DE2641525C3

DE2641525C3 - Verstärker mit einstellbarer Verstärkung

Info

Publication number: DE2641525C3
Application number: DE19762641525
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl.-Ing. 8150 Holzkirchen Gies
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-09-15
Filing date: 1976-09-15
Publication date: 1980-10-09
Also published as: DE2641525A1; DE2641525B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung, der eingangsseitig mit einer Gleich- und einer Wechselspannung belegt und ausgangsseitig mit einer beide Spannungen voneinander trennenden Weichenschaltung versehen ist, und bei dem eine dieser Spannungen die zu verstärkende Nutzspannung und die andere eine mit konstanter Amplitude zugeführte Kontrollspannung darstellt, wobei der für die letztere vorgesehene Ausgang der Weichenschaltung an den ersten Eingang eines Differenzverstärkers geführt ist, dessen zweiter Eingang mit einer veränderbaren Steuerspannung beschaltet ist, und ein für Gleich- und Wechselstrom wenigstens annähernd gleiche Widerstandswerte aufweisender steuerbarer Widerstand von der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers auf einen solchen Widerstandswert eingestellt wird, daß sich die Eingangsspannungen des Differenzverstärkers einander möglichst weitgehend angleichen.
Ein Verstärker dieser Art ist aus der DE-AS 12 90 194

ίο bekannt, wobei als Stellglied ein einstellbarer Widerstand verwendet wird. An den Eingang dieses Verstärkers wird sowohl eine Steuerspannung als auch eine Signalspannung angelegt, wobei ausgangsseitig durch eine entsprechende Filterschaltung eine Tren-

ii nung vorgenommen wird. Bei der Signalspannung einerseits und der Steuerspannung andererseits handelt es sich um zwei Wechselspannungen unterschiedlicher Frequenzbereiche. Die ausgefilterte Steuerspannung wird einer Vergleichsschaltung zugeführt, welche eine

>o Überprüfung dahingehend vornimmt, ob die Steuerspannung eine entsprechende Bezugsspannung übersteigt oder nicht Die Ausgangsspannung des Vergleichsverstärkers wird einer Lichtquelle zugeführt, durch die fotoleitende Zellen so bestrahlt werden, daß

>i deren Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Größe der Steuerspannung verändert wird. Diese fotoleitenden Zellen liegen im Bereich der eigentlichen Verstärker, d. h. sie beeinflussen sowohl die Steuerspannung als auch die Signalspannung. Die so aufgebaute Regelschal-

«) tung hat die Eigenschaft, daß sich die Eingangsspannungen an der Vergleichsschaltung einander möglichst weit annähern.

Aus der DE-OS 23 57 427 ist ein spannungsgesteuertes Dämpfungsglied für Niederfrequenzsignale bekannt,

)> bei dem ein oder mehrere lichtempfindliche Dämpfungsglieder in der eigentlichen Signalleitung vorhanden sind und mindestens eine darauf einwirkende einstellbare Lichtquelle vorgesehen ist Diese Lichtquelle wird vom Ausgang eines Differenzverstärkers her

4(i angesteuert, dessen einer Eingang/iiit einer Steuerspannung und dessen anderer Eingang über das oder die lichtempfindlichen Dämpfungsglieder mit einer vorzugsweise außerhalb des niederfrequenten Signalbereichs liegenden Vergleichsspannung (Steuerspannung)

4> in Verbindung steht. Somit wird bei diesem spannungsgesteuerten Dämpfungsglied für die Signalspannung eine Wechselspannung und für die Steuerspannung eine Gleichspannung verwendet.

Bei Verstärkerschaltungen der vorstehend genannten

-in Art wirken sich Schwankungen der Umgebungstemperatur zwar nicht mehr so stark auf die Schaltungskennwerte aus, wie bei solchen geregelten Verstärkerschaltungen, bei denen die Steuerspannung nicht mit über die eigentlichen Verstärkerelemente geführt, sondern an-

Yi derweitig gewonnen wird. Es verbleiben jedoch auch bei diesen bekannten Schaltungen temperaturabhängige Veränderungen der einstellbaren Verstärkung.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verstärker der eingangs genannten Art

Mi so weiterzubilden, daß sein Temperaturgang besonderj niedrig gehalten werden kann.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Verstärker eine stromgegengekoppelte Transistorstufe enthält, der ein zweiter Transistor entgegengesetzte ten Leitfähigkeitstyps derart vorgeschaltet ist, daß sich die temperpturabhängigen Schwankungen der Basis-Emitter-Spannungen beider Transistoren gegenseitig ausgleichen, daß die dem Verstärker eingangsseitig

zugeführte Kontrollspannung konstanter Amplitude aus der Basisvorspannung des zweiten Transistors besteht und daß der steuerbare Widerstand einem ohmschen Widerstand parallel geschaltet ist und zusammen mit diesem den Stromgegenkopplungswiderstand der Transistorstufe darstellt

Mit der so aufgebauten Schaltung läßt sich die Verstärkung völlig temperaturabhängig und gleichzeitig linear einstellen. Der zweite Transistor dient dabei in erster Linie der Temperaturkompensation der Basisemitterstrecke des ersten Transistors sowie gegebenenfalls einer Impedanzwandlung, so daß die Verstärkung prakiisch ausschließlich durch die stromgegengekoppelte erste Transistorstufe bewirkt wird.

Wenn der steuerbare Widerstand als Feldeffekttransistor ausgebildet wird, ist es gemäß einsr Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, wenn dem Ausgang des Differenzverstärkers ein Gleichrichter solcher Polung parallel geschaltet wird, daß etwaige Ausgangsspannungskomponenten einer den Feldeffekttransistor zerstörenden Polarität von diesem ferngehalten werden. Dadurch ist ein sicherer Schutz des Feldeffekttransistors gewährleistet

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Amplitudenmodulation ohne störenden Temperaturgang dadurch erreichbar, daß die dem Differenzverstärkereingang zugeführte Steuerspannung nach einer vorgegebenen Zeitfunktion verändert wird und daß an dem der Wechselspannung zugeordneten Ausgang der Weichenschaltung eine entsprechend amplitudenmodulierte Wechselspannung abgegriffen wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert Dabei zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Verstärkers nach der Erfindung,

Fig.2 eine schaltungstechnische Variante zu dem in F i g. 1 gezeigten Stellglied.

Der Wechselspannungsverstärker nach F i g. 1 besitzt zwei Transistoren TSi und TS 2 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps. Dem Transistor TSi ist ein das Basispoter.tial definierender, an der Betriebsspannung + Ub liegender Spannungsteiler R7, RS und Λ10 zugeordnet sowie ein einpolig an + Un liegender Emitterwiderstand R9. RiO stellt gleichzeitig einen gegen Masse geschalteten Kollektorwiderstand dar und ist mit einem Kondensator C 4 überbrückt. Der Emitter von TSi ist mit der Basis des Transistors TS 2 verbunden, dessen Kollektor über einen Kollektorwiderstand RH an +Ug geschaltet ist, während sein Emitter über die Parallelschaltung eines ohmschen Widerslandes R12 trad eines Feldeffekttransistors FET2 an Masse gelegt ist. Eine am Schaltungseingang 9 liegende Wechselspannung U₁-" wird über einen Kopplungskondensator CS der Basis von 7*51 zugeführt, beim Durchlaufen der Transistorschaltung verstärkt, am Transistor TS2 kollektoiseitig abgegriffen und über einen Kopplungskondensator C% an den Schaltungsausgang 10 übertragen, an dem sie als Wechselspannung U₁" zur Verfügung steht. Die Transistoren TSi und TS2 sind dabei in ihren Kennwerten so ausgesucht und zweckmäßigerweise derart thermisch gekoppelt, daß die temperaturabhängige Schwankung der Basis-Emitter-Spannung von TS2 durch eine entsprechende Schwankung der Basis-Emitter-Spannung von TSi ausgeglichen wird. Da die Basis von TS1 auf einem temperaturunabhängigen festen Potential liegt, ist dann auch das Potential am Emitter von TS2 von der Umgebungstemperatur unabhängig.

Neben dem Wechselspannungssignal U/' liegt noch die durch R7,R& und P 10 auf den konstanten Wert U,,' geteilte Betriebsspannung + Ub als Kontrollsignal an der Basis von 7"Sl, wird am Kollektor von TS 2 verstärkt abgegriffen und über einen Tiefpaß mit dem ohmschen Widerstand R 13 und dem Kondensator Cl dem positiven Eingang eines symmetrisch aufgebauten Differenzverstärkers 11 hoher Verstärkung zugeführt Der negative Eingang des Differenzverstärkers 11 ist an den Abgriff 12 eines an der Betriebsspannung + Ub liegenden Potentiometers P 2 geschaltet Der Ausgang des Differenzverstärkers 11 ist über einen ohmschen Widerstand R 14 mit dem »gate« des FET2 verbunden. Der in Querableitung angeordnete Gleichrichter G hat die Aufgabe, etwaige positive Ausgangsspannungen vom Differenzverstärker 11, die beispielsweise durch Einschaltstromstöße hervorgerufen werden, kurzzuschließen, um eine Zerstörung des Feldeffekttransistors FET2 zu verhindern. CZ' unterbindet Störungen durch höherfrequente Wechselspannungs- oder Rauschanteile, die ebenfalls am Ausgang des Differenzverstärker^ 11 auftreten können.

Wenn man davon ausgeht, daß der Transistor TS1 die eingangsseitig anliegenden Signale nicht verstärkt sondern nur eine Temperaturkompensation der Basis-Emitter-Slrecke von 7"52 sowie eine Impedanzwandlung bewirkt so ist die Verstärkung der zwischen 9 und 10 liegenden Schaltung durch die Kennwerte der stromgegengekoppelten Transistorstufe 7"52 gegeben. Im einzelnen wird dabei die Verstärkung ν dargestellt durch die Beziehung

RiI

wobei R 11 den Widerstandswert des Kollektorwidersiandes und Ri: den Widerstandswert des aus der Parallelschaltung von R12 und FET2 gebildeten Emitterwiderstandes bedeuten. Dabei ist vorausgesetzt, 4i) daß der Basisstrom von TS2 wesentlich kleiner ist als der Kollektorstrom und daß die Basis-Emitterspannung von TS 2 konstant ist. Drückt man den Widerstandswert R 11 durch

RlI =

aus, wobei U₁," die am Kollektorwiderstand RH von TS 2 abfallende Spannung und L den Kollektorstrom von TS2 bedeuten, und setzt für

wobei U,,'" die temperaturunabhängige weitgehende konstante Spannung am Emitter von TS2 bedeutet und /,. den Emitterstrom von TS2 darstellt, so ergib; sich beim Einsetzen von (2) und (3) in (1) unter der Annahme, daß ic wenigstens annähernd gleich i_c ist folgende Beziehung für die Gleichspannungsverstärkung v:

wobei k eine Konstante darstellt. Durch die Wirkung (ν-, des Regelkreises TS2, R 11, R 13, CT. 11, 12, P2, R 14, FET2 und Λ 12 st'.Ht sich aber die am positiven Eingang von 11 liegende Spanr.ung + Un- U₁₁" auf den am Abgriff 12 eingestellten Teil U/'der Spannung +

die am Potentiometer /'2 liegt, so daß L/,,"und damit die Gleichstromverstärkung ν am Abgriff 12 temperaturunabhängig und linear eingestellt werden kann. Da der Wechselstromwiderstand des FET2 mit seinem Gleichstromwiderstand weitgehend übereinstimmt, gilt die Beziehung (4) auch für die Wechselstromverstärkung der Schaltung von Fig. I. Wird am negativen Eingang des Differenzverstärkers 11 eine Modulationsspannung U_n/ angelegt, so erhält man am Ausgang 10 eine entsprechend amplitudenmodulierte Wechselspannung m U₁".

Für eine Anwendung des Feldeffekttransistors FET2 ist es von wesentlicher Bedeutung, daß sein Gleich- und Wechselstromwidcrstand sich praktisch nicht voneinander unterscheiden. Daher ist es erforderlich, daß seine ι Aussteuerung nicht bis in den Sättigungsbereich seiner

Ausgangskennlinie /,/{/λ (7,/··· »drain«-Strom; U₁,

»drain«-»source«-Spannung) hinein erfolgt. Daher ist die Spannung + Un in F-" i g. 1 entsprechend weit auf f/„' herunterzuteilen. :u

F i g. 2 zeigt ein anderes Stellglied, das an die Stelle des Feldeffekttransistors FET 2 in Fig. I treten kann und ebenfalls praktisch gleiche Wechselstrom- und Gleichstromwiderstände aufweist. Es handelt sich hierbei um einen lichtabhängigen Widerstand R/, der auch als Fotowiderstand bezeichnet wird. Dieser wird anstelle der »source«-»drain«-Strecke des FET2 in die übrigen Schaltungen eingesetzt. Die Steuerung seines Widerstandswerles erfolgt über eine Leuchtdiode D oder eine andere Lichtquelle, die in den an dem negativen Pol der Betriebsspannungsquelle - Un liegenden Kollektorkreis eines Transistors TS3 einge fügt ist. Der Emitter von 753 ist über einen F.mitterwiderstand /?15 an +l/n geführt. Der den Transistor Γ5 3 aussteuernde Basisstrom, der die Intensität der Lichteinwirkung auf Ri steuert, wird über einen Widerstand R 16 aus dem Differenzverstärker 11 in Fig. 1 abgeleitet. Ein Kondensator CS dient zur Ableitung unerwünschter Wcchselstromkomponenten. Das Stellglied nach F i g. 2 ermöglicht eine Anwendung in Schaltungszweigen, die hohe Gleich- bzw. Wechselspannungen fuhren, da es kein Säuigungsverhahen zeigt.

llicivu I liliiti/cicliniirmcii

Claims

Patentansprüche:

1. Verstärker mit einstellbarer Verstärkung, der eingangsseitig mit einer Gleich- und einer Wechselspannung belegt und ausgangsseitig mit einer beide Spannungen voneinander trennenden Weichenschaltung versehen ist, und bei dem eine dieser Spannungen die zu verstärkende Nutzspannung und die andere eine mit konstanter Amplitude zugeführte Kontrollspannung darstellt, wobei der für die letztere vorgesehene Ausgang der Weichenschaltung an den ersten Eingang eines Differenzverstärkers geführt ist, dessen zweiter Eingang mit einer veränderbaren Steuerspannung beschaltet ist, und ein für Gleich- und Wechselstrom wenigstens annähernd gleiche Widerstandswerte aufweisender steuerbarer Widerstand von der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers auf einen solchen Widerstandswert eingestellt wird, daß sich die Eingangsspannungr.3 des Differenzverstärkers einander möglichst weitgehend angleichen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker eine stromgegengekoppelte Transistorstufe (TS2) enthält, der ein zweiter Transistor (TSi) entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps derart vorgeschaltet ist, daß sich die temperaturabhängigen Schwankungen der Basis-Emitter-Spannungen beider Transistoren (TS 1, TS 2) gegenseitig ausgleichen, daß die dem Verstärker cingangsaeitig zugeführte Kontrollspannung (U_n') konstanter Amplitude aus der Basisvorspannung des zweiten Transistors (TS 1) besteht und daß der steuerbare Widerstand (FET2, R/J einem ohmschen Widerstand (R 12) parallel geschaltet ist und zusammen mit diesem den Stromgegenkopplungswiderstand (Rf) der T. ansistorstufe (TS2) darstellt.

2. Verstärker nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung des Widerstandes als Feldeffekttransistor (FET2) dem Ausgang des Differenzverstärkers (11) ein Gleichrichter (C) solcher Polung parallel geschaltet ist, daß etwaige Ausgangsspannungskomponenlen einer den Feldeffekttransistor (FET!) zerstörenden Polarität von diesem ferngehalten werden.

3. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Differenzverstärkereingang zugeführte Steuerspannung (Uf) nach einer vorgegebenen Zeitfunktion verändert wird und daß an dem der Wechselspannung zugeordneten Ausgang (10) der Weichenschaltung (C6, R 13, Cl) eine entsprechend amplitudenmodulierte Wechselspannung (U/') abgegriffen wird.