DE3218501A1 - Schaltungsanordnung zur gegensinnigen verstaerkungssteuerung - Google Patents

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL/Sar/lh Theodor-Stern-Kai 1 UL 82/37

D-6000 Frankfurt 70

Beschreibung

"Schaltungsanordnung zur gegensinnigen Verstärkungssteuerung"

Zusatz zu DBP (Patentanmeldung P 31 48 202.3)

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

In der deutschen Patentanmeldung P 31 48 202 ist eine Schaltungsanordnung beschrieben, die es erlaubt, zwei sogenannte OTA-Verstärker (operational transconductance amplifiers) mit großer Genauigkeit gegensinnig zu steuern, d.h., wenn einer der beiden Verstärker auf eine z.B. 10 dB höhere Verstärkung gesteuert wird, wird die Verstärkung des anderen Verstärkers um 10 dB heruntergeregelt.

ORIGINAL INSPECTED

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Freisprecheinrichtungen sollen an den akustischen Verhältnissen zwischen Mikrofon und Lautsprecher sowie an den elektrischen Verhältnissen an der Gabelschaltung des Fernsprechapparates angepaßt werden können. Das bedeutet, daß der von der Sprache gesteuerte Verstärkungsunterschied in den beiden Sprechrichtungen nur so groß sein darf, daß keine Selbsterregung eintritt. Der maximale Verstärkungshub sollte daher begrenzt sein, weil dadurch die Sprachwiedergabe wesentlich verbessert wird. In der oben genannten Patentanmeldung sind bereits Maßnahmen vorgeschlagen worden, die es ermöglichen, den Betrag der maximalen Summenverstärkung einzustellen, jedoch fehlt eine Maßnahme, die den Verstärkungshub beidseitig definiert begrenzt auch dann, wenn die Steuerung der Summenverstärkung wirksam wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den insbesondere aus der Patentanmeldung P 31 48 202 bekannten Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere soll eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art angegeben werden, bei der sowohl die Summenverstärkung als auch der Verstärkungshub in gewünschter Weise einstellbar sind.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst. Durch die angegebene Schaltungsanordnung läßt sich nun sowohl die Summenverstärkung der Verstärker als auch der maximale Verstärkungshub getrennt einstellen. Die Regelung bleibt im gesamten Betriebsbereich stabil. Eine akustische Rückkopplung läßt sich mit Sicherheit vermeiden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Unteransprüchen angegeben.

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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen hierzu:

FIG. 1 das Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;

FIG. 2 die Verstärkungskennlinien bei verschieden

eingestellten Maximal- und Summenverstärkungen.

In FIG. 1 ist die Schaltungsanordnung zur gegensinnigen Verstärkungssteuerung dargestellt. Die Verstärker 1 und 2 sind Verstärker, deren Verstärkung einem Steuerstrom proportional ist. Derartige Verstärker sind unter der Bezeichnung OTA-Verstärker bekannt. Sie sind mit Vorteil in sprachgesteuerten Gegensprech- oder Freisprecheinrichtungen der Nachrichtentechnik einsetzbar. Die Eingangsklemmen der Verstärker 1 und 2 sind mit E1 bzw. E2 bezeichnet und ihre Ausgangsklemmen mit A1 bzw. A2. Über nicht näher bezeichnete Bauelemente wird den Eingängen der Verstärker über die Klemme K1 die erforderliche Vorspannung zugeführt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Betriebsspannung U_R. Sie liegt zwischen der Klemme K2 und Bezugspotential. Die Vorspannung an der Klemme K1 ist mit U_ß/2 gewählt.

Die Steuereingänge der Verstärker sind mit 12 und 22 bezeichnet. Der Steuereingang 12 des Verstärkers 1 ist mit dem Ausgang eines steuerbaren, auf Betriebsspannung liegenden ersten Stromspiegels, bestehend z.B. aus dem Transistor 51 und der Diode 52, und der Steuereingang 22 des Verstärkers 2 ist mit dem Ausgang eines steuerbaren, ebenfalls auf Betriebsspannung liegenden zweiten Stromspiegels, bestehend aus dem Transistor 61 und der bereits genannten Diode 52, verbunden.

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Zwischen den Steuereingängen 12 und 22 der beiden Verstärker 1 und 2 sind zwei in Reihe geschaltete Widerstände R., und R2 geschaltet. Ihr Verbindungspunkt ist rait P bezeichnet.

Zur Konstanthaltung der Summenverstärkung der beiden Verstärker 1 und 2 ist ein Differenzverstärker 4 vorgesehen. Der eine Eingang des Differenzverstärkers 4 ist mit dem Verbindungspunkt P der beiden in Reihe geschalteten Widerstände verbunden und der andere Eingang des Differenzverstärkers ist mit dem Eingang eines auf Bezugspotential liegenden Stromspiegels 73, 74 und mit dem Ausgang eines auf Betriebsspannung liegenden vierten Stromspiegels, bestehend aus dem Transistor 71 und der Diode 72, verbunden. Der mit 73, 74 bezeichnete Stromspiegel ist in FIG. 1 als die Reihenschaltung zweier Dioden symbolisch dargestellt. Die exakte Schaltung dieses Stromspiegels ist eine Nachbildung der in den Verstärkern 1 und 2 verwendeten Stromspiegel, die an die Steuereingänge angeschlossen sind.

Die Ausgänge der Verstärker sind mit einer Steuereinheit verbunden, welche in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Verstärker 1 und 2 ein Steuersignal Ug abgibt.

Die soweit beschriebene Schaltung ist bereits aus der Patentanmeldung P 31 48 202 bekannt. Um nun die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zu lösen, ist die Schaltungsanordnung wie folgt weitergebildet.

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Am Ausgang des ersten Stromspiegels, also am Kollektor des Transistors 51, ist zusätzlich ein PNP-Transistor 14 in Kollektorschaltung mit seinem Emitter angeschlossen. Die Basis des Transistors 14 ist über einen Widerstand 15 mit dem Steuerausgang der Steuereinheit 3 verbunden.

Am Ausgang des zweiten Stromspiegels, also am Kollektor des Transistors 61, ist zusätzlich ein PNP-Transistor in Kollektorschaltung mit seinem Emitter angeschlossen, dessen Basis mit dem Ausgang des Differenzverstäkers 4 verbunden ist. Dieser Ausgang ist über ein Gegenkopplungsnetzwerk, im Ausführungsbeispiel bestehend aus der Reihenschaltung eines Widerstandes 41 mit einer Didoe 42, mit der Basis des Transistors 14 verbunden.

Die Basisanschlüsse der Stromspiegeltransistoren 51 und sind miteinander und mit einer einstellbaren, die maximale Verstärkung der Verstärker 1 und 2 bestimmende erste Stromquelle 56 verbunden. Zur Einstellung der Summenver-Stärkung [dB] von Verstärker 1 und 2 und damit des Verstärkungshubs ist schließlich an die Basis des Stromspiegeltransistors 71 eine einstellbare Stromquelle 75 angeschlossen.

Die beiden Transistoren 14 und 24 in Kollektorschaltung dienen zur automatischen Steuerung der Verstärkung der Verstärker 1 und 2. Ihr Verbindungspunkt des jeweiligen Emitters mit dem jeweiligen Ausgang eines Stromspiegels ist jeweils über eine Diode 13 bzw. 23 mit dem jeweiligen Steuereingang 12 bzw. 22 des Verstärkers 1 bzw. 2 verbunden. Diese Dioden 13 und 23 werden normalerweise in Flußrichtung betrieben und dienen zur Potentialkorrektur, damit zwischen Emitter und Kollektor der Transistoren 14 und 24 eine ausreichende Betriebsspannung liegt.

ORIGINAL

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Die 2u : .den Verstärker 1 und 1 wti Jen u ·~<*ν Veistäriiuii_S Ti₁ bzv/. a₇ durch die in ihre Steuereingänge fließenden Ströme L, bzii. To₂ gesteuert. Die Spannungen U₁ ui'-1 Mj an den Steuereingänge^ 12 bzw. 22 -■ nd ein Maß "¹S f?»r · ..e Verstärkung a in dB, wobei eine Spannungsanderung von 100 mV eine Verstärkungsänderung von etwa 15 dB bewirkt„

Die gegensinnige Verstärkungssteuerung wird durch den aus dem Differenzverstärker 4, den Widerständen R^, R₂ und dem Transistor 24 bestehenden Regelkreis bewirkt. Von diesem wird die Spannung

^UM ^{= (Ö}1 ^{+ U}2^)/2 ~

am Verbindungspunkt P der Widerstände R., und R₂ ^au^ den Sollxiert U„ geregelt, wenn R. = R₂ ist. Da die Verstärkung des Verstärkers 1

^ai EdB] prop. U-. und die des Verstärkers 2 a« [dßl prop. U₂ ist, ist auch die Verstärkungssumme Ca.* -i- a₂) der beiden Verstärker konstant.

Dir- ->"röme I. und I₂ der Stromspiegeltransistoren 51 und 61 . immen äie Maximalverstärkung der Verstärker 1 und

■:5 2. Ein Teil dieses Stromes kann jeweils durch die Transistoren "!4 bzw. 24 nach Masse (Bezugspotential) abgeleitet werden, so da. der in die Verstärker hineinfließende Steuerstrom nur heruiitergeregelt werden, aber niemals ucu Maximalwert I., überschreiten kann. Diese Steuerungsart der Verstärkung hat sich in vorteilhafter Weise stabil gegen Regolschwingungen erwiesen. Mittels des in die Stroraspiegeltransistoren 51 und 61 von der Stromquelle hineingespiegelten ^romes kann somit die maximal mögliche Verstärkung der Verstärker 1 und 2 eingestellt werden.

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Anhand der FIG. 2 soll nun die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung mittels der Verstärkungskennlinien näher erläutert werden. Abszisse ist die Steuerspannung Ug_t in Volt und Koordinate die Verstärkung a in dB.

Zunächst sei angenommen, die Stromquelle 56 liefere den Strom I. = I.., so daß die Steuerströme I, und I2 die Werte I₁₁ bzw. I₂₁ annehmen. Der Strom der Stromquelle betrage I„ = I_H1 = Iw₁, wodurch die Spannung Uw den Wert U_M1 annehme.

Ist nur die Steuerspannung der Steuereinheit 3 Ug.>1,5 V, so ist der Transistor 14 gesperrt und der Steuerstrom Ig₁ des Verstärkers 1 ist I₅₁ = I₁₁. Damit ist die Verstärkung des Verstärkers 1

a₁ = a₁ (Kurventeil b).

Die Verstärkung des Vestärkers 2 wird durch den Differenzverstärker 4 bestimmt. Er steuert den Transistor 24 soweit auf, daß

^a2min ^{= k}1 - ^a1max (Kurventeil c)

Ck₁ ist eine erste Konstante).

Sinkt nun die Steuerspannung Ug unter etwa 1,3 V, so wird der Transistor 14 mehr und mehr aufgesteuert, wodurch der Steuerstrom Ig₁ und damit die Verstärkung des Verstärkers 1 abnimmt (Kurventeil d). Die absinkende Spannung U₁ am Steuereingang des Verstärkers 1 veranlaßt den Differenzverstärker 4 den Transistor 24 mehr und mehr zu sperren, so daß der Steuerstrom I_g2 und damit die Verstärkung a₂ des Verstärkers 2 zunimmt (Kurventeil e). Die Regelung des Verstärkers 4 bewirkt, daß stets gilt:

a₁ + a₉ = k₁ (Kurventeile d und e).

I Li I

ORiGiNAL INSPECTED

„ .Λ/

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Sinkt die Steuerspannung Ug. unter 0,8 V, so wird der Transistor 24 völlig gesperrt, so daß für den Verstärker 2 der Steuerstrom I^ ⁼ I?1 ^un<* damit die Verstärkung

a₇ = a~ „ wird.
Z Zmax

Das weitere Absinken der Spannung U« am Steuereingang des Verstärkers 1 und damit der Spannung UA am Eingang des Verstärkers 4 läßt die Ausgangsspannung U* positiver werden, als es zum Sperren des Transistors 24 erforderlich ist. Dadurch wird die Diode 42 der Rückkopplung leitend und die in positiver Richtung zunehmende Spannung U₄ wirkt der abnehmenden Steuerspannung U~ der Steuereinheit 3 über die Widerstände 41 und 15 entgegen, derart, daß Transistor 14 nur soweit gesperrt wird, daß ^a1min ^{= k}1 - ^a2max (Kurventeile f und g) bleibt.

Wie ersichtlich, begrenzen die einstellbaren Ströme I., und Ij die Verstärkungen der Verstärker 1 und 2 auf a. bzw. auf a2 . Die minimale Verstärkung a^ · des Verstärkers 2 ist gegeben, wenn der Transistor 14 vollständig gesperrt ist und die Regelung über den Verstärker 4 den Transistor 24 so weit öffnet, daß gilt:

^a2min ^{= k}1 ^a1max·
Die minimale Verstärkung a* · des Verstärkers 1 ist bestimmt bei einem vollständig gesperrten Transistor 24 durch die Regelung des Differenzverstärkers 4 über die Gegenkopplung 41, 42 auf die Basis des Transistors 14, so daß gilt:

a, . = ki - a_o

1mm 1 2max

Die strichpunktierte Kurve der FIG. 2 wird dann erreicht, wenn bei gleichem Strom I... der Stromquelle 56 der Strom

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Iu₁ der Stromquelle 75 auf I,., ^un(* damit die Spannung Uw

auf Uw₂ erhöht wird. Hierdurch steigt die Summenverstärkung auf:

CL ■< * CL s\ ^ Ix ^ r Ix <| ·

Wie aus FIG. 2 ersichtlich, ändern sich durch diese Maßnahmen a, und a~ nicht. Jedoch werden die minimalen Verstärkungen a* . und a,„- auf al · bzw.

imm zmm imin

^a2min heraufgesetzt.

Wird jedoch der Strom I„ der Stromquelle 75 wieder auf den ursprünglichen Wert I_H1 zurückgestellt und der Strom der Stromquelle 56 auf I.~ erniedrigt, so bleibt die Summenverstärkung a ₊ a - k

a₁ a₂ - K₁,

jedoch sinkt, wie die strichlierte Kurve in FIG. 2 zeigt, ^a1max ^{und a}2max ^{auf a}'imax ^bzw" ^a2max· Gleichzeitig steigen die Verstärkungen a₁_-_ und a-_. auf a"!-_ bzw. ao'.

1min ^{und a}2min ^{au£ a}min ^bzw" ^a2min'

so daß durch diese Maßnahme der Verstärkungshub erniedrigt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist folglich über die Stromquelle 56 die maximale Verstärkung der

beiden Verstärker 1 und 2 einstellbar und über die Stromquelle 75 ein gewünschter Verstärkungshub.

Leerseite

Claims (2)

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-Ul/Sar/lh Theodor-Stern-Kai 1 UL 82/37 D-6000 Frankfurt 70 Patentansprüche (Zusatz zu Patentanmeldung P 31 48 202.3 vom 05.12.81) 1 .} Schaltungsanordnung zur gegensinnigen Verstärkungssteuerung von Verstärkern, deren Verstärkung einem Steuerstrom proportional ist, insbesondere von sogenannten OTA-Verstärkern., in sprachgesteuerten Gegensprech- oder Ö5 Freisprecheinrichtungen der Nachrichtentechnik, die folgende Merkmale umfaßt: a) das Produkt der Verstärkungsfaktoren der jeweils beiden gegensinnig zu steuernden Verstärker (1,2) ist annähernd konstant oder eine vorgebbare Funktion, b) der Steuereingang (12) des ersten Verstärkers (1) ist mit dem Ausgang eines steuerbaren, auf Betriebsspannung liegenden ersten Stromspiegels (51, 52) und der Steuereingang (22) eines zweiten Verstärkers (2) ist mit dem Ausgang eines steuerbaren, auf Betriebsspannung liegenden zweiten Stromspiegels (61, 52) verbunden, - 2 - UL 82/37 c) zwischen den Steuereingängen (12, 22) der beiden Verstärker (1, 2) sind zwei in Reihe geschaltete Widerstände (R1, R9) geschaltet, d) zur Konstanthaltung der Summenverstärkung ist ein Differenzverstärker (4) vorgesehen, e) der eine Eingang des Differenzverstärkers (4) ist mit dem Verbindungspunkt (P) der beiden in Reihe geschalteten Widerstände (R,, R2) verbunden, f) der andere Eingang des Differenzverstärkers (4) ist mit dem Eingang eines auf Bezugspotential liegenden dritten Stromspiegels (73, 74) und mit dem Ausgang eines auf Betriebsspannung liegenden vierten Stromspiegels (71, 72) verbunden, insbesondere nach DBP (Aktenzeichen P 31 48 202.3), dadurch gekennzeichnet, daß g) am Ausgang des ersten Stromspiegels zusätzlich ein erster Transistor (14) in Kollektorschaltung mit seinem Emitter angeschlossen ist, h) die Basis des ersten Transistors (14) über einen Widerstand (15) an einer mit den Ausgängen der beiden Verstärker (1, 2) verbundenen Steuereinheit (3) angeschlossen ist, i) am Ausgang des zweiten Stromspiegels (61** zusätzlich ein zweiter Transistor (24) in Kollektorschaltung mit seinem Emitter angeschlossen ist, j) die Basis des zweiten Transistors (24) mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (4) und über ein Gegenkopplungsnetzwerk (41, 42) mit der Basis des ersten Transistors (14) verbunden ist, 30 - 3 - UL 82/37 k) die Basisanschlüsse der Stromspiegeltransistoren der ersten und zweiten Stromspiegel (51, 61) miteinander und mit einer einstellbaren, den Verstärkungshub bestimmenden ersten Stromquelle (56) verbunden sind 05 und

1) an die Basis des Stromspiegeltransistors des vierten Stromspiegels (71, 72) eine einstellbare, die Summenverstärkung bestimmende zweite Stromquelle (75) angeschlossen ist. 10

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenkopplungsnetzwerk aus der Reihenschaltung eines Widerstandes (41) und einer Diode (42) besteht. 15