DE4039983C2 - Steuerbarer Verstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen steuerbaren Verstärker mit einem Transistorenpaar, dessen Basis­ anschlüssen ein zu verstärkendes Signal zuführbar ist, dessen Kollektoranschlüssen ein verstärktes Signal entnehmbar ist und dessen Emitteranschlüsse über ein Gegenkopplungsnetzwerk miteinander und mit einer Verstärkungsregel-Quelle verbunden ist zum Einstellen der Verstärkung des Transistorenpaares.

Aus der DE-PS 33 33 959 ist eine Verstärkungsregel- Schaltung bekannt mit einem ersten und einem zweiten Transistor von einem ersten Leitungstyp in Differenz­ schaltung, einem ersten und einem zweiten Widerstand zwischen dem Kollektor des ersten bzw. des zweiten Transistors und einem ersten Potential, einem dritten und einem vierten Widerstand zwischen dem Emitter des ersten bzw. zweiten Transistors und einem zweiten Potential, einem fünften Widerstand zwischen den Emittern des ersten und des zweiten Transistors, einem dritten und einem vierten Transistor vom entgegengesetzten Leitungstyp, die jeweils an den Emittern des ersten bzw. des zweiten Transistors angeschlossen sind, und einer Verstärkungs­ regel-Spannungsquelle, die an den dritten und vierten Transistor angeschlossen ist. Eine solche Verstärkungs­ regel-Schaltung soll bevorzugt in Fernseh-Signal­ verstärkungsschaltungen eingesetzt werden. Die bekannte Schaltung soll einen geringen Steuerstrom und einen vereinfachten Aufbau erzielen durch die Maßnahme, daß der Emitter des dritten Transistors mit demjenigen des ersten Transistors und der Emitter des vierten Transistors mit demjenigen des zweiten Transistors verbunden ist und die Kollektoren des dritten und vierten Transistors unter­ einander in Verbindung stehen. Außerdem ist die Verstärkungsregel-Spannungsquelle über einen sechsten Widerstand den miteinander verbundenen Basen des dritten und vierten Transistors zugeführt.

Bei der bekannten Schaltungsanordnung wird zwar ein geringer Steuerstrom angestrebt, es zeigt sich jedoch, daß bei einer konsequenten Weiterentwicklung von Signal­ verarbeitungsschaltungen, insbesondere auch von Fernseh- Signalverarbeitungsschaltungen wie z. B. ZF-Regel­ verstärkern, zu besonders niedriger Leistungs- und Strom­ aufnahme hin, die bei der bekannten Verstärkungsregel- Schaltung hin benötigten Steuerströme für das angestrebte Ziel noch zu hoch sind. Dieses Ziel besteht darin, eine Signalverarbeitungsschaltung im allgemeinen und damit auch steuerbare Verstärker im speziellen zu schaffen, deren Stromaufnahme in allen Betriebslagen, d. h. bei jeder Signalaussteuerung, wenigstens nahezu unverändert bleibt. Außerdem soll diese Leistungs- und Stromaufnahme möglichst gering sein. Lassen sich diese Voraussetzungen erfüllen, ist es möglich, einerseits mit einer sehr niedrigen Versorgungsspannung zu arbeiten und andererseits eine sehr einfach aufgebaute Stabilisierung für die Versorgungs­ spannung zu wählen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen steuerbaren Verstärker der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er keinen zusätzlichen Regelstrom benötigt und eine konstante Stromaufnahme aufweist. Dabei sollen weiterhin eine gute Linearität und ein guter Signal-Rausch-Abstand gewahrt sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verstärkungsregel-Quelle als steuerbare Stromquelle ausge­ bildet ist, daß je eine weitere steuerbare Stromquelle mit je einem der Emitteranschlüsse des Transistorenpaares gekoppelt ist, und daß die Ströme der Verstärkungsregel- Quelle einerseits und der weiteren steuerbaren Strom­ quellen andererseits gegensinnig derart steuerbar sind, daß ihre Summe konstant ist.

Der erfindungsgemäße steuerbare Verstärker ist nach dem Prinzip der einstellbaren Impedanz im Emitter-Gegen­ kopplungszweig des Transistorenpaares, das eine Differenz­ stufe bildet, aufgebaut. Dieses Schaltungsprinzip gewährleistet sowohl eine gute Linearität, die zu niedrigen Intermodulationen und Kreuzmodulationen führt und einen guten Signal-Rausch-Abstand gewährleistet. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines solchen Verstärkers wird nun außerdem der Steuerstrom vermieden, der bei derartigen Schaltungen nach dem Stand der Technik erforderlich ist und die Größenordnung des gesamten Versorgungsstromes des Verstärkers erreichen kann.

Der erfindungsgemäße Verstärker zeichnet sich durch eine reduzierte, konstante Stromaufnahme aus, wodurch es möglich ist, die Versorgungsspannungseinstellung für den Verstärker durch einfache hochohmige Spannungsteiler oder Vorwiderstände vorzunehmen. Wird ein solcher Verstärker mit anderen Schaltungsanordnungen zur Signalverarbeitung, die bezüglich ihrer Stromaufnahme ähnliche Charakteristiken aufweisen, auf einem gemeinsamen Halbleiterkörper integriert, kann eine derart einfache Versorgungsspannungseinstellung für die gesamte integrierte Schaltung vorgesehen werden.

Der erfindungsgemäße Verstärker weist außerdem ein konstantes Gleichstrompotential an seinen Signalausgängen auf, wodurch die Speisung mit geringeren Versorgungs­ spannungen ermöglicht wird. Typischerweise kann eine Verringerung der Versorgungsspannung von 9 bis 12 V nach dem Stand der Technik auf jetzt 5 V vorgenommen werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Fig. zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs­ gemäßen steuerbaren Verstärkers. Dieser umfaßt ein Transistorenpaar aus zwei bipolaren Transistoren vom npn-Typ, die mit den Bezugszeichen 1 und 2 versehen sind und deren Basisanschlüsse mit Eingangsanschlüssen 3, 4 für das zu verstärkende Signal verbunden sind. Die Emitter­ anschlüsse der Transistoren 1, 2 sind miteinander über ein Gegenkopplungsnetzwerk 5 verbunden und bilden auf diese Weise einen gegengekoppelten Differenzverstärker. Das Gegenkopplungsnetzwerk 5 ist über eine Verstärkungsregel- Quelle 6 an Masse geschaltet. Die Verstärkungsregel- Quelle 6 ist als steuerbare Stromquelle ausgebildet, der darin fließende Strom über einen Steueranschluß 7 einstellbar.

Mit jedem der Emitteranschlüsse der Transistoren 1, 2 ist je eine weitere steuerbare Stromquelle 8, 9 gekoppelt; die weiteren Stromquelle 8, 9 stellen eine Verbindung der Emitteranschlüsse der Transistoren 1, 2 nach Masse her. Die weiteren steuerbaren Stromquellen 8, 9 werden über einen gemeinsamen Steueranschluß 10 gleichsinnig gesteuert, so daß die von ihnen abgegebenen Ströme stets denselben Wert aufweisen.

Die Kollektoranschlüsse der Transistoren 1, 2 sind einerseits über Kollektorwiderstände 11, 12 mit dem positiven Anschluß 13 einer Speisespannungsquelle verbunden und bilden andererseits über Anschlüsse 14, 15 einen Ausgang, dem das verstärkte Signal entnehmbar ist.

Die Steueranschlüsse 7 und 10 bilden andererseits Ausgangsanschlüsse einer Stromaufbereitungsschaltung 16, über die die Ströme der Verstärkungsregel-Quelle 6 einerseits und der weiteren steuerbaren Stromquellen 8, 9 andererseits gegensinnig derart gesteuert werden, daß ihre Summe konstant ist. Dazu umfaßt die Stromaufbereitungs­ schaltung 16 eine gemeinsame Referenzstromquelle 17, aus der die von den Quellen 6, 8 und 9 abgegebenen Ströme abgeleitet werden. Diese Ableitung erfolgt über eine Differenzverstärkerschaltung aus zwei Transistoren 18, 19, deren Emitteranschlüsse miteinander und mit der Referenz­ stromquelle 17 verbunden sind, die wiederum mit ihrem zweiten Anschluß gegen Masse geschaltet ist. Dem Basis­ anschluß 20 des Transistors 19 der Differenzverstärker­ schaltung 18, 19 wird eine feste Referenzspannung zuge­ führt, wohingegen der einen Steuersignalanschluß 21 bildende Basisanschluß des Transistors 18 ein Steuersignal zugeführt erhält, durch das die Verstärkung des steuerbaren Verstärkers, d. h. des Transistorenpaares 1, 2, eingestellt werden soll. Über diese Differenzverstärker­ schaltung 18, 19 wird der Strom der Referenzstromquelle 17 auf zwei Stromspiegelschaltungen 22, 23 aufgeteilt, deren Eingangsanschlüsse 24, 25 mit den Kollektoranschlüssen der Transistoren 18, 19 verbunden sind. Die Stromspiegel­ schaltungen 22, 23 werden ebenfalls über den positiven Anschluß 13 der Speisespannungsquelle mit Energie versorgt. Die gespiegelten Anteile des Stromes der Referenzstromquelle 17 treten an Ausgangsanschlüssen 26, 27 auf und werden über Arbeitswiderstände 28, 29 gegen Masse geleitet. Die dadurch an den Arbeitswiderständen 28, 29 auftretenden Spannungen, die sich mit der Aufteilung des Stromes aus der Referenzstromquelle 17 - gesteuert durch das Steuersignal am Steuersignalanschluß 21 - gegensinnig verändern, treten an den Steueranschlüssen 7 bzw. 10 zum gegensinnigen Steuern der Ströme in der Verstärkungsregel-Quelle 6 einerseits und der weiteren Stromquellen 8 und 9 andererseits auf.

Das Gegenkopplungsnetzwerk 5, das in der Zeichnung nur grobschematisch wiedergegeben ist, weist bevorzugt eine geradzahlige Kette von Widerständen auf, deren Enden mit den Emitteranschlüssen des Transistorenpaares 1, 2 verbunden ist. In der Fig. ist dies durch zwei in Reihe geschaltete Widerstände symbolisiert. Die Widerstände, die als Gegenkopplungswiderstände für den durch das Transistorenpaar 1, 2 gebildeten Differenzverstärker dienen, werden durch den Strom der Verstärkungsregel- Quelle 6 gesteuert. In einer bevorzugten Ausführungsform weist dazu die Kette der Widerstände eine mittlere Anzapfung auf, die mit den Emitteranschlüssen eines Gegenkopplungs-Transistorpaares verbunden ist. An weiteren Anzapfungen der Kette von Widerständen ist je ein weiterer Gegenkopplungs-Transistor mit seinem Emitteranschluß angeschlossen. Das Gegenkopplungs-Transistorpaar und die weiteren Gegenkopplungs-Transistoren sind alle gemeinsam mit ihren Basisanschlüssen und ebenso alle gemeinsam mit ihren Kollektoranschlüssen verbunden. Außerdem sind die verbundenen Basis- und die verbundenen Kollektoranschlüsse gemeinsam an den von Masse abgewandten Anschluß der Verstärkungsregel-Quelle 6 angeschlossen. In dieser Schaltungsanordnung bildet das Gegenkopplungs-Transistor­ paar einen Differenzverstärker, während die übrigen Gegenkopplungs-Transistoren diesem Differenzverstärker als Emitterfolger vorgeschaltet sind.

Bei der beschriebenen Schaltungsanordnung wird eine sehr gute Konstanz der Stromaufnahme erreicht. Der dem Steuer­ signalanschluß 21 zugeführte Strom ist einerseits gegenüber dem Strom im Steueranschluß 7 und insbesondere dem Strom der Verstärkungsregel-Quelle 6 sehr gering, andererseits werden seine Veränderungen, die durch das unterschiedliche Aussteuern des Transistors 18 entstehen, durch eine gegensinnige Änderung des Basisstromes am Basisanschluß 20 kompensiert. Da vorzugsweise - und insbesondere bei Zusammenfassen der gesamten beschriebenen Schaltung auf einem Halbleiterkörper - alle Schaltungs­ teile aus einer einzigen Speisespannungsquelle gespeist werden, werden sich an dieser auch die Stromänderungen an den Basisanschlüssen 20, 21 gegensinnig aufheben. Damit ist selbst ein geringer Restfehler noch ausgeschaltet.

Claims (4)

1. Steuerbarer Verstärker mit einem Transistoren­ paar (1, 2), dessen Basisanschlüssen ein zu verstärkendes Signal zuführbar ist, dessen Kollektoranschlüssen ein verstärktes Signal entnehmbar ist und dessen Emitter­ anschlüsse über ein Gegenkopplungsnetzwerk (5) miteinander und mit einer Verstärkungsregel-Quelle (6) verbunden ist zum Einstellen der Verstärkung des Transistorenpaares (1, 2), dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsregel- Quelle (6) als steuerbare Stromquelle ausgebildet ist, daß je eine weitere Stromquelle (8, 9) mit je einem der Emitteranschlüsse des Transistorenpaares (1, 2) gekoppelt ist, und daß die Ströme der Verstärkungsregel- Quelle (6) einerseits und der weiteren steuerbaren Stromquellen (8, 9) andererseits gegensinnig derart steuerbar sind, daß Summe konstant ist.

2. Steuerbarer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Verstärkungs­ regel-Quelle (6) und den weiteren steuerbaren Strom­ quellen (8, 9) abgegebenen Ströme aus einer gemeinsamen Referenzstromquelle (17) abgeleitet werden.

3. Steuerbarer Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Referenzstrom­ quelle (17) über eine Differenzverstärkerschaltung (18, 19) aufteilbar ist.

4. Steuerbarer Verstärker nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenkopplungsnetzwerk (5) eine geradzahlige Kette von Widerständen aufweist, deren Enden mit den Emitteranschlüssen des Transistoren­ paares (1, 2) verbunden ist, deren mittlere Anzapfung mit den Emitteranschlüssen eines Gegenkopplungs-Transistor­ paares verbunden ist, und an deren übrigen Anzapfungen je ein weiterer Gegenkopplungs-Transistor mit seinem Emitteranschluß angeschlossen ist, und daß alle Basis- und alle Kollektoranschlüsse des Gegenkopplungs-Transistor­ paares und der weiteren Gegenkopplungs-Transistoren gemeinsam mit der Verstärkungsregel-Quelle (6) verbunden sind.