DE3116228C2

DE3116228C2 - Verstärkerschaltung mit steuerbarem Verstärkungsgrad

Info

Publication number: DE3116228C2
Application number: DE3116228A
Authority: DE
Inventors: Jack Rudolph Flemington N.J. Harford
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1980-04-23
Filing date: 1981-04-23
Publication date: 1987-05-14
Also published as: FR2481541A1; SU1268118A3; ZA812598B; ES8206117A1; ATA182481A; FI811188L; CA1170731A; DK157966C; NZ196874A; NL190681C; IT1194044B; NL190681B; IT8120925A0; GB2074410B; PT72855A; NL8101991A; SE448801B; KR850000733B1; PT72855B; KR830005762A

Abstract

Bei der beschriebenen Transistorverstärkerschaltung steuerbaren Verstärkungsgrades wird die Emittergegenkopplung ohne Beeinflussung der Gleichvorspannung des Verstärkers geändert. Ein Verstärkertransistor (10) ist ohmisch in Emitterschaltung mit einem festen Kollektorarbeitswiderstand (18) gekoppelt. Die Emitterimpedanz des Verstärkertransistors enthält eine Einrichtung (14) steuerbaren Widerstandes mit einer Basiselektrode, die mit der Emitterelektrode des Verstärkertransistors (10) gekoppelt ist, einer Emitterelektrode, der ein veränderlicher Verstärkungsgrad-Steuerstrom (I ↓G ↓C) zugeführt ist, und einer Kollektorelektrode, die mit einem Bezugspotentialpunkt (Masse) gekoppelt ist. Bei Signalfrequenzen wirkt der Basis-Emitter-Übergang dieser Einrichtung (14) als Widerstand, der sich invers zum Fluß des Verstärkungsgrad-Steuerstroms durch die Kollektor-Emitter-Strecke der Einrichtung (14) ändert. Durch Änderung des Widerstandes des Basis-Emitter-Überganges der Einrichtung (14) wird die Emitterimpedanz sowie die Gegenkopplung des Verstärkertransistors (10) geändert, was wiederum zu einer Änderung des Verstärkungsgrades des Verstärkers führt. Die Kollektor-Emitter-Strecke der Einrichtung (14) ist von der Schaltungsanordnung (V ↓B ↓I ↓A ↓S, 22) für die Vorspannung des Transistors getrennt und die Modulation der Einrichtung (14) beeinflußt daher die Gleichvorspannung des Verstärkertransistors (10) nicht. Bei Verhältnissen mit starkem Signal (maximaler Herabsetzung des ..........

Description

Beschreibung

£ Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Verstärkerschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentan-

Spruchs 1.

35 Aus der DE-OS 12 85 547 ist eine regelbare Verstärkerschaltung mit einem Verstärkertransistor bekannt, dessen Emitter-Kollektor-Strecke mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines Regeitransistors in Reihe geschaltet

ist. Dem Regeltransistor wird ein Regelsignal an der Basis zugeführt. Nachteilig an dieser Schaltung ist, daß die

Regelung den Gleichstromarbeitspunkt des Verstärkertransistors ändert. Die bekannte Schaltungsanordnung ist daher auch wechselstromgekoppelt und eignet sich nicht für gleichstromgekoppelte Verstärker.
Aus der DE-OS 19 43 788 ist eine Verstärkerschaltung mit einem Verstärkertransistor in Emitterschaltung bekannt, dessen Emitterwiderstand durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Regeltransistors überbrückt ist

Aus der US-PS 36 41 450 ist ein Differenzverstärker bekannt, bei dem die Emitterwiderstände der Verstärkertransistoren jeweils durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Regeltransistors überbrückt ist.

Auch bei diesen Schaltungsanordnungen beeinflußt die Regelung den Gleichstromarbeitspunkt.
Verstärkerschaltungen mit steuerbarem Verstärkungsgrad (im folgenden kurz "Regelverstärker"), wie der Zwischenfrequenzverstärker eines Fernsehempfängers, sollen einer Vielzahl von sich oft widersprechenden Anforderungen genügen. Beispielsweise sollte der Verstärker im ganzen Regelbereich linear arbeiten. Weiterhin sollte die Eingangsimpedanz und die Gleichvorspannung des Verstärkers im Verstärkungsbereich konstant sein. Schließlich soll der Verstärker Eingangssignale in einem größeren Amplitudenbereich verarbeiten können, so so daß er auch durch Eingangssignale höherer Amplituden nicht übersteuert wird, und er soll nicht zuletzt eine optimale Rauschzahl aufweisen.

In der gleichrangigen DE-OS 31 16 230 ist ein Regelverstärker beschrieben, der diese Anforderungen in zufriedenstellender Weise erfüllt. Dieser Regelverstärker arbeitet mit einer Einrichtung steuerbaren Widerstandes zur Änderung der Kollektorlastimpedanz und damit der Arbeitskennlinie des Verstärkers in Abhängigkeit von einem Verstärkungsgrad-Steuersignal. Ein besonderer Vorteil eines solchen Verstärkers besteht darin, daß der Widerstand der Kollektorbelastung durch das Verstärkungsgrad-Steuersignal ohne Störung der Gleichvorspannung des Verstärkenransistors geändert werden kann.

Der oben beschriebene Verstärker arbeitet als erste von mehreren hintereinander geschalteten Zwischenfrequenzverstärkerstufen eines Fernsehempfängers hervorragend. Dies ist z. T. auf die Verwendung der veränderlichen Kollektorbelastung zurückzuführen, welche den Störabstand des Verstärkers bei starkem Eingangssignal, d. h. bei minimaler Verstärkung, verbessert. Unter diesen Verhältnissen, bei denen das Rauschverhalten des Verstärkers besonders wichtig ist, sind die Widerstände im Ausgang des Verstärkers, die Rauschstörungen erzeugen, herabgesetzt Diese Betriebsart hat sich jedoch als nicht so günstig erwiesen, wenn der Verstärker als letzte oder Endstufe eines mehrstufigen Verstärkers verwendet wird. In der Endstufe ist das Rauschverhalten weniger wichtig, da der Verstärker von den vorangehenden Verstäikerstufen Eingangssignale verhältnismäßig großer Amplitude erhält. Ein wichtigeres Kriterium für die Endstufe stellt vielmehr die Fähigkeit dar, diese schon relativ hochpegeligen Signale möglichst verzerrungsfrei auf noch höhere Signalpegel zu verstärken und gleichzeitig die Verlustleistung des Verstärkers klein zu halten. Es hat sich insbesondere gezeigt, daß bei hohen

Signalpegeln am Ausgang der Endstufe die PIN Übergänge der in Kollektorschlatung arbeitenden, als gesteuerte Widerstände dienenden Einrichtungen so stark ausgesteuert werden, daß Verhältnisse eintreten, bei dene.i eine iniermodulation auftritt. Ferner nimmt der Verstärkungsgrad des Verstärkers bei starken Signalen dadurch ab, daß der Widerstand der PIN-Übergänge an den Kollektorelektroden der Verstärkertransistoren reduziert wird. Um die gewünschten hochpegeligen Ausgangssignale zu erzeugen, müssen hohe Signalströme vorgesehen werden, um die niederohmigen Kollektorbelastungen entsprechend aussteuern zu können. Dies kann zu einem großen Signalstrombedarf von der Stromversorgung des Verstärkers führen, was unter Umständen eine schlechte Stabilität der Verstärkung zur Folge hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkerschaltung anzugeben, unter Beibehaltung der Vorteile des oben beschriebenen Verstärkers einen verzerrungsfreien Betrieb sowie eine Verringerung der Verlustleistung des Verstärkers bei Verhältnissen mit starken Signalen gestattet.

Diese Aufgabe wird bei einer Verstärkerschaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Verstärkerschaltung gemäß der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Eine nach den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaute Verstärkerschaltung mit steuerbarem Verstärkungsgrad arbeitet mit Stromgegenkopplung, die ohne Beeinflussung der Gleichstromvorspannung des Verstärkers geändert wird. Die Verstärkerschaltung enthält einen Verstärkertransistor, der galvanisch in Emitterschaltung mit einem festen Kollektorarbeitswiderstand gekoppelt ist. Die Emitterimpedanz des Verstärkertransistors enthält eine Einrichtung steuerbarer Impedanz, die vorteilhafterweise eine mit der Emitter? /ktrode des Ver-Stärkertransistors gekoppelte Basiselektrode, eine Emitterelektrode, die so geschaltet ist, daß ihr 1 eränderiicher Verstärkungsgrad-Steuerstrom zuführbar ist, und eine mit einem Bezugspotentialpunkt gekoppelte Kollektorelektrode enthält. Bei Signalfrequenzen wirkt der Basis-Emitter-Obergang als Impedanz oder Widerstand, der sich invers mit dem Fluß des Verstärkungsgrad-Steuerstromes durch die Kollektor-Emitter-Strecke der Einrichtung ändert. Bei Änderung des Widerstandes des Basis-Emitte»-Überganges der Einrichtung ändert sich die \ Emitterimpedanz und die Gegenkopplung des Verstärkertransistors, was wiederum den Verstärkungsgrad des

. I Verstärkers beeinflußt. Die Kollektor-Emitter-Strecke der Einrichtung ist getrennt von der Transistorvorspan-

nungs- oder Stromversorgungsschaltung und die Modulation der Einrichtung beeinflußt daher die Gleichvorspannung des Verstärkertransistors nicht. Unter Verhältnissen mit starkem Signal (maximale Verringerung des Verstärkungsgrades) ist die Einrichtung gesteuerten Widerstandes vollständig abgestellt oder gesperrt, so daß keine Intermodulationsverzerrungen im Verstärker verursacht. Der feste Kollektor-Arbeitswiderstand ergibt eine konstante, hohe Ausgangsimpedanz, die die Verlustleistung und die in der Stromversorgung des Verstärkers fließenden Signalströme klein hält.

Der Verstärkertransistor der verstärkungsgesteuerten Verstärkerschaltung hat typischerweise eine gewisse Kollektor-Basis-Kapazität, die das Verhalten des Verstärkers bei Verwendung als ZF-Verstärker in einem Fernsehempfänger beeinträchtigen kann. Dem ZF-Verstärker eines Fernsehempfängers ist gewöhnlich eine frequenzseiektive Schaltung vorgeschaltet, die den ZF-Durchlaßbereich bestimmt. Wenn die ZF-Signale von dieser Schaltung auf die Basis des Verstärkertransistors gekoppelt werden, wirkt die effektive Eingangsk*pazität, die e^;ne Funktion der Kollektor-Basiskapazität und der Spannungsverstärkung des Verstärkertransistors ist, am Ausgang der frequenzselektiven Schaltung als Teil der Eingangsimpedanz des Verstärkers. Wenn der Verstärkungsgrad des Verstärkers erhöht wird, nimmt die Eingangskapazität scheinbar zu und durch diese Kapazitätserhöhung wird die frequenzselektive Schaltung auf eine niedrigere Frequenz verstimmt. Bei einem Fernsehempfänger bewirkt eine solche Verstimmung im Effekt, daß die Abstimmung der frequenzselektiven Schaltung vom Bildträger weg zum Farbträger h>n wandert. Dies verringert in der Praxis die Signalamplitude und dar. Verhältnis von Signal z^ Rauschen der Videoinformation. Es ist daher wünschenswert, den geregelten Verstärker so auszulegen, daß die Eingangsimpedan; der Verstärkerschaltung im ganzen Regelbereich konstant bleibt. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher der Eingang des Verstärkertransistors durch einen zusätzlichen, als Emitterfolger geschalteten Transistor gepuffert, der die Kollektor-Basis-Kapazität von der vorangehenden Schaltung isoliert.

Inn folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Versiärkerschaltung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines regelbaren Differenzverstärkers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die mit Eingangs- Pufferung arbeitet.

Der in Fig. 1 dargestellte Differenzverstärker mil steuerbarem VerstärKungsgrad enthält zwei Verstärkertransistoren 10 und 12. Ein Eingangssignal wird von Klemmen 32 und 34 zwischen die Basiselektroden der Verstärkertransistoren gelegt und das verstärkte Ausgangssignal wird zwischen den Kollektorelektroden der beiden Transistoren an Klemmen 30 und 38 abgenommen. Zwischen dit Kollektorelektroden der Verstärkertransistoren und eine Betriebsspannungsquelle B+ ist jeweils ein Last- oder Arbeitswiderstand 18 bzw. 20 gekoppelt. Die Basisvorspannung für die Verstärkertransistoren 10 und 12 wird über Widerstände 22 und 24 zugeführt, die zwischen die jeweilige Basiselektrode und eine Vorspannungsquelle V«m5 .geschalte', sind. Die Emitter der beiden Verstärkertransistoren sind über zwei Widerstände 26 und 28 miteinander gekoppelt. Zwischen die Verbindung 27 der Widerstände 26 und 28 und einen Bezugspotentialpunkt (Masse) ist ein Widerstand 30 geschaltet.

Die Emitterelektroden der Transistoren 10 und 12 sind außerdem mit den Basiselektroden von als steuerbare Widerstände arbeitenden Einrichtungen 14 bzw. 16 gekoppelt. Die Einrichtungen steuerbaren Widerstandes weisen mit Masse gekoppelte Kollektorelektroden sowie miteinander verbundene Emitterelektroden auf. Mit den verbundenen Emitterelektroden der Einrichtungen steuerbaren Widerstandes ist eine Einrichtung zur

automatischen Verstärkungsregelung (AVR-System) gekoppelt, das an die Einrichtungen einen Verstärkungsgrad-Steuerstrom /«(liefert.

Die Einrichtungen 14 und 16 steuerbaren Widerstandes können gewöhnliche Transistoren enthalten bzw. sein und arbeiten bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in gleicher Weise, wie es in der erwähnten DE-OS 31 16 320 beschrieben ist. Die Einrichtungen sind, kurz gesagt, vorteilhafterweise ähnlich aufgebaut, wie ein vertikaler pnp-Transistor, wobei die Basiszonen Bereiche aus. im wesentlichen eigcnleitenclem (hochohmigem) Halbleitermaterial enthalten. Dieser eigenleitcnde Bereich trennt die &rgr;' -leitende Emittierzone und eine &eegr;+-leitende Basiskontaktzone um eine Strecke, die größer ist als die Diffusionslänge der Minoritätsträger, die in den eigenleitenden Bereich von der Emitterzone unter Steuerung durch den zwischen Emittern- und Kollektor

&iacgr;&ogr; fließenden Verstärkungsgrad-Steuerstrom Iac injiziert werden. Der Emilter-Basis-Übergang der Einrichtung arbeitet also als nichtgleichrichtende pin-Diode für hochfrequente Signaled, h. Signale mit einer Frequenz über einem Megahertz. Der Widerstand des Emitter-Basis-Überganges der Einrichtung wird durch F-MuB des Stromes /or vom AVR-System 40 gesteuert und nimmt ab, wenn der Fluß des Verstärkungsgrad-St'euerstromes Iac zunimmt. Der Verstärkungsgrad-Steuerstrom la fließt praktisch ganz durch die Emitter-Kollelktor-Strecke der Einrichtung und nur ein kleiner Gleichstrom fließt in die Basis der Einrichtung. Dieser Basisstrom ist im Vergleich mit den Emitterströmen der Transistoren 10 und 12 unwesentlich und beeinträchtigt oder stört daher die Gleichvorspannung bzw. den Arbeitspunkt der Verstärkertransistoren 10 und 12 nicht.

Die Differenzverstärkerschaltung gemäß Fig. 1 ist symmetrisch bezüglich der Verbindungspunkte 15 und 27 in der rvfixte der Schaltungsanordnung. Diese Verbindungspuiikte sind daher für komplcrücriiärc Eingangssigna-Ie, die den Klemmen 32 und 34 zugeführt werden, virtuelle Signalnullpunkte. Da diese Punkte virtuelle Massepunkte für das Signal sind, hat der Transistor 10 effektiv eine Emitterimpedanz für Wechselstromsignale, die den Basis-Emitter-Widerstand der Einrichtung 14 in Parallelschaltung mit dem Widerstand 26 enthält, die zwischen den Emitter des Transistors und ein Signalbezugspotential geschaltet sind. In entsprechender Weise enthält die Emitter-Wechselstromimpedanz des Transistors 12 die Parallelschaltung aus dem Widerstand 28 und dem

Basis-Emitter-Übergang der Einrichtung 16. Der Widerstand 30 schließt den Emitterstromweg der beiden Transistoren.

Im Betrieb wird das AVR-System auf Eingangssignale niedriger Amplituden mit einer Ernöhung des Verstärkungsgrad-Steuerstromes Iac reagieren. Ein großer Strom /<·_&Lgr;- verringert die Widerstände der Basis-Emitter-Übergänge der Einrichtungen 14 und 16. Diese verkleinerten Widerstände liegen dem Widerstand 26 bzw. 28 parallel und die Parallelimpedanzen bilden dann niedrige Signalimpedanzen zwischen den Emittern der Transistoren und Signalmasse. Infolge der niedrigen Emitterimpedanzen werden die Transistoren 10 und 12 mit hohem Verstärkungsgrad arbeiten und die Eingangssignale niedriger Amplitude entsprechend hoch verstärken. Wenn die Eingangssignalamplitude zunimmt, reagiert das AVR-System 40 hierauf mit einer Verringerung des den Einrichtungen steuerbaren Widerstandes zugeführten Stromes lai- Hierdurch werden die Widerstände der

Basis-Emitter-Übergänge der Einrichtungen erhöht und damit die Wechselstromimpedanzen im Emitterkreis der Transistoren, wodurch der Verstärkungsgrad der Verstärkertransistoren herabgesetzt wird. Bei maximaler Herabsetzung des Verstärkungsgradesirrsir.iiTsale Verstärkung) wird der Verstärkungsgrad-Steuerstrtom /cc-auf Null herabgesetzt und die Emitterimpedanzen der die Einrichtungen 14 und 16 bildenden Transistoren sind dann für die Wechselspannungssignale im wesentlichen gleich den Werten der Widerstände 26 und 28.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung können die Kollcktor-Basis-Kapazitäteri der Verstärkertranststoren 10 und 12 die Funktion des Verstärkers beeinträchtigen, z. B. wenn dieser als ZF-Verstärkerstufe in einem Fernsehempfänger verwendet wird. Die Rückkopplung durch diese Kapazitäten kann den Verstärkungsgrad des Verstärkers reduzieren und die sich ändernde Impedanz an den Eingangselektroden karon eine vorangehende frequenzselektive Schaltung verstimmen, die mit den Klemmen 32 und 34 gekoppelt ist. Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung sind diese Einflüsse der Kollektor-Basis-Kapazität wesentlich herabgesetzt. Bauelemente der Schaltung gemäß Fig. 2, die die gleichen Funktionen haben, wie die entsprechenden Schaltungselemente in Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung sind die Verstärkertransistoren 10 und 12 an ihren Basiseingängen durch als Emitterfolger geschaltete (also in Kollektorschaltung arbeitende) Transistoren 50 und 52 gepuffert. Die Klemme 32 und der Vorspannungswiderstand 22 sind mit der Basis des Transistors 50 gekoppelt und der Emitter dieses Transistors ist mit der Basis des Transistors 10 und einem Widerstand 54 gekoppelt. Die Klemme 34 und der Vorspannungswiderstand 24 sind mit der Basis des Transistors 52 gekoppelt, dessen Widerstand mit der Basis des Transistors 12 und einem Widerstand 56 gekoppelt ist. Din; Widerstände 54 und 56 sind miteinander und an ihrer Verbindung über einen Widerstand 58 mit Masse gekoppel t.

Die Kollektoren der Transistoren 50 und 52 sind miteinander verbunden und werden von einer Stromversorgung 70 mit eine Betriebsspannung versorgt. Die Stromversorgung 70 liefert auch die Betriebsspannung für die Kollektorarbeitswiderstände 18 und 20.

Die Widerstände 26 und 28 in Fig. 1 sind in Fig. 2 durch einen einzigen Widerstand 60 ersetzt, der zwischen die Emitterelektroden der Transistoren 10 und 12 gekoppelt ist. Die Widerstände 62 und 64 sind in Reihe miteinander zwischen die Emitter der Transistoren 10 und 12 geschaltet und die Verbindung dieser beiden Widerstände ist über einen Widerstand 66 mit Masse gekoppelt, um den Emittergleichstromweg für die Transistoren 10 und 12 zu schließen.

Die Wirkungen der Kollektor-Basis-Kapazitäten der Transistoren 10 und 12 machen sich an den Basen dieser Transistoren bemerkbar. Die Eingangsklemmen 32 und 34 sind jedoch durch die als Emitterfolger geschalteten

s5 Transistoren 50 und 52 von diesen Effekten isoliert Die Eingangsimpedanz an den Basen der Transistoren 50 und 52 bleibt daher im wesentlichen konstant und hoch, da die wechselnden Einflüsse der Kollektor-Basis-Kapazitäten der Transistoren 10 und 12 während der Verstärkungsregelung praktisch durch den Betawert der Pufferoder Trenntransistoren geteilt wird. Die jeweiligen Verbindungen der Emitter der Transistoren 50 und 52 und

der Basen der Transistoren 10 und 12 bleiben wegen der Verbindung der Vorspannungswiderstände 54,56 und 58 auf einem festen Gleichvorspannungswert. Wie bei der in Flg. 1 dargestellten Schaltungsanordnung wird der Verstärkungsgrad der Verstärkertransistoren 10 und 12 der in Fig. 2 dargestellten Schaltung durch Änderung des Stromes /umgesteuert geändert, der die Basis-Emitter-Widerslände der Einrichtungen 14 und 16 und damit die Emitter-Gegenkopplung der Transistoren ändert. Der Widerstand 60 befindet sich in der Mitte der symmetrischen Schaltung und in der Mitte dieses Widerstandes wird sich im Effekt ein Signalnullpunkt für die zifififührten komplementären Eingangssignale bilden. Im Effekt ist also die Hälfte des Widerstandswertes dieses Widerstandes zwischen den Emitter jedes der Transistoren 10 und 12 und einen Referenzspannungspunkt für das Signal geschaltet. Das Verhalten der regelbaren Verstärkerschaltung gemäß Fig. 2 kann durch die in Fig. 2 beispielsweise angegebenen WiderstanMswerte veranschaulicht werden. Für die Zwecke dieses Beispieles sei angenommen, daß der ganze Verstärker mit Ausnahme des AVR-Systems als integrierte Schaltung realisiert ist und daß der Verstärker als Endstufe eines mehrstufigen geregelten ZF-Verstärkers eines Fernsehempfängers arbeitet. Da der Verstärker die ZF-Endstufe bildet, muß er in der Lage sein, Eingangssignale verhältnismäßig hoher Amplitude von den vorangehenden Verstärkerstufen zu verarbeiten. Der Verstärker ist so ausgelegt, daß er an den Ausgangsklemmen 36 oder 38 ein im wesentlichen konstantes Ausgangssignal von 60 mV eff, gemessen am Synchronpegel des Videosignales liefert. Der Verstärker ist ferner für einen maximalen Verstärkungsgrad von 20 dB und einen Bereich von 10 dB für die Abwärtsregelung vom Wert maximalen Verstärkungsgrades ausgelegt. Die Impedanzen sollen hoch gehalten werden, um di? Verlustleistung und die Signalströme im Verstärker sowie seiner Stromversorung klein zu halten.

Die Verstärkertransistoren 10 und 12 arbeiten auf feste Arbeitswiderstände 18 und 20 von jeweils 1 Kiloohm, um die Ausgangssignale von 60 Millivolt an den Klemmen 36 und 38 zu erzeugen. Bei dem oben erwähnten geregelten Verstärker, der in der Patentanmeldung mit der Priorität aus der US-Patentanmeldung Nr. 1 43 032 beschrieben ist, liegen die veränderlichen Widerstände der Einrichtungen steuerbaren Widerstandes 14 und 16 parallel zu den festen Arbeitswiderständen. Bei maximaler Verringerung des Verstärkungsgrades bieten diese Einrichtungen in diesem Verstärker niedrige Widerstandswerte dar, so daß hohe Signalströme erforderlich wären, um die erforderlichen 60 Millivolt Ausgangssignal zu erzeugen. Bei dem Verstärker gemäß Fig. 2 sind dagegen keine hohen Signalströme erforderlich, da die Arbeitswiderstände 18 und 20 bei maximaler Herabsetzung der Verstärkung feste, relativ hohe Impedanzen sind.

Wenn der in Fig. 2 dargestellte Verstärker als integrierte Schaltung aufgebaut ist, werden den Arbeitswiders' "inden 18 und 20 Streukapazitäten parallel liegen, die die Impedanzen der Arbeitswiderstände bei den Signalfrequenzen herabsetzen. Die Arbeitsimpedanz der Verstärkertransistoren ist bei den üblichen ZF-Signalfrequenzen ungefähr 700 Ohm, wenn die Kapazitäten berücksichtigt werden. Bei dem vorliegenden Beispiel wird daher für die Ausgangsimpedanzen der Verstärkertransistoren ein Wert von 700 Ohm angenommen.

Die Gleichvorspannung der Transistoren 10 und 12 wird nun so gewählt, daß bei den erforderlichen Leistungswerten ein im wesentlichen verzerrungsfreies Arbeiten sowie die gewünschte Verstärkung sowie der erforderliehe Eingangsamplitudenbereich gewährleistet sind. Um an einer Ausgangsimpedanz von 700 Ohm 60 Millivolt zu erzeugen, ist ein Ruhestrom von nur etwa 120 &mgr;&Agr; erforderlich. In den Verstärkertransistoren wird jedoch noch zusätzlich Strom benötigt, um die Verzerrung der Signale zu verringern. Für eine vernünftige Linearität und die erforderliche Ausgangsleistung werden ungefähr 300 &mgr;&Agr; benötigt. Die Überlegungen enden hier jedoch noch nicht, da auch noch die Verstärkung und die Aussteuerbarkeit des Einganges in Betracht gezogen werden müssen.

Der Verstärker soll bei maximaler Verstärkung einen Verstärkungsgrad von 20 dB haben. Die Spannungsverstärkung des Verstärkers errechnet sich wie folgt:

VcA₁N = Z,IR_K (1)

wobei Zl die Kollektorimpedanz von 700 Ohm und Ri, die Summe des dynamischen Emitterwiderstandes r_e (einschließlich des Kontaktwiderstandes) des Verstärkertransistors und des Wechselstromwiderstandes R_e zwischen dem Emitter des Transistors und Signalbezugspotential sind. Zwanzig dB Verstärkung ergeben sich bei einer Last von 700 Ohm, wenn Re gleich 70 Ohm ist. Das r_c des Transistors ist eine Funktion des Emittergleichstromes des Transistors und geht von etwa 60 Ohm bei 0,5 mA Emitterstrom bis etwa 10 Ohm bei 3 mA. Da R_E = r_c + nc — 70 Ohm sein soll, muß ein größeres r_c durch eine Verringerung von R_c kompensiert werden. Wenn beispielsweise der Verstärkertransistor auf 0,5 mA Emitterstrom vorgespannt ist. muß R* also die Parallelschaltung aus dem Widerstand des Basis-Emitter-Überganges der Einrichtung steuerbaren Widerstandes und dem halben Wert des Widerstandes 60 (290 Ohm) gleich 10 Ohm sein. Um für R_e einen Wert von 10 Ohm zu erreichen, 55 | ist für Iac ein Wert von etwa 10 mA erforderlich. Dieser Wert ist für fcc unerwünscht hoch und die Verstärkertransistoren werden daher bei diesem Beispiel für einen Emitterstrom von 1,0 mA vorgespannt, so daß sich ein /> von etwa 30 Ohm ergibt Die Einrichtungen steuerbaren Widerstandes können nun durch einen Strom !cc mit einem Maximalwert von 4 mA gesteuert werden, um den gewünschten Verstärkungsgrad und den gewünschten Bereich für die Herabsetzung des Verstärkungsgrades zu erreichen, wie es in der folgenden Tabelle I dargestellt

Tabelle 1
(Die Werte gelten für eine Hälfte des Verstärkers)

Bereich der Verstärker-Grad-Verringerung (1OdB)	i_GCn	/?i4 oder Ä\|₆	**R_r (Ä_!4 od. R₁₆) parallel zu 290 ii**	Re (R_f + /·,)
Max. Verst. (20 dB) I	2 mA 1,76 mA	48 Ii 51 Ll	41 ii 43 ii	71 ii 73 Ii
	1,24 mA	70 Ii	56 Ii	86 ii
I	0,73 mA	105 ii	77 ii	107 Ii
Min. Verst. (9,2 dB)	0,26 mA 0.0 mA	240 ii 800 ii	131 ii 212 ii	161 ii 242 ii

Aus Gleichung (1) ist ersichtlich, daß der maximale Verstärkungsgrad des Verstärkers ZiJRf. = 700/71 ö 10 = 20 dB ist. Im maximal herabgeregelten Zustand ist der Verstärkungsgrad 700/242 s 2,89 = 9,2 dB, so daß sich ein Regelbereich von etwas über 10 dB nach unten ergibt.

Bei hohem Signalniveau erhält die verstärkungsgradgesteuerte Einrichtung keinen Verstärkungsgrad-Steuerstrom Icc und der mit dem Transistor gekoppelte Emitterwiderstand ist gleich dem halben Wert des Widerstandes 60 mit der parallel liegenden Eigen- oder Streukapazität der verstärkungsgradgesteuerten Einrichtung. Wie Tabelle I zeigt, ist diese parasitäre Kapazität im Falle des vorliegenden Beispieles bei ZF-Signalfrequenzen eine Impedanz von 800 Ohm. Da die Verstärkungsgradsteuereinrichtung bei maximaler Herabsetzung des Verstärkungsgrades im wesentlichen gesperrt ist, wenn das Emittersignalniveau hoch ist, wird durch die Verstärkungsgradsteuereinrichtung bei hohen Signalamplituden praktisch keine Verzerrung in den Verstärker eingeführt.

Die Aussteuerbarkeit des Einganges des Verstärkers wird durch das Verhältnis von r_e zu R_c bestimmt. Die Verstärkertransistoren sind in der Lage, bis zu einem zugeführten Signal von 13 Millivolt an ihrem dynamischen Emitterwiderstand r_c abzufallen, der bei diesem Beispiel jeweils 30 Ohm beträgt. Die höchsten Eingangssignalamplituden treten auf, wenn der Verstärker im Zustand minimaler Verstärkung (maximaler Verringerung des Verstärkungsgrades) arbeitet, wobei dann R_c ungefähr 242 Ohm ist. Da r_c und R_c für die zugeführten Eingangssi-

gnale in Reihe liegen, fallen an den 242 Ohm von /?_cetwa 105 Millivolt ab, wenn an r_c 13 Millivolt abfallen, so daß:

r. 30 Ll 13 mV

R_e 242 11 105 mV

Der Verstärker ist also in der Lage, Eingangssignale bis zu etwa 118 Millivolt an jeder Eingangsklemme ohne wesentliche Verzerrung zu verarbeiten. Bei dem vorliegenden Beispiel wird jedoch angenommen, daß die Amplitude der dem Verstärker zugeführten Eingangssignale 20 Millivolt niemals überschreitet und daher gut unter dem Grenzwert von 118 Millivolt liegt.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können auch als Modulatoren betrieben werden. Bei Betrieb als Modulator wird anstelle des AVR-Systems 40, welches den Steuerstrom Iac liefert, durch einen Verstärker ersetzt, der einen modulierten Strom l_ec liefert, welcher für ein modulierendes Informationssignal repräsentativ ist. Der Widerstand der widerstandsgesteuerten Einrichtungen 14 und 16 wird dann als Funktion dieses Modulationsstromes gesteuert, so daß der Verstärkungsgrad der Verstärkertransistoren 10 und 12 als Funktion der Information des Modulationsstromes geändert wird. Zwischen die Eingangsklemmen 32 und 34 wird ein Trägersignal gelegt, so daß zwischen den Ausgangsklemmen 36 und 38 ein mit der Information des Modulationsstromes modulierter Träger erzeugt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche

1. Verstärkerschaltung mit steuerbarem Verstärkungsgrad, enthaltend einen Verstärkertransistor in Emitterschaltung, eine Quelle für einen Verstärkungsgrad-Steuerstrom und eine Verstärkungsgrad-Steuereinrichtung, die einen Regeltransistor enthält, der mit der Basis-Elektrode des Verstärkertransistors gekoppelt ist und dessen Verstärkungsgrad in Abhängigkeit vom Verstärkungsgrad-Steuerstrom Steuer, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeltransistor (14) mit seiner Basis-Elektrode mit der Emitterelektrode des Verstärkertransistors (10) verbunden ist, mit seiner Emitter-Elektrode mit der Quelle (40) des Verstlrkungsgrad-Steuerstromes verbunden ist und mit seiner Kollektor-Elektrode mit einem Bezugspotentialpunkt

&iacgr;&ogr; (Masse) verbunden ist, wobei der Verstärkungsgrad-Steuerstrom bewirkt, daß der Kollektorstrom des

Regeltransistors im wesentlichen gleich dem der Emitter-Elektrode zugeführten Verstärkungsgrad-Steuerstrom ist und der Basisstrom des Regeltransistors wesentlich kleiner ist als der der Emitter-Elektrode zugeführte Verstärkungsgrad-Steuerstrom und der Regeltransistor (14) infolge des sich ändernden Widerstandes zwischen seiner Basis- und der Emitterelektrode an der Emitterelektrode des Verstärkertransistors

(10) eine von der Größe des Verstärkungsgrad-Steuersirornes abhängige veränderliche Impedanz bildet.

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, mit einem zweiten Verstärkertransistor (12), der mit dem ersten Verstärkertransistor (10) einen Differenzverstärker bildet, gekennzeichnet durch einen zweiten Regeltransistor (16), dessen Basis-Elektrode mit der Emitter-Elektrode des zweiten Verstärker-Transistors (12) verbunj!°n ist, dessen Kollektor-Elektrode mit Bezugspotential verbunden ist und dessen Basis-Elektrode mit der ^irstärkungsgrad-Steuerstrom-Quelle (40) verbunden ist und der zwischen seiner Emitter- und der Basis-Elektrode eine vom Strom zwischen diesen Elektroden abhängige, veränderliche Impedanz bildet

3. Verwendung der Verstärkerschaltung nach Anspruch 2, für einen Zwischenfrequenzverstärker eines Fernsehempfängers, wobei die Vcrstärkungsgrad-Steuerstrom-Quelle (40) eine Schaltungsanordnung zur automatischen Verstärkungsregelung (AVR-Schaltung) enthält und die Regeltransistoren (14,16) den Ver-Stärkungsgrad der als Zwischenfrequenzverstärker arbeitenden Verstärkertransistoren (10, 12) unter Steuerung durch die A V Ä-Schaltung regeln.

4. Verwendung der Verstärkerschaltung nach Anspruch 2, als Modulatorschaltung, wobei die Quelle für den Verstärkungsgrad-Steuerstrom einen Modulationsstrom liefert und die Emitter des ersten und des zweiten Regeltransistors (14,16) mit dem Modulalionsstrom gespeist sind.