DE3129754A1

DE3129754A1 - Verstaerkerregler

Info

Publication number: DE3129754A1
Application number: DE19813129754
Authority: DE
Inventors: Kenzo Yokohama Kanagawa Akagiri; Masayuki Katakura
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1980-07-28
Filing date: 1981-07-28
Publication date: 1982-06-24
Also published as: FR2487605B1; FR2487605A1; NL8103561A; IT1138883B; CH644231A5; JPS5728410A; KR830006991A; KR860001018B1; AU7336781A; BE889763A; GB2081039B; GB2081039A; IT8123172A0; ATA333381A; JPS6337966B2; JPS5728411A; CA1172574A; AT384326B; US4422051A; AU541059B2

Description

VERSTARKUNGSREGLER

Die Erfindung betrifft einen Verstärkungsregler und insbesondere einen Spannungssteuer-Verstärkungsregler, dessen Verstärkung (Verstärkungsfaktor, Gewinn) sich exponentiell mit der angelegten Steuerspannung ändert.

Herkömmliche Verstärkuugsregler zum elektrischen Steuern der Schaltungsverstärkung verwenden kleine S ig rial impedanz änderungen, um entsprechende Änderungen einor Vorspannung oder eines -stromes für nichtlineare Elemente wie Halbleiterdioden, bipolare Transistoren oder Feldeffekttransistoren zu erreichen. Jedoch sind die Steuercharakteristiken und Eingangs/Ausgangs-Charakteristiken derartiger Schaltungen Veit schlechter als es für Audioausrüstangen mit hoher Wiedergabegüte erwünscht ist, wobei derartige Schaltungen allgemein ungeeignet zur Verwendung bei einer Audiosignal-Rauschunterdrückungsschaltung sind.

Ein Spannungssteuer-Verstärkungsregler mit besserer Arbeitscharakteristik ist bekannt aus beispielsweise der US-PS 3 714 462.

BAD ORIGINAL

Diese Schaltung zieht Nutzen aus der ati sich bekannten

exponentiel !.en Spannungs/Strom-Charakterist Lic des Basis/ Emitter-ybergangQS eines bipolaren Transistors. Die Schaltung enthält einen logarithmisch umsetzenden Transistor und_f eiii^n antilogarithmisch umsetzenden Transistor. Be·» dau.iir.licherweise ändert sich jedoch der gesante statische Strom, der durch diese Transistoren fließt, sehr stark mit, der.Änderung des angelegten VerstärkungssteuersLgnals, wie das weiter unten ausführlicher erläutert werden wird.

Wegen der wesentlichen Schwankungen des statischen Stromes einer derartigen Schaltung ist hoher statischer Strom von nachteiligen Wirkungen begleitet, wie ' erhöhte Durchführung des Steuersignals, erhöhtes Rauschen (hauptsächlich Schrotrauschen) und erhöhter Stromverbrauch. Andererseits

1,1,.

ist niedriger statischsr Strom von solchen Problemen begleitet, wie die Erzeugung einer Uberkreuzungsverzerrimg. Dies tritt auf wegen der Verringerung dsr gegenseitigen Leitfähigkeit der Transistoren in der Nachbarschaft der Nullpunktkreuzung des Eingangsstromes. Ein weiterer nachteiliger Effekt niedrigen statischen Stromes ist die Er-

• ■ ti '.t ' ·

zeugung nichtlinearer Verzerrung. Dies tritt auf, wail der Betrieb dos Rückkopplun^.sweges und des Au^gangsweges, die durch die komplementär leitenden PNP- und NPN-Transistören .gebildet sind, einen Klcisse B-Betrieb erreichen, wenn der Kollektor/Emitter-Stro'H aiedrig ist. Weitere Probleme bei niedrigem statischen Strom sind die Einschränkung der Bandbreite aufgrund der Verringerung der Grenzfrequenz der Transistoren und die Instabilität der Vorspannungsschaltung bezüglich Temperatur und Quellenspannungsschwankungen.

Der tatsächliche statische Strom bei dem herkömmlichen

Spannungsstouer-Verstärkingsregler wird daher zu einem Kompromiß bzw. zu einem gegenseitigen Ausnutzen d?r erwähnten entgegengesetzten Bedingungen für hohen und niedrigen statischen Strom. Jedoch ,sind, wie erwähnt, die Schwankungen

BAD ORIGINAL

des statischen Stromes bei Schwankungen der Verstärkung ziemlich groß. Folglich wird der verfügbare Bereich für die erwähnte Wahl unvermeidbar eng bzw. schmal gehalten. Weiter können die erwähnten nach teilj gen Wirkungen nicht vollständig beseitigt werden, wegen der erheblichen Schwankungen im statischen Strom, din auftreten, können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Verstärkungsregler, insbesondere einen spannangsgesteuerten Verstärkungsregler anzugeben, bei dam unter Vermeidung der erwähnten Nachteile der gesamte statische Strom auf einem konstanten Wert gehalten wird, unabhängig von irgendwelchen Änderungen der Verstärkung, wie sie durch die Verstärkungssteuerspannung bestimmt ist.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein Verstärkungsregler, insbesondere spannungsgesteuerter Verstärkungsregler angegeben, der aufweist

eine Eingangsstufe zum Empfang eines Eingangssignals, einen ersten Differenzverstärker mit einem Eingang, der mit der Eingnagsstufe gekoppelt ist, und mit erstem und zweitem differentieilen Ausgangsanschluß,

einen /,weiten Differenzvra~stärker mit einem Eingangsanschluß, der mit der Eingangsstufe gekoppelt ist,und mit erstem und zweitem differentiellen,Ausgangsanschluß, ein erstes Paar von Transistoren eines Leitfähigkeitstyps, de r en Emitter zusammen mit dem ersten differentiellen Ausgangsanschluß das ersten Differenzverstärkers verbunden sind und 44.e jeweils Basen und Kollektoren aufweis en, ein zweites Paar von Transistoren mit zu denjenigen des ersten Paares entgegengestztein Leitfähigkeitstyp_/ mit Emittern, die miteinander mit dem srsten differentiellen Ausgangsanschluß des zweiten Differenzverstärkers verbunden sind mit Kollektoren, die so angeschlossen sind, daß der Kollektor eines Transistors des ersten Paares mit dem Kollektor des

BAD ORIGINAL

anderen Transistors des zweiten Paares verbunden ist und der Kollektor des anderen Transistors des ersten Paares mit dem Kollektor des anderen Transistors des zweiten Paares verbunden ist₇ und mit jeweiligen Basen, wobei die Basis des einen Transistors in jedem Paar mit der Basis des anderen Transistors im übrigen Paar verbunden ist, eine Rückkopplungsschaltung,die die Kollektoren der einen Transistoren mit der Eingangsstufe verbindet, eine Verbindungsschal tung, die die zweiten differentiellen Ausgangsanschliisse des ersten und des zweiten Dj ff erenzvertärkers miteinander und einem gemeinsamen Punkt verbindet₍ und eine Ausgangsschaltung^die mit den Kollektoren der anderen Transistoren des ersten und des zweiten Paares verbunden ist. Vorzugsweise enthalten die Differenzverstärker jeweils zwei Transistorea des gleichen Leitfähigkeitstyps wie diejenigen des zugeordneten Paares von Transistoren. Bei einer derartige! Anordnung sind deren Emitter miteinander mit einer Konstantstromquelle verbunden und bilden die Kollektoren, dieser Transistoren jeweils ersten und zweiten differentiellen Ausgangsanschluß. Deren Basen sind mit der Eingangstufe und einem Bezugspunkt verbunden. Die Eingangsstufe kann einen Operationsverstärker enthalten, an den sich ein linearisierenc Widerstand anschließen kann.

Folglich wird durch die Erfindung ein spannungsgesteuerter Verstärkungsregler angegeben, bei dem die Transistor-Grenzfrequenz verringert ist, wodurch der Bereich der Frequenzantwort erhöht wird, wodurch das Durchführen (d.h. das Lecken des Steuersignals) und das Rauschen (insbesondere das Schrotrauschen) verringert sind, wobei eine zufriedenstellende Linearität in der Veratärkungssteuercharakteristik und der Kingangs/Ausgang.s-Charakteristik erreichbar ist.

Weiter wird durch die Erfindung ein Spannungssteuer-Verstärkungsregler angegeben, der zur Integration als integrierte Halbleiterschaltung geeignet ist und der

- Jl -

wirtschaftlich mit kleinem Schaltungsmaßstab unter Weglassen eines Operationsverstärkers realisierbar ist. Weiter gibt die Erfindung einen Spannungsteuer-Verstärkungsregler an, mit niedriger Transistor-Grenzfrequenz und breiter Banibreiten-Frequenzcharakteristik.

Weiter ergibt die Erfindung einen Verstärkungsregler an, mit breitem Verstärkuii;;ssteuerbereich und zufriedenstellender Linearität über deJi Steuerbereich, Schließlich gibt die Erfindung einen Verstärkungsregler mit zufriedenstellend linearer Eingangs/Ausgutigs-Charakteristik an, wobei im we-äeutl i eben keinerlei wesentliche Verzerrungen vorliegen.

Schließlich gibt die Erfindung einen Verstärkungsregler an, der ein Durchführen (f ©ed-fhrough) der Steuersignale vermeidet. Schließlich gibt die Erfindung einen Verstärkung -sregler an, bei dem Rauschen, insbesondere Schrotrauschen, wjsentlicii verringert ist.

Die Erfindung wird anhand dor in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spiele näher erliiu ter-t. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild eines herkömmlichen Verstärkungsreglers j

Fig. 2 eine Darstellung der statischen Stromcharakteristik der Schaltung gemäß Fig. I₉

Fig. 3 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung,

Fig. h eine Darstellung der statischen Strorn-

charakteristik des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 3,

Fig. 5 ein Schaltbild eines aweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung,

Fxg. 6-10 Schaltbilder eines dritten bis eines siebten

BAD ORIGINAL

)\f. _t ·;, . ._ _s Ausf tihrungsbeispieles der Erfindung,

}>«» t r'ftji tilt··..-..
Zunächst wird mit Bezug auf Fig. 1 ein herkömmlicher Vergtäpt!cuyngs:regl,er ausführlich erläutert, um Aie vorteilhaften Wirkungen der Erfindung besser herausstellen zu können.

Die herkömmliche Schaltung, die spannungsgesteuert ist, besitzt eine logarithmische Eingangs/Ausgangs-Charakteristik und wird als VariabelverStärkungselement in einer Rauschunter drückung s schaltung verwendet, zur Verwendung beispielsweise' bei dem Aufzeichnen und Abspielen von Magnetbändern oder beim Abspielen von Audioaufzeichnungen. Eine Erläuterung der Rauschunterdrückung bzw. Rauscä.verringerung ist beispielsweise angegeben in der tß_ps 3 789 1^3

Wie in Fig. 1 dargestellt, enthält der herkömmliche Verstärlcungsregler eine Eingangssignalquelle 1, die hier als Stromquelle dargestellt ist, die mit tiarn invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 2 verbunden ist, dessen nicht_inve.r tier ender Eingang an Masse liegt bzw. geerdet Ist. Ein PNP-Rückkopplungstransistor 3 und ein PNP-Rüokkopplungstransistor Ί sind kollektorseitig mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 2 verbunden und sindv emitterseitig über eine jeweilige negative Vorspannungsquellß 5 bzw. eine positive Vorspannungsquelle 6 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 2 verbunden. Die Transistoren 3 und k erreichen einen Riickkopplungsstrom für den Operationssversiärkor 2_;der dadurch als Fehlerverstärker arbeitet.

Dieser herkömmliche Verstärkungöregler enthält weiter einen NPN-Ausgangsfran^istör 7 und einen PNP-Ausgangstransistor 8. Die Emitter der Transistoren 7 und 8 sind jeweils mit den Emittern der Transistoren 3 bzw. 4 verbündet Die Kollektoren der Transistoren 7 und 8 sind miteinander

BAD ORIGINAL

mit einem Ende eines AusgangslastwLderstandes 9 verbunden, dessen Anderes Finde an Masse (Erde) liegt. Ein erster und ein zweiter SteuersignaleLugang 1Ou bzw. 10b ist mit den Basen der Transistoren 3 und 8 b/.f. den Unsen der Transistoren k und 7 verbunden. In dieser Schaltung wird eine ausgeglichene bzw. abgeglichene Steuerspannung V zwischen den beiden
Steuersignaleingängen 10a und 10b angelegt, so daß eine
Steuerspannung -V_/2 an die Basen der Transistoren 3 und 8 angelegt wird, während eine komplementäre St etier spannung
+V_r/2 an die Basen der Transistoren k und 7 angelegt wird»

Bei dem herkömmlichen Verstärkungsregler g.unäß Fig. 1 erreicht die Signalquelle 1 einen Eingarigssignalstrom i. und fließt ein sich ergebender Ausgangsstrom i , in den Lastwiderstand Weiter fließen Ströme i^, ig, i und i, durch die Kollektoren der jeweiligen Widerstände 3,^/7 bzw. 8. Zu jedem bestimmten Eingangssignalstrom i. erreicht der OperatLonsverstärker an seinem Ausgang eine Spannung ν . Jede der Vorspannungsquellen 5 und 6 erreicht eine Vorspannungsdifferenz V„.

Wenn der Basis/Emitter-Sättigungsstrom durch joden der
Transistoren 3/^/7 und 9i der für jeden der Transistoren
gleich ist, mit I_c bezeichnet ist, und mit der Elektroneneinheitsladung q, der Boltzmann-Konstante k und der absoluten Temperatur T des Basis/Emitter-Überganges (in Kelvin)
ergeben sich die KolLektorströme i . _t±^ _f± bzw» i. zu:

X₁ = I_s C expi * ^(VB - V²-V

kT

und ±_k = I_s

T ^ B

kT ^ BAD ORIGINAL

Bei Normal- bzw. Umgebungstemperatur (T=300 K) beträgt der Ausdruck kT/q annähernd etwa 26 mV.

Folglich ergibt sich der Eingangsstrom i. zu: ¹Xn ^{= 1}I ^{+ L}2

_OT q (V_n - V_n/2) . _ qv. ,-s - -21 exp B C . sxnh ___1 \5) >

kT kT

In gleicher Weise ergibt sich der Ausgangsstrom i zu:

¹OUt

V² ⁾ . sinh ^l (6).

kT kT

Daher ergibt sich die Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgai strom zu:

¹OUt

Folglich ändert sich die Stromverstärkung der herkömmlichen Schaltung gemäß Fig. 1 als Exponentialfunktion der Steuerspannung V„.

Jedoch ändert sich, wie das erläutert werden wird, bei der Schaltung gemäß Fig. 1 der statische Strom, der auch Leerlaufstrom genannt w.i.rd, dor durch die Transistoren 3, ^₁ 7 und 8 fließt, wenn kein Eingangssignal vorliegt (d.h. wenn

i. = O). sehr wesentlich in der Amplitude,wenn die Verxn ' ¹I

stärkungssteuerspannung V geändert wird. In Fig. 1 und in der Darstellung gemäß Fig. 2 sind der statische Strom durch die Rückkopplungstransistoren3 und k mit ID. bezeichnet, während der statische Strom durch die Ausgajlgstransistoren 7 und 8 mit ID , bezeichnet ist. Die

out

BAD ORIGINAL

Schwankung der statischen Ströme ID. und JD . mit der

i.n out

Verstärkungssteuerspannung V besitzt nachteilige Einwirkungen auf die Cha^rakteristIk ties herkömmlichen Verstärkungsreglers, wie sich das aus der i'olgcniien Erläuterung ergibt.

Wenn das Eingangssignal i. auf Null ist, und daher auch der Ausgangsstrom i , auf Null ist, ergeben sich der statische Strom JD. durch den Rückkopplungsweg und der statische Strom TD durch den Ausgangsweg jeweils zu:

ID. - i = -i · m 1 2

und

ID , = -i, . out k

Folglich gilt:

' q (V„ - V /2

ID = I L

in L

_kT

- V»

I -

* I₈ expj j __ _(8)/

bzw. _Tr, _ r

Ii) , ·- 1,, I exp out b ^u '

n + v_/2)) ₁τ

13C^ - IJ kT

Die vorstehenden Ausdrücke können unter Verwendung der Symbole I_ und A verkürzt werden, die wie folgt definiert sind:

I_n - I„ exp (qV /kT) (9a),

A - exp (qV_c/kT). (9b).

BAD ORIGINAL «

Dabei-'ergibt. sich, daß A der Stromverstärkung gemäß der Gleichung (7) entspricht. Folglich können, die Ausrücke (8) und (9) wie folgt geschrieben werden:

ID. = I_n . A ~^1/2 ,_1nV

xn 0 (10),

" ·■ ' i- τη τ Α +1/2

und ID _u = I₀ . A
>iu«-l i .-ti l . ι - - . (H) .

Ί« r i"v,< ι ι · ■ ■ ι .

Folglich ändern sich dor statische Strom ID. und ID , durch den Kückkopplungsweg bzw. den Ausgangswog als Funktion der Verstärkung, wi·^ das durch die jeweilige Vollinie in Fig. 2 dargestellt ist. Folglich ändert sich die Summe der statischen Ströme ID. + ID , wie das in der Strichlinienk'irve in Fig. 2 dargestellt ist, von einem Wejrbii2I_n> auf einen Wert von annähernd 50I_n. Das. heiißfc, das Verhältnis des Maximalwertes der Summe

ID*. SU+! ID·. ■ zu deren Minimalwert beträgt etwa 17 dB. xn out

Weiter hat der Verstärkungsregler der in Fig. 1 dargestellten Art ,den Nachteil, daß eine unzulässige hohe Durchführung des Steuersignals und eine erhöhte Rauschdarsfcellung (insbesondere aufgrund Schrotrauschens) sowie erhöhter Leistungsverbrauch auftreten, jedesmal wenn, der statische Strom hoch ist. Im Gegensatz da?u unterliegt, wenn der statische Strom niedrig ist, der VerstärkungsnegLers gemäß Fig. 1 solchen Problemen wie einer Überkreuzungsverzerrung aufgrund der Verringerung der gegenseitigen Leitfähigkeit der Transistoren 3,^,7 und 8 in Nachbarschaft deren Nullpunktskreuzangen des Eingangsstromes i. . Zusätzlich kann, wenn der statische Strom niedrig ist, eine nichtlineare Verzerrung auftreten, weil der Rückkopplungs- und der Ausgangsweg, die durch die komplemevitären PNP-J und NPN-Transistören 3/Ί/7 und 8 gebildet sind, annähernd einqn Klasso.H-Betrieb erreichen. Darüber hinaus ist bei niedrigem statischen Storm (ILe Grenfreqjenz der Transistorea ^5,,(1^7 und 8 verringert und wird die Vorspannungsschaltung 5^ί> unstabil aufgrund von Temperatur- und Quellen-

BAD ORIGINAL

-Spannungsschwankungen mit dem Ergebnis, daß die Bandbreite der Schaltung gemäß Fig. 1 verringert ist»

Folglich ist der tatsächlich ausgewählte statische Strom für die Schaltung gemäß Figo 1 ein Kompromiß zwischen den erwähnten extremen Bedingungen» Wjil jedoch die Schwankungen des statischen Stromes mit der Verstärkung so groß sind wie in Fig. 2 dargestellt, ist der Bereich geeigneter Werte für den statischen Strom ziemlich eng.

Weiter können die erwähnten Probleme nicht vermieden werden, wenn erreicht wird, daß der statische Strom sich aufgrund von Änderungen der Verstärkung ändert.

Die Erfindung beabsichtigt die Vermeidung der erwähnten Probleme und gibt statt dessen einen spannungsgesteuerten Verstärkungsregler an, bei dem der gesamte statische Strom im wesentlichen auf konstantem Pegel gehalten wird unabhängig von irgendeiner Änderung der Verstärkung der Schaltung, die durch die angelegte Verstärkungssteuerspannung V„ verursacht ist.

Ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Wie dort dargestellt, ist eine Eingangssignalquelle 11, die hier als Stromquelle dargestellt ist, mit einem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 12 verbunden, der hier als Fehlersignalverstärker ausgebildet ist und dessen nicht_invertierender Eingang an Masse liegt. Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 12 ist über Vorspannungsquellen 13 und Ik mit den jeweiligen Eingängen eines ersten bzw. eines zweiten Differenzverstärkers 21 bzw. 22 verbunden. Konstantstromquellen 15 und 16 sind jeweils mit den Differenzverstärkern 21 bzw. 22 gekoppelt und Kons t an. tspannungs quell en 17 und 18 sind jeweils mit deren Steueranschlüssen verbunden.

Ein Lastwiderstand 19 absorbiert den Ausgangssignalstroai

i . davon.
out

Der erste Differenzverstärker 21 ist durch PNP-Transistoren 23 und 2k gebildet, deren Emitter gemeinsam mit der Stromquelle 15 verbunden sind und deren Basen mit den Vorspannung quellen I3 bz>f. 17 verbunden sind. In gleicher Vieise ist der zweite Differenzverstärker 22 durch ein Paar von NPN-Transist^ren 25 und 26 gebildet, deren Emitter gemeinsam mit der Stromquelle l6 verbunden sind und deren Basen jeweils mit den Vorspannungsquellen Ik bzw. l8 verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren 23 und 25 liegen an Masse.

Die Vorspannungsquellen I3 und Ik, I7 und l8 legen Vorspannungen 1- V an die Basen der PNP-Transistoren 23 und 2k bzw. Vo r spannung en -V-. an die Basen der NPN-Transistoren 25 und 26.

Weiter enthält die Schaltung gemäß der Erfindung ein erstes Transistorpaar ^l, das durch einen PNP-Rückkopplungstransistor 33 und einem PNP-Ausgangstransistor Jk gebildet ist, und ein zweites Transistorpaar 32, das durch einen NPN-Rückkopplungstransistor 35 und einen NPN-Ausgangstransistor 36 gebildet ist. Die Emitter der Transistoren 33 und 3k sind miteinander verbunden sowie mit dem Kollektor eines Transistors 2k des ersten Differenzverstärkers ' Tn ähnlicher WfeLso sind die EmLttor der Transistoren 35 und 3^' des zweiten Paares 3- miteinander verbunden sowie mit dem Kollektor des Transistors 26 des zweiten Differenzverstärkers 22.

Die Kollektoren der Rückkopplungstransistoren 33 und 35 sind einander verbunden und sind über einen Rückkopplungsleiter 37 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12 verbunden. Die Kollektoren der Ausgangs-

-transistoren 3k und 36 sind miteinander mit dem Ausgangslastwiderstand I9 verbunden. Ein Paar \ron Steuersignaleingängen 3¹^ und 39 ist ebenfalls vorgesehen, wobei der Eingang 38 ;tiit der Basis des Ausgangstransistors Jk des ersten Paares 3I und der Basis des Rückkopplangstransistors 35 des zweiten Paares 32 und der Eingang 39 mi.t der 3asis des Rückkopplungswiderstandes 33 des ersten Paares "}1 und mit der Basis des Ausgangstransi.stors 3(> des zweiten Paares 32 verbunden sind.

Bei dem spannungsgesteuerten Verstärkungsregler gemäß Fig. 3 haben die Ausgangstransistoren 3^ und 36 jeweils Kollektor/Emitter-Ströme i bzw. i während die Rückkopplungstransistören 33 und 35 jeweils Kollektor/Emitter-Ströme i bzw. i. besitzen. Die Transistoren 2k und 26 besitzen Kollektor/Emitter-Ströme i_r bzw. i,- , während die Transistoren 23 und 25 jeweils Kollektor/Emitter-StrÖLtie i bzw. i« besitzen. Die Spannungen an den Emittern des ersten und des zweiten Transistorpaares Jl_f 32 sind durch v. bzw. ν ausgedrückt, während die Spannung an den Emittern der Transistoren 23₇ 2k des ersten Differenzverstärkers und an den Emittern 25 und 26 des zweiten Differenzverstärkers 22 mit ν bzw. v, ausgedrückt sind. Die Spannung an den Kollektoren der Transistoren 23 und 25, d„ h.. die Mas se spannung, ist mit ν bezeichnst. Die Vorspannungsquellen 13 ik_f 17 und 18 führen jeweils eine Vorspannung V„ zu.

Somit ergibt sich der Eingangsstrom von der Eingangssignalquelle zu:

(12),

während sich der Ausgangsstro-m i durch den Widerstand

OU. U

ergibt zu:

^{1 = 1}I - ⁱ (13)

BAD ORIGfNAL

Weiter ergibt sich der durch den. Transistor 24 des ersten Differenzverstärkers 21 zum ersten Transistorpaar 31 fließende Strom i zu:

t = i_t + i (14).

In gleicher Weise ergibt sich der von dem zweiten Transistorpaar 32 und damit durch den Transistor 26 des zweiten Differenzverstärkers 22 fließende Strom L, zu:

Der Sättigungsstrom durch die Transistoren 24, 26, 33j 34, 35 und 36 ist jeweils gleich I„, wobei der Sättigungsstrom durch die Transistoren 23 und 25 zu einem mehrfachen davon eingestellt ist, nämlich KI^, wobei K eine Konstante ist. Hier ist der Basisschaltungs-Stromverstärkungsfaktor« aller Triinsistoren 23,24,25/26/33/34/35,36 zu ,Eins angenommen.

Dar Ausgangstransistor 34 und der Riickkopplungs transistor 35 des ersten bzw. des zweiten Transistorpaares Jl und kann als an Masse gelegt angenommen werden, so daß die Verstärkungsstouerspannung V„ vollständig an die Basen

■'■ des Rückkopplungstransistors 33 und des Ausgangstransistors 3.6 angelegt ist. Folglich ergeben sich die erwähnten

N uStröme' iy bi si. gemäß :

^X1 "~ ¹S

! I ι s: ■ i :

^lji ' ' '"' '" Γ V^-V
•_; , L₀ , I |_ exp C ^VC ^V2s - ll (I7),

^VT

¹A ⁼

^exr ( J_i__E)" ¹I ^{l8)f

,. Γ exp / - 2 \ _ 11 (iq)

fa "L (^ _v J ¹J .^iy;,

BAD ORiGiNAL

mit V_T = kT/q.

Durch Einsetzen der Gleichungen (Ik) uad (15) in die Gleichungen (16) bis (19) ergibt sich:

/ 1 \ „Ι Γ / 1 exp \——) - 1 I +11 exp ( ψ

⁼ ¹S I ^eXp ^"17^ 1 * ^{f GX}P ⁽ ^^ f - 2*1 (20)

^VT ^L . ^VT )

Folglich ergibt sich

_v llr-,ϊΛ + 2

1 ν _ ^ p/ O (> „„„ <,c<. = oo(2l)

V™ 1 + exp(-V„/V_r)

τ er

Weiter gilt, i^ = i

cp (_^_r 2) - lj + χ I^ exp (- —)

^VT ^VT

= Ig Γ exp (- ^²-) [ 1 + exp (_-£-.)}- 2]. ....... (22)

Und folglich gilt

exp (_ I2-) ₌ ii£L£aI_Ll 0000.0000(23)

Durch Einsezten der Gleichungen (20) uad (22) in die Gleichungen (16) bis (I9) ergibt sich:

I₁ = ( i + 21g ) ο 1

1 + exp (-Vp/V 5

= ( i + 21 ) - A _{=oooo ooo} (2^)

^J * 1+A

i₂ = ( I₆ + 21g ) ο exp (^VC^/VT)

1 f exp (V_C/V_T)

= ( i_{6 +} 2T_S ) . , A

- 22 -

χ = ( χ + 2Ig) . exp (-^VC/^VT) _

1 + exp (-V_C/V_T)

21 ) . ±_ (26)

¹G ^ ²¹S

1 + exp (V_C/V_T)

mit dem Faktor A - exp (V„/V ).

Als Ergebais kann die Schaltungs-Gesamtverstärkung G_/die dem Verhältnis des Ausgaigsstromes i , zum Eingangsstrom i. ist, durch Einsetzen der Gleichungen (2'±) bis (27) in die Gleichungen (12) und (13) erhalten werden, wodurch sich ergibt:

""" 1
I

= - A = - exp (_C) (28)

Wie sich «ms vorstehendem ergibt, ist die Gesamtstromverstärku eine Exponentialfunktion der Steuerspannung V . Bei einem Null-Eingangssignal, d. h. wenn für den Eingangsstrom gilt

i. = 0 kann der statische Leerlaufstrom TD. .der vom in ' in'

Transistor 33 in d-m Transistor 35 fließt, zu ID. = i = i, ausgedrückt werden. Folglich kann der statische Strom ID. entweder durch die Gleichung (26) oder durch die Gleichung (27) ausgedrückt werden. Wenn ohne einem Eingangssignal i. gilt X₅ + 21g = i₆ + 2T_g = I_T, ergibt sich der statische

Strom ID. zu:
xn

"in ^T ■-£- (29).

3 1 2 9 7

Weiter ist auch dann, wenn keinerlei Eingangssignal vorliegt, der Ausgangsstrom i , ebenfalls auf Null und kann

OuX

der statische Strom ID der vom Transistor 3^ in den Transistor 36 fließt, ausgedrückt werden zu ID , = i. = i , derart, daß sich aus den Gleichungen (2'l) und (25) ergibt:

^IDout ^{= 1}T ' -_TjA_ (30).

Es zeigt sich somit, daß die Summe der Gleichungen (29) und (30) eine Konstante ist. Das heißt, die Summe der statischen Ströme ID. + ID besitzt einen konstanten

xn out

Wert I_, unabhängig von irgendeiner Änderung der Stromverstärkung A.

Wie in Fig. k dargestellt, in der die statischen Ströme

ID. und ID , durch Vollinien dargestellt sind, und deren xn out °

Summe durch eine Strichlinie wiedergegeben ist, besitzt der gesante statische Strom I^ einen flachen Verlauf bezüglich Änderungen der Verstärkung A= Normalerweise ist, weil der Sättigungsstrom I_c einen niedrigen Wert besitzt, der gesamte statische Strom I im wesentlichen gleich dem Kollektorstran χ oder I^. Folglich kann der gesamte statische Strom I„ grob als Funktion des Stromes I ausgedrückt werden, der von den Konstantstromquellen I5 und l6 dem ersten und dem zweiten Differenzverstärker 21 bzw. 22 zugeführt wird, und als Funktion des Sättigungsstromverhältnisses K der verschiedeneen als Komponenten dienenden Transistoren:

1 + K

Der Wert des Stromes I von den Konstantstromquellen 15 und 16 ist abhängig von den Maximalwerten des Eingangsstromes i. und des Ausgangsstromes χ , gewählt. Folglich wird der gesamte statische Strom I™ durch die

Wahl des Sättigungsstromverhältnisses K bestimmt.

Weil'' bei dem spannungsgesteuerten Verstärkungsregler der Erfindung der statische Strom konstant gehalten ist, Unabhängig von der Verstärkung A,ist es möglich, den optimalen statischen Strom zu wählen, der jegliche der oben' erwähnten Nachteile vermeidet, die auftreten, wenn der statische Strom zu hoch oder zu niedrig gewählt ist. Es ist daher möglich, eine breitbandige Frequenzcharakterist durch aufs äußerste verringern der Herabsetzung der Grenzfrequenz irgendeines der Transistoren zu erreichen, Ee ist auch möglich, den Steuor- bzw. Regelbereich der Schaltung mit befriedigender Linearität der Steuercharakteristiken zu erhöhen und dadurch irgendeine Verzerrung in der Linearität der Eingangs/Ausgangs-Charakteristik davon zu .verring Weiter verrringert der Verstärkungsregler gemäß der Erfindun jede Durchführung des Steuerspannungssignals V , verringert aufs äußerste jegliches Schrotrauschen oder anderes Zufallsrauschen ■ und unterdrückt die Erzeugung einer Überkreuzungsverzerrung nahe den Nullpunktskreuzungen des Eingangssignals

ü' I ^! Zusätzlich kann der gesamte statische Strom I_m aasin J-

reicfrpnd hoch gewählt werden, derart, daß die Spannungsquellen 15 und l6 einen zuverlässigen Dauerstrom erreichen, und äie Vorspannungsquellen 13/1^/17 und 18 zuverlässige stetige oder Dauervorspannungen erreichen, unabhängig von Schwankungen der Temperatur und/oder der Quellenspannung.

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Verstärkungsreglers gemäß der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist dabei eine praktische Ausführungsform des Au'sführungsbeiSpieles gemäß Fig. 3· In Fig. 5 sind Elemente uii'd 'Teilet die die gleichen sind wie die entsprechenden Elemente und Teile in Fig. 3, mit den gleichen Bezugszeich'en versehen, wobei weiter eine neuerliche Erläuterung entbehrlich erscheint.

BAD ORIGINAL

312 9 7 5

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Vorspannungsquellen 13 und Ik durch eine Reihenschaltung ersetzt, die durch Stromquellen 51 und 52, einen PNP-Transistör 53 und einen NPN-Transistor ^k gebildet ist. Dor Emitter des Trun-. sistors 53 ist mit der Stromquelle 51 verbunden und auch mit der Basis des Transistors 23 des Di i'fcranzverstärkers 21. In ähnlicher Weise ist dor Emitter dos Transistors 5'l mit der Stromquelle 52 und mit der Basis des Transistors des Differenzverstärkers 22 verbunden= Die Kollektoren der Transistoren 53 und 5^ sind jeweils mit Masse verbunden und die Basen der Transistoren 53 und 5't sind jeweils mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 12 verbunden=

Die Vorspannungsquellen 1.7 und 18 sind durch eine Reihenschaltung ersetzt, die durch Stromquellen 55 und 5«/ einen PNP-Transistor 57 und einen NPN-Transistor 58 gebildet ist. Hier sind die Transistoren 57 und 58 in Diodenschaltung vorgesehen, wobei deren Kollektoren und Basen jeweils mit Masse verbunden sind. Der Emitter des Transistors 57 ist mit der Stromquelle 55 und der Basis des Transistors 24 des ersten Differenzverstärkers 21 verbunden. In ähnlicher Weise ist dpr Emitter des Transistors 58 mit der Stromquelle 56 und der Basis des Transistors 26 des zweiten Differenzverstärkers 22 verbunden.

Es zeigt sich, daß die Transistoren 53 und 5'i eine wesentliche Konstantspannungsdifferenz zwischen deren jeweiligen Emittern und Basen erreicht. In ähnlicher Weise erreichen die Transistoren 57 und 58 in Diodenschaltung eine wesentliche Konstantspannungsdifferenz zwischen deren jeweiligen Emittern und Masse.

Die Vorgehensweise beim Erreichen des statischen Stromes I_T bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 kann wie folgt erläutert werden.

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Wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist die Konstant₍,K zum Erreichen des statischen Stromes I„ definiert als das Sättigungsstromverhältnis der Transistoren ^k und 3° zu den Transistoren 2k und des ersten bzw. zweiten Differenzverstärkers 21 und 22. Daher sind die Spannungen der Vorspannungsquellen 13/14, 17 und 19 gemäß Fig. 3 als identisch angenommen. Der Wert von K₇ der gemäß der Gleichung (3D tatsächlich erhalten wird, reicht normalerweise von Eins bis zu einige; Dutzend und wird tatsächlich durch irgendeine der verschiedenen Bedingungen bestimmt, ^₀ das Vorspannen der Transistoren 2k, 26, 3^1 und 36 beeinflussen kann.

Es ist jedoch auch möglich, den Wert von K in einem Bereich von Eins bis Fünf einzustellen durch Wahl des Sättigungsstromverhältnisses der Transistoren 2k und 36 zu den Transistoren 2h und 26, Bei einer praktischen integrierten Schaltung wird K durch das Verhältnis der effektiven Emitterflächen bestimmt. Wenn jedoch K etwa Zehn erreicht, erfordert allein das einfache Sättigungsstromverhältnis erhebliche Transistorfläche, wodurch die Chipflache_/die für die integriert.e Schaltung erforderlich ist, erhöht wird. Dieses Problem kann dadurch überwunden werden, daß eine Offset-Spannung zwischen den Vorspannungsquellen I3 und lk und den Quellen 17 und l8 vorgesehen wird. Bei --dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 wird dies durch die Verwendung der Transistoren 53,5^,57 und 58 erreicht.

Insbesondere ist die Emitterstromdichte der Transistoren 53 und 5'l, die zwischen den Basen der Transistoren 23 und 25 angeschlossen sind, niedriger eingestellt, als die Emitterstromdichte der Transistoren 55 und 58, die mit den Basen der anderen Transistoren 2k und 26 verbunden sind. Aus diesem Grund kann der Sättigungsstrom der Transistoren 53 und 5^/l relativ hoch im Vergleich zu dem der Transistoren 57 und 58 eingestellt werden. Andererseits kann der Strom

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der KonstantStromquellen 57 und 56 höher eingestellt werden als der der Konstantstromquellon 51 und 52.

Die Konstante K in Gleichung (3I) entspricht dem Stromverteilungsverhältnis der Transistoren 23 und 25 ,in. dem ersten bzw. dem zweiten Differenzverstärker 21 bzw. zu den anderen Transistoren 2k und 26 der Differenzverstärker 21 bzw. 22. Wenn das Sättigungsstromverhältnis der Transistoren 23 und 25 zu den anderen Transistoren 24 und 26 durch die Konstante K bezeichnet ist, während das Sättigungsstromverhältnis der Transistoren 57 und zu den Transistoren 53 und 5'* als rindere Konstante K bezeichnet ist, und das Stromverhältnis der Konstantstromquellen 55 und 56 zu den KonstantStromquellen 5I und 52 durch eine weitere Konstante K bezeichnet ist, ergibt sich das Stromverteilungsverhältnis K im wesentlichen gemäß:

. K . K

Da das Stromverteilungsverhältnis K ein Produkt aus drei Faktoren ist, ist es möglich, ein Verhältnis K„ in der Größenordnung von 100 dadurch zu erhalten, daß die einzelnen Faktoren davon, nämlich χ K„ und K auf Werte von höchstens 5 eingestellt werden.

Der übrige Aufbau des zweiten Ausführungsbeispieles ist im wesentlichen gleich dem des ersten Ausfünrungsbeispieles gemäß Fig. 3-

AIs Folge des oben erläuterten Aufbaues ermöglich das zweite Ausführungsbeispiel nicht nur das Erreichen der Ergebnisse des ersten Ausführungsbeispieles, sondern ermöglicht auch einen Schaltungsaufbau, der zur Ausführung als integrierte Halbleiterschaltung gut geeignet ist, da stetige oder Dauervorspannungsquellen ohne große

.Schwierigkeiten durch Verwendung der Spannungsabfälle über.die Hi-Übergänge der Transistoren 53, 5'*, 57 und werden.

tut cn _ · ii

iiig.(,6, zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Verjstärkungsreglers gemäß der Erfindung. Bei dem dritten Ausfuhr ungsbeispiel sind Elemente_/die den vorhergehenden Elementen gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und erfolgt keine neuerliche Erläuterung mehr.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist der nicht_invertierei Eingang des Operationsverstärkers 12 mit der Signalquelle 11 und dem Rückkopplungsleiter 37 verbunden, während der invertierende Eingang mit Masse verbunden ist. Weiter sind, anders als bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen, die Emitter des ersten Transistorpaares JX mit

dem Kollektor des Transistors 23 und die Emitter des zweiten Transistorpaares 32 mit dem Kollektor des Transistors verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 2k und 26 des ersten bzw. des zweiten Differenzverstärkers sind

mit Masse verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es wie bei dem gemäß Fig. 5 möglich, die Basis/Emitter-Spannungen von Transistoren an Stelle der Vorspannungsquellen 13, lk_f 17 und 18 zu verwenden.

Fig. 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 7 sind dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und erfolgt keine neuerliche Erläuterung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Widerstand 59 zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 12 und den Basen der Transistoren 53 und 5^ > - ί · ■

vorgesehen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Kollektoren der Transistoren 23 und 2k des ersten bzw. des zweiten Diff«renzverstärkers 21 bzw. 22 mit dem Widerstand 59 statt mit Masse verbunden. Daher wird hier der Kollektorstrom de.n Transistor en23 und 25 zu den

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Transistoren. 53 und 55 rückgeführt, dio als eingangsseitige VorSpannungsquellen für ersten und zweiten Differenzverstärker 21 bzw, 22 dienen. Der !Widerstand 59 und die Verbindung der Kollektoren der Transistoren 23 und 25 mit den Basen der Transistoren 53 und ^k stellt sicher, daß die Übertragungscharakteristik am Ausgange des Operationsverstärkers 12 linearisiert ist» Daher ändert sich die Ausgangs sp annung des Operationsverstärkers 12 linear mit dem von der Eingangsquelle zugeführten Eingangsstrom. Selbstverständlich können die vorhergehenden Ausführungsbeispiele wie das dritte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 in ähnlicher Weise angepasst werden.

Fig. 8 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des Verstjitp.kungsreglers gemäß der Erfindung» Fig. 8 zeigt insbesondere einen besonderen Schaltungsaufbau eines Verstärkungsreglers gemäß der Erfindung, der sehr gut zur Integration als integrierte Halbleiterschaltung geeignet ist. In Fig„ 8 sind zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen, und erfolgt keine neuerliche Erläuterung mehr.

Bei diesem Ausfü hrungsbeispiel sind Multi- oder Mehrfachemitter-Transistoren als Transistoren 23 und 25 des ersten bzw. zweiten Differenzverstärkers 21 bzwverwendet, so daß das Stromverteilungsverhältnis dadurch erreicht wird, daß der Sättigungsstrom der Transistoren 23 und 25 höher gemacht wird als der der anderen Transistoren 24b und 26. Beispielsweise ist bei Vier cmitter-Transistoren, wie dargestellt, als Transistoren 23 und 25 der Sättigungsstrom durch die Transistoren 23 und 25 im wesentlciehn das Vierfache desjenigen durch die Einemitter-Transistoren 24 und 26. Auf diese Weise ist die Konstante K. in der Gleichung (32) auf VLer eingestellt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden ebenfalls Vieremitter-Transistören als Transistoren 53 und 3k verwendet, die als Basisvorspannungsquellen für die Transistoren 23 und 25 dienen- Deshalb ist auch die Konstante K_? der Gleichung (32) auf Vier eingestellt. Weiter ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Konstante K der

Gleichung (32) auf Zwei eingestellt, durch Erreichen, daß der Emittorstrom durch die Transistoren 53 und ^k die Hälfte desjenigen ist, der durch die Transistoren 57 und 58 fließt. Dies wird durch Verwendung von Mehrfachemitter-Transistoren als KonstantStromquellen, als Beispiel, bei dem Aufbau gemäß Fig. 8 erreicht, wie das erläutert werden wird.

In Fig. 8 bilden Transistoren 6l und 62 Stromquellen für die Transistoren 53 bzw. 5^· Ώ±β Transistoren 6l und sind emitterseitig jeweils mit einer positiven Spannung V„„ bzw. einer negativen Spannung V „ verbunden und sind

OO CjCj

kollektor_scitig mit den Emittern der Transistoren 53 bzw. 3k verbunden. In ähnlicher Weise erstrecken sich zweicmitter-Transistoren 63 und 6k zwischen den Spannungsquellen V , V und den Emittern der Transistoren 57 OO ii/Hi

bzw. 58. Vieremitter-Transistoren 65 und 66 erstrecken sich zwischen den Spannungsquellen V„„, V^^ und den Emittern

OO Ij, Ji

der Transistoren 23 bzw. 25· Eine Reihenschaltung aus Transistoren 67 und 68 in Diodenschaltung, deren Kollektore: durch einen Reihenwiderstand 69 gekoppelt sind, erreich -fc. Vorspannungen für die Transistoren 61,63 und 65 und die Ττει ns 1. stör on 62_/ 64 und 66. Wie sich das aus der vorstehenden Erläuterung ergibt, ist der Emitterstrom durch die Transistoren 57 und 58 das Zweifache desjenigen durch die Transistoren 53 und 5^, w ei· die Transistoren 63 und 6k eine doppelt so große Emitterfläche wie die Transistoren 6l und besitzen.

Als Folge wird bei dem fünften Ausführungsbeispiel die

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Konstante K_ der Gleichung (32) im wesentlichen auf eingestellt. Hier sind die Vieremitter-Transistoren 65 und 66,die als Stromquelle und Stromsenke für die Emitter des ersten bzw. zweiten Differenzverstärkers 21 und dienen, vorgesehen, um eine größere Menge an Kollektorstrom den Differenzverstärker 21 und 22 zuzuführen.

Weiter ist bei diesem ^usführungsbeispiel ein Stroia.'Spannungs-Wandlor.mit dsn Kollektoren der Aasgangstransistoren 3k und 3^D verbunden. Der Strom/Spannungs-Wandler enthält einen Operationsverstärker 70 mit an Masse liegendem nicht_iuvertierendem Eingang, dessen invertierender Eingang mit den Kollektoren der Transistoren 3'± und 36 verbunden ist und dessen Ausgang mit dem Schn3.taugsausgang verbunden ist. Ein RückkoppLungswiderstand 72 ist zwischen dom Ausgang des Operationsverstärkers 7'·> und dessen invertierendem Eingang angeschlossen.

Wenn auch bei diesem Ausführungsbeispiel Viertemitter-Transistoren 23,25, 53,5'±,65 'J-^d 66 und Zweiemitter-Transistaren 63 und 63 verwendet sind, ist es auch möglich, Mehrfachemitter-Transistoren in verschiedenen anderen Zusammenstellungen zu verwenden, um einen erwünschten Sollwert der Konstante K zu erreichen.

Die Fig. 9 und 10 zeigen weitere Ausführangsbeispiele der Erfindung, bei denen der OperatLon«vorstärker 12, wie er bei dem ersten bis fünfte α A'isführungsbei spiel dargestellt ist, weggelassen ist. Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 sind Elemente,die den vorhergehenden Ausführungsbeispielen gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch um 100 erhöht, versehen, weshalb eine ausführliche Erläuterung entbehrlich erscheint. Bei dem sechsten Ausführungsbeisx^iel ist die Eingangssignalquelle 111 mit einem Eingangspunkt verbunden, der über die erste bzw. die zweite Vorspannungsquelle II3 bzw. Il4 mit den !.lasen dos Transistors 123 bzw.

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des Transistors 125 von. erstem bz.v. zweiten. Differenzverstärker 121 bzw. 12"-i verbunden ist. Ähnlich wie beim dritten AusCührungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist der Kollektor des Transistors 123 '> des Diff er endverstärker s 121 gemeinsam mit den Emittern der Transistoren 133 und 13^ des ersten. Transistorpaares I3I verbunden, während der Kollektor des Transistors des zweiten Differenzverstärkers 122 gemeinsam mit den Emittern der Transistoren 13'3 und I36 des zweiten Transistoi paares 13^ verbunden Lst. Die Kollektoren der anderen Transistoren 124 und 126 von erstem und zweitem Differenzverstärker 12L bzw. 122 sind beide mit Masse gekoppelt. 13er Rückkopplungsleiter 137 verbindet die Kollektoren der Hiickkopplungstransistoren 133 U7id 135 mit dem Eingangspunkt 110, während der Lastwiderstand 139 sich zwischen den Kollektoren der Ausgangstransistoren 1^k und I36 und Masse erstreckt.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9,das den Operationsverstärker 12 nicht mehr enthält, ist für Anwendungsfälle besonders geeignet, bei denen die Kosten der Vorrichtung bzw. Anordnung aufs äußerste zu verringern sind.

Ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in-Fig. 10 dargestellt. Elemente, din den vorstehenden Ausführungsbeispielen gemeinsam sind, sind mit den gleichen Iiczugszeichon, jedoch um 100 erhöht, versahen, weshalb eine ausführliche Erläuterung entbehrlich erscheint, Das siebte Ausführungsbeispiel ist eine praktische Version des /VusführungsbeiSp i oles gemäß Fig. 9 und enthält Mehrfachemitter-Vorspannungselemente und -Stromquellen, wie im fünften Ausf'ihrungsbeispiel gemäß Fig. 8. Das Ausf.'ühru ig sbe i spiel gemäß Fig. 10 ist sehr gut zur Integration als integrierte Halbleiterschaltung geeignet.

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Bai diesem Ausführungsbeispiel sind dio Transistoren 124 und 126 des Differenzverstärkers 121 bzw. 122 als Zweiemitter-Transistoren ausgebildet und sind auch die Vorspannungstransi stören 157 und 15·3 in Di oderiwchaltung ebenfalls als Zwciemitter-Transistorcn .lusgebild'jt.

Das Verhältnis K des Stromes durch die Transistoren 124 und I26 zum Strom zn den Translator on 123 und 1§5 wird durch die Verwendung der Mehrfachemitter-Transistoren 124 und I26 und durch di.e Verwendung der Mehrfachemitter-Transistoren .1.27 und I5Ö zum Erreichen einer Vorspannung dafür bestimmt. Die Konstante K der Gleichung (32) kann einfach durch den Aufbau der verschiedenen Transistoren als Mehrfachemitter-Transistoren bestimmt werden«

Daher ändert sich die Au sg-mgs spannung vom Anschluß abhängig vom Ein^angsstrom von der Quelle 111 und ändert sich die Verstärkung der Schaltung exponentiell mit der zwischen den Basen der Transistoren 133, 136 und den Basen, der Transistoren 134 und I35 angelgeten Steuerspannung V„

Selbstverständlich sind noch rindere Ausfüliruigsformen .Tiöglich.

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SH

Leerseite

Claims

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-COOO MÜNCHEN 22

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Dr.rer.nat. W. KÖRBER ^ ⁽⁰⁸⁹⁾ " ²⁹ " ⁸⁴

Dipl.-Ing. J.SCHMIDT-EVERS
PATENTANWÄLTE

2 8. Juli 1981

SONY CORPORATION

7-35 Kitashinagawa 6-chome

Shinagawa-ku

TOKYO/JAPAN

ANSPRUCHE

1■./ Verstärkungsregler, .
gekennzeichnet durch,

eine ein Eingangssignal empfangende Eingangseinrichtting, einen ersten Differenzverstärker (21)_t dessen Eingang mit der Eingangseinrichtung verbunden ist und mit erstem und zweitem differentieilen Ausgangsanschluß, einen zweiten Differenzverstärker (22), dessen Eingang mit der Eingangseinrichtung gekoppelt ist und mit erstem und zweitem differentiellen Ausgangsanschluß, ein erstes Paar (31) von Transistoren (33 3^) eines Leitfähigkeitstyps, der en Emitter gemeinsam mit dem ersten differentiellen Ausgangsanschluß des ersten Differenzverstärkers (21) gekoppelt sind und die Basen und Kollektoren besitzen,

ein zweites Paar (32) von Transistoren (25,26) mit zum ersten Paar (3I) entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, deren Emitter gemeinsam mit dem ersten differentiellen Ausgangsauschlixß des zweiten Differenzverstärkers (32) verbunden sind, wobei j_er Kollektor eines Transistors

des ersten Paares (3I) mit dem Kollektor eines Transistor! des zweiten Paares (32) und der Kollektor des anderen Transistors des ersten Paares (3I) mit dem Kollektor des anderen Transistors des zweiten Paares (32) verbunden sind und wobei die Basis jedes Transistors jedes Paares (31,32) mit der jeweiligen des anderen Transistors des anderen Paares (32,3t) verbunden ist., eine Rückkopplungseinrichtung, die Kollektoren der einen Transistoren mit der Eingaugseinrichtuig verbinde· t, eine Kopplungseinrichtung, die den zweiten Differenzverstärker (22) mit einem gefflDinsamen Bezugspunkt verbindet ,

eine Aus^angseinrichtung, die mit den Kollektoren d'sr anderen Trans:i s koren des ersten uad zweiten Paares (3^X/ 32) verbunden ist, und

eine Steuereingangseinrichtung (3^,39) zum Anlegen einer SteuerSpannung (V" ) zwischen den Basen der Transistoren jedes von erstem und zweitem Paar (31,32).

2. Verstärkungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet

• daß der erste Differenzverstärker (2L) ein Paar von Transistoren (23,24) eines Leitfähigkeitstyps aufweist, mit miteinander gekoppelten Emittern_/mit Basen, deren eine * den Eingang bildet und mit Kollektoren, die erstes bzw^^WVl\rierentielles Ausgang.ssignal erreichen, daß der zweite Differenzverstärker (22) ein Paar von Transistoren (25,26) entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps besitzt mit miteinander gekoppelten Emittern, mit Basen deren eine den Eingang bildet, und mit Kollektoren, die erstes und zweites differentielles Ausgangssignal erreichen,

daß eine Vorspannungseinrichtung ( 17^18) die anderen Basen auf vorgegebene Pegel vorspannt und daß eine Konstantstromeinrichtung erreicht, daß ein

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Konstantstrom von don Emittern des ersten IHfferenzverstärkers

(21) zu den Emittern des zweiten Differenzverstärkers

(22) fließt.

3· Verstärkungsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die KonstantStromeinrichtung eine erste Konstantstromquelle (15)» die m/.t den Emittern des ersten Differenzverstärkers (21) verbunden ist, und eine zweite Konstantstromquelle (16) aufweist, die mit den Emittern des zweiten Differenzverstärkers (22) gekoppelt ist,

k. Verstärkungsregler nach Anspruch 2 oder 3₅ dadurch gekennzeichnet,

daß jede Konstantstromquelle einen Transistor, der kollektorseitig mit den Emittern der jeweiligen Differenzverstärker verbunden ist, mehrere miteinander mit einer Spannungsquelle verbundene Emitter und eine Basis aufweist, und eine Vorspannungseinrichtung aufweist, die mit einer derartigen Basis verbunden ist.

5· Verstärkungsregler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Eingangseinrichtung einen Fehlerverstärker (12) aufweist, der zum Empfang des Eingangssignals angeschlossen ist und dessen Ausgang mit dem Eingang jedes Differenzverstärkers (21,22) gekoppelt Lst, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Rückkopplungseinrichtung anzuschließcn.

6. Verstärkungsregler nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet,

daß die Eingangseinrichtung weiter eine Linearisierungsimpedanz zwischen dem Ausgang des Fehlerverstärkers (12) und den Eingängen von sowohl erstem als auch zweitem

BAD ORIGfNAL

Differenzverstärker (21,22) enthält.

7. Verstärkungsregler nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die jeweiligen Transistoren jedes ersten und zweiten Differenzverstärkers (21_/22)_/ ieren Basis das Eingangssignal zaführt, kollektorseitLg den ersten differentiellen Ausgangsanschluß bilden.

8. Verstärkungsregler nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet,

daß die Eingangseinrichtung einen Operationsverstärker (12) aufweist, dessen nicht-inverfcierender Eingang zum Empfang des Eingangssignals angeschlossen und auch mit der RückkoppluHgseinrichtung verbunden ist, wobei der invertierende Eingang mit dem gemeinaamen Bezugspunkt verbunden ist, und wobei der Ausgangsanschluß mit den

r Eingängen des ersten und des aweiten Differenzverstärkers

{21,22) verbunden ist.

9"· . Verstärk^ungsregler nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der jeweilige Transistor des ersten und zweiten Differenzverstärkers (21,22), dessen Basis deren Eingang bildet, kollektorseitig den zweiten d.Lfferentiellen Ausgangsanschluß bildet.

10. Verstärkungsregler mich Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet,

daß die Eingangseinrichtung einen Operationsverstärker (12) aufweist, dessen invertierender Eingangsanschluß zum Empfang des Eingangssignals angeschlossen und auch mit der Rückkopplungseinrichtung verbunden ist, wobei der iächt_invertierende Eingang mit dem gemeinsamen Bezugspunkt verbunden ist und wobei der Ausgangsanschluß

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mit den Eingängen des ersten und des zweiten Differenzverstärkers (2I,22) verbunden ist.

11. Verstärkungsregler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die Eingangseinrichtung weiter einen Linearisierungswiderstand aufweist, d<5r zwischen dem Ausgangsanschluß und. den Eingängen des ersten and des zweiten Differenzverstärkers (21,22) angeordnet ist.

12. Verstärkungsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, , dadurch gekennzeichnet,,

daß die Eingangseinrichtung einen Operationsverstärker (12) mit einem invertierenden und einem nicht_invertierenden Eingang aufweist- deren einer zum Empfang des Eingangssignals angeschlossen und auch mit der Rückkopplungsoinrichtung verbunden ist, deren anderer mit dem gemeinsamen Bezugspunkt verbunden ist, wobei ein Ausgangsanschluß mit den Eingängen von erstem und zweitem Differenzverstärker (21,22)- verbunden ist.

13. Verstärkungsregler nach Ansprach 12, dadurch gekennzeichnet,

daß die Eingangseinrichtung weiter eine erste und eine zweite Vorspannungseinrichtung (13,14.·) aufweist, die zwischen dem Aasgangsanschluß des Operationsverstärkers (12) und dem jeweiligen Eingang des ersten bzw. des zweiten Differenzverstärkers (21 22) angeordnet Sind, um im wesentlichen eine konstante Spannungsdifferenz dazwisGhea jeweils aufrecht zu erhalten»

lh.. Verstärkungsregler nach Anspruch I3, daurch gekennzeichnet,

daß erste und zweite Vorspaunungseinrichtung jeweils einen Transistor aufweist, der emitterseitig m.i h dem

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Eingang des jeweiligen Differenzverstärkers (21,22), basisseitig mit dem Ausgangsansoliluß des Operationsverstärkers (12) und kollektorseitig mit dem gemeinsamen Bezugspunkt verbunden ust.

15· Verstärkungsregler nach \nspruch Ik, dadurch gekennzeichnet,

daß die Transistoren (53,5^) von erster und zweiter Vorspannungseinrichtung komplementären Leitfähigkeitstyp besitzen, wobei die erste und die zweite Vorspannung;= einrichtung jeweils eine Konstantstromquelle (51,52) aufweist, die mit dem Emitter des jeweiligen Transistors verbunden ist,

16. Verstärkungsregler nach einem d?r Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzei chnet,

daß die Ausgangseinrichtung einen Strom/Spannuagswandler (70/72) aufweist, dessen Eingang mit den Kollektoren der anderen Transistoren verbunden ist, und dessen Ausgang ein verstärkungsgeregeltes Signal abgibt.

17- Verstärkungsregler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

daß der Strom/Spannuugs-Wandler einen Operationsverstärker (70), der eingangsseitIg als Eingang und • lusgangsseitig uls Ausgang angeschlossen ist, und eine Rückkopplungsimpedanz (72) aufweist, die dessen Eingangs- und Ausgangsanschluß überbrückt.

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