CH622138A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen elektronischen Widerstand, der mittels einer Steuergrösse steuerbar ist.

Steuerbare elektronische Widerstände werden besonders als Stellglieder in Regelkreisen von Verstärkern zur automatischen Konstanthaltung eines bestimmten Signalpegels benötigt Bei vielen der Anwendungsfälle, beispielsweise in Regelkreisen von Trägerfrequenzverstärkern, besteht dabei die Forderung nach einer hohen Aussteuerungsgrenze sowie einer hohen Klirrdämpfung dieser Stellglieder, um zeitweilig auftretende Spannungsspitzen des Signals verzerrungsfrei übertragen zu können. In anderen Anwendungsfällen, beispielsweise in Empfangsschaltungen von Datenübertragungsgeräten (Modems), wird zusätzlich zu den genannten Anforderungen ein schnelles Einschwingen des Regelkreises gefordert.

Mittels Dioden, deren Arbeitspunkt verändert wird, ist es möglich, Schaltungsanordnungen für steuerbare elektronische Widerstände aufzubauen. In den meisten Anwendungsfällen ist jedoch bei diesen Schaltungsanordnungen wegen der nichtlinearen Diodenkennlinie die Aussteuerungsgrenze zu niedrig. Dies gilt auch für eine Anordnung, bei welcher der steuerbare elektronische Widerstand durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors gebildet wird. Eine höhere Aussteuerungsgrenze lässt sich mit einer aus einem fremdgeheizten Heissleiter gebildeten Anordnung erreichen. Diese Anordnung ist jedoch wegen der hohen thermischen Zeitkonstante des Heissleiters und der dadurch bedingten grossen Einschwingzeit der Regelschaltung in vielen Fällen unbrauchbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für einen mittels einer Steuergrösse steuerbaren elektronischen Widerstand zu schaffen, dessen Klirrdämpfung und Aussteuerungsgrenze möglichst gross ist gegenüber den entsprechenden Werten von bekannten Halbleiteranordnungen und der eine etwa ebenso niedrige Regelzeitkonstante aufweist wie diese Halbleiteranordnungen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch einen aus einem ersten Widerstand und einem von der Steuergrösse unmittelbar angesteuerten zweiten Widerstand bestehenden Spannungsteiler, dessen Abgriff mit dem Eingang eines Verstärkers verbunden ist, wobei der Ausgang dieses Verstärkers über einen dritten Widerstand mit einem Ende des Spannungsteilers verbunden ist und die beiden Enden dieses Spannungsteilers die Klemmen des elektronischen Widerstandes bilden.

Im folgenden soll die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung,

Fig. 2 ein Beispiel mit der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung als Teil eines Stromkreises,

Fig. 3 die Schaltungsanordnung eines möglichen Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 4 die Schaltungsanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In Fig. 1 wird der Spannungsteiler ST durch die Reihenschaltung des ersten Widerstandes Rl mit dem zweiten Widerstand R2 gebildet, welcher mittels der Steuergrösse S steuerbar ist. Der Verbindungspunkt von Widerstand Rl und Widerstand R2 ist mit dem Eingang des Verstärkers V verbunden. Der Ausgang des Verstärkers V ist über den Widerstand R3 mit dem freien Ende des Widerstandes R2 verbunden. Zwischen den beiden Enden des Spannungsteilers ST tritt der gewünschte elektronische Widerstand RS 1 auf.

Bei der folgenden Erläuterung der Erfindung sollen zum leichteren Verständnis die Vereinfachungen gemacht werden, dass der durch den Spannungsteiler ST fliessende Strom 12 klein ist bezogen auf den durch den elektronischen Widerstand RS1 fliessenden Strom II, womit dieser Strom II etwa gleich dem durch den Widerstand R3 fliessenden Strom 13 ist, und dass der Innenwiderstand des Verstärkers V vernachlässigbar klein ist bezogen auf den Wert des Widerstandes R3. Liegt am elektronischen Widerstand RS1 eine sinusförmige Wechselspannung U1 an, so tritt am Ausgang des Verstärkers V dann eine Wechselspannung U1 ' = ü • U1 auf, wobei sich der Faktor ü aus dem Teilerverhältnis des Spannungsteilers ST sowie dem Eingangswiderstand und der Verstärkung des Verstärkers V ergibt. An den Klemmen des Widerstandes R3 liegt eine Wechselspannung an, welche sich aus der Differenz der Wechselspannungen U1 undUl' ergibt:U1 -ü-Ul = U1 -(1-ü).Der durch den Widerstand R3 fliessende Strom 13 lässt sich daher aus dem Verhältnis dieser Differenzspannung zum Wert des Widerstandes R3 bestimmen:

13 - U1 (1)

Aus dieser Beziehung errechnet sich der Wert des elektronischen Widerstandes RS1 zu

Hieraus geht hervor, dass der elektronische Widerstand RS1 durch Verändern des Faktors ü gesteuert werden kann. Der Faktor ü wiederum kann durch Verändern der Steuergrösse S gesteuert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass als steuerbarer zweiter Widerstand R2 die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors dient, wobei der Widerstand dieser

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Strecke mittels der Basisvorspannung gesteuert wird. An dieser Emitter-Kollektor-Strecke liegt nur ein Teil der am elektronischen Widerstand RS1 herrschenden Spannung U1 an. Die Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung hat daher den Vorteil, dass die Werte für Aussteuerungsgrenze und Klirr- s dämpfung wesentlich höher liegen als in den eingangs erwähnten Fällen, bei denen die Spannung U1 unmittelbar an der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors bzw. Kathoden-Anoden-Strecke einer Diode anliegt.

Ist der elektronische Widerstand RS 1, wie in Fig. 2 gezeigt, i o in einen Stromkreis eingeschaltet, beispielsweise in den Gegenkopplungskreis eines Verstärkers, so tritt an ihm bei grossen Widerstandswerten ein grosser Spannungsabfall auf. Aus der für den elektronischen Widerstand RS1 angegebenen Beziehung (2) geht hervor, dass bei grossen positiven Werten von 15 RS1 der Faktor ü einen Wert etwas kleiner als 1 aufweist. Dies bedeutet, dass sich dann ein als zweiter Widerstand R2 verwendeter Transistor im niederohmigen Zustand befindet. Dieses Verhalten ist ein weiterer Vorteil gegenüber den eingangs erwähnten Anordnungen, bei denen sich bei einem hochohmi- 2o gen Zustand auch der betreffende Transistor bzw. die Diode im hochohmigen und damit besonders übersteuerungsempfindlichen Zustand befindet

In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verstärker V mit einem integrierten Operationsverstärker auf- 25 gebaut, wobei die Spannungsverstärkung des Verstärkers den Wert v = +1 aufweist. Als steuerbarer zweiter Widerstand R2 dient der Feldeffekt-Transistor Tl, dessen Gate-Elektrode über den ohmschen Widerstand R4 mit der als Steuergrösse S dienenden Steuerspannungsquelle Us verbunden ist. Parallel zur 30 Source-Drain-Strecke des Transistors Tl ist der ohmsche Spannungsteiler ST' geschaltet, wobei zwischen dessen Abgriff und der Gate-Elektróde des Transistors Tl der Kondensator Cl angeordnet ist Dieser Kondensator Cl dient in Verbindung mit dem Spannungsteiler ST' und dem Widerstand R4 zur Gegen- 35 kopplung des Transistors Tl und damit zur Erhöhung der Klirrdämpfung. Durch Veränderung der Steuerspannung Us wird der elektronische Widerstand RS1 gesteuert. Mit dem Widerstand des Spannungsteilers ST' kann die Grenze des Regelbereiches des elektronischen Widerstandes RS1 beeinflusst wer- 4o den. Ist kein Spannungsteiler ST' notwendig, so kann zur Beeinflussung des Regelbereiches anstelle des Spannungsteilers ST' auch ein einziger Widerstand verwendet werden. Als Widerstand R3 wird ein ohmscher Widerstand verwendet. Entsprechend der Beziehung (2) sind dann die Werte des elektroni- 45 sehen Widerstandes RS1 reell.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Widerstand R3 komplex. Man erhält dann für den elektronischen Widerstand RS1 ebenfalls einen komplexen Widerstand. Wie aus der Beziehung (2) hervorgeht, ist dieser Widerstand 50 RS1 nur vom Wert des reellen Faktors ü abhängig. Der komplexe Widerstand RS1 hat daher den gleichen Phasenwinkel wie der komplexe Widerstand R3. Verwendet man beispielsweise als Widerstand R3 eine Induktivität, so tritt als elektronischer Widerstand RS1 eine entsprechende veränderbare Induktivität auf. Mit dieser Ausführungsform der Erfindung lässt sich beispielsweise die Resonanzfrequenz eines LC-Schwingkreises in einem weiten Bereich steuern.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Verstärker V wird hier mit dem npn-Transistor T2 realisiert, dessen Emitter den Verstärkerausgang und dessen Basis den Verstärkereingang bildet. Der Verbindungspunkt des als ohmscher Widerstand ausgeführten Widerstandes R3 mit dem Spannungsteiler ST' und der Source-Drain-Strecke des Transistors Tl ist mit dem einen Pol einer Gleichspannungsquelle UB (Spannung OV) verbunden und bildet wiederum die eine Klemme des elektronischen Widerstandes RS1. Der Widerstand Rl wird durch die Reihenschaltung der beiden ohmschen Widerstände Rl.l und R1.2 gebildet, wobei letzterem der Kondensator C3 parallelgeschaltet ist. Der Verbindungspunkt von Kollektor des Transistors T2, Kondensator C3, Widerstand R1.2 und dem einen Ende des Widerstandes R5 bildet die andere Klemme des elektronischen Widerstandes RS1. Das andere Ende des Widerstandes R5 ist mit dem anderen, in diesem Falle positiven Pol der Gleichspannungsquelle Uß verbunden. Die Reihenschaltung der Source-Drain-Strecke des Transistors Tl mit dem Kondensator C2 liegt zwischen Spannung OV und dem Verbindungspunkt von Spannungsteiler ST', Widerstand Rl.l sowie der Basis des Transistors TZ. Der ohmsche Widerstand R3 dient ferner in Verbindung mit den Widerständen Rl.l, R1.Z und R5 sowie dem Spannungsteiler ST' zur Einstellung des Arbeitspunktes des Transistors T2. Der Kondensator C3 schliesst den Widerstand R1.2 wechselstrommäs-sig kurz. Durch eine entsprechende Wahl des Verhältnisses der Widerstände Rl.l und R1.2 ist eine zusätzliche Einstellmöglichkeit für den Faktor ü bzw. für den Regelbereich des elektronischen Widerstandes RS1 gegeben. Anstelle des ohmschen Widerstandes R3 kann auch ein komplexer Widerstand verwendet werden. In diesem Fall muss dann wegen des Arbeitspunktes des Transistors T2 auf einen bestimmten Gleichstromwiderstand geachtet werden.

Da einzelne Transistoren gegenüber Operationsverstärkern eine höhere Grenzfrequenz aufweisen, ist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 besonders für hohe Frequenzen geeignet.

Im allgemeinen Fall nach Fig. 1 können der Widerstand Rl und der steuerbare zweite Widerstand R2 auch gegeneinander vertauscht angeordnet sein.

• Als steuerbarer zweiter Widerstand R2 kann beispielsweise auch ein Fototransistor oder eine Feldplatte dienen. Die Steuergrösse S zur Steuerung des elektronischen Widerstandes RS1 ist dann eine Lichtquelle bzw. ein Magnetfeld.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

622138 PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltungsanordnung für einen mittels einer Steuer-grösse steuerbaren elektronischen Widerstand, gekennzeichnet durch einen aus einem ersten Widerstand (Rl) und einem von der Steuergrösse (S) unmittelbar angesteuerten zweiten Widerstand (R2) bestehenden Spannungsteiler (ST), dessen Abgriff mit dem Eingang eines Verstärkers (V) verbunden ist, wobei der Ausgang dieses Verstärkers (V) über einen dritten Widerstand (R3) mit einem Ende des Spannungsteilers (ST) verbunden ist und die beiden Enden dieses Spannungsteilers (ST) die Klemmen des elektronischen Widerstandes (RS1) bilden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare zweite Widerstand (R2) durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (Tl) gebildet wird, dessen Basis-Elektrode über einen vierten Widerstand (R4) mit einer Steuerspannungsquelle (Us) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare zweite Widerstand (R2) durch die Source-Drain-Strecke eines Feldeffekt-Transistors (Tl) gebildet wird, dessen Gate-Elektrode über einen vierten Widerstand (R4) mit einer Steuerspannungsquelle (Us) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter-Kollektor-Strecke bzw. der Source-Drain-Strecke des Transistors (Tl) ein weiterer Spannungsteiler (ST') parallelgeschaltet ist, zwischen dessen Abgriff und der Basis- bzw. Gate-Elektrode ein Kondensator (Cl) angeschlossen ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Widerstand (R3) am Ausgang des Verstärkers (V) komplex ist.