DE2361809C3

DE2361809C3 - Verstärkungsreglerschaltung

Info

Publication number: DE2361809C3
Application number: DE2361809A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Komae Tokio Hongu; Hiromi Yokohama Kanagawa Kawakami
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1972-12-13
Filing date: 1973-12-12
Publication date: 1980-11-20
Also published as: AU6351773A; JPS5330301B2; JPS5315638B2; AU473385B2; DE2361809B2; JPS4983351A; JPS4983352A; FR2327674A1; NL176821B; NL7317131A; BR7309739D0; US3882410A; GB1459773A; NL176821C; ES421388A1; SE403546B; DE2361809A1; FR2327674B1; CA997433A

Description

4. Verstärkungsreglerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einc-n zweiten, als konstante Stromquelle vorgesehenen Transistor (Q'i), der einen Basis-Emitter-Eingangskreis und einen Emitter-Kollektor-Ausgangskreis hat, durch einen zweiten Verstärkungsregeltransistor (Q'\), der einen mit dem Emitter-Kollektor-Ausgangskreis des als konttante Stromquelle vorgesehenen zweiten Transi-Itors (Q'i) verbundenen Emitter hat und der eine Basiselektrode und eine Kollektorelektrode hat, durch eine zweite Belastungsimpedanz (5'), die durch einen parallel abgestimmten Kreis gebildet ist, durch einen zweiten Verstärkertransistor (Q'i), der einen Emitter und einen Kollektor hat, die in Reihe Ewischen dem Kollektor des zweiten Verstärkungsregeltransistors (Q'\) und der zweiten Belastungsimpedanz (5') liegen und der eine Basiselektrode hat, durch einen zweiten Vorspannungskreis (R₁₂), mit dem diese Basiselektrode des zweiten Verstärkungstransistors (Q'i) vorzuspannen ist, und durch eine Signalübertragungsverbindung (Q), die zwischen der erstgenannten Belastungsimpedanz (5) und dem Eingangskreis des zweiten als konstante Stromquel-Ie vorgesehenen Transistors (Q'2) liegt.

5. Verstärkungsreglerschaltung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die dem erstgenannten Verstärkertransistor (Q3) zugeführte Vorspannung der Kollektorspannung desselben mehr angenähert ist als die Vorspannung des zweiten Verstärkertran sistors (QS) in bezug auf dessen Kollektorspannung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkungsreglerschaltung wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist

Eine Verstärkungsreglerscbaitung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist in der französischen Patentschrift 13 40 583 beschrieben.' Diese Verstärkungsreglerschaltung hat eine Quelle für konstanten Signalstrom. Diese Quelle ist durch einen Transistor gebildet, der in Reihe mit einem Verstärkungsregeltransistor liegt, dessen Kollektor wiederum mit einer Lastimpedanz verbunden ist Die Basis des Verstärkungsregeltransistors ist mit einer Spannungsquelle für die Verstärkungsregelspannung verbunden.

Die deutsche Auslegeschrift 15 12 683 beschreibt ebenfalls eine ähnliche Verstärkungssteuerschaltung, in der die Signalquelle mit einem Feldeffekttransistor verbunden ist Die Lastimpedanz liegt zwischen der Versorgungsspannungsquelle und dem Kollektor des Verstärkungsregeltransistors und weist die Ausführung eines abgestimmten Parallelkreises auf.

in der deutschen Offenlegungsschrift 2! 24 654 ist im Zusammenhang mit der dortigen Fig. 1 eine Modulationsstufe eines Gegentaktmodulators beschrieben. In dieser ist ein Transistor enthalten, an dessen Basis eine Verstärkungssteuerspannung angelegt ist Der Emitter des Transistors ist mit der Quelle für das Trägersignal verbunden, und zwar über einen weiteren Transistor. Dessen Kollektor ist wiederum mit den Emitteranschlüssen der Transistoren verbunden, die einen Differenzverstärker bilden und deren Basisanschlüsse mit der Quelle für das Modulationssignal verbunden sind.

Verstärkungsreglerschaltungen sind in elektronischen Schaltungen sehr verbreitert und es sind auch viele Ausführungsformen für solche Verstärkungsreglerschaltungen bekannt, deren geforderte Eigenschaften aber nicht voll erfüllt werden. Es ist wünschenswert, daß die Schaltungsanordnung möglichst einfach ist und daß es leicht möglich ist, die richtigen Werte der verwendeten Schaltmittel auszuwählen und daß weiterhin in einfacher Weise die maximal mögliche Dämpfung mit der gewählten Schaltung bestimmt werden kann. Weiterhin wird gefordert, daß die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen und der Gleichspannungspegel des Ausganges konstant bleiben, wenn die Verstärkung der Schaltung verändert wird.

Es war bislang schwierig, in einer einzigen Schaltung wenigstens viele dieser gewünschten Eigenschaften zu realisieren und zwar insbesondere dann, wenn das zu steuernde Signal eine hohe Frequenz hat. Auch dann ergaben sich Schwierigkeiten, wenn eine Verstärkungsreglerschaltung gefordert wurde, die eine Vielzahl von Verstärkern, z. B. solche verschiedener Stufen, gleichzeitig steuern soll, indem ein automatisches Verstärkungsregelungssignal diesen Verstärkern z. B. verzögert parallel zugeführt wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verstärkungsreglerschaltung zu schaffen, bei der ein im wesentlichen hoher und praktisch konstanter Wert der äquivalenten Impedanz, gesehen von der Belastungsimpedanz her in Richtung des der Verstärkungsregelung dienenden Transistors auch bei sich ändernder Spannung des Verstärkungsregelsignals vorliegt.

Diese Aufgabe wird bei einer Verstärkungsregler- . schaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst.

Eine solche erfindungsgemäße Schaltung löst auch

weitere oben bereits erwähnte Schwierigkeiten, die bei bekannten Schaltungen aufgetreten sind. Die Dämpfung läßt sich leicht durch Wahl der Belastungsimpedanz vorgeben. Der Gleichspannungspegel des Ausgangs kann konstant gehalten werden, wenn ο ie Verstärkungsregelung in einem ausgewählten Bereich der Verstärkungsregelsignalspannung bleibt Die Eingangsimpedanz kann trotz Verstärkungsregelung konstant gehalten werden.

Die Schaltung nach der Erfindung geht somit »us von einem Sjgnalstromkreis, der mit dem Emitter des Verstärkungsreglertransistor verbunden ist und mit dessen mit seiner Basis-Emitterstrecke in Reihe geschaltet ist Der Signalstromkreis hat eine ausreichend hohe effektive Ausgangsimpedanz, so daß der Ruhestrom über den Transistor im wesentlichen konstant und auch der augenblickliche tatsächliche Wert entsprechend dem Signal veränderlich ist Die Schaltung enthält einen in Basisschaltung geschalteten Transistorverstärker, dessen Basis fü. die Signalfrequenzen auf Masse liegt und dessen Vorspannung, die von einem automatischen Spannungsregler geliefert wird, normalerweise nicht Null ist und zur Steuerung der Basis-Kollektorimpedanz verändert wird, um so auch die Verstärkung des Transistors zu steuern. Das Signal wird dem Emitter einer Konstantstromquelle zugeführt und die Basisvorspannung wird zur Einstellung der Verstärkung gesteuert. Eine Belastungsimpedanz, die erfindungsgemäß ein Parallelschwingkreis ist, ist in Reihe geschaltet mit dem Kollektor des Transistors, so daß ein in seiner Größe geregelter Signalstrom über die Belastungsimpedanz fließt.

Die Konstantstromquelle des Signalstromkreises ist normalerweise der Emitter-Kollektorkreis eines anderen Transistors, der in Emitter-Basisschaltung arbeitet. Die Stromstärke wird durch eine Signalspannung gesteuert, welche an die vorgespannte Basis-Emittereingangsschaltung angeschlossen ist

Erfindungsgemäß ist ein dritter Transistor vorgesehen, der als basisgeschalteter Verstärker zwischen dem Kollektor des Verstärkungsreglertransistors und der Belastungsimpedanz liegt, nämlich um die Belastungsimpedanz konstanter zu halten. Die Basis dieses dritten Transistors liegt an einer bestimmten Vorspannung oder ist mit der Quelle der Verstärkungsreglerspannung verbunden. Wenn eine Verbindung mit der Verstärkungsreglerspannungsquelle vorliegt, wird die Empfind- lichkeit der Schaltung abhängig von der Verstärkungsreglerspannung, d. h. abhängig von der veränderlichen Gleichspannung der Verstärkungsreglersignale gesteuert, insbesondere verringert, was oft wünschenswert ist.

Gemäß einer Ausgestaltung kann ein Widerstand zwischen dem Kollektor des Verstärkungsreglertransistors und dem Emitter des dritten Transistors eingefügt sein, um einen Einfluß von Störungen durch den dritten Transistor zu verringern.

Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft bei einer verzögerten automatischen Verstärkungsregelungsschaltung für mehrstufige Verstärker verwenden. Bei eo einer derartigen Anwendung ist ein getrennter Verstärkungsreglerkreis in i-·".·"■ 'er Stufen, welche in Kaskadeschaltung miteinander verbunden sind, vorhanden. Alle Steuerkreise sind mit einer gemeinsamen automatischen Verstärkungsregelungssignalquelle verbunden. Eine verzögerte automatische Verstärkungsregelung wird erhalten, indem die entsprechenden Vorspannungen an den Kollektorelektroden der verstärkungsgeregelten Transistoren unterschiedliche Werte haben. Wenn die Basis des dritten Verstärkers in jeder Stufe auf eine unterschiedliche Spannung vorgespannt wird und wenn die gleiche Verstärkungsreglercpannung mit jedem Verstärkungsreglertransistor der automatischen Verstärkungsregelungsspannungsquelle verbunden ist, kann die Schaltung eine verzögerte automatische Verstärkungsregelung bewirken.

Anhand der Figuren werden Alisführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

F i g. 1 bis 3 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung;

F i g. 4 zeigt anhand eines Diagramms die Funktionsunterschiede zwischen den Schaltungen nach den F i g. 2 und 3;

Fig.5 ist eine schematische Darstellung eines mehrstufigen Verstärkers unter Verwendung der Erfindung.

Gemäß dem grundsätzlichen Anteil der Schaltungen der F i g. 1 —3 und auch 5 ist ein der Verstärkungsregelung dienender Transistor Qi in Basisschaltung geschaltet Eine Signalstromquelle 4 liegt zwischen dem Emitter des Transistors Q\ und Masse und die Basis des Transistors Qi ist über eine Spannungsquelle W mit Masse verbunden, wobei die Spannung dieser Spannungsquelle Vi den Verstärkungsfaktor des Transistors Qi steuert Der Kollektor des Transistors Qi ist über einen noch näher zu beschreibenden Schaltkreis mit dem Anschluß 1 der Versorgungsspannung Wr verbunden. Mit 3 ist der Ausgang der Schaltung bezeichnet.

Die Signalstromquelle 4 überlagert einen Strom, der einen konstanten Mittelwert hat, aber in Abhängigkeit des zu steuernden Signales um diesen Mittelwert schwankt. Deshalb ist es zweckmäßig, bei dieser Signalstromquelle 4 von einer konstanten Signalstromquelle zu sprechen, wobei dies nicht bedeutet, daß der Strom einen bestimmten festen Wert haben müßte.

Die Spannungsquelle W ist, wie den Figuren zu entnehmen ist, veränderbar. Dies schließt nicht nur die Möglichkeit ein, daß die Spannung eine Gleichspannung ist, welche auf verschiedene Werte innerhalb vorbestimmter Grenzen eingestellt werden kann. Ebensogut kann dies die Ausgangsspannung einer automatischen Verstärkungsregelung sein, die sich jedoch relativ langsam im Vergleich zu den Frequenzen des Signalstroms der Signalstromquelle 4 ändert. Es ist zu berücksichtigen, daß die Spannung Vc eine Gleichspannung sein kann, welche aber nicht notwendigerweise auf einen bestimmten einzigen Wert festgelegt ist.

Im elektrischen Ersatzschaltbild der Schaltung der F i g. 1 und auch der F i g. 2,3 und 5 ist für den Transistor Qi mit Zb die äquivalente Basisimpedanz, mit Z_c die äquivalente Emiitterimpedanz und mit Zu- die äquivalente Impedanz zwischen Basis und Kollektor bezeichnet. Der Strom /ι ist der Signalstrom der Signalstromquelle 4. Mit λ ist der Verstärkungsfaktor und mit /2 der durch die Belastungsirnpedanz Ri, fließende Strom bezeichnet. Es gilt dann:

h =

Z₁, +

Z_hc+ R_L

Aus der Gleichung (1) geht hervor, daß das die Verstärkung ergebende Verhältnis zwischen Eingangsund Ausgangssignalströmen i\ und /2 eine Funktion von Rl und α ist und durch die äquivalente Impedanz

Zbc gesteuert werden kann, während die anderen Faktoren Zb, Ri. und α konstant gehalten werden. Die Impedanz Zbc wird durch Ändern der Gleichspannung Vr an der Basiselektrode, d. h. am PN-Übergang zwischen Basis und Kollektor des Transistors Qi 5 gesteuert. Bekanntermaßen ist der Impedanzwert von Zbc sehr groß, wenn der PN-Übergang in Sperrichtung betrieben wird und wird kleiner und kleiner, wenn der PN-Übergang in Durchlaßrichtung betrieben wird. Auch ist bekannt, daß der Impedanzwert von Z^ sich mit der Frequenz ändert, so daß ein bestimmter Bereich des Steuersignales Vr vorhanden ist, in dem der Impedanzwert von Zb_Cbei höheren Frequenzen kleiner wird als bei geringeren Frequenzen.

Bei der vorliegenden Erfindung wird in vorteilhafter Weise die Frequenzcharakteristik der Impedanz Z&. dazu genutzt, eine Verstärkungsregelungsschaltung zu schaffen, welche für hohe Frequenzsignale geeignet ist. Wenn die Spannung Vi₁. zwischen der Basis und den Kollektorelektroden des Transistors Qi eine Polarität und Größe hat, um den PN-Übergang zwischen der Basis und dem Kollektor zu sperren, erreicht die Impedanz Zbc einen hohen Wert in der Größenordnung von einigen Megohm für die Signalfrequenz und ist wesentlich größer als die Impedanz Zb oder die Impedanz der Belastungsimpedanz Ri.. In diesem Falle kann die Gleichung (1) vereinfacht werden, indem die Faktoren Zb und Ri. vernachlässigt werden, so daß folgende Gleichung erhalten wird:

JO

(2)

Wenn die Gleichspannung VV zwischen der Basis und den Kollektorelektroden des Transistors Q₁ den PN-Übergang zwischen diesen Elektroden in Flußrichtung betreiben, wird die Impedanz Zbc kleiner und wenn die Flußspannung groß genug ist, wird die Impedanz Zi_x bezüglich der Impedanz Zbund der Belastungsimpedanz Ri relativ vernachlässigbar. In diesem Falle kann die Impedanz Zt_x- in der Gleichung (1) vernachlässigt werden, so daß die Gleichung (1) auf folgende Annäherungsformel reduziert wird:

'2 =

(3)

In der Gleichung (3) ist der Impedanzwert der Belastungsimpedanz Ri. gewöhnlich viel größer als der Wert der äquivalenten Basisimpedanz des Transistors Qx und deshalb kann schließlich die Gleichung (3) weiter auf folgende Form reduziert werden:

(4)

45

50

55

Es muß festgestellt werden, daß die Gleichungen (3) und (4), wenn die Steuerspannung V_c einen relativ geringen Wert hat, um den PN-Übergang zwischen der Basis und den Kollektorelektroden in Durchlaßrichtung zu betreiben, nur höheren Frequenzen genügen. Andererseits sind die Gleichungen (3) und (4) bei Steuerspannungen, die den PN-Übergang stark in Flußrichtung betreiben, sowohl für höhere als auch für geringere Frequenzen ausreichend, da in diesem Falle die Impedanz Zi_n die sich mit der Frequenz ändert, vernachlässigbar klein ist.

Entsprechend einem Anwendungsfall der Erfindung wird der Bereich der Steuerspannung Vr so gewählt, daß die Impedanz Z^-nur hinsichtlich der Signalfrequenzen und nicht hinsichtlich der Gleichspannung oder der niederen Frequenzen, welche die Steuerspannung Vr aufweisen kann, gesteuert wird. Aus diesem Grunde wird die Gleichspannung des Ausgangs 3 konstant gehalten, damit die Stromverstärkung der Signale über

den Transistor Qi vom Wert α auf den Wert-^- , wie aus der Gleichung (1) bzw. (4) hervorgeht, gesteuert wird. Die äquivalente Basisimpedanz Zb hat normalerweise einen sehr geringen Wert, wie bereits vorstehend erwähnt ist, im Vergleich zum Belastungswiderstand Ri.,

so daß die Strom verstärkung -jf-, wie in der Gleichung

(4) zum Ausdruck kommt, sehr gering ist, und zwar viel geringer als 1. Es ist aber möglich, die Impedanz Zb und die Stromverstärkung zu vergrößern, indem eine Impedanz, beispielsweise ein Widerstand, im Basisstromkreis des Transistors Q\ eingefügt wird. Dies vereinfacht die Bildung des Stromkreises zur Erhaltung einer bestimmten minimalen Verstärkung oder maximalen Dämpfung des Signales.

Beim speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß der F i g. 1 wird ein Schwingkreis als Belastungsimpedanz 5, der als abgestimmter Oszillator-Parallel-Schwingkreis ausgebildet ist, anstelle eines sonst bekanntermaßen vorgesehenen ohmschen Widerstandes verwendet. Die Belastungsimpedanz 5 enthält einen Kondensator Ci und eine Induktivität Li, welche parallel geschaltet sind. Ein Widerstand R$ ist ebenfalls parallel zum Kondensator Ci und zur Induktivität Li geschaltet um den Gütefaktor Q der abgestimmten Beiastungsimpedanz 5 zu regeln.

Die Belastungsimpedanz 5 ist im Gegensatz zum Stand der Technik nicht direkt mit dem Kollektor des Verstärkungsregeltransistors Q\ verbunden, sondern ist an dem Kollektor eines Verstärkertransistors Qi angeschlossen, der in einer Basisschaltung liegt. Ein Widerstand Rb verbindet den Kollektor des Verstärkungsregeltransistors Oi ^m't dem Emitter des Verstärkungstransistors Qi. Die Ausgangsleitung 3 ist mit einem Punkt der Basisschaltung zwischen der abgestimmten Belastungsimpedanz 5 und dem Kollektor des Transistors Qi geschaltet und die Vorspannung für diesen Transistor erhält man mittels eines Spannungsteilers, bestehend aus zwei Widerständen R7 und Rs, die zwischen Netzanschlußspannung Vcr der Leitung 1 und Erde geschaltet sind. Die Basis des Transistors Qj ist mit dem Punkt der Basisschaltung zwischen diesen beiden Widerständen verbunden und eine Kapazität Cs liegt parallel zum Widerstand Rs, um die Basis des für die Signaifrequenzerzeugung dienenden Transistors Qi zu erden.

In Teilen entspricht die Funktion der Schaltung gemäß F i g. 1 der Funktion der Schaltungen nach dem eingangs genannten Stand der Technik. Eine neue erfindungsgemäße Funktion bringt jedoch die Transistorbasisschaltung Qi. Der Grund für die Einfügung der Transistorbasisschaltung Qi zwischen dem Transistor Qx und der abgestimmten Belastungsimpedanz 5 besteht darin, daß die äquivalente Impedanz, gesehen von der Belastungsimpedanz 5, in Richtung des Transistors Qi hochgehalten werden kann und nahezu konstant bleibt, wenn der Wert des Verstärkungsregelsignals Vr sich ändert Wenn der Transistor Qz nicht in dem Schaltkreis liegen würde, würde die abgestimmte Belastungsimpe-

danz 5 direkt mit der Kollektorelektrode des Verstärkungsregeltransistors Qi verbunden sein. In diesem Falle würde die äquivalente Impedanz, gesehen von der abgestimmten Belastungsimpedanz 5 in Richtung des Transistors Q\ beeinflußt oder verändert werden, wenn der Wert des Verstärkungsregelsignales Vc sich verändern würde. Dies wäre der Fall, weil die äquivalente Impedanz Zu· zwischen der Basis und den Kollektorelektroden des Transistors Q\ gesteuert oder verändert wird in Abhängigkeit des Verstärkungssignales Vo Deshalb würde der Gütefaktor Q der abgestimmten Belastungsimpedanz 5 durch das Verstärkungsregelsignal V₁ beeinflußt oder verschlechtern werden.

Es besieht die Möglichkeit, den Widerstand R_b zwischen der Koilektoreiektrode des Verstärkungsregeltransistors Q₁ und der Emitterelektrode des Verstärkertransistors Qi wegzulassen, aber der Zweck dieses Widerstandes besieht darin, Störsignale, welche vom Transistor Qi erzeugt werden, zu eliminieren oder zu verringern, insbesondere wenn die äquivalente Impedanz Zu der Basis und der Kollektorelektroden des Transistors Q\ aufgrund des Verstärkungsregelsignales V₁ klein sein wird. Der Widerstand Rb hält die äquivalente Emitterimpedanz des Transistors Q₃ relativ hoch, unbeachtet der äquivalenten Impedanz Zu- des Transistors Q\. Als Ergebnis ist die Verstärkung des Transistors Qi bezüglich der Störsignale gering gehalten und demzufolge ist die Widerspiegelung der Geräuschsignale im Kollektorkreis des Transistors Qi oder in der abgestimmten Belastungsimpedanz gering.

F i g. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die F i g. 2 weist zusätzlich zu den mit denselben Bezugszeichen bezeichneten Bauelementen gemäß F i g. 1 ein Verstärkersystem 6 auf, welches durch die gleiche Steuersignalspannung V₁ geregelt wird, wie das Verstärkersystem, welches die Transistoren Q, bis Q₁ gemäß Fi g. 1 enthält.

Bei einer Ausführungsform nach F i g. 3 sind anstelle eines einzigen Widerstandes R» nach F i g. 1 zwischen der Basis des Transistors Qi und Masse zwei in Reihe geschaltete Widerstände Rq und Rw vorhanden. Ein anderer Widerstand Rw liegt zwischen der Basis des Verstärkungsregeltransistors Qi und dem Punkt der Basisschaltung, zwischen den Widerständen Rq und /?io.

In den F i g. 2 und 3 kennzeichnet die Bezeichnung V₂ die Basisspannung des Transistors Qi und in F i g. 4 sind die Spannungskennlinien der Kollektor-Emitterspannung V(/ des Transistors Qi als Funktion der Basisspannung V₂ gezeigt. Die gerade Linie 11 stellt die Beziehung zwischen der Spannung Va und der Spannung V₂ in F i g. 3 dar und die gerade Linie 10 gibt die Beziehung zwischen der Spannung Va und der Spannung Vi bei einer bekannten Schaltung ohne die erfindungsgemäßen Merkmale wieder.

In F ί g. 2 ist das Verstärkungsregelsignal Vcder Basis des Verstärkungsregeltransistors Qi zugeführt und die Empfindlichkeit der Verstärkungsregelfunktion wird wie folgt angegeben:

S =

DA
JV₂

<■> κ,

wobei:

A die Verstärkung der Schaltung ist;
V₂ die Basisspannung des Transistors Qi angibt und
Va die Kollektor-Emitterspannung des Transistors Qi ist

Λ A

In der Gleichung (5) hat —r=7— einen konstanten

"^VCE

Wert, der bestimmt wird vom Transistor Qu so daß die Gleichung (5) sich wie folgt ändert:

S=K

^vcv.

Λ J/₂ *

(6)

wobei K eine Konstante ist und

/ι Α

-entspricht.

Aus der Gleichung (6) ist verständlich, daß die Empfindlichkeit der Verstärkungsreglerfunktion der Schaltung, welche durch das Verhältnis der Zunahme von A zu der Zunahme von V₍ / zum Ausdruck gebracht wird, bestimmt wird durch das Verhältnis der Zunahme von V₁1 zu der Zunahme von V₂, weil die Basisspannung V₂ gleich der Verstärkungsreglerspannung V₍; ist.

In der Schaltung gemäß der Fig. 2 wird die Gleichspannung an der Kollektorelektrode des Transistors Qi, welche die Bezugsspannung darstellt, in bezug auf die Basisspannung konstant gehalten, wenn die Gleichspannung der Basiselektrode verändert wird. Auf diese Weise kann die Spannungskennlinie der Spannung Va zwischen den Kollektor- und Emitterelektroden des Verstärkungsreglertransistors Qi in bezug auf die Basisspannung V₂ desselben Transistors als gerade Linie 10 in F i g. 4 gezeichnet werden, denn die Gleichspannung an der Emitterelektrode verändert sich linear bezüglich der Gleichspannung an der Basiselektrode, wenn die Gleichspannung an der Kollektorelektrode

jo konstant gehalten wird.

Die Empfindlichkeit S der Verstärkungsreglerfunktion der Schaltung in Fig.2, welche entsprechend der Gleichung (6) bestimmt wird, wird relativ hoch im Vergleich zu der Empfindlichkeit der Verstärkungsreg-

J5 lerfunktion gemäß der Anordnung nach F i g. 3. Wenn die Empfindlichkeil 5 der Verstärkungsreglerfunktion hoch ist, muß der Bereich der Regelsignalspannung V₍ beschränkt werden auf eine begrenzte Anzahl von Werten, um einen gewünschten Bereich für die Verstärkung der Schaltung zu erhalten. Eine solche Beschränkung des Bereiches der Steuerspannung ist oft unerwünscht, insbesondere wenn die Verstärkung eines anderen Verstärkersystems 6 durch das gleiche Signa! V, in einem unterschiedlichen Verstärkungsbereich gesteuert werden muß. wie dies vorkommt, wenn eine verzögerte automatische Verstärkungsregelung ausgeführt wird.

Die Empfindlichkeit S der Verstärkungsreglerfunktion der Schaltung gemäß Fig. 3 ist verringert, um die Beschränkung des Steuersignales V₍ weniger notwendig zu machen. In Fi g. 3 bilden die Widerstände Ri. Rq und Am einen Spannungsteiler parallel zur Netzanschlußspannung V₍ < zwischen der Anschlußleitung 1 und Masse. Die Widerstände Rq und Rw treten im wesentlichen anstelle des Widerstandes Rs in der Schaltung gemäß Fig. 2 und der Punkt der Basisschaltung zwischen den Widerständen Rq und R_i0 ist mit der Regelspannung V₁ über einen Widerstand An verbunden. Ein Teil der Regelspannung V₁- liegt an der Basis des Transistors Qi an.

Bei Analysierung der Funktion der Schaltung nach Fig.3 darf zuerst angenommen werden, daß die Verstärkungsreglerspannung V₁ entfällt und daß die Basisströme der Transistoren Qi und Qj vernachlässigt

b* werden können. Dann gelten folgende Gleichungen:

Κη + Kq "I" Ru

I_n.

(7)

030 247/160

R₇ + R₉ +

V_n- ,

wobei Κι und V₂ Gleichspannungen an den Basiselektroden der Transistoren Qj bzw. Q] sind, wenn die Regelspannung K-entfällt.

Wenn die Werte der Komponenten der Schaltung gemäß F i g. 3 berechnet werden, sind die Basisspannungen Vi und V> der Transistoren Qj und Q] (wenn die Regelspannung Vi entfällt) zuerst so gewählt, daß die Verstärkung der Schaltung maximal ist und die Widerstandswerte der Widerstände Rt, Rt und Rw entsprechend den Gleichungen (7) und (8) bestimmt sind.

Der Wert der Verstärkungsreglersignalspannung V< ist größer gewählt als die Basisspannung V₃ gemäß der Gleichung (8) und liegt nicht nur an der Basis des Transistors Q\, sondern auch an der Basis des Transistors Qj an. Deshalb wird, wenn die Verstärkungsreglerspannung Vc angeschaltet wird, die Basisspannung des Transistors Q\ im Vergleich zur Spannung V2 und ausgedrückt in der Gleichung (8), vergrößert. Die Basisspannung des Transistors Qj ist auch im Vergleich zur Spannung Vi, ausgedrückt in der Gleichung (7), vergrößert. Als Ergebnis wird die Kollektorspannung des Transistors Qu welche die Bezugsspannung ist, bezüglich der Basisspannung desselben Transistors ebenfalls vergrößert. Dementsprechend wird die Empfindlichkeit 5 der Verstärkungsreglerfunktion der Schaltung im Vergleich zur Schaltung gemäß Fig.2 verringert, da die Kollektorspannung Vr des Transistors Q\ durch die Verstärkungsreglerspannung in der gleichen Richtung verändert ist als die der Basisspannung desselben Transistors.

Die Funktion der Schaltung gemäß Fig.3, wenn die Verstärkungsreglerspannung Vr angeschaltet wird, wird

10

durch nachfolgende Gleichungen besser verständlich. Wenn das Verstärkungsreglersignal Vr angeschaltet wird und die Basisströme der Transistoren Q\ und Qj vernachlässigt werden, gelten folgende Gleichungen:

V₂ = Z₃R₁₀+ I₄(K₁₀+ K₁₁),

V\ =

= h («7 + R₉ +

(10)
+ k Rio , (Π)

wobei V₂ und Vi die Gleichspannungen an den Basiselektroden der Transistoren Q] bzw. Q3 sind; /j ist ein Strom, der durch die Widerstände R₇ und R₉ fließt und k ist der Strom, der durch den Widerstand /?n fließt. Der Strom h kann aus den Gleichungen (9) und (11) wie folgt bestimmt werden:

h =

- V₂R₁₁

(K₇ + R₉)R₁₀ + (K₇ + K₉ + K₁₀)K₁, ^-

(12)

Wenn die Spannung Vbc zwischen der Basis und den Emitterelektroden des Transistors Q\ gleich der des Transistors Qj ist und der Spannungsabfall Vd am Widerstand Rb konstant gehalten wird, kann die Spannung Vct zwischen den Kollektor- und Emitterelektrode des Transistors Q\ wie folgt ausgedrückt werden:

Vce = V_x - V₂ - V_d

(13)

Durch Einsetzen der Gleichung (10) in die Gleichung

(13) ergibt sich:

VCt = [VcC-I₁R₁)- V₂- V_d. (14)

Durch Einsetzen der Gleichung (12) in die Gleichung

(14) ergibt sich:

I/ _ ¹I-C-(KiO+ Ru) - ViRio . _R _,/_,/

" (R₁ + Rg) R_i0 + [R₁ + R₉ + R_w) R_n ^{7 2} ''

(15)

Das Verhältnis zwischen der Zunahme der Spannung Vn des Transistors Q] und der Verstärkungsreglersignalspannung V₍, welche gleich der Basisspannung V₂ desselben Transistors ist, wird durch Differenzierung von Va bezüglich V₂ in der Gleichung (15) wie folgt erhalten:

Λ V_v

(K₇ + Rg)R₁₀ + (R₇ '+'R₉

(16)

Die Gleichung (16) wird, wenn der Widerstand
unendlich ist, reduziert auf:

Die Widerstandswerte Ri, Rq, Rio und Ru können so gewählt werden, daß beispielsweise folgende Gleichung erfüllt wird:

Λ V-,

Der Widerstand Ri 1 ist in der Schaltung gemäß F i g. 2 nicht verwendet, so daß die Gleichung (17) bei dieser Schaltung ausreicht. Deshalb ist die Empfindlichkeit S der Verstärkungsreglerfunktion in F i g. 2 hoch.

Der Widerstandswert des Widerstandes Rn ist in der Schaltung nach Fig.3 aber endlich, so daß in diesem Falle die Gleichung (17) nicht ausreicht Als Ergebnis ist die Beziehung zwischen den Spannungen Vce und V₂ entsprechend der geraden Linie 11 in Fig.4 und die Veränderung der Spannung Vce relativ zur Veränderung der Spannung V> geringer als in der Schaltung gemäß F i g. 2. Demzufolge ist die Empfindlichkeit 5 der Verstärkungsregelfunktion in Fig. 3, in bezug auf die in F i g. 2 reduziert

(R₇ + K_Q) R₁₀ + (R₇ + R₉ + R₁₀) Rn

= T (18)

Wenn diese Gleichung (18) in die Gleichung (16) eingesetzt wird, liefert dies:

Vc

Λ V-,

2 "

(19)

Aus den Gleichungen (6), (18) und (19) ist ersichtlich, daß die Empfindlichkeit der Verstärkungsreglerfunktion der Schaltung nach F i g. 3 den halben Wert, derjenigen gemäß F i g. 2 hat, wenn die Widerstandswerte R₇, R₉, Rio und Rn so gewählt werden, daß die Gleichung (18) erfüllt wird.

Wenn die Empfindlichkeit 5 der Verstärkungsreglerfunktion gewählt ist, kann der Bereich der Regelsignalspannung Kf vergrößert werden, um zu ermöglichen, daß die Verstärkung eines anderen Verstärkersystems in einem anderen Verstärkungsbereich gesteuert wird, ϊ wie dies beispielsweise bei einer verzögerten automatischen Verstärkerregelung gefordert wird.

Die Fig.5 zeigt eine Schaltung entsprechend der Fig.3, aber mit einem zweiten Satz Bauelemente zur Bildung eines mehrstufigen Verstärkers. In Fig. 5 gibt die Signalspannungsquelle 4 hohe Frequenzsignale ab, _ wie beispielsweise Zwischenfrequenzsignale eines Fernsehempfängers, an die Basiselektrode des Transistors Q ab. Die Schaltungsanordnung enthält ein Paar verstärkungsgeregelter Verstärker 12 und 13, welche in Kaskade geschaltet sind und wobei jeder grundsätzlich gleich der Schaltung gemäß F i g. 1 ist.

Der erste Verstärker 12 enthält die Transistoren Qi, (P? und Qi und als abgestimmte Belastungsimpedanz 5 einen Oszillatorschwingkreis. Der andere verstärkungsgeregelte Verstärker 13 enthält die Transistoren Q]', Q?' und Qi sowie Belastungsimpedanz 5. Der Ausgang 3 des ersten Verstärkers 12 ist über den Kopplungskondensator G mit dem Eingang 14 des Verstärkers 13 verbunden. Ein Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen Rr.Ruund Rn ist zwischen dem Anschluß der Versorgungsspannung und Masse geschaltet. Ein Punkt zwischen den Widerständen R7, R12 ist mit der Basiselektrode des Transistors Qj im Verstärker 12 verbunden und ein anderer Punkt nämlich zwischen den Widerständen R12 und /?n, ist mit der Basis, des Transistors CV im Verstärker 13 verbunden. In diesem speziellen Falle haben beide Transistoren Qi und Qi unterschiedlich hohe Basisvorspannung.

Eine automatische Verstärkungsreglerschaltung 20 ist mit der Basis der beiden Verstärkungsregeltransistoren Q] und Q\' in dem Verstärker 12 bzw. 13 verbunden. Die verstärkergesteuerten Ausgangssignale werden über den Ausgang 3' des Verstärkers 13 erhalten und sind an einem Emitterfolgertransistor Qa angeschaltet. Dieser Transistor hat eine Emitterlast R^ und ist mit dem Ausgang !5 verbunden, welcher den Ausgang für die gesamte Schaltung bildet

Ein Punkt, der bezüglich der Schaltung in F i g. 5 besonders vermerkt werden muß, ist der, daß die Spannungen an den Kollektorelektroden der verstärkungsgeregelten Transistoren Qt und Qt', welche jeweils die Bezugsspannung bezüglich der Verstärkungsregelsignale zugeführt zu ihren Basiselektroden darstellen, jeweils unterschiedlich sind. Eine verzögerte automatische Verstärkerregelungsfunktion wird auf diese Weise durchgeführt, obwohl die automatischen Verstärkungsregelungssignale des Stromkreises 20 gemeinsam an den Basiselektroden der beiden Verstärkungsregeltransistoren Qi und Qi' angeschaltet sind. Diese verzögerte automatische Verstärkungsregelungsfunktion wird nachfolgend genauer erläutert

Als Folge der Tatsache, daß die Basiselektroden der Transistoren Qi und Qi mit verschiedenen Punkten an dem Spannungsteiler, gebildet durch die Widerstände Ri, Ru und Ru verbunden sind, sind die Gleichspannungen an den Basiselektroden der Transistoren Qi und Q_x' unterschiedlich voneinander. Wenn die Gleichspannung Vt,e zwischen der Basis und den Emitterelektroden des Transistors Qi gleich der am Transistor Qi ist und wenn die Gleichspannungsabnahme am Widerstand R₆ gleich der Abnahme am Transistor Rt,' ist, ist die Gleichspannung der Kollektorelektrode des Transistors Qi unterschiedlich von der und höher als die an der Kollektorelektrode des Transistors Qi durch die Gleichspannungsabnahmemenge am Widerstand Rn.

Jede der Gleichspannungen an den Kollektoren der Transistoren Qi und Q-' ist eine Bezugsspannung bezüglich der entsprechenden Verstärkungsreglersignale, welche der Basiselektrode dieser Transistoren zugeführt werden, so daß diese Schaltung folgende Eigenschaften erhält.

(1) Wenn der Verstärkungsreglersignal des Kreises 20 in einem niederen Bereich oder auf einem niederen Pegel ist, wird nur die Verstärkung des Verstärkers 13 und nicht die des Verstärkers 12 geregelt. Dies deshalb, weil die Kollektorspannung des Transistors Q\' niedriger gewählt ist als die des Transistors Qi und nur die Spannung zwischen der Basis und den Kollektorelektroden des Transistors Qi' in einem Bereich liegt, in dem die äquivalente Impedanz Zb_C dieses Kreises geregelt wird. Die Spannung zwischen der Basis und den Kollektorelektroden des Transistors Qi ist nicht in einem Bereich, in dem die äquivalente Impedanz Zi,, dieses Transistors gesteuert wird.

(2) Wenn das Verstärkungsreglersignal der Schaltung in einem höheren Bereich oder auf einem höheren Pegel ist, werden die Verstärkungen beider Verstärker 12 und 13 gesteuert, da die Spannung zwischen den Basiskollektorelektroden der entsprechenden Transistoren Qi und Cr in einem Bereich liegt, in dem die äquivalente Impedanz Zh, der entsprechenden Transistoren gesteuertwird.

(3) Wenn das Verstärkungsreglersignal der Schaltung 20 noch höher ist. wird nur die Verstärkung des Verstärkers 12 geregelt, da in diesem Bereich des Verstärkungsregelsignales die Spannung zwischen der Basis und den Kollektorelektroden des Transistors Qi einen solchen Wert erreicht hat, daß die maximale Dämpfung oder minimale Verstärkung des Verstärkers 13 erreicht wird, und zwar entsprechend der Gleichung (4)·

(4) Wenn das Verstärkungsrcgelsignal der Schaltung 20 in einem noch höheren Bereich liegt, ist keine der beiden Verstärkungen der Verstärker 12 und 13 geregelt, da in diesem Bereich des Verstärkungsreglersignales die Spannungen zwischen der Basis und den Kollektorelektroden der Transistoren Qi und Q{ derart sind, daß die maximale Dämpfung oder minimale Verstärkung der Verstärker entsprechend der Gleichung (4) erreicht werden.

Aus den vorstehenden Eigenschaften der Schaltung ist zu verstehen, daß eine verzögerte automatische Verstärkungsregelung in der Schaltung nach F i g. 5 erreicht wird, wobei die automatische Verstärkungsregelung für den Verstärker 12 der vorhergehenden Stufe verzögert bezüglich der des Verstärkers 13 der nachfolgenden Stufe ist Es kann auch festgestellt werden, daß die Schaltungsanordnung, die notwendig ist, um die Verzögerung der automatischen Verstärkungsregelungsfunktion zu erhalten, sehr einfach ist, da nur die die Spannung teilenden Widerstände Ri, R12 und /?₁₃ verwendet sind und die automatischen Verstärkungsregelungssignale von dem Kreis 20 gemeinsam der Basis der Transistoren Qi und Q\ zugeführt werden können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verstärkungsreglerschaltung mit einem Transistor als konstanter Stromquelle, der einen mit einer Eingangssignalqueüe verbundenen Basis-Emitter-Eingangskreis und einen Emitter-Kollektor-Ausgangskreis hat, und mit einem Verstärkungsregeltransistor, der eine mit einer Spannungsquelle für die Verstärkungsregelung verbundene Basiselektrode, eine in Reihe mit dem Ausgangskreis des als konstante Stromquelle vorgesehenen Transistors verbundene Emitterelektrode und eine Kollektorelektrode hat, die über einen parallel abgestimmten Kreis als Belastungsimpedanz mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden ist, so daß aus dieser Schaltung zwischen der Belastungsimpedanz und dem Verstärkungsregeltransistor ein Ausgangssignal 2.U erhalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode des Verstärkungsregeltransistors (Q\, Q'\) mit dem parallel abge- «timmten Kreis (5, 5') über die Emitter-KoIIektor-Strecke eines Verstärkertransistors (Qz, Q'i) verbunden ist, der mit einem Vorspannungskreis [Ri und Rs; i?7, Rq und /?io; R7, Ru und Rn) verbunden ist, mit dem eine Vorspannung für die Basiselektrode dieses Verstärkertransistors (Q\, Q'i) bereitgestellt ist

2. Verstärkungsreglerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche zweite Impedanz (Rb, R'b) mit wenigstens einem ohmschen Anteil, die in Reihe zwischen dem Emitter des Verstärkertransistors (Qi, Q'i) und dem Kollektor des Verstärkungsregeltransistors (Qu Q'\) liegt

3. Verstärkungsreglerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Verbindung (%, Ru) der Spannungsquelle (Vc) für die Verstärkungsregelung mit der Basis des Verstärkertransistors