DE2456375C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem steuerbaren Verstärker mit einem Paar eine Differenzschaltung bildenden emittergekoppelten Transistoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Verstärker der genannten Art ist aus der US-PS 37 23 895 bekannt. Bei diesem Verstärker besteht die Emitterimpedanz, mit welcher der Emitter des Eingangstransistors verbunden ist, aus einem direkt mit Masse verbundenen Widerstand konstanten Wertes.

Aus der DE-OS 21 22 202 ist eine Verstärkerschaltung mit einem Paar eine Differenzschaltung bildenden emittergekoppelten Transistoren und mit einem Eingangs-Transistor bekannt, dessen Basis ein zu verstärkendes Videosignal zugeführt ist und dessen Emitter einerseits durch einen Widerstand mit einem Negativpo­ tential und andererseits durch einen Kondensator, einen übli­ chen zweistufigen Impedanzwandler mit komplementären Transi­ storen und Emitterwiderständen sowie einen Spannungsteiler mit einem Eingang der Differenzschaltung verbunden ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Verstärker der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Gesamtverstär­ kung durch einen vom Emitter des Eingangs-Transistors abgezweig­ ten steuerbaren Strom derart einstellbar ist, daß die Gesamt­ verstärkung um so größer ist, je kleiner dieser Strom ist und umgekehrt, wobei aber die Gesamtverstärkung auf einen, einem bestimmten Wert des steuerbaren Stromes entsprechenden Maximal­ wert begrenzt ist, der nicht überschritten wird, auch wenn der steuerbare Strom auf Werte verringert wird, die kleiner als der bestimmte Wert sind.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verstärker ist die Verstärkung zumin­ dest angenähert durch das Verhältnis zwischen dem Strom in der steuerbaren Stromquelle und dem Strom in der Konstantstrom­ quelle bestimmt. Die Emitterimpedanz sorgt dafür, daß die Ausgangsimpedanz des Eingangs-Transistors nicht über einen maximalen Wert hinaus ansteigt, wenn der Strom der steuerbaren Stromquelle auf einen kleinen Wert verringert wird, um die Verstärkung des Verstärkers groß zu machen.

Die maximale Verstärkung des Verstärkers kann durch eine zu­ sätzliche Konstantstromquelle gemäß Anspruch 2 begrenzt werden, die einen konstanten Strom parallel zum Strom der steuerbaren Stromquelle erzeugt. Damit ist der Minimalwert des Stromes der Konstantstromquelle begrenzt.

Die Mindestverstärkung des steuerbaren Verstärkers kann durch eine Spannungsquelle gemäß Anspruch 3 automatisch bestimmt werden.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfin­ dungsgemäßen Verstärkers gehen aus den Ansprüchen 4 und 5 hervor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Schaltbild einer Ausführungs­ form der Erfindung.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Schaltbild einer anderen Aus­ führungsform.

Die eine bevorzugte Ausführungsform nach Fig. 1 hat einen Schaltkreis für Verstärkungssteuerung, der auf eine Signal­ spannung 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 An­ schluß mit der Basis eines ersten Transistors 14 einer Diffe­ renzschaltung 16 verbunden. Die Differenzschaltung 16 hat diesen Transistor 14 und einen zweiten Transistor 17. Die Emitter dieser Transistoren 14 und 17 sind direkt miteinander verbun­ den, und sind mit Masse über eine Stromquelle 18 für kon­ stanten 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.

Um die Schaltung abzugleichen, kann ein anderer oder ein wei­ terer Transistor 23, der dem Transistor 12 entspricht, vor­ handen 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 bei­ de mit einem Anschluß 29 einer Versorgungsspannungsquelle verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 14 und 17 der Differenzschaltung 16 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 Ver­ stärkung 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 Basis­ vorspannung. 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 ver­ bunden.

Der Kollektor des Transistors 17 ist der Ausgangsanschluß der Differenzschaltung 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 be­ schrieben. Der Transistor 12 wandelt die Eingangs-Signal­ spannung S der Quelle 11 in einen Signalstrom um, der der Basis des Transistors 14 und den Anoden der Dioden 37 und 38 zuge­ führt wird. Die Eingangsimpedanz des Transistors 14 ist kon­ stant, da der Strom der Quelle 18 konstant gehalten wird. Jedoch ändert sich die Impedanz der Dioden abhängig von dem Strom der Quelle 33. Das ergibt, daß die Geamtverstärkung des Schaltkreises proportional dem Verhältnis der Ströme I ₁ zu I ₂ ist, wobei I ₁ derjenige Strom ist, der durch die Quelle 18 fließt und I ₂ der steuerbare Strom der Quelle 33 ist. Je kleiner der Strom I ₂ ist, umso größer ist somit die Ver­ stärkung des Schaltkreises und umgekehrt. Selbst wenn der Strom I ₂ 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 Strom­ kreis 43 den Mindeststrom garantiert, der durch den Emitter des Transistors 12 fließt. Wenn der Stromkreis 43 wie ge­ zeigt ein Emitterlastwiderstand ist, ist dessen Impedanz viel kleiner als die effektive Impedanz der steuerbaren Strom­ quelle 33. Deshalb fließt der meiste Emitterstrom des Tran­ sistors 12 durch den Stromkreis 43 und Änderungen des Stromes I ₂ 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 ₂ durch den Kreis 33 hindurch sehr klein gemacht weden würde.

Entsprechend dem Schaltkreis nach Fig. 1 ist der dynamische Bereich der Veränderung der Ausgangsspannung der Differenz­ schaltung 16, d. h. die maximale Spannung über dem Wider­ stand 32, grundsätzlich durch den Strom I ₂ der Quelle 33 bestimmt. Der Verstärkungssteuerungskreis ist speziell für einen automatischen Verstärkungsregelungskreis geeignet, um ein Ausgangssignal zu liefern, das einen relativ konstanten Wert hat. Für diesen Zweck kann die veränderbare Spannungs­ quelle 36 durch ein festgestelltes Steuersignal ersetzt wer­ den, das durch Messung der Amplitude des Ausgangssignals am Anschluß 42 erhalten wird.

Der dynamische Bereich des Differentialvertärkers 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 Erfordernis­ se für die Vorspannung des Transistors 39. Es ist auch not­ wendig, zu beachten, daß eine Vergrößerung des Stromes der Quelle 18 in zunehmendem Maße Verschlechterung des Signal- Rauschverhältnisses bewirkt. Der zusätzliche Leistungsver­ lust, der auf der Vergrößerung des Stromes beruht, ist daher vergeudet, da er nicht nutzbringend verwendet wird.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform nach Fig. 2 weist neben der steuerbaren Stromquelle 33 eine zusätzliche Konstantstromquelle 45 auf. Die Stromquelle 33 hat wie gezeigt den Transistor 34 und den Widerstand 35 parallel zur Spannungsquelle 36. Die Konstant­ stromquelle 45 hat einen Transistor 46, einen Widerstand 47 und eine Spannungsquelle 48 für eine festgelegte Basisvor­ spannung. Die Stromquellen 33 und 45 sind zueinander parallel geschaltet, so daß der Strom I ₂ des Beispiels nach Fig. 1 aufgeteilt ist in veränderbare Anteile I _{2 v} und I _{2 f} . Der Ge­ samtstrom I ₂ kann daher nicht kleiner sein als der Strom I _{2 f} . Dieser Strom I _{2 f} bestimmt die Maximalverstärkung des Kreises.

Der Schaltkreis nach Fig. 2 hat außerdem eine Quelle 49 für feste oder konstante Spannung. Diese Quelle 49 hat einen Transistor 50 und eine Spannungsquelle 51 für die Basisvor­ spannung. 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 Transisto­ ren 34 und 46 angeschlossen.

Die feste Spannungsquelle 49 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 ge­ steuert ist. Diese Quelle dient auch dazu, den Transistor 34 der variablen Stromquelle 33 vor Durchbruch zu schützen, wenn die Versorgungsspannung eingeschaltet wird oder ist.

Der steuerbare Verstärkungsschaltkreis hat also einen Differenz­ verstärker, wie z. B. den Verstärker 16, und einen Ein­ gangstransistor 12, dessen Emitter mit der Basis des einen der Transistoren des Differenzverstärkers verbunden ist. Weiter hat die Schaltung zwei Stromquellen, von denen die eine mit der Basis des Transistors 14 und die andere mit den miteinander verbundenen Emittern der Transistoren 14 und 17 verbunden ist. Erfindungsgemäß ist zusätzlich eine Emitterimpedanz vorgesehen, um den Betrieb des Transistors 12 zu stabilisieren.

Es war schon bekannt, den Strom einer Stromquelle, die mit den gekoppelten Emittern der Transistoren 14 und 17 verbunden ist, zu steuern, um die Verstärkung der Schaltung zu steuern. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird der Strom nur in der Stromquelle 33 gesteuert.

Der Transistor 23 wird nicht durch die Signalspannung S beauf­ schlagt, sondern dient dazu, den Transistor 12 zu stabilisie­ ren. 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.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 sieht die Spannungsquelle 49 vor, die eine relativ konstante Spannung am Emitter des Transistors 50 liefert. Dieser Transistor könnte tatsächlich Teil der Stromversorgung sein und der Emitteranschluß könnte ein zwei­ ter Anschluß in einer Stromversorgungsquelle mit einer Span­ nung sein, die kleiner ist als die des Anschlusses 29. Das bedeutet, daß der Strom I _{2 v} sich ändern kann, ohne Verände­ rung 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 Fig. 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 Fachmann im Ramen der vorlie­ genden Erfindung Variationen vornehmen kann und daß die Erfindung keineswegs auf die dargestellten speziellen Aus­ führungsbeispiele beschränkt ist. Zum Beispiel kann das Eingangssignal S der Basis des Transistors 23 zugeführt wer­ den, und zwar zusätzlich zum Anlegen des Signals an die Basis des Transistors 12. An die Basis des Transistors 23 ist das Signal jedoch mit entgegengesetzter Polarität anzu­ legen. Außerdem können die Emitterimpedanzen 43 und 44 stromkonstante Kreise anstelle von einfachen Widerständen sein.

Claims (5)

1. Steuerbarer Verstärker mit einem Paar eine Differenzschal­ tung bildenden emittergekoppelten Transistoren, deren Emitter mit einer Konstantstromquelle verbunden sind, und mit einem Ein­ gangs-Transistor, dessen Basis das zu verstärkende Eingangs­ signal zugeführt wird und dessen Emitter einerseits mit dem einen Eingang der Differenzschaltung und andererseits mit einer Emitterimpedanz verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit dem Emitter des Eingangs-Transistors (12) über eine veränderbare Impedanz (37) eine steuerbare Stromquelle (33, 33′) verbunden ist und daß die Emitterimpedanz (43) so dimensioniert ist, daß sie bei Herabsetzung des durch die steuerbare Stromquelle (33, 33′) fließenden Stroms den durch den Eingangs-Transistor (12) fließenden Minimalstrom der­ art begrenzt, daß der Eingangs-Transistor (12) eine niedrige Ausgangsimpedanz hat.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der steuerbaren Stromquelle (33′) eine zusätzliche Konstantstromquelle (45) parallel geschaltet ist.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mit einer steuerbaren Strom­ quelle (33′) eine Spannungsquelle (49) verbunden ist, die eine weitgehend feste Spannung abgibt.

4. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Transistor (23) vorgesehen ist, dessen Emitter mit dem anderen Eingang der Differenzschaltung (16) verbunden ist und dessen Basis mit einer Vorspannungsquelle (26) verbunden ist, die außerdem mit der Basis des Eingangs-Transistors (12) verbunden ist und daß der Emitter des weiteren Transistors (23) über eine weitere veränderbare Impedanz (38) mit der steuerbaren Strom­ quelle (33, 33′) und außerdem mit einer weiteren Emitterimpe­ danz (44) verbunden ist.

5. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Emitterimpe­ danzen ein Widerstand (43, 44) ist, der mit Massepotential ver­ bunden ist.