DE2001306C3 - Verstärker mit automatischer Pegelregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verstärker gemäß dem Oberbegriff des Haupianspruches, wie er aus der US-PS 29 03 522 bekannt ist. Derartige Verstärker werden z. B. zum Verstärken von Niederfrequenzsignalen, wie Mikrofon- oder Tonabnehmersignalen, angewandt

Der Verstärker nach der US-PS 29 03 522 enthält eine Vielzahl von Transistoren und anderen Bauelementen, wie z. B. Kondensatoren. Diese Schaltung eignet sich daher nicht zur Verwendung in einem Hörgeräteverstärker, wo es auf möglichst wenige Bauelemente ankommt. Außerdem sind in der oben genannten Schaltung vier verschiedene Versorgungsspannungen erforderlich. Im RUckkopplungszweig der bekannten Schaltung befindet sich die gleichstrommäßige Serienschaltung zweier Kollektor-Emitter-Strecken, so daß die Batteriespannungen von 13 V, wie sie in Hörgeräten benutzt werden, nicht genügen.

Aus der DE-AS 12 89 121 ist bereits ein Hörgeräteverstärker mit automatischer Pegelregelung bekannt. Dabei wird dem eigentlichen Verstärker eine von der Ausgangssignalamplitude abhängige Gleichspannung zugeführt, wodurch die Impedanz einer die Verstärkung bestimmenden Diode geändert wird. Hierbei können durch die Diode Verzerrungen erzeugt werden. Auch können bei der dabei erfolgenden Arbeitspunktverschiebung des eigentlichen Verstärkers Verzerrungen auftreten; auf jeden Fall ist es dabei nicht möglich, bei allen Signalamplituden die optimale Arbeitspunkteinstellung des Verstärkers einzuhalten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hörgeräteverstärker zu schaffen, der die folgenden Bedingungen erfüllt

Es sollen möglichst wenig Schaltungselemente verwendet werden; sobald der Signalpegel einen vorgeschriebenen Wert überschreitet, soll eine sehr effektive Regelung einsetzen, damit eine Übersteuerung aus Verstärkers vermieden wird; die Verzerrungen müssen möglichst klein sein — auch in dem Obergangsbereich,

ίο in dem die Regelung anfängt

Ausgehend von einem Verstärker der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Maßnahme gelöst

Nach einer Weiterbildung ist ein Widerstand in die Leitung zwischen der Klemme der Speisequelle und dem Emitter des Hilfstransistors aufgenommen. Dadurch können Obernahmeverzerrungen noch weiter verringert werden.

Nach einer anderen Weiterbildung ist ein Widerstand zwischen der Basis des Hilfstransistors und der anderen Klemme der Speisequelle eingeschaltet Dies ermöglicht es, bei Verwendung eines großen Widerstandes auch mit einem Kondensator relativ kleiner Kapazität

eine große Ausregelzeitkonstante zu erreichen.

Die Erfindung wird nachstehend für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert

Der Verstärker enthält eine Anzahl in Kaskade geschaltete; Transistoren 1, 2,3 und 4, mit deren Hilfe das Signal eines Mikrofones Ai in ein verstärktes Signal über ein Telefon Γ umgewandelt wird (der Übersichtlichkeit halber sind die zu der Speiseklemme +B führenden Kollektorimpedanzen der Transistoren 1, 2 und 3 nicht dargestellt). Als Transistoren sind in diesem Beispiel npn-Schichttransistoren angewandt, aber es ist einleuchtend, daß auch pnp-Schichttransistoren, Feldeffekttransistoren oder sogar Röhren für den beschriebenen Zweck verwendet werden können. Mit Hilfe des Widerstandes 5 und des Entkopplungskondensators 16 wird Gleichstromgegenkopplung und somit Arbeitspunktstabilisierung der Kaskadenanordnung 1, 2, 3 erhalten.

Der Pegelregelkreis enthält einen Transistor 6, dessen Basis-Elektrode mit der Kollektor-Elektrode des Transistors 4 verbunden ist, während die Kollektor-Elektrode des Transistors 6 mit der Basis-Elektrode des Transistors 1 verbunden ist so daß über dem Transistor 6 eine Wechselstromgegenkopplung des aus den Transistoren 1—4 bestehenden Verstärkers erhalten wird. Diese Gegenkopplung ist von dem Signalpegel an der Kollektor-Elektrode des Transistors 4 abhängig, weil mit Hilfe eines Gleichrichters 7 und eines Kondensators 8 eine Regelgleichspannung erzeugt wird, die die Einstellung des Transistors 6 steuert

Nach der Erfindung ist der Emitter des Transistors 6 mit derselben Klemme + B der Speisequelle wie das Telephon Toder im allgemeinen die Ausgangsimpedanz des Verstärkers 1—4 verbunden; ferner ist der Kollektor des Transistors 4 über die Parallelschaltung zweier Kreise, von denen der erste einen Widerstand 9 und der zweite die Reihenschaltung — in der angegebenen Reihenfolge — des erwähnten Gleichrichters 7 und eines Widerstandes 10 enthält, mit der Basis des Transistors 6 verbunden, wobei der Verbindungspunkt des Widerstandes 10 und des Gleichrichters 7 über den erwähnten Kondensator 8 mit einem Punkt konstanten Potentials in bezug auf die Speisequelle verbunden ist Auf diese Weise wird ein Gleichstrom-

Hi
•si

weg von der Klemme + B der Speisequelle über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 6, die beiden parallel geschalteten Kreise 9 bzw. 10, 7 zu der Kollektorelektrode des Transistors 4 gebildet

Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist folgende:

Es sei angenommen, daß die Speisespannung zwischen den Klemmen + B und — B z. B. 13 V beträgt, daß die Arbeitspunkteinstellung des Transistors 4 derartig ist, daß an seinem Kollektor eine Gleichspannung von 1,1 V in bezug auf die Klemme — B vorherrscht, daß die innere Emitter-Basis-Schwellwertspannung, die Oberschritten werden muß, damit der Transistor 6 leitend wird, 0,6 V ist, und daß die Schwellwertspannung, über der der Gleichrichter 7 leitend wird, 0,2 V beträgt Ferner sei angenommen, daß der Widerstand 9 (von z. B. 150 k Ω) in bezug auf den Widerstand 10 (von z.B. 51d2) groß, z.B u;n einen Faktor von 20 bis 60 größer ist Der Widerstand 14 wird vorläufig unendlich groß vorausgesetzt Solange die Wechselspannungsamplitude des Signals an der Kollektor-Elektrode des Transsistors 4 dann kleiner als 0,4 V bleibt, wird die Emitter-Basis· Schwellwertspannung des Transistors 6 nicht überschritten und bleibt somit dieser Transistor gesperrt. Wird aber diese Signalamplitude größer als 0,6V, z.B. 0,7V, so daß also die augenblickliche Spannung am Kollektor des Transistors 4 zwischen 0,4 und 1,8 V in bezug auf die Klemme - B schwankt (infolge des stark induktiven Charakters des Telephons Γ kann die Wechselspannung am Kollektor des Transistors 4 zeitweilig größer als die Spannung an der + ß-Klemme werden), so wird der durch die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 6, den Widerstand 10 und den Gleichrichte.· 7 gebildete Kreis während der negativen Spitzen dieser Wechselspannung leitend sein, so daß am Kondensator 8 eine Gleichspannung erzeugt wird, die den Transistor 6 im leitenden Zustand hält Der dann von dem Kollektor des Transistors 6 zu der Basis des Transistors 1 zurückgeführte Gegenkopplungsstrom wird einer weiteren Zunahme der Signalspannung am Kollektor des Transistors 4 entgegenwirken, so daß eine Pegelbegrenzung erhalten wird. Im Obergangsbereich zwischen 0,4 und 0,6 V der Signalwechselspannung am Kollektor des Transistors 4 wird nur eine sehr geringe Signalverzerrung auftreten, weil die Signalwechselspannung an der Basis des Transistors 6 infolge des großen Verhältnisses zwischen den Widerständen 9 und 10 nur einige hundertstel V beträgt Dabei sei bemerkt, daß die Strom-Spannungs-Kennlinien des Transistors 6 und der Diode 7 keine schroffen Übergänge zeigen, so daß bei dieser geringen Basiswechselspannung sich der Transistor 6 noch angemessen wie ein linearer Verstärker verhält Sobald aber die Diode 7 leitend wird, verschiebt sich der Arbeitspunkt des Transistors 6 derart, daß nahezu keine Verzerrung auftritt

Diese sogenannte Obernahmeverzerrung kann durch verschiedene Maßnahmen noch weiter verringert werden, z. B. durch Verkleinerung des Widerstandes 10, Vergrößerung des Widerstandes 9 unter gleichzeitiger Vergrößerung des Kollektorwiderstandes 11 des Transistors 6, die Anordnung eines Widerstandes 12 im Emitterkreis des Transistors 6, die Anordnung eines Widerstandes zwischen der Basis des Transistors 6 und der + ß-Klemme und/oder zwischen dem Verbindungspunkt der Schaltungselemente 7, 8 und 10 und der + ß-KIemme, weicher Widerstand dann wieder größer, z. B. einige Male größer, als der Widerstand 9 gewählt wird.

Durch passende Wahl der unterschiedlichen Schaltungselemente lassen sich auf einfache Weise die Neigung der Regelkurve (mit den Widerständen 9 bzw. 13) bzw. der Pegel der Ausgangsspannung, bei dem die Regelung effektiv wird (Widerstände 9 bzw. 10) ändern bzw. die Ein- und Ausregelzeitkonstante (mit Γ und 8 bzw. 10 und 8) auf geeignete Werte einstellen. Insbesondere kann es bei Verwendung eines verhältnismäßig kleinen Kondensators 8 (z. B. von 0,1 μΡ) erwünscht sein, die Ausregelzeitkonstante zu erhöhen, zu welchem Zweck dann ein großer Widerstand 14 zwischen der Basis des Transistors 6 und der Klemme — B angeordnet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verstärker mit automatischer Pegelregelung durch einen in einem Gegenkopplungskreis zwischen einer Ausgangs- und einer Eingangselektrode des Verstärkers eingeschalteten Hilfstransistor und einen mit dieser Ausgangselektrode gekoppelten Gleichrichter zum Erzeugen einer Regelgleichspannung, die der Basis des Hufstransistors zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Hilfstransistors (6) mit derjenigen Klemme (+B) der Speisequelle des Verstärkers verbunden ist, mit der auch die Ausgangsslektrode des Verstärkers über eine Ausgangsimpedanz (T) verbunden ist, und daß diese Ausgangselektrode ferner über die Parallelschaltung zweier Kreise, von denen der erste Kreis einen ersten Widerstand (9) und der zweite Kreis die Reihenschaltung eines zweiten erheblich kleineren Widerstandes (10) und des Gleichrichters (7) enthält, mit der Basis des Hilfstransistors (6) verbunden ist, wobei der Verbindungspunkt des zweiten Widerstandes (10) und des Gleichrichters (7) über einen Kondensator (8) mit einem Punkt konstanten Potentials (—B)'m bezug auf die Speisequelle verbunden ist

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (12) in die Leitung zwischen der erwähnten Klemme ( + B)Aa Speisequelle und dem Emitter des Hilfstransistors (6) aufgenommen ist

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (14) zwischen der Basis des Hilfstransistors (6) und der anderen Klemme (— ß^der Speisequelle eingeschaltet ist