DE3329663C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Signalübertragungs­ system, dessen Verstärkung elektronisch einstellbar ist und bei dem ein unerwünschter Temperatureinfluß auf die Ver­ stärkung kompensiert ist.

Mehrstufige Signalübertragungssysteme finden beispielsweise bei Rundfunkempfängern Anwendung. Das mehrstufige Signalübertragungs­ system besteht dabei beispielsweise aus Vorverstärker, Mischer, Zwischenfrequenzverstärker und Niederfrequenzverstärker. Bei solchen Signalübertragungssystemen tritt das Problem auf, daß die Verstärkung in den einzelnen Stufen Streuungen aufweist und temperaturabhängig ist. Dies führt z. B. zu entsprechenden un­ erwünschten Änderungen von Schaltschwellen wie z. B. der Schalt­ schwelle einer Mono-Stereo-Umschaltung.

Aus der DD-PS 1 10 726 ist eine Schaltungsanordnung mit exponen­ tiell steuerbarer Übertragungsgröße bekannt, bei der zur Steue­ rung der Verstärkung eine Stromspiegelschaltung vorgesehen ist. Die Steuerung der Verstärkung erfolgt bei der bekannten Schaltungs­ anordnung durch Einstellung einer Differenz der Emitterpotentiale der Transistoren der Stromspiegelschaltung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mehrstufiges Signal­ übertragungssystem anzugeben, bei dem eine möglichst einfache elektronische Einstellung des Verstärkungsgrades für das Ge­ samtsystem sowie eine einfache Temperaturgangkompensation möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem mehrstufigen Signalüber­ tragungssystem der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Stufe vorgesehen ist, die sowohl die Einstellung der Verstärkung als auch die Temperaturkompen­ sation sowie eine Verstärkung bewirkt, daß diese Stufe einen ersten Transistor aufweist, dessen Basis und Kollek­ tor miteinander verbunden sind, daß die Stufe einen zweiten Transistor aufweist, dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist, daß die Emitter der beiden Transistoren eine Potentialdifferenz aufweisen, daß diese Potentialdifferenz derart gewählt ist, daß die Steigung der Verstärkerlinie der Stufe temperaturunabhängig ist, und daß der Stufe außer dem Steuersignal zur Einstellung der Ver­ stärkung ein temperaturunabhängiges Signal zugeführt ist.

Bei dem eingangs als Beispiel genannten mehrstufigen Signal­ übertragungssystem von Rundfunkempfängern ist beispielsweise die erste Zwischenfrequenzverstärkerstufe diejenige Stufe, die sich für die Steuerung nach der Erfindung bevorzugt eignet.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen er­ läutert.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung mit einer Verstärkerstufe und einer Aufbereitungsschaltung für den diese Stufe steuernden Strom.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Verstärkerstufe.

Fig. 3 zeigt die Verknüpfung einer Verstärkereingangsschaltung mit einer Steuerschaltung.

Fig. 4 zeigt die Kombination einer Verstärkerschaltung mit einer Steuerschaltung mit einem gemeinsamen Eingang für das zu verstärkende Signal und das für das die Verstärkung steuernde Signal.

Fig. 5a zeigt die Beschaltung einer steuerbaren ZF-Verstärker­ stufe mit nur einem Eingang für das zu verstärkende Signal.

Fig. 5b zeigt eine Ausführungsform einer Steuerschaltung.

Fig. 6 zeigt ein mehrstufiges Signalübertragungssystem.

Fig. 7 zeigt die Ansteuerung einer gesteuerten Stufe mittels einer Stromquelle.

Fig. 8 zeigt die Ansteuerung einer gesteuerten Stufe mittels einer Spannungsquelle.

Fig. 9 zeigt die Aufteilung der Stromanteile für die Verstärkungs­ steuerung.

Fig. 10 zeigt die Aufteilung der Steuerspannungsteile für die Temperaturkompensation und für die Verstärkungssteuerung.

Fig. 11 zeigt die Abhängigkeit der Verstärkung von den Steuer­ größen.

Fig. 12 zeigt eine Schaltung mit einem gemeinsamen Eingang für das zu verstärkende Eingangssignal und für das Steuersignal.

Fig. 13 zeigt eine Schaltung mit Spannungssteuerung anstelle von Stromsteuerung.

Fig. 14 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung der beiden Strom­ anteile.

Fig. 15 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung der beiden Spannungs­ anteile.

Fig. 16 zeigt eine weitere Schaltung zur Aufbereitung der für die Temperaturkompensation und für die Steuerung der Verstärkung erforderlichen Steuergrößen.

Fig. 17 zeigt eine Schaltung, bei der der Steuerstrom für die Änderung der Verstärkung durch diese Schaltung selbst erzeugt wird.

Fig. 18 zeigt die Einstellung des Steuerstromes für die Ver­ stärkung, durch Steuerung des Basispotentials eines Transi­ stors.

Fig. 19 zeigt die Einstellung der Verstärkung durch digitale Signale.

Fig. 20 zeigt eine Steuerschaltung.

Die Fig. 1 zeigt eine Verstär­ kerstufe 2 in Verbindung mit einer Aufbereitungs­ schaltung 24 für den die Verstärkerstufe steuernden Strom i ₃. Bei dieser Schaltung wird das Steuersignal i ₁ über einen Widerstand 25 der Basis- Emitterstrecke eines Transistors 26 zugeführt. Der Kollektor des Transistors 26 ist sowohl mit seiner Basis als auch mit der Basis des Transistors 27 ver­ bunden. Der Emitter des Transistors 27 ist an einen Spannungsteiler angeschaltet, der aus den Widerstän­ den 28 und 29 besteht und von der Spannungsquelle 30 gespeist wird. Der Kollektor des Transistors 27 steu­ ert einen Inverterverstärker an, der aus dem Transi­ stor 31, dem Transistor 32, dem Widerstand 33 und der Stromquelle 34 besteht. Der Ausgang 35 des Inverterver­ stärkers ist mit der Basis des Transistors 36 verbunden. Der Kollektor des Transistors 36 steuert mit seinem Ausgangsstrom i ₃ den Verstärker 2 an.

Im Schaltungsteil mit den Transistoren 26 und 27 wird ein Temperaturgang des Stromverhältnisses i ₂ /i ₃ er­ zeugt, der die Steigung der Verstärkerkennlinie der Stufe 2 temperaturunabhängig macht. Dies wird durch eine entsprechende Spannungsdifferenz der Emitterpo­ tentiale der Transistoren 26 und 27 (mittels des Span­ nungsteilers 28, 29) bewirkt, wobei es vorteilhaft ist, die Absolutgrößen der Widerstände 28 und 29 so klein zu halten, daß das Emitterpotential des Transi­ stors 27 vom Steuerstrom i ₁ möglichst unabhängig ist. Die exponentielle Abhängigkeit der Verstärkungsände­ rung vom Eingangssignal i ₁ wird dadurch erzeugt, daß der Kollektorstrom des Transistors 27 (i ₂) über den Widerstand 33 fließt und am Ausgang des Inverterver­ stärkers entsprechend dem Spannungsabfall am Wider­ stand 33 ändert. Die exponentielle Abhängigkeit des Ausgangsstromes i ₃ vom Eingangsstrom i ₁ ergibt sich aus dem exponentiellen Kennliniengesetz von Transi­ storen.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Ver­ stärkerstufe 2. Nach der Fig. 2 besteht die Verstär­ kerstufe 2 aus den Differenzverstärkern 37 und 38. Der Differenzverstärker 37 besteht aus den Transisto­ ren 39 und 40 sowie den Widerständen 41 und 42. Der Differenzverstärker 38 besteht aus den Transistoren 43 und 44 sowie aus den Widerständen 45, 46, 47 und 48. Während der Differenzverstärker 37 keine Gegen­ kopplung aufweist, ist der Differenzverstärker 38 mit einer Gegenkopplung ausgestattet (Widerstände 45 und 46). Der Steuerstrom i ₃ wird dem ersten, nicht gegen­ gekoppelten Differenzverstärker 37 zugeführt und da­ mit proportional mit dem Steuerstrom die Verstärkung geändert. Die Gegenkopplung des Differenzverstärkers 38 ist so groß ausgebildet, daß im gesamten Einstell­ bereich der Verstärkung eine Signal-Begrenzung in die­ ser Stufe nicht erfolgt, sondern durch Begrenzung im Differenzverstärker 37. Dies hat den Vorteil, daß der Begrenzungseinsatz des Verstärkers bezogen auf die Eingangsklemmen weitgehend unabhängig von der Verstär­ kungseinstellung ist. Ein weiterer Vorteil der Schal­ tung nach Fig. 2 besteht darin, daß Rauschstromkom­ ponenten des Steuerstromes i ₃ als Gleichtaktstörung von dem Differenzverstärker 38 in bezug auf das Aus­ gangssignal des Verstärkers 2 unterdrückt werden.

Die Fig. 3 symbolisiert die Verknüpfung der Verstär­ kereingangsschaltung für das Verstärkereingangssignal mit der Steuerschaltung 24.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Kombination aus Verstärkerschaltung und Steuerschaltung nach dem in Fig. 3 dargestellten Prinzip mit einem gemeinsa­ men Eingang für das zu verstärkende Signal und für das die Verstärkung steuernde Signal. Beide Signal­ arten werden der Eingangsklemme 49 zugeführt. Verstär­ kerschaltung und Steuerschaltung 24′ sind durch einen Kondensator 51 voneinander gleichstrommäßig entkop­ pelt. Das in der Verstärkung gesteuerte Eingangssi­ gnal ist der Ausgangsklemme 50 entnehmbar. Die Steuer­ schaltung 24′ entspricht der in der Fig. 1 darge­ stellten Teilschaltung 24. Zum Unterschied zur Schal­ tung 24 nach Fig. 1 ist in der Steuerschaltung 24′ nach Fig. 4 der Vorwiderstand 25 in zwei Teile, 25 a und 25 b, unterteilt und der Verbindungspunkt beider Widerstände durch einen Kondensator 52 nach Bezugspo­ tential abgeblockt. Ferner ist ein Kondensator 53 dem Widerstand 33 parallelgeschaltet. Beide Kondensatoren sind so bemessen, daß sie eine Unterdrückung von Stör­ signalen im Betriebsfrequenzbereich, die sonst über die Steuerschaltung 24′ in den zu steuernden Verstär­ ker gelangen würden, unterdrückt werden. Solche Stör­ signale können sowohl Komponenten des Eingangssignals als auch Rauschsignalkomponenten sein. Weiter zeigt die Steuerschaltung 24′ gegenüber dem Schaltungsteil 24 nach Fig. 1 die praktische Ausführungsform der Stromquelle 34 (Fig. 1), die in Fig. 4 durch eine Stromspiegelschaltung 34′ ersetzt ist.

Der nicht gestrichelt umrahmte Schaltungsteil 2′ der Fig. 4 entspricht der in Fig. 2 dargestellten Form einer Verstärkerschaltung, bestehend aus den Diffe­ renzverstärkerstufen 37 und 38.

Diese Verstärkerschaltung weist jedoch gegenüber der Verstärkerschaltung nach Fig. 2 folgende Änderungen bzw. Ergänzungen auf. Der Außenwiderstand 48 der Differenzverstärkerschaltung 38 nach Fig. 2 ist in der Schaltung nach Fig. 4 aufgeteilt in die Wider­ stände 48 a und 48 b. Die Summe der Widerstandswerte der Widerstände 48 a und 48 b bestimmen den Verstärkungs­ grad des Differenzverstärkers 38 und die Größe des Widerstandes 48 b die Ausgangsimpedanz der Verstärker­ schaltung. Der Widerstand 47 nach Fig. 2 ist in der Schaltung nach Fig. 4 durch eine Stromquelle, beste­ hend aus dem Transistor 54 und dem Widerstand 47′, ersetzt. Die Ergänzung der Verstärkerschaltung nach Fig. 4 im Vergleich zu der nach Fig. 2 besteht in der Ausgangsverstärkerstufe mit dem Transistor 55 in Verbindung mit der Stromquellenschaltung mit dem Tran­ sistor 56 und dem Widerstand 57.

Die Spannungsquelle 58 sorgt für ein konstantes Poten­ tial für die Basen der Transistoren 54 und 56 sowie für die Basen der Transistoren des Differenzverstär­ kers 37. Die Größe des Widerstandes 48 b ist so bemes­ sen, daß der ausgangsseitige differentielle Innenwi­ derstand der Schaltung einen vorgegebenen Wert (z. B. 330 Ω) aufweist. Dies ist z. B. von Vorteil, wenn ke­ ramische Filter am Ausgang des Verstärkers angeschlos­ sen werden, die eine bestimmte eingangsseitige Ab­ schlußimpedanz erfordern. Die Potentiale der Spannungs­ quellen 58, 30 und 60 sind so bemessen, daß die Span­ nungsquelle 58 das niedrigste und die Spannungsquelle 60 das höchste Potential am jeweiligen positiven Pol der Spannungsquelle aufweist. Die Verstärkung wird in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 durch eine der Klemme 49 zugeführte Steuerspannung oder durch einen Steuerstrom bewirkt. Die Steuerwirkung der Steu­ erspannung bzw. des Steuerstromes nach der in Fig. 4 dargestellten Schaltung erfolgt derart, daß mit zu­ nehmendem positiven Steuersignal die Verstärkung ex­ ponentiell anwächst. Dies entspricht einer "dB linea­ ren" Steuerkennlinie, die die Eigenschaft besitzt, daß eine Steuersignaländerung um einen bestimmten Be­ trag für die Verstärkungsänderung und für die Tempe­ raturgangbeeinflussung unabhängig von der jeweils an­ deren Steuersignaländerung immer die entsprechende, gleich große relative Verstärkungsänderung bewirkt.

Fig. 5a zeigt die Beschaltung einer erfindungsgemä­ ßen, steuerbaren ZF-Verstärkerstufe 61 mit nur einem Eingang 49 für das zu verstärkende und für das die Verstärkung steuernde Signal. Die Innenschaltung der Anordnung 61 entspricht der Schaltung nach Fig. 4. Das zu verstärkende Signal wird über ein keramisches Filter 62 und das die Verstärkung steuernde Signal über den Filterabschlußwiderstand 63 der Klemme 49 der Schaltung 61 zugeführt. Der Kondensator 64 ist ein Abblockkondensator für die Signalfrequenz. Das in seiner Verstärkung gesteuerte Signal wird der Aus­ gangsklemme 50 entnommen und über das keramische Fil­ ter 65 einer nachfolgenden Schaltung (z. B. ZF-Ver­ stärker) zugeführt. Die Schaltung für die Steuersi­ gnalaufbereitung 66 weist einen Transistor 6, Wider­ stände 13 und 14 sowie die Spannungsquelle 15 auf. Mit dem Schaltungsteil 66 wird sowohl die Verstärkungs­ einstellung als auch die Temperaturabhängigkeit zur Kompensation des Temperaturgangs des Signalübertra­ gungssystems bewirkt.

Fig. 5b zeigt eine Ausführungsform der Steuerschal­ tung 66′, bei der kein Transistor für die Temperatur­ gangkompensation vorgesehen ist und bei der die sta­ bilisierte Spannung der Spannungsquelle 58 in Verbin­ dung mit einem Potentiometer 67 zur Steuerung der Verstärkung eingesetzt wird. In Verbindung mit der Steuerschaltung 24′ nach Fig. 4 bewirkt diese Schal­ tung selbst einen Temperaturgang der Verstärkung. Die­ ser entsteht dadurch, daß die Basis-Emitterspannung des Transistors 26 in Fig. 4 mit der Temperatur va­ riiert und bei an der Klemme 49 anliegender konstan­ ter Steuerspannung der Strom i ₁ in Verbindung mit dem Wert der Widerstände 25 a und 25 b entsprechend vari­ iert. Dieser Effekt ist nicht wirksam, wenn, wie in der Schaltung nach Fig. 5a, die Klemme 49 stromge­ steuert wird.

Die Fig. 6 zeigt ein mehrstufiges Signalübertragungs­ system nach der Erfindung, welches aus einer Empfän­ gereingangsschaltung 1, aus der ersten ZF-Stufe 2 und dem ZF-Verstärker 3 besteht. Die Empfängereingangs­ schaltung besteht bekanntlich aus der Vorstufe und Mischstufe. Der ZF-Verstärker 3 besteht im allgemei­ nen aus mehreren Verstärkerstufen sowie dem Demodula­ tor. Die gesteuerte Stufe ist beim Ausführungsbei­ spiel der Fig. 1 die erste ZF-Stufe 2.

Die Fig. 7 zeigt die Ansteuerung der gesteuerten Stufe 2, wobei die Steuerung durch einen Strom i ₁ er­ folgt. Der Strom i ₁ beinhaltet die Stromanteile zur Steuerung der Verstärkung und der Temperaturgangkom­ pensation des gesamten Systems.

Im Gegensatz zur Fig. 7 wird beim Ausführungsbeispiel der Fig. 8 die Steuerung nicht durch eine Stromquel­ le, sondern durch eine Spannungsquelle (u ₁) gesteuert.

Die Fig. 9 zeigt die Aufteilung der Stromanteile. Dabei stellt i _T den Stromanteil für die Temperatur­ gangkompensation und i _S den Stromanteil für die Ver­ stärkungssteuerung dar. Die Fig. 10 zeigt in ent­ sprechender Weise die Aufteilung der Steuerspannungs­ anteile (u _T , u _S ). In den Fig. 7 bis 10 ist der Steuereingang 4 und der Signaleingang 5 getrennt.

Die Fig. 11 zeigt die Steuerkennlinie der Stufe 2, und zwar die Abhängigkeit der Verstärkung V von den Steuergrößen i ₁ bzw. u ₁ in halblogarithmischer Dar­ stellung. Die Abhängigkeit ist in dieser Darstellungs­ weise linear. Die gestrichelte Linie deutet an, daß auch ein umgekehrter Verlauf realisierbar ist.

Die Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, bei dem ein gemeinsamer Eingang 5′ sowohl für das zu verstärkende Eingangssignal als auch für das Steuersignal i ₁ vorhanden ist. Die anderen Eingänge (4, 5) entfallen bei diesem Ausführungsbeispiel, so daß man Eingangsklemmen spart. Dies ist vor allem dann von Bedeutung, wenn die erfindungsgemäßen Schal­ tungen integriert sind.

Die Fig. 13 zeigt das entsprechende Bild für eine Spannungssteuerung.

Die Fig. 14 zeigt ein Beispiel, wie die beiden Strom­ anteile (i _T , i _S ) erzeugt werden. Zur Erzeugung der temperaturabhängigen Steuergröße i _T ist eine Transi­ storschaltung vorgesehen, die aus einem Transistor 6 und einem Widerstand 7 sowie den Spannungsquellen 8 und 9 besteht. Die Funktionsweise dieses Schaltungs­ teils beruht darauf, daß der vom Transistor 6 erzeug­ te Strom i _T temperaturabhängig ist, wobei die Stärke der Temperaturabhängigkeit von der Größe des Wider­ standes 7 und der Spannung der Spannungsquelle 8 ab­ hängig ist. Dabei ist es für die Funktion der Tempe­ raturgangkompensation vorteilhaft, wenn der Transi­ stor 6 nicht mit einer der Baugruppen des Übertra­ gungssystems monolithisch integriert ist.

Der Steuerstrom i _S zur Steuerung der Verstärkung ist durch die Stromquelle 10 symbolisiert.

Die Schaltung der Fig. 15 unterscheidet sich von der Schaltung der Fig. 14 dadurch, daß ein weiterer Wi­ derstand 11 vorhanden ist, der die Stromsteuerung in eine Spannungssteuerung umwandelt. In der Fig. 15 ist auch angedeutet, daß die Spannungsquelle 9 in den die Verstärkerstufe 2 enthaltenden Baustein integriert sein kann.

Die Schaltung der Fig. 16 zeigt eine andere Aufbe­ reitung der für die Temperaturkompensation und für die Steuerung der Verstärkung erforderlichen Steuer­ größen. Die Erzeugung des temperaturabhängigen Steu­ ersignals (u _T ) erfolgt beim Ausführungsbeispiel der Fig. 16 durch die in Verbindung mit der Fig. 15 be­ schriebene Transistorschaltung. Die Steuerspannung für die Steuerung der Verstärkung wird dem Potentio­ meter 12 entnommen.

Die Fig. 17 zeigt die Erzeugung der Steuerstroman­ teile durch eine Transistorschaltung, wobei der Steu­ erstrom für die Änderung der Verstärkung durch diese Schaltung selbst erzeugt wird. Dies geschieht bei­ spielsweise durch Änderung der Spannung der Spannungs­ quelle 15.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 18 erfolgt die Einstellung des Steuerstromes für die Verstärkung durch Steuerung des Basispotentials des Transistors 6 mittels eines Potentiometers 17.

Wie die Fig. 19 zeigt, kann die Einstellung der Ver­ stärkung durch digitale Steuersignale 20, 21 erfol­ gen. Dazu ist die Steuerschaltung 19 erforderlich.

Die Steuerschaltung 19 der Fig. 19 besteht gemäß der Fig. 20 beispielsweise aus dem Transistor 6′, dem Widerstand 7 und den Vorwiderständen 22 und 23. Zur Verfeinerung der Verstärkungseinstellung können meh­ rere Eingänge (und damit auch mehrere Widerstände) vorgesehen sein. Die Form der Verstärkungseinstellung erlaubt z. B. den automatischen Verstärkungsabgleich über ein Mikroprozessor gesteuertes System.

Claims (5)

1. Mehrstufiges Signalübertragungssystem, dessen Verstärkung elektronisch einstellbar ist und bei dem ein unerwünschter Temperatureinfluß auf die Verstärkung kompensiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stufe (24) sowohl die Einstellung der Verstärkung als auch die Temperaturkompen­ sation sowie eine Verstärkung bewirkt, daß diese Stufe (24) einen ersten Transistor (26) aufweist, dessen Basis und Kol­ lektor miteinander verbunden sind, daß die Stufe (24) einen zweiten Transistor (27) aufweist, dessen Basis mit dem Kol­ lektor des ersten Transistors (26) verbunden ist, daß die Emit­ ter der beiden Transistoren (26, 27) eine Potentialdifferenz aufweisen, daß diese Potentialdifferenz derart gewählt ist, daß die Steigung der Verstärkerkennlinie der Stufe (24) temperatur­ unabhängig ist, und daß der Stufe (24) außer dem Steuersignal zur Einstellung der Verstärkung ein temperaturabhängiges Signal zugeführt ist.

2. Signalübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Spannungsteiler (28, 29) die gewünschte Potentialdifferenz zwischen den Emittern des ersten Transistors (26) und des zweiten Transistors (27) erzeugt.

3. Signalübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Inverter (31, 32) den Ausgangsstrom des zweiten Transistors (27) invertiert, und daß das Ausgangssignal des Inverters (31, 32) einem Transistor (36) zugeführt wird, der die Verstärkerstufe (2) ansteuert.

4. Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Signal und das die Verstärkereinstellung bewirkende Signal einem gemein­ samen Eingang der Stufe (24) zugeführt sind.

5. Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung des zu ver­ stärkenden Signals und des die Verstärkung steuernden Signals ein gemeinsamer Eingang (49) vorgesehen ist.