DE2456375A1

DE2456375A1 - Schaltung mit steuerung der verstaerkung

Info

Publication number: DE2456375A1
Application number: DE19742456375
Authority: DE
Inventors: Masayuki Hongu; Tsutomu Niimura
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1973-12-01
Filing date: 1974-11-28
Publication date: 1975-06-05
Also published as: JPS5086960A; GB1469990A; AU7575574A; NL189586B; JPS5624410B2; FR2253312B1; JPS5543286B2; NL7415556A; FR2253312A1; US3968453A; CA1010371A; DE2456375C2; NL189586C; JPS50144365A

Description

Or. rer. nat. W. KORBER . »MÜNCHEN 22, Steinsdorfstr, lft

28. November 1974 Sony Corporation

7-35 Kitashinagawa 6-chome
Shinagawa-ku

Tokyo/Japan

Patentanmeldung

Schaltung mit Steuerung der Verstärkung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung mit Steuerung der Verstärkung wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 umrissen ist«, Mehr ins einzelne gehend betrifft sie eine verbesserte steuerbare Verstärkerschaltung, deren dynamischer Bereich unabhängig von der angelegten Steuerspannung ist.

Es sind bereits viele steuerbare bzw. regelbare Verstärkerschaltkreise vorgeschlagen worden, die jeder gewisse Vorteile haben. Wenn ein solcher Schaltkreis mit gewissen Vorteilen in ein geeignetes System eingefügt ist, kann es erforderlich sein, unter gewissen Bedingungen zu arbeiten, für die dieser Schaltkreis speziell nicht geeignet ist.

Eine Type eines steuerbaren Verstärkerschaltkreises, der vorgeschlagen worden ist, hat einen Eingangstransistor _i dessen Emitter mit der Basis eines der Transistoren eines Differentialverstärkers verbunden ist. Der gemeinsame Schaltungspunkt zwischen dem Emitter des Eingangstransistors und der Basis des Transistors, mit dem der Eingangstransistor verbunden ist, ist des weiteren über eine Diode mit einer ersten steuerbaren Stromquelle verbunden. Der gemeinsame Emitterkreis der

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Transistoren des Differentialverstärkers ist mit einer zweiten steuerbaren Stromquelle verbunden. Die Verstärkung eines solchen Steuerschaltkreises ist angenähert durch das Verhältnis des Stromes in der zweiten Stromquelle zu dem Strom in der ersten Stromquelle bestimmt.

Ein steuerbarer Verstärkerschaltkreis dieser Art hat einige Nachteile. Wenn der Strom der ersten Stromquelle auf einen kleinen Wert verringert wird, um die Verstärkung des Schaltkreises groß zu machen, steigt die Ausgangsimpedanz des Eingangstransistors an. Das Ergebnis ist, daß die Verstärkung des Schaltkreises sich stärker ändert als dies erwartet ist.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schaltkreis anzugeben, der unter anderem frei von dem vorgenannten Nachteil ist. Diese Aufgabe wird durch eine wie im Patentanspruch 1 angegebene Schaltung gelöst und weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüehen hervor.

Der steuerbare Verstärkerschaltkreis nach der vorliegenden Erfindung hat einen Eingangstransistor, der das Eingangssignal an seiner Basis erhält. Sein Emitter ist mit der Basis des Eingangstransistors eines Differentialverstärkers verbunden. Die Basis eines ersten Transistors ist der Eingangsanschluß des Differentialverstärkers und die Emitter des ersten Transistors und des zweiten Transistors,der in differentieller Schaltung mit dem ersten Transistor verbunden ist, sind über einen Stromkreis mit konstantem Strom mit Masse verbunden. Eine Diode verbindet die Basis des Eingangstransistors des Differentialwstärkers mit einer steuerbaren Stromquelle. Um jedoch die Nachteile des voranstehend beschriebenen Standes der Technik zu vermeiden, ist ein Stromkreis, wie z. B. ein Emitterlastwiderstand, mit dem Emitter des Eingangstransistors verbunden, um die Ausgangsimpedanz des Transistors auf einem vorgegebenen relativ niedrigen Wert zu halten.

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Die maximale Verstärkung des Schaltkreises kann durch Aufteilung der steuerbaren Stromquelle in zwei .Abschnitte begrenzt werden. Einer der Abschnitte erzeugt einen steuerbaren Strom und der andere Abschnitt erzeugt einen konstanten Strom, parallel zu dem steuerbaren Anteil. Damit ist der Minimalwert des Stromes der steuerbaren Stromquelle auf den Stromwert des Abschnitts mit konstantem Strom begrenzt. Die Mindestverstärkung des steuerbaren Verstärkungskreises kann automatisch bestimmt werden durch eine feste Spannung einer Quelle, die mit der Verbindung der Dioden und der steuerbaren Stromquelle verbunden ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Schaltbild einer Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 2 zeigt schematisch ein Schaltbild einer anderen AusfUhrungsform.

Die eine bevorzugte Ausführungsform nach Fig. 1 hat einen Schaltkreis für Verstärkungssteuerung, der auf eine Signalspannung S der Quelle 11 anspricht. Diese Quelle 11 liegt zwischen Masse und der Basis eines Eingangstransistors 12. Ein Widerstand 13 ist mit seinem einen Anschluß mit dem Emitter dieses Transistors 12 und mit seinem anderen Anschluß mit der Basis eines ersten Transistors 14 eines-Differentialverstärkers 16 verbunden. Der Verstärker 16 hat diesen Transistor 14 und einen zweiten Transistor 17. Die Emitter dieser Transistoren 14 und 17 sind direkt miteinander verbunden, und sind mit Masse über eine Stromquelle 18 für konstanten Strom verbunden. Diese Stromquelle 18 hat einen Transistor 19, einen Widerstand 21, der in Reihe mit dem Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors 19 geschaltet ist, und eine Gleichspannungsquelle 22 für eine Vorspannung.

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Um die Schaltung abzugleichen, kann ein anderer oder ein weiterer Transistor 23, der dem Transistor 12 entspricht, vorhanden sein. Der Emitter des Transistors 23 ist über einen Widerstand 24 mit der Basis des Transistors 17 verbunden. Eine Spannungsquelle 26 für eine Basisvorspannung ist über einen Widerstand 27 mit der Basis des Transistors 12" und über einen Widerstand 28 mit der Basis des Transistors 23 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 12 und 23 sind beide mit einem Anschluß 29 einer· Versorgungsspannungsquelle verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 14 und 17 des Differentialverstärkers sind ebenfalls mit dem Anschluß 29, und zwar jeweils über die Widerstände 31 und 32, verbunden. Es ist eine steuerbare Stromquelle 33 vorgesehen, um die Verstärkung des Schaltkreises zu steuern. Die Stromquelle hat einen Transistor 34, einen Widerstand 35, der in Reihe mit dem Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors 34 geschaltet ist, und eine Spannungsquelle 36 für eine einstellbare Basisvorspannung. Der Widerstand 35 ist mit Masse verbunden und der Kollektor des Transistors 34 ist über Einrichtungen mit variabler Impedanz, wie z. B. die Dioden 37 und 38, mit je einem der Basisanschlüsse der Transistoren 14 und 17 verbunden.

Der Kollektor des Transistors 17 ist der Ausgangsanschluß des Differentialverstärkers 16. Dieser Ausgangsanschluß ist mit der Basis eines Ausgangstransistors 39 verbunden, der als Emitterfolger arbeitet. Der Transistor 39 hat einen Emitterlastwiderstand 41 und ein Ausgangsanschluß 42 ist mit dem Emitter des Transistors 39 verbunden.

Erfindungsgemäß sind weitere, als Widerstände 43 und 44 gezeigte Stromkreise zwischen Masse und dem jeweiligen der Emitter der Transistoren 12 und 23 eingefügt.

Nachfolgend wird der Betrieb eines solchen Schaltkreises beschrieben. Der Transistor 12 wandelt die Eingangs-Signa1-

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spannung S der Quelle 11 in einen Signalstrom um, der der Basis des Transistors 14 und den Anoden der Diode 37 zugeführt wird. Die Eingangsimpedanz des Transistors 14 ist konstant, da der Strom der Quelle 18 konstant gehalten wird. Jedoch ändert sich die Impedanz der Diode abhängig von dem Strom der Quelle 33. Das ergibt, daß die Gesamtverstärkung des Schaltkreises proportional dem Verhältnis der Ströme I., zu Ip ist, wobei I. derjenige Strom ist, der durch die Quelle 18 fließt und Ip der steuerbare Strom der Quelle 33 ist. Je kleiner der Strom Ip ist, umso größer ist somit die Verstärkung des Schaltkreises und umgekehrt. Selbst wenn der Strom Ip auf einen sehr kleinen Wert verringert wird, so daß die Verstärkung des Schaltkreises ein Maximum ist, bleibt die Ausgangsimpedanz des Transistors 12, gemessen am Emitter desselben, auf einem konstanten, niedrigen Wert, da der Stromkreis 43 den Mindeststrom garantiert, der durch den Emitter des Transistors 12 fließt. Wenn der Stromkreis 43 wie gezeigt ein Emitterlastwiderstand ist, ist dessen Impedanz viel kleiner als die effektive Impedanz der steuerbaren Stromquelle 33. Deshalb fließt der meiste Emitterstrom des Transistors 12 durch den Stromkreis 43 und Änderungen des Stromes Ip beeinflussen die Ausgangsimpedanz des Transistors 12 nicht wesentlich. Das vermeidet denjenigen großen Anstieg der Ausgangsimpedanz des Transistors 12, der andererseits auftreten würde, wenn kein Stromkreis 43 vorhanden wäre und der Strom I_? durch den Kreis 33 hindurch sehr klein gemacht v/erden wurde.

Entsprechend dem Schaltkreis nach Fig. 1 ist der dynamische Bereich der Veränderung der Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 16, d. h. die maximale Spannung über dem Widerstand 32j grundsätzlich durch den Strom I₂ der Quelle 33 bestimmt. Der Verstärkungssteuerungskreis ist speziell für einen automatischen Verstarkungsregelungskreis geeignet, um ein Ausgangssignal zu liefern, das einen relativ konstanten

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Wert hat. Pur diesen Zweck kann die veränderbare Spannungsquelle 36 durch ein festgestelltes Steuersignal ersetzt werden, das durch Messung &r Amplitude des Ausgangssignals am Anschluß 42 erhalten wird.

Der dynamische Bereich des Differentialverstärkers 16 muß passend bemessen sein. In Betracht zu ziehen sind der Umstand, daß das Rauschen eines Transistorüberganges proportional dem durch ihn hindurchfließenden Strom ist und die Erfordernisse für die Vorspannung des Transistors 39. Ss ist auch notwendig, zu beachten, daß eine Vergrößerung des Stromes der Quelle 18 in zunehmendem Maße Verschlechterung des Signal-Rauschverhältnisses bewirkt. Der zusätzliche Leistungsverlust, der auf der Vergrößerung des Stromes beruht, ist daher vergeudet, da er nicht nutzbringend verwendet wird.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach I¹Ig. 2 ist die steuerbare Stromquelle 33 in zwei Abschnitte 33' und 45 geteilt. Der Abschnitt 33' hat wie gezeigt den Transistor 34 und den Widerstand 35 parallel zur Spannungsquelle 36. Der Abschnitt 45 hat einen Transistor 46, einen Widerstand 47 und eine Spannungsquelle 48 für eine festgelegte Basisvorspannung. Die Abschnitte 33' und 45 sind zueinander parallel geschaltet, so daß der Strom Ip des Beispiels nach Pig. 1 aufgeteilt ist in veränderbare Anteile I_2v und I₂-. Der Gesamtstrom Ip kann daher nicht kleiner sein als der Strom Ι_?ί>· Dieser Strom Ip,, bestimmt die Maximalverstärkung des Kreises.

Der Schaltkreis nach Pig. 2 hat außerdem eine Quelle 49 für feste oder konstante Spannung. Diese Quelle 49 hat einen Transistor 50 und eine Spannungsquelle 51 für die Basisvorspannung. Der Kollektor des Transistors 50 ist mit dem Anschluß 29 der Spannungsversorgung verbunden und der Emitter · des Transistors 50 ist an dem gemeinsamen Schaltungspunkt zwischen den Dioden 37 und 38 und den Kollektoren der Transistoren 34 und 44 angeschlossen.

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Die feste Spannungsquelle 47 hält die Kollektorspannung der Transistoren 34 und 46 auf einem festen Wert derart, daß der steuerbare. Strom der Quelle 33' begrenzt ist. Das Ergebnis ist, daß der Maximalstrom, der durch die Dioden 37 und 38 fließen kann, durch die Spannungsquelle 49 gesteuert ist. Diese Quelle dient auch dazu, den Transistor der variablen Stromquelle 33' vor Durchbruch zu schützen, wenn die Versorgungsspannung eingeschaltet wird oder ist.

Der steuerbare Verstärkersehaltkreis hat also einen Differentialverstärker, wie z. B. den Verstärker 16, und einen Eingangstransistor 12, dessen Emitter mit .der Basis des einen der Transistoren des Differentialverstärkers verbunden ist. Weiter hat die Schaltung zwei Stromquellen, von denen die eine mit der Basis des Transistors 14 und die andere mit den gemeinsamen Verstärkern der Transistoren 14 und·17 verbunden ist. Erfindungsgemäß ist zusätzlich ein Stromkreis, wie z.B. ein Emitterlastwiderstand 43 vorgesehen, um den Betrieb des Transistors 12 zu stabilisieren.

Es war zwar schon bekannt, den Strom einer Stromquelle, die mit den gemeinsamen Emittern der Transistoren 14 und verbunden ist, zu steuern, um die Verstärkung der Schaltung zu steuern. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird der Strom nur in der Stromquelle 33 bzw. 33' gesteuert.

Der Transistor 23 wird nicht durch die Signalspannung S beaufschlagt, sondern dient dazu, den Transistor 12 zu stabilisieren. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung ist es nicht zwingend notwendig, den Transistor 23 und seine Widerstände 28, 24 und 44 sowie die Diode 38 vorzusehen. Der Transistor 17 kann auch in an sich bekannter Weise geeignet vorgespannt werden.

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Die Ausführungsform nach Pig. 2 sieht einen Schaltkreis 49 vor, der eine relativ konstante Spannung am Emitter des Transistors 50 liefert. Dieser Transistor könnte tatsächlich Teil der Stromversorgung sein und der Emitteranschluß könnte ein zweiter Anschluß in einer Stromversorgungsquelle mit einer Spannung sein, die kleiner ist als die des Anschlusses 29. Das bedeutet, daß der Strom I„ sich ändern kann, ohne Veränderung der Spannung des gemeinsamen Schaltungspunktes zwischen den Kollektoren der Transistoren 34 und 46 und den Kathoden der Dioden 37 und 38.

Der Stromkreis 45 der Ausführungsform nach Pig. 2 liefert einen Mindeststromwert durch die Dioden 37 und 38, selbst dann wenn der Strom der Quelle 33 auf Null gefallen ist.

Es ist ersichtlich, daß der Pachmann im Rahmen der vorliegenden Erfindung Variationen vornehmen kann und daß die Erfindung keineswegs auf die dargestellten speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Zum Beispiel kann das Eingangssignal S der Basis des Transistors 23 zugeführt werden, und zwar zusätzlich zum Anlegen dieses Signals an die Basis des Transistors 12. An die Basis des Transistors 23 ist das Signal jedoch mit entgegengesetzter Polarität anzulegen. Außerdem können die Kreise 43 und 44 stromkonstante Kreise anstelle von einfachen Widerständen sein.

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Claims

_ 9 PATENTANSPRÜCHE

\ ~\J Schaltung mit Steuerung der Verstärkung mit einem Differentialverstärker, der einen Basiseingangskreis und einen Ausgangskreis hat, der einen Eingangstransistor hat, der eine Spannungsquelle für ein Eingangssignal hat, die mit der Basis des Eingangstransistors verbunden ist, und der eine steuerbare Stromquelle hat, gekennzeichnet durch eine Impedanz (13), die den Emitter des Eingangstransistors (12) mit dem Basiseingangskreis (14) des Differentialverstärkers (16) verbindet, durch eine Einrichtung (37) mit veränderbarer Impedanz, die die steuerbare Stromquelle (33,33' und 45) mit diesem Basiseingangskreis (14) des Differentialverstärkers (16) verbindet, wobei der Impedanzwert der Einrichtung (37) mit veränderbarer Impedanz mittels des Stromes der steuerbaren Stromquelle (33,33',45) steuerbar ist, um den Basisstrom des Basiseingangskreises (14) zu verändern, und durch eine Stromkreiseinrichtung (43), die mit dem Emitter des Eingangstransistors (12) verbunden ist, um einen Anteil des Emitterstroms des Eingangstransistors (12) zu übernehmen.
2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die steuerbare Stromquelle einen ersten und einen zweiten Abschnitt (33' und 45) hat, die beide parallel zueinander geschaltet sind und wobei der erste Abschnitt (33') einen veränderbaren Strom und der zweite Abschnitt (45) einen im wesentlichen konstanten Strom liefert, so daß der Mindestwert des Stroms der steuerbaren Stromquelle nicht kleiner werden kann als der Wert dieses im wesentlichen konstanten Stromes des zweiten Abschnittes (45).
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle (49) mit im wesentlichen festem Spannungswert, die mit der Stromquelle (33,33') für den steuerbaren Strom verbunden ist.

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4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialverstärker (16) einen ersten und einen zweiten Transistor (14 und 17) hat, wobei der Basiseingangskreis die Basis des ersten Transistors (14) umfaßt, und daß eine Stromquelle (18) mit konstantem Strom zwischen den Emitter des ersten Transistors (14) und den Emitter des zweiten Transistors (17) einerseits und Masse anderseits in Reihe geschaltet ist.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 Ms 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektoreinrichtung vorgesehen ist, die die steuerbare Stromquelle (33,33') mit dem Ausgangskreis (42) der Schaltung verbindet, womit die steuerbare Stromquelle (33,33') durch das Ausgangssignal am Ausgang (42) steuerbar ist.

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