DE3009904C2

DE3009904C2 - Schaltungsanordnung zur Kompensierung der Verstärkung eines Transistors gegen Temperaturänderungen

Info

Publication number: DE3009904C2
Application number: DE3009904A
Authority: DE
Inventors: Jack Rudolph Flemington N.J. Harford
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1979-03-16
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1982-12-23
Also published as: PL127575B1; KR830002440A; IT8020551A0; CA1143803A; ES8103522A1; ES489573A0; AU5626580A; PL222726A1; GB2047496A; DE3009904A1; PT70922A; GB2047496B; IT1129646B; KR830001875B1; JPS55125705A; FI800708A; FR2451662A1; US4260956A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsano^rdnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Spannungsverstärkung V eines in Emiltergrundschaltung betriebenen Transistorverstärkers läßt sich ausdrücken durch

wobei R, die Impedanz der an den Kollektor angeschlossenen Last und #_m die Transkonduktanz oder Steilheit des Transistors ausgedrückt in mS ist. Bekanntermaßen ändert sich die Spannungsverstärkung eines Transistorverstärkers mit Änderungen der Betriebstemperatur der Schaltung, weil die Steilheit eine temperaturabhängige Komponente enthält, die sich ausdrücken läßt durch

-die q . .

Xm =

kT'

wobei Ic der Kollektorstrom, V_hl, die Basis-Emitter-Spannung, q die Elektronenladung. A die Boltzmann-Konstante. |/c! die Größe des Kollektorruhestroms und T die absolute Temperatur si.id Da g_m umgekehrt proportional zur Temperatur ist, führt ein Temperaturanstieg zu einer Abnahme von g_m und damit zu einer Abnahme des Verstärkungsgrades des Transistorverstärkers. Da weiterhin die absolute Temperatur eines Transistors um etwa 40 bis 55° K ansteigen kann, gerechnet vom Zeitpunkt, in dem bei Zimmertemperatur Strom zugeführt wird, bis der Transistor seine stabile Betriebstemperatur erreicht, wird die Verstärkung eines Transistorverstärkers durch diese normalen Temperaturschwankungen also erheblich beeinflußt.

Aus der AT-PS 263 076 ist eine Schaltungsanordnung zur Temperaturstabilisierung von Transistorarbeitspunkten bekannt, durch weiche die Ruheströme der betreffenden Transistoren gegen Temperaturschwankungen stabilisiert werden. Zu diesem Zweck wird der Basis des jeweiligen Verstärkertransistors eine temperaturabhängige Vorspannung zugeführt, die mit Hilfe eines einen Transistor enthaltenden Spannungsteilers erzeugt wird. Parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors liegt ein aus zwei Widerständen bestehender Spannungsteiler, an dessen Abgriff die Basis des Transistors angeschlossen ist. Emitterseitig liegen der Transistor und das untere Ende des einen Spannungsteilerwiderstandes an Masse, kollektorseitig liegen der Transistor und das obere Ende des anderen Spannungsteilerwiderstandes über einen Vorwiderstand an der Betriebsspannung. Der Verbindungspunkt dieses Vorwiderstandes mit dem Kollektor und dem oberen .Spannungsteilerwiderstand liefert die gewünchste Vorspannung für den Verstärkertransistör, dessen Ruhestrom durch diese Vorspannung gegen Temperaturschwankungen stabil gehalten wird.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Transistorverstärkers, bei dem nicht der Kollektorruhestrom, sondern die Steilheit g_m auf einein konstanten Wert gehalten wird.

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

Die erfindungsgemäße Maßnahme der Stabilisierung der Steilheit #,„ steht im Gegensatz zur Lehre der oben erwähnten österreichischen Patentschrift, da die Konstanthaltung der Steilheit eine temperaturkompensierende Änderung des Kollektorslromes erfordert, der dann gerade nicht temperaturstabil konstant gehalten werden darf. Bei einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Vorspannupgsschaltung für den Verstärkertransistor als zwischen den Betriebsspannungsklemmen liegende Reihenschaltung eines Stromleiters, an dem ein temperaturabhängiger Spannungsabfall von der Größe V_be auftritt, mit einem zweiten Stromleiter, an dem ein in gleicher Weise temperaturabhängiger Spannungsabfall auftritt, der jedoch ein Vielfaches des ersten Spannungsabfalles beträgt, und mit einem dritten Stromleiter, der eine temperaturunabhängige Impedanz aufweist, geschaltet. Die Basis-Emitter-Strecke des Verstärkertransistors, dessen Steilheit temperaturstabil gehalten werden soll, wird zwischen den Verbindungspunkt der beiden Stromleiter mit den Γ,,,,-Spannungsablallen und Masse geschaltet. Insbesondere enthält die Vorspannungsschaltung einen mit einem Anschluß der Betriebsspannungsquelle gekoppelten Widerstand als den dritten Stromleiter mit der temperaturunabhängigen Impedanz, ferner einen zwischen dem Eingang des Verstärkers und dem anderen Betriebsspannungsanschluß liegenden gleichrichtenden Halbleiterübergang und die Parallelschaltung der Kollektor-Emitler-Strecke eines zweiten Transistors mit einem Spannungsteiler, der zwischen dem gleichrichtenden Übergang und dem erwähnten Widerstand liegl und des-

sen Abgriff mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist. Mit ansteigender Temperatur der Schaltung sinkl die Steilheit #„, des Verstärkerlransislors. Die Spannungsabfällean den in der erläuterten Weise geschalteten Elementen der Vorspannungsschaltung haben zur Folge, daß bei einem Anstieg der Betriebstemperatur der zum Verstärkertransistor fließende Vorspannungsslmm ansteigt und damit ein entsprechendes Anwachsen des KoI- !ektorstromcs bewirkt, wobei der Kollcktorstrom gerade so weit ansteigt, daß die Steilheit #„, des Vcrstärkertransi-Slors sich nicht verändert. Da diese Steilheit zusammen mit dem Arbeitswiderstand aber die Spannungsvcrsiärkung bestimmt, wird diese ebenfalls konstant gehalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der KrIIndung wird der gleichrichtende Übergang durch einen drillen Transistor gebildet, dessen Kollektor-Emitler-Strecke zwischen den Eingiingsanschluß des Verstärkers und den zweiten Betriebsspannungsanschluß geschaltet ist. Zwischen Basis und Kollektor des dritten Transistors liegt ein zweiler Widerstand. Über die Basis des dritten Transistors bewirkt eine Verstärkungsregelspannung eine Verringerung der Kollektorspannung und damit der Verstärkung des Transistorverstärkers.

Weiterhin wird vorzugsweise oer dritte Transistor so geschaltet, daß er eine Nachbildung des Transistorverstärkers darstellt: ein im dritten Transistor fließender Strom wird im ersten Transistor in einem Verhältnis nachgebildet, das durch die hmitterflächen der beiden Transistoren bestimmt ist, so daß der Transistorverstärker über seine Ruhevorspannung stabilisiert wird.

Gemäß der Erfindung läßt sich die Vorspannungssehaltung auch so aufbauen, daß sie die notwendige Gleichvorspannung für einen Kaskodentransistorverstärker Hefen.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In der einzigen beiliegenden Figur ist eine Ausführungsform der Erfindung teilweise in Blockdarstellung veranschaulicht.

Die Figur veranschaulicht einen Fernseh-Zwischenfrequenz-Verstärker mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen. Der Verstärker enthält eine erste und eine zweite Zwischenfrequenzverstärkerstufe 300 und 330, wo die von einer Quelle 200 gelieferten Zwischenfrequenzsigna-Ie verstärkt werden. Eine nachgebildete Vorspannungsschaltung 370 reagiert auf die Verstärkungsregelspannung, welche durch eine automatische Verstärkungsregelschaltung 400 zur Regelung der Verstärkung der Zwischenfrequenzverstärker und zur Vorspannung einer HF-Regelschaltung 150 zugeführt wird. Die ZF-Verstärker. die Vorspannungs-Nachbildungsschaltung und die HF-Regelschaltung sind gegen Verstärk ungsänderunsen infolge von Temperaturschwankungen durch eine Vielfach- V_hc-Vorspannungsschaltung 600 kompensiert. Die Schaltungen 370 und 600 sind so ausgebildet, daß sie eine geeignete Vorspannung für die Kaskodeverstärkerstufen im ersten und zweiten ZF-Verstärker 300 und 330 bewirken. Die ZF-Verstärker 300 und 330, die Nuchbildungssehaltung 370 und die Vorspannungsschaltung 150 für die HF-Regelung sowie die Vielfach-V',„,-Vorspannungsschaltung 600 können bequemerweise auf einem einzigen monolithischen integrierten Halbleiterplättchen ausgebildet werden, welches Kontaktflächen zum Anschluß äußerer Schaltungskomponenten. Signalquellen und Stromquellen an das Plättchen aufweisen. Die Herstellung als integrierte Schaltung stellt ferner sicher, daß die einzelnen Schaltungsteile den gleichen Umgebungstemperaturänderungen ausgesetzt sind, so daß man eine Temperaturkompensation aller Schaltungxtcile mit einer einzigen TemperaturkompcnsalionsvorspaniHing.sschaltung erreicht.

Die in der Figur dargestellten SchalHmgsteilc verstärken die von einer ZF-Signalqiielle 200 zugeführten ZF-Signale. Diese ZF-Signale stammen im allgemeinen von einer Mischstufc im FernsclHuner und liegen in einem ZF-Band, das durch eine dem ZF-Vcrstärker vorgeschaltete Filterschaltung festgelegt ist. Die ZF-Signalquelle 200 ist über einen äußeren Kontaktanschluß2Ö2 mit dem ZF-Verstärker gekoppelt. Der Konlaktarschluß 202 ist an die Basis eines PulTertransistors 302 des ersten ZF-Verstärkcrs 300 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 302 ist an eine Versorgungsspannungsquelle + I' angeschlossen, sein Emitter liegt über einen Widerstand 304 an einer Bezugsspannungsquelle (Masse). Der Emitter des Transistors 302 ist lerner an die Basis eines Transistors 306 angeschlossen, dessen Emitter über die Parallelschaltung eines Widerstandes 310 mit einer in Durchlaßrichtung vorgespannten PIN-Diode 308 an Masse liegt. Der Kollektor des Transistors 306 ist an den Emiller eines Transistors 312 angeschlossen, dessen Basis über einen Widerstand 314 an der Vielfach-)■,„.-Vorspannungsschaltung 600 liegt und dessen Kollektor an einen äußeren Kontakianschluß 316 geführt ist. Der Kollektor des Transistors 312 liegt auch über die Reihenschaltung eines Widerstandes 324 mit einem spannungsabhängigen Kapazitätselement 326. welches zur Anhebung des Frequenzgangs des Verstärkers in der Nähe des Bildlrägers bei schwachen Signalen dient, an der Spannungsquelle + V. Die Transistoren 306 und 312 sind als Kaskodeverstärker geschaltet und bilden eine erste Stufe eines regelbaren Verstärkers für das ZF-Signal.

An den äußeren Kontakianschluß 316 ist über einen Widerstand 318 eine externe abgestimmte Schallung 320 angeschlossen. Das ZF-Signal wird dann von der abgestimmten Schaltung 320 zum Eingang eines zweiten ZF-Verstärkers 330 über einen äußeren Kontaktanschluß 322 geführt, welcher an die Basis eines Puffertransistors 332 angeschlossen ist, dessen Kollektor an der Versorgungsspannung + V liegt und dessen Emitter über einen Widerstand 334 an Masse geführt ist.

Der zweite ZF-Verstärker 330 ist in gleicher Weise wie der erste ZF-Verslärker 300 ausgebildet und enthält einen Puffertransistor 332, einen Kaskodeverstärker mit Transistoren 336 und 342, eine vom Emitter des in Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 336 nach Masse geschaltete PIN-Diode 338 und die zugehörigen Widerstandselemente. Der Ausgang des zweiten ZF-Verstärkers330 führt vom Kollektor des Transistors 342 zu einer externen abgestimmten Schaltung 350 über einen äußeren Kontaktanschluß 346. Das verstärkte ZF-Signal wird dann über die abgestimmte Schaltung 350 einem nicht dargestellten dritten ZF-Verstärker zur weiteren Verstärkung und nachfolgenden Signalverarbeitung zugeführt. Der Verstärkungsgrad der ZF-Verstärker 300 und 330 wird durch eine ZF-Verstärkungsregelspannung geregelt, die von einer mittels der Regelschaltung 400 erzeugten Verstärkungsregelspannung abgeleitet wird. Die Regelschaltung 400 kann beispielsweise so ausgebildet sein, daß sie eine Verstärkungsregelspannung liefert, die sich im Verhältnis zum Pegel des demodulierten Videosignals ändert, wie dies in der DE-OS 29 33 396 beschrieben ist. Die Verstärkungsregelspannung wird der Basis eines Transistors 372 in der Nachbildungsschaltung 370 über die Reihenschaltung von Widerständen 362 und 364 vom äußeren Kontaktanschluß 402 zugeführt. Der Kollektor des Transistors372hegt anderSpannunesquelle + Fund

sein Emitter liegt an der Basis eines Transistors 376 und über einen Widerstand 374 an Masse. Der Transistor 376 ist emittcrseitig über eine PIN-Diode 378 an Masse geführt und liegt mit seinem Kollektor an einer ZF-Regelspannungsleitung 360, die über einen Kondensator 368 tin der Basis des Transistors 372 und über einen Widerstand 366 am Verbindungspunkt der Widerstände 362 und 364 liegt.

Die Vorspannungs-Nachbildungsschaltung 370 ist so bezeichnet, weil sie den Vorspannungsstrom, welcher dem ersten und zweiten ZF-Verstärker 300 und 330 und der H F-Regelschaltung 150 zugeführt wird, liefert und so ausgebildet ist, daß ihre Geometrie ein Abbild der Geometrie des 7F-Verstärkers und der Hf-Regelsehaltung ist. Man sieht, daß bei der Nachbildungsschaltung370 im einzelnen drei Basis-Emitter-Spannungsabfälle (iK_Si) zwischen der Basis des Transistors 372 und der geerdeten Kathode der PIN-Diode 378 auftreten, welche die 3 V_1n.-Sehaltungen des ZI-Verstärkers und der HF-Regelschaltung nachbilden. Da diese Nachbildungs-Vorspannungsschaltung 370 ein Abbild des ersten und zweiten ZF-Verslärkers300 bzw. 330 ist. wird der Kollektoi -hmitter-Ruheslrom des Transistors 376 als Ruhevorspannungsgleichstrom in den Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 306 und 336 nach Art eines Stromspieyels nachgebildet. Das Verhältnis des den Transistor 376 durchfließenden Stromes zu den in den ZF-Verstärkeriransistoren fließenden Strömen hängt von den Emitterflächen der betreffenden Transistoren ab. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Emitterflächen der Transistoren 306 und 336 zweimal so groß wie die Emitterfläche des Transistors 376 bemessen. Das bedeutet, daß bei fehlender Regelung (also im Ruhezustand) ein Strom von einem Milliampere durch den Transistor 376 als ein Strom von 2 mA jeweils im Transistor 306 und 336 nachgebildet wird. Die Emitierflächen der betreffenden Transistoren können natürlich auch in anderen Verhältnissen stehen, wenn andere Ruhevorspannungsströme in den ZF-Verstärkern gewünscht werden. Die Nachbildungs-Vorspannungsschaltung370 läßt sich auch zur parallelen Ruhevorspannung von mehr als zwei Verstärkern verwenden, wenn dies gewünscht ist.

Die ZF-Regelspannung auf der Leitung 360 wird der Basis 302 des ersten ZF-Verstärkers 300 über die Reihenschaltung von Widerständen 382 und 384 zugeführt. Vom Verbindungspunkt dieser Widerstände ist ein Kondensator 386 nach Masse geschaltet, der durch Filterung eine Isolierung der ZF-Regelspannungsleitung 360 von den ZF-Signalen an der Basis des Transistors 302 bewirkt. In gleicher Weise wird die ZF-Regelspannung der Basis des Transistors 332 über die Reihenschaltung von Widerständen 390 und 392 von der Regelspannungsleilung 360 zugeführt. Die ZF-Regelspannungsleitung 360 wird gegen das ZF-Signal an der Basis des Transistors 332 durch einen Kondensator 394 isoliert, welcher vom Verbindungspunkt der Widerstände 390 und 392 nach Masse geführt ist und eine Tiefpaßfilterung der ZF-Regelspannung an dieser Stelle bewirkt. Die ZF-Regelspannung wird auch der HF-Regelspannungsschaltung 150 über einen Isolationswiderstand 380 zugeführt.

Die HF-Regelspannungsschaltung 150 erzeugt bei abnehmender ZF-Regelspannung an ihrem Eingang eine verzögerte HF-Regelspannung, welche dem Tuner des nicht dargestellten Fernsehempfängers zugeführt wird. Der Isolationswiderstand 3S0 liegt an der Basis eines Transistors 154 und wird ebenfalls von einem Kondensator 152 nach Masse überbrückt. Der Kollektor des Transistors 154 ist an die Betriebsspannungsquelle + V geführt, sein Emitter liegt über einem Widerstand 156 an Masse und über einen Widerstand 158 an der Basis eines Transistors 160. Der Emitter des Transistors 160 liegt über eine in Durchlaßrichtung vorgespannte PIN-Diode 162 an Masse, sein Kollektor liegt an der Basis eines Transistors 166 und an einem Widerstand 190, welcher der variablen Rcgdimgsverzögerung dient. Die Einstellung dieses Widerstandes 190 bestimmt den Vorspannungspunkt (also denjenigen Spaniuingspcgel auf der

ίο ZF-Regelspannungsleitung 360), bei wekhem die HF-Verslärkimgsvcrmindcnmg durch die IIF-Rcgclspannungsschaltung beginnen soll. '

Eine Zenerdiode 164 ist mit ihrer Anode an die Basis des Transistors 160 und mit ihrer Kathode an den KoI-lektor dieses Transistors angeschlossen. Die Zenerdiode 164 dient als Klemmelement mit dynamischem Bereich, um einen starken Kollektor-Spannungsanstieg am I'ransistor 160 zu verhindern, wie er beim Kanalumschalten auftreten kann. Erhält der Fernsehempfänger momentan ein sehr starkes Rundfunksignal bei der Kanalumschallung, dann reagiert das Regelsystem durch Verringerung der Verstärkung der Hl- und ZF-Vcrstärker. Eine solche Verstärkungsherabset/ung bewirkt ein Sperren des Transistors 160, und ohne die Zenerdiode 164 kann seine Kollektorspannurg auf die Höhe der Spannungsquelle + 1 ansteigen, an welche der einstellbare Widerstand 190 angeschlossen ist. Wenn der Kanalwähler schließlich bei einem Kanal sieher· bleibt, auf welchem ein schwaches Funksignal empfangen wird, dann sollte der Tuner mil hoher Verstärkung arbeiten und der Transistor 160 muß leitend werden, damit seine Kollektorspannung zur Erhöhung der HF-Verstärkung sinkt. Jedoch enthält das Regelsystem viele Verzögerungen, welche diese Erholzeit der HF-Regelspannungsschaltung 150 verlangsamen.

und kann eine im den Kollektor des Transistors 160 angeschlossene kapazität enthalien. Die Zenerdiode verhindert nun eine solche langsame Erholung der HF-Regelspannungsschallung durch Klemmen der Kollektor-Spannung des Transistors 160 auf einen Maximalwert.

von dem sich die Schaltung schneller erholen kann.

Es ist bereits gesagt worden, daß die Eingangsschaltung der H F- Regelspannungsschal lung, welche die Transistoren 154 und 156 und die PI N-Diode 162 enthält, eine 3 K_hl.-Schallung ist, welche der Vorspannung der nachgebildeten Schaltung 370 angepaßt isl. Da die HF-Regelspannungsschaltung 150 bei sehr niedrigen Sirompegeln im Vergleich /u den ZF-Verstärkern im dargestellten Beispiel betrieben wird, wird die Emitterfläche des Transistors 160 wesentlich kleiner als diejenige des Transistors 376 gewählt. Das bedeutet, daß der Kollektor-Emitler-Sirom im Transistor 160 kleiner als der Kollektor-Emitter-Strom im angepaßten Transistor 376 in der nachgebildeten Vorspannungsschaltung 370 isl.

Der Transistor 166 ist mit seinem Kollektor an die Versorgungsquelle + V und mit seinem Emitter an die Basis eines Transistors 168 angeschlossen, dessen Kollektor wiederum an + Kliegt und dereine HF-Vorwärtsregelspannung für den Tuner des Fernsehempfängers am Emitter 170 erzeugt. Der Transistor 168 hat eine zweite Emitter-Elektrode 172, welche über die Reihenschaltung von Widerständen 174 und 176 an Masse liegt. Der Verbindungspunkt der Widerstände 174 und 176 liegt an der Basis eines Transistors 180, dessen Emitter über einen Widerstand 182 an Masse liegt, und er erzeugt eine Rück-

b5 wärts-HF-Regelspannung an seinem Kollektor. Die HF-Regelspannungsschaltung 150 erzeugt damit sowohl eine Vorwärts- als auch eine Rückwärtsregelspannung und erlaubt damit ihre Verwendung bei einem Tuner.

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welcher die eine oder die andere Regelteclinik benutzt. Es sei noch erwähnt, daß der Bereich der Rückwärts-HF-Regelspannung nicht festgelegt ist, sondern durch den Anwender über die Wahl der Laslimpedanz am HF-Regelspannungsausgang bestimmt werden kann.

Die Vielfach- K^.-VorspannungsschallungöOO dient als Spanniingsqiielle für die ZF-Regelspannungsleitung 360 und dem Transistor 376. Ein Transistor 602 ist mit seinem Kollektor über einen Widerstand 610 an die Versorgungsspannung + V und mit seinem Emitter über einen Widerstand 608 an die ZF-Regelspannungsleitung 360 angeschlossen. Vom Kollektor zur Basis des Transistors 602 ist ein Widerstand 604 geschaltet und von der Basis zum Emitter des Transistors 602 ist ein Widersland 606 geschaltet. Wählt man die Widerstände 604 und 606 mit den als Beispiel in der Figur eingetragenen Werten, dann wird wegen der paraileiiiegenden Basis-Kmitter-Slrecke des Transistors 602 die Spannung am Widerstand 606 bei 1 V_hi, (etwa 0,7 Volt) gehalten. Weil die Widerstände 604 und 606 in diesem Beispiel im Verhältnis von 5:1 stehen, erscheint am Widerstand 604 ein Spannungsabfall von 5 I ',_u, bei insgesamt 6 V₁₁₁. /wischen Kollektor und Emitter des Transistors 602. Die Emitterspannung des Transistors 602 (und damit auch die Spannung der ZF-Regelspannungsleitung 360) bleibt somit auf einem Wert von etwa 6 \\_r unterhalb der Kollektorspannung des Transistors. Beim Fehlen einer Verstärkungsregelspannung von der Regelschaltung 400 (also beim Betrieb mit maximaler Verstärkung) wird die Spannung auf der ZF-Regelspannungsleitung 360 durch die nachgebildete Vorspannungsschaltung 370 etwa um 3 Γ_ν oberhalb Masse gehalten. Bei diesen Verhältnissen liegt die Spannung, welche den Basen der in Basisgrundschaltung betriebenen Kaskodeverstärkertransistoren 312 und 342 zugeführt wird, um etwa 9 V_1n. oberhalb Massepotential.

Zweckmäßigerweise sollen die Kaskodeverstärker306, 312, 336 und 342 so vorgespannt werden, daß an jedem der beiden Kaskodetransistoren im Ruhezustand die halbe Spannung + I abfällt. Wählt man für + I beispielsweise + 12 Volt, dann wird diese Spannung praktisch den Kollektoren der in Basisgrundschaltung betriebenen Kaskodetransistoren 312 und 342 über die abgestimmten Schaltungen 320 bzw. 350 zugeführt. Die Kaskodeverstärker sollten daher zweckmäßigerweise so vorgespannt werden, daß an den Kollektoren der Transistoren 306 und 336 ein Gleichspannungswert von 6VoIt erscheint. Die Basisspannungen der Transistoren 312 und 342 liegen dann um 1 l\_r höher als 6VoIt. Da die Basen der Transistoren 312 und 342 durch die nachgebildete Vorspannungsschaltung 370 und die Vielfach-1',„.-Vorspannungsschaltung 600 auf 9 V_1x., also näherungsweise 6,3 Volt, vorgespannt werden, zeigt sich, daß die Kaskode-

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net vorgespannt werden.

Im Betrieb erzeugt die Regelschaltung 400 eine Ver-Stärkungsregelspannung, die unmittelbar vom Pegel des demodulierten Videosignals abhängt; ein schwaches Videosignal (mit niedrigem Pegel) bewirkt die Erzeugung einer Regelspannung niedrigen Wertes und ein starkes Videosignal (mit hohem Pegel) bewirkt die Erzeugung einer Verslärkungsregelspannung hohen Wertes.' Bei schwachem Signal wird die Verstärkungsregelspannung kleinen Wertes der nachbildenden Vorspannungsschaltung 370 zugeführt und bewirkt wenig Änderung im Ruhezustand der Transistoren 372 und 376. Die Spannung auf der ZF-Regelspannungsleitung 360 bleibt daher auf einem hohen Wert \ on etwa 3 I',,_.. Diese hohe Regelspannung wird den /1 -\ erM;irkem 300 und 330 an den Basen der Transistoren 302 und 332 zugeführt. Die Transistoren 302, 306 und 332. 336 leiten daher stark, und von den Transistoren 306 bzw. 336 werden den PIN-Dioden 308 bzw. 338 hohe Vorspannungsgleichströme zugeführt, so daß die PIN-Dioden niedrige Widerstände haben und für die Transistoren 306 und 336 niedrige Emitterwiderstände darstellen. Die Kaskodeverstärker 306, 312 und 336. 342 bewirken dann eine erhebliche Verstärkung des schwachen ZF-Signals, das von der ZF-Signalquelle 200 kommt.

Wenn der Videosignalpegel mit zunehmendem Empfangspegel des HF-Fernsehsignals ansteigt, dann wächst auch der Wert der Verstärkungsregelspannung, die von der Regelschaltung 400 erzeugt wird. Diese anwachsende Regelspannung bewirkt einen verstärkten Stromfluß durch den Widerstand 362 zur Vorspannungsscpaltung 370 und /ui Zr-VeiVcüikiing!.regeispannungs!eiiung3oO Die Schaltung 370 reagiert auf den Stromfluß von der Regelschaltung 400 durch einen Versuch, den Spannungswert an der Basis des Transistors 372 auf etwa 3 V_ht zu halten. Sie macht dies durch verstärktes Leiten im Transistor 376. Praktisch der gesamte erhöhte Stromfiuß von der Regelschaltung 400 wird über den Widerstand 366 zur Regelspannungsleitung und dann über den Transistor 376 nach Masse geführt, wobei ein Spannungsabfall am Widerstand 366 auftritt. Dieser Spannungsabfall bewirkt, daß die Spannung der Regelspannungsleitung unter den 3 I ',,,.-Wert an der Basis des Transistors 372 fällt. Der Transistor 376 leitet dann praktisch den gesamten von der Regelspannungsschaltung 400 über den Widerstand 366 gelieferten Strom ebenso wie den durch die Vielfach-1',,,.-Vorspannungsschaltung 600 zugeführten Ruhestrom.

Die verringerte ZF-Verstärkungsregelspannung auf der Leitung 360 gelangt über Widerstände 382, 384 bzw. 390. 392 an die Basen der Transistoren 302 bzw. 332 und bewirkt eine Verringerung der Steilheit der Transistoren 306 und 336. Wegen der verkleinerten Steilheit der Transistoren 306 und 336 nehmen die den PIN-Dioden 308 und 338 über die Transistoren 306 und 336 zugeführten Vorspannungsgleichströme ab, und der Widerstand der PI N-Dioden 308 und 338 wächst. Die vergrößerten Emitterimpedanzen der Transistoren 306 und 336 bewirken eine Verringerung der Verstärkung der Kaskodeverstärker 306. 312 und 336. 342. Weifdie Vielfach- K₆₍,-Vorspannungsschaltung 600 eine konstante Spannungsdifferenz von 6 V_hc zwischen der ZF-Regelspannungsleitung 360 und den Basen der Kaskodetransistoren 312 und 342 aufrechterhält, folgt außerdem die den Transistoren 312 und 342 zugeführte Gleichvorspannung dem abnehmenden Spannungswert auf der ZF-Regelspannungsleitung 360. Der von der Regelschaltung 400 gelieferte Strom steigt weiter an. wenn der VidcoSignalpege! zunimmt, und der anwachsende Spannungsabfall am Widerstand 366 läßt den Pegel der ZF-Regelspannung auf der Leitung 360 weiter absinken. Die abnehmende Regelspannung erniedrigt zunehmend die Steilheit g_m der ZF-Verstärkertransistoren 306 und 336, so daß die Widerstände der PIN-Dioden 308 und 338 zunehmend anwachsen. Die Steilheit g_m der Transistoren 306 und 336 erreicht schließlich einen Minimahvert, bei dem die Spannungsverstärkung der ZF-Verstärker etwa 1 ist und der volle Bereich der ZF-Verstärkungsminderung durchlaufen ist. Eine weitere Verstärkungsabsenkung tritt im Tuner unter Steuerung durch die verzögert arbeitende HF-Regelschaltung 150 ein.

Wenn die ZF-Verstärker die Grenze der ZF-Verstärkungsminderung erreicht haben, bewirkt die niedrige

ZF-Regelspiinnung, welche über den Isolationswidersttind 380 an die Basis des Transistors 154 gelangt, daß der Transistor weniger leitet. Die Emilterspannung des Transistors 154 sinkt, wenn der Transistor gesperrt wird, so daß der Transistor 160 schwächer leitet. Die Kollektorspannung des Transistors 160 wächst in einem Maße an, welches durch die Einstellung des Widerstandes 190 für die Regelungsverzögerung der HF-Verstärker bestimmt ist. wenn der Transistor 160 gesperrt ist. Schließlich wird ein Spannungspegel an der Basis des Transistors (66 erreicht, welcher ausreicht, um diesen Transistor einzuschalten, und damit beginntauch der Transistor 168 zu leiten. Es Hießt dann ein Strom durch den ersten Emitter 170 des Transistors 168, der zur Erzeugung einer Vorwärtsregelspannung für den Tuner verwendet werden kann. Gleichzeitig fließt ein Strom durch den zweiten Emitter !72 des Transistors !68. infolgedessen der Transistor 180 zu leiten beginnt, wobei er einen Kollektorstrom führt, dessen Polarität derjenigen des Stromflusses im ersten Emitter 170 des Transistors 168 entgegengesetzt ist. Der Kollektorstrom des Transistors 180 kann zur Erzeugung einer Rückwärtsregelspannung für den Tuner benutzt werden.

Die Vielfach-!',„.-Vorspannungsschaltung 600 wandelt die vom Widerstand 610 gelieferte Vorspannung in Abhängigkeit von der Temperatur so um, daß die normale Herabsetzung der Steilheit g_m der Verstärkertransistoren 306 und 336 bei zunehmender Temperatur kompensiert wird. Es wurde bereits gesagt, daß der Kollektor des Transistors 602 wegen der Vorspannungsnachbildungsschaltung 370 und der Vielfach-1 ■,„,-Vorspannungsschaltung 600 einen Ruhevorspannungspunkt für 9 V_hl, bildet. An diesem Vorspannungspunkt tritt ein negativer Temperaturkoeffizient auf. der von der Anzahl der Spannungen f „₍. des Vorspannungspotenlials an diesem Punkt abhängt.

Die Basis-Emitter-Spannung eines Transistors läßt sich in erster Näherung ausdrücken durch die Gleichung

* ⁷

wobei I₁ der Emitterstrom und /_S(J, der Sättigungsstrom des Transistors ist. Obgleich im Zähler des Bruches

die Temperatur T erscheint, ändert sich V_hi, wegen der extremen Temperaturabhängigkeit von /_M, umgekehrt mit der Temperatur. Die Spannung V_hc eines Transistors nimmt wegen dieses Vorherrschens des Ausdruckes I_sm in der Gleichung für V_he mit zunehmender Temperatur ab. Die Temperaturabnängigkeit von V_bc läßt sich über die Änderung von V_he bei konstantem I_E ausdrücken. Wegen der Temperaturabhängigkeit des Sättigungsstromes erhalt man die folgende Gleichung:

dT

J_F = konstant

~-2mV/°C

nungsnachbildungsschaltung 370 keine Regelspannung kommt. Wird die Spannung auf der ZF-Regelspannungsleitung 360 während des Regelvorgangs von der Vorspannungsnachbildungsschaltung 370 verringert, dann nimmt die Spannung am 9 !'',,,.-Punkt leicht ab, wird aber auf einem Spannungswert gehalten, der um 6 V_1n. über dem Spannungspegel der ZF-Regelspannungsleitung liegt. Im Durchschnitt lieg! die Kollektorspanruing des Transistors 602 bei etwa 6VoIt.

to Wählt man den in der Figur als Beispiel gezeigten Wert von 1000 Ohm für den Widerstand 610 bei einer Spannung der + K-Spannungsquelle von + 12VoIt, dann zeigt sich, daß an dem Widerstand ein Spannungsabfall von 6 Volt auftritt, der einen Strom von 6 mA zu der Vielfach-I'^.-Vorspannungsschaltung 600 fließen läßt. Dieser Strom fließt über die Schaltung 600 zur Regelspannungsleitung 360 und über <isn Transistor 376 der Vorspannungsschaltung 370 nach Masse. Dieser Strom von 6 mA im Transistor 376 spiegelt sich wider im Verhältnis 2:1 in den Kaskodeverstärkern 366, 312 und 336, 342 wegen des Verhältnisses von 2: 1 zwischen den Emitlerflächen der Transistoren 306 und 336 einerseits und dem Transistor 376 andererseits. So führt also der Strom von 6 mA durch den Transistor 376 7u einem Kollektorstrom von 12 mA sowohl des Transistors 306 wie auch des Transistors 336. Setzt man diese Werte in Gleichung (2) für g_m ein, dann erhält man für Raumtemperatur (290° K) das folgende Ergebnis:

Es zeigt sich, daß dieser Wert für alle Transistortypen und alle normalen Werte von /_£ nahezu konstant ist. Demnach wirkt am 9 F^-Ruhevorspannungspunkt am Kollektor des Transistors 602 ein negativer Temperaturkoeffizient von — 18mV^/oC Damit nimmt die Spannung am Kollektor des Transistors 602 für jedes Grad Temperaturanstieg der Schaltung um 18 mV ab.

Es war bereits gesagt worden, daß der 9 K₆₍,-Punkt am Kollektor des Transistors 602 bei etwa 6,3 Volt verbleibt, wenn von der Regelschaltung 400 und der Vorspan-(1.6 χ 10 '"Coul.) (12 ν 10 ¹A)
(1,38x10 -" -K) (290⁰K)

„ = 4,79 χ 10 ' =0.479 mS

Wenn die Temperatur der in der Figur dargesteilten Schaltung von Raumtemperatur auf die maximale nominelle Betriebstemperatur von 55° C oberhalb Raumtemperatur (345⁰K) anwächst, dann nehmen die Werte l'_hi.

der Transistoren in der Schaltung bei jedem Grad Temperaturanstieg um 2 mV ab. Während des Temperaturanstiegs von 55°C sinkt also die Spannung am 3 !-',,,.-Punkt am Kollektor des Transistors 376 um 330 m\ . Die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 602 nimmt ebenfalls

« um 2 mV/°C ab, so daß die Spannung am Widerstand 606 abnimmt. Die Spannung am Widerstand 604 des Spannungsteilers 604, 606 sinkt um einen Betrag, der durch das Verhältnis der Spannungsteilerwiderstände bestimmt ist, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel 5:1 beträgt. Damit ist der Gesamtspannungsabfall an der Vielfach-K^-Vorspannungsschaltung 600 gleich 6 I ',,,. oder 660 mV bei einem Temperaturanstieg von 55 L. Der Gesarntabfal! der Spannung am 9 !',,,.-Vorspannungspunk; am Kollektor des Transistors 602 beträgt daher näherungsweise 1 Volt, und dieses Ergebnis erhält man auch durch Multiplizierung des Temperaturkoeffizienten von — 18mV/°C, der für diesen Punkt gilt, mit der Temperaturänderung von 55° C.

Dieses Absinken der Kollektorspannung des Transistors 602 führt zu einem Spannungsabfall am Widerstand 610 von 7VoIt, infolgedessen dann ein Strom von 7 mA durch die Vielfach-F^-Vorspannungsschaltung 600 zur Nachbildungsvorspannungsschaltung 370 führt. Der Stromfluß von 7 mA im Transistor 376 spiegelt sich im Verhältnis 2: 1 in den Transistoren 306 und 336 wider, die je einen Koliektorstrom von 14mA führen Setzt man diese Werte in die Gleichung (2? für g_m c"n. dann ei hält man:

13

(1,6XlO-¹⁹CoUl.) (i4x

= 0.47 iiiS

und dies ist das gleiche wie der für Betrieb bei Rirumferhperatur erhaltene »„,-VVert. Es zeigt sich -also; daß die Vieiraeh-K^-Vorspannungsschahurig in dem in Fig. 1 gezeigten ÄusfuHrüngsbeispiel die Steilheit $>„ des ZF-Verslärkers gegen Änderungen der Betriebslernperaiür stabilisiert.

Hicivu I Blall Zeichnun»en

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Kompensierung der Verstärkung eines einen Basis-Emitter-Übergang aufweisenden Transistors gegen Temperaturänderungen, mit einer Vorspannungsschaltung fur den Transistor und mit einer Betriebsspannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschaltung zwischen der ersten Klemme (Masse) und der zweiten Klemme (+ V) der Betriebsspannungsquelle eine Reihenschaltung eines ersten Stromleiters (376), an dem ein temperaturabhängiger Spannungsabfall von der Größe einer Basis-Emitter-Halbleiterübergangsspannung auftritt, mit einem zweiten Stromleiter (600), an dem ein Spannungsabfall auftritt, der ein konstantes Vielfaches des Spannungsabfalls an dem ersten Stromleiter lsi und sich bei Temperaturänderungen in konstanter Beziehung zu diesem Spannungsabfall ändert, und einen dritten Stromleiter (610), dessen Impedanz im wesentlichen temperalurkonstanl ist, enthält, und daß die Basis-Emillcr-Strecke des Verstärktertransistors (306) zwischen den Verbindungspunkt des eisten Stromleiters (376) mit dem zweiten Stromleiter (600) und die erste Klemme (Masse) der Belriebsspannungsqueüe geschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspuich 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkertransistor (306) und der erste und der zweite Stromleiter (376, 600) in einem einzigen monolithischen integrierten Schaltungsplättchen ausgebildet sind.

V Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, rtaß der erste Stromleiter einen Basis-Emitter-Halb!eiterübcrgung aufweist, daß der dritte Stromleiter einen ersten Widersland (610) aufweist, daß der zweite Stromleiter einen zweiten Transistor (602) aufweist, von dessen Basis zu seinem Emitter ein zweiter Widersland (606) und von dessen Kollektor /u seiner Basis ein dritter Widerstand (604) geschaltet ist, und daß der Spannungsabfall am zweiten Widerstand (606) einen Basis-Emitter-Spannungsabfall beträgt und der Spannungsabfall am dritten Widerstand (604) zum Spannungsabfall am zweiten Widerstand (606) in einer durch das Verhältnis des dritten Widerstandes (604) zum /weiten Widerstand (606) bestimmten Beziehung steht.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Transistor (312) mit seinem Emitter an den Kollektor des Verslärkertransistors (306) und mit seiner Basis an den Verbindungspunkt des ersten Widerstandes (610) mit dem zweiten Stromleiter (600) und schließlich mit seinem Kollektor an den zweiten Anschluß ( + Π der Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist. derart, daß der Verstärkertransistor (306) und der dritte Transistor (312) einen Kaskodeverstärker (300) bilden und daß das Verhältnis des dritten Widerstandes (604) /um zweiten Widerstand (606) derart gewählt ist. daß die Basisspannung des dritten Transistors (312) im wesentlichen gleich die Hälfte der Spannung zwischen den ersten und /weiten Anschlüssen der Belriebsspannungsquelle beträgt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stromleiter einen vierten Transistor (376), der mit seinem Kollektor an die Basis des Verstärkertransistors (306) angeschlossen ist und zwischen seinem Kollektor und seiner Basis mit einem Widerstand (366) beschaltet ist und emilterseitig über eine erste PIN-Diode (378) an den ersten Anschluß der Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist, enthält, daß zweite Stromleiter (600) an den Kollektor des vierten Transistors (376) angekoppelt ist und daß die Schaltungsanordnung weiterhin eine zwischen den Emitter des Verstärkertransistors (306) und den zweiten Anschluß (Masse) der Betriebsspannungsquelle geschaltete zweite PIN-Diode <308) enthält, derart, daß ein durch die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke des vierten Transistors (376) mit der ersten PIN-Diode (378) fließender Vorspannungsstrom zu dem durch die Reihenschaltung der Kollektor-Emilter-Strecke des Verstärkertransistors (306) mit der zweiten PIN-Diode (308) fließenden Vorspannungsstrom in proportionaler Beziehung zum Verhältnis der Emitterfiäche des vierten Transistors (376) zur Emitterfläche des Verstärkertransistors (306) steht.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stromleiter einen zweiten Transistor (602) und einen Spannungsteiler (604. 606) enthält, der parallel zur Kollektor-Enüuer-Strecke des zweiten Transistors (602) geschaltet ist und dessen Abgriff an die Basis des zweiten Transistors angeschlossen ist, d;iß der dritte Stromleiter einen Widerstand (610) aufweist, und daß die Kollektor-Emitter-Strecke des zweiten Transistors (602) und der Halbleiterübergang des ersten Stromleiters (376) in dieser Reihenfolge hintereinander zwischen den ersten und zweiten Anschluß ( + V bzw. Masse) der Belriebsspannungsquelle geschaltet sind und daß der Verbindungspunkt des zweiten Transistors (602) mit der Basis-Emilter-Strecke des Verstärkertransislors (306) über eine Koppelschaltung (382. 384. 302) miteinander verbunden sind und diese Koppelschaltung in Reihe mit der Basis-Emitter-Streckc des Verstärkertransistors (306) parallel /u dem Halbleiterübergang des ersten Stromleiters (376) IiCg₁.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschallung (610. 600. 370) dem Verstärkertransistor (306) einen Vorspannungsstrom zuführt, weicher sich mit Temperaturschwankungen in solcher Größe und Richtung ändert, daß die Verstärkung des Verstärkertransistors (306) bei TempenMuränderungen praktisch konstant bleibt.

H. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterübergang des ersten Stromleiters (376) einen vierten Transistor (376) enthält, dessen Emitter mit dem ersten Anschluß der Betriebsspannungsquelle und dessen Kollektor mit der Basis-Emitter-Strecke des Verstärkertransistors (306) gekoppelt ist. und daß die Vorspannungsschaltung ferner einen zwischen Kollektor und Basis des vierten T^ransistors (376) geschalteten vierten Widerstand (366) enthält.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß an die Basis des vierten Transistors (376) eine Verslärkungsregekpannungsquelle (400) angeschlossen ist, deren Regelspannung den dem ersten Transistor (306) zugeführten Vorspannungsstrom zur Regelung von dessen Verstärkung bestimmt.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkertransistor (306) mit einer ersten Elektrode (Fmitter) an den

ersten Anschluß der Betriebsspannungsquelle und mit einer zweiten Elektrode (Basis) an eine Eingangssignalquelle (200) angeschlossen ist, daß der erste Stromleiter als Regeltransistor einen vierten Transistor (376) mit einer an den ersten Anschluß (Masse) der Betriebsspannungsquelle geschalteten ersten Elektrode (Emitter), einer durch die veränderbare Verstärkungsregelspannung angesteuerten zweiten Elektrode (Basis) und einer mit der zweiten Elektrode (Basis) des Verstärkertransistors (306) gekoppelten dritten Flektrode enthält, daß die zweite Elektrode des vierten Transistors (376) über eine Koppelschaltung (364, 366, 372, 382, 384, 302) mit der zweiten Elektrode des Verstärkertransistors (306) gekoppelt ist, und daß der dritte Stromleiter einen mit dem zweiten Anschluß der Betriebsspannungsquelle gekoppelten ersten Widerstand (610) aufweist, und daß der zweite Stromleiter eine Impedanz (600) aufweist, die zwischen den ersten Widerstand (610) und die dritte Elektrode des VerstärkungsregelL'ansistors geschallet isi und an der ein sich mit Temperaturänderungen verändernder Spannungsabfall auftritt.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Impedanz (600) fließende Strom mit zunehmender Temperatur anwächst.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkertransistor (306), der vierte Transistor (376), die Koppelschaltung (364,366,372,382,384,302) und die Impedanz (600) in einem einzigen monolithischen integrierten Schaltungsplättchen ausgebildet sind.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite und dritte Elektrode des Verstärkertransistors (306) und des vierten Transistors (376) Emitter, Basis bzw. Kollektor dieser Transistoren sind.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die am Kollektor des vierten Transistors (376) auftretende Spannung sich in umgekehrtem Sinne wie die Verstärkungsregelspannung ändert.