DE3041156A1

DE3041156A1 - Verstaerkungssteuersystem

Info

Publication number: DE3041156A1
Application number: DE19803041156
Authority: DE
Inventors: Robert W. Medford Mass. Adams
Original assignee: Dbx Inc
Current assignee: Bsr North America Ltd New York Ny Us
Priority date: 1979-11-01
Filing date: 1980-10-31
Publication date: 1981-05-14
Also published as: NL8004213A; GB2081037A; AU532742B2; AU6045980A; US4331931A; GB2081037B; FR2469041A1

Description

Patentanwälte Dipl.-ing. Curt Wallach Dipl.-lng. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 ■ Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 31. Oktober 198Ο

Unser Zeichen: l6 959 - Pk/Vi

DBX, Incorporated

Chapel Street

Newton, Massachusetts 02195

U.S.A.

Verstärkungssteuersystem

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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Verstärkungssteuersystem sowie auf elektronische Multiplizierer oder Verstärkungssteuerschaltungen und insbesondere auf Analog-Multiplizierer mit einem logarithmischen Steuer-Ansprechverhaiten.

Viele Systeme, insbesondere die, die für Tonfrequenz- und Videosignale verwendet werden, schließen Signalverstärkungsschaltungen ein, die in Abhängigkeit von einem elektrischen B^öfehls- oder Verstärkungssteuersignal gesteuert werden. Eine derartige Verstärkungssteuerschaltung, die auch als "spannungsgesteuerter Verstärker" oder "VCA" bezeichnet wird, ist in der US-Patentschrift 3 714 462 beschrieben. Diese bekannte Schaltung wurde bereits praktisch angewendet, insbesondere in Tonfrequenz-Störgeräusch-Verringerungssystemen, die allgemein als "Kompander" bezeichnet werden.

Diese bekannte Schaltung ist ein Analogba.uteil mit einem logarithmischen Steuer-Ansprechverhalten. Die Schaltung schließt allgemein erste Signalkonvertereinrichtungen zur Lieferung eines ersten Signals, das logarithmisch auf das Eingangssignal bezogen ist, und zweite Signalkonvertereinrichtungen ein. Die zweiten Signalkonvertereinrichtungen sind mit den ersten Signalkonvertereinrichtungen derart verbunden, daß ein Ausgangssignal erzeugt wird, das eine anti-logarithmische Funktion der Summe des ersten Signals und des Verstärkungssteuersignals ist. Diese Schaltung schließt einen Eingangs-Operationsverstärker mit zwei Gegenkopplungspfaden ein, von denen einer

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- τ-

leitend ist, wenn das Eingangssignal eine positive Polarität aufweist, während der andere leitend ist, wenn das Eingangssignal eine negative Polarität atifweisu. Bei der "bevorzugten Ausführungsform dieser "bekannten Schaltung schließt jeder Gegenkopplungspfad eine logarithmische Einrichtung zur TJnrwandlung des Eingangs signals der richtigen Fclarität in eine logarithmische Form ein» Jede logsrithEiische Einrichtung in jedem G-egenkopplungspfad ist mit einer enti-logarithmischen Einrichtung zur Umv/at-idlurig des logarithmischen Signals zusammen mit dem Yerstärkiingssteuersignal in eine anti-logarithmische Form verbunden. Zur Erzielung; einer besseren und einfacheren sezeichnung wird der Signalpfad, der durch jede logarith-Tiis^-he Einrichtung und die damit verbundene entsprechende eriti-logarithmische Einrichtung gebildet ist, im folgenden als "logarithaisch-antilogarithmischer Übertragungspfad'¹ bezeichnet. Die logarithmischen Einrichtungen sind vorzugsweise die Eollektor-Emitter-Krexse von Transistoren r:it entgegengesetzter Leitfähigkeit, d. ho PiTP- und ITHT-Sransistoren, weil derartige Schaltungen logarithrriisch-lineare Übertragungseigenschaften aufweisen» In ähnlicher Weise sind die anti-logarxthmischen Einrichtungen tjpisciierweise durch Emitter-Kollektor-Kreise von Transistoren mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp gebildet, weil dex-artige Schaltungen anti-logarithmischlineare "Übertragungseigenschaften aufweisen. Ein Steuersignal wird mit dem logarithmischen Signal jedes Pfades dadurch summiert, daß die Spannung den Basiselektroden der Logarithmus- und inti-Logarithmus-Transistoren zugeführt wird, wodurch die Verstärkung der Schaltung gewird.

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Obwohl diese bekannte Schaltung, die die vier Transistoren als Logarithmus- und Anti-Logarithmus-Einrichtungen verwendet (wobei diese Transistoren aus Vereinfachungsgründen als "Primär"-Transistoren bezeichnet werden), theoretisch eine Verzerrung von im wesentlichen Null ergibt, ist festzustellen, daß in der Praxis im Handel erhältliche Transistoren nicht perfekt sind. Daher kann das Ausgangssignal der Schaltung gewisse feststellbare Verzerrungen einschließen, obwohl diese im Fall von Tonfrequenz anwendungen nicht ohne weiteres für den durchschnittlichen Hörer erkennbar sind. Diese Verzerrung kann zumindest teilweise zwei den Primärtransistoren eigenen Charakteristiken zur Last gelegt werden; (1) Jeder Transistor weist eine endliche Stromverstärkung auf und (2) jeder Transistor x^reist aufgrund seiner Eigenart einen parasitären Basiswiderstand, der ungleich ITuIl ist, auf. Als Ergebnis der endlichen Verstärkung tritt, wenn irgendein Basisstrom über die Basiselektrode des Transistors geliefert wird, ein Basis-Spannungsfehler auf und es wird eine Verzerrungskomponente aufgrund des Spannungsabfalls längs des parasitären Basiswiderstandes erzeugt. Wenn die logarithmischen und anti-logarithmischen Konverter-Transistoren jedes Signalpaares aneinander angepaßt sind, so sind bei einer Verstärkung von 1 die Verzerrungsbeiträge der Logarithmus- und Anti-Logarithmus-Transistoren jedes Signalpaares gleich und entgegengesetzt, so daß sie einander aufheben. Wenn sich die Verstärkung jedoch gegenüber der Verstärkung von 1 ändert und, die Größe des Signals in den Anti-Logarithmus-Konverter-Transistoren abweicht, so sind die Verzerrungen nicht, gleich und heben sich daher auch nicht auf.

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-r-Ίο

Diese Verzerrungskomponente wird typischerweise "bei üblichen SMPTE-Intermodulations-Verzerrungsprüfungen sicht-"bar. Die Fehlerspannung an den Basen dieser Einrichtungen kann als weiteres Steuerspsjonungssignal betrachtet werden, das sich mit der "Verstärkung der Schaltung ändert, wenn sich das Signal ändert, so daß, wenn die Verstärkung von der Verstärkung von 1 abweicht, die Größe der Verzerrung ansteigt.

Es wurden verschiedene Techniken zur Beseitigung dieser Verzerrung vorgeschlagen. Bei einer heute praktisch angewandten Technik wird in den Emitterpfad jedes Primärtransistors der vorstehend beschriebenen bekannten Schaltung ein Diodenelement eingefügt, so daß vier zusammengesetzte Logarithmus- und Anti-Logarithmus-Einrichtungen gebildet werden. Aus Vereinfachungsgründen wird diese Schaltung im folgenden als "Vier-Transistor-Vier-Dioden-Zellen-VCA" bezeichnet. Im einzelnen ist zur Bildung dieser Vier-Transistor- Vier-Dioden-Zellen-VCA der Emitter jedes Primärtransistors der bekannten Schaltung mit einem Sekundärtransistor verbunden, der so geschaltet ist, daß er in einer Diodenbetriebsart arbeitet. Die sekundären, als Dioden geschalteten Transistoren weisen einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu den entsprechenden Primärtransistoren auf, mit denen sie verbunden sind, so daß die Emitter der Logarithmus- und Anti-Logarithmus-ΪΓΡΪΓ-Primärtransistoren eines Logarithmus-Antilogarithmus-Ubertragungspfades mit den entsprechenden Emittern der sekundären als Diode geschalteten PNP-Transistoren verbunden sind, während die Emitter der Logarithmus- und Anti-Logarithmus-PITP-Primärtransistoren des anderen Logarithmus-Antilogarithmus-Übertragungspfades mit den

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entsprechenden Emittern, der sekundären, als Diode geschalteten !!HI-Transistoren verbunden sind. Die seicuiidären, als Diode geschalteten FiTP-Trensistören sind iilt ihren Basis- und Kollektoranschlüssen miteinander iaici mit einer ersten Stromquelle verbunden. Die sekundären, als Diode geschalteten ZTHT-Transistören sind mit ihren 3asis- und Eollektorelektroden miteinander und mit einer- zweite?: Stromquelle verfcrunden. Die ersten und stielten Strc^auellen sind stim Empfang des Ausgangssignals eines Oper?- » tionsverstärekers der Schaltung angeschaltet_s dessen invertierender Eingang das St rora eingangs sign al üer Schaltung empfängt und dessen nicht invertierender 3ing?:ig :rit Erde verbunden ist. Wenn sich der Eingangssignalstr:·:; sr„= eiert, ändert sich die relative Größe des you der sir.en Stromquelle an das Paar von sekundären₃ als Diode g5~ ?chalteten Transistoren, mit dea die Stromquelle V3^b'incen ist, bezüglich der Größe aes Stromes, der von cl^r anderen Stromquelle geliefert xvird₃ die mit dem. β·2?.ό:;χ-5η Jaar von sekmidäi'enj als Diode geschalteten !Eransist^rsi"-verbur-clen ist, derart, daß die S'arnme -der Ströme, üis v:.r: den Stromquellen an die sekundär en _s' als Diode gssclielte— ten Transistoren geliefert werden, immer im ^T-reseitlicher·. konstant bleiben.

Die Torspannungs-Huheströme, die von den Stromquellen über die .jeweiligen als Diode geschalteten Transistoren an die Snitter der entsprechenden Primärtraasistor-er: geliefert werden, sind so eingestellt, daß sie zumindest gleich dem Doppelten des maximal zu erwartenden 3ingsaigssignalstroraes an die Schaltung sind₅ so daß alle JFri"ärtransistoren dauernd leitend sind und unabhängig von der Polarität des 3ingangssignals nicht abgeschaltet :;erc"en»

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- γ - ■43-

Daher ist ein Logarithmus-Antilogarithmus-Übertragungspfad für eine Darstellung des elektrischen Eingangssignals (d. h. wenn der Amplitudenpegel des Eingangsstromes den Pegel des Ruhestromes übersteigt) durchlässig, während der andere Logarithmus-Antilogarithmus-tibertragungspfad für eine invertierte Darstellung des elektrischen Eingangssignals durchlässig ist(d. h. wenn der Amplitudenpegel des Eingangsstrotnes unterhalb des Pegels des Ruhestromes liegt). Dies führt zu einer Klasse-A-G-egentakteinrichtung, die gegenüber der aus dem US-Patent 3 714 462 beschriebenen Schaltung den Vorteil aufweist, daß Verzerrungen aufgrund der Basiswiderstände der Primärtransistoren wesentlich verringert werden, weil die beiden Stromquellen gegenphasig zueinander gesteuert werden (ihre Summe ist konstant). Daher werden durch einen Satz von Basiswiderständen der Primärtransistoren eines Logarithmus-Antilogarithmiis-Übertragungspfades eingeführte Fehler durch komplementäre Fehler in dem entsprechenden Satz von BasisTtfiderständen der Sekundärtransistoren des gleichen Übertragungspfades aufgehoben. Eine komplementäre Ausgestaltung ist durch die Verbindung eines als Diode geschalteten Transistors mit einer Polarität mit einem Primärtransistor der entgegengesetzten Polarität sichergestellt. Daher sind die durch endliche Basiswiderstände eingeführten Fehler in allen zusammengesetzten logarithmischen Elementen, d. h. in der Kombination aus dem primären logarithmischen Transistor und dem sekundären, als Diode geschalteten Transistor gleich. Dadurch, daß eine Verzerrungsaufhebung auftritt, xvird der Fehlerbeitrag, der in der Nähe von Ruhezustandsbedingungen eingeführt wird, wesentlich verringert. Durch die Betriebsweise als Elasse-A-Einrichtung sind die Verzerrungen weiter-

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hin nicht temperaturabhängig.

Obwohl das vorstehend beschriebene Kompensationsschema der Ausbildung einer Klasse-A-Gegentakt-Schaltung in der Vier-Transistor-Vier-Dioden-Zellen-VGA die Intermodulationsverzerrang verringert, hat sich herausgestellt, daß die Bandbreite sehr begrenzt ist, so daß die sich ergebende Schaltung eine relativ schmale Bandbreite aufweist- Beispielsweise wurde festgestellt, daß das resultierende Verstärkungs-Bandbreiten-Produkt auf ungefähr 3 Megahertz beschränkt ist. Der Grund für die relativ geringe Bandbreite des resultierenden Vier-Transistor-Vier-Dioden-Zellen-VC A beruht teilweise weitgehend auf der Tatsache, daß die gesamte Verstärkung der Schaltung von dem Eingangs-Operationsverstärker geliefert wird. Im einzelnen ziehen ein Stromeingang und der resultierende Stromausgang des VGA einen Strom aus einer der Stromquellen durch die Sekundärdioden und die Primärtransistoren des entsprechenden Logarithmus-Antilogarithmus-Übertragungspfades. Die Logarithmus- und Anti-Logarithmus-Bauteile in jedem der Logarithmus-Antilogarithmus-Übertragungspf ade des Vier-Transistor-Vier-Dioden-Zellen-VCA bestimmen das Verstärkungsverhältnis des Ausganges zum Eingang, wobei das Verhältnis von dem Pegel des zugeführten Verstärkungssteuersignals abhängt. Das Produkt der Verstärkung des Operationsverstärkers und das Verstärkungsverhältnis ergeben die Gesamtsignalverstärkung des Systems. Weil die Primärtransistoren keine Signalverstärkung ergeben und die Sekundärdioden lediglich Strom in Abhängigkeit von den Eingangs- und Ausgangsströmen leiten, ergibt sich keine Signalverstärkung in den Logarithmus-Antilogarithmus-Übertragungspfaden dieses VOA. Weil

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-Ak-

die gesamte Verstärkung von dem Eingangs-Operationsverstärker geliefert wird, sind an diesen "Verstärker relativ strikte Anforderungen zu stellen. Eine Folge dieser Forderungen besteht darin, daß das Gesamt-Verstärkungs-Bandbreitenprodukt des Eingangs-Operationsverstärkers und somit das Verstärkungs-Bandbreitenprodukt des Vier-Transistor-Vier-Dioden-Zellen- VCA relativ niedrig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verstärkungssteuersystem der eingangs genannten Art mit einem logarithmisclien Steuer-Ansprechverhalten zu schaffen, das die vorstehend beschriebenen Probleme bekannter Systeme erheblich verringert oder beseitigt, wobei sich insbesondere ein größeres Verstärkungs-Bandbreitenprodukt bei geringeren Anforderungen an den Eingangs-Operationsverstärker ergeben soll.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den TJnteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Verstärkungssteuersystem bzw. eine Analog-Multiplizierschaltung mit logarithmischem Steuer-Ansprechverhalten geschaffen, das bzw. die ein größeres Verstärkungs-Bandbreitenprodukt als bekannte Schaltungen aufweist, wobei die Forderungen an den Eingangs-Operationsverstärker verringert sind. Bei dem erfindungsgemäßen System ist ein Logarithmus-Antilogarithmus-Übertragungspfad für jede Darstellung des Eingangssignals vorgesehen und jeder Übertragungspfad weist eine

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'/is

Signalverstärkung auf, so daß die Forderungen an den Eingangs-Operationsverstärker verringert werden können.

Gemäß einer Ausgestaltung ist die Signalverstärkung in jedem l'bertragungspfad von den Eingangssignal abhängig und eine Funktion dieses Eingangs signals.

Der Analog-Kultiplizierer ist in seiner bevorzugten Ausführungsform als Elasse-A-Einrichtung betreibbar, wobei sich eine wesentliche Verringerung der Anzahl der Bauteile ergibt.

Das Verstärkungssteuersjsten schließt Logarithmus-Antilogajrithmus-tbertragungspfade für jede Darstellung des Eingangssignals ein und umfaßt Verstärkungseinrichtungen in ,jedem ubertragungspfad, so daß in jedem dieser Pfade eine Signalverstärkung in Abhängigkeit von dem Eingangssignal und als funktion von diesem Eingangssignal ersielt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Verstärkungssteuersystems.

In dieser Zeichnung xcLrd das Eingangssignal einem Stromeingangsanschluß zugeführt, der allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der Anschluß 10 ist mit einem Anschluß eines Kondensators 12 (dessen anderer Anschluß mit der Systemerde verbunden ist) und mit dem Eingang 14 an die beiden

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Übertragungspfade der Malog-Multiplizierschaltung verbunden. Der Eingang 14 ist durch den Verbindungspunkt der beiden Kollektoren von primären Logarithmus-Transistoren 16 und 18 gebildet, von denen der erste ein EMP-Transistor ist, während der letztere ein NBJ-Transistor ist. Die Kollektoren von primären Anti-Logarithmus-Transistoren 20 und 22 sind am Verbindungspunkt 24 miteinander verbunden, um den Stromausgang 24 der Multiplizierschaltung zu bilden. Das Verstärkungssteuersignal Ec wird dem Steuersignaleingangsanschluß 26 zugeführt. Dieser Anschluß 26 ist über einen Widerstand 28 und einen Widerstand 30 mit Erde verbunden. Der Verbindungspunkt 32 der Widerstände 28 und 30 ist mit der Basis eines der primären Logarithmus-Transistoren verbunden, wobei diese Verbindung zur Basis des Transistors 16 dargestellt ist. Der Verbindungspunkt 32 ist weiterhin mit einem Widerstand verbunden, der seinerseits mit dem primären Antilogarithmus-Transistor des "Übertragungspfades verbunden ist, der entgegengesetzt zu dem Übertragungspfad ist, der den Logarithmus-Transistor enthält, mit dem der Verbindungspunkt 32 verbunden ist. Wie dies gezeigt ist, erfolgt die Verbindung zur Basis des Antilogarithmus-Transistors 22.

Um eine Symmetrie unter den Primärtransistoren 16, 18, 20 und 22 zu erzielen, ist weiterhin der Verbindungspunkt 36 zwischen dem Widerstand 34- und der Basis des Transistors 22 über einen Widerstand 38 ^mit der .Anzapfung einer einstellbaren Spannungsquelle 40 verbunden, die Basis des Transistors 20 ist über einen Widerstand 42 mit der Anzapfung der Quelle 40 verbunden, der Transistor 18 ist mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 44 und 46 verbunden, von denen der erstere mit Erde und der letztere

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mit dem Verbindungspunkt 48 der Basis des Transistors 20 mit dem Widerstand 42 verbunden ist. Wie dies gut bekannt ist, ergibt eine Einstellung der Quelle 40 die ge*iünschte Symmetrie der Primärtransistoren..

Bei dieser soweit beschriebenen Schaltung würden die Emitter der Transistoren 16 und 20 und die Emitter der Transistoren 18 und 22 miteinander verbunden, um die Schaltung gemäß der US-Patentschrift 3 714 462 zu bilden. Erfindungsgemäß wird jedoch diese Schaltung derart modifiziert, daß Verstärkungseinrichtungen, in der bevorzugten Form von Sekundärtransistoren 50, 52, 54 und 56, jeweils mit einem, entsprechenden Emitter des Primärtransistors verbunden sind und so in die Schaltung eingeschaltet sind, daß sich eine Signalverstärkung in jedem Logarithmus-Antilogarithmus-ubertragungspfad ergibt. Durch die Erzeugung einer Signalverstärkung in jedem Logarithmus-liLtilogarithmus-ubertragungspfad ist die erforderliche Verstärkung, die von dem Eingangsverstärker geliefert werden muß, der allgemein mit 58 bezeichnet ist, verringert. Dies verringert andererseits die Anforderungen an den Verstärker 5S, so daß ein Verstärker mit größeren Bandbreiteneigenschaften verwendet werden kann. Die resultierende Schaltung weist daher ein größeres Verstärkungs-Bandbreitenprodukt auf, als dies mit den bisher bekannten Schaltungen der vorstehend beschriebenen Art erzielbar war.

Im einzelnen ist bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Emitter jedes Primärtransistors 16, 18, 20 und 22 mit dem Emitter des jeweiligen Sekundärtransistors 50, 52, 54 und 56 verbunden, itfobei jeder Sekundär-

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transistor von einem Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zu dem des Primärtransistors ist, mit dem er gepaart ist. Dies führt zu einem Verstärker, der im folgenden als "Acht-Transistor-Verstärkungszellen-VCA" bezeichnet wird. Die Basiselektroden der Sekundärtransistoren 50 "und 54 eines Übertragungspfades sind miteinander, mit Systemerde über einen Kondensator 60 und einen Serienwiderstand 62 und mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 58 verbunden. Der Signaleingangsanschluß des Verstärkers 58 ist mit dem Anschluß 10 verbunden, so daß er den Signaleingangsstrom empfängt. Der Verstärker 58 schließt zwei Feldeffekttransistoren 57 "und 59 ein. Der Source-Anschluß des Transistors 59 ist mit einem positiven Spannungspotential verbunden, während seine Tor- und Drain-Anschlüsse mit der Basis des Sekundärtransistors 50 verbunden sind. Die Basis des Transistors 50 ist andererseits mit dem Source-Anschluß des Transistors 59 verbunden, dessen Tor- oder Gate-Anschluß den Eingangsanschluß des Verstärkers bildet und dessen Draiii-Anschluß mit Erde verbunden ist. Bei Fehlen eines Eingangssignals an den Verstärker 58 weist der Spannungspegel an der Basis des Transistors 50 einen derartigen Wert auf, daß die Transistoren 50 und 16 einen Strom leiten, so daß das Spannungseingangssignal am Anschluß 10 gleich EFuIl ist. Wenn der Stromeingang am Anschluß 10 ansteigt, um eine Darstellung des Eingangssignals zu liefern, so wird der Transistor 57 stärker leitend und der Potentialpegel an der Basis des Transistors 50 fällt proportional zu dem Pegel des zugeführten Stromes ab, so daß der in Jedem Sekundärtransistor 50 und 54- hervorgerufene Kollektorstrom eine Funktion des Spannungspegel-Ausganges des Verstärkers 58 und des Strom-/-Strom-Verstärkungsfaktors ist, der durch jeden

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Sekundärtransistor 50 und 54- eingeführt ist. Venn andererseits der Stromeingang am Anschluß 10 absinkt, um die andere Darstellung des Eingangssignals zu liefern, so wird der Transistor 57 weniger leitend und der Potentialpegel an der Basis des Transistors 50 steigt proportional

zum Pegel des zugeführten Stromes an. Die Kollektoren der Sekundärtransistoren 50 und 54- sind vorzugsweise miteinander und mit einer eine niedrige Impedanz aufweisenden Stromquelle verbunden, die vorzugsweise die Form einer Stromspiegelschaltung 64- aufweist, damit sich der erforderliche Ruhestrom ergibt, damit ein Klasse-A-Betrieb erzielt wird. Die Stromspiegelschaltung 64- ist von gut bekannter Art und schließt allgemein einen ersten Transistor 66 ein, dessen Basis- und Kollektorelektroden miteinander und mit den Kollektoren der Sekundärtransistoren 3^> und 54- sowie der Basis des zweiten Transistors 68 verbunden sind. Der Emitter des Transistors 66 ist sowohl über einen Widerstand 70 mit einer positiven Gleichspannungspotentialquelle als auch mit einem Ende eines Potentiometers 72 verbunden. In ähnlicher Weise ist der Emitter des Transistors 68 sowohl über einen Widerstand 74 mit der positiven Gleichspannungspotentialquelle als auch mit dem anderen Ende des Potentiometers 72 verbunden. Der Schleifer des Potentiometers 72 ist so eingestellt, daß der Kollektorstrom des Transistors 66 immer gleich dem Kollektorstrom des Transistors 68 ist.

Um bei der bevorzugten Ausführungsform ein Klasse-A-Yerhalten zu erzielen, muß die Summe der Vorspannströme durch die Emitter der Primärtransistoren im wesentlichen konstant bleiben und die Ruhepegel müssen zumindest gleich dem Doppelten der maximal in Abhängigkeit von dem

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maximalen Eingangspegel zu erwartenden Pegel sein. Im einzelnen ist der Kollektor des Transistors 68 der Stromspiegelschaltung 64 mit den Kollektoren der Sekundärtransistoren 52 und 56 und mit dem Eingang einer Differentialstromverstärkerstufe 76 verbunden, die von gut bekannter Art ist.

Der Eingang der Stufe 76 ist mit dem Emitter eines Transistors 78 und über einen Widerstand 80 sowohl mit einer negativen Gleichspannungspotentialquelle als auch mit der Anode einer Zener-Diode 82 verbunden. Die Kathode der Diode 82 ist andererseits mit der Basis des Transistors 78 und über einen Widerstand 84 mit der Systemerde verbunden. Der Kollektor des Transistors 78, der den Ausgang der Stufe 76 bildet, ist durch eine Verbindung des Kollektors über einen Widerstand 86 mit einem positiven Gleichspannungspotential vorgespannt und mit den Basiselektroden der Sekundärtransistoren 52 und 56 verbunden.

Wenn im Betrieb ein Eingangsstrom dem Anschluß 10 zugeführt wird, und dem Steueranschluß 26 ein Gleichspannungssteuersignal zugeführt wird, wird weiterhin eine Spannung an die Basiselektroden der Sekundärtransistoren 50 und 54 angelegt. Der den Basiselektroden zugeführte Spannungspegel verringert sich linear mit einem ansteigenden Eingangsstrom am Anschluß 10.

Der Emitterstrom I^ der Transistoren 50 und 16 und der Emitterstrom I^ der Transistoren 54- und 20 steigen mit ansteigender Ausgangsspannung des Verstärkers 58 an und weisen die folgende Beziehung auf:

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34·

Darin ist:

e das Symbol für eine Exponentialfunktion;

E eine Konstante;

V^ die dein Transistor 16 züge führte Basisspannung;

Yoq die dem Transistor 20 zugeführte Basisspannung.

Die vorstehende Gleichung zeigt die gexvünschte Verstärkungsän&erungswirkung der Schaltung·

Die Eigenart der Stromspiegelschaltung 64- ist derart, daß der Kollektorstrom des Transistors 68 immer gleich dem Kollektorstrom des Transistors 66 ist (wobei der letztere Strom gleich der Summe der Kollektorströme der Transistoren 50 und 54- und damit angenähert gleich der Summe der Smitterströme der Transistoren 50 und 54- ist). Entsprechend ist der Kollektorstrom des Transistors 68 ungefähr gleich I^ f 1^. Der Kollektorstrom des Transistors 68 wird dem Eingang der Stufe 76 zugeführt. Die Eigenart der Stufe 76 ist deraxt, daß der Strom durch den Widerstand 80 (der mit I₁- bezeichnet ist) unabhängig vom Kollektor-.strom des Transistors 68 im wesentlichen konstant bleibt. Hieraus folgt,.daß eine Vergrößerung des Kollektorstromes eine Verringerung des Stromflusses durch den Transistor 78 bewirkt. Dies ruft andererseits eine Verringerung der den Transistoren 52 und 56 zugeführten Spannung hervor, was zu einer Verringerung der geweiligen Emitterströme 1-, und I₁, der Transistoren 18 und 52 und

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der Transistoren 22 und 56 führt.

Dies kann auch in anderer Weise verdeutlicht werden. Durch Behandlung des Eingangs der Stu-fe 76 als gemeinsamen Knotenpunkt ist der aus dem Knotenpunkt herausfließende Strom, d. h. I₁- (der konstant bleibt), gleich der Summe der Ströme in den Knotenpunkt, d. h. der Kollektorströme der Transistoren 52 und 56, die angenähert gleich I₇ + 1^, sind, des Kollektor stromes des Transistors 68, der angenähert gleich I_x, + Ip ist, und des Kollektor-Emitterstromes des Transistors 78? der durch den Widerstand 86 fließt. Wenn für diesen Widerstand ein relativ großer Widerstand gewählt wird, so daß der durch den Widerstand fließende Strom vernachlässigbar ist, so ist die Bedingung, daß die Summe der Ströme 1^,, Ip, I^ und I^ immer konstant ist, für alle praktischen Zwecke erfüllt. Wenn daher der Eingangsstrom oberhalb des Betriebspegels des Transistors 59 liegt (typischerweise um -2 oder -3 V), so verringert eine Vergrößerung des Eingangsstromes am Anschluß 10 die an die Basiselektroden der Transistoren 50 und 54- angelegte Spannung, wodurch I. und Ip verringert werden. Dies führt zu einer entsprechenden Verringerung des Kollektorstromes des Transistors 68 und zu einer entsprechenden Vergrößerung der Basisspannung der Transistoren 52 und 56 sowie zu einer Vergrößerung der Emitter- und Kollektorströme der Transistoren 52 und 56, so daß leim wesentlichen konstant bleibt. Umgekehrt vergrößert eine Verringerung des Eingangsstromes an Anschluß 10 die den Basiselektroden der Transistoren 50 und 5^ zugeführte Spannung, wodurch I. und Io vergrößert werden. Dies ergibt eine entsprechende Vergrößerung des Kollektorstromes des Transistors 68 und eine entsprechende Verringerung

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der Emitter- und Kollektorströme der Transistoren 52 56, so daß Ij- wiederum im wesentlichen konstant bleibt.

Das vorstehend beschriebene elektrische Verstärkungssteuersystem ergibt Vorteile gegenüber dem bekannten Vier-Transistor-Vier-Dioden-Zellen-VCA, weil die Spannungs-/Strom-Verstärkungsumwandlung, die durch die Sekunda rtr ans ist or en 50, 52, 54- und 56 erzielt wird, eine .Signalverstärkung in den LogaJ?ithmus-Ant ilο garithmus-Verstärkungspfaden des Systems ergibt, wodurch die erforderliche Signalverstärkung verringert wird, die andernfalls von dem Eingangs-Operationsverstärker 58 geliefert werden müßte. Eine Verringerung der erforderlichen Verstärkung des Verstärkers 58 vergrößert sowohl die Verstärkung als auch die Bandbreite der gesamten Schaltung, so daß für das Verstärkungs-Bandbreitenprodukt ein Wert von ungefähr 30 Megahertz gemessen wurde, was weit über dem Frodukt von 3 Megahertz liegt, das sich bei dem bekannten Vier-Transistor-Vier-Dioden-Zellen-VGA ergab. Eine derartige Vergrößerung des Verstärkungs-Bandbreitenproduktes ermöglicht die Verwendung des Systems sowohl für Tonfrequenzais auch für Videosignale.

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Claims

Patentanwälte Dip!.-Ing. Curt Wallach Dipl.-lng. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum:

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Patentansprüche

Λ.Ι Verstärkungssteuers^stem mit zwei Logarithmus-Anti-' logarithmus—Übertragungspfaden, wobei ein Pfad zur übertragung des Signalteils jeder Darstellung eines Eingängesignals dient, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärkungseinrichtungen (50 bis 56) in jedem der "Übertragungspfade vorgesehen sind, die den Signalstrom in dem entsprechenden Übertragungspfad in Abhängigkeit von dem Eingangssignal und als Punktion von diesem Signal verstärken, so daß sich eine Signalverstärkung in jedem der Übertragungspfade ergibt.
2. Verstärkungssteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärkungseinrichtungen auf ein Spannungssignal ansprechen, das von dem Eingangssignalstrom abgeleitet ist.
3· Verstärkungssteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein erster Übertragungspfad zur Übertragung des

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Teils eines elektrischen Eingangssignals, das eine Darstellung des elektrischen Eingangssignals ist, und ein zweiter Übertragungspfad zur übertragung des Teils des elektrischen Eingangssignals vorgesehen ist, das eine invertierte Darstellung des elektrischen Eingangssignals darstellt, und bei dem jeder der Übertragungspfade erste Signalkonvertereinrichtungen zur Lieferung eines ersten Ausgangssignals als logarithmische Punktion des jeweiligen Teils des Eingangssignals, Einrichtungen zur Summierung eines Verstärkungssteuersignals mit dem ersten Ausgangssignal und zweite Signalkonvertereinrichtungen zur Lieferung eines zweiten Ausgangssignals als antilogarithmische Funktion der Summe des ersten Ausgangssignals und des Verstärkungssteuersignals aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß auf das Eingangssignal (1.S_n) ansprechende Verstärkungseinrichtungen (50 bis 56) vorgesehen sind, die mit jeder der Signalkonvertereinrichtungen gekoppelt sind und einen Strom/-Stromverstärkungsfaktor von größer als 1 aufweisen, so daß ein Signal durch jede der Signalkonvertereinrichtungen hindurch als Funktion des Eingangssignals und des Verstärkungsfaktors erzeugt wird.
4. Verstärkungssteuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärkungseinrichtungen weiterhin einen Vorspannstrom durch jede der Signalkonvertereinrichtungen (16 "bis 22) derart erzeugen, daß das System als Elasse-A-Einrichtung arbeitet.

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5· Verstärkungssteuersystem nach Anspruch. 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Summe der Vorspannströme durch die Signalkonvertereinrichtungen im wesentlichen unabhängig von der Größe des Spannungspegels konstant bleibt.
6. Verstärkungssteuersystem nach Anspruch 5₅ dadurch gekennzeichnet , daß der durch jede der Signalkonvertereinrichtungen hindurch erzeugte * Vorspannstrom zumindest gleich dem Doppelten der Größe der zu erwartenden Ströme durch die Signalkonvertereinrichtungen ist.
7· Verstärkungssteuersystem nach Anspruch 55 dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärkungseinrichtungen erste und zweite Verstärker, die jeweils auf den Strompegel des Eingangssignals ansprechen und jeweils mit den ersten und zweiten Signalkonvertereinrichtungen eines der Pfade'verbunden sind, so daß jeweils erste und zweite Vorspannströme durch die entsprechenden ersten und zweiten Signalkonvertereinrichtungen des einen Pfades erzeugt werden, Einrichtungen zur Erzeugung eines Vorspannungsbezugssignals als Punktion der ersten und zweiten Vorspannströme und dritte und vierte Verstärker einschließen, die jeweils auf das Vorspannbezugssignal ansprechen und jeweils mit den ersten und zweiten Signalkonvertereinrichtungen des anderen der Übertragungspfade verbunden sind, so daß dritte bzw. vierte Vorspannströme durch die entsprechenden ersten und zweiten Signalkonvertereinrichtungen des anderen der

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Übertragungspfade erzeugt werden.
8. VerstärkungssteuersTstem nach. Anspruch 7 s dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen zur Erzeugung des Vorspannbezugssignals eine Differentialstromverstärkungsstufe (76) einschließen.
9. Verstärkungssteuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Differenzstroraverstärkungsstufe so geschaltet ist, daß sie· einen Strompegel empfängt, der im wesentlichen gleich der Summe der ersten, zweiten, dritten und vierten Vorspannsignale ist und ein Vorspannbezugssignal an seinem Ausgang derart liefert, daß das Vorspannbezugssignal sich mit Änderungen des Eingangssignals derart ändert, daß der Strompegel im wesentlichen konstant bleibt.
10. Verstärkungssteuersystem nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und zweiten Verstärker jeweils erste und zweite Transistoren (50, 54) einschließen, deren Basiselektroden miteinander verbunden und zum Empfang eines Spannungssignals als !Funktion des Eingangs signals angeschaltet sind, daß das System weiterhin eine Stromspiegelschaltung (64) mit einem ersten Ausgang, der zur Erzeugung eines Stroms durch die ersten und zweiten Transistoren (50, 54) als Punktion des Spannungssignals und mit einem zweiten Ausgang einschließt, der mit dem Eingang der Differentialstromverstärkungsstufe (76) verbunden ist, und daß die dritten

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und vierten Verstärker jeweils dritte und vierte Transistoren (52, 56) umfassen, deren Basiselektroden miteinander und mit dem Ausgang der Differenzstromverstärkungsstufe (76) verbunden sind, wobei die Kollektoren der dritten und vierten Transistoren (52, 56) miteinander und mit dem Eingang der Differenzstromverstärkungsstufe (76) verbunden sind.
11. Verstärkungssteuersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalkonvertereinrichtungen eines Übertragungspfades jeweils einen Primärtransistor von einem ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen, daß die Signalkonvertereinrichtungen des anderen Pfades jeweils einen Primärtransistor mit einem zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen und daß jeder Verstärker einen Sekundärtransistor einschließt, der mit dem entsprechenden Primärtransistor verbunden ist und einen Leitfähigkeitstyp aufweist, der entgegengesetzt zu dem des entsprechenden Primärtransistors ist.

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