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Transistorschaltung mit multiplikativen Eigenschaften Die Erfindung
betrifft eine Transistorschaltung mit multiplikativen Eigenschaften unter Verwendung
dreier Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstyp, die so geschaltet sind, daß
der durch den ersten Transistor fließende Kollektorstrom auf die Emitter der beiden
anderen Transistoren aufgeteilt wird.
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Es ist bekannt, beispielsweise für die fernbediente Verstärkungsregelung
einer Transistorstufe einen Photowiderstand in die, Emitterleitung zu schalten,
dessen jeweiliger Widerstandswert und damit dessen Gegenkopplungswirkung mittels
des Lichtstromes aus einer kleinen Glühlampe geregelt wird.
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Weiterhin ist eine Schaltungsanordnung zur Änderung der Verstärkung
einer Transistorstufe unter Verwendung eines änderbaren Widerstandes bekanntgeworden,
bei der zwei Transistoren vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp hinsichtlich ihrer
Emitter-Kollektor-Strecken in an sich bekannter Weise, in Reihe geschaltet sind.
Das zu verstärkende Signal, vorzugsweise ein Videosignal, wird den miteinander verbundenen
Basen dieser Transistoren zugeführt. Parallel zu den Emitter-Kollektor-Strecken
der beiden Transistoren ist der änderbare Widerstand geschaltet. Das hinsichtlich
der Verstärkung geänderte Signal wird von den miteinander verbundenen Kollektoren
der Transistoren abgenommen. Diese Schaltung erfüllt ihren Zweck, erfordert aber
einen hohen technischen Aufwand.
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Bei Amplitudenmodulatoren ist eine Anordnung bekannt, die drei Röhren
verwendet, wobei der Anodenstrom der ersten Röhre auf die Kathoden der anderen beiden
Röhren aufgeteilt wird. Die erste Röhre ist jedoch nur als Gegenkoppelungswiderstand
geschaltet und wird von dem zu modulierenden Signal nicht gesteuert. Diese bekannte
Schaltung kann nur verhältnismäßig große Eingangssignale verarbeiten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit e'ner Transistorverstärkerschaltung
aus drei Transistoren gle:chen Leitungstyps ein Nutzsignal, z. B. ein Videosignal
oder ein trägerfrequentes Signal, abhängig von einem zweiten Signal multiplikativ
zu beeinflussen. Dabei soll entweder nur die Amplitude des ersten Signals,
d. h. nur deren Verstärkung abhängig von der Amplitude des Nutzsignals oder
sowohl die Amplitude als auch die Frequenz des Nutzsignals abhängig von der Amplitude
und Frequenz des zweiten Signals multiplikativ beeinflußt, d. h. verändert
werden, so daß die gleich Transistorschaltung sowohl als Verstärkerschaltung mit
regelbarer Verstärkung als auch als Modulatorschaltung für Amplitudenmodulation
bzw. als multiplikative Mischschaltung verwendet werden kann.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß bei einer Transistorschaltung
aus drei Transistoren gleichen Leitungstyps, von denen der zweite und dritte Transistor
mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken gleichstrommäßig parallel dem Kollektorausgang
des in Emitterschaltung betriebenen, ersten Transistors nachgeschaltet sind, das
multiplikativ zu beeinflussende Signal der Basis des ersten Transistors zugeführt
wird und seine Verstärkung sowie seine übertragung auf die Kollektorausgänge des
zweiten und dritten Transistors durch ein zweites Signal, das entweder im Gegentakt
gleichzeitig der Basis des zweiten Transistors und des dritten Transistors oder
unsymmetrisch nur dem zweiten Transistor oder dem dritten Transistor basisseitig
zugeführt wird, so gesteuert wird, daß an den Kollektorausgängen des zweiten und
dritten Transistors die Produkte beider Signale in bekannter Weise gegenphasig anliegen.
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Die erfindungsgemäß gesteuerte Tralisistorschaltung arbeitet als Amplitudenmodulation
bzw. als multiplikative Mischstufe, wenn der Basis des zweiten und/oder dritten
Transistors das modulierende Signal bzw. die Oszillatorfrequenz als Steuersignal
zugeführt wird.
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Sie arbeitet jedoch als Verstärker mit regelbarer Verstärkung, wenn
in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens das dem zweiten und/oder dritten
Transistor zugeführte zweite Steuersignal ein Gleichstromsignal, d. h. ein
Signal mit der Frequenz Null ist, dessen Amplitude, von Hand oder ferngesteuert,
stetig oder unstetig veränderbar ist. Dieses Gleichstromsignal regelt abhängig von
der Größe und Änderung seiner Amplitude die Verstärkung der Amplitude des dem ersten
Transistor zugeführten Nutzs#gnals bei dessen übertragung auf die Kollektorausgänge
des
zweiten und dritten Transistors und ermöglicht dadurch: deren Ausgangssignale multiplikativ
so zu beeinflussen, daß bei Änderung der Amplitude des Gleichstromsignals die Amplitude,
des einen Ausgangssignals von Null auf ihren Maximalwert und gleichzeitig dieAmplitude
des zweitenAusgangssignals vom Maximalwert auf den Wert Null geregelt wird bzw.
geregelt werden kann, ohne daß die Ausgangssignale hierbei nennenswerte Verzerrungen
gegenüber dem der Basis zugeführten Nutzsignal (Eingangssignal) erleiden.
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Wird weiterhin die neue Transistorschaltung im Gegentakt aufgebaut,
d. h. der zweite und dritte Transistor vom zweiten Steuersignal im Gegentakt
gesteuert, dann sind zwei Regelstufen mit zwei Ausgangskanälen vorhanden, die es
ermöglichen, die Spannung gleichzeitig in dem einen Kanal von Null auf Maximum und
in dem anderen Kanal von Maximum nach Null oder umgekehrt zu regeln. Bisher waren
für diesen Zweck vier Regelstufen nötig.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäß gesteuerten Transistorschaltung
wird nachfolgend an Hand der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist das Schaltungsprinzip
der erfindungsgemäß gesteuerten Transistorschaltung allgemein dargestellt. Drei
Transistoren 1, 2 und 3 vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind so geschaltet,
daß der durch den ersten Transistor 1 fließende Kollektorstrom auf die Emitter
der beiden anderen Transistoren 2 und 3 aufgeteilt wird. An der Basis des
Transistors 1 wird das in seiner Verstärkung zu beeinflussende Signal
5 angelegt, wodurch am Kollektor des Transistors 1 ein eingeprägter
Strom entsteht, der vom Signal 5 beeinflußt ist. Die Basiselektroden der
Transistoren 2 und 3 können nun durch ein weiteres Signal 7 beaufschlagt
werden. Dieses Signal muß entweder im Gegentakt 7, 7' an die beiden Basiselektroden
der Transistoren 2 und 3
oder unsymmetrisch (7 oder 7') an nur eine
der beiden Basiselektroden angelegt werden, während die andere Basis gegen Masse
entkoppelt wird. Durch das Signal 7, 7' wird nun die Stromverteilung des
eingeprägten Stromes aus dem Transistor 1 auf die beiden Transistoren 2 und
3 gesteuert, so daß an den in deren Kollektorkreis geschalteten Arbeitswiderständen
9 und 10, jeweils gegenphasig beeinflußt, das verstärkte, dem Signal
5 entsprechende und durch das Signal 7, 7' zusätzlich gesteuerte Signal
15 bzw. 15'
entsteht. Es ist daher eine multiplikative Steuerung des
Signals 5 durch Signal 7, 7' erreichbar, wobei die Ausgangssignale
15 bzw. 15" der Transistoren 2 und 3
die resultierenden Signale
der beiden Steuersignale 5 und 7 sind. Normalerweise wird nur eine
Ausgangssignalspannung 15 oder 15' benötigt. Daher kann in vielen
Fällen einer der Kollektor- bzw. Arbeitswiderstände 9 oder 10 entfallen.
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Die Schaltung arbeitet im Prinzip wie eine Hexode, wobei die Basis
des ersten Transistors 1 dem Steuergitter, die Basis des zweiten oder dritten
Transistors 2 oder 3 einem Schirmgitter und die Kollektoren von Transistoren
2 und 3 etwa der Anode einer Hexode entsprechen. Daher kann man auch die
bisher mit Hexoden aufgebauten Schaltungen mit dem erfindungsgemäßen Schaltungsprinzip
verwirklichen.
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Die Spannungsteiler 11, 12 bzw. 13, 14 und
13',
14' dienen zur Einstellung des Arbeitspunktes der Transistoren
1, 2 und 3 -und damit der Linearität der Schaltung. Der
- im speziellen Fall auch komplexe, - Emitterwiderstand
8 des ersten Transistors 1
kann zur Gegenkopplung verwendet werden.
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In F i g. 2 ist eine Schaltung zur fernbedienbaren Verstärkungsregelung
gezeigt, die nach dem in F i g. 1
dargestellten Prinzip arbeitet und die z.
B. vorteilhafterweise bei Fernsehstudiogeräten, in Mischverstärkern, automatischen
Regelschaltungen zur Weißwertregelung usw. eiiqgesetzt werden kann. Der Transistor
1 wird wieder über den Kondensator 4, z. B. von dem Videosignal
5, angesteuert. Der dadurch eingeprägte Kollektorstrom des Transistors
1 wird nun über die Transistoren 2 und 3 nach Maßgabe der am Potentiometer
16 des veränderbaren Span' nungsteilers 13, 14, 16 abgegriffenen
Gleichspannung aufgeteilt. An Stelle der am Potentiometer 16 abgegriffenen
Gleichspannung kann z. B. auch eine Steuerspannung aus einem Regelverstärker angelegt
werden. Die Kondensatoren 17 und 18 verhindern HF-Einsteuerungen und
legen die Basis der Transistoren 2 und 3 wechselstrommäßig an Masse. Beim
Verändern des Abgriffs an dem Potentiorneter 16
entsteht am Kollektorausgang
des Transistors 2 z. B. am Kondensator 19 eine von Null an wachsende, bzw.
am Kollektorausgang des Transistors 3 z. B. am Kondensator 20 eine auf Null
absinkende Wechselspannung 15' bzw. 15. Die Linearität der Ausgangsspannungen
15' bzw. 15 der beiden Transistoren 2 und 3 bleibt über den
gesamten Regelbereich gut erhalten. Der Steuerspannungsbedarf an der Basis des Transistors
2 liegt dabei nur in der Größenordnung von 100 mV. In vielen Fällen wird
man nur eine der beiden Ausgangsspannungen 15 oder 15' der beiden
Transistoren 2 und 3 ausnutzen; bei sogenannten überblendverstärkem in der
Fernsehstudiotechnik können jedoch beide Ausgänge - einer für »Vorschau«.
der andere für »Sendung« ausgenutzt werden.
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Neben der Fernbedienbarkeit hat diese Schaltung den Vorteil, daß für
die Steuerung nur sehr wenig Spannung benötigt wird; daher ist meistens keine zusätzliche
Gleichstromverstärkung in einem vorgeschalteten Regelspannungserzeuger notwendig.
Deshalb ist die neue Schaltung beispielsweise für- den Aufbau einer Weißwert-Automatik
bei der Fernsehübertragung besonders gut geeignet.
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In F i g. 3 ist ein Amplitudenmodulator nach dem in F i
g. 1 erläuterten Prinzip gezeigt. Der Transistor 1 wird über den Kondensator
4 mit der hochfrequenten Trägerfrequenzspannung 5 angesteuert und liefert
einen eingeprägten Strom in die Transistoren 2 und 3. Transistor
3 wird - unsymmetrisch - über den Kondensator 6 mit
der modulierenden Signalfrequenz 7 angesteuert. Auch hier wäre wiederum die
Ansteuerung im Gegentakt und an beiden Basiselektroden der Transistoren 2 und
3 möglich. Durch die multiplikative Beeinflussung entsteht an den in dir,
Kollektorkreise des zweiten und dritten Transistors geschalteten und passend bedämpften
Schwingkreisen 9 und 10 eine positiv bzw. negativ modulierte Spannung
15 bzw. 15'. Wird nur eine Ausgangsspannung, z. B. die negativ modulierte
benötigt, so kann der Schwingkreis 9 entfallen. Die Schwingkreise können
auch durch andere Filterkombinationen ersetzt werden, die die modulierte Schwingung
in der gewünschten Weise übertragen. Die übrigen Widerstände dienen wie bei den
F i g. 1 und 2 der Einstellung des Arbeitspunktes und der Gegenkopplung.
Die Modul im
lationskennlinie verläuft S-förmig mit einem
genügend linearen Mittelabschnitt, so daß ohne Vorverzerrung des Modulationssignals
Modulationsgrade von etwa 70 % erreichbar sind.
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Für die multiplikative Mischung kann die Schaltung nach F i
g. 3 ebenfalls verwendet werden. Als Signal 5 wird z. B. die Oszillatorfrequenz,
als Signal 7
das modulierte hochfrequente Signal an die entsprechenden Basiselektroden
angelegt. Die Signale können auch vertauscht angelegt werden. Die in die Kollektorkreise
der Transistoren 2 und 3 geschalteten Schwingkreise 9 und
1.0 werden auf das gewünschte, Mischprodukt eingestellt. Vorteilhaft bei
dieser Anordnung sind die, hohe Mischsteilheit und die geringe Rückwirkung.