DE3311639A1 - Verstaerker mit steuerbarer aufteilung der verstaerkung auf hintereinandergeschaltete verstaerkerstufen - Google Patents

Description

RCA 76,634 Sch/Vu
U.S. Ser. No. 363,869
vom 31. März 1982

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Verstärker mit steuerbarer Aufteilung der Verstärkung auf hintereinandergeschaltete Verstärkerstufen

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verstärker mit in Kaskade geschalteten Verstärkerstufen und betrifft insbesondere neue Bauformen solcher Verstärker unter Einbe-Ziehung der Möglichkeit, wie Verstärkung unter den in Kaskade geschalteten Verstärkerstufen aufzuteilen.

Gemäß den Prinzipien der Erfindung ist ein Verstärkungsregler- einer ersten und einer zweiten Verstärkerstufe eines Verstärkers zugeordnet,, welche für die Signalverstärkung in Kaskade miteinander geschaltet sind. Der Verstärkungsregler stellt gleichzeitig die jeweiligen Verstärkungen der ersten und zweiten Verstärkerstufe in einander entgegengesetzten Richtungen ein, wobei die jeweiligen Verstärkungseinstellungen in ihrer Größe so aufeinander abgestimmt sind, daß die Aufteilung der Verstärkung auf die einzelnen Stufen sich ohne Störung der Gesamtverstärkung des Verstärkers ändert. ·

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält jede der gerogelten Verstärkerstufen ein als Differenzverstärker geschaltetes Transistorpaar, wobei die Emitter dieser Transistoren an den Kollektor eines Stromquellentransistors angeschlossen sind. Die Basis-Emitter-Strecken der Strom- . quellentransistoren für die jeweiligen Verstärkerstufen liegen in Reihe uiit einer gemeinsamen Vorspannungsquelle. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke eines der Stromquellentransistoren ist eine veränderbare Gleichstromimpedanz geschaltet. Veränderungen dieser Parallelimpedanz führen zu komplementären Änderungen der Spannungen V der jeweiligen Stromquellentransistoren und zu entsprechend komplementären Veränderungen der Verstärkungen der jeweiligen Stufen. Da auf diese Weise die Aufteilung der Verstärkung auf die einzelnen Stufen verändert wird, bleibt die Gesamtverstärkung des Verstärkers im wesentlichen konstant und unabhängig von den Impedanzänderungen.

Beispielsweise umfaßt die veränderbare Gleichstromimpedanz die Kollektor-Emitter-Strecke eines zusätzlichen Transistors. Der Basis-Emitter-Strecke dieses zusätzlichen Transistors wird ein veränderbarer Vorstrom zur Veränderung der Leitfähigkeit seiner Kollektor-Emitter-Strecke zugeführt.

Eine Anwendungsbeispiel der Erfindung liegt in einer einstellbaren Unterdrückung eines mittleren Amplitudenbereichs eines Signals (im angelsächsischen Sprachgebrauch als Signal-"coring" bezeichnet), wie es etwa in der U.S. Patentanmeldung Ser. No. 363,868 (Titel "Adjustable Coring Circuit") beschrieben ist. Bei einer solchen Unterdrückungsschaltung wird das Signal, von dem ein Teil unterdrückt werden soll, dem Eingang eines linearen Verstärkers und dem Eingang eines Begrenzerverstärkers zugeführt, und die Ausgangssignale dieser Verstärker werden gegenphasig zu dem Signal mit unterdrücktem Anteil kombiniert. Der Begrenzerverstärker enthält ein Paar in Kaskade geschalteter Verstärkerstufen, zwischen denen die Verstärkung in der

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hier beschriebenen Weise aufgeteilt wird. Da die Aufteilung der Verstärkung zwischen den einzelnen Stufen veränderbar ist, läßt sich der Pegel der Amplitudenunterdrückung durch die Schaltung verändern. Hält man die Gesamtverstärkung des Begrenzerverstärkers im wesentlichen konstant und paßt sie für diesen Fall der Verstärkung des linearen Verstärkers in geeigneter Weise an, dann ist auch bei Veränderungen der Verstärkungsaufteilung sichergestellt, daß die Amplitudenunterdrückung bei allen eingestellten Unterdrückungspegeün richtig erfolgt.

Andere Anwendungsbeispiele der Erfindung seien hier ebenso ins Auge gefaßt, etwa bei Systemen zur automatischen Verstärkungsregelung des Zwischenfrequenzverstärker eines Fernsehempfängers und die Verwendung bei Systemen zur automatischen oder von Hand erfolgenden Verstärkungsregelung des Farbkanals eines Farbfernsehempfängers.

In der beiliegenden Zeichnung zeigt die einzige Figur teil-20. weise als Blockschaltbild einen.Verstärker gemäß der Erfindung.

Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt die Eingangsstufe eines mehrstufigen Signalverstärkers einen ersten Differenzverstärker 20 mit einem Paar NPN-Transistoren 23, 25, deren Emitter zusammengeschaltet sind. Die Basen der Transistoren 23 und 25 liegen an Anschlüssen I bzw. I¹ einer Signalquelle 11, so daß ein Signal, welches durch die Differenz zwischen den Potentialen an den Signalquellenan-Schlüssen I, I^f wiedergibt,'vom Verstärker 20 verstärkt wird. Das verstärkte Signal erscheint gegenphasig an jeweiligen Lastwiderständen 24, 26, die zwischen den positiven Anschluß (+V) einer Betriebsspannungsquelle und den Kollektor jeweils eines der Transistoren 23 und 25 geschaltet sind. Der Betriebsstrom des Verstärkers 20 wird durch die Vorspannung eines NPN-Stromquellentransistors 21 bestimmt, der mit seinem Kollektor direkt an den zusammen-

geschalteten Emittern der Transistoren 23 und 25 und mit seinem Emitter direkt am negativen Anschluß (beispielsweise Masse) der Betriebsspannungsquelle liegt.

Die Ausgangsstufe des dargestellten mehrstufigen Signalverstärkers umfaßt einen zweiten Differenzverstärker 30, der in Kaskade mit dem ersten Differenzverstärker 20 geschaltet ist. Der Differenzverstärker 30 enthält ein Paar NPN-Transistoren 33, 35 mit zusammengeschalteten'Emitterelektroden. Die Basen der Transistoren 33 und 35 sind an die Kollektoren der Transistoren 25 bzw. 23 angeschlossen und werden durch die jeweiligen Ausgangssignale des Differenzverstärkers 20 angesteuert. Ein Ausgangssignal des mehrstufigen Verstärkers erscheint über einer Last 34, die· zwischen dem Anschluß +V und dem Kollektor des Transistors 33 liegt. Ein gegenphasiges Ausgangssignal des mehrstufignn Verstärkers tritt über einer Last 36 auf, die zwischen dem Anschluß +V und dem Kollektor des Transistors 3 5 liegt. Der Betriebsstrom des Verstärkers 30 wird durch die Vorspannung eines NPN-Stromquellentransistors 31 bestimmt, der mit seinem Kollektor direkt an den zusammengeschalteten Emittern liegt und mit seinem Emitter an die Basis des Stromquellentransistors 21 angeschlossen ist.

Um die Basis-Emitter-Ubergänge der Stromquellentransistoren 31, 21 in Durchlaßrichtung vorzuspannen, ist der positive Anschluß der Gleichvorspannungsquelle 40 über einen Widerstand 41 mit der Basis des Transistors 31 verbunden, und dieser Verbindungspunkt liegt über die Reihenschaltung eines Paares durch die Vorspannungsquelle 40 in Durchlaßrichtung vorgespannter Dioden 42, 4 3 an dem geerdeten negativen Anschluß dieser Quelle 40.

Ein zusätzlicher NPN—Transistor 53 liegt mit seinem Kollektor unmittelbar an der Basis des Transistors 21 und mit seinem Emitter direkt am geerdeten Emitter des Transistors 21, so daß seine Kollektor-Emitter-Strecke im Nebenschluß

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zur Bäsis-Emitter-Strecke des Stromquellentransistors 21 liegt. Der positive Anschluß einer veränderbaren Gleichspannungsquelle 50 liegt über einen Widerstand 51 an der Basis des Transistors 53, und dieser Verbindungspunkt liegt . 5 über eine Diode 52, welche so gepolt ist, daß sie von der Spannungsquelle 50 in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, an dem geerdeten negativen Anschluß dieser Quelle 50.

Vorzugsweise sind die Dioden 42, 43 und 52 durch als Diode geschaltete NPN-Transistoren gebildet, deren Kollektor unmittelbar an ihrer Basis liegt.

Wird im Betrieb der dargestellten Schaltung die Spannung am positiven Anschluß der Quelle 50 verändert, dann ändert sich die Vorspannung des Transistors 53 und damit die Leitfähigkeit seiner Kollektor-Emitter-Strecke. Der Basis-Emitter-Nebenschluß des Stromquellentransistors 21 wird somit durch eine Gleichstromimpedanz veränderlicher Größe, die von der Größe der dem Widerstand 51 von der Quelle 50 zugeführten positiven Spannung abhängt, überbrückt. Bei zunehmender positiver Spannung sinkt die Uberbrückungsimpe-• danz, während eine Abnahme der positiven Spannung die überbrückungsimpedanz anwachsen läßt.

Die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 31 bildet einen Spannungsteiler mit der Parallelschaltung von a) der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 21 und b) der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 53 zur Teilung der über den in Reihe geschalteten Dioden 42, 4 3 auftretenden Spannung gemäß einem Teilerverhältnis, welches von der Leitfähigkeit des Transistors 53 abhängt. Wird die vom Transistor 53 gebildete Überbrückung^impedanz kleiner, dann sinkt die Basis-Emitter-Spannung (V, ) des Stromquellentransistors 21, und damit wächst in komplementärer Weise die Basis-Emitter-Spannung des Stromquellentransistors 31 . Wenn umge<kehrt die'vom Transistor 53 gebildete Uberbrückungsimpedanz größer wird, dann sinkt die Spannung V, des Transistors 21,

-ΙΟund daruit geht eine komplementäre Abnahme der Spannung V, des Transistors 31 einher.

Als Folge der Veränderung der von der Quelle 50 zugeführten Spannung treten somit komplementäre Änderungen der Betriebsströme der Differenzverstärker 20 und 30 auf, und damit ergeben sich komplementäre Veränderungen der jeweiligen Verstärkungen der beiden in Kaskade geschalteten Stufen des mehrstufigen Verstärkers. Da die Veränderung der vom Tra-nsistor 53 gebildeten Gleichstromimpedanz eine vernachläßigbare Wirkung auf die Vorspannung an den Dioden 42, 43 hat, bleibt die Gesamtverstärkung des mehrstufigen Verstärkers, die proportional dem Produkt der Größen der Betriebsströme der jeweiligen Stufen ist, im wesentlichen unbeeinflußt, wenn die Aufteilung der Verstärkung auf die jeweiligen Stufen verändert wird. ■

Die obengenannten Eigenschaften lassen sich mit Vorteil bei der Amplitudenauswahlschaltung benutzen, wie sie in der oben erwähnten US-Patentanmeldung Ser. No. 363,868 beschrieben ist. Bei einer solchen Anwendung der Erfindung dienen die Differenzverstärker 20 und 30 als in Kaskade geschaltete Stufen eines mehrstufigen Begrenzungsverstärkers, dessen Ausgangssignal gegenphasig mit dem Ausgangssignal eines linearen Verstärkers zusammengefaßt wird, der einen parallen Signalübertragungsweg der von einer gemeinsamen Quelle stammenden Eingangssignale bildet. Die Gesamtverstärkung des Begrenzerverstärkers, die durch die Vorspannung bestimmt wird, welche über den Dioden 42, 43 aufgrund der Quelle 40 entsteht, wird auf Gleichheit der Verstärkung des parallelen linearen Übertragungsweges eingestellt, so daß bei der Signalkombination eine genaue Auslöschung eines Amplitudenteils der Eingangssignale erfolgt. Die Tiefe oder der Pegel für diese Auslöschung läßt sich jedoch über die Verteilung der Verstärkung zwischen den in Kaskade geschalteten Stufen des Begrenzerverstärkers verändern entsprechend einer Veränderung der von der Quelle 50 gelieferten Spannung.

Eine Verschiebung dieser Aufteilung im Sinne einer Erhöhung der Verstärkung der Eingangsstufe verringert den • Amplitudenauslöschungspegel (also verkleinert die Größe des aus den Eingangssignalen herausgeschnittenen Amplitudenbereichs), während eine Verschiebung der Aufteilung im Sinne einer Verringerung der Verstärkung der Eingangsstufe diesen Amplitudenpegel vergrößert. Da jedoch die Gesamt-. verstärkung des Begrenzerverstärkers durch diese Änderungen der Verstärkungsaufteilung unbeeinflußt bleibt, wird die Genauigkeit dieser Amplitudenausschälung bei allen gewählten Ausschälurigspegeln sichergestellt.

Zusätzlich können andere Anwendungen der Erfindung erwünscht sein, nämlich eine unabhängige Änderung der Gesamtverstärkung des mehrstufigen Verstärkers. In einem solchen Falle kann die Quelle 40 beispielsweise eine variable Spannung liefern, um die Gesamtverstärkung zu variieren. Beispielsweise können die Differenzverstärker 20 und 30 als in Kaskade geschaltete Stufen eines mehrstufigen Zwischenfrequenzverstärkers in einem Fernsehempfänger dienen, wobei die Quelle 40 durch ein durch die Synchronisationsamplitude gesteuertes Verstärkungsregelsystem gebildet wird. Über einen geeigneten Bereich der Regelspannung für die automatische Verstärkungsregelung kann die Quelle 50 5 auch von einer Spannung beeinflußt werden, die aus dem Regelsystem abgeleitet wird, um eine Konzentration der Verstärkungsregelwirkung von einer Stufe auf eine andere Stufe relativ zu verändern. Bei solchen Anwendungen wirkt der Effekt von Änderungen der Quelle 50 in einem gewünschten Ausmaß dem Effekt von Änderungen der Quelle 40 auf die Verstärkung der einen Stufe entgegen, während der Effekt von Änderungen der Quelle 50 den Effekt von Änderungen der Quelle 40 auf die Verstärkung der anderen Stufe unterstützt.

Bei einer anderen beispielhaften Anwendung der Erfindung können die Differenzverstärker 20 und 30 als in Kaskade geschaltete Stufen im Farbkanal eines Farbfernsehempfängers

innerhalb der geschlossenen Schleife des automatischen Farbregelsystems dienen, wobei die Farbregelspannung von der Amplitude der Farbsynchronkomponente abhängt, die vom Ausgang der Stufe 30 abgeleitet wird. Wenn die den Empfängerdemodulatoren zugeführte Farbkomponente vom Ausgang der Stufe 20 anstatt der Stufe 30 abgeleitet wird, dann kann die Quelle 50 beispielsweise zur Handeinstellung der Farbsättigung dienen, indem die Größe der übertragenen Farbkomponente ohne Beeinflussung der Farbregelschleifenver-Stärkung veränderbar ist (da die Ausgangsamplitude der Stufe 30 durch Veränderungen der Verstärkungsaufteilung praktisch nicht beeinflußt wird).

Während hier als Beispiel Anwendungsfälle der Erfindung speziell im Zusammenhang mit Änderungen der Verstärkungsaufteilung zwischen zwei in Kaskade geschalteten Stufen beschrieben worden sind, so liegt es doch auf der Hand, daß die Prinzipien der Erfindung sich auch auf eine größere Anzahl hintereinandergeschalteter Stufen erweitern lassen. 20

Claims (5)

1. RCA 76,634 Sch/Vu
   U.S. Ser. No. 363,869
   vom 31. März 1982

   RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

   Patentansprüche

   ^:1)' Verstärker, gekennzeichnet durch eine erste und eine ' zweite, in Kaskade geschaltete Signalverstärkerstufe (20 bzw. 30), und durch eine mit der ersten und der zweiten Signalverstärkerstufe gekoppelte Verstärkungsregelschaltung (50 bi^:s 53) zur gleichzeitigen Veränderung der jeweiligen Verstärkungsgrade der ersten und zweiten Signalverstärkerstufe in einander entgegengesetzten Richtungen derart, daß die Aufteilung der Verstärkung zwischen den Stufen im wesentlichen ohne Beeinflussung der Gesamtverstärkung des Verstärkers verändert wird.
2. 2) Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle (50) einer Gleichvorspannung vorgesehen ist, daß die erste Signalverstärkerstufe (20) ihren Betriebsstrom vom Kollektor eines ersten Stromquellentransistors (11) bezieht, daß die zweite Signalverstärkerstufe (30) ihren Betriebsstrom vom Kollektor eines, zweiten Stromquellentransistors (31) bezieht, daß die Basis-Emitter-Strecken des ersten und zweiten Stromquellentransistors in Reihe über die Gleichvorspannungsquelle geschaltet sind und daß die Verstärkungsänderungsschaltung eine über die. Basis-Emitter-Strecke eines der Stromquellentransistoren geschaltete veränderbare Gleichstromimpedanz (53) enthält.
3. 3) Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Signälverstärkerstufe (20 bzw.

   30) einen ersten und einen zweiten Transistor (21 bzw. 31) enthalten, die jeweils Basis-, Emitter- und Kollektorelektroden aufweisen, daß die ersLe Signalverstärkerstufe ihren Betriebsstrom vom Kollektor des ersten Transistors bezieht , und die zweite Signalverstärkerstufe ihren Betriebsstrom vom Kollektor des zweiten Transistors bezieht, daß eine Quelle einer Gleichvorspannung (42,43) vorgesehen ist, daß zur Durchlaßvorspannung der Basis-Emitter-Ubergänge des ersten und zweiten Transistors eine Vorspannungsschaltung vorgesehen ist, welche eine Einrichtung (41,42,43), mit Hilfe deren die Basis-Emitter-Strecken des ersten und zweiten Transistors in Reihe über die Vorspannungsquelle geschaltet werden, enthält, und daß die über die Basis-Kmitter-Strecke einer, der Transistoren eine veränderbare Gleichstromimpedanz (53) gekoppelt ist.
4. 4) Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbare Gleichstromimpedanz einen· dritten Transistor (53) mit Basis, Emitter und Kollektor aufweist und die Kollektor-Emitter-Strecke des dritten Transistors über die Basis-Emitter-Strecke des einen Transistors (21) geschaltet ist.
5. 5) Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß über die Basis-Emitter-Strecke des dritten Transistors eine Diode (52) geschaltet ist, und daß zur Bildung einer gleichstromdurchlässigen Kopplung zwischen der Basis des dritten Transistors und einer veränderbaren Gleichspannungsquelle eine Koppelschaltung mit einem Widerstand (51) vorgesehen ist.

   6) Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsquelle eine Mehrzahl in Reihe geschalteter Halbleiterübergänge (42,43) enthält, zu denen die Reihenschaltung eines zweiten Widerstandes (41) mit einer Gleichspannungsquelle (40) parallelgeschaltet ist.

   ' 7) Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Signalverstärkerstufe (20) einen vierten und einen fünften Transistor (23,25) mit jeweils Basis, Emitter ' und Kollektor aufweist, daß die Emitter des vierten und fünften Transistors zusammen an den Kollektor des ersten Transistors (21) angeschlossen sind, und daß die zweite • · Signalverstärkerstufe (30) einen sechsten und einen siebten Transistor (33,35) mit jeweils Basis, Emitter und Kollektor aufweist und die Emitter des sechsten und siebten Transistors zusammen am Kollektor des zweiten Transistors (31) 5 liegen.

   8) Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Basis des vierten und fünften Transistors (23,25) eine Quelle (11) für zu verstärkende Signale gekoppelt ist, daß die Basen des sechsten und siebten Transistors (33,35) im Gegentakt von an den Kollektoren des vierten und fünften Transistors auftretenden verstärkten Signalen angesteuert werden, und daß die Gegentaktausgang'ssigna-Ie von den Kollektoren des sechsten und siebten Transistors 5 abgenommen werden.

   1 9) Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Transistor der erste Transistor (21) ist und daß der zweite Widerstand (41) zwischen die Gleichspannungsquelle (40) und die Basis des zweiten Transistors (31) ge-

   5 schaltet ist.