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Amplitudenstellglied, dessen Ausgangssignal einem Eingangssignal
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proportional ist und von einem Regelsignal abhängt.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Amplitudenstellglied, dessen Ausgangssignal
einem Eingangs signal proportional ist und von einem Regelsignal abhängt, bestehend
aus einem Differenzverstärker mit zwei Transistoren, deren Kollektorelektroden über
je einen Arbeitswiderstand an einen Pol einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen
sind, deren Emitterelektroden an einen zweiten Pol der Betriebsspannungsquelle angeschlossen
sind, an deren Basiselektroden das Eingangssignal anliegt, von deren Kollektorelektroden
das Ausgangssignal abgegeben wird und deren Emitter-Kollektor-Ströme mit dem Regelsignal
beeinflußt werden.
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Bekanntlich können Differenzverstärker mit zwei Transistoren als Amplitudenstellglieder
verwendet werden. Dabei wird das Eingangssignal den beiden Basiselektroden der Transistoren
zugeführt; die Kollektorelektroden sind über je einen Arbeitswiderstand an einen
Pol einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen; über diese Kollektorelektroden
wird das Ausgangssignal abgegeben. Der Strom durch die Emitter-Kollektor-Strecken
der beiden Transistoren wird mit dem Regelsignal eingestellt. Als Transistoren können
beispielsweise Feldeffekttransistoren verwendet werden. Dieses bekannte Amplitudenstellglied
hat den Nachteil, daß sich das Ausgangssignal nicht in linearer Weise in Abhängigkeit
vom Eingangssignal ändert. Wenn durch die Dimensionierung der Bauteile derartiger
bekannter Amplitudenstellglieder eine besonders kleine Aussteuerung erzielt wird,
ist es möglich, den Linearitätsfehler in Grenzen zu halten. Eine derart kleine Aussteuerung
ist jedoch nicht in allen Anwendungsfällen praktikabel.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Amplitudenstellglied
anzugeben, das auch bei relativ großen Aussteuerungen nur einen verschwindend kleinen
Linearitätsfehler aufweist.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
die Emitter-Kollektor-Strecken zweier als Dioden geschalteter weiterer Transistoren
als Eingangswiderstände der zwei Transistoren des Differenzverstärkers vorgesehen
sind und daß die zwei weiteren Transistoren und die zwei Transistoren des Differenzverstärkers
aus dem gleichen Halbleitermaterial bestehen.
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Das erfindungsgemäße Amplitudenstellglied zeichnet sich durch extrem
kleinen Linearitätsfehler und durch geringen technischen Aufwand aus.
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Wenn die beiden Transistoren des Differenzverstärkers und die beiden
weiteren, als Dioden geschalteten Transistoren typenmäßig gleich sein sollen ist
es zweckmäßig, daß die Basiselektroden und die Kollektorelektroden der zwei weiteren
Transistoren an die Basiselektroden der Transistoren des Differenzverstärkers angeschlossen
sind und daß die Emitterelektroden der zwei weiteren Transistoren mit Schaltungspunkten
festen Bezugspotentials verbunden sind.
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Wenn ein maximaler und vom Regelsignal unabhängiger Aussteuerungsbereich
des Eingangssignals wünschenswert ist, ist es zweckmäßig, daß die Kollektorelektroden
der weiteren Transistoren über weitere Widerstände an den einen Pol der Betriebsspannungsquelle
angeschlossen und derart bemessen sind, däß die Ströme durch die weiteren Widerstände
und durch die Emitter-Kollektor-Strecken der weiteren Transistoren gleich den maximalen
Strömen durch die Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren des Differenzverstärkers
sind.
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Im folgenden-wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Figuren 1 bis 4 beschrieben.
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Es zeigen:-Fig. 1 ein Amplitudenstellglied - und Fig. 2, 3 und 4 Regelcharakteristiken
des in Fig. 1 dargestellten Amplitudenstellgliedes,
Fig. 1 zeigt
ein Amplitudenstellglied, dessen Åusgangssignal U2 einem Eingangssignal Ul proportional
ist und von einem Regelsignal U3 abhängt. Dieses Amplitudenstellglied besteht aus
einem Differenzverstärker mit den beiden Transistoren T1, T2, deren Kollektorelektroden
über je einen Widerstand R1 bzw. R2 und über dem Schaltungspunkt P1 an einen Pol
einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen sind, deren Emitterelektroden über den
Transistor T5 und den Widerstand R7 und über den Schaltungspunkt P2 an einen zweiten
Pol einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen sind. Das Eingangssignal U1 liegt
einerseits über dem Widerstand R5 an der Basiselektrode des Transistors Ti und andererseits
über dem Widerstand R6 an der Basiselektrode des Transistors T2. Über die beiden
Kollektorelektroden der Transistoren T1, T2 wid das Ausgangssignal U2 abgegeben.
Mit dem Regelsignal U3 wird der Strom durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors
5 beeinflußt und damit werden auch die Emitter-Kollektor-Ströme I1 bzw. I2 durch
die Transistoren T1 bzw. T2 beeinflußt. Die Emitter-Kollektor-Strecken der beiden
Transistoren T3 bzw. T4 sind als Dioden und als Eingangswiderstände der beiden Transistoren
Tl bzw. T2 geschaltet. Dabei sind die Emitterelektroden der Transistoren T3 bzw.
T4 über die Schaltungspunkte P3 bzw. P4 an konstante Potentiale angeschlossen.
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Alle Transistoren T1, T2, T3, T4 sind aus gleichem Halbleitermaterial
gefertigt.
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Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen Regelcharakteristiken des in Fig.
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1 dargestellten Amplitudengliedes. Die Abszissenrichtung bezieht sich
auf das Eingangssignal U1, die Ordinatenrichtung auf das Ausgangssignal U2. Als
Eingangssignal U1 ist-beispielsweise eine Eingangsspannung, als Ausgangssignal U2
ist beispielsweise eine Ausgangsspannung und als Regelsignal U3 ist beispielsweise
eine Regelspannung denkbar. Bei allen Figuren 2, 3 und 4 wird das Regelsignal U3
jeweils. als konstant vorausgesetzt.
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Fig. 2 bezieht sich auf den Fall eines Regelsignals relativ kleiner
Amplitude, das mit dem-Bezugszeichen U3/1 bezeichnet ist. Die Fig. 3 bezieht sich
auf ein Regelsignal mittlerer Amplitude, das mit dem Bezugs zeichen U3/2 bezeichnet
ist und die Fig. 4 bezieht
sich auf ein Regelsignal relativ großer
Amplitude, das mit dem Bezugszeichen U3/3 bezeichnet ist; Bekannte Amplitudenstellglieder,
die im wesentlichen nur aus den beiden Transistoren T1, T2 und den beiden Arbeitswiderständen
R1, R2 bestehen, haben den Nachteil, daß zwischen den Eingangssignalen U1 und den
Ausgangssignalen U2 kein linearer Zusammenhang besteht, was in den Figuren 2, 3
und 4 durch die gestrichelt dargestellten Kennlinien zum Ausdruck gebracht wird.
Diese gestrichelt dargestellten Kennlinien werden durch eine S-förmige Charakteristik
der Eingangsspannung zum Ausgangsstrom verursacht. Dabei wird angenommen, daß die
Eingangsspannung an den Basiselektroden der beiden Transistoren T1, T2 anliegt und
daß der Ausgangsstrom von den Kollektoren der beiden Transistoren T1, T2 abgenommen
wird. Um dieser S-förmigen Charakteristik entgegenzuwirken, sind die beiden als
Dioden geschalteten Transistoren T3, T4 vorgesehen. Zwischen der Ausgangsspannung
U30 bzw. U40 und dem Eingangs strom I30 bzw.
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I40 besteht wieder ein S-förmiger Zusammenhang. Da die Ausgangsspannungen
U30 bzw. U40 die Eingangsspannungen des Differenzverstärkers mit den Transistoren
T1 bzw. T2 darstellen, ist der Zusammenhang zwischen den Eingangsströmen der Transistoren
T1 bzw.
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T2 und den Ausgangs strömen dieser Transistoren T1 bzw. T2 linear.
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Die Verstärkungsregelung erfolgt, wie bereits erwähnt, mit Hilfe des
Transistors T5 und des Widerstandes R7, wobei in Abhängigkeit vom Regelsignal U3
der durch die beiden Transistoren T1, T2 fließende Strom einstellbar ist. Es wäre
auch denkbar, die Verstärkungsregelung dadurch durchzuführen, daß die Ruheströme
durch die Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren T3, T4 geregelt werden.-Die
Widerstände R3 bzw. R4 sind derart dimensioniert, daß die Ströme 13 bzw. I4 durch
die Transistoren T3 bzw. T4 gleich den maximalen Strömen I1 bzw. I2 durch -die Transistoren
T1 bzw. T2 sind. Auf diese Weise ergibt sich ein maximaler Aussteuerungsbereich
A des Eingangssignals U1, der außerdem unabhängig vom Regelsignal U3/1 gemäß Fig.
2, U3/2 gemäß Fig. 3 und U3/3 gemäß Fig.
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4 in allen Fällen gleich groß ist.
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Sind die in Fig. 1 dargestellten Transistoren 1, T2, T3, T4 Siliziumtransistoren,
dann läßt sich bei einem Aussteuerungsbereich von A=100 m Volt ein weitgehend linearer
Zusammenhang zwischen dem Eingangssignal Ul und dem Ausgangssignal U2 erzielen,
wobei die auftretenden Linearitätsfehler kleiner als 2 % des Aussteuerbereiches
A sind.
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3 Patentansprüche 4 Figuren