DE2411069A1 - Dynamisch vorgespannte differentialverstaerkeranorddung - Google Patents
Dynamisch vorgespannte differentialverstaerkeranorddungInfo
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Description
62 WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 · TEL (06121) 562943, 561998 MDNCHEN
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WESTERk ELECTRIC COMPANY Kiko
Incorporated
NEW YORK, N. Y. USA
Die Erfindung betrifft eine dynamisch vorgespannte Differentialverstärkeranordnung mit einem Differentialverstärker, der ein
Transistorpaar aufweist, ferner einen Eingangssignalanschluß, der mit einem der beiden Transistoren des Differentialverstärkers
verbunden ist.und eine Schaltung zum Vorspannen der beiden Transistoren
des Differentialverstärkers.
Bei PCM(Pulscodemodulation) -Nachrichtenübertragungsanlagen können kontinuierliche zeitveränderliche Informations signale wie
etwa elektrische Sprechsignale durch eine Folge von EIN- und AUS-Impulsen
dargestellt werden. Die Umwandlung von analogen in digitale
,■r\
Signale erfolgt durch periodisches Abtasten, Quantisieren und Codieren der Amplitude jeder der Abtastproben in ein Binärcodewort.
Beim Quantisieren wird der genaue Pegel des zeitveränderlichen
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Eingangssignals durch einen aus einer Anzahl von diskreten Werten, die Quantisierungspegel genannt werden, angenähert.
Die Differenz zwischen dem Augenblickswert des Eingangssignals und dem tatsächlich übertragenen Quantisierungspegel
wird Quantisierungsfehler genannt und verursacht die bekannte Quantisierungsverzerrung.
Die Quantisierungsverzerrung ist besonders unerwünscht und kann sehr oft nicht hingenommen werden, wenn der Augenblickswert
oder die Amplitude des Eingangseignais klein, ist aber gewöhnlich wenig bedeutend oder sogar unbedeutend, wenn die
Amplitude des Augenblickswertes des Eingangssignales groß ist. Soll eine qualitativ höherwertige und effektivere Übertragung
erreicht werden, ist es deshalb wünschenswert, wesentlich mehr Abtastproben von den größeren Amplituden des Eingangs signals
und verhältnismäßig weniger Abtastproben von den größeren Amplituden des Eingangssignals zu nehmen. Die unerwünschten
Auswirkungen eines Quantisierungsfehlers können also reduziert werden, wenn man den Quantisierungsfehler im Bereich kleinerer
Amplituden des Eingangssignales, wo eine Quantisierungsverzerrung schwer wiegen würde, um den Preis eines höheren
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Quantisierungsfehlers im Bereich größerer Eingangssignale Amplituden, wo eine größere Verzerrung hingenommen werden
kann, verringert.
Weil die zu codierenden eingangsseitigen Analogsignale mit
ihren positiven und negativen Anteilen normalerweise symmetrisch um die Null- oder Zeitachse liegen, Mann der Quantisierungsvorgang
noch genauer werden, wenn ein Teil des Eingangssignals ähnlich, wie das bei einem Doppelweggleichrichter
geschieht, um die Nullachse umgeklappt wird. Ein solcher
.Doppelweggleichrichter klappt die negativen Halbwellen eines sinusförmigen Wechselstromeingangssignals um die Nullachse
in die Lücken zwischen den positiven Halbwellen nach oben. Die Vorteile liegen auf der Hand. Zum Beispiel kommt ein
Codierer, der bei Signalspitzenwerten von +3 und -3 Volt 256 ungleiche Quantisierungspegel bildet, mit nur 128 Pegeln (Pluspolarität)
aus, um ein Signal über einen Bereich von 3 VoIt(O bis +3VoItI zu
codieren, wenn er die negativen Teile des Eingangssignals umklappt. Auf diese Weise muß der Codierer keine 256 Pegel mehr bilden,
um das Signal über einen Bereich von 6 Volt (+3 bis -3 Volt) zu codieren.
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Eine Schaltung zur Realisierung dieses Umklapp- und Codierungsverfahrens würde eine Vorspannungsschaltung
als Konstantstromquelle, einen Differential verstärker, einen
Differentialschalter und ein angepaßtes, aus Widerständen aufgebautes Gewichtungsnetzwerk aufweisen, die sämtlich
in Reihe geschaltet sind. Das zu codierende Eingangssignal würde an den Differentialverstärker angelegt und das einem
Komparator und einer logischen Schaltung zugeführte Ausgangssignal vom Gewichtungsnetzwerk hergenommen. Das Gewichtungsnetzwerk
könnte eineWiderstands-Leiternetzwerk sein, das von der logischen Schaltung gesteuert wird, um Spannungsstufen
oder Strombezugswerte zu bilden, mit denen die Signale über den angepaßten Widerständen für Codierungs zwecke verglichen
werden. Der Differentialschalter wird von einem Netzwerk betätigt, das entsprechend der Polarität und Frequenz des Eingangssignals
synchronisiert und nullgesetzt wird, um die gewünschte Umklappwirkung zu erreichen. Weil der Strom durch das Gewichtungsnetzwerk,
den Differentialschalter und Differentialverstärker immer konstant ist, führen irgendwelche Veränderungen
zwischen den angepaßten Bauelementen, z. B. Widerstandsänderungen zwischen den angepaßten Widerständen des Codierungenetzwerkes,
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zu einem Fehler im Umklappverfahren, der konstant ist (das soll heißen, daß der konstante Betriebs-, Vorspannungsoder
Ruhestrom (biasing current ^ mal den Änderungen '^R in
den Widerständen eine Fehlerspannung Λ V erzeugt). Dieser konstante Fehler ist für Eingangssignale größerer Amplituden
unproblematisch, bei denen die Verzerrung toleriert werden kann. Er wiegt aber außerordentlich schwer, wenn die Eingangssignale
kleinere Amplituden haben, wie das bereits zuvor in Verbindung mit dem Quantisierungsfehler diskutiert wurde.
Damit auch kleinere Eingangs signal-Amplituden codiert werden
können, ist es unbedingt erforderlich, daß der durch das Umklapp und Codierungsverfahren eingeführte Fehler auf Spannungsamplituden
begrenzt wird, die wesentlich kleiner als die Amplitude des niedrigsten Quantisierungspegels sind. Beispielsweise ist
für 256 ungleiche Quantisierungspegel ein Umklappgenauigskeitsgrad
von 4000 zu 1 von Nöten. Dieser Genauigkeit steht hauptsächlich der durch die V ider stands änderungen im Codierungs- und
Vorspannungsnetzwerk entstehende konstante codierte Fehler entgegen. Um 256 Quantisierungsstufen darzustellen, wäre eine
Widerstandsgenauigkeit von 0, 01% oder besser zu fordern,
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um die gewünschte Codierungsgenauigkeit zu erreichen.
Eine solche Genauigkeit ist beim derzeitige Stande der Technik praktisch weder zu erreichen noch aufrechtzuerhalten.
Verwendet man derzeit erhältliche Bauelemente, dann besteht das Ergebnis darin, daß ungenau codiert wird, wodurch dann
wiederum eine Signalverzerrung in den Nulldurchgängen und ein starkes Leerlaufrauschen entsteht.
Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, diese Nachteile zu beheben. Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung von
einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art aus und ist gekennzeichnet durch
eine Schaltung zum dynamischen Steuern der Vorspannung, deren Eingang mit dem Eingangssignal anschluß der Differentialverstärkeranordnung
und deren Ausgang mit der Kollektor-Emitter Strecke eines Transistors des Differentialverstärkers
verbunden ist, um dem Differentialverstärker unter Ansprechen auf Amplitudenänderungen des Eingangs signals einen zusätzlichen
veränderlichen Ruhestrom zuzuführen.
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Eine zusätzliche Weiterbildung der Erfindung besteht darin,
daß die Schaltung, die die Vorspannung dynamisch steuert,
den zusätzlichen Strom im umgekehrten Verhältnis zur Eingangssignalamplitude
an den Kollektor-Emitter-AVeg jedes
der beiden Transistoren des Differentialverstärkers abgibt.
Im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Differentialverstärkeranordhung
wird eine Schaltung zum Steuern der dynamischen Vorspannung verwendet, die die Kollektor-Emitter-Ströme
der Transistoren des Differentialverstärkers im umgekehrten Verhältnis zur Amplitude des Eingangssignals beeinflußt.
Well der Vorspannungs- oder Ruhestrom durch den Hauptcodierungsweg,
also nur von der Amplitude des Eingangssignale und nicht von der Amplitude eines Ruhestromes bestimmt wird,
der entsprechend der zu erwartenden Amplitudenspitzenwerte des Eingangs signals bereits im voraus festgelegt ist, sind der
Spannungsabfall IA.R und die Basis-Leckströme in der Umklappschaltung
zur Amplitude des Eingangseignales proportional. Der Fehler bleibt also für größere Eingangssignal-Amplituden,
für die er toleriert werden kann, ungefähr gleich dem Fehler, der bei Schaltungen mit konstanter Vorspannung auftritt.
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Für kleinere Eingangssignal-Amplituden wird der bezeichnete Fehler aber merklich reduziert und sinkt auf einen u'ert, den
man ohne weiteres tolerieren kann. Aufgrund des kleineren Fehlers für kleinere Eingangseignal-Amplituden können Dünnechicht-Bauelemente
ebensogut wie leicht im Handel erhältliche Bauelemente verwendet werden, ohne daß auf Signallinearität
verzichtet werden muß. Im Zusammenhang mit der in der Zeichnung dargestellten Stromumklapp- und Codierungsschaltung
sind zwei gleichspannungsmäßig vorgespannte Transistoren abgebildet, die als Differentialverstärker arbeiten. An einem
dieser beiden Transistoren liegt das Eingangssignal an. Die Kollektor-Emitter-'vYege beider Transistoren liegen über einen
Differentialschalter und ein Gewichtungs- und Codierungsnetzwerk, welch letzteres mit einer Vorspannungsquelle verbunden ist,
parallel. Die bereits zuvor angesprochene Schaltung zum Steuern der dynamischen Vorspannung ist an die bezeichnete Vorspannungsquelle
und an die Kollektor-Emitter-Wege der beiden Differentialverstärkertransistoren
angeschaltet, denen sie einen Ruhestrom zuführt. Die Schaltung zum Steuern der dynamischen Vorspannung
ist ferner mit der Eingangssignalquelle verbunden, um die Amplitude eines zusätzlichen Stromes invers zu steuern, der entsprechend der
Eingangssignal-Amplitude an die Kollektor-Emitter-Wege der
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Differentialverstärkertransistoren abgegeben wird.
Die anschließend noch detailliert zu erläuternde Stromumklapp und Codierungsschaltung weist also, wenn man die Schaltung
zum Steuern der dynamischen Vorspannung ausnimmt, eine Vorspannungsquelle, ein Gewichtungs- und Codierungsnetzwerk,
einen Differentialschalter, einen Differentialverfetärker und eine Vorspannungsschaltung zum Aufrechterhalten eines konstanten
Stromes auf, die alle in Reihe geschaltet sind. Die Schaltung zum Steuern der dynamischen Vorspannung weist
ebenfalls einen Differentialverstärker auf. Dazu kommen ein Doppelweggleichrichter, ein Transistor zur Signalverknüpfung
und zwei Transistoren zum Steuern der Vorspannung, deren Kollektor-Emitter-Wege die Vorspannungsquelle mit jeweils
einem Kollektoranschluß der beiden im Haupte ο die rungs weg
liegenden Differentialverstärkertransistoren verbinden. Der Differentialverstärker in der Schaltung zum Steuern der dynamischen
Vorspannung spricht auf die Eingangssignalamplitude an, betätigt dann wiederum die als Doppelweggleichrichter arbeitenden
Transistoren und bewirkt dadurch einen proportionalen Stromfluß durch die Pegelschiebertransistoren. Die Emitter-Anschlüsse
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der gleichrichtenden Pegelschiebertransistoren sind mit den Basisanschlüssen der vor spannungs steuernden Transistoren
verbunden, die den Transistoren des Differentialverstärkers im Hauptcodierungsweg die bereits erwähnten zusätzlichen
Ströme zuführen. Eingangssignalspitzenwerte an der dynamischen Steuerschaltung bewirken, daß die vorspannungssteuernden
Transistoren, die den zusätzlichen Strom liefern, rückwärts oder gegensinnig vorgespannt werden, und es fließt
unter dieser Voraussetzung nur ein geringfügiger zusätzlicher Strom durch diese Transistoren. Eine kleine Eingangssignalamplitude
bewirkt jedoch einen relativ großen zusätzlichen Strom durch die vorspannungssteuernden Transistoren und läßt nur
einen kleinen Strom durch das Gewichtungs- und Codierungsnetzwerk und den Differentialschalter im Hauptcodierungsweg zu. Dabei wird
der Strom in dem Verbindungspunkt zwischen den beidemEmitteranschlüssen des im Hauptcodierungsweg liegenden Differentialverstärkers
auf einem konstanten V/ert gehalten. Es erfolgt also ein dynamisches Vorspannen.
In der Stromumklapp schaltung kann eine Längskompensation vorgenommen
werden, um große Spannungsunterschiede oder -differenzen,
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die von Längs- auf Transversalzweigspannungen im Gewichtungsund Codierungsnötzwerk übertragen werden, auszugleichen.
Die Längskompensationsschaltung liegt zwischen dem Gewichtungsund Codierungsnetzwerk und der Quelle für positive Spannung,
um - wie schon gesagt - die großen Spannungsunterschiede auszugleichen, die über dem Codierungsnetzwerk wegen einer abrupten
Änderung des dieses Netzwerk durchfließenden Stromes auftreten würden. Eine Solche Änderung könnte beispielsweise dadurch
entstehen, daß plötzlich ein Eingangssignal großer Amplitude auftritt.
Die vorgeschlagene Stromumklapp- und Codierungsschaltung wird in der Zeichnung durch 6 gestrichelt umrandete Einzelbaugruppen
dargestellt, die als Grundnetzwerke zu verstehen sind. Diese 6 Einzelbaugruppen sind: Längskompensationsschaltung,
das Gewichtungs- und Codierungsnetzwerk, der Differentialschalter,
der Differentialverstärker, die Vorspannungsschaltung und die Schaltung zum Steuern der dynamischen Vorspannung.
In der Zeichnung ist dargestellt, daß eine eingangsseitige Quelle 1
ein umzuklappendes und zu codierendes Eingangssignal über einen
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Kondensator 2 sowohl an den Eingang des Netzwerkes zum Steuern der dynamischen Vorspannung als auch an den Eingang
des Differentialverstärkers anlegt. Das bezeichnete, von der Quelle 1 ausgehende Eingangssignal liegt ferner direkt an
der Treiberschaltung 3 an, die über ihre Ausgangsanschlüsse mit dem Differentialschalter verbunden ist. Das in das Netzwerk
zum Steuern der dynamischen Vorspannung eingekoppelte Eingangssignal liegt dort an der Basis des Transistors 4 an. Der Kollektor
des Transistors 4 ist über einen Widerstand 5 an eine Quelle mit positivem Potential angeschlossen. Der Emitter des Transistors
4 ist über einen Widerstand 7 mit einem Widerstand 8
und über den letzteren dann wiederum mit dem Emitter eines Transistors 9 des bezeichneten Netzwerkes zum Steuern der dynamischen
Vorspannung verbunden. Die Widerstände 7 und 8 können den gleichen Wert haben. Die Basis des Transistors 9 liegt an Erde und sein
Kollektor über einen Widerstand 10 an der Quelle mit positivem Potential. Die Basis eines weiteren Transistors 11 im Netzwerk
zum Steuern der dynamischen Vorspannung ist mit dem Kollektor des Transistors 4 verbunden. Der Kollektor des Transietors
liegt direkt an der Quelle mit positivem Vorspannungspotential.
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Ferner ist die Basis eines Transistors 12 mit dem Kollektor
des bereits erwähnten Transistors 9 verbunden. Der Transistor 12 ist ebenfalls direkt an die Quelle mit positivem Potential
angeschaltet, und zwar über seinen Kollektoranschluß. Die Emitter der als Doppelweggleichrichter arbeitenden Transistoren
11 und 12 sind zusammengeschaltet und über einen ihnen gemeinsamen
Widerstand 13 an eine Quelle mit negativem Potential angeschlossen. Die beiden weiteren Transistoren 15 und 16
des Netzwerkes zum Steuern der dynamischen Vorspannung sind basisseitig zusammengeschaltet und mit dem gemeinsamen
Emitteranschluß der Transistoren 11 und 12 verbunden. Dem Emitter des Transistors 15 ist ein Widerstand 17 und dem
Emitter des Transistors 16 ein Widerstand 18 vorgeschaltet. Diese beiden Widerstände sind dann ihrerseits zusammengeschaltet
und liegen über einen weiteren Widerstand 19 der Längskompensationsschaltung an der Quelle mit positivem Potential.
Die Basis und der Kollektor des in der Längskompensationsschaltung
abgebildeten Transistors 20 sind über den V/iderstand 19 zusammengeführt. Der Emitter des Transistors 20 ist mit dem
Gewichtungs- und Cadierungsnetzwerk verbunden.
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Das Gewichtungsnetzwerk 21 des Gewichtungs- und Codierungs-Netzwerkes,
über dessen Funktion noch gesprochen wird, ist, wie bereits gesagt, mit dem Emitter des Transistors 20 der
Dängskompensationsschaltung verbunden. Der Emitter des bezeichneten Transistors liegt ferner über einen Widerstand 22
am negativen Eingangsanschluß des Komparators 23. Das Ausgangssignal des Komparators 23 wird an die Treiberschaltung 3
angelegt, um das treibende oder betätigende Signal mit der
Polarität des verglichenen und zu codierenden Signal zu synchronisieren. Die Quellenimpedanz des Gewichtungsnetzwerkes
21 wird durch einen Widerstand 25 dargestellt, der mit dem positiven Eingangsanschluß des Komparators 23 verbunden ist.
Am Ausgang des Komparators liegt neben der erwähnten Treiberschaltung 3 eine logische Schaltung 26, die ausgangs seitig dem
Gewichtungsnetzwerk 21 verbunden ist, und von der das Ausgangssignal
der Umklajäp- und Codierungsschaltung abgeht.
Der Differentialschalter weist 8 Transistoren auf, die paarweise in Darlington-Schaltung angeordnet sind. Also sind außer den
Kollektoren etwa der beiden Transistoren 27 und 28 des Differentialverstärkers auch die Basis des Transistors 27 und der Emitter
des Transistors 28 zusammengeschaltet. Die Basis des
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Transistors 28 liegt ferner an der Treiberschaltung 3 und über eine Diode zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit des gerade
erwähnten Transistors am Emitter desselben. Die Diode ist so gepolt, daß sie nur in Richtung auf die Basis leitet.
Die Diode 29 bildet auch einen Weg für Transistorleckströme, um zu verhindern, daß Ungenauigkeiten codiert werden, die
auf diese Ströme zurückzuführen sind. Die Transistoren 30 und 31 bilden ebenfalls eine Darlington-Schaltung in der beschriebenen
Schaltungsweise. So sind die Kollektoren der beiden Transistoren miteinander verbunden und liegen über einen Widerstand
22 am Gewichtungs- und Netzwerk. Außerdem ist die Basis des Transistors 30 wiederum an den Emitter des Transistors
31 angeschaltet. Der Emitter des Transistors 30 ist mit dem Emitter des Transistors 27 verbunden. Ähnlich wie im Falle der
Diode 29 ist eine Diode zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit und zum Ableiten von Leckströmen zwischen dem Emitter des
Transistors 31 und der Basis desselben vorgesehen. Die Basis des Transistors 31 ist mit dem anderen Ausgangsanschluß der Treiberschaltung
3 verbunden.
Auch die beiden Transistoren 33 und 34 bilden eine Darlington-Schaltung.
Die Basis des Transistors 33 liegt an der Basis des Transistors 31 und dem bezeichneten zweiten Ausgang der
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Treiberschaltung 3. Die Transistoren 33 und 34 sind kollektorseitig zusammengeschaltet, wie das auch für den Emitter des
Transistors 33 und die Basis des Transistors 34 der Fall 1st. Die miteinander verbundenen Kollektoren der Transistoren
33 und 34 sind über einen Widerstand 25 mit dem Gewichtungsund Codierungsnetzwerk verbunden. Über dem Emitter und der
Basis des Transistors 33 ist eine Diode 36 zum Erhöhen der Schaltgeschwindigkeit und zum Ableiten von Leckströmen
angeordnet, dte so gepolt ist, daß sie nur in Richtung auf den
Basisanschluß des bezeichneten Transistors leitet. Sie erfüllt den gleichen Zweck wie die Diode 29. Der Emitter des Transistors
37 der vierten Darlington-Schaltung ist mit dem Emitter des Transistors 34 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren
3? und 38 sind zusammengeschaltet und über den Widerstand
dem Gewichtungs- und Codierungenetzwerk verbunden. Der
Emitter des Transistors 38 liegt gleichzeitig an der Basis des Transistors 37 und die Basis des Transistors 38 an einem Ausgangsanschluß der Treiberschaltung 3 mit dem, wie erinnerlich,
auch die Basis des Transistors 28 verbunden ist. Über dem Emitter und der Basis des Transistors 38 ist wiederum eine
Diode 39 vorgesehen, die die Schaltgeschwindigkeit des
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Transistors erhöht, Leckströme ableitet und nur in einer Richtung, nämlich vom Emitter zur Basis des bezeichneten
Transistors, leitet.
Der zum Differentialverstärker gehörende Transistor 40 ist kollektorseitig mit den zusammengeschalteten Emittern der
Transistoren 27 und 30 und dem Kollektor des Transistors 16 verbunden. Die Basis des Transistors 40 liegt an Erde.
Dem Emitter dieses Transistors ist ein Widerstand 41 vorgeschaltet.
Der Kollektor des zweiten Transistors 42 des Differentialverstärkers ist mit dem Kollektor des Transistors 15 und den
zusammengeschalteten Emittern der Transistoren 34 und 37 verbunden. Die Basis des Transistors 42 liegt über einen Vorspannungswiderstand
50 an Erde. Sie ist ferner über einen Koppelkondensator2 mit der Eingangssignalquelle 1 verbunden. Der
Emitter des Transistors 42 liegt über einen ihm vorgeschalteten Widerstand 43 zugleich am eben erwähnten Widerstand 41. Die
Widerstände 41 und 43 können die gleichen Wider stands werte
haben.
Die Vorspannungsschaltung umfaßt die beiden Transistoren 44 und 45. Sie hält einen konstanten Strom im Verbindungspunkt
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zwischen den beiden Widerständen 41 und 43 des Differentialverstärkers
und im Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 7 und 8 des Netzwerkes zum Steuern der dynamischen
Vorspannung aufrecht. Der Kollektor des Transistors 44 ist an den Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen
41 und 43 und der Kollektor des Transistors 45 an den Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 7 und 8 angeschaltet.
Die Basen der beiden Transistoren 44 und 45 liegen
46
über den Widerstand an Erde und über den Widerstand 47 an einer Quelle mit negativem Potential. Ebenfalls mit dieser Quelle verbunden sind der Emitter des Transistors 45 über den Wider stand 48 und der Emitter des Transistors 44 über den Widerstand 49.
über den Widerstand an Erde und über den Widerstand 47 an einer Quelle mit negativem Potential. Ebenfalls mit dieser Quelle verbunden sind der Emitter des Transistors 45 über den Wider stand 48 und der Emitter des Transistors 44 über den Widerstand 49.
Ehe die Funktion jedes dieser Bauelemente detailliert geschildert wird, soll zunächst kurz auf die Funktion jedes Netzwerkes der
gesamten in der Zeichnung dargestellten Stromumklappschaltung eingegangen werden. Die Treiberschaltung 3 betätigt den Differentialschalter
entsprechend der Polarität und der Frequenz des von der Signalquelle 1 gelieferten Eingangssignals. Der Differentialschalter
übt eine Umklappfunktion aus, d. h. er liefert an die beiden
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vorzeichenverschieden dargestellten Eingänge des Komparators 25 ungeachtet der Polarität des von der Signalquelle 1
abgegebenen alternierenden Signals Eingangssignale einer einzigen Polarität. Die Treiberschaltung würde mit dem Signal
der Signalquelle 1 so synchronisiert, daß das Signal zum Betätigen des Differentialechalters nach Phase, Polarität und Frequenz
gleich dem von der Signalquelle 1 abgegebenen Eingangssignal sein würde. Fachleute könnten leicht eine kompatible Schaltung
für diesen Zweck entwerfen, die z. B. aus Flip-Flops besteht, die mit der Polarität und Phase des zu codierenden Eingangssignales
auf null gesetzt werden.
Der Differentialverstärker verstärkt das Eingangssignal. Die Wirkungsweise dieser Schaltung, die in der Zeichnung
als eine unsymmetrische Schaltung dargestellt ist, ist bekannt. Die Schaltung zum Steuern der dynamischen Vorspannung steuert
den Kollektorstrom, der zu den beiden Differentialverstärkertransistoren
fließt, entsprechend der Amplitude des Eingangssignal* in einer noch genau zu beschreibenden Weise. Die Vorspannungsaelialtimg
führt den Verbindungepunkten zwischen den Widerständen
1 und 8 und den Widerständen 41 und 43 konstante Ströme zu.
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Die Längskompensationsschaltung gleicht große Spannungsunterschiede aus, die von Längs- auf Querzweigspannungen
übertragen werden können und dann einen Fehler am Eingang des Komparator« 23 bewirken.
Das Codieren des an die Umklapp- und Codierungsschaltung angelegten analogen Eingangssignals geschieht durch Vergleichen
der zum analogen Eingangssignal proportionalen Spannungen oder Ströme mit einer von vielen Bezugsspannungen und- strömen,
die vom Gewichtungsnetzwerk erzeugt werden. Die Vergleichs ergebnisse
werden dann der logischen Schaltung 26 zugeführt und dort zu einem Wort im PCM-Code zusammengestellt. Das
bezeichnete Gewichtungs- und Codierungsnetzwerk ist bereits bekannt.
Näheres darüber entnehme man beispielsweise der Textstelle Seiten 583 - 585 in "Transmission Systeme for Communications", 4. Auflage,
verfaßt von Mitgliedern des technischen Stabes der Bell Telephon-Laboratorien. Spezieller gesagt« wird der Strom durch die
Widerstände 22 und 25 in Übereinstimmung mit der Amplitude des Eingangseignais verändert, worauf später noch detailliert
eingegangen wird. Die Änderungen der über diesen Widerständen
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abfallenden Spannungen werden vom Komparator 25 mit den Bezugsausgangsspannungen des Gewichtungsnetzwerkes
verglichen und an die logische Schaltung zum Codieren als PCM-Wort weitergegeben. Das Gewichtungsnetzwerk 21
kann irgendein kompatibler Digital-Analog-Konverter wie z.B. das aus Widerständen aufgebaute Leiter- und
Vermittlungsnetzwerk sein, das in der Fig. 25-13, Textstelle
S. 584 des zuvor erwähnten Beitrages "Transmission Systems for Communication" dargestellt ist. Dieses Netzwerk erzeugt unter
der Steuerung der logischen Schaltung 26 eine Reihe von Spannungen oder Strömen vorherbestimmter Abstufung, bis die über dem
Widerstand 22 größer als die Summe der Spannungen wird, die über dem Gewichtungsnetzwerk 21 und dem Widerstand 25 abfallen.
Die logische Schaltung setzt dann das Gewichtungsnetzwerk zurück und erzeugt ein PCM-Wort als Ausgangssignal, woraufhin das
Verfahren für die nächste Eingangsabtastprobe wiederholt wird.
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Ehe die Schaltung detaillierter diskutiert wird, ist es zunächst sinnvoll, kurz darauf einsagekeBä warum der Differentiates:-
stärker der Umklapp- und Codierungssohaltung dynamisch vorgespannt
werden muß. Eine Schaltung ohne dynamische Vorspannung würde natürlich nicht die Transistoren 4, 9, 11« 12,
15 und 16 und die diesen Transistoren im Netzwerk zum Steuern der dynamischen Vorspannung zugeordnete Beschallung aufweisen.
Auch würden der Transistor 45 und der Widerstand 48 der Vorspammngsschaltung nicht erforderlich sein. Wenn man
die Längskompensationssohaltung einen Moment außer acht läßt
and annimmt, daß der Verbindungepunkt zwischen dem Gewichtungsnetzwerk
21 und dem Widerstand 22 direkt an der Quelle mit positivem Vorspansungspotentlal liegt, dann würde die sich
ergebende Umklappschaltung des Gewichtungs- und Codierungsßetzwerk,
den Differentialschalter, den Differentialversfrärker
und die Vorspannungsschaltung umfaßes. Wenn nun kein Eingangssignal an dieser Schaltung ohne dynamische Vorspannung anläge,
würden symmetrische und gleiche Ströme von der Quelle mit positivem Potential (in der Zeichnung oben) über die beiden
Stromzweige oder -pfade mit des Widerständen 22 und 25, die zusammen den Hauptvodiertmgspfad bilden, zur Quelle mit
negativem Potential (in der Zeichnung unten) fließen» Der linke Zweig dieses Hauptoodlerungspfades würde das Gewioh-
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tungsnetzwerk 21, dec Wideretand 25, die Transistoren 27
und 28, den Transistor 40, den Wideretand 41, den Kollektor-Emitteswsg des Transistors 44 und den Widerstand 49 der
Vorepumisngssohaitung bis hin zur Quelle mit negativem
Vorepannungspotential oder negativer Vorspannung einschließen. Der rechte Zweig dieses Hauptcodierungepfades umfaßt
den Wideretand 22, die Transistoren 37 und 38, den Translator 42, den Widerstand 43, den Kollektor-Emitterweg des
Transistors 44 usd den Widerstand 48 der Vorspannung*«
cd&aitung bis ebenfalls hin seur Quelle mit negativer Vorspannung. Wie bereits im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen
Schaltung erörtert wurde, würde das Codieren in dieser modifitiertoa Schaltung ebenfalls durch Vergleichen der Spannungen
tsnd/oder Ströme des Gewichtungs&etEwerkes 21 und der Widerstünde 22 und 25 erfolgen. Auch wird wie in der vorgeschlagenen Schaltung der Strom im Verbindungspunkt zwischen den
Widerständen 41 und 43 des Differentialverstärkers von dem
Transistor 44 der Vorspennungssohaltung auf einem konstanten
Wert gehalten.
Ia dieser Schaltung ohne dyaamiaohe Vorspannung ist deshalb
die Summe der Ströme in jedem Stromswel des Codtorungspfades immer gleich dem konstanten Strom, der von dem Tran-
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stator 44 der Vorspannungesohaltung aufrechterhalten wird. Weil der Spannungefehler bei dem Umklapp- und Codierungeverfahren auf eine Spannung eingeschränkt iat, die betrag·-
mäßig kleiner als der Spannungepegel de· niedrigsten Quantieterungepegele ist, muß die Änderung AR der Widerstände
22 und 25 im Gewiohtung·- und Codierungenetzwerk begrenzt werden auf
α n c kleinstzuläßlger Spannungsfehler
^ c konstanter Vorspannungsetrom
Dabei wird der erforderlich, relativ große Wert des konstanten Vorspannungsstromes durch den Vorspannungsstrom bestimmt, der für Signalamplitudenspitzenwerte nötig Ut, wenn
im wesentlichen der gesamte Strom durch den einen oder anderen Stromzweig des Hauptoodierungspfades fließt, was,
wie nachstehend noch diskutiert wird, von der Polarität des Eingangssignale abhängt. Für die 256 Quantisierungspegel
und ein Eingangssignal mit einem Amplitudenspitzenwert von
S V würde das z.B. bedeuten, daß die Widerstände 22 und 25
Toleranzen von o, ol2 % oder besser haben miißen, um die Fehler spannung LAR auf annehmbare Werte bra begrenzen.
Ganz ähnlich mttßen die Widerstände 41 und 43 des Differenttlalverstärkers so gewählt werden, daß die Veränderungen
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R nur geringfügig sind. Des weiteren mttßen die Transistoren 27, 28, 30, Sl, S3, 34, 37 und 38 des Differentlalverstärkers so gewählt werden, daß ihr Basisstrom im wesentlichen
den Wert null hat, damit eine Ungleichheit dieser Ströme nicht auch die Ströme in jedem Zweig des Codierungspfades ungleich
macht dadurch ein Fehler entsteht. Doch sind Widerstände mit Toleranzen von 0,012 % und Transistoren mit Basis-Emttterleok-
oder Veriuststrümen vom Betrage null beim gegenwärtigen
Stand der Technik nicht verfügbar. Die Art und Weise, in der das erfindungsgemäße Vorspannungsverfahren angewendet wird,
macht es unnötig, diese nicht erhältlichen Bauelemente zu gebrauchen und läßt es tatsächlich zu, daß eine Umklapp- und
Codierungesohaltung unter Verwendung von Dünnschichtverfahren hergestellt wird.
Die Funktion der vorgeschlagenen dynamischen Vorspannungsschaltung kann am besten dadurch erläutert werden, daß man
zunächst annimmt, die Signalquelle 1 liefere kein Eingangssignal, also ein Signal vom Betrage null. Für diese Eingangssignalbedingung ist der Strom L durch den Kollektor-Emitterweg des Transistors 4 ungefähr gleich dem Strom I. durch
den Kollektor-Emitterweg des Transistors 9. Wie aus der
Zeichnung zu entnehmen ist, sind die Transistoren 4 und 9
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wie ein Differenzverstärker mit einem unsymmetrischen
Eingangssignal geschaltet. Die Arbeltsweise einer solchen Schaltung ist bekannt. Der Strom I im Knotenpunkt zwisohen
den Widerständen 7 und 8 1st immer gleich der Summe der Ströme I1 und I0 und wird von dem Tranaistor 45 der Vorspannungeschaltung konstant gehalten, der einen Konstantstrom aufnimmt. Die Widerstände 5 und 10 sind so gewählt,
daß sie im wesentlichen gleich sind. Folglich ist das Basispotential der beiden Transistoren 11 und 12 ungefähr gleich.
Das Baeispotential der beiden Transistoren 15 und 16, deren
Basen zusammengesohaltet und mit den ebenfalls zusammengeführten Emittern der Transistoren 15 und 16 verbunden
sind, ist genügend klein, um einen Strom durch diese Transistoren zu ermöglichen. In Abwesenheit eines Eingangssignales sind die Ströme I. bzw. I_ kaum kleiner als die Ströme
4 5
I6 bzw. I7.
Die Transistoren 40 und 42 des Differentialverstärkers bilden
ferner eine unsymmetrische Differentialverstärkerschaltung. In Abwesenheit eines Eingangssignals von der Quelle 1 sind
die Ströme I. und I. deshalb wie im Falle der Ströme L
6 7 1
und I0 der Transistoren 4 und 9 der Schaltung zum Steuern
der dynamischen Vorspannung gleich. Der Transistor 44 der
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der Summenstrom der Zweigströme I. und I_ ist. Der
Wert des Stromes I. würde, wie das bereite zuvor In Verbindung mit der Umklapp- und Codierungesohaltung ohne dynamische Vorspannung erörtert wurde, entsprechend dem
Strom gewählt werden, der für ein Eingangesignal der Quelle mit Amplitudenspitzwert zu fordern ist. Ist also das Eingangssignal ein Signal vom Betrag null, dann 1st der Strom I im
linken Zweig des Hauptcodierungspfades mit dem Gewiohtungenetzwerk 21 und dem Widerstand 25 gleich der Differenz der
mit
Hauptcodlerungepfadee\dem Widerstand 22 gleich der Differenz der Ströme I- und I_.
Ί
O
Wenn ein Eingangssignal mit Aplitudenepitzenwert und positiver
Polarität anliegt, dann wird der Traneistor 4 dee Netzwerkes zum Steuern der dynamischen Vorspannung derart vorgespannt,
daß er vollständig leitet, wodurch der Strom I. beträchtlich anwächst. Well die Summe der Ströme im Knotenpunkt zwieohen
den Widerständen 7 und 8 gleich dem Strom I0 sein muß,
nimmt der Kollektor-Emitterstrom I dee Transistors 9 in
it
einem direkten Verhältnis zum Anwachsen dee Stromes I1 ab.
Der angewachsene Strom I1 bewirkt, daß dae Baeispotential
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des Transistors 11 abfällt. Das Absinken des Stromes I„
it
bewirkt, daß das Basispotential des Transistors 12 anwächst. An den Transistor 12 wird also eine BasIs-Emlttervorspannung
angelegt, die diesen In den leitenden Zustand versetzt. Das
Emitterpotential des Transistors 11 steigt nun steil an und zwar bis zum Basispotential des Transistors 12 minus dem
kleinen Spannungsabfall Über der Basis-Emitterstrecke des
Transistors 12. Der Transistor 11 ist also Jetzt gesperrt und der Transistor 12 leitet. Der Strom fließt von der Quelle
mit positivem Potential (in der Zeichnung oben) Über den Kollektor-Emitterweg des Transistors 12 und den Widerstand
13 zur Quelle mit negativem Potential. Die zusammengeschalteten Basen der Transistoren 15 und 16 sind mit den ebenfalls
zusammengeschalteten Emittern der Transistoren 11 und 12 verbunden und das positivere Potential am Emitter des Transistors 12 bewirkt, daß die Ströme I bzw. I durch die Kollektor-Emitterwege der Transistoren 16 bzw. 15 abfallen.
Fttr beispielsweise ein Eingangssignal mit Amplitudenspitzenwert würden die Ströme I. und I„ auf einen geringen Wert ab-
4 O
fallen.
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die Basis des Transistor 42 angekoppelt und zwar über den
Kondensator 2. Steigt das Basispotential des bezeichneten Transistors in positiver Richtung, dann wächst auch der
Kollektor-Emitterstrom I- des Transistors und der Kollektor-Emitterstrom
I. des Transistors 40 nimmt ab, wobei der 6
Strom I0 Im Knotenpunkt zwischen den Widerständen 41 und
43 vom Transistor 44 der Vorspannungsschaltung konstant
gehalten wird. Wie zuvor erläutert wurde, bewirkt ein positives
Eingangssignal mit einem Amplltudenspitzenwert, daß
die Ströme I. und I_ von der Schaltung zum Steuern der dyna-4 5
mischen Vorspannung auf einen Im wesentlichen geringfügigen
Stromwert abfallen. Außerdem bewirkt die Anwesenheit einer positiven Eingangssignalspitze, daß der Strom I_ ungefähr
gleich dem Vorspannungsstrom I 1st, der betragsmäßig so
gewählt ist, daß er den fUr Eingangssignalspitzen geforderten
Vorspannungsstrom annähert. Der Strom I ist also ungefähr
gleich dem Strom I_ und fließt von der Quelle mit positivem
Potential über den Kollektor-Emitterweg des Transistors 20, den Widerstand 22 des Codlerungs- und Gewichtungsnetzwerkes,
die Transistoren 37 und 38 des Differentialschalters, den Kollektor-Emitterweg des Transistors 42 und dem Widerstand
43 des Differentialverstärkers und den Kollektor-Emitterweg des Transistors 44 und den Widerstand 49 der Vorspannungs-
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schaltung zur Quelle mit negativem Potential. (Die Transistoren
37 und 38 des Differentialschalters würden von der Treiberschaltung 3 fs den leitenden Zustand überführt, die, wie bereits
zuvor erwähnt wurde, mit dem Signal der Eingangssignalquelle synchronisiert ist und auf null gesetzt wird. Die Treiberschaltung
3 würde ferner versuchen, die Transistoren 27 und 28 für den behandelten Fall, daß ein positives Eingangssignal vorliegt,
leit/ent zu machen. Wie aber bereits erwähnt wurde, ist der
Strom I1 der diese Transistoren durchfließt, für positive Signalspitzen
klein gegenüber dem Strom I .)
Ein negativer Eingangsslgnalspitzenwert, der von der Quelle 1
an die Basis des Transistors 4 der Schaltung zur Steuerung der dynamischen Vorspannung und den Transistor 42 des Differentialverstärkers angelegt wird, reduziert den Kbllektor-Emltterstrom
Jedes dieser beiden Transistoren. Der Kollektor-Emftterstrom
I des Transistors 4 sinkt also. Hingegen steigt der Kollektor-Emitterstrom I des Transistors 9 in dem. Maße,
die der Strom I absinkt. Weil die Summe der Ströme I und
I gleich dem Strom I ist, der vom Transistor 45 konstant gehalten
wird, bewirkt eine Abnahme des Stromes I , daß das Basispotential des Transistors 11 ansteigt und ihn so vorspannt,
daß er leitend wird. Sobald der Transistor 11 leitet, Hegt am
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Emitter des Transistors 12 das Basispotential des Transistors 11 abzüglich einer kleinen Potentialdifferenz zwischen den
Basis-Emitteranschlttssen des Transistors 11 an. Der Transistor 12 wird dadurch so vorgespannt, daß er sperrt. Das
positive Emitterpotential des Transistors 11 liegt aber auch an den Basen der Transistoren 15 und 16 an, die deshalb
weniger leiten und nur noch geringfügige Kollektor-Emitterströme I. und I. führen.
4 D
Der an die Basis des Transistors 42 angelegte negative Eingangssignalspitzenwert bewirkt, daß der Kollektor-Emitterstrom
I_ dieses Transistors abfällt, weil der Strom I_ für den be-
7 O
zeichneten negativen Eingangssignalspitzenwert nur klein ist.
Das gleiche gilt auch für den vom Hauptcodierungs- und Gewichtungsnetzwerk über den Hauptcodierungeweg zufließenden
Strom I10. Deshalb fließt für den FaIl1 daß ein Eingangssignal
mit negativem Amplitudenspltzenwert anliegt, in der Umklapp-
und Codierungesohaltung ein Strom von der Quelle mit positivem Potential (in der Zeichnung oben) Über den Kollektor-Emitterweg des Transistors 20 der Längskompensatlonssohaltung,das Gewichtungsnetzwerk 21 und den Widerstand des
Gewichtungs- und Codierungsnetzwerkes, die Transistoren 27 und 28 des Differentialschalters, den Kottektor-Emitter-
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weg des Transistors 40 und Widerstand 41 des Differential-Verstärkers und den Kollektor-Emitterweg des Transistors
44 und den Widerstand 49 der Vorspannungssohaltung zur Quelle mit negativem Potential. (Die Transistoren 33 und 34 des
Differentialsobalters würden von der Treiberschaltung 3 entsprechend der Polarität des Eingangesignale in den leltenten
Zustand überführt. Die Treiberschaltung würde ferner versuchen, die Transistoren 30 und 31 für den behandelten Fall,
daß ein negatives Eingangssignal vorliegt, leitent zu machen.
Wie aber bereits zuvor erwähnt wurde, ist der Strom L ., der diese Transistoren durchfließt, klein. Der Differentialschalter sorgt also dafür, daß der Strom durch die Widerstände 22 und 25 und das Gewichtungenetzwerk 21 des Gewichfcmgs-
und Codierungsnetzwerkes ungeachtet der Polarität des EIsgangseignales in einer Richtung fließt, d.h., die Potentialpolarität an den Eingangeansohlüfien des Comparators 23 ist
immer dieselbe.)
Deshalb läßt sich für positive ader negative Eingangssignalspitzenwerte aussagen, daß die Ströme durch die Zweige des
Hauptoodierungspfades im wesentlichen dieselben wie im Falle ▼on Umklapp- und Stromschaltungen sind, die nicht dynamisch
vorgespannt werden. Weil die Eingangssignalamplituden groß
sind, sind die duroh Widerstandstoleranzm bewirkten und dem
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Strom proportionalen Fehler sowie die Translstor-Baslsströme
Jedoch anteilsmäßig Mein und belasten das Codierungsoder Quanttelerungsverfahren nur mit einem sehr kleinen
Fehler. Vorteil durch dynamisches Vorspannen ergeben sich deshalb erst fllr Eingangssignale mit Amplituden, die kleiner
als die Amplitudenspitzenwerte sind und besonders für Signale
mit verhältnismäßig kleinen Amplituden. Um das zu zeigen, werde angenommen, daß die Signalquelle 1 Eingangssignale
relativ kleiner Amplitude liefert.
Wenn ein positives Eingangssignal kleiner Amplitude anliegt, steigt der Kollektor-Emitterstrom I des Transistors 4 und
fällt der Kollektor-Emitterstrom I_ des Transistors 9 dazu proportional. Das Anwachsen des Stromes I bewirkt, daß
das Basispotential des Transistors 11 abfällt und die Abnahme des Stromes I bewirkt, daß das BasispotentIaI des Transistors
12 anwächst. Das größere Basispotential des Transistors 12
abzüglich der Potentialdifferenz an den Basis-EmltteranschlU-ßen
dieses Transistors wird an den Emitter des Transistors angelegt, um dessen Leitzustand zu begrenzen bzw. ihn zu
sperren. Obwohl die Gleichspannungepegel des Signals am Emitter des Transistors 12 gegenüber dem Gleichspannungspegel des Eingangseignale fest sind, ist das am Emitter des
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Transistors 12 auftretende pulsierende Signal nichtsdesto weniger
der Amplitude des Eingangesignale proportionaLAlso sind die
4 5
tional zum Emitterpotential der Transistoren 11 und 12, das dann wiederum zur Eingangssignalamplitude proportional ist.
Das als Beispiel angeführte positive Eingangssignal kleiner
Amplitude von der Quelle 1 liegt auch an der Basis des Transistors 42 des Differentialverstärkers an, erhöht den Kollektor-Emitterstrom I- dieses Transistors und vermindert proportional dazu den Kollektor-Emitterstrom I. des Transistors 42
des Dlfferentlalverstärkers. Der Kollektor-Emitterstrom I_
des Transistors 42 ist die Summe der Zweigströme I_ und I,.,
während der Kollektor-Emitterstrom I0 des Transistors 40 die
4 8 8
dem Transistor 44 der Vorspannungsschaltung konstant gefüllten
wird, ist die Summe der Ströme I_ und In gleich dem bezeich-
o ι
neten Strom I0. Es bringt nun verschiedene Vorteile mit sich,
den in das Gewichtungs- und Codierungsnetzwerk fließenden Strömen I und I bei Signalen kleiner Amplitude die Ströme
8 10
I. und I_ zuzuführen. Zunächst sind die Ströme durch die Wider-4 &
stände 22 und 25 Jedes Stromzweiges Gewichtungs- und Codierungsweges nicht darauf eingeschränkt, gleich dem konstan-
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ten Vorspannungstrom I zu sein, der für Signalspitzenwerte
gewählt werden muß. Stattdessen sind die Ströme I_ und I10
nur zum Augenblickswert des Eingangssignales und zu den Besugssignalen des Gewlohtungsnetzwerkes proportional.
Deshalb steht der aufdie Widerstände 22 und 25 zurückzuführende Fehler I R im selben relativen Verhältnis zu einer
kleinen Eingangssignalamplitude wie zu einer großen. Well das Verhältnis der Fehler relativ zu den Eingangssignalamplituden
immer dasselbe bleibt, können die Fehler für sämtliche Eingangssignalamplituden toleriert werden, und zwar im Gegensatz zu einer Umklapp- und Codierungsschaltung mit einem
dynamisch vorgespannten Differentialverstärker, bei der Fehler nur toleriert werden können, wenn die Amplitude des
anliegenden Eingangssignales groß ist. Die Widerstände 22 und 25 der Umklapp- und Codierungssohaltung brauchen deshalb
nur Toleranzen wie handelsübliche Bauelemente auf zuweisen und können tatsächlich unter Verwendung von Dünnschichtverfahren hergestellt werden. Ein zweiter Vorzug der vorgeschlagenen Anordnung mit dynamischer Vorspannung besteht darin, daß,
weil die Ströme in den Zweigen des Hauptoodierungapfades I.
und L , proportional zum Eingangssignal sind, die Basisströme
der Differentialsohaltertransistoren proportional sur Abnahme
der Zweigströme des Hauptcodierungspfades kleiner werden,
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wodurch gleichfalls dazu beigetragen wird, daß dieser Fehler auf akzeptable Werte sinkt. Ein dritter, und vielleicht der
wichtigste, Vorzug der vorgeschlagenen, dynamisch vorgespannten Anordnung ist darin zu sehen, daß es möglich 1st,
durch Zuführen der bereits angesprochenen Ströme zu den Kollektoren der Diff erentialverstärkertraneistoren die Verstärkung derselben relativ konstant zu halten.
Ein negatives Eingangssignal mit einer Amplitude, die kleiner als der Spitzenwert des Eingangssignales ist, wird In derselben
Weise wie ein positives Eingangssignal mit einer Amplitude, die kleiber als der Spitzenwert ist, umgeklappt und codiert.
Für ein negatives Eingangssignal nimmt der Strom I1 der
Schaltung zum Steuern der dynamischen ab und der Strom I steigt proportional dazu an. Der Transistor 11 wird dabei so
vorgespannt, daß er leitet und den Transistor 12 sperrt. Die
4 5
16 sind dann proportional zur Eingangssign&lamplitude. Der
Kollektor-Emitterstrom I. des Transistors 42 des Differentialverstärkers wird kleiner und der Kollektor-Emitterstrom I0
des Transistors 40 steigt an. Der Strom I0 ist der Summen-
strom der beiden Zweigströme I4 und In. Die Ströme I., I_,
4 y 4 5
Ig, I_, In und L sind alle proportional zur Eingangsslgnal-409839/0687
amplitude. Jeder der bereits in Bezug auf positive Eingangssinale
beschriebenen Vorteile läßt sich also auch erzielen, wenn ein negatives Eingangssignal anliegt.
Die Längskompensatlonssohaltung gleicht große Spannungsunterschiede aus, die von Längs- auf Transversalzweigspabnungen
übertragen werden können und so einen Fehler am Eingang des Comparators 23 bewirken. Wenn man z.B. annimmt,
daß die Quelle 1 ein großes positives oder negatives Eingangssignal abgibt, dann wächst, wie bereite zuvor diskutiert
wurde, entweder der Strom I oder I durch das Codlerungs-
und Gewtohtungsnetzwerk schnell und stark an. Dieser stark anwachsende und der Quelle mit positivem Vorspannungspotenr
tial abverlangte Strom durchfließt den Kollektor-Emitterweg
des Transistors 20 der Längskompensatlonsschaltung. (Wie
bereits zuvor erläutert wurde, sinken die Ströme I. und I_
4 5
durch die Widerstände 15 und 16 des Netzwerkes zum Steuern
der dynamischen Vorspannung In Falle eines Eingangesignals
mit Spitzenwert auf einen geringfügigen Wert ab. Folglich nimmt auch der Strom durch den Widerstand 19 der Längskompensationsschaltung
soweit ab, daß er verhachläßlghar ist,
und macht das Basispotential des Transistors 20 positiver.) Das positivere Baeispotential des Transistors 20 erzwingt eine
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3«
Erhöhung des Emitterpotent lala des bezeichneten Transistors
und will die Längsspannung aufheben, die durch das Anwachsen der über den Widerständen 22 und 25 abfallenden Spannung zustande
kam und zwar verursacht durch eine Zunahme der Ströme I oder I . Fdgllch steigt die Spannung in dem ge-
0 J-V
meinsamen Knotenpunkt zwischen dem Emitter des Transistors 20, dem Gewichtungsnetzwerk 21 und dem Widerstand 22 betragemäßig so weit an, daß sie jetzt dichter am Potentlalpegol
der Quelle mit positivem Vorspannungspotential liegt als das noch vor Anlegen des erhöhten Eingangseignales der Fall war.
Die abrupte Änderung des Spannungsabfalles entweder über den Widerstand 22 oder den Widerstand 25, die auf den durch den
angewachsenen Strom ausgelösten Stromstoß zurückzuführen ist, welch letzterer wieder dadurch bewirkt wird, daß ein
Eingangssignal mit großer Signalampütude anliegt, wird also
durch den Potentialanstieg in dem zuvor erwähnten Knotenpunkt ausgeglichen. Die mittlere Spannung in diesem Knotenpunkt bleibt also relatüi konstant und der im Comparator 23
vorgenommene Vergleich der Spannungen bzw. Ströme über bzw. durch das Gewichtungsnetzwerk 21, dem Widerstand 22
und den Widerstand 25 ist allein in Bezug darauf erforderlich, wie sich der Strom in dem einen oder dem anderen der beiden
Stromzweige des Hauptcodierungepfades ändert. Wird also
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nun die Längs- in eine Transversalspannung umgewandelt,
wird der damit; verbundene Fehler dadurch im wesentlichen vermieden.
Obwohl die Sohaltung zum Steuern der dynamischen Vorspannung mit einem unsymmetrischen Differentialverstärker
arbeitet, könnte auch ein symmetrischer Dlfferentialverstärker verwendet werden, in dem einfach die Basis dee Traneistors
an die zweite Signalquelle angekoppelt wird, deren Signal als Eingangssignal an der Basis des Transistors 40 des Differentialverstärkers anliegt. Obwohl ferner der Differentialverstärker
und die Schaltung zum Steuern der dynamischen Vorspannung für vorliegende Zwecke im Rahmen einer Umklapp-
und Codierungsschaltung dargestellt sind, könnten sie ebenso gut überall dort verwendet werden, wo dynamisch vorgespannt
werden soll. Z.B. könnte die Schaltung in einer Rück- oder Aufklappschaltung ("unfolder") verwendet werden, wobei das
Gewiohtungsnetzwerk mit der Eingangssignalquelle 1 vertauscht und der Comparator 23 durch einen differentlellen C^erationsverstärker
ersetzt wird. In diesem Falle würde der Koppelkondensator 2 fortfallen.
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Claims (2)
- 2411063BLUMBACH - WESER ■ BERGEN & KRAMERPATENTANWÄLTE IN WIESBmDEN UND MÜNCHENDIPL-ING. p. G. BLUMBACH · DIPL-PHYS. DR. W. WESER · DIPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN DIPL-ING. R. KRAMERWIESBADEN . SONNENBERGER STRASSE 43 · TEL. (04121) 562943, 561998 MÖNCHENPATENTANSPRÜCHEDynamisch vorgespannte Differentialverstärkeranordnung mit einem Differentialverstärker, der ein Traneistorpaar aufweist, ferner einen Eingangssignalanschluß, der mit einem der beiden Transistoren des Differentialverstärkers verbunden ist und eine Schaltung zum Vorspannen der beiden Transistoren des Differentialverstärkers, gekennzeichnet durcheine Schaltung (5,4,7, - 13, 15,- 18) zum dynamischen Steuern der Vorspannung, deren Eingang mit dem Eingangssignalanschluß der Differentialverstärkeranordnung und deren Ausgang mit der Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors (40, 42) des Differentialverstärkers verbunden ist, um dem Differentialverstärker unter Ansprechen auf Amplitudenänderungen des Eingangssignals einen zusätzlichen, veränderlichen Buhestrom (I., IJ zuzuführen.4 5409839/0687
- 2. Differentialverstärkeranordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (4, 5, 7-IS, 15-18) die die Vorspannung dynamisch steuert, den zusätzlichen Strom im umgekehrten Verhältnis zur Eingangssignalamplitude an den Kollektor-Emitterweg jedes der beiden Transistoren (40, 42) des Differentialverstärkers abgibt.409339/068 7Leerseite
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