstärkungseinstellung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die in Anspruch 2 angegebene Weiterbildung der Erfindung ist besonders für den Aufbau in integrierter Schaltungstechnik geeignet und verhindert, daß bei großem Eingangssignal und herabgesetzter Verstärkung — bei gegebener Batteriespannung — eine Obersteuerung des Stellgliedes auftritt. Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Schaltung enthält zwei Transistor-Differenzverstärker, d. h. zwei Transistorpaare T₃, T\ und T*, T₂, deren Emitter jeweils miteinander verbunden sind. In der gemeinsamen Emitterzuleitung der Transistoren T₃ und Ti ist die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T₅ mit einem Emitterwiderstand R₀ eingeschaltet; ebenso ist in die gemeinsame Emitterzuleitung der Transistoren T₄ und T₂ die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors Ts mit einem Emitterwiderstand Rd, der dieselbe Größe hat wie der Widerstand Ro, eingeschaltet. Die Basen der Transistoren T₃ und T₂ sowie der Transistoren Γι und Ti sind jeweils direkt miteinander verbunden. Die Kollektoren der Transisto ren T₃ und Ti sind miteinander verbunden und über einen Widerstand R an den positiven Pol der Versorgungsspannung angeschlossen (alle Transistoren sind vom npn-Typ). Insoweit ist die beschriebene Schaltung bekannt. Die Verstärkungen der beiden Verstärker sind durch die zwischen der Basis des Transistors T₃ (und T₂) einerseits und der Basis des Transistors Ti (und Ti) andererseits angelegte Steuerspannung Us, bestimmt und mit dieser gegensinnig veränderbar.

Die Spannung am gemeinsamen Kollektorwiderstand R wird durch einen Verstärker Kmit hoher Verstärkung und niedrigem Ausgangswiderstand verstärkt. Der Ausgang O des Verstärkers V kann als gemeinsamer

Ausgang zweier Verstärker (Ts, Tj, V einerseits und 7e, Ta, V andererseits) aufgefaßt werden. Als Eingänge dieser Verstärker dienen dabei die Klemmen Ei (Basis des Transistors 7s) bzw. E₂ (Basis des Transistors Ts).

Die in ihrer Amplitude zu beeinflussende Signalwechselspannung U_1n wird der Schaltung an der Klemme K zugeführt, die über einen ohmschen Widerstand Ri mit dem Eingang £i, d. h. mit der Basis des Transistors Ts, verbunden isL Der andere Eingang E₂ ist direkt mit dem gemeinsamen Ausgang O verbunden und über einen ohmschen Widerstand R₂ mit dem anderen Eingang £Ί.

Die Schaltung wirkt folgendermaßen:

Wenn die Spannung an der Basis des Transistors 7"₃ genügend positiv gegenüber der Spannung an der Basis des Transistors 7i ist, ist der Transistor T3 leitend und der Transistor 7"₄ gesperrt Die Schaltung wirkt dann so, als ob der Kollektor des Transistors T₄ gar nicht mit dem Widerstand R verbunden wäre und das über Ri dem Eingang E\ zugeführte Signal wird über Ts unr*. Ti sowie dem Verstärker V verstärkt und von dessen Ausgang über den Widerstand A₂ gegengekoppelt. Ist die Verstärkung des Verstärkers V multipliziert mit dem Verhältnis R/Ro genügend groß, dann ergibt sich in diesem Fall für die Verstärkung

V= -U_nJUm = R₂I Ri. ^2S

Wenn nun das Basispotential der Transistoren T und 7*4 im Vergleich zum Basispotential der Transitoren 7*₃ und 7*2 negativ gemacht wird, nimmt der Signalstrom vom Transistor 7i zu und der Signalstrom vom Transistor 7j ab. Die Ausgangswechselspannung des Verstärkers V ist die Steuerspannung für den zweiten Verstärkereingang E₂. Der Signalwechselstrom über 7*₄ ist wegen der Phasendrehung im Verstärkerzug gegenphasig zum Signalwechselstrom über Ty. Er kompensiert diesen daher bis auf einen Wert, der um so kleiner ist, je größer die Verstärkung des Verstärkers V ist. Bei dieser Einstellung der Schaltungsanordnung, d. h., wenn U_st eine solche Polarität und eine solche Größe hat, daß der Strom des Transistors 7"₅ im wesentlichen über 71 und der Strom des Transistors 7*6 im wesentlichen über 7*₄ fließt, ist die Gegenkopplung sehr groß. Infolgedessen wird das Eigenrauschen der Schaltung, das besonders bei dieser Einstellung stören würde, weil dann die Ausgangsamplitude besonders klein ist, stark herabgesetzt Ebenso werden die Verzerrungen durch die Gegenkopplung vermindert.

Die maximale Verstärkung der Schaltung, die durch den Quotienten R₂ZRi bestimmt ist, kann wesentlich größer sein als bei der eingangs erwähnten bekannten Schaltung, ohne daß bei großen Eingangssignalen Verzerrungen hervorgerufen werden. Die Verzerrungen hängen nämlich nur von dem Verhältnis der Gleichspannung zur Signalwechselspannung an der Basis von Ts ab, und dieses Verhältnis kann genügend groß gemacht werden, da — anders als bei der eingangs erwähnten bekannten Schaltung — der Widerstand R, der für die Gesamtverstärkung keine Bedeutung hat, grundsätzlich beliebig klein gemacht werden kann. Es lassen sich so z. B. Eingangssignale mit einer Amplitude bis zu 2 V bei einer maximalen Verstärkung von 10 und bei einer Batteriespannung von 10 V verzerrungsfrei verarbeiten.

Da der Verstärker V galvanisch an die Kollektoren der Transistoren 7*3 und T₄ angeschlossen ist, ist eine gesonderte Gleichstromeinstellung für die Transistoren 7*5 und Τβ überflüssig, wenn der Verstärker V als Gleichstromverstärker ausgebildet ist. Dadurch wird erzwungen, daß die Gleichströme in den Transistoren Ts und 7i einander gleich sind. Das wiederum hat zur Folge, daß bei einer Änderung der Steuerspannung U_a der Gleichstrompegel am Ausgang O nicht verändert wird. Infolge der starken Gleichstromgegenkopplung sind die Gleichstromarbeitspunkte gegen Temperatur- und Betriebsspannungsschwankungen stabilisiert.

Die Schaltung kann, wie gestrichelt durch den Block /C angedeutet, in integrierter Schaltungstechnik ausgeführt sein, wobei die Widerstände /?_t und R₂ außen zugeschaltet werden.

Ein weiterer Vorteil der Schaltung besteht darin, daß die Verstärkung in einem weiten Bereich (mehr als 90 dB) proportional zum Logarithmus der Steuerspannung Us, änderbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur elektronischen Verstärkungseinstellung, insbesondere elektronischer Lautstärkeeinsteller, mit zwei Verstärkern mit gemeinsamem Ausgang, deren Verstärker durch eine Steuerspannung gegensinnig zueinander änderbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Der Eingang (Ei) des einen Verstärkers (T₅, T₃, V) ist aber einen ohmschen Widerstand (Ri) mit der Signalquelle (K) verbunden.

b) Die Eingänge (E\, E₂) beider Verstärker (T₅, T₃, V bzw. Te, T4, V) sind über einen weiteren ohmschen Widerstand (R₂) miteinander verbunden.

c) Der gemeinsame Ausgang (O) ist auf den Eingang (E₂) des anderen Verstärkers (T₆, Tt, V) gegengekoppelt

Z Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verstärker Transistor-Differenzverstärkerstufen (T₃, T_x bzw. Ti, T₂) enthalten, deren Kollektoren und Basen über Kreuz miteinander verbunden sind, in deren Emitterzuleitungen die Kollektor-Emitter-Strecken von Transistoren (T₅, Ti) vorgesehen sind, deren Basen als Verstärkereingang (E\, E₂) dienen.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorspannung der einen Hälfte der Differenzverstärkertransistoren (T₃, T₁) einem Verstärker (V) mit hoher Verstärkung zugeführt wird, durch den das Signal keine Phasendrehung erfährt und dessen Ausgang (O) als gemeinsamer Ausgang dient.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (V) mit hoher Verstärkung einen niederohmigen Ausgangswiderstand hat und daß sein Ausgang (O) direkt mit der Basis des Transistors (Ti) in der Emitterzuleiiung des einen Differenzverstärkers (Tb, Ti, V) bzw. dem Eingang (E₂) des anderen Verstärkers verbunden ist.