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Die vorliegende Erfindung, wie sie in den Ansprüchen
definiert ist, betrifft eine elektronische
Vorrichtung, die aus mindestens zwei elektronischen Stufen
besteht und deren elektrischer Leistungsverbrauch
verringert werden soll.
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Die US-A-5 159 280 offenbart ein Beispiel für eine
elektronische Vorrichtung mit mehreren Stufen.
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Nach dem Stand der Technik ist es bereits bekannt,
die Stufen einer elektronischen Vorrichtung so im
Verhältnis zueinander zu schalten, daß
Übertragungsfunktionen gebildet werden, um ein Eingangssignal in
ein Ausgangssignal in Abstimmung auf die Aufgabe
umzuwandeln, für die die Vorrichtung bestimmt ist.
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Jede Stufe ist zwischen einer Gleichstromzuleitung
mit positiver Spannung und einer Zuleitung mit
negativer Spannung geschaltet, wobei diese beiden
Zuleitungen für die Stufen der Vorrichtung gemeinsam
vorgesehen sind.
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Die Schaltungen nach dem bisherigen Stand der Technik
entnehmen jedoch, wenn sie eine große Anzahl von
Stufen umfassen, eine erhebliche Strommenge an der
Gleichstromzuleitung, um den Betrieb mit einer
gege
benen Speisegleichspannung herbeizuführen. Dies
stellt insbesondere dann einen effektiven Nachteil
dar, wenn die elektronische Vorrichtung an Bord eines
Fahrzeugs installiert ist und wenn sie ihre
Speisespannung von einer Batterie bezieht, deren Ladung
sich im Laufe der Zeit erschöpft. Dies ist bei
tragbaren elektronischen Vorrichtungen der Fall, die ihre
elektrische Energie von einer Stromquelle, wie einer
Batterie, von Elementen, Akkumulatoren oder
Photozellen, beziehen.
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Die negative Auswirkung verstärkt sich noch, wenn die
Vorrichtung im Bereitschaftszustand verwendet wird,
wie dies bei einem Fernbedienungsempfänger der Fall
ist. Denn in diesem Fall muß zumindest ein Teil des
Empfängers ständig mit Strom versorgt werden, um
jederzeit das Eintreffen eines Steuersignals als
Eingangssignal erfassen zu können.
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Aus diesem Grund sind nach dem bisherigen Stand der
Technik bereits elektronische Vorrichtungen
vorgeschlagen worden, die wenigstens zwei Stufen umfassen,
deren Versorgungsanschlüsse zwischen zwei
Versorgungsanschlüssen der Vorrichtung in Reihe geschaltet
sind und deren Signaleingangs- und
Signalausgangsanschlüsse in Kaskade geschaltet sind.
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Eine solche Vorrichtung wird beispielsweise in der
EP-A-0 060 164 gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
beschrieben.
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Diese bekannte Vorrichtung umfaßt zwei
Spannungsverstärkerstufen und eine Schaltung zur automatischen
Korrektur des Verstärkungsfaktors.
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Diese Schaltung enthält jedoch Schaltungen mit
veränderlicher Impedanz in Abhängigkeit vom Wert eines an
ihren Steuereingang angelegten Signals.
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Die vorliegende Erfindung schlägt eine Verbesserung
dieses Schaltungstyps vor, mit der sich eine
automatische Korrektur des Verstärkungsfaktors mit relativ
einfachen Mitteln erzielen läßt.
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Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch den Gegenstand
des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 erreicht.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich deutlicher aus der Beschreibung und
aus den Zeichnungen. Darin zeigen im einzelnen:
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- Fig. 1: eine erste Ausführungsart einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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- Fig. 2: eine zweite Ausführungsart einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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- Fig. 3: eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die mit
einem zusätzlichen Mittel bestückt ist;
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- Fig. 4: ein Mittel zur automatischen Kontrolle
eines elektrischen Parameters wenigstens einer der
Stufen der Vorrichtung von Fig. 3.
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In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild zu einer ersten
Ausführungsart einer erfindungsgemäßen elektronischen
Vorrichtung dargestellt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt hauptsächlich
eine erste Stufe 1 und eine zweite Stufe 1', die
jeweils einen Signaleingangsanschluß 5 bzw. 7 und einen
Signalausgangsanschluß 6 bzw. 8 enthalten, sowie
Gleichspannungsversorgungsanschlüsse 9 bzw. 11 für
das hohe oder positive Potential sowie 10 und 11 für
das niedrige oder negative Potential.
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Erfindungsgemäß wird der mit dem Bezugsbuchstaben e
bezeichnete Signaleingangsanschluß der Vorrichtung
durch eine Verbindungsleitung 2 an den
Signaleingangsanschluß 5 der ersten Stufe 1 übertragen. Der
Signalausgangsanschluß 6 der ersten Stufe 1 ist durch
eine Verbindungsleitung 3 mit dem
Signaleingangsanschluß 7 der zweiten Stufe 1' verbunden. Der
Signalausgangsanschluß 8 der zweiten Stufe 1' ist über eine
Verbindungsleitung 4 mit dem Signalausgangsanschluß s
der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden.
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Erfindungsgemäß sind zwar die Stufen 1 und 1' unter
dem Gesichtspunkt des Signals in Kaskade geschaltet,
wobei jedoch die Stufen 1 und 1' zwischen einem
ersten Versorgungsanschluß 13 mit hohem (oder
positivem) Potential und einem zweiten Versorgungsanschluß
14 mit niedrigem (oder negativem) Potential in Reihe
geschaltet sind. Dazu ist die zweite Stufe 1' durch
ihren positiven Versorgungsanschluß 9 an den
Versorgungsanschluß 13 mit hohem (oder positivem) Potential
angeschlossen, während ihr negativer oder
Nullspannungs-Versorgungsanschluß 10 mit dem positiven
Versorgungsanschluß 11 der ersten Stufe 1 verbunden ist,
deren negativer Versorgungsanschluß 12 an den
Versorgungsanschluß 14 mit niedrigem (oder negativem)
Potential angeschlossen ist.
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Wenn man davon ausgeht, daß die Ersatzwiderstände für
die Stromversorgung, beispielsweise bei
Nichtvorhandensein eines Signals, in der elektronischen
Vorrichtung R1 zwischen den Anschlüssen 9 und 10 für die
erste Stufe 1 bzw. R2 zwischen den Anschlüssen 11 und
12 für die zweite Stufe 1' sind, und wenn mit Ua die
Speisegleichspannung zwischen den Anschlüssen 13 und
14 bezeichnet wird, so ist festzustellen, daß für den
Leistungsverbrauch gilt: P = Ua² / (R1 + R2).
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Nach dem bisherigen Stand der Technik ist
festzustellen, daß die positiven Versorgungsanschlüsse 11 bzw.
9 der ersten 1 und zweiten 1' Stufe beide an die
Leitung 13 angeschlossen wären, während die negativen
Versorgungsanschlüsse 12 bzw. 10 gemeinsam an die
Leitung 14 angeschlossen wären. In diesem Fall wäre
der Leistungsverbrauch größer, wobei er sich durch
die folgende Gleichung ausdrücken ließe:
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P = Ua²/R1 + Ua²/R2
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Erfindungsgemäß ist es möglich, die Anzahl der Stufen
bis zu der Grenze zu erhöhen, bis zu der die
Spannungsdifferenz zwischen den Anschlüssen mit höherer
Gleichspannung und mit niedrigerer Gleichspannung für
jede der Stufen ausreichend ist, um die Schaltung
angemessen vorzuspannen.
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In der Vorrichtung von Fig. 1 gilt für das erzeugte
Ausgangssignal: S(p) = K1 · K2 E(p),
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wenn K1 und K2 die Übertragungsfunktionen der Stufen
1 und 1' und E(p) und S(p) die
Laplace-Transformierten der Eingangssignale e und Ausgangssignale s der
Vorrichtung bezeichnen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt insbesondere
zur Anwendung, wenn die Stufen 1 und 1' Verstärker
oder Filter oder Kombinationen dieser beiden
Schaltungsarten sind.
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In Fig. 2 ist eine Ausführungsart dargestellt, bei
der unter dem Gesichtspunkt des Signals drei Stufen
15, 16, 17 in Kaskade und zwischen den
Versorgungsleitungen 13 und 14 in Reihe geschaltet sind.
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Wie vorstehend ist der Signaleingangsanschluß der
Vorrichtung e durch eine geeignete Verbindungsleitung
mit dem Eingangsanschluß 18 der ersten Stufe 15
verbunden, deren Ausgangsanschluß 19 mit dem
Eingangsanschluß 20 der zweiten Stufe 16 verbunden ist, deren
Ausgangsanschluß 21 an den Eingangsanschluß 22 der
Stufe 17 angeschlossen ist, deren Ausgangsanschluß 23
mit dem Ausgangsanschluß der Schaltung s verbunden
ist.
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Der positive Versorgungsanschluß 24 der dritten Stufe
17 ist an den Versorgungsanschluß 13 der Vorrichtung
angeschlossen, während ihr negativer
Versorgungsanschluß 25 mit dem positiven Versorgungsanschluß 26
der zweiten Stufe 16 verbunden ist. Der negative
Versorgungsanschluß 25 der zweiten Stufe 16 ist an den
positiven Versorgungsanschluß 28 der ersten Stufe 15
15 angeschlossen. Der negative Versorgungsanschluß 29
der ersten Stufe 15 ist an den negativen (oder
Nullspannungs-) Anschluß der Vorrichtung angeschlossen.
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Die Grenze der Anzahl der Stufen, die in Reihe
geschaltet werden können, ist von der minimalen
Vorspannung jeder der Stufen abhängig.
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Heute ist es, insbesondere unter Verwendung von
Bauelementen des MOS-Typs, möglich, beispielsweise bis
zu Vorspannungsgleichspannungen in einer
Größenordnung von 3 Volt und zuweilen weniger zu arbeiten; und
bei Verwendung einer hohen Gleichspannung Ua, zum
Beispiel in einer Größenordnung von 24 Volt, ist
davon auszugehen, daß es möglich ist, eine große Anzahl
von Vorrichtungen entsprechend den Schaltbildern der
Fig. 1 oder 2 in Kaskade zu schalten.
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In Fig. 3 ist ein zusätzliches Mittel dargestellt,
das an die Schaltung von Fig. 1 angepaßt ist. In
dieser Vorrichtung wird davon ausgegangen, daß die
Stufen 1 und 1' Spannungsverstärker sind. Sie sind
wie in Fig. 1 dargestellt geschaltet, und ihr
Anschluß an die Gleichstromversorgung soll im folgenden
nicht weiter beschrieben werden. Anhand der Schaltung
von Fig. 3 erfolgt eine Korrektur an wenigstens
einem Parameter des Ausgangssignals. Hier kann
insbesondere, wie weiter unten noch darzulegen sein wird,
einfach eine automatische Korrektur des
Verstärkungs
faktors CAG ausgeführt werden, indem über einen
Anschluß 30 eine Erfassung des Ausgangssignals s am
Ausgang der zweiten Stufe 1' vorgenommen wird.
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Das zusätzliche Mittel gemäß der Erfindung umfaßt
eine Erfassungsschaltung 31, deren Ausgangssignal einen
Korrektursignalgenerator 32 steuert, der über eine
Verbindungsleitung 33 mit einem Addierelement 34 am
Eingangsanschluß e verbunden ist. Das Eingangssignal
e wird beispielsweise an einen in der Zeichnung mit +
bezeichneten positiven Versorgungsanschluß des
Addierers 34 übertragen, während das
Korrekturausgangssignal an einen in der Zeichnung mit - bezeichneten
negativen Anschluß des Addierers 34 übertragen wird.
In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsart
arbeitet die automatische Korrektur im Negativmodus.
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In einer Ausführungsart wird die automatische
Korrektur nur an einem Teil des Durchlaßbereichs des
Ausgangssignals s ausgeführt. In dieser Ausführungsart
wird ein Bandfilter verwendet, das am Anschluß 30 als
Mittel, um die automatische Korrektur nur auf einen
Teil des Ausgangssignals zu begrenzen, eingefügt
wird. Die Korrektur kann natürlich nur auf einen Teil
der Amplitude des Signals oder auf jede andere
Charakteristik des Ausgangssignals angewendet werden.
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In Fig. 4 ist eine andere Schaltung dargestellt, die
die Ausführung einer automatischen Korrektur eines
elektrischen Parameters einer der in Kaskade
geschalteten Stufen in der Vorrichtung ermöglicht. So ist es
bekannt, daß ein elektrischer Parameter wie die
Ausgangsspannung oder der Verstärkungsfaktor oder der
Durchlaßbereich einer elektrischen Stufe, die einen
Transistor oder eine Vorrichtung der gleichen Art
umfaßt, durch eine Änderung des Eingangsstroms regelbar
ist.
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Dies gilt insbesondere für die automatische Korrektur
des Verstärkungsfaktors CAG. In der Schaltung von
Fig. 1 genügt es, den Strom im Transistor 1 zu
verringern, um reziprok den Strom im Transistor 1' zu
reduzieren.
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Die Stromänderung erfolgt anhand einer Vorrichtung 40
zur Pegelerfassung, die das am Anschluß 3 von Fig. 1
entnommene Signal empfängt und die ein
Erfassungsausgangssignal 42 erzeugt, das dazu dient, eine
Stromquelle 41 zu kontrollieren, die zwischen der
Stromzuleitung mit hohem (oder positivem) Potential 13 und
einem Punkt A zur Summierung der Ströme am Eingang
des Transistors 1 geschaltet ist. Wenn eine
automatische Korrektur des Verstärkungsfaktors anhand der
Schaltung von Fig. 4 erfolgen soll, genügt es, die
Stromentnahme zur Stromversorgung mehr oder weniger
zu vergrößern, wodurch das Potential Ve erhöht wird;
und da die Spannung VB fest bleibt, verringert sich
der Kollektorstrom im Transistor 1 und
dementsprechend auch im Transistor 1'.
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In Fig. 4 ist die vorstehend beschriebene
automatische Korrektur des Verstärkungsfaktors als eine
Korrektur dargestellt, die in dem im Zusammenhang mit
Fig. 3 beschriebenen zusätzlichen Mittel vorgesehen
ist.
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Die Vorrichtung von Fig. 4 weist eine Schaltung zur
automatischen Korrektur des Verstärkungsfaktors auf.
Die Korrekturschaltung umfaßt ein Erfassungsmittel 40
für den Pegel des Ausgangssignals B einer gegebenen
Stufe 1' der Vorrichtung. Als einzige Vorgabe darf
diese gegebene Stufe nicht die Eingangsstufe der
Vorrichtung sein. Ihr Ausgang ist an die Steuerelektrode
42 einer steuerbaren Stromquelle 41 angeschlossen.
Eine solche steuerbare Stromquelle läßt sich anhand
eines Transistors einfach ausführen. Ihr Ausgang ist
an den Eingang - des Addierers 34 angeschlossen, der
am Eingang einer vorangehenden Stufe 1 angeschlossen
ist, an der die automatische Korrektur des
Verstärkungsfaktors angewendet wird. Nach Maßgabe der
Programmierung der automatischen Korrektur des
Verstärkungsfaktors, beispielsweise in Abhängigkeit vom
Durchlaßband, entnimmt das Korrekturmittel mehr oder
weniger Strom in der vorangehenden Stufe 1, wodurch
es den Ausgangsspannungspegel der Ausgangsstufe 1'
mehr oder weniger verringert.