DE2404331B2 - Schaltungsanordnung zur elektronischen verstaerkungseinstellung - Google Patents

Description

Diet Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff, wie sie im wesentlichen aus der DT-OS 20 60 192 bekannt ist. Dabei sind zwei über Kreuz gekoppelte Transistor-Differenzverstärker vorgesehen, wobei in den Emitterzuleitungen Transistoren angeordnet sind, von denen dem einen das Eingangssignal und eine Gleichspannung und dem anderen nur diese Gleichspannung zugeführt wird. Die Verstärkung kann dabei durch Änderung der Vorspannung der Differenzverstärker-Transistoren geändert werden.

In der Praxis hat diese Schaltung verschiedene Nachteile.

Das Eigenirauschen ist verhältnismäßig hoch und macht: sich insbesondere dann störend bemerkbar, wenn die Verstärkung sehr gering und das Ausgangssignal mithin klein ist. Bei großen Amplituden des Eingangssignals treten verhältnismäßig starke Verzerrungen auf.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltung besteht darin, daß bei gegebener Batteriespannung und gegebener maximaler Verstärkung, die dem Verhältnis des Widerstandes in der Kollektorleitung zum Widerstand in der Emitterzuleitung des Differenzverstärkers entspricht, die maximale Eingangsamplitude festgelegt ist. Dies liegt daran, daß nicht nur der Signalanteil der an der Basis des Transistors in der gemeinsamen Emitterzuleitung liegenden Spannung verstärkt wird, sondern auch der Gleichspannungsanteil. Der Gleichspannungsanteil muß dabei mehrfach größer sein als die maximale Sigmalampl.itude, damit Verzerrungen vermieden werden, z. B. um den Faktor 2,5, und die

ίο Versorgungsgleichspannung muß größer sein als die Summe der Spannungsabfälle am Kollektorwiderstand und am Emitterwiderstand. Deshalb ist bei gegebener Batteriespannung und gegebener maximaler Verstärkung die maximal zu verarbeitende Signalamplitude

verhältnismäßig niedrig; ebenso ist bei gegebener Versorgungsspannung und bei gegebener maximal zu verarbeitender Signaleingangsspannung die größtmögliche Verstärkung auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert festgelegt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Verstärkungseinstellung zu schaffen, die einerseits bei großem Eingangssignal nur geringe Verzerrungen hervorruft und nur ein geringes Eigenrauschen aufweist, insbesondere bei stark herabgesetzter Verstärkung, und die andererseits eine verhältnismäßig hohe maximale Verstärkung aufweist.

Ausgehend von einer Schaltungsanordnung zur elektronischen Verstärkungseinstellung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die in Anspruch 2 angegebene Weiterbildung der Erfindung ist besonders für den Aufbau in integrierter Schaltungstechnik geeignet und verhindert, daß bei großem Eingangssignal und herabgesetzter Verstärkung — bei gegebener Batteriespannung — eine Übersteuerung des Stellgliedes auftritt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Schaltung enthält zwei Transistor-Differenzverstärker, d. h. zwei Transistorpaare T₃, T\ und T₄, T₂, deren Emitter jeweils miteinander verbunden sind. In der gemeinsamen Emitterzuleitung der Transistoren T₃ und 71 ist die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T₅ mit einem Emitterwiderstand A₀ eingescMtet; ebenso ist in die gemeinsame Emitterzuleitung der Transistoren Ta und T₂ die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T₆ mit einem Emitterwiderstand Ro', der dieselbe Größe hat wie der Widerstand R₀, eingeschaltet. Die Basen der Transistoren T₃ und T₂ sowie der Transistoren 71 und T₄ sind jeweils direkt miteinander verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 7a und T₄ sind miteinander verbunden und über einen Widerstand R an den positiven Pol der Versorgungsspannung angeschlossen (alle Transistoren sind vom npn-Typ). Insoweit ist die beschriebene Schaltung bekannt Die Verstärkungen der beiden Verstärker sind durch die !!wischen der Basis des Transistors T₃ (und T₂) einerseits und der Basis des Transistors T₄ (und Ti) andererseits angelegne Steuerspannung U₅₁ bestimmt und mit dieser gegensinnig veränderbar.

6s Die Spannung am gemeinsamen Kollektorwiderstand R wird durch einen Verstärker Vmit hoher Verstärkung und niedrigem Ausgangswiderstand verstärkt Der Ausgang O des Verstärkers V kann als gemeinsamer

Ausgang zweier Verstärker (Ts, T₃, Keinerseits und T₆, Ti, V andererseits) aufgefaßt werden. Als Eingänge dieser Verstärker dienen dabei die Klemmen E₁ (Basis des Transistors T₅) bzw. E₂ (Basis des Transistors T₆).

Die <n ihrer Amplitude zu beeinflussende Signalwechselspannung U,_B wird der Schaltung an der Klemme K zugeführt, die über einen ohmschen Widerstand R_t mit dem Eingang E\, d h. mit der Basis des Transistors T₅, verbunden ist. Der andere Eingang E₂ ist direkt mit dem gemeinsamen Ausgang O verbunden und über einen ohmschen Widerstand A₂ mit dem anderen Eingang E\.

Die Schaltung wirkt folgendermaßen:

Wenn die Spannung an der Basis des Transistors T₃ genügend positiv gegenüber der Spannung an der Basis des Transistors T₄ ist, ist de? Transistor T₃ leitend und der Transistor T₄ gesperrt. Die Schaltung wirkt dann so, als ob der Kollektor des Transistors Ta gar nicht mit dem Widerstand R verbunden wäre und das über A₁ dem Eingang E\ zugeführte Signal wird über T₅ und T₃ sowie dem Verstärker V verstärkt und von dessen Ausgang über den Widerstand R₂ gegengekoppelt. Ist die Verstärkung des Verstärkers V multipliziert mit dem Verhältnis RZR₀ genügend groß, dann ergibt sich in diesem Fall für die Verstärkung

Wenn nun das Basispotential der Transistoren 7Ί und T₄ im Vergleich zum Basispotential der Transitoren Ts und T₂ negativ gemacht wird, nimmt der Signalstrom vom Transistor Ta, zu und der Signalstrom vom Transistor T₃ ab. Die Ausgangswechselspannung des Verstärkers V ist die Steuerspannung für den zweiten Verstärkereingang JS₂. Der Signalwechselstrom über T₄ ist wegen der Phasendrehung im Verstärkerzug gegenphasig zum Signalwechselstrom über T₃. Er kompensiert diesen daher bis auf einen Wert, der um so kleiner ist, je größer die Verstärkung des Verstärkers V ist. Bei dieser Einstellung der Schaltungsanordnung, d. h., wenn U_si eine solche Polarität und eine solche Größe hat, daß der Strom des Transistors T₅ im wesentlichen über Ti und der Strom des Transistors T₆ im wesentlichen über T₄ fließt, ist die Gegenkopplung sehr groß. Infolgedessen wird das Eigenrauschen der Schaltung, das besonders bei dieser Einstellung stören würde, weil dann die Ausgangsamplitude besonders klein ist, stark herabgesetzt Ebenso werden die Verzerrungen durch die Gegenkopplung vermindert.

Die maximale Verstärkung der Schaltung, die durch den Quotienten R₂IRi bestimmt ist, kann wesentlich größer sein als bei der eingangs erwähnten bekannten Schaltung, ohne daß bei großen Eingangssignalen Verzerrungen hervorgerufen werden. Die Verzerrungen hängen nämlich nur von dem Verhältnis der Gleichspannung zur Signalwechselspannung an der Basis von Ts ab, und dieses Verhältnis kann genügend groß gemacht werden, da — anders als bei der eingangs erwähnten bekannten Schaltung — der Widerstand R, der für die Gesamtverstärkung keine Bedeutung hat, grundsätzlich beliebig klein gemacht werden kann. Es lassen sich so z. B. Eingangssignale mit einer Amplitude bis zu 2 V bei einer maximalen Verstärkung von 10 und bei einer Batteriespannung von 10 V verzerrungsfrei verarbeiten.

Da der Verstärker V galvanisch an die Kollektoren der Transistoren T₃ und T₄ angeschlossen ist, ist eine gesonderte Gleichstromeinstellung für die Transistoren Ts und Tf, überflüssig, wenn der Verstärker V als Gleichstromverstärker ausgebildet ist. Dadurch wird erzwungen, daß die Gleichströme in den Transistoren T₅ und T₆ einander gleich sind. Das wiederum hat zur Folge, daß bei einer Änderung der Steuerspannung U_s, der Gleichstrompegel am Ausgang O nicht verändert wird. Infolge der starken Gleichstromgegenkopplung sind die Gleichstromarbeitspunkte gegen Temperatur- und Betriebsspannungsschwankungen stabilisiert.

Die Schaltung kann, wie gestrichelt durch den Block /C angedeutet, in integrierter Schaltungstechnik ausgeführt sein, wobei die Widerstände R\ und R₂ außen zugeschaltet werden.

Ein weiterer Vorteil der Schaltung besteht darin, daß die Verstärkung in einem weiten Bereich (mehr als 9OdB) proportional zum Logarithmus der Steuerspannung Us, änderbar ist.

Hierzu 1 B'att Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur elektronischen Verstärkungseinstellung, insbesondere elektronischer Lautstärkeeinsteller, mit zwei Verstärkern mit gemeinsamem Ausgang, deren Verstärker durch eine Steuerspannung gegensinnig zueinander änderbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Der Eingang (E\) des einen Verstärkers (Ts, T₃, V) ist über einen ohmschen Widerstand (R\) mit der Signalquelle (K) verbunden.

b) Die Eingänge (E\, E₂) beider Verstärker (T₅, T₃, V bzw. 76, T₄, V) sind über einen weiteren ohmschen Widerstand (R₂) miteinander verbunden.

c) Der gemeinsame Ausgang (O) ist auf den Eingang (E₂) des anderen Verstärkers (T₆, T₄, Vj gegengekoppelt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verstärker Transistor-Differenzverstärkerstufen (T₃, T\ bzw. T₄, T₂) enthalten, deren Kollektoren und Basen über Kreuz miteinander verbunden sind, in deren Emitterzuleitungen die Kollektor-Emitter-Strecken von Transistoren (Ti, T₆) vorgesehen sind, deren Basen als Verstärkereingang (E\, E₂) dienen.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorspannung der einen Hälfte der Differenzverstärkertransistoren (T₃, Ta) einem Verstärker (V) mit hoher Verstärkung zugeführt wird, durch den das Signal keine Phasendrehung erfährt und dessen Ausgang (O) las gemeinsamer Ausgang dient.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (V) mit hoher Verstärkung einen niederohmigen Ausgangswiderstand hat und daß sein Ausgang (O) direkt mit der Basis des Transistors (Tb) in der Emitterzuleitung des einen Differenzverstärkers (T_b, T₄, V) bzw. dem Eingang (E₂) des anderen Verstärkers verbunden ist.