DE2655320C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen elektronischen Widerstand, der mittels einer Steuergröße steuerbar ist.

Steuerbare elektronische Widerstände werden besonders als Stellglieder in Regelkreisen von Verstärkern zur automatischen Konstanthaltung eines beistimmten Signalpegels benötigt Bei vielen der Anwendungsfälle, beispielsweise in Regelkreisen von Trägerfrequenzverstärkern, besteht dabei die Forderung nach einer hohen Aussteuerungsgrenze sowie einer hohen Klirrdämpfung dieser Stellglieder, um zeitweilig auftretende Spannungsspitzen des Signals verzerrungsfrei übertragen zu können. In anderen Anwendungsfällen, beispielsweise in Empfangsschaltungen von Datenübertragungsgeräten (Modems), wird zusätzlich zu den genannten Anforderungen ein schnelles Einschwingen des Regelkreises gefordert

Mittels Dioden, deren Arbeitspunkt verändert wird, ist es möglich, Schaltungsanordnungen für steuerbare elektronische Widerstände aufzubauen. In den meisten Anwendungsfällen ist jedoch bei diesen Schaltungsanordnungen wegen der nichtlinearen Diodenkennlinie die Aussteuerungsgrenze zu niedrig. Dies gilt auch für eine Anordnung, bei welcher der steuerbare elektronische Widerstand durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors gebildet wird. Eine höhere Aussteuerungsgrenze läßt sich mit einer aus einem fremdgeheizten Heißleiter gebildeten Anordnung erreichen. Diese Anordnung ist jedoch wegen der hohen thermischen Zeitkonstante des Heißleiters und der dadurch bedingtes großen Einschwingzeit der Regelschaltung in vielen

Fällen unbrauchbar.

Ein mit einem Feldeffekttransistor realisierter steuerbarer elektronischer Widerstand ist aus DE-PS 15 83 767 bekannt. In Fig. 2 dieser Druckschrift ist eine Anordnung dargestellt, bei der parallel zum Kanalwiderstand zwischen Drain- und Sourceelektrode des Feldeffekttransistors ein Spannungsteiler angeordnet ist, dessen MittclabgrifT unmittelbar mit dem Bulkanschluß und über einen Kondensator mit der Gate-Elektrode verbunden ist. Hierdurch soll eine Schaltungan-Ordnung geschaffen werden, weiche nur einen sehr kleinen Klirrfaktor zweiter Ordnung aufweist. Sie ist dazu bestimmt, als Stellglied im Gegenkopplungskreis eines Verstärkers eingesetzt zu werden.
Weitere Beispiele von steuerbaren elektronischen Widerständen, die mit einem Feldeffekttransistor realisiert sind, sind in Elektronic Design 3, Febr. 1,1975, Seiten 68 bis 72, F i g. 3 gezeigt. Der Feldeffekttransistor ist bei beiden Schallungsvarianten als steuerbarer Widerstand in den Gegenkopplungskreis eines Verstärkers eingefügt. Zur Verbesserung der Klirrdämpfung des Feldeffekttransistors wird ein Teil der Spannung am Kanalwiderstand des Feldeffekttransistors über einen Kondensator auf den Gate-Anschluß zurückgeführt. Diese gegenphasige Rückführung wird durch die Einfügung eines Transistors in der zweiten Schaltungsvnriante weiter verbessert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für einen mittels einer Steuergröße steuerbaren elektronischen Widerstand zu schaffen, dessen Klirrdämpfung und Aussteuerungsgi enze möglichst groß ist gegenüber den entsprechenden Werten von bekannten Halbleiteranordnungen und der eine etwa ebenso niedrige Regelzeitkonstante aufweist wie diese Halbleiteranordnungen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen aus einem ersten Widerstand und einem von der Steuergröße unmittelbar angesteuerten zweiten Widerstand bestehenden Spannungsteiler, dessen Abgriff mit dem Eingang eines Verstärkers verbunden ist, wobei der Ausgang dieses Verstärkers über einen dritten Widerstand mit einem Ende des Spannungsteilers verbunden ist und die beiden Enden dieses Spannungsteilers die Klemmen des elektronischen Widerstandes bilden.
Im folgenden soll die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,
Fig.2 ein Beispiel mit der erfindungsgemäßen

Schaltungsanordnung als Teil eines Stromkreises,

Fig.3 die Schaltungsanordnung eines möglichen Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig.4 die Schaltungsanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

M) In F i g. 1 wird der Spannungsteiler ST durch die Reihenschaltung des ersten Widerstandes R 1 mit dem zweiten Widerstand R 2 gebildet, welcher mittels der Steuergröße 5 steuerbar ist. Der Verbindungspunkt von Widerstand R1 und Widerstand R 2 ist mit dem Eingang des Verstärkers V verbunden. Der Ausgang des Verstärkers V ist über den Widerstand R 3 mit dem freien Ende des Widerstandes R 2 verbunden. Zwischen den beiden Enden des Spannungsteilers ST tritt der

gewünschte elektronische Widerstand ÄS 1 auf.

Bei der folgenden Erläuterung der Erfindung sollen zum leichteren Verständnis die Vereinfachungen gemacht werden, daß der durch den Spannungsteiler ST fließende Strom /2 klein ist, bezogen auf den durch den elektronischen Widerstand RSi fließenden Strom /1, womit dieser Strom /1 etwa gleich dem durch den Widerstand A3 fließenden Strom /3 ist, und daß der Innenwiderstand des Verstärkers V vemachlässigbar klein ist, bezogen auf den Wert des Widerstandes A3. Liegt am elektronischen Widerstand RSi eine sinusförmige Wechselspannung UX an, so tritt am Ausgang des Verstärkers V dann eine Wechselspannung UY » a ■ Ui auf, wobei sich der Faktor ü aus dem Teilerverhältnis des Spannungsteilers ST sowie dem Eingangswiderstand und der Verstärkung des Verstärkers Vergibt. An den Klemmen des Widerstandes A3 liegt eine Wechselspannung an, welche sich aus der Differenz der Wechselspannungen Ui und UY ergibt: Ui - ü ■ Ui - Ui · (1-öjl D^e" durch den Widerstand R 3 fließende Strom /3 läßt sich daher aus dem Verhältnis dieser Differenzspannung zum Wert des Widerstandes R 3 bestimmen:

Aus dieser Beziehung errechnet sich der Wert des elektronischen Widerstandes RS1 zu

/1 1 - Il

Hieraus geht hervor, daß der elektronische Widerstand RS1 durch Verändern des Faktors ü gesteuert werden kann. Der Faktor ü wiederum kann durch Verändern der Steuergröße 5 gesteuert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß als steuerbarer zweiter Widerstand R 2 die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors dient, wobei der Widerstand dieser Strecke mittels der Basisvorspannung gesteuert wird. An dieser Emitter-Kollektor-Strecke liegt nur ein Teil der am elektronischen Widerstand RS1 herrschenden Spannung Ui an. Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung hat daher den Vorteil, daß die Werte für Aussteuerungsgrenze und Klirrdämpfung wesentlich höher liegen als in den eingangs erwähnten Fällen, bei denen die Spannung UX unmittelbar an der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors bzw. Kathoden-Anoden-Strecke einer Diode anliegt

Ist der elektronische Widerstand RSi, wie in Fig. 2 gezeigt, in einen Stromkreis eingeschaltet, beispielsweise in den Gegenkopplungskreis eines Verstärkers, so tritt an ihm bei großen Widerstandswerten ein großer Spannungsabfall auf. Aus der für den elektronischen Widerstand ÄS 1 angegebenen Beziehung (2) geht hervot: daß bei großen positiven Werten von RS i der Faktor ü einen Wert etwas kleiner als 1 aufweist Dies bedeutet, daß sich dann ein als zweiter Widerstand R 2 verwendeter Transistor im niederohmigen Zustand befindet Dieses Verhalten ist ein weiterer Vorteil gegenüber den eingangs erwähnten Anordnungen, bei denen sich bei einem hochohmigen Zustand auch der betreffende Transistor bzw. die Diode im hochohmigen und damit besonders übersteuerungsempfindlichen Zustand befindet.

Im dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verstärker K mit einem integrierten Operationsverstärker aufgebaut, wobei die Sptnnungsverstärkung des Verstärkers den Wert ν =■ +1 aufweist Als steuerbarer zweiter Widerstand. R 2 dient der Feldeffekt-Transistor Ti, dessen Gate-Elektrode über den ohmschen Widerstand A4 mit der als Steuergröße 5 dienenden Steuerspannungsquelle U₁ verbunden ist Parallel zur Source-Drain-Strecke des Transistors Tl

ίο ist der ohmsche Spannungsteiler ST geschaltet, wobei zwischen dessen Abgriff und der Gate-Elektrode des Transistors Ti der Kondensator Ci angeordnet ist Dieser Kondensator Ci dient in Verbindung mit dem Spannungsteiler ST und dem Widerstand R 4 zur Gegenkopplung des Transistors Ti und damit zur Erhöhung der KJirrdämpfung. Durch Veränderung der Steuerspannung U₁ wird der elektronische Widerstand RS1 gesteuert Mit dem Widerstand des Spannungsteilers ST kann die Grenze des Regelbereiches des elektronischen Widerstandes RSi beeinflußt werden. Ist kein Spannungsteiler ST notwendig, so kann zur Beeinflussung des Regelbereiches an Stelle des Spannungsteilers ST' auch ein einziger Widerstand verwendet werden. Als Widerstand A3 wird ein ohmscher Widerstand verwendet Entsprechend der Beziehung (2) sind dann die Werte des elektronischen Widerstandes Rs 1 reell.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Widerstand Λ 3 komplex. Man erhält dann für den

J₀ elektronischen Widerstand RSi ebenfalls einen komplexen Widerstand. Wie aus der Beziehung (2) hervorgeht, ist dieser Widerstand RS1 nur vom Wert des reellen Faktors ü abhängig. Der komplexe Widerstand RS Il hat daher den gleichen Phasenwinkel wie der komplexe Widerstand R 3. Verwendet man beispielsweise als Widerstand R 3 eine Induktivität, so tritt als elektronischer Widerstand RSi eine entsprechende veränderbare Induktivität auf. Mit dieser Ausführungsform der Erfindung läßt sich beispielsweise die Resonanzfrequenz eines LC-Schwingkreises in einem weiten Bereich steuern.

In Fig.4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Der Verstärker V wird hier mit dem npn-Transistor 72 realisiert, dessen Emitter den Verstärkerausgang und dessen Basis den Verstärkereingang bildet Der Verbindungspunkt des als ohmscher Widerstand ausgeführten Widerstandes R 3 mit dem Spannungsteiler ST und der Source-Drain-Strecke des Transistors Tl ist mit dem einen Pol einer Gleichspannungsquelle Ub (Spannung OV) verbunden und bildet wiederum die eine Klemme des elektronischen Widerstandes RSi. Der Widerstand Ri wird durch die Reihenschaltung der beiden ohmschen Widerstände R 1.1 und RX2 gebildet, wobei letzterem der Kondensa-

-_Λ tor C3 parallel geschaltet ist Der Verbindungspunkt von Kollektor des Transistors 72, Kondensator Ci, Widerstand Ri2 und dem einen Ende des Widerstandes R 5 bildet die andere Klemme des elektronischen Widerstandes RS1. Das andere Ende des Widerstandes

bo R 5 ist mit dem anderen, in diesem Falle positiven Pol der Gleichspannungsquelle Ub verbunden. Die Reihenschaltung der Source-Drain-Strecke des Transistors 71 mit dem Kondensator C2 liegt zwischen Spannung OV und dem Verbindungspunkt von Spannungsteiler ST,

b5 Widerstand R 1.1 sowie der Basis des Transistors 72. Der ohmsche Widerstand R 3 dient femer in Verbindung mit den Widerständen R 1.1, R 1.2 und R 5 sowie dem Spannungsteiler 57' zur Einstellung des Arbeits-

punktes des Transistors T2. Der Kondensator C3 schließt den Widerstand R \2 wechselstrommäßig kurz. Durch eine entsprechende Wahl des Verhältnisses der Widerstände RiA und RiSt ist eine zusätzliche Emstellmöglichkeit für den Faktor ö bzw. für den ·; Regelbereich des elektronischen Widerstandes RS1 gegeben. An Stelle des ohmschen Widerstandes R 3 kann auch ein komplexer Widerstand verwendet werden. In diesem Fall muß dann wegen des Arbeitspunktes des Transistors 72 auf einen bestimm- ι ο ten Gleichstromwiderstand geachtet werden.

Da einzelne Transistoren gegenüber Operationsverstärkern eine höhere Grenzfrequenz aufweisen, ist das AusführuRgsbeispie! nach Fig.4 besonders für hohe Frequenzen geeignet π

Im allgemeinen Fall nach F i g. 1 können der Widerstand R1 und der steuerbare zweite Widerstand R 2 auch gegeneinander vertauscht angeordnet sein.

Als steuerbarer zweiter Widerstand R2 kann beispielsweise auch ein Fototransistor oder eine Feldplatte dienen. Die Steuergröße Szur Steuerung des elektronischen Widerstandes RSi ist dann eine Lichtquelle bzw. ein Magnetfeld.

Wird der Eingangswiderstand des Verstärkers V entsprechend niedrig bemessen, so kann auf den 7^r> Widerstand R 1 verzichtet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

J5

4¹)

55

60

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für einen mittels einer Steuergröße steuerbaren elektronischen Widerstand, gekennzeichnet durch einen aus einem ersten Widerstand (R 1) und einem von der Steuergröße (S) unmittelbar angesteuerten, zweiten Widerstand (R 2) bestehenden Spannungsteiler (ST), dessen Abgriff mit dem Eingang eines Verstärkers (V) verbunden ist, wobei der Ausgang dieses Verstärkers (V)über einen dritten Widerstand (RZ) mit einem Ende des Spannungsteilers (ST) verbunden ist und die beiden Enden dieses Spannungsteilers (ST) die Klemmen des elektronischen Widerstandes (ÄS I) bilden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ■gekennzeichnet, daß der steuerbare zweite Widerstand (R 2) durch die Emitter-Koliektor-Strecke eines Transistors (Tl) gebildet wird, dessen Basis-Elektrode über einen vierten Widerstand (R 4) mit einer Steuerspannungsquelle (U₁) verbunden ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare zweite Widerstand (R 2) durch die Source-Drain-Strecke eines Feldeffekt-Transistors (Tl) gebildet wird, dessen Gate-Elektrode über einen vierten Widerstand (R 4) mit einer Steuerspannungsquelle (i/„/verbunden ist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter-Kollektor-Strecke bzw. der Source-Drain-Strecke des Transistors (Ti) ein weiterer Spannungsteiler (ST') parallel geschaltet ist, zwischen dessen Abgriff und der Basis- bzw. Gate-Elektrode ein Kondensator (C 1) angeschlossen ist

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Widerstand (R 3) am Ausgang des Verstärkers (V) komplex ist