DE4300591A1 - Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

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

Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise als Exponentialfunktionsgenerator in dem Buch "Halbleiter­ schaltungstechnik" von Tietze und Schenk beschrieben und enthält als wesentliches Element neben dem Differenzver­ stärker einen Operationsverstärker. Gegenüber einer Anord­ nung mit nur einem Transistor in Emitterschaltung weist die Anordnung mit einem Differenzverstärker insbesondere den Vorteil auf, temperaturkompensiert zu sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Schaltungsanordnung anzugeben, die einfach aufgebaut ist.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausführungen, Weiterbildungen und Verwendungen der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung liefert mit ge­ ringem Aufwand ein exponentiell von einem Eingangssignal abhängiges Ausgangssignal und ist insbesondere vorteilhaft zur Erzeugung eines Ausgangsstroms. Die Schaltungsanord­ nung kann für niedrige Betriebsspannungen bis zu 1 V aus­ geführt werden.

Der Ausgangsstrom ist begrenzbar durch Vorgabe des Refe­ renzstroms oder in einer Weiterbildung der Erfindung durch eine Regelschleife. Die Erfindung ist besonders vorteil­ haft in einer Einrichtung zur Verstärkungsregelung (AGC) für amplitudenmodulierte Signale, insbesondere Signale mit Amplitudenumtastung wie beispielsweise die Funksignale von Zeitzeichensendern wie dem DCF 77.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Abbildung noch eingehend veranschau­ licht.

Bei der skizzierten Anordnung bilden die Transistoren T1, T2 einen Differenzverstärker mit Eingängen E1, E2 und Aus­ gängen A1, A2. Ein Eingangssignal UE kann symmetrisch oder unsymmetrisch an den Differenzverstärker angelegt sein, wobei bei unsymmetrischer Aussteuerung mit einem auf eine feste Vergleichsspannung gelegtem Eingangsanschluß die Vergleichsspannung über Diodenstrecken eingestellt und da­ durch die Temperaturabhängigkeit der Anordnung kompensiert werden kann. Durch Einfügen von Dioden in die Emitterlei­ tung sowohl von T1 (und T11, . . ) als auch von T2 kann der Aussteuerbereich der Anordnung vergrößert werden. Der Transistor T3 bildet über den Stromspiegel mit dem Transi­ stor T4 eine steuerbare Stromquelle für den Betriebsstrom IQ des Differenzverstärkers. Der Betriebsstrom IQ wird nach Maßgabe des Eingangssignals UE auf die Ausgänge A1, A2 des Differenzverstärkers aufgeteilt in einen Ausgangs­ strom IA als weiterverwendetem Ausgangssignal an A1 und einen Zweigstrom IP an A2.

Eine Referenzstromquelle QR legt einen Referenzstrom IR fest, der sich aufteilt in den Zweigstrom IP durch A2 und einen Reststrom ID. Der Reststrom ID steuert über T4 den durch T3, T4 gebildeten Stromspiegel und legt damit den Betriebsstrom IQ des Differenzverstärker fest. Vorzugs­ weise ist ID wesentlich kleiner als IQ, was beispielsweise durch das Flächenverhältnis der monolithisch integrierten Stromspiegeltransistoren T3, T4 als Proportionalitätsfak­ tor n einstellbar ist. Der Betriebsstrom IQ ist nicht not­ wendigerweise direkt proportional dem Reststrom ID. Für die Funktion der Schaltungsanordnung genügt eine monoton eindeutige Abhängigkeit, d. h. daß eine Änderung des Rest­ stroms eine gleichlaufende Änderung des Betriebsstroms be­ wirkt. Beispielsweise kann zwischen den Emitter von T4 und GND ein Widerstand R eingefügt sein.

Für hohe Eingangssignale UE fließt der gesamte Betriebs­ strom IQ als Ausgangsstrom IA durch den Ausgang A1 des Differenzverstärkers. Der Ausgangsstrom ist dann begrenzt auf IAmax = IQ (= n.IR), wodurch eine Begrenzung der Lei­ stungsaufnahme und der Aussteuerung anderer Baugruppen durch den Ausgangsstrom IA erreicht werden kann.

Dagegen fließt bei entgegengesetzter Stromverteilung im Differenzverstärker insgesamt nur noch der Referenzstrom IR, der sich im Verhältnis n:1 auf IP bzw. IQ und auf ID aufteilt. Der Ausgangsstrom IA zeigt über den überwiegen­ den Bereich des Aussteuerungsbereichs des Differenzver­ stärkers eine exponentielle (dB-lineare) Abhängigkeit vom Eingangssignal UE und geht dann allmählich auf den Grenz­ wert n.IR über.

Der exponentielle Verlauf der Kennlinie kann bis zu einem Begrenzungswert IAmax verlängert werden, indem der Wert des Referenzstroms IR so gewählt wird, daß die dadurch be­ dingte Stromgrenze n.IR größer ist als der vorgesehene Be­ grenzungswert für den Ausgangsstrom IAmax und indem mit Erreichen dieses Begrenzungswerts eine Regelschleife ein­ setzt, die beispielsweise durch Begrenzung des Eingangssi­ gnals UE oder des Reststroms ID eine übergangslos einset­ zende Begrenzung des Ausgangsstroms IA bewirkt. Als Ist- Wert für die Regelschleife wird vorzugsweise ein dem Aus­ gangsstrom proportionaler Sensorstrom herangezogen, der beispielsweise aus einem vom Ausgangsstrom gesteuerten Stromspiegel oder über einen basis- und emitterseitig mit dem Transistor T1 verbundenen weiteren Transistor wie in der Abbildung mit unterbrochener Linie als T11 angedeutet gewonnen wird.

Durch Transistoren parallel geschaltet zu T1, kann der Ausgangsstrom sowohl für verschiedene andere Schaltungs­ stufen aufgespalten werden, aber auch als Monitor-Ausgang verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist besonders vorteilhaft einsetzbar in einer Einrichtung zur Verstär­ kungsregelung AGC (Automatic Gain Control) insbesondere bei einer m-stufigen (m=1, 2, . . . ) Verstärkeranordnung mit proportional zum Ausgangsstrom IA gesteuerter Verstärkung der einzelnen Verstärkungsstufen. Die Steuerung der Ver­ stärkung erfolgt vorteilhafterweise über die strom­ proportionale Steilheit. Die ggf. mehreren Steuerströme können z. B. durch Aufteilung oder Spiegelung des Ausgangs­ stroms gewonnen werden. Besonders vorteilhaft ist eine derartige AGC-Einrichtung mit der erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung zur Verstärkung amplitudenmodulierter, ins­ besondere amplitudenumgetasteter Signale wie z. B. die Funksignale von Zeitzeichensendern wie dem DCF 77, indem zur Demodulation der Signale das Eingangssignal des Diffe­ renzverstärkers herangezogen wird. Eine Pegelumtastung des unverstärkten Funksignals mit bestimmtem Pegeltastverhält­ nis führt dann unabhängig von dessen in einem weiten Dyna­ mikbereich variierender Amplitude zu einem einheitlichen Signalhub des Eingangssignals des Differenzverstärkers.

Die Schaltungsanordnung ist sowohl wie skizziert in bipo­ larer Technik als auch mit Feldeffekttransistoren reali­ sierbar.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines exponentiell von einem Eingangssignal abhängigen Ausgangssignals mit einem Differenzverstärker, dessen erstem Ausgang das Aus­ gangssignal entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein konstanter Referenzstrom vorgegeben ist, daß der Zweigstrom durch den zweiten Ausgang des Differenzverstär­ kers den Referenzstrom auf einen Reststrom reduziert und daß der Betriebsstrom des Differenzverstärkers gleichlau­ fend zu dem Reststrom gesteuert ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromspiegel den Betriebsstrom proportional zu dem Reststrom erzeugt. Der Betriebsstrom IQ ist nicht notwen­ digerweise direkt proportional dem Reststrom ID. Für die Funktion der Schaltungsanordnung genügt eine monoton eindeutige Abhängigkeit, d. h. daß eine Änderung des Rest­ stroms eine gleichlaufende Änderung des Betriebsstroms be­ wirkt. Beispielsweise kann zwischen den Emitter von T4 und GND ein Widerstand R eingefügt sein.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Regelschleife vorgesehen ist, welche durch Einwirkung auf den Betriebsstrom oder das Eingangssignal des Differenzverstärkers den Ausgangsstrom begrenzt.

4. Einrichtung zur Verstärkungsregelung mit einer Anord­ nung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ausgangssignal ein Ausgangsstrom ist und eine m-stufige Verstärkeranordnung in der Verstärkung je­ der Verstärkungsstufe proportional zu dem Ausgangsstrom gesteuert ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verstärkende Signal amplitudenmoduliert ist und die Demodulation anhand des Eingangssignals des Differenz­ verstärkers erfolgt.