DE2455176A1 - Verstaerker-schaltungsanordnung - Google Patents

Description

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Dipl.-Phys. O. EL Weber d - a München 71

Patentanwalt -HöfbrunnöträiBe 47

f§ieföti:

Tiiegfäffim· ffiöfiöpölwebelf ffiüriehSn

M 101

MOTOROLA,
Delawarö/USÄ

Verstärker-Schältungsanördnung

Die Erfindung betrifft eine ^erstärker^Schaltungsanordnung*

Verstärker, welche jeweils ein Verstärkungsraaß aufweisen, das durch die Amplitude eines Steuersignals steuerbar ist, werden in einer Vielzahl von Aiwendungsfällen verwendet·. Genauer ge¹-sagt, in Jüanclien !Fällen verwenden Quadröphonie-Stereo-Systeme beinpielsweise s-oannungss'esteuerte Verstärker, die ein Ausgangssignal liefern müssen, welches eine Amplitude hat, die eine Funktion eines Steuersignals ist. Solche Verstärker können auch in Schaltungen mit einer automatischen Verstärkungsregelung eingesetzt werden, die ein Ausgangssignal liefern, welches selbst dann eine konstante Amplitude aufweist, wenn das Eingangssignal sich in seiner Amplitude verändert» Schaltungen rait' automatischer Verstärkungsregelung haben eine ver~

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BAD OfIiQINAL

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minderte Verstärkung in Reaktion auf §ine ^) welche anzeigt, da.3 bei der Amplitude das' Auggangs signals- die .· Tendenz vorhanden iät'äüzunehmen, und weiten ©ine erhöhte Verstärkung in Reaktion auf eine Steueräignäläffiplitude .auf» welc>ö anzeigt.» daß dig Tendenz besteilt, daß die Amplitude des iuagangs" signals abnimmt» ' .. . . - .

Einige bekannte Söhältungskönfiguratiönen mit einem spannungs- ■ gesteuerten Verstärker und mit eineßi Verstärker mit Verstärkungsregelung haben Signalübertragungscharäkteristika, welche 'ausreichend linear sind» um Verstärküng'ssignäle au liefern, die kleine Amplituden haben» und zwar in der Größenordnung von Millivolt) deren Niöhtlinearität gedooh-zu stark ist, um Signale zu verstärken, welche große Amplituden haben, und zwar in der Größenordnung von Volt , wie sie bei einer hochwertigen V/iGdergabeein-* richtung für Schallereignisse verwendet werden* Weiterhin be" steht bei anderen bekannten spannuiigsgesteuerten Verstärkern und Verstärkern mit Verstärkungsregelung, obwohl gie eine ausstreichend lineare Signalübertragungsoharakteristik aufweisen, ■ die Möglichkeit, daß die HuhekompOnente oder die Gleiöhstrom^ komponente der Ausgangsspannung an einer Ausgangsklemme sich bei einer Veränderung der Amplitude des Verstärkungssteuersignals ebenfalls ändert» Diese Ausgangsspannungsschwankungen führen zu unerwünschten Schallsignalen', welche durch Lautsprechersysteme erzeugt werden* Darüberhinaus v/ird durch die sich daraus ergebende Verschiebung" ins Ausgangs Spannungspegel · die Auslegung nachges-chalteter Stufen schwieriger, Vielehe durch den Verstärker mit Verstärkungsregelung beaufschlagt werden» Weiterhin begrenzt die Verschiebung des Ausgangsspannungspegels die maximale Auslenkung, welche die Ausgangsspannung aufweisen kann» ohne daß sie verzerrt wird.

Um der gegenwärtigen Betonung der Miniaturisierung Rechnung zu tragen und-wegen vieler bekannter Vorteile integrierter Schal-: tungen, zu welchen die Zuverlässigkeit, verminderte- Kosten und

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ein kompakter Aufbau gehören, ist es wünschenswert, Schaltungen' mit Verstärkungsregelung in monolithischer Form aufzubauen. Bekannte Schaltungen mit Verstärkungsregelung, welche mit Kopplungskondensatoren arbeiten, eignen sich nicht zur direkten Kopplung mit anderen Stufen, was bei der Auslegung integrierter Schaltungen jedoch, erwünscht ist. Weiterhin weisen bekannte integrierte- Schaltungen, die eine Verstärkungssteuerung bzw. Verstärkungsregelung ermöglichen, manchmal Differentialstromquellen bzw. Differenzstromquellen auf, die eine Vielzanl von aktiven Bauelementen erfordern. Es ist jedoch erwünscht, die Anzahl aktiver Bauelemente beim Aufbau integrier-, te:- Schaltungen zu vermindern, um den Wirkungsgrad zu verbessern und.auf diese Weise die Kosten zu senken, solange durch entsprechende Einsparungen die Leistung der Schaltung nicht nachteilig beeinflußt wird. Weiterhin sind einige bekannte integrierte Verstärker mit Verstärkungsregelung nicht dazu geeignet, von einem Eintakt-Eingangssignal beaufschlagt zu werden, so daß dadurch ihre nutzbare Anwendung in vielen Fällen abnimmt« .. ■ ■ . .

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verstärker-Schaltungsanordnung der oben geschilderten Art zu schaffen, deren Verstärkungsmaß durch die Amplitude eines Steuersignals bestimmt ist.

Weiterhin soll gemäß der Erfindung eine Verstärkerschaltung geschaffen werden, die.bei einer steuerbaren Verstärkung eine im wesentlichen lineare Signalübertragungscharakteristik für EingangssignaIe mit großen Amplituden aufweist.

Weiterhin soll gemäß der Erfindung eine Verstärkerschaltung geschaffen werden, die eine Verstärkung aufweist, welche durch ein Steuersignal bestimmt ist, und welche zugleich einen Gleichspaiinungs-auGgangspegel hat,, der konstant bleibt, während das VerstärkunKsmaß .verändert wird.

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Weiterhin soll gemäß der Erfindung eine Verstärkerschaltung mit einer Verstärkungsregelung geschaffen werden,- welche ein Ausgangssignal liefert, das eine im wesentlichen konstante maximale Auslenkung zeigt, selbst wenn die Verstärkung des Verstärkers verändert wird.

Schließlich soll gemäß der Erfindung eine Konfiguration für eine Verstärkerschaltung geschaffen werden, welche eine Ver--Stärkung hat, die eine Funktion der Amplitude eines Steuersignals ist, und die einen derart einfachen Aufbau hat, daß sie zur Herstellung als integrierte Schaltung besonders gut geeignet ist.

Zusätzlich soll gemäß der Erfindung ein Verstärker geschaffen werden, welche]? eine steuerbare Verstärkimg hat und welcher dazu geeignet ist, ein Gegentakt-Ausgangssignal in Reaktion auf ein Eintakt-Eingangssignal zu liefern.

Der gesamte erfindungsgemäße Verstärker mit einer Verstärkungsregelung hat ein solches Verstärkungsmaß, welches sich nach einem Verstärkungssteuersignal richtet, das an einer Steuerklemrno desselben angelegt wird. Der gesamte Verstärker weist einen Differentialverstärker bzw. einen Differenzverstärker und eine Verstärkungssteuerschaltung auf. Der Differenzverstärker hat einen ersten und einen zweiten Transistor und eine Stromquelle. Die Verstärkungssteuersciialtung weist eine erste und eine zweite Diode und einen Verstärkungsregelungstransistor bzw. einen Verstärkungssteuertransistor auf. Die erste Diode ist zwischen einer Steuerelektrode des ersten Transistors und einem Schaltungsverbindimgspunkt angeordnet, und die zweite Diode ist zwischen einer Steuerelektrode des zweiten Transistors und dem Schaltungsverbindungspunkt angeordnet. Der Verstärkungssteuertransistor ist zwischen dem Schaltung^Verbindungspunkt und .einer Erdklemme angeordnet. Eine Rezugsenergieversorgun^s-

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einrichtung- ist mit den Steuerelektrode]! der Diff erenz.^ verstärlsörtransiätbren über Widerstände verbunden und liefert äömit Strom durch die Dioden» Wenn die Leitfähig·⁰ " keib des Steuertränsistors durch das Yerötarlmngssteuer^ -^: ■'" signal verändert wird,' werden" die Amplituden der Strome durch die Dioden verändert* um dadurch ihre Widerstände 7,u vcrlindern« Wenn der Widerstand der Dioden vermindert \-7Ir-Ij .füllt ein geringerer Teil der iSingahgssignalspannuri^ an den Dioden ab, so daß dadurch die Verstärkung' des gesamten Verstärkers vermindert wird*' Wenn in' alternativer Weise ^:der Strom durch die Dioden vermindert wird, steigen ihre Widerstände an, so daß dadurch ein größerer' Teil der Eingangssignalspamiung mit dem Differenzverstärker gek-op- ■ ^eIb wird j wodurch die Verstärkung der gesamten Schaltung ansteigt. Die Ruheausgangsspannung- oder Aüsgangsgleichspannung des Differenzverstärkers wird durch die Stromquelle' gesteuert* Somit bleibt die Ausgangsgleichspanhung- selbst· dann konstant, wenn sich die Verstärkung.-ändert*

Der erfindungsgemäße Verstärker hat einen einfachen Aufbau, welcher zur Anwendung in einer integrierten Schaltung besonders gut geeignet ist* Der Verstärker'enthält einen Differenbialverstärker bzw* Differenzverstärker," der eine erste und eine zweite Eingangsklemme aufweist, an welcher* ein Eingangssignal abgeleitet"wird. Zwischen jeder Eingangsklemme· und einen Schaltungsverbindungspunkt sind Dioden angeordnet. Ein Jeζugssignal wird mit den Eingangsklemmen des Differenzverstärkers und somit mit den Dioden gekoppelt. Ein Verstärkungssteuertransistor ist zwischen dem Schältungsverbihdungspunkt und Erde angeordnet. Die Leitfähigkeit des Verstärkuhgssteuertransistors ändert sich in Abhängigkeit von dem Verstärkungssteuersignal, um dadurch die Leitfähigkeit der Dioden zu steuern. Wenn die Leitfähigkeiten der Dioden zunehmen, fällt ein geringerer Teil der Eingangssignalspännung an den Dioden ab, wodurch die Verstärkung vermindert wird, und umgekehrt. Die Ausgangsgleichspannung bleibt jedoch konstant, selbst wenn die Verstärkung verändert wird.

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Die Erfindung wird, nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen*

iig* 1 ein Schaltschema* weiches eine' Äusführungsförm des erfindungsgemäßen Verstärkers mit Verstarb kungsregelung darstellt, '

Fig. 2 ein Schaltschema> welches die Ableitung von Verstärkungsgleichungen für die Schaltung gemäß Fig.1 erläutert j.

Pig» 3 eine graphische Darstellung der Verstärkungäregelungsoharakteristik der in,der Jig* 1 dargestellten Schaltung und

Fig. 4- ein Schaltschema einer verbesserten Ausführungsform der in.der Fig. 1 dargestellten Schaltung*

Die Fig. 1 zeigt ein Schaltschema einer bevorzugten führungsform des erfindungsgemäßen Verstärkers 1Ö mit einer Verstärkungsregelung. NPN-Transistoren 12 und 14-, eine Stromquelle 16 und Lastwiderstände 18 und 20 bilden einen Differentialverstärker bzw. Differenzverstärker 11 bekannter Konfiguration. Der Differenzverstärker 11 hat eine Eintakt-Eingangsklemme 22, welche mit der Basis des Transistors 12 verbunden ist, und hat Gegentakt-Äusgangskiemmen 24· und 2G, die Jeweils mit den Kollektoren der Transistoren 12 und 14- verbunden sind. Lastwiderstände 18 und 20 verbinden die Ausgangsklernmen 24- und 26 mit einem Leiter 28, der eine positive Energieversorgung führt* In einigen Anwendungsfallen können die Lastwiderstände 1.8 und 20 durch einen Symmetrie-Umformer gemäß Fig. 4- ersetzt werden. Die Klemme 50 der Stromquelle 16 ist mit den Emittern der Transistoren 12 und 14- verbunden, welche ihrerseits miteinander verbunden sind, und die Klemme 52 der Stromquelle 16 ist mit einem

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Leiter 34 verbunden, welcher ein Erdpotential oder ein anderes Potential liefert, welches in bezug auf dasjenige Potential negativ ist, welches an den Leiter 28 angelegt ist.

Die Energieversorgungsquelle 35 liefert eine positive Bezugsspannung an der Ausgangsklemme 36, welche derart dimensioniert ist, daß sie weniger stark positiv ist als diejenige Spannung, welche am Leiter 28 liegt, jedoch stärker positiv als das Potential auf dem Leiter Der Widerstand 38 verbindet die Basis des Transistors mit der Spannungsbezugsklemme 36, und die Widerstände und 42 verbinden die Basis des Transistors 12 mit der Spannungsbezugsklemme 36. Ein Kopplungskondensator 44 koppelt die Eingangsklemme 46 des Verstärkers 10 mit Verstärkungsregelung mit der Verbindung zwischen den Widerständen 40.und 42. Es ist zweckmäßig, die Ruhespannung an der Basis des Transistors 12 gleich der Ruhespannung an der Basis des Transistors 14 zu halten. Dies geschieht -dadurch, daß die Summe der Werte der Widerstände 40 und 42 derart bemessen wird, daß sie gleich dem Wert des Widerstandes 38 ist. Wenn die Ruhespannungen an den Basen der Transistoren 12 und 14 ungleich sind, so würde die Differenz in den Spannungspegeln tatsächlich als unerwünschtes Eingangssignal wirken, was zu unerwünschten Kollektorströmen und Ausgan^sspannungen führen würde.

Die Verstärkungsregelung wird durch eine Kombination der Dioden 50 und 52 und des Verstärkungsregelungstransistors 54 ausgeführt. Die Diode 50 weist eine Anode auf, welche mit der Eingangsklemme 22 des Differenzverstärkers verbunden ist, und hat weiterhin eine Kathode, welche mit der Schaltungsverbindung 56 verbunden ist. In ähnlicher Weise hat die Diode 52 eine Anode,, welche mit der Basis

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des Transistors 14 verbunden ist, und. eine Kathode,, 'welche mit dem Verbindungspunkt 56''Verbunden' ist. Der NHN-Transistor 54 weist einen Emitter: auf_r welcher mit dem· Leiter 34 verbunden ist, weiterhin- einen Kollektor,-der mit .dem Verbindungs- punkt 56 'verbunden, ist,-", und -eine ■ Basis, welche mit der Klemme 58 verbunden .ist, an welcher-einVerstarkungsregelungssignal in bekannter Weise gebildet wird.' -Die Dioden 50 und 52 können jeweils, von- einem Transistor gebildet sein, wobei deren Basis und Kollektor in bekannter Weise miteinander verbunden sind. .'

Wenn der Verstärkungsregelung.stransistor 54 durch das Verstärkungsr.egelungssignal gesperrt wird, welches an die Steuerklemme 53 angelegt wird,· was der Bedingung - für eine maximale Verstärkung entspricht, so haben die Dioden 50 und 52 eigentlich keine Auswirkung auf den Betrieb des Verstärkers 1-0 "mit Verstärkungsregelung. Bei dieser Betriebsart "maximaler Verstärkung"' wird ein Wechselstrom-Eingangssignal, welches zwischen der Eingangsklemme 46 und Erde .54 angelegt ist, durch den Kondensator 44 und den Widerstand 42 mit der Eingangsklemme, 22 des Differenzverstärkers gekoppelt. Das Eingangs-' signal wird dann durch die Transistoren 12 und 14 verstärkt, welche an dem Kollektor des Transistors 12 ein invertiertes Ausgangssignal und an dem Kollektor des Transistors 14 ein nicht-invertiertes Ausgangssignal liefern. Somit wird zwischen den Klemmen 24 und 26 in Reaktion auf ein Eintäkt-Eingangssignal an der Klemme 46 ein symmetrisches oder ein Gegentakt-AAisgangssignal erreicht.

Da der Differenzverstärker 11 als "Gegentakt-Verstärker" betrieben wird, beeinflußt eine Welligkeit in der .Versorgung sspannung, welche zwischen den Leitern 23 und 34 auftritt, die Ausgangssignale an den Klemmen 24 und 26 in identischer Weise. Auf diese Weise wird das Äusgangssignal

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zwischen- den Kollektoren durch eine Welligkeit oder andere "Gleichtakt-Signale", nicht, beeinträchtigt. Das symmetrische Ausgangssignal enthält im wesentlichen keine Welligkeit oder kein Brummen, was für rauscharme Anwendungen von besonderem Vorteil ist. Die Stromquelle" oder die Stromversorgungseinrichtung 16 zieht einen festen Strom I,,. der zwischen den Transistoren .12 und 14- aufgeteilt wird und der im wesentlichen von den Eingangs-- oder Ausgangssignalen unabhängig ist. Somit gelangen die Eingangs- und Ausgangssignale nicht in die Stromversorgungsleiter. Wegen des konstanten Stromes, der von dem Leiter 28 gezogen wird, und wegen der Tatsache, daß das Ausgangssignal des Differenzverstärkers weitgehend von der Welligkeit unabhängig ist, ist nur ein geringes Maß an Energieversorgungsfilterung und -entkopplung "erforderlich.. Darüberhinaus ist der Aufbau des Differenzverstärkers 11 zur Herstellung als integrierte Schaltung geeignet, was dazu führt, daß die Transistoren 12 und 14 aufeinander abgestimmte elektrische Eigenschaften aufweisen.

Der Differenzverstärker 11 kann derart ausgelegt werden, daß er ein Verstärkungsmaß aufweist., welches im wesentlichen von dem gemeinsamen Stromverstarkungsfaktor oder dem Wert Beta der Transistoren 12 und 14 unabhängig ist. Die Differenz- ·■-sTjannungsverstärkung des Differenzverstärkers 11 ist das \ Verhältnis der Amplitude der Eingangsspannung zu der Amplitude der Ausgangs-spannung. Unter der Annahme, daß der Regelungstransistor 54 gesperrt ist, läßt sich die Spannungsverstärkung Gv. des Verstärkers 11 durch die folgende bekannte Beziehung ausdrücken: ■

^vbb . ■ 4kT

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k = Boltzmann-Konstante,

T = die absolute Temperatur, - ■ . .

q = die Große der elektronischen Ladung,

ν-. , = die Spannung zwischen den Basen der ¹Hr ans is to ren 12 und 14$- und

Vj = die Spannung zwischen den Klemmen 24 und 26.

Somit ist die Verstärkung des Differenzverstärkers 11 unter der Annahme, daß der Regelungstransistor 54 gesperrt ist, der Amplitude des Stroms I. direkt proportional, welcher durch die Stromquelle 16 gezogen wird, und weiterhin zu den Werten der Lasfcwiderstände 18 und 20, welche üblicherweise einander gleich sind. Wie aus der Gleichung (i) ersichtlich ist, kann eine Verstärkungsregelung dadurch erfolgen, wie es im übrigen auch bei einigen bekannten Schaltungen der Fall ist, daß die Amplitude des Stroms Ί. verändert wird. Während eine solche Verstärkungsregelung für einige kleine Signalverstärker zufriedenstellend sein mag, führt sie zu einer Verminderung der Signalverarbeitung, wenn die Verstärkung vermindert wird, und weiterhin zu einer Veränderung in den Ruhestrom-Ausgangsspannungen.

Wenn der Verstärkungsregelungstransistor 54 in den. durchlässigen Zustand versetzt wird, dann wird ein Strom von der Klemme 36 der Bezugsversorgungseinrichtung 35 über die Dioden 50 und 52 und den Transistor 54 an Erde geleitet. Da die Widerstände und die Impedanzen der Dioden 50 und 52 umgekehrt proportional zu der Menge des Stroms sind, welcher über sie fließt, werden ihre Widerstände und Impedanzen geringer, wenn der Transistor 54 durch das Verstärkungssteuersignal in einen stärker leitenden Zustand versetzt wird. Da die Leitfähigkeiten der Dioden 50 und 52 ansteigen, wird unter dynamischen Bedingungen die Große der Eingangssignalspannung

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vermindert, welche an den Dioden abfallt. Wenn eine Eingangswechselspannung mit einer, konstanten .Amplitude an die Eingangskiemme 4-6 angelegt wird und der Regelungstransistor 54 in zunehmendem Maß in einen "stärker leitenden 'Zustand versetzt wird, so nehmen folglich die Amplitude, der Eingangssignalspannung, welche- zwischen den Differenzverstärker-Eingangsklemmen 22 und:53 erz.eugt wird, und das Ausgangssignal zwischen den Klemmen 24- und 26 ab. Wenn in alternativer Weise, der Hegelungstransistor bzw. Steuertransistor 54- in einen weniger stark leitenden Zustand gebracht wird, nehmen die Amplitude des Eingangssignals, welches zwischen den Differenzverstärker-Eingangsklemmen 22 und 55 erzeugt wird, und- somit auch.die Amplitude des Ausgangssignals zu. Somit wird die Verstärkung, des Verstärkers 10 mit Verstärkungsregelung-in umgekehrter Beziehung zu der positiven Amplitude des Steuersignals verändert, welches an die Steuerklemme"53 angelegt wird. -

Wahrend des Betriebes des· Verstärkers 10 mit Verstärkungs-' regelung ist-der Transistor ^ gewöhnlich teilweise durchlässig* Die⁷Strom- und die Spannungsverstärkungen für den Verstärker 10 mi!f Verstärkungsregelung gemäß Fig. 1 werden nachfolgend mathematisch abgeleitet, wobei der Transistor 54· zumindest durchlässig ist» In der Fig. 2 ist der Transistor 54- durch eine Stromquelle 60 dargestellt, und der Widerstand 62 stellt einen äquivalenten Widerstand zu den durch die Widerstände 38 und 4-0· gebildeten Widerstand dar. Da die Widerstände 4-2 und 62 gleich sind, sind sie.durch das Symbol. '.'R" dargestellt. Die Dioden 50 und 52 arbeiten als Shunt-Zweig eines symmetrischen L-Dämpfungsgliedes und erzeugen eine Dämpfung» welche sich umgekehrt mit.dem Diodengleichstrom ändert,, wie oben bereits, ,ausgeführt wurde. Unter der Annahme, daß die Diodenimpedanz wesentlich geringer ist als der Reihenarmwiderstand R, beträgt der Diodenwe.chs eist rom i^ von ,jeder der Dioden 50 und 52:

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= ^Vin/2R

■^ie Spannung V, , zwischen den Basen der Transistoren 12 und 14 wird durch die folgende Formel wiedergegeben, wobei der Ruhestrom in geder der Dioden I-q gleich dem halben Ruhestrom Ip ist, welcher von der Stromquelle 60 her fließt.

bb

kl1	In	XD+id	kT,	In	T τ D d
q	In	q		xd
kT

kT /rr
= — In i-D (5)

q 1-i_d/l_D

kT 1+i /I
ÄHNLICH Y, = — In —- (6)

wobei i der Signalstrom ist, welcher in den Transistoren 12 und 14- fließt, und I der Ruhestrom in den Transistoren 12 und 14- ist.

1+1,/X_n 1+i /I i, i

Wegen ^-5 = °—S _folgt _d ₌ _c _(?)

^V¹D ^ic^e ' ¹D ^Xe

Wegen I2 = 2Itq kann die Stromverstärkung G- folgendermaßen ausgedrückt werden:

^Xe ¹

C e I
¹ " ^ ~ ¹D ^{= τ}2

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Wie aus der Gleichung (8) ersichtlich ist und oben bereits ausgeführt wurde> verändert sich die Stromverstärkung G^ des gesamten-Verstärkers 10.mit Verstärkungsregelung in umgekehrter Beziehung zu der Leitfähigkeit dös Transistors 54 oder zu derAmplitude des Stroms Ip* Per Bereich der . Dämpfung, welcher durch Veränderung des Stromes I₂ erreichbar ist, ist ander oberen Stromgrenze durch die Sättigung des Verstärkungssteuertransistors .54 und an der unteren Stromgrenze durch die Beschränkung begrenzt, daß das maximale Verhältnis der Wechselströme zu den Gleichströmen der Dioden 50 und 52 kleiner als Eins sein muß*

Aus der Gleichung (8) und der Fig. 1 ist" ersichtlich, daß die Differenzsoannungsverstarkung Gp der'Schaltung 10 mit Verstärkungsregelung sich folgendermaßen ausdrucken läßt, wenn angenommen wird, daß der Transistor 54 durchlässig ist:

Aus der Gleichung (7) folgt

¹D

Somit steht der Signalstrom, welcher in den Transistoren fließt, in linearer Beziehung zu demjenigen, welcher in den Dioden fließt, der seinerseits xiriLederum in linearer Beziehung zu der Signaleingangsspannung steht, und zwar unabhängig von der Verstärkung. Somit wird durch die Schaltung keinerlei Verzerrung erzeugt.

Die Fig. 3 zeigt die Verstärkungsregelungs-Übertragungscharakteristik 64 des Verstärkers 10 mit Verstärkungsrege-

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lung. Die· Amplitude, der Hegelungsspannung bzw. Steuerspannüng ist auf der Achse, 66 aufgetragen, und die Vorstärkungsveränderungist auf der Achse 68 aufgetragen* Aus der Darstellung geht hervor, daß "bei einer Verdopplung der Amplitude der Steuerspannung die Verstärkung halbiert wird. Die Übertragungscharakteristik ist linear, weil die exponentielle Charakteristik der Dämpfung, welche durch die Dioden erzeugt wird, derjenigen exponentiellen Dämpfung angepaßt ist, welche an den. Basen der Transistoren 12 und 14 auftritt.

Der gesamte durch die Trans istoren 12 und 14 fließende Strom wird durch die Stromquelle 1.6 gesteuert und ist deshalb von den Veränderungen in der Verstärkung der Schaltung 10 unberührt. Gleichtakt-Eingangsspannungs-Veränderungen, welche an der Basis des Transistors 12 durch die Diode 5Q und den Transistor 54 entstehen können, sowie an der Basis des Transistors 14- durch die. Diode 52 und den Transistor 54, und zwar in. Reaktion . auf Veränderungen in der Verstärkung, werden unterdrückt. Folglich verändert sich die Ruhespannung zwischen den Ausgangsklemmen 24 und 26 nicht, wenn die Verstärkung verändert wird. Somit beeinträchtigt das Verstärkungssteuersignal an der Klemme 58 das Ausgangs signal- zwischen den Klemmen 24 _: und 26 nicht. Wenn ein Teil des Verstärkungssteuersignals an den Ausgangsklemmen 24 und 26 auftreten würde, so konnte dies entweder zu unerwünschten Ausgangssignalen oder zu unerwünschten- Geräuschen führen, wenn die Schaltung 10 in einem akustischen System eingesetzt wird. Weiterhin könnten ·. Verstärkungssteuersignalkomponenten, welche zwischen den Klemmen 24 und 26 auftreten, in einigen Anwendungsfällen an die Verstärkungssteuerklemme 58 rückgeführt werden und eine Schwingung hervorrufen. Die konstanten Ruhespannungen an den Ausgangsklemmen 24 und 26 erleichtern eine direkte

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oder nicht kapazitive Kopplung der Ausgangsklemmen 24 und 26 mit den folgenden Schaltungen und ermöglichen, daß das Ausgangssignal eine.im wesentlichen konstante Maximalamplitude aufweist, und zwar ohne Rücksicht auf die Verstärkung der Schaltung 10. -

Die Fig. 4 ist ein Schaltschema der Schaltung 80, welche eine verbesserte Ausführungsform der Verstärkerschaltung 10 mit Verstärkungsregelung gemäß Fig. 1 darstellt. Gemeinsame Bezugsζeichen werden in den Fig. 1 und 2 verwendet, um entsprechende Bauelemente zu bezeichnen. Die Schaltung 80 hat eine erhöhte Eingangsimpedanz und eliminiert im wesentlichen Übergangsveränderungen der Ausgangs-Gleichspannungs-Pegel an den Klemmen 24 und..26, wenn der Kondensator 44 in Reaktion auf eine Veränderung in der Amplitude des Verstärkungssteuersignals aufgeladen' oder entladen wird. Diese Verbesserungen werden durch Hinzufügen einer ersten und einer zweiten Emitterfolger-Stufe erreicht. Die erste Emitterfolger-Stuf e weist den Transistor 82, den Transistor 84, den Widerstand 86 und den Widerstand''"-SvLaUf. Der Transistor 82 hat eine Basis, welche mit einem Kondensator :44 und über einen Vorspannungswiderstand 87 mit einer Spannungsbezugsklemme 36 verbunden ist, wobei weiterhin ein Kollektor mit einem Leiter 23 für eine positive Versorgungsspannung, und ein Emitter mit einem Ende des Widerstandes 42 verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 84 ist mit dem Emitter des Transistors 82 verbunden, und der Emitter des Transistors 84 ist über den Widerstand 86 mit dem Leiter 34 für eine negative Versorgungsspannung verbunden.

Der zweite Emitterfolger enthält einen Transistor 88, einen Transistor 90, einen Widerstand 92 und einen Widerstand 93. Der Transistor 88 hat eine Basis, welche über den Widerstand 93 mit der Spannungsbezugsquelle 36 verbunden ist,

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und weiterhin einen; Emitter,, welcher mit dem einen'Ende. des Widerstandes 38 verbunden ist»■Der:Transistor 90'hat einen Kollektor, der mit .dem Emitter des Transistors-88-verbunden ist, und einen ,Emitter_rwelclier .über den Wider" stand 92 mit dem.Energieversorgungsleiter 34 verbunden ist. Der Widerstand 95 verbindet, den Emitter des Transistors' 54 mit dem Leiter 34. > ■

Eine Stromquelle 100 enthält einen Transistor 102, eine Diode 104, eine Diode 106, einen Widerstand 103 und einen Widerstand 110. Der Transistor 102 hat einen Kollektor, welcher mit den Emit'tern der-Transistoren 12 und 14 verbunden ist, und'weiterhin einen-Emitter, welcher über den Widerstand 108 mit dem Leiter 34 verbunden ist. Die Dioden 104- und 106 liegen zwischen der Basis des Transistors

102 und dem Energieversorgungsleiter 34» Der Widerstand 110, welcher zwischen dem Energieversorgungsleiter 2Θ und der Diode 104· liegt, liefert Strom-an die in Reihe geschalteten Dioden 104- und 106, welche dann eine im wesentlichen konstante Basis-Emitter-Vorspannung für den Transistor 102 liefern. Da.die Basen der Transistoren 84- und 90 mit dem Emitter des Transistors 102 verbunden sind, liefern die Dioden 104- und 106 im wesentlichen konstante Basis-Emitter-Spannungen für die Transistoren 84- und 90. Der Widerstand

103 und die Zener-Diode. 105, welche zwischen den Leitern 23 und 34 in Reihe geschaltet sind, liefern die Bezugsspannung an die Klemme 36v , " ■

Der Doppelkollektor-PNP-Transistor 112 und der PN-P-Transistor 114 bilden eine Symmetrieumformerschaltung. "Der Transistor 112 hat einen Emitter, welcher mit dem Energieversorgungs*- leiter 28 verbunden ist, weiterhin eine Basis, welche mit dem Emitter des Transistor 114 verbunden ist, weiterhin einen ersten Kollektor, welcher mit den unsymmetrischen oder den Eintakt-Ausgangsklemmen 24 und 116 verbunden ist, und

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einen zweiten Kollektor, welcher mit der Basis des ■transistors 114 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 114 ist an Erde gelegt, und seine Basis' ist mit der symmetrischen■Ausgangsklemme 26-verbunden. Die Schaltung, welche aus dem symmetrischen Auspjangssignal ein unsymmetrisches Ausgangs signal erzeugt, wandelt- das Gegentakt- oder das symmetrische Ausgangs-3i^nal, welches an den Ausgangsklemmen 24 und 26 auf-? tritt, in ein Eintakt- oder ein unsymmetrischesAusgangs signal-an der Klemme 116 um.

Die Verstärker 10 und 80 mit VerstärkungsregelLing sind in einer Vielzahl von Anwendungsfällen vorteilhaft anwendbar. Die Verstärkerschaltung 10 liefert ein Gegentakt-Ausgangssignal in Reaktion auf ein Eintakt-Eingangs- signal. In alternativer Weise liefert der Verstärker ein Eintakt-Ausgangssignal in Reaktion auf ein Eintakt-Eingangssignal. Im Gegensatz zu einigen bekannten Schaltungen sind die Verstärken 10 und 30 in ihrem Aufbau einfach und leicht als monolythische integrierte Schaltung herstellbar. Die Verstärker 10 und 80 benötigen keine getrennten, unterschiedlich angeschlossenen Stromquellen für die Dioden ^O und 52· Die Differentialstromsteuerung wird durch den Transistor 54 durchgeführt. Darüberhinaus bleiben die .Ausgangsruhespannungen an den Ausgangsklemmen 24 und 26 konstant, um eine Gleichstrom- bzw. Gleichspannungskopplurig zu erleichtern und eine mögliche Rückführung unerwünschter Signalkomponenten zu vermeiden, die andernfalls im Ausgangs signal auftreten können. Da der Signalpegel des Ruheausgangssignals konstant bleibt, ist der maximale Betrag des Pendeins der Spannung zwischen den Ausgangsklemmen des Verstärkers 10 oder an der Ausgangsklemme des Verstärkers 80 vorhersehbar und bleibt konstant. Dies vereinfacht die Auslegung der nachgeschalteten Stufen,

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welche durch die Verstärker 10 und 30 beaufschlagt werden. Darüberhinaus ändert sich das Verstarkungsinäß der Verstärker 10 und 80 jeweils linear mit Veränderungen in der Amplitude des Stroms Ip, der vom Verstärkungsregelungs- bzw. Verstärkungssteuertransistor 54- geführt wird. Weiterhin ist die Signalübertragungscharakteristik der oben beschriebenen Ausführungsformen selbst für Eingangssignale linear, welche große Amplituden aufweisen, so daß praktisch kein Beitrag zu einer Ausgangssignalverzerrung geliefert wird.

Es ist in Betracht zu ziehen, daß nach der Lektüre der obigen Beschreibung für den Fachmann Abwandlungen und veränderte Ausführungsformen erkennbar sind, die-in der vorliegenden Beschreibung nicht konkret angesprochen wurden. Demgemäß dient die obige Beschreibung nur zur beispielhaften Erläuterung und nicht zur Begrenzung der Erfindung.

- Patentansorüche -

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Claims (16)

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   ^: ' F a· t e η t a ri 3 ρ r ü c h

   ; 1.^Schaltungsanordnung mit einer Verstärkungsregelung, welche einen Eingang, einen Auggang und Steuerklemmen aufweist und welche eine Verstärkung hat, die eine Funktion der Amplitude eines Verstärkungssteuersi-gnals ist» welche weiterhin eine Verstärkerschaltung aufweist, die eine erste Eingangsklemme und eine erste Ausgangsklemme hat, wobei eine erste Schaltung die erste Eingangsklemme der Verstärkerschaltung mit der Eingangsklemme' der Schaltungsanordnung mit einer Verstärkungsregelung koppelt und \tfobei eine zweite Schaltung die erste Ausgangsklemme der Verstärkerschaltung mit der Ausgangsklemme der Schaltungsanordnung mit einer Verstärkungsregelung koppelt, dadurch gekennzeichnet daß eine erste Elektronensteuereinrichtung (50). vorgesehen ist, die eine erste Elektrode aufweist, welche mit der ersten Eingangsklemme (22) der Verstärkerschaltung (11) verbunden ist,, und weiterhin eine zweite Elektrode hat, daß weiterhin eine Bezugsenergieversorgungseinrichtung (35) vorhanden ist, welche eine erste Klemme (36) aufweist,' die mit der ersten Elektrode der ersten Elektronensteuereinrichtung verbunden ist, und weiterhin eine zweite Klemme hat, daß weiterhin eine zweite Elektronensteuereinrichtung (5^) vorhanden ist, welche eine erste Elektrode aufweist, die mit der zweiten Elektrode der ersten Elektronensteuer-' einrichtung verbunden ist, welche weiterhin eine Steuerelektrode aufweist, die als Steuerklemme (58) der Schaltung mit Verstärkungsregelung dient und derart ausgebildet ist, daß sie das Verstärkungssteuersignal aufnimmt, und welche eine zweite Elektrode aufweist, die mit der zweiten Klemme der Bezugsenergieversorgungseinrichtung verbunden ist, daß die zweite Elektronensteuereinrichtung einen Strom zwischen der ersten und der zweiten Elektrode derselben fließen läßt, welcher der Amplitude des Verstär-

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   kungssteuersignals entspricht, und daß die erste Elektronensteuereinrichtung eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, welche der Amplitude eines Stroms entspricht, der von der Bezugsenergieversorgungseinrichtung durch die erste und die zweite Elektronensteuereinrichtung geführt wird, um die Verstärkungssteuerung zu liefern.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung (11) einen Differenzverstärker aufweist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Schaltung einen Widerstand (42) aufweist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Elektronensteuereinrichtung wenigstens eine Halbleiterdiode (50) aufweist, die eine Anode hat, die eine von der ersten und der zweiten Elektrode der ersten Elektronensteuereinrichtung bildet, und welche eine Kathode aufweist, welche die andere von der ersten und der zweiten Elektrode der ersten Elektronensteuereinrichtung bildet.
5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Elektronensteuereinrichtung einen Transistor (54) aufweist, der einen Emitter, eine Basis und einen Kollektor hat, und daß der Kollektor die erste Elektrode, die Basis die Steuerelektrode und der Emitter die dritte Elektrode der zweiten Elektro.nens teuer einrichtung bilden.
6. 6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärkerschaltung (11) als Differenzverstärker ausgebildet ist, der eine zweite Eingangskiemme (53) und eine zweite Ausgangs-

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   klemme (25) "aufv/eist, daß weiterhin eine dritte Schaltung (38) vorgesehen ist, welche die zweite Eingangsklemme des Differenzverstärkers mit der Bezugsenergieversorgungseinriehtung (35) koppelt, daß weiterhin eine vierte Schaltung (20) vorgesehen ist, welche die zweite Ausgangsklemme des Differenzverstärkers mit einer Ausgangsklemme der Schali/urisjsanordnung mit einer Verstärkungsregelung koppelt, und daß eine dritte Elektronensteuereinrichtung (52) vorhanden ist, welche eine erste Elektrode aufweist, welche mib der zweiten Eingangsklemme (53) des Differenzverstärkers gekoppelt ist, und welche eine zweite Elektrode aufweist, die mit der ersten Elektrode der zweiten Elektronensteuereinrichtung (5^) gekoppelt ist, und daß die dritte Elektronensteuereinrichtung eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, welche dem Strom entspricht, der durch die zweite Elektronensteuereinrichtung geführt wird, um die Verstärkungssteuerung bzw. Verstärkungsregelung weiter zu erleichtern.
7. 7· Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schaltung einen Widerstand ö-O aufweist.
8. 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7 ■> dadurch gekennzeichnet , daß die dritte Elektronensteuereinrichtung eine Halbleiterdiode (52) aufweist, welche eine Anode hat, die eine von der ersten.und der zweiten Elektrode der dritten Elektronensteuereinrichtung bildet, und eine Kathode aufweist, welche die. andere von der ersten und der zweiten Elektrode der dritten Elektronen-Steuereinrichtung bildet.
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektronensteuereinrichtung einen Transistor (54-) aufweist, der einen Emitter, eine

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   Basis und einen Kollektor hat, wobei der Kollektor die •erste Elektrode, die Basis die Steuerelektrode und der Emitter die dritte Elektrode der zweiten Elektronensteuereinrichtung bilden.
10. 10.Verstärker, welcher zur Herstellung als integrierte Schaltung geeignet ist und v/elcher eine Eingangsklemme, eine Steuerklemme und eine Ausgangsklemme aufweist und seine Verstärkung in Reaktion auf ein Verstärkungssteuersignal verändert, welches an seiner Steuerklemme.vorhanden ist, wobei der Verstärker eine Stromversorgungseinrichtung mit einer ersten und einer zweiten Klemme hat, wobei weiterhin eine erste Elektronensteuereinrichtung vorhanden ist, die eine erste Elektrode hat, welche mit der ersten Klemme der Stromversorgungseinrichtung verbunden ist, die weiterhin" eine Steuerelektrode aufweist, welche mit einer Verstärker— eingangsklemme gekoppelt ist, und die eine zweite Elektrode hat, welche mit einer Verstärkerausgangsklerarne gekoppelt ist, und wobei eine zweite Elektronensteuereinrichtung vorhanden ist, die eine erste Elektrode aufweist, welchemit der ersten Klemme der Stromversorgungseinrichtung verbunden ist, die eine Steuerelektrode hat, welche mit einer Verstärkungseingangsklemrne gekoppelt ist, und die eine zweite Elektrode hat, welche mit einer Verstärkerausgangsklemme gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet , daß eine dritte Elektronensteuereinrichtung (50) vorgesehen ist, welche eine erste Elektrode aufweist, die mit der Steuerelektrode der ersten Elektronensteuereinrichtung verbunden ist, und-welche eine zweite Elektrode aufweist, daß die dritte Elektronensteuereinrichtung eine Impedanz hat, welche sich mit der Amplitude des Stroms verändert, der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode derselben fließt, daß weiterhin eine vierte Elektronensteuereinrichtung (52) vorhanden ist, welche eine erste Elektrode

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    aufweist, die mit der Steuerelektrode der zweiten Elektronensteuer&inrichtung verbunden ist, und welche eine zweite Elektrode aufweist, die mit der zweiten Elektrode der dritten Elektronensteuereinrichtung verbunden ist, daß die vierte ■ Elektronensteuereinrichtung eine Impedanz hat, welche sich mit der Amplitude des Stroms verändert, welcher zwischen der ersten und der zweiten Elektrode derselben fließt, daß weiterhin eine Bezugsenergieversorgungseinrichtung (35) vorgesehen ist, Vielehe eine erste Klemme aufweist, die mit der ersten Elektrode der dritten und der vierten Elektronensteuereinrichtung verbunden ist, und eine zweite Klemme hat, und daßeine fünfte Elektronensteuereinrichtung (54) vorgesehen ist, welche eine Steuerelektrode aufweist, die derart ausgebildet ist, daß sie das Verstärkungssteuersignal aufnimmt, welche weiterhin eine erste Elektrode aufweist, die mit der zweiten Klemme der Bezugsenergieversorgungseinrichtung verbunden ist, und welche weiterhin eine zweite Elektrode aufweist, die mit der zweiten Elektrode der dritten und der vierten Elektronensteuereinrichtung verbunden ist, wobei die fünfte Elektronensteuereinrichtung die Amplitude der Ströme durch die dritte und die vierte Elektronensteuereinrichtung in Reaktion auf das Verstärkungssteuersignal bestimmt, um dadurch das Verstärkungsmaß des Verstärkers zu steuern bzw. zu regeln.
11. 11. Verstärker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, .daß die Stromversorgungseinrichtung (16), die erste Elektronensteuereinrichtung (12) und die zweite Elektronensteuereinrichtung (14) aus Halbleitermaterial hergestellt sind und einen Differenzverstärker bilden.
12. 12. Verstärker nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch ,ge· kennzeichnet, daß die erste Elektronensteuereinrichtung (12) ein Transistor ist, der einen Emitter aufweist, welcher als erste Elektrode dient, der weiterhin eine

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    Basis aufweist,, welche als seine Steuerelektrode dient, und der einen Kollektor hat, welcher als dessen zweite Elektrode dient. .
13. 13. Verstärker nach einem der Ansprüche Ί0 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektronen-Steuereinrichtung (14·) einen Transistor aufweist, der einen Emitter hat, welcher dessen erste Elektrode darstellt, der weiterhin eine Basis hat, welche dessen Steuerelektrode darstellt, und der einen Kollektor hat, welcher dessen zweite Elektrode bildet. .
14. 14. Verstärker nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektronensteuereinrichtung (50) und die vierte Elektronensteuereinrichtung (52) Halbleiterdioden sind, welche Anoden- und Kathoden-Bereiche haben.
15. 15. Verstärker nach einem der Ansprüche 15 oder 14, dadurch

    g -e kennzeichnet , daß die fünfte Elektronensteuereinrichtung (54) ein Transistor ist, der einen Emitter, eine Basis und einen Kollektor aufweist, wobei der Basisbereich des Transistors die Steuerelektrode der fünften Elektronensteuereinrichttmg, der Emitterbereich die erste Elektrode und der Kollektorbereich die zweite Elektrode bilden.
16. 16. Verstärker nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Pufferverstärker (32) vorgesehen ist, der eine Eingangsklemme aufweist, welche derart ausgebildet ist, daß sie ein zu ver-_ stärkendes Signal aufnimmt, und eine Ausgangski erame· hat, daß weiterhin ein erster Widerstand (42) vorgesehen ist, welcher die Ausgangsklemme des ersten Pufferverstärkers

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    mit der Steuerelektrode der ersten Blektroiiensteuerein- ' richtung (12)· verbindet, daß weiterhin ein" zweiter' Pufferverstärker (88) vorhanden ist, der eine Eingangselektrode auf v/eist, welche mit der ersten Klemme der BesugsenergieversOrgungseinrichtunp; verbunden ist, und eine Äus-gangsklemme hat, und daß ein zweiter Widerstand '(5b) vorgesehen ist, welcher die Ausgangsklemme des zweiten Pufferverstärkers mit der Steuerelektrode der zweiten illektrönensteuereinrichtuhg (14·) verbindet.

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