DE3036764C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstärkungs-Steuerschaltung, die sich dafür eignet, in eine monolitische Technik eingezogen zu werden, und die insbesondere dafür vorgesehen ist, in Leitungs- und Mikrophonverstärkern für Telefoneinrichtungen eingesetzt zu werden.

Es ist bekannt, Differenzverstärkerstufen in Verstärkungs-Steuerschaltungen einzusetzen, die für das Einbeziehen in Verstärkern vorgesehen sind, welche in integrierter Technik ausgelegt sind. Mit Hilfe dieser Stufen ist es möglich, temperaturstabile Verstärker zu schaffen. Verstärkungs-Steuerschaltungen dieser Art sind beispielsweise aus der US-PS 36 84 974 oder der DE-OS 22 62 580 bekannt.

Eine Verstärkungs-Steuerschaltung nach den oben genannten Patentveröffentlichungen arbeitet nach dem Stromteilungs-Prinzip, was beinhaltet, daß der Signalstrom durch eine oder mehrere Differenzstufen aufgeteilt wird, wobei die Aufteilung durch einen Steuerstrom bestimmt wird. Die gesteuerte Signalspannung wird an einem (oder mehreren) Lastwiderstand abgenommen, wo die Stromaufteilung, die durch die Steuerspannung bestimmt ist, in eine Ausgangsspannung umgesetzt wird.

Eine aus Differenzverstärkern bestehende Schaltung ist aus der US-PS 34 52 289 bekannt, die einen Schaltungsteil einer integrierten Halbleiterschaltung darstellt und herkömmlicherweise als Mischstufe, Modulator, Demodulator oder Phasenteile eingesetzt wird. An zwei der vorgesehenen Differenzverstärker werden Eingangssignale mit unterschiedlicher Phase zugeführt, um eine Umschaltung durchzuführen, wenn die beiden Zweige des weiteren Differenzverstärkers abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden. In diesem Umschaltvorgang liegt auch ein Hauptanwendungsgebiet dieser bekannten Schaltung aus Differenzverstärkern.

Aus US-PS 40 52 679 ist ein Phasenschieberschaltkreis bekannt, der ein Phasenschiebernetzwerk aus einem Widerstand und einem Kondensator, das am Signaleingang und an zwei Differenzverstärkern der Schaltung angeschlossen ist, wobei die Eingänge der Differenzverstärker an den Eingangsklemmen der Phasenschieberschaltung angeschlossen sind. Die beiden Differenzverstärker werden somit mit Eingangssignalen beaufschlagt, die unterschiedliche Phasen aufweisen. Ein Hauptanwendungsgebiet der vorgeschriebenen Phasenschieberschaltung liegt im Bereich der Farbfernsehtechnik.

Die bekannten Verstärkungs-Steuerschaltungen sind für Lautstärkesteuerungen in Rundfunkgeräten und Audioverstärkern oder im Bereich der Fernsehtechnik vorgesehen. Sie müssen deshalb einen großen Steuerbereich haben bzw. für hohe Spannungen geeignet sein, wogegen die Gesamtverstärkung und eine mögliche Verstärkungsdrift von untergeordneter Bedeutung sind. Es ist offensichtlich, daß Verstärkungs-Steuerschaltungen dieser Art nicht in Telefongeräten eingesetzt werden mit ihren hohen Anforderungen sowohl an die Nominaldämpfung als auch den Steuerbereich. Die zulässige Abweichung vom vorgegebenen Dämpfungswert ist in der Größenordnung +0,1 dB, wenn der Steuerbereich 6 dB ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkungs-Steuerschaltung zu erhalten, die den obigen Anforderungen entspricht und wenigstens einen ersten und einen zweiten Transistor-Differenzverstärker aufweist, deren Eingänge parallel an einer Signalquelle liegen, wobei die charakteristischen Merkmale der Erfindung aus den Patentansprüchen hervorgehen. Eine Verstärkungs-Steuerschaltung nach der Erfindung erfüllt gewissenhaft die Anforderungen nach einer definierten Verstärkung, die an einen Verstärker für Telefon-Zwecke gestellt werden, während gleichzeitig geringes Rauschen, geringe Verzerrung und geringer Energieverbrauch erreicht werden.

Die Erfindung wird im einzelnen mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben, worin

Fig. 1 eine Verstärkungs-Steuerschaltung gemäß der Erfindung mit unsymmetrischem Ausgang, und

Fig. 2 eine ähnliche Schaltung mit symmetrischem Ausgang zeigen.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung enthält eine erste Differenzstufe mit Transistoren T1 und T2, eine zweite Differenzstufe mit Transistoren T3 und T4 und eine dritte Differenzstufe mit Transistoren T5 und T6. Ein Signal wird an die Eingangsklemmen 11 und 12 gelegt. Der Eingang 11 ist über den Widerstand R1 mit der Basis des Transistors T1 und über den Widerstand R1+R2 an die Basis des Transistors T4 geführt. Die Basiselektroden der Transistoren T2 und T3 sind miteinander verbunden und stehen mit dem Eingang 12 und dem Ausgang 14 in Verbindung. Die Kollektoren der Transistoren T1 und T4 sind an eine Konstantstromquelle I1 und an einen Eingang des Verstärkers F angeschlossen, während die Kollektoren der Transistoren T2 und T3 mit einer Konstantstromquelle I2 und im zweiten Eingang des Verstärkers F verbunden sind. Die untereinander verbundenen Emitter der Transistoren T1 und T2 sind mit dem Kollektor des Transistors T5 im dritten Differenzverstärker verbunden. Der Kollektor des Transistors T6 in demselben Differenzverstärker ist auf dieselbe Weise mit den Emittern der Transistoren T3 und T4 verbunden. Die Emitter der Transistoren T5 und T6 sind mit einer Konstantstromquelle Is verbunden. Die Basiselektroden der Transistoren T5 und T6 sind mit einer Gleichspannungsquelle Uc verbunden. Es besteht eine negative Rückkopplung vom Ausgang des Verstärkers F durch den Widerstand R2 zum Basiskreis des Transistors T4 (direkt) und des Transistors T1 (über R2). Somit haben die Differenzverstärker T1, T2 und T3, T4 unterschiedliche negative Rückkopplungsfaktoren. Die Schaltung arbeitet auf folgende Weise. Die Aufteilung des Konstantstroms Is zwischen den Transistoren T5 und T6 kann über die Gleichspannung Uc gesteuert werden. Dies bedeutet, daß die Emitter in den Differenzverstärkern T1, T2 und T3, T4 entsprechende Ströme erhalten. Es ist bekannt, daß die Verstärkung einer Differenzstufe mit dem Emitterstrom wächst. Wenn beispielsweise der größere Teil des Stromes Is durch die Transistoren T1, T2 geleitet wird, während die Transistoren T3, T4 einen sehr kleinen Strom führen, dann wird der Differenzverstärker T1, T2 das Eingangssignal mit maximaler Verstärkung verstärken, während der Beitrag von T3, T4 vernachlässigbar ist. Die negative Rückkopplungsschaltung einschließlich des Verstärkers F gibt eine Schleifenverstärkung, die proportional

ist. Wenn hingegen der größere Teil des Stroms Is durch den Differenzverstärker T3, T4 geleitet wird, verstärkt dieser Verstärker das Eingangssignal, und die Verstärkung wird proportional

sein, d. h., sie wird kleiner als im ersten Fall sein. Diese beiden Extremfälle bestimmen die Grenzen für den Steuerbereich. Andere Stromaufteilungen ergeben Verstärkungsfaktoren zwischen diesen Grenzwerten. Eine Analyse der Schaltung ergibt den folgenden Ausdruck für die Gesamtverstärkung A der Schaltung:

worin A1 der Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers T1, T2 und A2 der Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers T3, T4 sind und β1 und β2 die negativen Rückkopplungsfaktoren des jeweils entsprechenden negativen Rückkopplungsnetzwerks R3+R2 und R3, R2 und R1 sind.

Bei einem Ausführungsbeispiel war das negative Rückkopplungsnetzwerk so ausgelegt, daß der Verstärker die Verstärkungsfaktoren 20 dB und 26 dB bei den Grenzwerten der Steuerspannung hatte. Für alle Zwischenwerte des Gleichspannungssignals wurde der Verstärkungsfaktor innerhalb der Grenzen gehalten, die für Telefonverstärker erforderlich sind, und die Verstärkungssteuerung war innerhalb gegebener Toleranzen stabil.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Verstärkungs-Steuerschaltung nach der Erfindung mit dem negativen Rückkopplungsverstärker F1, wo sowohl der Eingang als auch der Ausgang symmetrisch sind. Für diesen Fall sind die Kollektoren der Transistoren T1 und T3 miteinander verbunden wie auch die Kollektoren der Transistoren T2 und T4. Der Eingang 11 ist mit der Basis des Transistors T1 über den Widerstand R4 und mit der Basis des Transistors T3 über den Widerstand R4+R5 verbunden. Ein Ausgang des Verstärkers F1 ist sowohl mit dem Ausgang 13 als auch mit der Basis des Transistors T3 über den Widerstand R6 verbunden. In gleicher Weise ist der Eingang 12 mit der Basis des Transistors T2 über den Widerstand R7 und mit der Basis des Transistors T4 über den Widerstand R7+R8 verbunden, während der zweite Ausgang des Verstärkers F1 sowohl an den Ausgang 14 als auch an die Basis des Transistors T4 über den Widerstand R8 geführt ist. Die Basen der Transistoren T2 und T3 sind in diesem Fall nicht miteinander verbunden. Die Schaltung nach Fig. 2 wirkt im wesentlichen in derselben Weise, wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, wobei der einzige Unterschied darin besteht, daß der negative Rückkopplungskreis symmetrisch ist.

Claims (4)

1. Verstärkungs-Steuerschaltung mit

• - einem aus zwei ersten Transistoren (T1, T2) bestehenden ersten Differenzverstärker, bei dem die Kollektoren der ersten Transistoren (T1, T2) jeweils an einem Eingang eines Verstärkers (F) angeschlossen und die Emitter der ersten Transistoren (T1, T2) miteinander verbunden sind,
• - einem aus zwei zweiten Transistoren (T3, T4) bestehenden zweiten Differenzverstärker, bei dem die Kollektoren der zweiten Transistoren (T3, T4) jeweils an einem Eingang eines Verstärkers (F) angeschlossen und die Emitter der zweiten Transistoren (T3, T4) miteinander verbunden sind,
• - Eingangsklemmen (11, 12), die derart mit dem ersten bzw. zweiten Differenzverstärker verbunden sind, daß deren Transistoren (T1, T2; T3, T4) gleichphasige Signalströme führen,
• - einem aus zwei dritten Transistoren (T5, T6) bestehenden dritten Differenzverstärker, bei dem die Kollektoren der dritten Transistoren (T5, T6) jeweils an den Emittern der Transistoren (T1, T2; T3, T4) des ersten bzw. zweiten Differenzverstärkers angeschlossen und die Emitter der dritten Transistoren (T5, T6) miteinander verbunden sind,
• - einer ersten Stromquelle (I1), deren Strom dem Kollektor von jeweils einem der ersten bzw. zweiten Transistoren (T1, T4) des ersten bzw. zweiten Differenzverstärkers zugeführt ist,
• - einer zweiten Stromquelle (I2), deren Strom dem Kollektor des jeweils anderen der ersten bzw. zweiten Transistoren (T2, T3) des ersten bzw. zweiten Differenzverstärkers zugeführt ist,
• - einer Konstantstromquelle (Is), deren Strom von den Emittern der dritten Transistoren (T5, T6) des dritten Differenzverstärkers abgeführt und durch eine an den Basen der dritten Transistoren (T5, T6) des dritten Differenzverstärkers anliegenden Steuerspannung (Uc) zwischen dem ersten und zweiten Differenzverstärker aufgeteilt wird, und
• - einem Rückkopplungsnetzwerk (R1, R2, R3), über das der Ausgang des Verstärkers (F) mit den Eingängen des ersten bzw. zweiten Differenzverstärkers rückgekoppelt ist und das so dimensioniert ist, daß der erste bzw. zweite Differenzverstärker unterschiedliche Schleifenverstärkungsfaktoren bei demselben Emitterstrom haben.

2. Verstärkungs-Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Eingangsklemme (11) über einen ersten Widerstand (R1) des Rückkopplungsnetzwerkes mit der Basis eines der ersten Transistoren (T1) verbunden ist,
daß die Eingangsklemme (11) über den ersten Widerstand (R1) und einen zweiten Widerstand (R2) des Rückkopplungsnetzwerkes mit der Basis eines der zweiten Transistoren (T4) verbunden ist, und
daß der Ausgang des Verstärkers (F) über einen dritten Widerstand (R3) des Rückkopplungsnetzwerkes mit der Basis des betreffenden zweiten Transistors (T4) verbunden ist.

3. Verstärkungs-Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kollektoren der ersten bzw. zweiten Transistoren (T1, T2; T3, T4) symmetrisch an die Eingänge des Verstärkers (F1) angeschlossen sind, und
• - daß das Rückkopplungsnetzwerk (R4, R5, R6; R7, R8, R9) symmetrisch ist.

4. Verstärkungs-Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Eingangsklemme (11) über einen ersten Widerstand (R4) des Rückkopplungsnetzwerkes mit der Basis eines der ersten Transistoren (T1) verbunden ist,
• - daß die Eingangsklemme (11) über den ersten Widerstand (R4) und einen zweiten Widerstand (R5) des Rückkopplungsnetzwerkes mit der Basis eines der zweiten Transistoren (T3) verbunden ist,
• - daß einer der Ausgänge des Verstärkers (F1) über einen dritten Widerstand (R6) des Rückkopplungsnetzwerkes mit der Basis des betreffenden zweiten Transistors (T3) verbunden ist,
• - daß die Eingangsklemme (12) über einen vierten Widerstand (R7) des Rückkopplungsnetzwerkes mit der Basis des anderen der ersten Transistoren (T2) verbunden ist,
• - daß die Eingangsklemme (12) über den vierten Widerstand (R7) und einen fünften Widerstand (R8) des Rückkopplungsnetzwerkes mit der Basis des anderen der zweiten Transistoren (T4) verbunden ist, und
• - daß der andere der Ausgänge des Verstärkers (F1) über einen sechsten Widerstand (R9) des Rückkopplungsnetzwerkes mit der Basis des betreffenden zweiten Transistors (T4) verbunden ist.