DE3012965C2

DE3012965C2 -

Info

Publication number: DE3012965C2
Application number: DE3012965A
Authority: DE
Inventors: Kenji Hamamatsu Shizuoka Jp Yokoyama
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1979-04-04
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1987-05-27
Also published as: DE3012965A1; US4331929A

Description

Die Erfindung geht aus von einem verstärkungsgeregelten Verstärker nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein bekannter Verstärker ist in der Zeichnung gemäß Fig. 1 in Form eines Analogvervielfachers dargestellt, der als verstärkungsgeregelter Verstärker verwendet werden kann. Ein Ausgangssignal V _o der bekannten Schaltung wird dadurch erhalten, daß die Kollektorspannung an einem der Transistoren 1 und 4 von der Kollektorspannung von dem anderen der Transistoren 1 und 4 abgezogen bzw. subtrahiert wird und kann durch folgende Gleichung dargestellt werden:

V _o = K · V _i · f(V _c) (1)

wobei K eine Proportionalkonstante und f (V _c) eine Funktion der Steuerspannung (V _c) ist. Die Verstärkung A des Schaltkreises ergibt sich daher durch nachfolgende Gleichung:

Dies bedeutet, daß die Verstärkung des Schaltkreises gemäß Fig. 1 mit der Steuerspannung V _c variiert und im wesentlichen proportional zu der Größe der Steuerspannung ist, wenn diese relativ klein ist.

Zum Zwecke der Verringerung des Klirrfaktors bei dem oben erwähnten Verstärker muß der Verstärker als ein Klasse-A-Verstärker betrieben werden. Bei A-Betrieb muß der Emitterstrom jedes Transistors in der Schaltung vergrößert werden. Die Vergrößerung des Emitterstroms im Transistor vergrößert jedoch dementsprechend das innerhalb des Verstärkerschaltkreises erzeugte Rauschen. Wenn umgekehrt der Emitterstrom verringert wird, um dadurch das Rauschen zu verringern, wird der lineare Betriebsbereich des Verstärkers ebenfalls verringert. Als ein Ergebnis daraus wird der Klirrfaktor des Verstärkers vergrößert. Dies bedeutet, daß bei einem Verstärker gemäß Fig. 1 Schwierigkeiten mit der Reduzierung sowohl des Rauschens als auch des Klirrfaktors auftreten. Da des weiteren bei dem Verstärker gemäß Fig. 1 die Kollektoren der beiden Transistoren 1 und 3 gemeinsam miteinander verbunden an den Kollektorlastwiderstand 7 angeschlossen und die Kollektoren des Transistorpaares aus den Transistoren 2 und 4 gemeinsam verbunden an den Kollektorlastwiderstand 8 angeschlossen sind, wird der durch jeden der Lastwiderstände 7 und 8 fließende Strom nicht mit der Steuerspannung V _c verändert, so daß die Rausch- Ausgangsspannung sich ebenfalls nicht verändert. Wenn also die Verstärkung des Verstärkerschaltkreises durch die Steuerspannung klein gemacht wird, dann wird der Rauschabstand des Verstärkers verschlechtert.

Aus der US-PS 36 84 974 ist ein gattungsgemäßer Differenzverstärker bekannt. Auch dieser gattungsgemäße Differenzverstärker weist drei Transistorpaare in emittergekoppelter Differenzschaltung auf, wobei zwei Transistorpaare miteinander verbundene Basisanschlüsse aufweisen. Das dritte Transistorpaar arbeitet als Treiberschaltkreis und nimmt an seinen Basisanschlüssen das zu verstärkende Eingangssignal auf. Das erste und zweite Transistorpaar, deren Basisanschlüsse ein Verstärkungs-Steuersignal (AGC) empfangen, erzeugen einen von dem Steuersignal abhängigen Stromfluß in ihren Kollektor-Emitterpfaden, der dann über Lastwiderstände in ein Ausgangssignal gewandelt wird.

Wenn nun an den Eingangsanschlüssen des ersten und zweiten Transistorpaares eine Referenzspannung auf ein bestimmtes Gleichspannungspotential gesetzt wird, ist zum Betrieb des dritten Transistorpaares in dem Treiberschaltkreis an dessen Basisanschlüssen eine um beispielsweise 10 V geringere Spannung als die Referenzspannung notwendig, um eine Spannung V _CE an den Transistoren des zweiten Transistorpaares erhalten zu können. Mit anderen Worten, das Eingangssignal an den Basisanschlüssen des dritten Transistorpaares kann nicht das gleiche Gleichspannungspotential wie das Kontrollsignal an dem ersten und zweiten Transistorpaar haben, vielmehr muß in einem Gesamtschaltkreis, der ein Massepotential verwendet, um ein Referenz-Gleichspannungspotential zu schaffen, wenigstens eines der beiden Eingangssignale spannungsverschoben sein. Um jedoch diese Spannungsverschiebung erhalten zu können, ist ein weiterer spezieller Schaltkreis nötig, so daß der Schaltkreisaufbau gemäß der US-PS 36 84 974 unnötig kompliziert wird und insbesondere bei der Fertigung in integrierten Schaltkreisen durch den erhöhten Fertigungsaufwand teuer ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verstärker nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, der bei einfachem konstruktivem Aufbau weiterhin dahingehend verbessert ist, daß der Rauschabstand auch bei einer geringen Verstärkung verbessert wird, ohne daß dabei der Klirrfaktor verschlechtert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei dem Verstärker nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, daß das dritte Transistorpaar zur Aufnahme des Eingangssignales miteinander verbundene Basisanschlüsse aufweist und das Eingangssignal einmal mit seiner Ursprungspolarität auf den Emitter des einen Transistors des dritten Transistorpaares gelegt wird und einmal mit einer Phasenverschiebung von 180° auf den anderen Transistor des Transistorpaares gelegt wird. Hierdurch ist es möglich, daß das Kontrollsignal und das Eingangssignal auf gleicher Potentialebene liegen und auf einen aufwendigen Schaltkreis zur Erzeugung einer Potentialverschiebung verzichtet werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht in der Schaffung eines verstärkungsgeregelten Verstärkers, bei welchem die Verstärkung entsprechend einer von außen angelegten Steuerspannung geregelt wird, welche einen expotentiellen Funktionsverlauf aufweist.

Entsprechend der Erfindung verringern sich die Ströme, welche durch die Transistoren fließen in gleicher Weise wie die Verstärkung des Verstärkers verringert wird, so daß die Rausch-Ausgangsspannung bei geringer Verstärkung verringert werden kann.

Um die Rausch-Ausgangsspannung noch weiter zu verringern, kann eine gleiche Anzahl von PN-Übergängen in Serie verbunden zwischen die entsprechenden Emitter der Transistoren im ersten und zweiten Transistorpaar und die Kollektoren der Transistoren des dritten Transistorpaares geschaltet werden.

In der nachfolgenden Beschreibung werden mehrerer Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schaltkreisdarstellung eines bekannten verstärkungsgeregelten Verstärkers; und

Fig. 2 bis 6 schematische Schaltkreisdarstellungen von verstärkungsgeregelten Verstärkern in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

Zur detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird zunächst die Verringerung der Rauschausgangsspannung bei herkömmlichen Differenzverstärkern beschrieben.

Bei einem typischen Differenzverstärker, bei dem ein Transistorpaar in Differenzschaltung gemeinsam verbundene Kollektoren aufweist, die an einem positiven Energieversorgungsanschluß über Kollektor-Last-Widerstände entsprechend angeschlossen sind und deren Emitter gemeinsam verbunden an einen negativen Energieversorgungsanschluß über eine Konstantstromquelle angeschlossen sind und bei welchem ein Eingangssignal zwischen die jeweils zugehörige Basis der Transistoren angelegt wird, ist es bekannt, daß der Emitterwiderstand von jedem der Transistoren möglichst groß sein soll, um so die Rauschausgangsspannung, welche zwischen den Kollektoren der Transistoren erscheint, zu reduzieren. Des weiteren ist bekannt, daß der Emitterwiderstand eines Transistors umgekehrt proportional zu dem Emitterstrom des Transistors ist. Daraus ergibt sich, daß es zur Verringerung der Rauschausgangsspannung wirksam ist, den Emitterstrom des Transistors klein und/oder den Emitterwiderstand des Transsitors scheinbar groß zu machen. Die vorliegende Erfindung geht von dem zuvor erwähnten Prinzip der Rauschverringerung bei Differenzverstärkern aus.

Gemäß der Darstellung von Fig. 2 besteht der verstärkungsgeregelte Verstärker aus ersten und zweiten Transistoren 11 und 12 und dritten und vierten Transistoren 13 und 14. Die Transistoren 11 und 12 bzw. 13 und 14 sind in einer emittergekoppelten Differenzschaltung angeordnet. Die Transistoren 11 und 14 weisen eine gemeinsam verbundene Basis auf, welche zu einem Steuersignal-Eingangsanschluß 15 führt, um ein Verstärkungs-Steuersignal V _c zu empfangen. Die Transistoren 12 und 13 sind mit einer gemeinsam verbundenen Basis an einen Schaltkreis erdungsanschluß 16 angeschlossen. Ein Treiberschaltkreis 17 ist abhängig von einem Eingangssignal, dessen Amplitude gesteuert an einen Signaleingangsanschluß 18 angelegt wird, um den gemeinsamen Emitterstrom der Transistoren 11 und 12 und den gemeinsamen Emitterstrom der Transistoren 13 und 14 in entgegengesetzten Phasenverhältnissen zueinander zu ändern. Schließlich ist ein Ausgangsschaltkreis 23 vorgesehen, um ein amplitudengesteuertes Ausgangssignal zu liefern, welches der Differenz zwischen Kollektorströmen der Transistoren 11 und 14 bzw. 12 und 13 entspricht.

Genauer gesagt, sind bei dem verstärkungsgeregelten Verstärker gemäß Fig. 2 die Transistoren 11 und 14 mit gemeinsam verbundenen Kollektoren an einen positiven Energieversorgungsanschluß 24 (+V _CC) und die Transistoren 12 und 13 mit den gemeinsam verbundenen Kollektoren über Kollektorlastwiderstände 19 bzw. 20 mit je einem Widerstandswert R _L an den positiven Energieversorgungsanschluß 24 angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren 12 und 13 sind an ein Spannungssubtraktionsglied 21 angeschlossen, welches einen Ausgangsanschluß 22 aufweist, von welchem das amplitudengesteuerte Ausgangssignal abgeleitet wird.

Der Treiberschaltkreis 17 besteht aus Transistoren 26 und 27, deren Kollektoren jeweils entsprechend mit der gemeinsamen Verbindung der Emitter von den Transistoren 11 und 12 bzw. mit der gemeinsamen Verbindung der Emitter von den Transistoren 13 und 14 verbunden sind. Die Emitter der Transistoren 26 und 27 sind über Emitterwiderstände 30 und 31 mit je einem Widerstandswert von R _e an einen negativen Energieversorgungsanschluß 25 (-V _CC) angeschlossen. Die Basis der Transistoren 26 und 27 ist jeweils gemeinsam miteinander verbunden an einem gemeinsamen Verbindungspunkt, der auch ein gemeinsamer Verbindungspunkt der in Serie geschalteten Widerstände 28 und 29 ist, welche zwischen dem negativen Energieversorgungsanschluß 25 und der Schaltkreiserde 16 liegen. Der Eingangsanschluß 18, an den das Eingangssignal V _i angelegt wird, ist mit dem Emitter des Transistors 26 über einen Widerstand 32 mit einem Widerstandswert R _s und mit dem Emitter des Transistors 27 über einen invertierenden Verstärker 33 mit Einheitsverstärkung und einem Widerstand 34 mit einem Widerstandswert R _s verbunden.

Der Betrieb und die Funktion des verstärkungsgeregelten Verstärkers gemäß Fig. 2 wird anschließend genauer beschrieben. Unter der Annahme, daß der Basisstrom des Transistors vernachlässigbar klein ist, ist der gemeinsame Emitterstrom ie ₁ von den Transistoren 11 und 12 bzw. der gemeinsame Emitterstrom ie ₂ der Transistoren 13 und 14 in folgender Formel zu erfassen:

ie ₁ = i _l + i ₂ (3)
ie ₂ = i ₃ + i ₄ (4)

wobei i ₁, i ₂, i ₃ und i ₄ die Kollektorströme der Transistoren 11, 12, 13 und 14 jeweils wiedergeben.

Zwischen den Kollektorströmen i ₁ und i ₂ den Transistoren 11 und 12 und zwischen den Kollektorströmen i ₃ und i ₄ der Transistoren 13 und 14 besteht das Verhältnis, welches in nachfolgenden Formeln wiedergegeben ist: k= Boltzmann Konstante q= Elementarladung T= absolute Temperatur

Bei der Null-Signalbedingung V _i = O wird der gemeinsame Emitterstrom ie ₁ der Transistoren 11 und 12 und der gemeinsame Emitterstrom ie ₂ der Transistoren 13 und 14 gleich, d. h., daß die Kollektorströme der Transistoren 26 und 27 in dem Treiberschaltkreis 17 gleiche Größe I aufweisen, welche vom Widerstandswert R _s der Widerstände 32 und 34 und der Widerstandswerte R _e der Widerstände 30 und 31 abhängt, weil der Signaleingangsanschluß 18 über die Widerstände 32 und 34 an die Emitter der Transistoren 26 und 27 gekoppelt ist, wobei deren jeweilige Basis durch eine vorbestimmte negative Spannung vorgespannt wird. Daher sind die gemeinsamen Emitterströme ie ₁ und ie ₂ bei den gegebenen Signaleingangsbedingungen durch folgende Formel zum Ausdruck gebracht:

ie ₁ = I + ia (7)
ie ₂ = I + ib (8)

wobei ia und ib Signalkomponenten sind, welche mit dem an den Eingangsanschluß 18 angelegten Eingangssignal variieren, und entgegengesetztes Vorzeichen haben (ia = -ib).

Aufgelöst nach den Kollektorströmen i ₂ und i ₃ der Transistoren 12 und 13 aus den Gleichungen (3) bis (8) ergeben sich die folgenden Gleichungen:

Das Ausgangssignal V _o des verstärkungsgeregelten Verstärkers, das vom Ausgangsanschluß 22 des Spannungs subtraktionsgliedes 21 abnehmbar ist, ergibt sich aus folgender Gleichung:

V _o = V ₁ - V ₂ (11)

wobei V ₁ und V ₂ die Kollektorspannungen der Transistoren 12 und 13 darstellen. Die Kollektorspannungen V ₁ und V ₂ der Transistoren 12 und 13 ergeben sich aus den nachfolgenden Gleichungen, wobei die Spannungen R _L i ₂ und R _L i ₃ entgegengesetztes Vorzeichen haben:

V ₁ = V _cc - R _L · i ₂ (12)
V ₂ = V _cc - R _L · i ₃ (13)

Durch Einsetzen der Gleichungen (12) und (13) in die Gleichungen (11) ergibt sich

V _o = R _L·(i ₃-i ₂) (13)

Durch Einsetzen der Gleichungen (9) und (10) in die Gleichung (14) ergibt sich

Die Emitterspannungen der Transistoren 26 und 27 in dem Treiberschaltkreis 17 sind eine vorbestimmte Spannung (ungefähr 0,65 V) unterhalb der Basisspannung davon und daher werden die durch die Widerstände 30 und 31 fließenden Ströme konstant gehalten. Demgemäß sind die Signalkomponenten ia der Emitterschaltungsströme ie ₁ und ie ₂ durch nachfolgende Formeln wiedergegeben:

Durch Einsetzen der Gleichungen (16) und (17) in die Gleichung (15) ergibt sich

Aus der Gleichung (18) ergibt sich die Verstärkung des verstärkungsgeregelten Verstärkers wie folgt:

Aus den Gleichungen (18) und (19) ist zu erkennen, daß die Amplitude des Ausgangssignals (V _o) proportional zu der des Eingangssignals V _i ist und daß die Verstärkung A entsprechend einer Exponentialfunktion von der Steuerspannung V _c variiert. Aus der Gleichung (19) ergibt sich offensichtlich, daß die Verstärkung A des verstärkungsgeregelten Verstärkers gemäß Fig. 2 sich mit der Vergrößerung der Größe der Steuerspannung V _c , welche an den Steueranschluß 15 angelegt wird, verringert. Wenn in der Schaltung gemäß Fig. 2 die Steuerspannung V _c an die Basis der Transistoren 12 und 13 angelegt wird, und die Basis der Transistoren 11 und 14 an Massepotential bzw. Schaltkreiserde liegt, dann verringert sich die Verstärkung A mit der Verringerung in der Größe der Steuerspannung V _c .

Entsprechend dem verstärkungsgeregelten Verstärker gemäß der Erfindung verringern sich die Kollektorströme i ₂ und i ₃ der Transistoren 12 und 13, wenn die Verstärkung A verringert wird, weil die Kollektoren der Transistoren 11 und 14 im Gegensatz zu der Schaltung beim Stand der Technik gemäß Fig. 1 mit den Kollektoren der Transistoren 13 bzw. 12 verbunden sind. Als Ergebnis daraus wird die Rauschspannung, die am Ausgangsanschluß 22 erscheint, klein, wenn die Verstärkung A verringert wird. Mit dem verstärkungsgeregelten Verstärker dieser Erfindung kann ein sehr hohes Rauschabstands verhältnis auch bei geringen Verstärkerbedingungen erhalten werden.

Gemäß Fig. 3 wird eine andere Ausführungsform eines verstärkungsgeregelten Verstärkers gemäß der Erfindung dargestellt, bei welchem der verstärkungsgeregelte Verstärker gemäß Fig. 2 so modifiziert ist, daß seine Hochfrequenzantwort verbessert wird. Dies bedeutet, daß die Kollektoren der Transistoren 11 und 14 mit der Schaltkreismasse verbunden sind und die mit gemeinsamer Basis versehenen bzw. in Basisschaltung geschalteten Transistoren 36 und 37 sind zwischen den Kollektorwiderstand 19 und den Kollektor des Transistors 12 bzw. zwischen den Kollektorwiderstand 20 und den Kollektor des Transistors 13 geschaltet. Die Basis des Transistors 36 ist mit der Basis des Transistors 37 an einem gemeinsamen Verbindungspunkt zusammengeschaltet, an welchem in Serie geschaltet ein Widerstand 38 und eine Diode 39 ihren Verbindungspunkt aufweisen. Die Serienschaltung aus dem Widerstand 38 und der Diode 39 liegt zwischen dem positiven Energieversorgungs anschluß 24 und der Schaltkreiserde, so daß die Basis sowohl des Transistors 36 als auch des Transistors 37 durch die Diodenspannung (ungefähr 0,65 V) über die Diode 39 vorgespannt sind. Ein Paar gebildet aus dem in Basisschaltung befindlichen Transistors 36 und dem in Emitterschaltung befindlichen Transistor 12 und ein Paar gebildet aus dem in Basisschaltung befindlichen Transistor 37 und dem in Emitterschaltung befindlichen Transistor 13 bildet jeweils eine Kaskadeverbindung. Entsprechend dieser Kaskadeverbindung werden die Kollektoren der Transistoren 12 und 13 virtuell geerdet, da die Basis- Emitterspannung von jedem der Transistoren 36 und 37 gleich dem Spannungsabfall über die Diode 39 ist. In der Schaltung gemäß Fig. 3 sind die Kollektoren der Transistoren 11 und 14 tatsächlich geerdet und die Kollektoren der Transistoren 12 und 13 sind virtuell geerdet. Als ein Ergebnis daraus können die Transistoren 11 bis 14 im wesentlichen unter denselben Betriebsbedingungen arbeiten, wie ein idealer PN-Übergang, so daß das Klirren, das von verschiedenen Betriebsbedingungen des Transistors herrührt, abnimmt bzw. verringert wird. Des weiteren wird die Kollektor- Emitterspannung von jedem der Transistoren 11 bis 14 bis ungefährt 0,65 V verringert, so daß das durch die Transistoren 11 bis 14 erzeugte thermische Rauschen ebenfalls abnimmt.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt und mit gleichen Bezugszeichen und gleichen Teilen versehen, wie dies bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 2 und 3 der Fall ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Emitterwiderstand von jedem der Transistoren 11 bis 14 scheinbar durch das Vorsehen von einer gleichen Anzahl (einem oder mehr) von PN-Übergängen zwischen entsprechenden Emittern der Transistoren 11 bis 14 und dem Treiberschaltkreis 17 vergrößert, um so den Zweck einer weiteren Verringerung der Ausgangsrauschspannung zu erreichen. Genauer gesagt, sind bei der dargestellten Ausführungsform drei als Diode geschaltete Transistoren 11 a bis 11 c, bei denen jeweils der Kollektor mit der zugehörigen Basis kurzgeschlossen ist, in Serie miteinander verbunden und in den Emitterschaltkreis des Transistors 11 geschaltet. Drei als Dioden geschaltete Transistoren 12 a bis 12 c sind in dem Emitterschaltkreis des Transistors 12, drei als Dioden geschaltete Transistoren 13 a bis 13 c in dem Emitterschaltkreis des Transistors 13 und drei als Dioden geschaltete Transistoren 14 a bis 14 c sind in den Emitterschaltkreis des Transistors 14 in gleicher Weise geschaltet. Demgemäß ist der scheinbare Emitterwiderstand von jedem der Transistoren 11 bis 14 vervielfacht, so daß die Rauschausgangsspannung halbiert wird. Im allgemeinen wird die Rauschausgangsspannung 1/√ wenn N als Dioden geschaltete Transistoren oder PN-Übergänge in Serie in den entsprechenden Emitterschaltkreis der Transistoren 11 bis 14 geschaltet sind. Die Verstärkung A des verstärkungsgeregelten Verstärkers gemäß Fig. 4 ergibt sich durch nachfolgende Gleichung:

In der Schaltung gemäß Fig. 4 sind die in Basisschaltung befindlichen Transistoren 36 und 37 gleich wie in der Schaltung gemäß Fig. 3 mit den Kollektoren der Transistoren 12 und 13 verbunden und des weiteren sind die in Basisschaltung befindlichen Transistoren 41 und 42 zwischen die Energieversorgungsanschlüsse 24 und den Kollektor des Transistors 11 bzw. zwischen dem Energieversorgungsanschluß 24 und den Kollektor des Transistors 14 geschaltet. Entsprechend dieser Kaskadeschaltungen sind die Kollektoren der Transistoren 11 bis 14 virtuell geerdet, so daß das Rauschabstandverhältnis und die Klirr-Charakteristiken verbessert werden. Der invertierende Verstärker 33 mit Einheitsverstärkung kann, wie in Fig. 4 dargestellt, aus einem Operationsverstärker 43 gebildet sein, wobei der nicht invertierende Eingang mit der Schaltkreiserde verbunden ist. Ein Widerstand 44, der einen Widerstandswert R _a aufweist, ist in eine Verbindung zwischen den Steuereingangsanschluß 18 und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 43 geschaltet und ein Widerstand 45 mit demselben Widerstandswert wie der Widerstand 44 ist zwischen den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 43 und dessen Ausgang geschaltet. Das Spannungssubtraktionsglied 21 kann wie in Fig. 4 dargestellt, aus den Transistoren 46 und 47 gebildet werden, deren Kollektoren gemeinsam mit dem Energieversorgungsanschluß 24 verbunden sind und deren Basis mit den entsprechenden Kollektoren der Transistoren 36 bzw. 37 verbunden sind. Ein Operationsverstärker 48 weist einen Ausgang auf, der mit dem Ausgangsanschluß 22 verbunden ist. Ein Widerstand 49 verbindet den Emitter des Transistors 46 mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 48 und ein Widerstand 50 verbindet den Emitter des Transistors 47 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 48 und ein Widerstand 51 verbindet den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 48 mit der Schaltkreiserde und ein Widerstand 52 verbindet den Ausgang des Operationsverstärkers 48 mit dessen invertierenden Eingang. Die Widerstände 49 bis 52 haben gleiche Widerstandswerte R _b . Die Emitterfolgertransistoren 46 und 47 sind zur Vergrößerung einer Eingangs-Impedanz des Operations verstärkers 48 vorgesehen.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wie bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 2 bis 4 bezeichnen. Bei dieser Ausführungsform wird der Ausgangsschaltkreis 23 aus einem Stromspiegelschaltkreis 55 und einem Strom-Spannungsumsetzer 60 gebildet. Genauer gesagt, wird der Stromspiegelschaltkreis 55 aus einem Transistor 56 gebildet, dessen Kollektor mit dem Kollektor des Transistors 14 verbunden ist und dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors 11 verbunden ist. Ein Widerstand 57 verbindet den Emitter des Transistors 56 mit dem Energieversorgungsanschluß 24 und eine Diode 58 und ein Widerstand 59 sind in Serie zwischen den Energieversorgungsanschluß 24 und den Kollektor des Transistors 11 geschaltet. Die Kollektoren des Transistors 12 und 13 sind geerdet, wie dargestellt. Der Strom-Spannungsumsetzer 60 besteht aus einem Operationsverstärker 61, dessen invertierender Eingang mit einem Verbindungspunkt der Transistoren 14 und 56 verbunden ist und dessen nicht invertierender Eingang mit der Schaltkreiserde verbunden ist und dessen Ausgang, der über einen Widerstand 62 mit einem Widerstandswert R _o auf den invertierenden Eingangsanschluß rückgekoppelt ist, ist mit dem Ausgangsanschluß 22 verbunden.

Bei dem verstärkungsgeregelten Verstärker gemäß Fig. 5 fließt ein Strom i ₀ in den Strom-Spannungsumsetzer 60 gemäß folgender Gleichung:

i ₀ = i ₁-i ₄ (21)

Der Strom i ₀ wird in die Spannung V _o durch den Strom- Spannungsumsetzer 60 gemäß nachfolgender Gleichung umgesetzt:

V ₀ = -i ₀ · R _o (22)

Wie sich aus obiger Beschreibung des verstärkungsgeregelten Verstärkers gemäß Fig. 2 ergibt, sind die Ströme i ₁ und i ₄ aus nachfolgenden Gleichungen ersichtlich:

Demgemäß ist der Strom i ₀ durch folgende Gleichung gegeben:

Aus den Gleichungen (16), (17), und (21) bis (25) kann die Gleichung für das Ausgangssignal nachfolgend wiedergegeben werden:

Wie aus der Gleichung (26) zu ersehen ist, ist die Verstärkung des verstärkungsgeregelten Verstärkers gemäß Fig. 5 mit dem Anstieg in der Steuerspannung V _c ansteigend. Wenn in dem Schaltkreis gemäß Fig. 5 der Stromspiegelschaltkreis 55 mit den Kollektoren der Transistoren 12 und 13 verbunden wird und die Kollektoren der Transistoren 11 und 14 geerdet sind, dann wird der verstärkungsgeregelte Verstärker derart modifiziert, daß dessen Verstärkung sich mit dem Anstieg der Steuerspannung V _c verringert.

Da der Kollektor des Transistors 14 mit dem Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 61 verbunden ist und dessen nicht invertierender Eingang geerdet ist, ist der Kollektor des Transistors 14 virtuell geerdet. Um demgemäß für den Transistor 11 dieselben Betriebsbedingungen wie für den Transistor 14 zu erreichen, wird bevorzugt, daß der Kollektor des Transistors 11 virtuell geerdet ist.

An dieser Stelle kann der verstärkungsgeregelte Verstärker gemäß Fig. 5 so wie in Fig. 6 dargestellt modifiziert werden. Bei dem verstärkungsgeregelten Verstärker gemäß Fig. 6 ist ein in Basisschaltung geschalteter Transistor 63 zwischen den Stromspiegelschaltkreis 55 und den Kollektor des Transistors 11 geschaltet. Die Basis des Transistors 63 ist durch eine Spannung an der Diode 54 vorgespannt und in Serie mit einem Widerstand 65 zwischen den Energieversorgungsanschluß 24 und der Schaltkreiserde geschaltet.

Die oben beschriebenen verstärkungsgeregelten Verstärker gemäß der Erfindung sind sehr für einen elektronischen Lautstärkesteuerkreis in einem Tonverstärkersystem geeignet, weil dessen Verstärkung exponentiell mit einer daran angelegten Steuerspannung variiert. Da ein Lautstärkesteuerpotentiometer, das mit einer Steuerspannungsquelle verbunden ist, die an den verstärkungs geregelten Verstärker angelegte Steuerspannung verändert, kann von einem Potentiometer-Typ Gebrauch gemacht werden, dessen Widerstand zwischen seinem Gleitabgriff und einem Anschluß linear mit der Abgriffposition variiert.

Obwohl bei den dargestellten verstärkungsgeregelten Verstärkern die Erfindung verkörpert ist, können auch bipolare Transistoren verwendet werden und unipolare Transistoren oder Feldeffekttransistoren können ebenfalls verwendet werden, wobei in diesem Fall dann die Verstärkung eines verstärkungsgeregelten Verstärkers entsprechend der quadratischen Funktion der Steuerspannung variiert.

Zusammenfassend umfaßt daher ein verstärkungsgeregelter Verstärker erste und zweite Transistoren, die in Emitterschaltung miteinander verbunden sind und dritte und vierte Transistoren, die ebenfalls in Emitterschaltung miteinander verbunden sind. Ein Treiberschaltkreis ist abhängig von einem daran angelegten Eingangssignal, um den in der Emitterschaltung fließenden Strom des ersten und zweiten Transistors und den in der Emitterschaltung des dritten und vierten Transistors fließenden Strom in entgegengesetzten Phasenbeziehungen zueinander zu variieren. Ein Ausgangsschaltkreis ist mit den Kollektoren von einem ersten und einem vierten Transistor und einem zweiten und dritten Transistor vorgesehen, um ein Ausgangssignal entsprechen der Differenz zwischen den Kollektorströmen von einem Paar der Transistoren zu erzeugen. Ein Steuersignal wird zwischen die gemeinsame Basisverbindung des ersten und vierten Transistors und die gemeinsame Basisverbindung des zweiten und dritten Transistors angelegt. Wenn die Verstärkung des verstärkungsgeregelten Verstärkers geringer gemacht wird, werden die Kollektorströme der mit dem Ausgangsschaltkreis verbundenen Transistoren klein, so daß die Rauschausgangsspannung reduziert wird, Um die Rauschausgangsspannung weiter zu reduzieren, kann eine gleiche Anzahl (eine oder mehr) von PN-Übergängen in Serie in die entsprechenden Emitterschaltkreise der ersten bis vierten Transistoren geschaltet werden.

Claims

1. Verstärkungsgeregelter Verstärker mit

- vier Transistoren (11, 12, 13, 14), welche als zwei emittergekoppelte Transistorpaare in Differenzschaltung angeordnet sind,
- wobei die Basen des zweiten Transistors (12) aus dem ersten Paar (11, 12) und des dritten Transistors (13) aus dem zweiten Paar (13, 14) in einer ersten Verbindung und die Basen des ersten Transistors (11) aus dem ersten Paar (11, 12) und des vierten Transistors (14) aus dem zweiten Paar (13, 14) in einer zweiten Verbindung miteinander stehen,
- einem Verstärkungssteuersignalanschluß (15, 16), welcher zwischen der ersten und der zweiten Verbindung angelegt ist,
- einem ersten Schaltkreis (17), der ein drittes Transistorpaar (26, 27) aufweist, deren Kollektoren mit den gekoppelten Emittern des ersten Paares (11, 12) bzw. des zweiten Paares (13, 14) verbunden sind,
- sowie Ausgangsanschlüssen an den Kollektoren des zweiten (12) und dritten (13) oder ersten (11) und vierten (14) Transistors, welche über Kollektorwiderstände an einer Spannungsquelle (+V _CC) angeschlossen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die das dritte Paar bildenden fünften (26) und sechsten (27) Transistoren über erste bzw. zweite Widerstände (30, 31) zwischen die Emitter der fünften (26) bzw. sechsten (27) Transistoren und eine Spannungsquelle (-V _CC) geschaltet sind und daß über einen dritten Widerstand (32) ein zu verstärkendes Eingangssignal (V _i) dem Emitter des fünften Transistors (26) und über einen Inverter (33) und einen vierten Widerstand (34) dem Emitter des sechsten Transistors (27) zugeführt wird.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärker (21) mit ersten und zweiten Kollektorwiderständen (19, 20) verbunden ist, welche mit den Kollektoren des zweiten (12) und dritten (13) Transistors entsprechend verbunden sind, und daß ein Spannungs- Subtraktionsglied zur Erzeugung der Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der Kollektoren vorgesehen ist.

3. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (21) einen Stromspiegel- Schaltkreis (55) aufweist, welcher mit den Kollektoren der ersten (11) und vierten (14) Transistoren verbunden ist und einen Strom-Spannungs-Umsetzer (60) aufweist, welcher mit dem Kollektor des vierten Transistors (14) verbunden ist.

4. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren des ersten (11) und vierten (14) Transistors geerdet sind und daß erste (36) und zweite (37) in Basisschaltung befindliche Transistoren entsprechend zwischen dem ersten Kollektorwiderstand (19) und dem Kollektor des zweiten Transistors (12) und zwischen dem zweiten Kollektorwiderstand (20) und dem Kollektor des dritten Transistors (13) geschaltet sind.

5. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster (11) in Basisschaltung befindlicher Transistor zwischen einem Energie versorgungsanschluß und dem Kollektor eines fünften (26) Transistors des dritten Paares, ein zweiter (12) in Basisschaltung befindlicher Transistor zwischen dem ersten Kollektorwiderstand (19) und dem Kollektor des fünften (26) Transistors, ein dritter (13) in Basisschaltung befindlicher Transistor zwischen dem zweiten Kollektorwiderstand (20) und dem Kollektor eines sechsten (27) Transistors des dritten Paares, sowie ein vierter (14) in Basisschaltung befindlicher Transistor zwischen einem Energieversorgungsanschluß und dem Kollektor des sechsten (27) Transistors geschaltet sind.

6. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten bis vierten Transistoren (11, 12, 13, 14) bipolare Transistoren desselben Leitfähigkeitstyps sind und daß der zweite Schaltkreis (21) einen Stromspiegel- Lastkreis (55) aufweist, welcher mit den Kollektoren jeweils eines Transistors des ersten und zweiten Paares von Transistoren verbunden ist und daß ein Strom-Spannungsumsetzer (60) mit dem Kollektor des Transistors (14) von dem einen Transistorpaar (13, 14) verbunden ist.

7. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils anderen Transistoren des ersten und zweiten Transistorpaares an Masse liegende Kollektoren aufweisen und daß der Strom-Spannungsumsetzer einen Differenzverstärker (48; 61) aufweist, welcher mit einem ersten Eingang mit dem Stromspiegel-Lastkreis verbunden ist und einen zweiten an Masse liegenden Eingang aufweist und einen Ausgang, der über einen Widerstand (52; 62) mit dem ersten Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist und daß ein in Basisschaltung befindlicher Transistor zwischen dem Stromspiegel-Lastkreis und dem Kollektor des jeweils anderen Transistors des ersten und zweiten Transistorpaares geschaltet ist.

8. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere PN-Übergänge in Serie geschaltet zwischen den Emitter eines jeden der ersten bis vierten Transistoren (41, 36, 37, 42) und dem ersten Schaltkreis (17) geschaltet sind.