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Schaltungsanordnung zur Signalbeeinflussung, insbesondere Lautstärke
einstellung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Signalbeeinflussung,
insbesondere zur Lautstärkeeinstellung durch Stromverteilungssteuerung mit einem
oder zwei kreuzgekoppelten Transistor-Differenzverstärkern, in deren gemeinsamen
Emitter-Zuleitungen als Stromgeneratoren wirkende Transistoren liegen, von denen
einem das zu beeinflussende Signal zugeführt wird.
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Solche Schaltungsanordnungen sind bekannt (US-PS 3 684 974); sie zeichnen
sich durch eine gute Signalverträglichkeit, einen hohen Stellbereich und eine gute
Isolation zwischen der steuernden Größe und dem zu beeinflussenden Signal aus.
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Ein Nachteil, der sich besonders dann unangenehm auswirkt, wenn die
Schaltungsanordnung zur Lautstärkeeinstellung dient, ist jedoch darin zu sehen,
daß das beeinflußte" d.h. abgeschwächte Signal einen hohen Klirrfaktor aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das beeinflußte Signal einen niedrigen
Klirrfaktor aufweist und die leicht als monolithische, integrierte Schaltung ausgebildet
werden kann.
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Diese Aufgabe wir erfinaunCsgenäß dadurch gelöst, daß der Wert des
durch die Stromgeneratoren erzeugten Stromes I, der Modulationsgrad m des genannten
Stromes I und die Emitter-Bahnwiderstände r ee der Transistoren der Differenzverstärker
so klein gewählt sind, daß das Produkt aus diesen Größen m .1 . ree Uee sehr klein
gegenüber der dem oder den Differenzverstärker(n) zugeführten, die Stromverteilung
steuernden Spanrnrng hUBE oder der Temperaturspannung UT ist.
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bie Temperaturspannung UT ergibt sich bekanntlich aus k . T/q, dabei
ist k die Boltzmann-Konstante, T die absolute Temperatur und q die Elementarladung.
In Weiterbildung der Erfindung wird eine weitere Herabsetzung von Verserrungen des
Ausgangssignals erreicht, wenn zwischen die Transistòren des oder der Differenzverstärker
und ihren*Arbeitswiderständen Entkopplungstransistoren eingeschaltet sind, die eine
Rückwirkung der Signalspannung auf die Stromverteilung unterdrücken.
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Wird die Schaltungsanordnung als monolithische, integrierte Schaltungsanordnung
ausgebildet, so ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die aktive Emitter-Kantenlänge
der Transistoren der Differenzverstärker größer als 100 ßm. Vorzugsweise beträgt
diese Emitter-Kantenlänge 400 pm.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Schaltungsanordnung zeichnet sich
insbesondere dadurch aus, daß der Klirrfaktor des beeinflußten Signals kleiher als
0,5 O/o ist. Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einem
Differenzverstärker, Fig. 2 eine entsprechende Schaltungsanordnung mit zwei Diff?renzverstärkern
und
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 mit zusätzlichen
Entkcpplungstransistoren.
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Eine in ihrer Konfiguration dem Stand der Technik entsprechende Schaltungsanordnung
zur Signalbeeinflussung durch Stromverteilungssteuerung mit einem Differenzverstärker
ist in Fig. 1 dargestellt.
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Der Strom I des Stromgenerators T3 fließt, abhängig von der Steuerspannung
HAUBE an den Basen des Differenzverstärkers teils durch den Transistor T1 und den
Widerstand R1 und teils durch den Transistor T2 und den Widerstand R2 des Differenzverstärkers.
Wird der Strom I durch ein Eingangssignal UIN moduliert und das Signal U0uT an R2
abgenommen, so kann mit einem relativ kleinen Steuerspannungshub HAUBE die Verstärkung,
V = UOUT/UIN im Bereich von Vmax # R2/R3 und Vmin FY 0 variiert werden. Bei dieser
Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist es nachteilig, daß sich der Gleichspannungsabfall
an R2 proportional mit der Verstärkung ändert. Man verwendet daher vor--zugsweise
eine in ihrer Konfiguration ebenfalls dem Stand der Technik entsprechende Schaltungsanordnung
mit zwei Differenzverstärkern, deren Kollektoren kreuzgekoppelt sind. Eine solche
Schaltungsanordnung ist in Fig. 2 dargestellt.
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Haben in dieser Schaltungsanordnung die Transistoren T1, T2, T4 und
T5 gleiche Eigenschaften und sind die Ströme durch T3 und T6 gleich groß, so ist
die Stromsumme durch R2 (und R1) von bUBE unabhängig.
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bUBE bestimmt, ob der Arbeitswiderstand R2 stärker vom Signalstrom
aus T3 oder vom Gleichstrom aus T6 durchflossen wird.
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yun { Es zeigt sich, daß bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten
Schaltungsanordnungen bei starker Abschwächung des zu beein-,flussenden Signals
UIN im beeinflußten Signal U0UT ein starker Klirrfaktor auftritt. Dies ist insbesondere
dann nachteilig, wenn die Schaltungsanordnung. zur Lautstärkeeinstellung verwendet
wird.
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Ein geringer Klnrrfaktn1, insbesondere bei großer Signalabschwächung,
wird dadurch erreicht, daß bei den beschriebenen Schaltungsanordnungen der Wert
des durch die Stromgeneratoren T3 bzw T3 und T6 erzeugten Stromes I, der Modulationsgrad
m dieses Stromes I und die Emitter-Bahnwiderstände ree der Transistoren T1 und T2
bzw. T1, T2 und T4, T5 der Differenzverstärker so klein gewählt sind, daß das Produkt
dieser Größen bUee = m . I . ree sehr klein gegenüber der das Signal beeinflussenden
Steuerspannung SUBE und /oder der Temperaturspannung UT = k . T/q ist.
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Wichtig für diese Bemessung der Schaltungsanordnung ist insbesondere
die Größe der Emitter-Bahnwiderstände. Wird die Schaltungsanordnung als monolithische,
integrierte Schaltung ausgebildet, so werden, um niedrige Emitter-Bahnwiderstände
und damit einen niedrigen Klirrfaktor zu erreichen, die aktiven Emitterkantenlängen
der Transistoren der Differenzverstärker größer als 100 µm gewählt. Vorzugsweise
beträgt die Emitterkantenlänge 400 Um.
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Die mit der erfindungsgemäßen Bemessungsregel erreichbare Verringerung
des Klirrfaktors durch Wahl hinreichend niedriger Werte für den Modulationsgrad,
die Emitter-Bahnwiderstände und den durch die Stromgeneratoren erzeugten Strom ergibt
sich aus der folgenden Tabelle: I m 1E k2 (nie) (>m) (%) 2 0,5 20 3,5 :.. 5 1
0,5 20 2 ... 3 0,35 0,4 20 1,2 1,8 0,35 0,4 400 0,3 ... 0,5 Diese Tabelle zeigt
den Klirrfaktor k2 einer Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ohne Widerstand R1 in Abhängigkeit
vom Strom I des Stromgenerators T2,
den Modulationsgred m des Stromgecerators
und der aktiven Emitterkantenlänge 1E der Transistoren T1 und T2 des Differenzverstärkers.
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Wie die letzte Zeile dieser Tabelle zeigt, läßt sich mit einem Strom
vOn 0,35 mA ein Modulationsgrad von 0,4 und einer aktiven Emitterkantenlänge von
400 Am ein Klirrfaktor k2 unter 0,5 erreichen.
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In den beiden, in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schaltungsanordnungen
ist der aus Symmetriegründen eingezeichnete Widerstand R1 nicht erforderlich, wenn
das Signal nur an R2 abgenommen wird. Ist R1 vorhanden, so kann bei kleinem Signal
am Ausgangswiderstand R2 das große Wechselspannungssignal über R1 durch Rückwirkung
auf die Transistoren T1 und T4 die Stromverteilung beeinflussen und harmonische
Verzerrungen im Ausgangssignal verursachen.
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Fig. 3 zeigt nun eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach Fig.
1, bei der die Spannungsrückwirkung der Signalspannung über R1 (bzw. R2) auf die
Stromverteilung durch besondere Entkopplungstransistoren T7 und T8 vermieden ist.
Die beiden Transistoren T7 und T8 werden durch eine feste Spannung aus einem Basis-Spannungsteiler
(R5, R6) mit Basisspannung versorgt.
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Entsprechende Entkopplungstransistoren lassen sich selbstverständlich
auch in die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 einfügen.
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Sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 2 sind die Stellen, an denen Entkopplungstransistoren
eingefügt werden können, durch Kreuze markiert.
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Patentansprüche: