DE2655320A1 - Steuerbarer elektronischer widerstand - Google Patents
Steuerbarer elektronischer widerstandInfo
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Description
TE KA DE Den 6.12.1976
FELTEN S- GUILLEAUME P 76302
FERNMELDEANLAGEN GMBH o
Steuerbarer elektronischer Widerstand
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen elektronischen Widerstand, der mittels einer
Steuergröße steuerbar ist.
Steuerbare elektronische Widerstände werden besonders als Stellglieder in Regelkreisen von Verstärkern zur
automatischen Konstanthaltung eines bestimmten Signalpegels benötigt. Bei vielen der Anwendungsfälle, beispielsweise
in Regelkreisen von Trägerfrequenzverstärkern, besteht dabei die Forderung nach einer hohen Aussteuerungsgrenze
sowie einer hohen Klirrdämpfung dieser Stellglieder, um zeitweilig auftretende Spannungsspitzen
des Signals verzerrungsfrei übertragen zu können. In anderen Anwendungsfällen, beispielsweise in Empfangsschaltungen von Datenübertragungsgeräten (Modems), wird
zusätzlich zu den genannten Anforderungen ein schnelles
Einschwingen des Regelkreises gefordert.
Mittels Dioden, deren Arbeitspunkt verändert wird, ist es möglich, Schaltungsanordnungen für steuerbare elektronische
Widerstände aufzubauen. In den meisten Anwendungsfällen ist jedoch bei diesen Schaltungsanordnungen
wegen der nichtlinearen Diodenkennlinie die Aussteuerungsgrenze zu niedrig. Dies gilt auch für eine Anordnung, bei
welcher der steuerbare elektronische Widerstand durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors gebildet wird.
Eine höhere Aussteuerungsgrenze läßt sich mit einer aus einem fremdgeheizten Heißleiter gebildeten Anordnung erreichen.
Diese Anordnung ist jedoch wegen der hohen thermischen Zeitkonstante des Heißleiters und der dadurch
. bedingten großen Einschwingzeit der Regelschaltung in vielen Fällen unbrauchbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
für einen mittels einer Steuergröße steuerbaren elektronischen Widerstand zu schaffen, dessen Klirrdämpfung
und Aussteuerungsgrenze möglichst groß ist gegenüber den entsprechenden Werten von bekannten Halbleiteranordnungen
und der eine etwa ebenso niedrige Regelzeitkonstante aufweist
wie diese Halbleiteranordnungen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen aus einem ersten Widerstand und einem von der Steuergröße unmittelbar
angesteuerten zweiten Widerstand bestehenden Spannungsteiler, de.ssen Abgriff mit dem Eingang eines Verstärkers
verbunden ist, wobei der Ausgang dieses Verstärkers über einen dritten Widerstand mit einem Ende des Spannungsteilers
verbunden ist und die beiden Enden dieses Spannungsteilers die Klemmen des elektronischen Widerstandes
bilden.
Im folgenden soll die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert werden.
Es zeigen:
Fig.1 das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung gemäß
der Erfindung,
Fig.2 ein Beispiel mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
als Teil eines Stromkreises,"
Fig.3 die Schaltungsanordnung eines möglichen Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig.4 die Schaltungsanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
In Fig.1 wird der Spannungsteiler ST durch die Reihenschaltung
des ersten Widerstandes R1 mit dem zweiten Widerstand R2 gebildet, welcher mittels der Steuergröße S steuerbar
ist. Der Verbindungspunkt von Widerstand R1 und Widerstand R2
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ist mit dem Eingang des Verstärkers V verbunden. Der Ausgang des Verstärkers V ist über den Widerstand R3
mit dem freien Ende des Widerstandes R2 verbunden. Zwischen den beiden Enden des Spannungsteilers ST tritt
der gewünschte elektronische Widerstand RS1 auf.
Bei der folgenden Erläuterung der Erfindung sollen zum leichteren Verständnis die Vereinfachungen gemacht werden,
daß der durch den Spannungsteiler ST fließende Strom 12 klein ist bezogen auf -den durch den elektronischen
Widerstand RS1 fließenden Strom 11, womit dieser Strom 11 etwa gleich dem durch den Widerstand R3
fließenden Strom 13 ist, und daß der Innenwiderstand des Verstärkers V vernachlässigbar klein ist bezogen
' auf den Wert des Widerstandes R3. Liegt am elektronischen Widerstand RS1 eine sinusförmige Wechselspannung U1 an,
so tritt am Ausgang des Verstärkers V dann eine Wechselspannung U1· = ü · U1 auf, wobei sich der Faktor ü aus
dem Teilerverhältnis des Spannungsteilers ST sowie dem Eingangswiderstand und der Verstärkung des Verstärkers V
ergibt. An den Klemmen des Widerstandes R3 liegt eine Wechselspannung an, welche sich aus der Differenz der
Wechselspannungen U1 und ΙΓ1 ' ergibt: U1 - ü · UI = U1 · (1-ü)
Der durch den Widerstand R3 fließende Strom 13 läßt sich daher aus dem Verhältnis dieser Differenzspannung zum
Wert des Widerstandes R3 bestimmen:
Aus dieser Beziehung errechnet sich der Wert des elektronischen Widerstandes RS1 zu
~ TT ~ T^u ^
Hieraus geht hervor, daß der elektronische Widerstand RS1 durch Verändern des Faktors ü gesteuert werden kann. Der
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— «τ —
Faktor ü wiederum kann durch Verändern der Steuergröße S gesteuert werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß als steuerbarer zweiter Widerstand R2 die Emitter-Kollektor-Strecke
eines Transistors dient, wobei der Widerstand dieser Strecke mittels" der Basisvorspannung gesteuert
wird. An dieser Emitter-Kollektor-Strecke liegt nur ein Teil der am elektronischen Widerstand RS1 herrschenden
Spannung U1 an. Die Schal'tungsanordnung gemäß der Erfindung hat daher den Vorteil, daß die Werte für Aussteuerungsgrenze
und Kli-rrdämpfung wesentlich höher liegen
als in den eingangs erwähnten Fällen, bei denen die Spannung U1 unmittelbar an der Emitter-Kollektor-Strecke
eines Transistors bzw. Kathoden-Anoden-Strecke einer Diode anliegt.
Ist der elektronische Widerstand RS1, wie in Fig.2 gezeigt,
in einen Stromkreis eingeschaltet, beispielsweise in den Gegenkopplungskreis eines Verstärkers, so tritt
an ihm bei großen Widerstandswerten ein großer Spannungsabfall auf. Aus der für den elektronischen Widerstand RSI
angegebenen Beziehung (2) geht hervor, daß bei großen positiven Werten von RS1 der Faktor ü einen Wert etwas
kleiner als 1 aufweist. Dies bedeutet, daß sich dann ein als zweiter Widerstand R2 verwendeter Transistor im niederohmigen
Zustand befindet. Dieses Verhalten ist ein weiterer Vorteil gegenüber den eingangs erwähnten Anordnungen,
bei denen sich bei einem hochohmigen Zustand auch der betreffende Transistor bzw. die Diode im hochohmigen
und damit besonders übersteuerungsempfindlichen Zustand befindet.
In dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
der Verstärker V mit einem integrierten Operationsverstärker aufgebaut, wobei die Spannungsverstärkung des
Verstärkers den Wert ν = +1 aufweist. Als steuerbarer
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zweiter Widerstand R2 dient der Feldeffekt-Transistor Tl,
dessen Gate-Elektrode über den ohmschen Widerstand R4
mit der als Steuergröße S dienenden Steuerspannungsquelle U verbunden ist. Parallel zur Source-Drain-Strecke des
Transistors T1 ist der ohmsche Spannungsteiler ST1 geschaltet,
wobei zwischen dessen Abgriff und der Gate-Elektrode des Transistors TI der Kondensator C1 angeordnet
ist. Dieser Kondensator C1 dient in Verbindung mit dem Spannungsteiler ST· und dem Widerstand R4 zur Gegenkopplung
des Transistors *T1 und damit zur Erhöhung der Klirrdämpfung. Durch Veränderung der Steuerspannung U
wird der elektronische Widerstand RS1 gesteuert. Mit dem Widerstand des Spannungsteilers ST' kann die Grenze des
Regelbereiches des elektronischen Widerstandes RS1 beeinflußt werden. Ist kein Spannungsteiler ST1 notwendig, so
kann zur Beeinflussung des Regelbereiches anstelle des Spannungsteilers ST1 auch ein einziger Widerstand verwendet
werden. Als Widerstand R3 wird ein ohmscher Widerstand verwendet. Entsprechend der Beziehung (2) sind dann
die Werte des elektronischen Widerstandes RS1 reell.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Widerstand R3 komplex. Man erhält dann für den elektronischen
Widerstand RST ebenfalls einen komplexen Widerstand. Wie aus der Beziehung (2) hervorgeht, ist dieser Widerstand
RS1 nur vom Wert des reellen Faktors ü abhängig. Der Icomplexe Widerstand RS1 hat daher den gleichen Phasenwinkel
wie der komplexe Widerstand R3. Verwendet man beispielsweise als Widerstand R3 eine Induktivität, so
tritt als elektronischer Widerstand RS1 eine entsprechende veränderbare Induktivität auf. Mit dieser Ausführungsform
der Erfindung läßt sich beispielsweise die Resonanzfrequenz
eines LC-Schwingkreises in einem weiten Bereich steuern.
In Fig.k ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Der Verstärker V wird hier mit dem npn-
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265532Q
Transistor T2 realisiert, dessen Emitter den Verstärkerausgang
und dessen Basis den Verstärkereingang bildet. Der Verbindungspunkt des als ohmscher Widerstand ausgeführten
Widerstandes R3 mit dem Spannungsteiler ST' und
der Source-Drain-Strecke des Transistors T1 ist mit dem einen Pol einer Gleichspannungsquelle Ug (Spannung OV)
verbunden und bildet wiederum die eine Klemme des elektronischen Widerstandes RS1. Der Widerstand RI wird
durch die Reihenschaltung der beiden ohmschen Widerstände R1 .1 und R1.2 gebildet, wobei "letzterem der Kondensator C3
parallelgeschaltet ist. Der Verbindungspunkt von 'Kollektor des Transistors T2, Kondensator C3, Widerstand R1.2 und ·
dem einen Ende des Widerstandes R5 bildet die andere Klemme
des elektronischen Widerstandes RS1. Das andere Ende des
Widerstandes R5 ist mit dem anderen, in diesem Falle positiven Pol der Gleichspannungsquelle Un verbunden. Die
Reihenschaltung der Source-Drain-Strecke des Transistors T1 mit dem Kondensator C2 liegt zwischen Spannung OV und
dem Verbindungspunkt von Spannungsteiler ST', Widerstand
R1.1 sowie der Basis des Transistors T2. Der ohmsche
Widerstand R3 dient ferner in Verbindung mit den Widerständen
R1.1, R1.2 und R5 sowie dem Spannungsteiler ST1
zur Einstellung des Arbeitspunktes des Transistors T2. Der Kondensator C3 schließt den Widerstand R1.2 wechselstrommäßig
kurz. Durch eine entsprechende Wahl des Verhältnisses der Widerstände R1.1 und R1.2 ist eine zusätzliche
Einstellmöglichkeit für den Faktor ü bzw. für den Regelbereich des elektronischen Widerstandes RS1 gegeben.
Anstelle des ohmschen Widerstandes R3 kann auch ein komplexer Widerstand verwendet werden. In diesem Fall
muß dann wegen des Arbeitspunktes des Transistors T2 auf einen bestimmten Gleichstromwiderstand geachtet werden.
Da einzelne Transistoren gegenüber Operationsverstärkern eine höhere Grenzfrequenz aufweisen, ist das Ausführungsbeispiel
nach Fig.4 besonders für hohe Frequenzen geeignet.
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Im allgemeinen Fall nach Fig.1 können der Widerstand R1
und der steuerbare zweite Widerstand R2 auch gegeneinander vertauscht angeordnet sein.
Als steuerbarer zweiter Widerstand R2 kann beispielsweise auch ein Fototransistor oder eine Feldplatte dienen.
Die Steuergröße S zur Steuerung des elektronischen
Widerstandes RS1 ist dann eine Lichtquelle bzw. ein Magnetfeld.
Wird der Eingangswiderstand des Verstärkers V entsprechend niedrig bemessen, so kann auf den Widerstand R1
verzichtet werden.
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Claims (5)
1. Schaltungsanordnung für einen mittels einer Steuergröße
steuerbaren elektronischen Widerstand, gekennzeichnet durch einen aus einem ersten Widerstand (R1)
und einem von der Steuergröße (S) unmittelbar angesteuerten zweiten Wide-rstand (R2) bestehenden Spannungsteiler
(ST), dessen Abgriff mit dem Eingang eines Verstärkers (V) verbunden ist, wobei der Ausgang
dieses Verstärkers (v) über einen dritten Widerstand (R3) mit einem Ende des Spannungsteilers (ST)
verbunden ist und die beiden Enden dieses Spannungsteilers (ST) die Klemmen des elektronischen Widerstandes
(RS1) bilden.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der steuerbare zweite Widerstand (R2) durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors
(TI) gebildet wird, dessen Basis-Elektrode über einen,
vierten Widerstand (R4) mit einer Steuerspannungsquelle (U ) verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der steuerbare zweite Widerstand (R2) durch die Source-Drain-Strecke eines Feldeffekt-Transistors
(T1) gebildet wird, dessen Gate-Elektrode über einen vierten Widerstand (R.4) mit einer Steuerspannungsquelle
(TJ ) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter-Kollektor-Strecke
bzw. der Source-Drain-Strecke des Transistors (TI) ein -weiterer Spannungsteiler (ST*) parallelgeschaltet
ist, zwischen dessen Abgriff und der Basis- bzw.
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ORIGINAL INSPECTED
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Gate-Elektrode ein Kondensator (C1) angeschlossen ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 31 dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Widerstand
(R3) am Ausgang des Verstärkers (V) komplex ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
8227 | New person/name/address of the applicant |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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