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"Schaltungsanordnung zur elektronischen VerstärtlDgseinætellung" Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff, wie sie
im wesentlichen aus der D?-OS 2 060 192 bekannt ist. Dabei sind zwei über Kreuz
gekoppelte Transistor-Differenzverstärker vorgesehen, wobei in den Emitterzuleitungen
Transistoren angeordnet sind, von denen dem einen das Eingangs signal und eine Gleichspannung
und dem anderen nur diese Gleichspannung zugeführt wird.
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Die Verstärkung kann dabei durch Änderung der Vorspannung der Differenzverstärker-Transistoren
geändert werden.
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In der Praxis hat diese Schaltung verschiedene Nachteile.
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Das Eigenrauschen ist verhältnismäßig hoch und macht sich insbesondere
dann störend bemerkbar, wenn die Verstärkung sehr gering und das Ausgangssignal
mithin klein ist. Bei großen Amplituden des Eingangssignals treten verhältnismäßig
starke Verzerrungen auf.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltung besteht darin, daß bei
gegebener Batteriespannung und gegebener maximaler Verstärkung, die dem Verhältnis
des Widerstandes in der Kollektorleitung zum Widerstand in der Emitterzuleitung
des Differenzverstärkers entspricht, die maximale Eingang amplitude festgelegt ist.
Dies liegt daran, daß nicht nur der Signalanteil der an der Basis des Transistors
in der gemeinsamen Emitterzuleitung liegenden Spannung verstärkt wird, sondern auch
der Gleichspannungsanteil. Der Gleichspannungsanteil muß dabei mehrfach größer sein
als die maximale Signalamplitude, damit Verzerrungen vermieden werden, z.B. um den
Faktor 2,5, und die Versorgungsgleichspannung muß größer sein als die Summe der
Spannungsabfälle am Kollektorwiderstand und am Emitterwiderstand. Deshalb ist bei
gegebener Batteriespannung und gegebener maximaler Verstärkung die maximal zu verarbeitende
Signalamplitude verhältnismäßig niedrig; ebenso ist bei gegebener Versorgungsspannung
und bei gegebener maximal zu verarbeitender Signaleingangsspannung die größtmögliche
Verstärkung au einen verhältnismäßig niedrigen Wert festgelegt.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Schaltungsanordnung
zur elektronischen Verstärkungseinstellung zu schaffen, die bei großem Eingangssignal
nur geringe Verzerrungen hervorruft und die nur ein geringes Eigenrauschen aufweist,
insbesondere bei stark herabgesetzter Verstärkung, und die darüber hinaus eine verhältnismäßig
hohe maximale Verstärkung aufweist, ohne daß bei großem Eingangssignal und herabgesetzter
Verstärkung - bei gegebener Batteriespannung
- eine Übersteuerung
des Stellgliedes auftritt.
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Bei einer Schaltungsanordnung zur elektronischen Verstärkungseinstellung
gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch
die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.
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Die in Anspruch 2 angegebene Weiterbildung der Erfindung ist besonders
für den Aufbau in integrierter Schaltungstechnik geeignet.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die Schaltung enthält zwei Transistor-Differenzverstärker, d.h. zwei
Transistorpaare 23, T1 und 4 22' deren Emitter jeweils?miteinander verbunden sind.
In der gemeinsamen Emittersuleitung der Transistoren 23 und T1 ist die Kollektor-Emitter-Strecke
eines Transistors T5 mit einem Emitterwiderstand Rg eingeschaltet; ebenso ist in
die gemeinsame Emitterzuleitung der Transistoren T4 und 22 die Kollektor-Rmitter-Strecke
eines Transistors T6 mit einem hMiterwiderstand R01, der dieselbe Größe hat wie
der Widerstand Rg, eingeschaltet. Die Basen der Transistoren T3 und T2 sowie der
Transistoren T1 und T4 sind jeweils direkt miteinander verbunden. Die Kollektoren
der Transistoren T3 und T4 sind miteinander verbunden und über einen Widerstand
R an den positiven Pol der Versorgungsspannung angeschlossen (alle Transistoren
sind vom npn-Typ).
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Insoweit ist die baschriebene Schaltung bekannt. Die Verstärkungen
der beiden Verstärker sind durch die zwischen der Basis des Transistors T3 (und
T2) einerseits und der Basis des Transistors T4 (und Ti) andererseits angelegte
Steuerspannung Ust bestimmt und mit dieser gegensinnig veränderbar.
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Die Spannung am gemeinsamen Kollektorwiderstand R wird durch einen
Verstärker V mit hoher Verstärkung und niedrigem
Ausgangswiderstand
verstärkt. Der Ausgang 0 des Verstärkers V kann als gemeinsamer Ausgang zweier Verstärker
(T5, t T3, V einerseits und T6 T4 V andererseits) aufgefaßt werden.
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Als Eingänge dieser Verstärker dienen dabei die Klemmen E1 (Basis
des Transistors T5) bzw. E2 (Basis des Transistors T6).
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Die in ihrer Amplitude zu beeinflussende Signalwechselspannung Uin
wird der Schaltung an der Klemme K zugeführt, die über einen ohmschen Widerstand
R1 mit dem Eingang E1, d.h. mit der Basis des Transistors T5, verbunden ist.
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Der andere Eingang E2 ist direkt mit dem gemeinsamen Ausgang 0 verbunden
und über einen ohmschen Widerstand R2 mit dem anderen Eingang 21.
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Die Schaltung wirkt folgendermaßen: Wenn die Spannung an der Basis
des Transistors T3 genügend positiv gegenüber der Spannung an der Basis des Transistors
T4 ist, ist der Transistor T3 leitend und der Transistor T4 -4 gesperrt. Die Schaltung
wirkt dann so, als ob der Kollektor des Transistors T4 gar nicht mit dem Widerstand
R verbunden wäre und das über R1 dem Eingang E1 zugeführte Signal wird über T5 und
T3 sowie dem Verstärker V verstärkt und von dessen Ausgang über den Widerstand R2
gegengekoppelt.
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Ist die Verstärkung des Verstärkers V multipliziert mit dem Verhältnis
R/Ro genügend groß, dann ergibt sich in diesem Fall für die Verstärkung V' = - UOut/Uin
= R2/R1.
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Wenn nun das Basispotential der Transistoren T1 und T4 im Vergleich
zum Basispotential der Transistoren T3 und T2 negativ gemacht wird, nimmt der Signalstrom
vom Transistor T4 zu und der Signalstrom vom Transistor T3 ab. Die Ausgang wechselspannung
des Verstärkers V ist die Steuerspannung für den zweiten Verstärkereingang E2. Der
Signalwechselstrom über T4 ist wegen der Phasendrehung im Verstärkerzug
gegenphasig
zum Signalwechselstrom über T3. Er kompensiert diesen daher bis auf einen Wert,
der um so kleiner ist, je größer die Verstärkung des Verstärkers V ist. Bei dieser
Einstellung der Schaltungsanordnung, d.h., wenn Ust eine solche Polarität und eine
solche Größe hat, daß der Strom des Transistors T5 im wesentlichen über T1 und der
Strom des Transistors T6 im wesentlichen über T4 fließt, ist die Gegenkopplung sehr
groß. Infolgedessen wird das Eigenrauschen der Schaltung, das besonders bei dieser
Einstellung stören würde, weil dann die Ausgangsamplitude besonders klein ist, stark
herabgesetzt. Ebenso werden die Verzerrungen durch die Gegenkopplung vermindert.
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Die maximale Verstärkung der Schaltung, die durch den Quotienten R2/R1
bestimmt ist, kann wesentlich größer sein als bei der eingangs erwähnten bekannten
Schaltung, ohne daß bei großen Eingangssignalen Verzerrungen hervorgerufen werden.
Die Verzerrungen hängen nämlich nur von dem Verhältnis der Gleichspannung zur Signalwechselspannung
an der Basis von T5 ab, und dieses Verhältnis kann genügend groß gemacht werden,
da - anders als bei der eingangs erwähnten bekannten Schaltung - der Widerstand
R, der für die Gesamtverstärkung keine Bedeutung hat, grundsätzlich beliebig klein
gemacht werden kann. Es lassen sich so z.B. Eingangssignale mit einer Amplitude
bis zu 2 V bei einer maximalen Verstärkung von 10 und bei einer Batteriespannung
von 10 V verzerrungsfrei verarbeiten.
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Da der Verstärker V galvanisch an die Kollektoren der Transistoren
T3 und T4 angeschlossen ist, ist eine gesonderte Gleichstromeinstellung für die
Transistoren T5 und T6 überflüssig, wenn der Verstärker V als Gleichstronverstärker
ausgebildet ist. Dadurch wird erzwungen, daß die Gleichströme in den Transistoren
T5 und T6 einander gleich sind. Das wiederum hat zur Folge; daß bei
einer
Änderung der Steuerspannung Ust der Gleichstrompegel am Ausgang 0 nicht verändert
wird. Infolge der starken Gleichstromgegenkopplung sind die Gleich stromarbeitspunkte
gegen Temperatur- und Betriebsspannungsschwankungen stabilisiert.
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Die Schaltung kann, wie gestrichelt durch den Block IC angedeutet,
in integrierter Schaltungstechnik ausgeführt sein, wobei die Widerstände R1 und
R2 außen zugeschaltet werden.
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Ein weiterer Vorteil der Schaltung besteht darin, daß die Verstärkung
in einem weiten Bereich (mehr als 90 dB) proportional zum Logarithmus der Steuerspannung
Ust änderbar ist.
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PATENTÄNSPRÜCHE: