DE1164497B - Regelbare Transistorschaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: H03f

Deutsche KL: 21 a2 -18/08

Nummer: 1164 497

Aktenzeichen: N 17410 VIII a / 21 a2

Anmeldetag: 22. Oktober 1959

Auslegetag: 5. März 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Transistorschaltungsanordnung mit durch einen Regelstrom bedingtem Verstärkungsgrad, z. B. zur selbsttätigen Lautstärkeregelung, bei der die Signalspannungsquelle einen Transistor steuert, dessen Eingangsinnenwiderstand zur Verminderung des Verstärkungsgrades durch die Regelung vergrößert wird, so daß der Signalsteuerstrom abnimmt.

Meist wünscht man bei anwachsender Signalamplitude eine Zurückregelung des Verstärkungsgrades oder sogar eine Signalschwächung (Verstärkungsgrad unterhalb Eins). Dazu wird in üblichen Schaltungen der Emittergleichstrom auf einen niedrigeren Wert eingestellt. Dann aber besteht die Gefahr einer starken Signalverzerrung, weil mit abnehmender Gleichstromeinstellung und zunehmender Signalstärke der Transistor im gekrümmten Teil seiner Kennlinie ausgesteuert werden kann.

Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art werden diese Nachteile vermieden, wenn gemäß der Erfindung dieser Verstärkertransistor durch die Differenz zweier von der Signalspannung abhängiger, den beiden Steuerelektroden des Transistors zugeführter Spannungen gesteuert wird, von denen die eine in der Amplitude durch einen vom Regelstrom gesteuerten Hilfstransistor derart geändert wird, daß bei zunehmendem Eingangswiderstand des Verstärkertransistors zur Verminderung des Verstärkungsgrades die wirksame Differenz-Signalspannung kleiner wird. Dadurch wird bei zunehmendem Eingangswiderstand des Verstärkertransistors (zur Verminderung des Verstärkungsgrades) die gegenphasige Spannung größer und damit die wirksame Signalspannung kleiner. Dadurch wird bei zunehmendem Eingangswiderstand auch die Amplitude der effektiv steuernden Signalspannung herabgesetzt, so daß die Kennlinie nur zu einem wesentlich geringeren Teil ausgesteuert wird und dadurch Verzerrungen weitgehend ausgeschlossen sind.

Außerdem kann die Verstärkung bis auf Null herabgeregelt werden, ohne daß der Verstärkertransistor vollständig gesperrt zu werden braucht, so daß auch hierbei Verzerrungen nicht zu befürchten sind.

Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß Verstärkerschaltungen bekannt sind, bei denen die Signalspannung den Gittern zweier Röhren zugeführt wird, deren Kathoden mit einem gemeinsamen Kathodenwiderstand verbunden sind. Der Ausgangswiderstand liegt im Anodenkreis der einen Röhre, die somit zwischen Gitter und Kathode von Signal-Regelbare Transistorschaltung

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Teunis Poorter, Eindhoven (Niederlande)

Spannungen gesteuert wird, die gegenphasig zueinander liegen, so daß die Steuerung durch die Diffe-

ao renz beider Spannungen bewirkt wird. Bei einer Lösung wird die Ausgangsamplitude dadurch verändert, daß die Verstärkung der Ausgangsröhre durch eine Änderung der Vorspannung geändert wird. Die Amplitude der in Differenzwirkung steuernden Relais bleibt dabei unverändert, so daß auch der Gefahr einer etwaigen Übersteuerung nicht entgegengewirkt wird. Eine Verwendung von Transistoren in dieser Schaltung ist praktisch nicht möglich, da geeignete Transistoren mit regelbarem Ver-Stärkungsfaktor nicht zur Verfügung stehen. Bei der anderen Lösung nach der bekannten Schaltung wird der Arbeitspunkt und damit die Verstärkung der einen Röhre, die das gegenphasige Signal an die Kathode der Ausgangsröhre liefert, verändert. Dabei wird zwar die Amplitude des einen der in Differenz wirksamen Signale verändert, aber der Arbeitspunkt der Ausgangsröhre bleibt unbeeinflußt, so daß nur ein verhältnismäßig enger Regelbereich erzielt wird.

Es ist auch eine etwa der vorstehend beschriebenen zweiten Röhrenlösung entsprechende Transistorschaltung bekannt, bei der die Emitter zweier Transistoren miteinander verbunden und über einen gemeinsamen Widerstand an die Speisequelle angeschlossen sind. Dabei werden die Signale der Basis des einen Transistors zugeführt, dessen Kollektorimpedanz mit dem Ausgang verbunden ist. Aus dem Verstärkerausgang werden weiter Signale über eine zusätzliche Transistorstufe zurückgeführt, deren Arbeitspunkt durch eine durch Gleichrichtung der Ausgangssignale erhaltene Regelgröße verändert wird. Vom Kollektor dieses zusätzlichen Transistors werden die Signale der Basis des in Kollektor-

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schaltung liegenden zweiten Transistors zugeführt und damit über die zwischen den Emittern bestehende Verbindung auch am ersten Transistor wirksam gemacht. Dieser erste Transistor wird somit, ähnlich der erwähnten Röhrenschaltung, durch die Differenz der unveränderten Signalspannung und der in der Amplitude geregelten gegenphasigen Spannung gesteuert. Eine Änderung des Arbeitspunktes des ersten Verstärkertransistors erfolgt dabei nicht, so daß trotz eines erheblichen Aufwandes nur ein verhältnismäßig geringer Regelbereich erhalten wird.

Beim Anmeldungsgegenstand werden somit bekannte Prinzipien zur Verstärkungsregelung in spezieller Weise kombiniert, um dadurch unter Berücksichtigung der besonderen Schwierigkeiten bei Transistorverstärkern einerseits einen großen Regelbereich und andererseits möglichst niedrige Verzerrungen zu erhalten.

Der Aufwand ist besonders niedrig, wenn der Hilfstransistor auch die Gleichspannung für die Arbeitspunkteinstellung des Verstärkers und Transistors liefert; dies ist z. B. dadurch möglich, daß die beiden Transistoren mit einem gemeinsamen nichtentkoppelten Emitterwiderstand versehen sind, daß die Signalspannung gleichphasig den Basiselektroden beider Transistoren zugeführt wird, daß die Regelgröße der Basis des einen Transistors zugeführt wird und daß die Ausgangsimpedanz im Kollektorkreis des anderen Transistors eingeschaltet ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Schaltung enthält einen Hilfstransistor 1 und einen Verstärkertransistor 2. Im Emitterzweig beider Transistoren ist ein gemeinsamer Widerstand 3 aufgenommen. Der Gleichstrom und damit der Arbeitspunkt des Transistors 1 kann mittels eines einer Klemme 4 zugeführten Regelgleichstroms I_r geändert werden. Dadurch ändert sich der Eingangsinnenwiderstand dieses Transistors und folglich der aus einer Signalspannungsquelle 5 diesem Transistor 1 zugeführte Signalstrom. Das Signal von der Quelle S wird auch dem Verstärkertransistor 2 an der Basis zugeführt. Die Ausgangsimpedanz liegt im Kollektorzweig dieses Verstärkertransistors 2.

Durch den Hilfstransistor 1 werden die Signale von der Quelle 5 auch am Emitter des Verstärkertransistors 2 wirksam gemacht. Sie haben hier die gleiche Phasenlage wie die von der Quelle 5 der Basis des Transistors 2 direkt zugeführten Signale. Der Kollektorstrom des Transistors 2 und damit der Strom durch die Ausgangsimpedanz 6 wird somit durch die Differenz der an der Basis und am Emitter des Transistors 2 wirksamen Signale gesteuert.

Normalerweise ist für eine große Verstärkung der Schaltungsanordnung der Transistor 1 derart eingestellt, daß er nur eine geringe Verstärkung aufweist, so daß der Verstärkertransistor 2 überwiegend durch das an seiner Basis zugeführte Signal ausgesteuert wird. Um bei anwachsender Signalamplitude die Verstärkung herabzusetzen, wird — im Gegensatz zu üblichen Schaltungen — der Regelstrom I_r vergrößert. Dadurch wird über dem Widerstand 3 und damit auch am Emitter des Transistors 2 eine größere Signalspannung erzeugt, so daß die wirksame Steuerspannung des Verstärkertransistors 2 herabgesetzt wird. Durch den größeren Regelstrom I_r wird am Widerstand 3 auch ein größerer Gleichspannungsabfall erzeugt, so daß der Emitter des Verstärkertransistors 2 nach negativerem Potential verschoben wird. Weil die Basis des Transistors 2 an einem festen Abgriff eines Spannungsteilers 7, 8 liegt, wird dadurch auch die zwischen Basis und Emitter des Verstärkertransistors 2 auftretende Gleichspannung herabgesetzt, so daß der Gleichstrom durch diesen Transistor ebenfalls abnimmt. Dadurch nimmt in an sich bekannter Weise der Eingangsinnenwiderstand des Verstärkertransistors zu. Der diesen Transistor steuernde Signalstrom nimmt daher aus beiden Gründen — geringere Basis-Emitter-Signalspannung und größerer Innenwiderstand — ab. Dadurch kann die in üblichen Schaltungen auftretende Signalverzerrung vermieden werden.

Die Berechnung zeigt, daß die zwischen Basis und Emitter erzeugte Signalspannung v,„, ungefähr der Formel

^e'^c

entspricht, wo e die Signalspannung der Quelle 5, R der Wert des Widerstandes 3, I₁ bzw. I₂ der Emittergleichstrom im Transistor 1 bzw. 2 und c eine Konstante (ungefähr = 0,03 V) darstellen. Der im Transistor 2 fließende Signalstrom i., entspricht dann ungefähr der Formel

^h R (I₁ -1₂) '

Der Strom I₁ wird z. B. von 0 bis 10 mA variiert. Durch richtige Bemessung der Widerstände 3, 7 und 8, z. B. 300 Ω, 350 und 810 kQ und bei Weglassen der Schaltelemente 9 und 10 kann erzielt werden, daß der Strom I₂ dann von 1 bis nahezu 0 mA herabgesetzt wird.

Die Verwendung der großen Widerstände 7 und 8 hat den Nachteil, daß die Arbeitspunktstabilität des Transistors 2 verhältnismäßig gering ist. Zur Vermeidung dieses Nachteils kann ein vorzugsweise durch den Kondensator 9 entkoppelter Widerstand 10 (von z. B. 3 kO) im Emitterkreis des Transistors 2 allein eingeschaltet werden. Die Widerstände 7 und 8 können dann, bei Behalten der großen Änderung des Stromes I₂, wesentlich kleiner gewählt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Transistorschaltungsanordnung mit regelbarem Verstärkungsgrad, z. B. zur selbsttätigen Lautstärkeregelung, bei der die Signalspannungsquelle einen Transistor steuert, dessen Eingangswiderstand zur Verminderung des Verstärkungsgrades durch die Regelung vergrößert wird, so daß der Signalsteuerstrom abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Verstärkertransistor (2) durch die Differenz zweier von der Signalspannung abhängiger, den beiden Steuerelektroden des Transistors zugeführter Spannungen gesteuert wird, von denen die eine in der Amplitude durch einen vom Regelstrom gesteuerten Hilfstransistor derart geändert wird, daß bei zunehmendem Eingangswiderstand des Verstärkertransistors (2) (zur Verminderung des Verstärkungsgrades) die wirksame Differenz-Signalspannung kleiner wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfstransistor (1) auch die Gleichspannung für die Arbeitspunkteinstellung des Verstärkertransistors (2) liefert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transistoren mit einem gemeinsamen nicht entkoppelten Emitterwiderstand versehen sind, daß die Signalspannung gleichphasig den Basiselektroden beider Transistoren zugeführt wird, daß die Regelgröße der Basis des einen Transistors zugeführt wird und daß die Ausgangsimpedanz im Kollektorkreis des anderen Transistors eingeschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher, vorzugsweise durch einen Kondensator (9) überbrückter Widerstand (10) nur im Emitterzweig des zweiten Transistors eingeschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 039 099; österreichische Patentschrift Nr. 179 319; USA.-Patentschrift Nr. 2 903 522;

»IRE Transactions on Circuit Theory«, 1956, März, S. 51 bis 53;

»Journal of the SMPTE«, 1957, Dezember, S. 755 bis 757.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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