DE2448446A1 - Geraeuscharmer breitband-vorverstaerker fuer tonfrequenzeinrichtungen mit hoher verstaerkungsaenderung, insbesondere zur automatischen pegelregelung - Google Patents

Description

• GERÄUSCHARMER BREITBAND-VORVERSTÄRKER FÜR TONFRE-QUENZEINIRICHTUNGEN MIT HOHER VERSTÄRKUNGSÄNDERUNG, INSBESONDERE ZUR AUTOMATISCHEN PEGELREGELUNG Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, mit deren Hilfe außer dem Einsatz eines universell verwendbaren Verstärkers "niedrigen Pegels" der Empfang von am Eingang anliegenden Tonfrequenzspannungspegeln mit einigen 10 µV und an demselben Eingang anliegenden Spannungspegel mit einigen Volt ohne bedeutende Verzerrung ermöglicht wird.
• Das Problem des Aufbaues von Vorverstärkerstufen - auch einen zu verringernden Geräuschfaktor in Betracht gezogen - bedeutet einen Kompromiß zwischen der Vers-tarkurg und der Aussteuerungs-bzw. . den Rückkoplungsmöglichkeiten. Die Verzerrung wächst zusammen mit dem Eingangssignal, und zwar auch bei Verstärkern, deren Pegel automatisch gesteuert wird. Am eingang eines solchen Verstärkers werden Signale mit einem Pegelbereich von 40 -60 dB empfangen. Das maximale Signal beträgt daher am Eingang einige 100 mV, unter der Voraussetzung, daß der Eingang einen minimalen Eingangspegel von einigen 100 µV aufweist, wobei die Verzerrung im allgemeinen größer wird.
• Die Nachteile der zum Empfang der verwendbaren und sich ändernden Eingangspegel geeigneten Vorverstärkerstuien können wie folgt zusammengefaßt werden: - mehrere eingangsseitige Anschlüsse; - eine verhältnismäßig geringe Verstärkung, um eine bessere Aussteuerung zu erreichen; - der zur optimalen Geräuschanpassung erforderliche Arbeitspunkt kann nicht gestellt werden; - die Verzerrung wird mit der Eingangssignalvergrößerung ebenfalls größer und das Eingangssignal kann relativ rasch übersteuert werden.
• Die Erfindung besteht darin, daß zur Vermeidung dieser Nachteile die Pegelsteuerung eines rückgekoppelten Verstärkers durch änderung der Schleifenverstärkung des Verstärkers zustandegebracht wird. Eine ausgedeDnte Regelung der Schleifenverstärkung wird dadurch vorgenommen, daß der innerhalb einz großen Breite veränderliche Regelwiderstand zu einem transformierten widerstand mit relativ kleinem We-r-t parallelgeschaltet wird, der zwischen den Ausgängen von aus demselben Punkt gesteuerten, als Emitterfolger geschalteten Transistoren liegt.
• Die erfindungsgemäße Einrichtung hat folgende Vorteile: - Sie weist einen einzigen Anschluß auf, somit werden Kosten und Raumbedarf eingespart, - sie weist eine hohe Eingangsimpedanz und eine sehr hohe (100 - 200 mal größere) Verstärkung auf, - die erste Stufe kann auf einen, einen optimalen Geräuschfaktor gewährleistenden Arbeitspunkt e ngestellt werden, - die Verzerrung ist unabhängig von dem Eingangssignal (0,1%), sie wird sogar geringer bei Erhöhung der Aussteuerung und hängt praktisch von der an dem Reglerorgan auftretenden (Transistor, Diode) Verzerrung ab, und eine Übersteuerung des Eiagang;ssignals erfolgt sprungweise bei allzu hohen Pegeln und der Regelbereich erreicht einen Pegel von etwa + 90 dB, bezogen auf das die Sollaussteuerung bestimmende Eingangssignal.
• Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 das Blockschaltbild eines Stromkreises, durch den die automatische Pegelsteuerung eines Vorverstärkers realisiert werden kann; und Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Vorverstärkers, der als beliebiges Betätigungsorgan aufgebaut werden kann.
• Entsprechend dem Schaltbild nach Fig. 1 geht die automatische Pegelregelung folgendermaßen vonstatten: Die Eingangsspannung UBE wird auf den Wert U2 eines die Übertragungsfunktionen Y1, Y2 und Y3 aufweisenden aktiven Netzes verstärkt.
• Der Verstärker Y4 liefert die Ausgangsspannung; mit kleiner Impedanz wird der Gleichrichter YE durch ein kompensierendes Organ YK gespeist. Das Ausgangssignal des Gleichspannungsverstärkers DC der ein Rückkopplungsnetz Y3 steuert, gibt eine rückgekoppelte Spannung UV ab.
• überschreitet die Ausgangsspannung Uki den Referenzwert Uref, so wird die rückgekoppelte Spannung bei ausgangsseitiger, stationärer, von der Schleifenverstärkung des Systems abhängender Spannungserhöhung ebenfalls proportional zum Eingangssignal erhöht.
• Die eigentliche Vorverstc-rkerstufe Y1 wird jeweils durch das Signal UBE - Uv = Ube gesteuert. Prinzipiell wird daher die Schleifenverstärkung des aus den Verstärkern Y1 und Y3 bestehenden aktiven Rückkopplungsnetzes, der Eingangssignalerhöhung folgend, erhöht.
• Infolge der während der Steuerung erfolgten, sich vergrößernden Schleifenverstärkung wird die Verzerrung des Systems auf einem ständigen Minimalwert gehalten. Der Verstärker Y1 funktioniert während der ganzen Aussteuerung.
• Gemäß Fig. 2 funktioniert der als Beispiel ausgewählte Stromkreis folgendermaßen: Der Kollektorstrom des pnp-Transistors T1 ist auf einen, einen minimalen Stör- bzw. Geräuschwert von ungefähr 20 pA liefernden Kollektorstrom eingestellt. Somit wird der Verstärker Y1 gebildet, der während der ganzen Regelung eine analoge Spannung Ube erhält. Durch diese Stufe wird die eigentliche Verstärkung geleistet. Der Transistor T3 hat zweierlei Aufgaben: er erhöht einerseits die Kollektorimpedanz des Transistors T1, und zwar dadurch, daß er zwischen die Basis und den Emitter des Transistors T3 geschaltet ist; andererseits leitet er die am Kollektor des Transistors T1 liegende Spannung durch eine Verstärkung eins zum Widerstand Ro weiter. Der Transistor T2 hat ebenfalls zwei Aufgaben (eigentlich spielt er eine mannigfaltige Rolle). Dieser Transistor trägt den eigentlichen erhöhten Eingangspegel; dieser Transistor liefert auch die Kollektorspannung des Transistors T1 an dem dem Transistor T3 gegenüberliegenden Ende des Widerstandes Ro mit der Verstärkung eins.
• Mit Hilfe der Transistoren T2 und T3 wird an beiden Enden des Widerstandes Ro eine gleiche spannung erzeugt, wobei der Wert dieser Spannung auf das Hundertfache erhöht werden kann. Der Wert des Widerstandes Ro ist verhältnismäßig klein, um eine gute Aussteuerur,g zu ermöglichen.
• Der Kollektorstrom der Transistoren T2 und T3 hat einen Wert von einigen Der erhöhte Wert des Widerstandes Ro kann folgendermaßen beschrieben werden: wobei gm2 und gm1, d.h. die "Steilheit" der Transistoren durch die Parameter der allgemeinen Hybrid-w-Ersatzschaltung die folgende Form erhält: 3 gm = 1/gb'e - rb'b rsz bezeichnet das im Emitterfolger angeordnete Regelorgan, das im Falle einer automatischer Betätigung auch ein Transistor sein kann (z.B. ein FET-Transistor oder eine Si-Diode, die zweckmäßig in Gegentaktschaltung angeordnet ist).
• Es handelt sich also um einen Stromkreis, in dem einerseits mit Hilfe von zwei rückkoppelnden Schleifen gewisse Impedanzen stark umgeformt werden könnten, andererseits kann mit Hilfe eines Steuerorgans an einer geeigneten Stelle die Schleifenverstärkung des ganzen Systems in Abhängigkeit vom Eingangspegel beeinflußt werden.
• Durch eine einfache Berechnung kann die Verstärkung der Stufe nachgewiesen werden: A1 A2E Av = , 1+A1A2C wobei A1 die Verstärkung der Stufe T1, , A2 die Verstärkung des Emitterfolger-Transistors T2 und A2C die Verstärkung des Transistors T2 als geerdeter Emitter-Stufe bedeuten.
• gm2 rsz x rt A2E # 1+gm2rsz x rt Hieraus ist leicht entnehmbar, daß, wenn rsz # rt, Avo = rt # 1, re wobei rt die resultierende, den Ausgang des Transistors T2 belastende Impedanz bezeichnet.
• Wenn rsz # rt, Av # F(rsz) = r/r und rsz > - O geht auch Av nach 0.
• Bei richtiger Einstellung der Aussteuerung beträgt Ic2 = Ic3 bezeichnet den gemeinsamen Kollektorstrom der Transistoren T2 und T3.
• Die tatsächlich erreichbaren spezifischen Daten sind bei UT = 24 V, wenn R0 = 0,05 k0hm rt = 100 Ohm re = 0,5 kOhm UbeMAX = 2500 mV Ubemin = 50 µV Ic2=Ic3 = 7 mA Ic1 = 20 - 30 Avo = 100 Bbe = 100 kOhm Rki = 100 Ohm Ktot = 0,2 %.
• Der Eingang ist durch eine Impedanz nach DIN 45 500 gesperrt (1 mV/1 k0hm ) und die geräuschbegrenzte Empfindlichkeit der Vorverstärkungsstufe ist Ube # 1µV.
• Wird die Speisespannung desselben Stromkreises (UT = 6 V) verringert, so kann auch dann ein Pegel von UbeMAX = 500 mV bei einer Verzerrung von Ktot = 0,2% empfangen werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche

   ,Geräuscharmer Breitband-Vorverstärker für Tonfrequenzeinrichtungen mit hoher Verstärkungsänderung, insbesondere für automatische Pegelsteuerungen, mit in Reihe geschalteten, geerdeten komplementären Emitter- und Emitterfolger-pnp/npn-Transistoren mit Strom und einem aus einer galvanischen Spannungsrückkopplung aufgebauten Kompositstromkreis (T1, T2), d a-d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der die Ohm'sche Gleichstrombelastung der pnp/npn Transistoren (T1 T2) bildende Widerstand (Ro) zwischen den Ausgangs-Emitter von zwei komplementären npn/pnp-Emitterfolger-Transistoren geschaltet ist, die Basis des pnp-Emitterfolger-Transistors (T3) mit Hilfe eines an sich bekannten, den Arbeitspunkt einstellenden Stromlffleises über einen rückkoppelnden Kondensator (C) an den Kollektor des Vorverstärkertransistors (T1) oder an den Emitter des npn-Emitterfolger-Transistors (T2) der Ohm'sche Belastungswiderstand (Rc) des Vorverstärkers an den Emitter des npn-Emitterfolger-Transistors (T3) angeschlossen sind, und daß die die Verstärkungssteuerung der ganzen Stufe ermöglichende veränderliche Belastung (rsz) über einen an sich bekannten Trennkondensator zwischen dem negativen Erdungspuntt und dem Ausgangsemitter des npn-Emitterfolger-Transistors (T2) geschaltet ist.
2. 2. Vorverstärker nach Anspruch 1, wobei die Polarität der Speisespannung umgekehrt ist, d a d u r c h g e k e n n -i e i c h n e t , daß der die Ohmsche Gleichstrombelastung bildende Widerstand (Ro) der npn/pnp-Transistoren (T1, T2) in Komposit-Schaltung zwischen die Ausgänge der Emitter von zwei komplementären pnp/npn-Emitterfolger-Transistoren (T2, T3) geschaltet und die Basis des Emitterfolger-Transistors (T3) mit Hilfe eines an sich bekannten, den Arbeitspunkt einstellenden Stromkreises über einen rückkoppelnden Kondensator (C) entweder an den Kollektor des Vorverstärkertransistors (T1) oder an den Emitter des Emitterfolger-Transistors (T2) angeschlossen ist, daß der Ohm'sche Belastungswiderstand (Rd) des Vorverstärkertransistors (T1) an den Emitter des npn-Emitterfolger-Transistors (T3) angeschlossen ist, und daß die die Verstärkungssteuerung der gesamten Stufe bestimmende veränderliche Belastung (rsz) über einen an sich bekannten Kondensator zwischen den negativen Erdungspunkt und den Ausgang des Emitters des pnp-EmitterSolger-Transistros (T2) geschaltet ist.