DE4300592B4 - Anordnung zur Begrenzung eines Ausgangsstroms - Google Patents

Abstract

Anordnung zur Begrenzung eines Ausgangsstroms mit einer Steuerstromquelle, die einen vom Ausgangsstrom (IA) abhängigen Steuerstrom (IS) liefert, sowie einer Referenzstromquelle (QR), dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerstromquelle den Steuerstrom (IS) um einen vorgegebenen Referenzstrom (IR) reduziert auf einen Reststrom (ID), und dass
die Anordnung Mittel (T1, T2) zur begrenzenden Rückwirkung auf den Ausgangsstrom (IA) nach Maßgabe des Reststroms (ID) aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Begrenzung eines Ausgangsstroms.
• Eine derartige Anordnung ist aus US 4 814 724 bekannt. Hierbei wird der Ausgangsstrom bei einer Stromverstärkungsregelung, welche sowohl steuerbare als auch nicht steuerbare Stromquellen enthält, begrenzt, um die Rückwirkung eines Ausgangssignals auf ein Eingangssignal zu unterdrücken und die Anordnung unterhalb 1 Volt zu betreiben.
• Eine weitere Anordnung zur Begrenzung des Ausgangsstroms, die eine Steuerstromquelle und eine Referenzstromquelle aufweist, ist aus US 4 536 702 bekannt. Hierbei wird für eine Konstantspannungs- bzw. Konstantstromquelle eine Steuerstromquelle und einen von einem Ausgangsstrom abhängigen Steuerstrom offenbart.
• Nachteilig ist, dass bei den bisher bekannten Schaltungsanordnungen die Ausgangskennlinie der Anordnung bereits vor der Begrenzung des Ausgangssignals von einem linearen Verlauf abweicht.
• Als einfache Baugruppen zur Abgabe eines Ausgangsstroms nach Maßgabe eines Eingangssignals sind beispielsweise die Emitterschaltung eines Transistors oder die Differenzverstärkerschaltung eines Transistorpaars gebräuchlich. Bei der Differenzverstärkeranordnung ist eine Begrenzung des Ausgangsstroms durch die emitterseitige Stromquelle des Differenzverstärkers gegeben. Die Begrenzung des Ausgangsstroms setzt dabei aber nur allmählich ein, so daß sich vor Erreichen der Strombegrenzung eine Abweichung von dem dB-linearen (d.h. exponentiellen) Verlauf der Ausgangsstrom-Eingangssignal-Kennlinie ergibt, die beispielsweise bei Verwendung des Ausgangsstroms zur automatischen Verstärkungsregelung zu einem Verstärkungs- und Empfindlichkeitsverlust führen kann.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung zur Begrenzung eines Ausgangsstroms anzugeben, bei welcher die Kennlinie bis zur Begrenzung des Ausgangsstroms einen möglichst linearen Verlauf aufweist.
• Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen Weiterbildungen und Verwendungen der Erfindung. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die den Ausgangsstrom erzeugende Baugruppe so gestaltet werden kann, daß die Kennlinie bis zum Einsatz der Begrenzung einem gewünschten, insbesondere einem dB-linearen Verlauf folgt.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen noch eingehend erläutert. Dabei zeigt
• 1 eine erste Ausführungsform
• 2 eine zweite Ausführungsform
• 3 eine Einrichtung zur automatischen Verstärkungsregelung
• 4 einen Kennlinienvergleich
• Bei der in 1 skizzierten Anordnung sind ein nicht begrenzter Ausgangsstrom IA und ein diesem proportionaler Steuerstrom IS vorgesehen. Die Art der Gewinnung der beiden Ströme ist für die Erläuterung der Ausführungsform der Erfindung unerheblich und in verschiedener Form aus dem Stand der Technik bekannt. Der Steuerstrom IS teilt sich auf zwei parallele Strompfade auf, wobei ein erster Strompfad mit einer Referenz Stromquelle QR einen Referenzstrom IR abzieht und ein diesen Referenzstrom IR gegebenenfalls übersteigender Anteil des Steuerstroms IS als Reststrom ID in einem zweiten Strompfad den Transistor T1 als steuernden Teil des durch die Transistoren T1 und T2 gebildeten Stromspiegels durchfließt. Ein Strom ID durch T1 bewirkt einen dazu proportionalen gespiegelten Strom IK durch T2, der den nicht begrenzten Ausgangsstrom IA entsprechend verringert.
• Für unter dem Wert des Referenz Stroms IR liegende Werte des Steuerstroms IS fließt der gesamte Steuerstrom in den ersten Strompfad und es verbleibt kein Reststrom ID. Der Reststrom ID wird nicht negativ, was u.U. durch gleichrichtende Mittel wie den Transistor T1 sicherzustellen ist. Damit fließt auch kein Strom IK und der zum Ausgangsanschluß Z fließende Strom IB ist gleich dem Strom IA.
• Für den Referenzstrom übersteigende Werte des Steuerstroms IS fließt ein Reststrom durch T1 und über den Stromspiegel wird ein Strom IK durch T2 von dem Ausgangsstrom IA abgezogen. Es ergibt sich auf einfache Weise, daß bei gleicher Proportionalität k zwischen IA und IS einerseits und IK und ID andererseits bei steigendem Strom IA ab IS=IR der Strom IB konstant bleibt und einen dem Referenzstrom IR mit demselben Faktor k proportionalen Wert einnimmt. Bei steuerbarer Stromquelle QR kann auch der Begrenzungswert IB auf einfache Weise gesteuert werden. Der Proportionalitätsfaktor des Stromspiegels kann beispielsweise durch das Flächenverhältnis der Transistoren T1 und T2 in einer monolithischen Anordnung eingestellt werden.
• Bei der in 2 skizzierten Ausführungsform ist wiederum ein Steuerstrom IS vorgesehen, der sich in einen Referenzstrom und einen eventuell verbleibenden Reststrom aufteilt. über den Stromspiegel T1, T2 wird ein Stellstrom IK erzeugt. Die Höhe des Steuerstroms IS ist über den Stromspiegel aus T3, T4 bestimmt durch einen Sensorstrom IM, der seinerseits proportional zu oder zumindest eindeutig abhängig von dem Ausgangsstrom IA einer Einrichtung W zur Erzeugung des Ausgangsstroms nach Maßgabe eines Eingangssignals E ist. Der Stellstrom IK wirkt in dieser Anordnung nicht unmittelbar reduzierend auf den Ausgangsstrom IA, sondern wirkt begrenzend auf eine in der Einrichtung W maßgebende Größe, wie beispielsweise Betriebsstrom, Verstärkung, Eingangssignal ein in der Weise, daß der Ausgangsstrom reduziert wird. Die Anordnung bildet damit eine Regelschleife, die bei Erreichen eines fest oder über die Stromquelle QR auch veränderlich vorgegebenen Begrenzungswerts des Ausgangsstroms IA bzw. des Sensorstroms IM einsetzt und den Ausgangsstrom IA bzw. IM begrenzt. Die Ströme innerhalb der Regelschleife können erheblich niedriger sein als der Ausgangsstrom IA.
• 3 zeigt eine Einrichtung zur automatischen Verstärkungsregelung (AGC) unter Verwendung einer Anordnung nach 2. Vorgesehen ist dabei eine insbesondere mehrstufige Verstärkeranordnung, deren Verstärkung mittels eines Stroms IA einstellbar ist. Die Verstärkerstufen können beispielsweise Differenzverstärker sein, deren Betriebsstrom durch IA bestimmt ist. Die Verstärkeranordnung sei beispielsweise zur variablen Verstärkung eines Funkempfangssignal e mit großem Amplitudendynamikbereich vorgesehen. Neben dem verstärkten Empfangssignal e' erzeugt die Verstärkeranordnung noch ein aus der Amplitude des verstärkten Signals abgeleitetes Stromsignal IE, welches zusammen mit einem Ladestrom Ic aus einer Stromquelle QC die Spannung UE an einem Kondensator CE bestimmt. Die Kondensatorspannung liegt an einem Eingang eines durch Transistoren T7, T9 in Differenzverstärkeranordnung gebildeten Spannungs-Strom-Wandlers, dessen anderer Eingang auf einem konstanten Referenzpotential UP, über das ggf. auch Temperaturabhängigkeiten der Differenzverstärkeranordnung kompensiert werden können. Der Kollektorstrom von T9, der mit der Kondensatorspannung UE als Eingangssignal variert bildet den Ausgangsstrom der Spannungs-Stromwandlerstufe und regelt die Verstärkung der Verstärkeranordnung V in der Weise, daß bei sinkender Amplitude des Empfangssignals e auch die Amplitude des verstärkten Signals e' sinkt und das Stromsignal IE geringer wird, was durch Anstieg der Kondensatorspannung UE zu einem höheren Ausgangsstrom IA und damit zu einer höheren Signalverstärkung in V führt bis sich ein neuer Gleichgewichtswert UE an CE einstellt.
• Die Anordnung der Stromquelle QL mit dem aus T5, T6 gebildeten Stromspiegel und der Aufteilung des Quellenstroms IL in die Teilströme IN und IP dient der Realisierung einer dB-linearen (exponentiellen) Abhängigkeit des Ausgangsstroms IB von der Eingangsspannung UE und reduziert zugleich die Stromaufnahme bei mittleren und kleinen Eingangs Spannungen UE gegenüber einem bei schwachem Empfangssignal e und damit hoher Eingangsspannung UE benötigten hohen Ausgangsstrom IA. Der Ausgangsstrom IA soll aber auch bei sehr schwachem oder ganz fehlendem Empfangssignal nicht zu hohe Werte annehmen.
• Eine Begrenzung des Ausgangsstroms ist bei hoher Eingangsspannung UE ohne zusätzliche Maßnahmen durch den über den Stromspiegel T5, T6 zu IN (= IL bei hohem UE) proportionalen Quellenstrom IQ an den verbundenen Emittern von T7, T9 gegeben. Diese Begrenzung setzt aber nur allmählich ein wie eingangs beschrieben und wie in 4 durch den Kennlinienverlauf HI angedeutet. Durch Verwendung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Strombegrenzung kann die Einrichtung zur Erzeugung des Ausgangsstroms so dimensioniert werden, daß die Kennlinie H2 bis zum vorgesehenen Grenzstromwert IG einem gewünschten, insbesondere einem dB-linearen Verlauf folgt. Der darüberhinausgehende Kennlinienverlauf ist wegen der einsetzenden Strombegrenzung ohne Belang.
• Bei der in 3 skizzierten AGC-Einrichtung ist zur Strombegrenzung eine Anordnung nach 2 eingesetzt, wobei der Sensorstrom IM durch einen basis- und emitterseitig mit dem Transistor T9 verbundenen Transistor T8 als zum Ausgangsstrom IA proportionaler Strom bereitgestellt ist.
• Die Wirkungsweise der Strombegrenzung ist weitgehend bereits zu 2 beschrieben. Der im Begrenzungsfall erzeugte Stellstrom IK kann beispielsweise auf den Betriebsstrom IQ reduzierend einwirken, indem der über den Stromspiegel T5, T6 zu IQ proportionale Strom IL bzw. IN durch Abzug des Stell Stroms IK verringert wird (alternative Verbindung a in 3).
• Eine andere bevorzugte Möglichkeit der begrenzenden Einwirkung des Stellstroms ist in 3 durch die alternative Verbindung b skizziert. Hierbei wird die Kondensatorspannung UE als Eingangssignal der Spannungs-Stromwandlerstufe begrenzt. Bei dem beispielhaft gewählten Aufbau ist dann vorteilhaft, daß z.B. bei einem plötzlichen Einsetzen eines Empfangssignals der Kondensator CE nicht erst von einem hohen Wert entladen zu werden braucht. Das Prinzip der Erfindung sowie die beschriebenen Ausführungen sind selbstverständlich nicht auf den beispielhaft gewählten Anwendungsfall einer AGC-Schaltung eingeschränkt.

Claims (8)

1. Anordnung zur Begrenzung eines Ausgangsstroms mit einer Steuerstromquelle, die einen vom Ausgangsstrom (IA) abhängigen Steuerstrom (IS) liefert, sowie einer Referenzstromquelle (QR), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstromquelle den Steuerstrom (IS) um einen vorgegebenen Referenzstrom (IR) reduziert auf einen Reststrom (ID), und dass die Anordnung Mittel (T1, T2) zur begrenzenden Rückwirkung auf den Ausgangsstrom (IA) nach Maßgabe des Reststroms (ID) aufweist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (T1, T2) unmittelbar den Ausgangsstrom reduzieren.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (T1, T2) auf eine Größe einer den Ausgangsstrom erzeugenden Einrichtung einwirken.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (T1, T2) auf die Eingangsspannung einer Spannungs-Strom-Wandlerstufe begrenzend einwirken.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (T1, T2) auf den Betriebsstrom (IQ) einer Differenzverstärkerstufe begrenzend einwirken.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Reststrom (ID) über einen Stromspiegel ein begrenzend einwirkender Stellstrom (IK) erzeugt wird.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzstrom variabel vorgebbar ist.
8. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Einrichtung zur automatischen Verstärkungsregelung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstrom den Steuerstrom für eine oder mehrere Verstärkerstufen bildet.