DE1292198B

DE1292198B - Breitbandiger logarithmischer Verstaerker

Info

Publication number: DE1292198B
Application number: DEP1762328.8A
Authority: DE
Inventors: Goss Jerry Elliot; Hansen Roger Raymond
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1967-08-28
Filing date: 1968-05-27
Publication date: 1969-04-10
Also published as: US3573491A

Description

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Die Erfindung betrifft einen logarithmischen verbesserten logarithmischen Verstärker anzugeben, Verstärker, bestehend aus einem Linearverstärker, der insbesondere sehr breitbandig ist, also Impulse dem zur Erzeugung eines Rückkopplungssignals auf mit sehr kurzen Anstiegs- bzw. Abfallzeiten verseinen Eingang eine Ausgangsstufe mit einem eine arbeiten kann und der eine hohe Eingangsempfindlogarithmische Kennlinie aufweisenden Bauelement, 5 lichkeit und Dynamik sowie eine kurze Ansprechz. B. eine im exponentiellen Bereich arbeitende Diode und/oder Erholzeit im Impulsbetrieb aufweist, nachgeschaltet ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein logarith-Wie allgemein bekannt ist, erzeugt ein logarith- mischer Verstärker, dessen Ausgangssignal wahlweise mischer Verstärker ein Ausgangssignal, das eine den Logarithmus oder den Antilogarithmus des logarithmische Funktion des Eingangssignals dar- io Eingangssignals darstellt und der besonders für den stellt. Im allgemeinen stellt das Ausgangssignal den Betrieb mit eingangsseitig angelegten Wechselstrom-Logarithmus oder Exponenten der Zahl (Numerus) und/oder Gleichstromsignalen geeignet ist. dar, die durch das Eingangssignal dargestellt wird. Die erfindungsgemäße Anordnung ist demzufolge Andererseits kann das Eingangssignal auch den dadurch gekennzeichnet, daß ein emittergekoppelter Numerus darstellen, der dem durch das Eingangs- 15 Differentialverstärker verwendet wird, dessen erstem signal dargestellten Logarithmus oder Exponenten Eingang das zu verarbeitende Eingangssignal und entspricht. Breitbandige logarithmische Verstärker dessen zweitem Eingang das in der Ausgangsstufe (logarithmische Videoverstärker) werden vielseitig erzeugte Rückkopplungssignal zugeführt wird, und angewendet, z. B. in Analog- und/oder Digitalsyste- daß durch eine Konstantstromquelle der Summenmen. Sie sind besonders für die Verarbeitung von 20 strom in der gemeinsamen Emitterleitung eingeprägt Signalimpulsen geeignet. wird.

Wie allgemein bekannt ist, wird die zur Über- Die obenerwähnten Aufgaben, Merkmale und

tragung einer Folge von Videoimpulsen erforderliche Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im

Bandbreite unter anderem durch die Anstiegs- und folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels und

Abfallzeiten der Impulse bestimmt. Die Bandbreite Fv 25 den Darstellungen näher erklärt. Es zeigt

ist ungefähr gleich V« Tr, wobei Tr die jeweils kürzere Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Aus-

der Anstiegs- oder Abfallzeiten des jeweiligen führungsbeispiels der Erfindung,

Impulses ist. Fig. 2 verschiedene Spannungs- und Strom-

Die Erzeugung von Impulsen mit schnellen, d. h. verlaufe an einigen Punkten der in F i g. 1 gezeigten

kürzeren Anstiegs- und/oder Abfallzeiten wurde zwar 30 Schaltung,

allgemein verbessert, was jedoch für den Aufbau Fig. 3 die logarithmische Strom-Spannungsvon entsprechenden logarithmischen Videoverstär- Charakteristik der in Fig. 1 gezeichneten und kern nicht zutrifft. Folgedessen weisen die bisher Fig. 4 die Abhängigkeit der Ausgangsspannung bekannten logarithmischen Videoverstärker, wie aus von der Eingangsspannung bei der in Fig. 1 dargeihren Kennlinien ersichtlich ist, weder hohe Empfind- 35 stellten Schaltung, wobei die Ausgangsspannung auf lichkeit, noch große Dynamik, noch kurze Ansprech- der vertikalen Achse im linearen und die Eingangsund Erholzeiten auf, um die jetzt verfügbaren spannung auf der horizontalen Achse im Iogarithmi-Impulse mit sehr kurzen Anstiegs- und/oder Abfall- sehen Maßstab aufgetragen ist. zeiten in befriedigenderWeise verarbeiten zu können. Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung ist mit einem Außerdem war die Anwendung logarithmischer Ver- 40 als Differentialverstärker arbeitenden emittergekopstärker der bisherigen Art auf Impulsfolgen mit pelten Transistorverstärker 10 ausgerüstet, der im relativ kleinem Tastverhältnis und relativ niedriger folgenden kurz Verstärker 10 genannt wird. Jede Impulswiederholungsfrequenz beschränkt. Teilstufe des Verstärkers 10 weist einen mit 11

Ein logarithmischer Videoverstärker der bisherigen bzw. 12 bezeichneten NPN-Transistor auf. Die Tran-Art ist beispielsweise mit einem herkömmlichen 45 sistorenll und 12 mögen in einem gemeinsamen Verstärker und einer in den Rückkopplungspfad Gehäuse 13 untergebracht sein, damit für sie im gelegten Diode ausgerüstet. Durch die am Eingang wesentlichen die gleichen Temperaturbedingungen eines herkömmlichen Verstärkers benutzte Reihen- zutreffen.

impedanz wird eine Streu- oder Verlustkapazität Von den beiden Eingängen des Verstärkers 10 ist

geschaffen und folgedessen die Ansprache- und 50 einer mit der Eingangsklemme 14 und der andere

Erholzeit dieser Schaltungen nachteilig beeinflußt. mit einer Ausgangsstufe verbunden, die mit 15 be-

Das gilt besonders für eine Impulsfolge mit kurzen zeichnet ist. Dieser zweite Eingang des Verstärkers

Anstiegszeiten und/oder einer hohen Impulswieder- erhält ein Rückkopplungssignal aus der Stufe 15, wie

holungsfrequenz. später genauer erläutert wird. Den Ausgang des

Infolgedessen ist diese bisher übliche Schaltung 55 Verstärkers 10 stellt der Punkt 16 dar, und das dort

auf die Aufnahme von Impulsfolgen mit einem Tasi- erhaltene Signal wird auf die Ausgangsstufe 15 ge-

verhältnis von 50% oder weniger und auf Impulse leitet.

mit einer relativ niedrigen Impulswiederholungs- In der Ausgangsstufe 15 befindet sich ein Schaltfrequenz beschränkt. Außerdem schaltet die oben- element mit logarithmischer Charakteristik, z. B. die erwähnte Kapazität das Ansprechen der Schaltung 60 Diode 17, die in dem gewählten Ausführungsbeispiel auf Gleichstromsignale aus oder reduziert sie auf eine Halbleiterdiode ist. Die Diode 17 ist in Durchein Minimum, so daß die Schaltung auf Gleich- Iaßrichtung vorgespannt, und folgedessen ist die Stromsignale, wie z. B. ein dauerndes analoges Ein- Spannung über der Diode ungefähr proportional dem gangssignal, dessen Größe sich proportional oder Logarithmus des Diodenstromes. Die Diode 17 ist entsprechend einer analogen Funktion ändert, nicht 65 durch den Schalter 18 mit einem zweiten Bauelement reagiert. in Reihe geschaltet, das eine lineare Charakteristik

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen hat und in diesem Fall durch das Potentiometer 19

hinsichtlich der obengenannten Unzulänglichkeiten dargestellt wird. Die Spannung über dem Wider-

stand 19 ist folgedessen proportional dem Numerus des jeweiligen Diodenstromes, wenn die Elemente 17 und 19 in Reihe geschaltet sind. Die Diode 17 wird von einer Treiberschaltung gespeist, deren nicht dargestellte Spannungsquelle an die Klemme 21 angeschlossen ist und dort eine positive Spannung JSl liefert. Zwischen der Klemme 21 und der Diode 17 befindet sich eine Torschaltung bzw. ein Schaltglied, z. B. der NPN-Transistor 22. Das am Punkt 16 erscheinende Ausgangssignal des Verstärkers 10 wird no auf die Basis 23 des Transistors 22 gegeben und steuert dessen Leitzustand und demzufolge den durch die Diode 17 fließenden Strom.

Der Schalter 18 hat die Aufgabe, wahlweise eines der beiden Elemente 17 bzw. 19 parallel zu den Ausgangsklemmen 24 und 25 der in Fig. 1 dargestellten Schaltung zu schalten. Somit ist die Diode 17 zwischen die Ausgangsklemmen 24 und 25 gelegt, und die Schaltung der F i g. 1 arbeitet in der logarithmischen Betriebsart, wenn z. B. die Stellung der Schalter 26 bis 29 wie in der Zeichnung dargestellt ist. Dabei ist der Widerstand 19 zwischen die Ausgangsklemme 25 und Erde geschaltet und fungiert als Abfühlelement, von dem das obenerwähnte Rückkopplungssignal für den Verstärker 10 abgenommen wird.

Wenn andererseits die Schaltbrücken 26 bis 29 mit den entsprechenden unteren Kontakten II in Verbindung stehen, liegt der Widerstand 19 zwischen den Klemmen 24 und 25, und die Diode 17 ist zwisehen den Anschluß 25 und Erde geschaltet. Jetzt wirkt die Diode 17 als Abfühlelement, von dem das Rückkopplungssignal abgenommen wird. Die in F i g. 1 dargestellte Schaltung arbeitet in diesem Fall in der antilogarithmischen Betriebsart.

Die gemeinsame Emitterverbindung 30 des Verstärkers 10 ist mit einer Konstantstromquelle 31 verbunden, die der Klarheit halber in ihren Einzelheiten dargestellt ist. Sie enthält den NPN-Transistor 32 mit der Basis 33, dem Kollektor 34 und dem Emitter 35. Die Basis 33 ist an den Punkt 36 des Spannungsteilers 37 und 38 angeschlossen. Der Kollektor 34 ist an Punkt 30 und der Emitter 35 an den Strombegrenzungswiderstand 39 angeschlossen. Die unteren Enden der Widerstände 38 und 39 sind mit der Klemme 40 verbunden. Eine geeignete nicht dargestellte Stromquelle für die negative Vorspannung ist an den Anschluß 40 angeschlossen und liefert eine Spannung E2. Das andere von der Basiselektrode 33 entfernte Ende des Widerstandes 37 ist mit der geerdeten Eingangsklemme 41 verbunden. Der Generator 31 stellt eine Konstantstromquelle für die Betriebsströme der Transistoren 11 und 12 dar.

Die Emitter- und Basiskreise der Transistoren 11 und 12 sind symmetrisch abgeglichen. Somit sind die Emitter der typengleichen Transistoren 11 und 12 mit entsprechenden gleichen Widerständen 42 und 43 verbunden, die ihrerseits wieder an den Punkt 30 angeschlossen sind. Die Kollektorkreise der Transistoren 11 und 12 sind jedoch aus später zu erklärenden Gründen nicht symmetrisch und an die nicht gleichen Strombegrenzungswiderstände 44 bzw. 45 angeschlossen.

Die geerdeten Ableitkondensatoren 46 und 47 stehen mit den Punkten 48 bzw. 49 in Verbindung, zwischen denen der Kreuzkopplungswiderstand 50 liegt. Ein Widerstand 51 verbindet den Punkt 48 mit der Klemme 52, an die eine geeignete nicht dargestellte Spannungsquelle angeschlossen ist, die eine positive Spannung £3 liefert.

In den zweiten Eingang des Verstärkers 10 ist eine Trennverstärkerstufe mit hoher Impedanz gelegt und an die Basis des Transistors 12 angeschlossen. In dem gewählten Ausführungsbeispiel besteht diese Stufe aus einem Feldeffekttransistor 53 mit den Steuer- und Ausgangselektroden 54, 55 und 56. Die Elektrode 54 ist an den Rückkopplungsausgang der Stufe 15 angeschlossen. Die Elektrode 56 ist mit der Klemme 21 verbunden und die Elektrode 55 mit der Basiselektrode des Transistors 12. Um die Eingänge des Verstärkers abzugleichen, ist die Basiselektrode des Transistors 11 in gleicher Weise mit einer Trennverstärkerstufe hoher Impedanz verbunden, die in diesem Fall durch den Feldeffekttransistor 57 mit den Steuer- und Ausgangselektroden 58, 59 und 60 gebildet wird. Die Steuerelektrode 58 ist an die Eingangsklemme 14 und die Elektroden 59 und 60 sind an die Klemme 21 und die Basiselektrode des Transistors 11 angeschlossen. Die Transistoren 53 und 57 sind vom gleichen Typ. Die Spannungsteilerschaltung 61 für die Vorspannung umfaßt den Widerstand 62 und das Potentiometer 63 und liegt parallel zu den Eingangsklemmen 14 und 41. Die Widerstände 64 und 65 sind Strombegrenzungswiderstände in den Ausgangskreisen der Transistoren 53 bzw. 57, die die Steuerelektroden der Transistoren 12 bzw. 11 vorspannen.

Bevor eine Eingangsspannung £_;w auf die Klemmen 14 und 41 gegeben wird, ist der Verstärker 10 abgeglichen. In diesem Stadium sind die Transistoren 53 und 57 entsprechend ihren Vorspannungen leitend, und die zugehörigen Ausgangsströme iX und ζ 2 sind gleich. Die Ströme fl und ζ 2 bewirken Spannungen über den entsprechenden Widerständen 64 und 65, durch die die Transistoren 11 bzw. 12 leitend vorgespannt werden. Die Ausgangsströme ζ 3 und ζ 4 der Transistoren 11 bzw. 12 werden durch die Stromquelle 31 so gesteuert, daß der konstante Strom iK — /3-H4 ist.

In diesem Ausführungsbeispiel mit Em = 0 sind die Ströme/3 und ζ 4 im wesentlichen gleich. Die Eingangsimpedanz des Verstärkers 10 am Punkt 30 ist bekanntlich im wesentlichen durch den Basis-Emitter-Kreis der Transistoren 11 und 12 bestimmt und wird durch den zugehörigen Kollektorkreis nur unwesentlich beeinflußt. Infolgedessen teilt sich auf Grund der im Verstärker 10 vorliegenden abgeglichenen und symmetrischen Basis-Emitter-Kreise der Transistoren 11 und 12 der Generatorstrom iK im wesentlichen zu gleichen Teilen auf den Ausgangsbzw. Kollektorkreis der Transistoren 11 und 12 auf, obwohl die entsprechenden Impedanzen in ihren Kollektorkreisen nicht gleich sind. Das heißt also, daß bei E_m = 0 der Verstärker 10 abgeglichen ist. Der Widerstand 45 ist so eingestellt, daß der Kollektorstrom des Transistors 12 eine Vorspannung für die Basiselektrode 23 des Transistors 22 liefert, durch die dieser leitend wird und eine Rückkopplungsspannung liefert, die je nach der Schalterstellung über der Diode 17 oder dem Widerstand 19 anliegt. Die Rückkopplungsspannung wiederum spannt den Transistor 53 so weit vor, daß der Verstärker 10 abgeglichen wird oder bleibt, und zwar bei E_1n ~ 0.

Wenn an die Klemmen 14 und 41 ein positives Eingangssignal E_m gelegt wird, ändern sich die Ströme ζ 3 und i4 in den Transistoren 12 und 11

entgegengesetzt um gleiche Beträge. Daraus ergibt
sich für die Ausgangsspannung am Punkt 16 eine
gleichzeitige Änderung der Eingangsspannung des
Transistors 22, wodurch sich wiederum der durch
die Diode 17 fließende Strom und die daraus resultierende Rückkopplungsspannung ändert, die den
Transistor 53 vorspannt. Durch die Rückkopplungsspannung wird der Verstärker 10 wieder abgeglichen,
und die Ströme ζ 3 und ζ 4 bleiben auf ihrem Wert.

quelle 31 setzt sich aus den beiden gleichen Zweigströmen z'3 und z'4 (s. die entsprechenden Kurven 74 und 75) der Transistoren 12 bzw. 11 zusammen. Somit hat jeder der Ströme ζ 3 und ζ 4 eine Ampli-5 tude von ¹UIk. Die Ausgangsspannung F 4 (s. Kurve 76) am Punkt 16 des Verstärkers spannt die Basiselektrode 23 des Transistors 22 auf V oberhalb der Schwellenwertspannung Vt' des Transistors vor. Die Höhe V der Spannung V4 reicht aus, um die Diode Die an den Klemmen 24 und 25 anstehende Aus- io 17 im unteren Bereich der in F i g. 3 aufgezeichneten gangsspannung E_AUSG ist der Eingangsspannung E_1n Kennlinie zu betreiben. Genauer gesagt, läuft der logarithmisch proportional, oder, genauer gesagt, Ausgangsstrom ζ 5 (s. Kurve 77) des Transistors 22 wenn die Diode 17 über die Klemmen 24 und 25 der Reihe nach durch die Diode 17 und den Widergelegt ist, stellt die Ausgangsspannung E_AUSG den stand 19. Wenn E_1n = 0 ist, reicht die Amplitude z'O Logarithmus oder Exponenten der durch die Ein- 15 dieses Ausgangsstromes aus, um die Rückkopplungsgangsspannung E_1n dargestellten Zahl dar, d.h. sie spannungEf über dem Abfühlelement auf EfO zu dazu proportional, und die in Fi g. 1 gezeigte Schal- halten, wodurch der Verstärker 10 abgeglichen bleibt, rung arbeitet in der logarithmischen Betriebsart. In dem speziellen hier beschriebenen Fall bildet der Wenn andererseits der Widerstand 19 parallel zu den Widerstand 19 das Abfühlelement, und zur einfache-Ausgangsklemmen 24 und 25 gelegt ist, ist die Aus- 20 ren Erklärung ist der Verlauf des Stromes ζ 5 so gangsspannung E_AUSa proportional zum Numerus dargestellt, daß seine Amplitude z"0 mit dem Arbeitsdes durch die Eingangsspannung E_IN dargestellten punkt 78 der Strom-Spannungs-Kurve in F i g. 3 zuLogarithmus oder Exponenten, und die Schaltung sammenf ällt. Zum selben Zeitpunkt, d. h. wenn keine arbeitet in der antilogarithmischen Betriebsart. Diese Eingangsspannung E_1n ansteht, ist der Pegel eO der Zusammenhänge werden aus der Erklärung der in 25 Spannung F5 in Fig. 3 über der Diode 17 unerheb-Fig. 2 dargestellten Impulsfolgen und der Kenn- lieh. In diesem speziellen Fall ist also die Spanlinien in den Fig. 3 und 4 ersichtlich.

Zur Erklärung der Fig. 2 wird angenommen, daß
die in F i g. 1 dargestellte Schaltung in der logarith-mischen Betriebsart arbeitet. In diesem Falle stehen 30
die Schaltbrücken 26 bis 29 des Schalters 18 darstellungsgemäß in der oberen Stellung. Dementsprechend ist die Diode 17 mit dem Widerstand 19
in Reihe geschaltet, so daß sie parallel zu den Ausgangsklemmen 24 und 25 liegt und der Widerstand 19 35 nennenswertes Ausgangssignal E_AUS0, das Abfühl- oder Rückkopplungselement der Stufe 15 Eingangssignal E_1n vorhanden ist. bildet. Es wird angenommen, daß während der Zeit Zur Zeit ti wird das Auftreten eines ersten Impul-

von tO bis ti keine Eingangsspannung E_1n, ent- ses einer Impulsfolge mit einer Wiederholungssprechend dem Spannungsverlauf 66 in F i g. 2, an frequenz PRF = UTA an den Klemmen 14 und 41 den Eingangsklemmen 14 und 41 anliegt. Demzu- 40 angenommen (s. Eingangsspannung E_1n der Kurve folge ist der Verstärker 10 abgeglichen. Wie in der 66). Jetzt steigt die Eingangsspannung E_[N von 0 auf Kurve 67 dargestellt, hat die an der Steuerelektrode den Wert Ex. Die Eingangsvorspannung Vl (s. 58 des Transistors 57 anliegende Spannung Vl eine Kurve 67) ändert sich proportional von vO nach vx, Amplitude ν 0, die oberhalb des Schwellenwertes Et wodurch der Ausgangsstrom i 2 des Transistors 57 des Transistors 57 liegt. Der sich ergebende Aus- 45 (s. Kurve 68) ebenfalls von /0 nach Ix wechselt. Die gangsstromz2 laut Kurve 68 des Transistors 57 hat Vorspannung V2 des Transistors 11 ändert sich die Amplitude /0, die an der Basiselektrode des ebenfalls entsprechend von v0' nach vx'. Da die Transistors 11 eine Vorspannung V 2 entwickelt (s. Amplitude Ik des Stromes iK der Stromquelle 31 Kurve 69). Die Amplitude ν 0'der Spannung F 2 liegt konstant bleibt, ändern sich die Amplituden der oberhalb der Schwellenwertspannung Vt des Tran- 50 Ströme z'3 und z'4 im entgegengesetzten Sinn. Somit sistors 11 und macht diesen leitend. steigen bzw. fallen die Amplituden der Ströme z'3

Während des gleichen Zeitraums i0 bis ti liegt und z'4 entsprechend während der Dauer TB des die Rückkopplungsspannung Ef (s. Kurve 70) von ersten Eingangsimpulses des Signals E_1n. Durch die der Stufe 15 am anderen Eingang des Verstärkers 10 Änderung des Stromes ζ 3 wechselt die Ausgangsbei EfO oberhalb der Schwellenwertspannung des 55 spannung F 4, die den Transistor 22 vorspannt, von Transistors 53 genauso wie die Spannung Ei und V nach Vx' und verschiebt den Arbeitspunkt der bildet somit das Gegenstück für den entsprechenden Diode 17 vom Punkt 78 auf den Punkt 80 in der Transistor 57. Der Ausgangsstrom ζ 1 des somit lei- Diodenkennlinie der Fig. 3.

tenden Transistors 53 (s. Kurve 71) beträgt eben- Daraus folgt eine Änderung der Rückkopplungsfalls /0 wie sein Gegenstück, der abgeglichene 60 spannung Ef von EfO nach Efx. Die Spannung Ef Strom ζ 2. Der Strom z'l bewirkt eine Eingangs- wird durch den Strom i 5 durch den Widerstand 19 vorspannung F3 (s. Kurve 72) für die Basiselektrode gebildet, der sich auf der neuen Amplitude ix bedes Transistors 12 und liegt mit seiner Amplitude findet und mit dem neuen Arbeitspunkt 80 zusambei v0" oberhalb der Schwellenwertspannung des menfällt. Der neue Pegel Efχ wiederum führt zu Transistors 12. Diese mit der Schwellenwertspannung 65 einem Abgleich des Vorspannstromes z'l mit dem des entsprechenden Transistors 11 gleiche Schwellen- Strom z'2, so daß die Amplitude von z'l gleich der wertspannung ist ebenfalls mit Vt bezeichnet. Stromamplitude Ix des Stromes ζ 2 ist. Wenn der

Der konstante Strom Ik (s. Kurve 73) der Strom- Strom z'l den neuen Wert Jx besitzt, geht die Ein-

nung F5 gleichzeitig die an den Ausgangsklemmen 24 und 25 erscheinende Ausgangsspannung E_Ausa, wie aus der Kurve79 in Fig. 2 zu ersehen ist.

Der Spannungspegel e0 wird so gewählt, daß er unterhalb des nutzbaren Teiles der in F i g. 4 dargestellten und später genauer beschriebenen Kurve der in Fig. 1 dargestellten Schaltung liegt. Somit liefert die in Fig. 1 dargestellte Schaltung kein

wenn kein

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gangsvorspannung V 3 des Transistors 12 entspre- Spannungsachse der Spannung F 5 der Diode 17 chend von vO" nach vx" und gleicht dadurch die gezeigt ist, die bei logarithmischem Betrieb der in Eingangsstufen des Verstärkers 10 wieder ab. Unter F i g. 1 dargestellten Schaltung auch die Ausgangsdiesen Umständen bleiben die Zweigströme ζ 3 und ζ 4 spannung E_AUSG darstellt. Die vertikale Diodenstromauf ihren neuen Amplituden (Vs lic—ia und ¹ItIk+id)· 5 achse in F i g. 3 besitzt ebenfalls einen linearen Maß-Während der Impulsdauer TB des ersten Eingangs- stab, um das Exponentialverhalten klarzustellen,
impulses sind die beiden Ströme/3 und ζ4 zusam- In den Fig. 2 und 4 entspricht der PegelEx des

men genauso groß wie die Amplitude Ik des Gene- ersten Eingangsimpulses (s. Kurve 66) einer beratorstromes. Die Schaltung 10 bleibt so lange in stimmten Zahl N, deren Wert für diese Erklärung diesem Zustand, wie die Spannung E_1n = Ex an den 10 zwischen 1 und b angenommen wird (s. Analog-Klemmen 14 und 41 anliegt. Infolgedessen geht die Umwandlungsmaßstab der F i g. 4). Der sich er-Ausgangsspannung E_AUS0, die an der Diode 17 ab- gebende Pegel der Ausgangsspannung ex des zugegenommen wird, von eO nach ex entsprechend der hörigen ersten Ausgangsimpulses (s. Kurve 79) stellt Diodenspannung F5 im Arbeitspunkt 80 in Fig. 3. dementsprechend den Logarithmus der Zahl dar und . In Fig. 4 ist in der Kurve81 die Abhängigkeit 15 hat einen Wert zwischen 0 und 1, wie aus dem logader Ausgangsspannung von der Eingangsspannung rithmischen Umwandlungsmaßstab der Fig. 4 zu gezeigt für den Fall, daß die in Fig. 1 gezeigte ersehen ist.

Schaltung im logarithmischen Betrieb arbeitet. In Am Ende des Zeitabschnittes TB des ersten Eindiesem Falle steht die Ausgangsspannung E_AUSG in gangsimpulses geht das Eingangssignal E_1n wieder exponentieller Beziehung zum Strom der Diode 17. 20 auf Null zurück, so daß während der folgenden Zeit-Dementsprechend ist in F i g. 4 die Ausgangsspan- periode TC die Kurven in F i g. 2 wieder auf ihre nung EAusG ^auf der linear geteilten vertikalen Achse Anfangswerte zurückgehen, d. h., diese Spannungen aufgetragen und die Eingangsspannung E_1n auf der gehen auf dieselben Pegel zurück, die sie zu Beginn logarithmischen geteilten horizontalen Achse. Jeder der Periode iO bis ti hatten. Die in Fig. 1 darfür die Eingangsspannung E_!N eingetragene Pegel 25 gestellte Schaltung spricht auch auf den Pegel der entspricht einer Zahl N oder stellt diese dar, für die folgenden Eingangsimpulse der an die Klemmen 14 der entsprechende Logarithmus oder Exponent in und 41 angelegten Impulsfolge E_!N an und erzeugt dem jeweils verwendeten logarithmischen System mit beim logarithmischen Betrieb ein Ausgangssignal, der Basis b zu finden ist. Der in F i g. 4 horizontal dessen Pegel dem Logarithmus der durch den Pegel dargestellte entsprechende analoge Umwandlungs- 30 des Eingangssignals E_1n dargestellten Zahl entspricht, maßstab wandelt diese Pegel der Eingangsspan- So stellt z. B. der Pegel Ey des zweiten Eingangsnung E_1n in ihre entsprechenden Zahlen N um. impulses des Signals E_1n (s. Kurve 66), der zur Zeit ί 2

In ähnlicher Weise wandelt der im linearen Maß- angelegt wird, eine Zahl zwischen den Werten b stab aufgezeichnete logarithmische Umwandlungs- und b² dar (s. F i g. 4), und der Pegel der Ausgangsmaßstab der F i g. 4 die Pegel der aufgezeichneten 35 spannung ey des zugehörigen Ausgangsimpulses stellt Ausgangsspannungen in Logarithmen oder Expo- den Logarithmus dieser Zahl dar, der in F i g. 4 als nenten P des verwendeten logarithmischen Systems zwischen den Werten 1 und 2 liegend dargestellt ist. um, denen die Pegel der Ausgangsspannungen ent- Eine dem in F i g. 1 dargestellten gewählten Aussprechen, führungsbeispiel aufgebaute Schaltung hat die folgen-

Das verwendete logarithmische System läßt sich 4° den Werte:
mathematisch durch die folgende Gleichung ausdrücken: ^ Transistoren 11,12 Typ SP 8304

^P ~ ^log ^N ' Transistoren 53,57 Typ FE 402

wobei P gleich dem Exponenten oder Logarithmus 45 ^{Transistor 22} ^TvP 2 N 2484

der Zahl N in einem logarithmischen System mit der Transistor 32 Typ 2 N 914

Basis b ist. Somit entspricht bei einer Zahl N=I Diode 17 Typ SG 5637

der Logarithmus P = O der in F i g. 4 dargestellten ßi 12 Volt, positive

Ausgangsspannung el. Entsprechendes gilt für N=b, Gleichspannung

P=l;N = b*,p = 2,ek... 50 _E2 _{12Volt ne}„_ative

Wenn der Pegel e0 der Ausgangsspannung beim Gleichspannung

Fehlen einer Eingangsspannung E_1n bewußt unter- «vnit nnritiw

halb und/oder in die Nähe des Pegels e 1 gelegt wird, ^h ³ ^5i> Volt, positive

liegt er unterhalb des nutzbaren Teiles der in F i g. 4 Gleichspannung

dargestellten Kurve, deren nutzbarer Teil durch- 55 Widerstand 19 160 Ohm

gezogen gezeichnet ist. Wenn also die an den Aus- Widerstände 37,38 .. je 560 Ohm

gangsklemmen 24, 25 abgefühlte Ausgangsspan- Widerstand 39 200 0hm

nung^US₀ unterhalb von el liegt, bedeutet das daß _{widerstände 42},43 .. j_e 10 Ohm

keine Eingangsspannung E_m oder nur eine solche ^J _iennn,,

mit einem unerheblichen Wert zwischen den Klem- 60 Widerstand 44 1500 Ohm

men 14 und 41 anliegt. Wenn jedoch eine an den Widerstand 45 3 000 0hm

Ausgangsklemmen abgefühlte Ausgangsspannung Widerstände 50,51 .. je 150 Ohm

gleich oder größer als el ist, stellt diese Spannung Widerstand 62 160 0hm

den Logarithmus der Eingangsspannung E_1n dar, von _widerstand 63 ""!!!!'. 10 000 Ohm

der diese Ausgangsspannung abgeleitet wird. Zum 65 .. j ,,.*·- · „_nnn™

Vergleich sei auf F i g. 3 verwiesen, wo die Beziehung Widerstände 64,65 .. je 13 000 Ohm

zwischen dem linear geteilten logarithmischen Um- Kondensatoren 46, 47 je 45 pF

wandlungsmaßstab zur linearen geteilten Dioden- Eingangsempfindlichkeit 3 mV

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Claims

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Eingangssignaldauer 80 ns (Impulsbreite die Amplituden der Ströme ζ 3 und /4 bei Anlegen

bei Eingangs- eines Eingangssignals gegensinnig ändern. So kann

impulsen) bis die Erfindung auch mit Transistoren 11 und 12

Gleichstromsignal durchgeführt werden, die unterschiedliche Charak-

(kontinuierliches 5 teristiken aufweisen, zusammen jedoch die oben-

Eingangssignal) erwähnte Beziehung herstellen. Außerdem kann die

Tastverhältnis 0 bis 100% in Fi g. 1 dargestellte Schaltung auch mit PNP-Tran-

Mittlere Anstiegszeit der ^s!^st°^{ren auf}Sf^aut /^¹¹' ..^w°^{bei di}^ ^SP^^nuÄ

Eingangsimpulse z. B. 10 ns richtungen entsprechend zu andern sind. Schließlich

, . „ _. ίο laßt sich die erfindungsgemaße Schaltung auch mit

Ansprechzeit z. B 30 ns Vakuumröhren realisieren.

Erholzeit 70 ns

Dynamikbereich 60 db Patentansprüche:

Wie aus obigem Beispiel zu ersehen ist, weist der 15 1. Logarithmischer Verstärker, bestehend aus erfindungsgemäße logarithmische Verstärker für einem Linearverstärker, dem zur Erzeugung eines Videosignale verbesserte Ansprech- und/oder Erhol- Rückkopplungssignals auf seinen Eingang eine zeiten und damit eine erhöhte Bandbreite auf. Da- Ausgangsstufe mit einem eine logarithmische durch wird er besonders für den Betrieb mit Ein- Kennlinie aufweisenden Bauelement, z. B. eine gangssignalen mit kurzen Anstiegs- und Abfallzeiten 20 im exponentiellen Bereich arbeitende Diode nachgeeignet. Außerdem machen diese Verbesserungen geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, die Schaltung besonders für Eingangsimpulsfolgen daß ein emittergekoppelter Differentialverstärker mit großem Tastverhältnis (TBITA · 100%), von (11, 12) verwendet wird, dessen erstem Eingang 50% oder mehr, und somit hoher Impulswieder- das zu verarbeitende Eingangssignal und dessen holungsfrequenz geeignet. 25 zweitem Eingang das in der Ausgangsstufe (15) Wenn die in F i g. 1 dargestellte Schaltung anti- erzeugte Rückkopplungssignal zugeführt wird, logarithmiert, schließen die Schaltbrücken 26 bis 29 und daß durch eine Konstantstromquelle (31) der des Schalters 18 die zugehörigen Kontakte II, und Summenstrom QK) in der gemeinsamen Emitterdie Diode 17 liefert eine Rückkopplungsspannung, leitung eingeprägt wird.

wogegen der Widerstand 19, wie oben geschildert, 30 2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gedie Ausgangsspannung liefert. In dieser Betriebsart kennzeichnet, daß durch einen Schalter (18) stellt die Ausgangsspannung den Numerus N des zwischen der logarithmierenden und antilogarithdurch das Eingangssignal dargestellten entsprechen- mierenden Betriebsart gewählt werden kann, den Logarithmus oder Exponenten dar. Die nicht indem von der in der Ausgangsstufe (15) vordargestellte Kurve der Ausgangsspannung in Abhän- 35 liegenden Serienschaltung eines Bauelementes (17) gigkeit von der Eingangsspannung für diese Betriebs- mit logarithmischer bzw. exponentieller und eines art ist insofern entsprechend modifiziert, als die Bauelementes (19) mit linearer Strom-Spannungs-Ausgangsspannung auf einer im logarithmischen Abhängigkeit im ersten Fall das erste Bau-Maßstab angelegten vertikalen Achse und die Ein- element (17) und im zweiten Fall das zweite Baugangsspannung aus einer im linearen Maßstab ange- 40 element (19) zu den Ausgangsklemmen (24, 25) legten horizontalen Achse aufgezeichnet würde. parallel geschaltet wird.

Die entsprechenden analogen Umwandlungswerte 3. Verstärker mindestens nach Anspruch 1, der Ausgangsspannung, die die Zahlen N darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialwürden ebenso auf einer im logarithmischen Maßstab verstärker (11, 12) vom Rückkopplungssignal gezeichneten vertikalen Achse aufgezeichnet, wo- 45 sowohl bei Vorliegen als auch bei Fehlen eines gegen die entsprechenden logarithmischen Umwand- Eingangssignals im abgeglichenen Zustand gelungswerte der Eingangsspannung, die die Exponen- gehalten wird.

ten oder Logarithmen P der Zahl N (Numerus) in 4. Verstärker nach den Ansprüchen 1 bis 3, einem linearen horizontalen Maßstab aufgezeichnet dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialwürden. Die in F i g. 1 gezeigte Schaltung arbeitet 50 verstärker (11, 12) bezüglich der Basis- und bei diesem Betrieb im wesentlichen genauso wie im Emitteransteuerungen symmetrisch bezüglich der logarithmischen Betrieb. Kollektorkreise unsymmetrisch ist.

Während der erfindungsgemäße logarithmische 5. Verstärker nach den Ansprüchen 1 bis 4, Verstärker für den Betrieb mit Eingangsimpulsfolgen dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsbeschrieben wurde, kann er auch mit anderen Ein- 55 anschluß (16) des Differentialverstärkers (11,12) gangssignalen betrieben werden, z.B. mit kontinu- mit dem Basisanschluß(23) des die Höhe der ierlichen analogen Eingangssignalen, bei denen sich Ausgangsspannung steuernden Transistors (22) der Pegel des Eingangssignals proportional zu einer verbunden ist.

analogen Funktion ändert. Außerdem kann die 6. Verstärker nach den Ansprüchen 1 bis 5,

Schaltung so variiert werden, daß die Arbeitsströme i 3 60 dadurch gekennzeichnet, daß der Differential-

und ζ 4 beim Fehlen eines Eingangssignals E_1n nicht verstärker an seinen Eingangsanschlüssen über

gleichmäßig, sondern ungleichmäßig abgeglichen sind, Trennstufen, bestehend aus Feldeffekttransistoren

solange nur die Bedingung eingehalten wird, daß sich (53, 57), angesteuert wird.

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