DE2535695A1

DE2535695A1 - Verstaerker mit variabler verstaerkung

Info

Publication number: DE2535695A1
Application number: DE19752535695
Authority: DE
Inventors: Rouben Toumani
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1974-08-14
Filing date: 1975-08-09
Publication date: 1976-03-04
Also published as: CA1025364A; NL164715B; NL7509655A; GB1513828A; IT1041568B; FR2282189B1; FR2282189A1; US3919654A; JPS5831044B2; SE7508830L; BE832350A; NL164715C; DE2535695C3; DE2535695B2; AU8387975A; SE415135B; JPS5144858A

Description

253569b

BLUMBACH · WESTiR . BERGEN · KRAMER ZWlRi-MT; · HIRSCH

• PATENTANWALT!¹ Ui .ViUNCHEM UND WIESBADEN

Postadresse München: Palentconsull ? Mürichun 6U kadc-ü:estral3e43 Telofon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Palentconsull f.2 Wiesbaden Sonneiibarger StraOe 43 Telefon (06121)5629-13/561990 Telex 04-186237

Western Electric Company, Incorporated

Broadway

New York, N.Y. 10007, U.S.A. Touraani, R. 1

Verstärker mit variabler Verstärkung

Die Erfindung betrifft variable Verstärker und läßt sich beispielsweise in einem Kompander anwenden.

Ein Kompander besteht aus zvei Schaltungen, nämlich einem Kompressor und einem Expander. Ein Kompressor komprimiert sendeseitig den Dynamikbereich von l/echselstrorasignalen, bevor diese moduliert und mit Hilfe eines Trägers über einen Übertragungsweg gegeben v/erden. Ein Expander dehnt den Dynamikbereich der Wechiielstroatvignale auf der Empfangs« seite, nachdem diese demoduliert worden sind.

Die Verstärkung eines Kompressors hängt von dem Pegel des Eingangssignals ab. Sie ist gröiier für Signale mit niedrigem Pegel und kleiner für Signale mit hohem Pegel, Dadurch wird der Pegel der scbv'ichsten Signale εο weit angölioben, dai3 sie wesentlich weniger empfindlich für Rauschstörungen sind, die bei der nachfolgenden Über-

6098 1 0/0832

253569b

tragung iiber die Strecke auftreten können»

Bekannte Korapander-Schaltungen sind durch eine variable Impedanz im Signalweg gekennzeichnet, die auch als variables Dämpfungsglied bezeichnet wird, gefolgt von einer Verstärkerstlife· Der Ausgangspegel des Verstärkers wird angezeigt und gefiltert, um ein Signal proportional zu dem Pegel des Atisgaugssignals zu gewinnen. Das sich ergebende Signal wird zur Änderung der Impedanz des Dämpfungsgliedes zwecks Erzielung einer Kompression benutzt. Entsprechend wird zur Expansion die Amplitude des Eingangss?ignals benutzt, um die Impedanz des Dämpfungsgliedes &tt ändern. Solche Koiapander-Schaltungen sind in einem Aufsatz von W₄R. Lundry und L.F. Willey "The N2 Carrier Terminal - Circuit Design" in der Zeitschrift "Bell System Technical Journal", Band XLIV, Nr. 4, April 1965, Seite 7β5 beschrieben.

Der Erfindtmg liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten for stärker mit variabler Verstärkung 2u schaffen, der die Kac&teile bekannter Verstärker dieser Art, beispielsweise solcher unter Verwendung von variablen Dämp·* füngcglie.jäera nicht aufweist.

609010/0832

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verstärker mit variabler Verstärkung, der einen ersten Verstärker mit einem Eingang und einem Ausgang besitzt und ist gekennzeichnet durch einen zweiten Verstärker zum Anlegen eines verstärkten Eingangssignals an den Eingang des ersten Verstärkers, einen dritten Verstärker, der in einem Rückkopplungsweg zwischen dem Eingang und dem Ausgang des ersten Verstärkers liegt, und durch eine Einrichtung zur Steuerung der Verstärkung des zweiten und dritten Verstärkers.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Verstärkung des Verstärkers mit variabler Verstärkung umgekehrt proportional der Amplitude des Ausgangssignals des ersten Verstärkers ist, daß die Steuereinrichtung eine erste Stromquelle zur Steuerung der Verstärkung des dritten Verstärkers enthält, deren Ausgangsstrow von der Amplitude des Ausgangssignals abhängt, und eine Konstantstroraquelle zur Steuerung der» Verstärkung des zweiten Verstärkers. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Steuereinrichtung eine Gleichrichterschaltung aufweist, der das Ausgangssignals des ersten Verstärkers zugeführt ist, und ein Tiefpassfilter, das an den Ausgang der Gleichrichterschaltung angeschlossen ist und ein Signal an die erste Stromquelle liefert, uia deren Ausgangsstrom zu ändern.

^!- Π 9 8 10/0832

2b3b69S

Alternativ sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Verstärkung des Verstärkers mit variabler Verstärkung proportional der Amplitude des zugeführten Eingangssignals ist, daß die Steuereinrichtung eine Konstantstromquelle EUr Steuerung der Verstärkung des dritten Verstärkers und eine zweite Stromquelle zur Steuerung der Verstärkung des zweiten Verstärkers aufweist, und daß der Ausgangsstrom der zweiten Stromquelle von der Amplitude des Eingangssignals abhängt. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Steuereinrichtung eine Gleichrichterschaltung aufweist, der das Eingangssignal zugeführt ist, und ein Tiefpassfilter, das an den Ausgang der Gleichrichterschaltung angeschlossen ist und ein Signal an die zweite Stromquelle liefert, um deren Ausgangsstrom zu ändern.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steuereinrichtung eine erste Stromquelle zur Steuerung der Verstärkung des zweiten Verstärkers, eine zweite Stromquelle zur Steuerung der Verstärkers des dritten Verstärkers und⁵ eine Einrichtung aufweist, die auswählt, ob entweder die erste oder die zweite Stromquelle einen sich in Abhängigkeit vom Eingang-bzw. Ausgangssignal ändernden Ausgangsstrom liefert und die jeweils andere Stromquelle einen konstanten Ausgangsstrom liefert. Dabei ist es zweckmäßig, daß die Auswahleinrichtung eine Einrichtung enthält, die ein Signal liefert, das das Eingangs-

B098 10/0632

«. 5 —

oder AusgangSDignal dec Verstärkurs mit variabler Verstärkung darstellt, und eine Schalteinrichtung, die wahlweise ein Ausgsngssignal der Vorrichtung zur Signallieferung an eine der ersten und zweiten Stromquelle koppelt, um deren Ausgangsstrom zu ändern. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Einrichtung zur Lieferung des Signals eine Gleichrichterschaltung, der das Eingangs- oder Ausgangssignal des Verstärkers mit variabler Verstärkung zugeführt ist, und ein Tiefpässfilter aufweist, das mit Ausgang der Gleichrichterschaltung verbunden ist, um das das Eingangs- bzw. Ausgangssignal darstellende Signal an die Schalteinrichtung zu geben.

Die Erfindung soll nachfolgend anbaud der Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:

Fig, 1A und 1B bekannte Kompressor- und Expander-Schaltungen;
Fig. 2 das Blockschaltbild eines Verstärkers mit

variabler Verstärkung nach der Erfindung! Fig. 3 das Schaltbild eines Bifi'er-enzverstärkers; Fig. 4 ein Kleiasignal-Wechaelstromercatzschaltbild

eines Differenzverstäi-kers; Fig. 5 die Eingangs-Aiisgangsbeziehungen für einen

Kompressor, einen Exporteur und einen linearen

Verstärker;

R 0 98 1 0/0832

2 b 3 b 6 9

Fig. 6 das Schaltbild eines Kompressors nach der Erfindung;

Fig. 7 das Schaltbild eines Expanders nach der Erfindung.

Bekannte Schaltungsanordnungen für Kompander sind in den Fig. 1A und 1B gezeigt. Fig. 1A gibt einen Kompressor an, bei dem eine Schaltung mit variabler Impedanz 100, die auch variables Dämpfungsglied genannt wird, im Vorwärtssignalweg angeordnet ist, gefolgt von einem Verstärker 101» Die Impedanz des variablen Dämpfungsgliedes wird durch ein Gleichstromsignal gesteuert, der von einem Gleichrichter stammt, v/elcher das Ausgangssignal hinter dem Verstärker gleichrichtet. Wenn das komprimierte Signal ein Sprachsignal ist_r beispielsweise weian die Schaltung in Fernsprechl'rägorfrequenzschaltungen verwendet v/ird, so entspricht das gleichgerichtete Signal dem Pegel der Silben in der menschlichen Sprache. Daher rührt die Bezeichnung "Silben-Kompander". Eine Kompression findet statt, da schwache Signale mehr als starke Signale verstärkt werden. Die Querimpedanx des variablen Dämpfungsgliedeß 100 ist höher für kleine Signale als für große Signale.

Fig. 1B zeigt einen Expander, der zu dem Kompressor komplementär ist. Das variable Dämpfungsglied 103 stellt eine variable Impedanz im Vorwärtssignalv/eg dar. Diese

60331Ö/G832

Impedanz wird durch ein Signal vom Gleichrichter 104 gesteuert, das proportional dem Pegel des Sprachsignals ist, das vorher komprimiert, moduliert, ausgesendet und demoduliert worden ist. Dem variablen Dämpfungsglied 103 folgt ein Verstärker 105 im Signalweg. Eine Expansion findet statt, weil schwache Signale weniger als starke Signale verstärkt werden. Die Dämpfung des Dämpfungsgliedes 103 ist höher für schwache Signale als für starke Signale.

Schaltungen unter Verwendung von variablen Dämpfungsgliedern sind teuer, da ein für die Betriebsweise kritisches Diodenpaar sorgfältig ausgewählt werden muB, um eine vorgegebene Kleinsignalimpedanz als Funktion eines Gleichstroms zu erhalten. Außerdem besitzen variable Dämpfungsglieder eine Kleinsignaliinpedanz, die proportional der absoluten Temperatur ist.

Ein Verstärker mit variabler Verstärkung nach der Erfindung ist als Blockschaltbild in Fig. 2 dargestellt. Ein Differenzverstärker 202 unter Verwendung von Transistoren als aktive Elemente liegt im Signalweg zwischen den Eingangsanschlüssen 200 und den Eingangsanschlüssen eines Operationsverstärkers 201. Ein weiterer transistorisierter Differenzverstärker 204 befindet sich im Rückkopplungsweg des Operationsverstärkers 201. Der Differenz-

'■ ■■ 0 9810/083?

verstärker 204 ist zwischen die Ausgangsanschlüsse 203 und die Eingangsanschlüsse 205 des Operationsverstärkers geschaltet. Eine Gegenkopplung des Operationsverstärkers mit theoretisch unendlich großer Verstärkung stellt sicher, daß die Spannungsdifferenz vom Ausgang Jedes Differenzpaars gleich ist. Damit wird sichergestellt, daß die Verstärkungen aufgrund von Temperaturschwankungen der in den Differenzverstärkern benutzten Transistoren sich gegenseitig auslöschen.

Die Verstärkung der Differenzverstärker 202 und 204 wird durch getrennte Konstantstromquellen gesteuert, nämlich die I_A-Quelle 206 und die Ig-Quelle 207. Der Gleichrichter 208 stellt den Pegel des Ausgangssignals auf den Ausgangsleitungen 203 fest und erzeugt ein Signal auf der Leitung

211, das dem Ausgangspegel proportional ist. Der Gleichrichter 210 stellt den Eingangspegel auf den Eingangsleitungen 200 fest und erzeugt ein Signal auf der Leitung

212, das dem Eingangspegel proportional ist. Wenn die Anordnung durch den Schalter 214 als Kompressor geschaltet ist, ändert das Ausgangßsignal des Gleichrichters 208 auf der Leitung 211 die Konstantstromquelle· 207. Die Leitung 212 ist abgetrennt, so daß die Konstantstroraquelle 206 auf einem konstanten Pegel bleibt. Wenn die Anordnung durch den Schalter 214 als Expander geschaltet ist, so

β 0 9 8 1 0/0832

beeinflußt das Ausgangssignal des Gleichrichters 210 über die Leitung 212 die Konstantstromquelle 206. Die Leitung 211 ist dann abgetrennt, wodurch die Konstantstromquelle 207 auf einem konstanten V*'ert bleibt.

In Fig. 3 ist ein bekannter Transistor-Differenzverstärker gezeigt. Ein sich änderndes, zu verstärkendes Signal wird an die Basis 300 des einen Transistors gelegt, der in Emitterschaltung betrieben wird. Die Basis des zweiten Transistors 301 ist geerdet. Lastwiderstände 302, 303 liegen im Kollektorkreis der Transistoren. Fig. 4 zeigt ein Kleinsignal-Wechselstromersatzbild für die Verstärkung des Differenzverstärkers. Es läßt sich zeigen, daß die Verstärkung umgekehrt proportional dem Emitterv/iderstand r_e ist,

in e

dabei ist K₁ eine Konstante. Der FJmitterv/iderstand ist wiederum proportional der Temperatur und dem Emitterstrom:

r ^KB^T

^re ~ — (2)

i-. 0 9 8 1 0 / 0 fl 3 ?

- ίο -

darin bedeuten: K„ die Boltznian-Konstante,

q die Ladung in Coloumb, und T die absolute Temperatur,

Es ergibt sich, daß die Verstärkung für den Differenzverstärker nach Fig. 3 direkt proportional dem Emitter stroia und umgekehrt proportional der Temperatur ist:

(3)

in

wobei K eine Konstante ist, die in Beziehung steht zu K₁, K_B und q.

In Fig. 2 sieht man, daß die Stromquellen 206 und 207 direkt die Verstärkung jedes Differenzverstärker steuern. Der Operationsverstärker 201 beitfirkt aufgrund seiner hohen Verstärkung bei negativer Rückkopplung, daß die Spannungsdifferenz an seinen Eingangsanschlüssen vernachlässigbar klein ist. Demgemäß müssen die Ausgangsspannung des Differ en 2 Verstärkers 202 und die Ausgangsspannung des Differenzverstäricers 204 gleich sein:

V_ivK-, ¹A = V₄. K₀ ¹B _ΠΛ

in 1 ψ— out 2 -TjT . (4)

609810/0832

Die Verstärkung für die Gesamtschaltung ist

¹B

wobei K, eine Konstante ist, die von den Werten für K₁ und Kp abhängt. Man erkennt aus Gleichung (5)_f daß die Gesamt-Kleinsignalverstärkung der Schaltung nach Fig. 2 von der Temperatur unabhängig ist.

Zur Erzielung einer Kompression wird die Stromquelle zu einer Konstantstromquelle gemacht, in dem ein fester Strom zugeführt wird. Die Stromquelle 207 wird in Abhängigkeit von der gleichgerichteten gefilterten Spannung geändert, die auf der Leitung 211 erscheint und proportional dem Signalpegel an den Ausgangsanschlüssen 203 ist. Zur Erzielung einer Expansion wird die Stromquelle 207 zu einer Konstantstroiaquelle gemacht, indem ein fester Strom zugeführt wird. Die Stromquelle 206 wird in Abhängigkeit von der gleichgerichteten und gefilterten Spannung auf der Leitung 211 verändert, die proportional dem Signalpegel an den Eingangsanschlüssen 200 ist. Für eine Kompression ergibt sich

_v out

2 5 3 b 6 9

wobei V* + den Signalpegel der Ausgangsspannung im eingeschwmigenen Zustand wiedergibt. Die Eingangs-Ausgangs-Beziehung für den Kompressor im eingeschwungenen Zustand lautet demgemäß

in out
Für eine Expansion erhält man

^Vout~^KVin^V*in' (8)

wobei V*\.„ den Signalpegel der Eingangs spannung im eingeschwungenen Zustand angibt. Die Eingangs-Ausgangs-Beziehung für den Expander im eingeschwungenen Zustand lautet demgemäß

_{n #} (9)

in

Die Signalverstärkung für ein Signal, das zuerst komprimiert, dann übertragen und anschließend expandiert wird, erhält man als Produkt der Gleichungen (7) und (9), wobei die Ausgangsspannung der Gleichung (7) die Eingangsspannung der Gleichung (9) wird:

G0 98 10/0832

^V*out = ^{K V}*out ^K <^v*1n ) = K V*. (10) ^oatexp ^outconip ⁱⁿcomp ^lncomp.

Bei Angabe Decibel, also logarithmischer Spannungsmessung, ist die Steigung für die Verstärkimgskennlinie gleich Einhalt) für den Kompressor und Zwei für den Expander. In Fig. 5 sind drei Verstärkungskennlinien einschließlich der Kennlinie für einen insgesamt linearen Verstärker gemäß Gleichung (10) gezeigt.

Fig. 6 gibt eine genaue Kompressorschaltung wieder^ Der vorwärts gerichtete Differenzverstärker ist als gestrichelter Block 600 dargestellt. Der Rückkopplungs-Differenzverstärker befindet sich innerhalb der gestrichelten Linien 602. Der Operationsverstärker ist als gestrichelter Block 601 gezeigt. Ein Detektor besteht aus einem Halbwellengleichrichter und einem Tiefpassfilter, liegt innerhalb der gestrichelten Linien 603. Eine feste Stromquelle für den Emitterkreis des Vor\rärts-Di:Tierenzvcrstsrkers liegt innerhalb der gestrichelten Linien 604. Eine variable Stromquelle, deren Strom proportional dem Ausgangssignalpegel ist, liegt im Ernitterkrein dos Rückkopplungs-Differenzvorstarkors und ist innerhalb der gestrichelten Linien 620 gezeigt. Ein weiterer Dlfferenaverctärker in dem gestrichelten Block 605 bewirkt eine Gleichstrom-Gogenkepplung .für den Operationsverstärker, um Of.fset-

(■■09810/083?

253569b

Gleichspannungen am Ausgang des Operationsverstärkers auf ein Minimum zu bringen. Diese Gleichstrom-Gegenkopplungsstufe ist wichtig, weil große Gleichspannungen am Ausgang des Operationsverstärkers zu einer entsprechenden Offset-Spannung am Eingang des Rückkopp lungs -Differ tnzverstärkers verursachen und demgemäß die Genauigkeit der Schaltung verschlechtern wurden. Eine Konstantstromquelle innerhalb des gestrichelten Blockes 605 steuert die Verstärkung des Gleichstrom-Rückkopplungs-Differenzverstärkers 606.

An den Eingangsanschlüssen 607 liegt ein tonfrequentes Eingangssignal für den Kompressor. Ein Spannungsteiler mit den Wi der ständen R₁₀ und R₁₁ bestimmt den endgültigen Verstärkungswert und verringert außerdem den Eingangssignalpegel zur Verhinderung von Verzerrungen. Das durch die Widerstände R^~ und R^₁ geteilte Eingangssignal liegt an einem Transistor Q^ des Eingangsdiffer-enzpaares, dessen anderer Transistor G~ mit seinem Eingang über die Leitung 603 geerdet ist. Die Widerstände R. und Rp dienen als Vorspanmmgs- und Lastwiderstände für die Transistoren Q,,, ^Q2> ^Q8* °9 ^mid ^ö10 ^Q11' ^{Die Tr}a^nsistoren Q5» ^Q5 und Q^ sind als Dioden geschaltet und dienen zur richtigen Vorspannung der drei Differenzpaare in den gestrichen ton Blöcken 6OO, 602 und 6O6.

609810/08 3?

253569b

Die Transistoren Qp_Q uud CUq sind die Differenzverstärkerstufe für den Operationsverstärker innerhalb des gestrichelten Blockes 601. Der Transistor Qpy und der Widerstand R^ liegen im Emitterkreis des Transistorpaares Q₂g Qpq und dienen als Stromquelle, die die Verstärkung des
Paares Qp8^Q2Q säuern. Der als Diode geschaltete Transistor CUq und der Anpasstransistor Q^ dienen als aktive Last, die die Vorspaiinungsströme für das Transistorpaar °-p8^29 svmmetriert. Der Kondensator C* verringert die Verstärkung bei hohen Frequenzen und verbessert demgemäß die Stabilität des Operationsverstärkers. Ein Emitterfolger mit dem
Transistor CUp und den Widerständen R^ in dessen Emitterkreis bildet zusammen mit dem Transistor CU^ eine Darlington-Stufe hinter dem Differenzpaar Q₂₈Q₂₉. _Der Widerstand R₅ und die Transistoren Q^a und Q,(- wirken als Stromquelle
zur Vorspannung der Transistoren Qp~ und Q^g. Der Widerstand Rg und die Transistoren Q,~ und Q,_o bewirken eine

Vorspannung für die Transistoren Q₇Q und Q,_Q, um die
Übernahmeverzerrung auf ein Minimum zu bringen, wenn die im Gegentakt betriebenen Transistoren CUq und Ch _Q abwechselnd positiv und negativ leiten. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers wird über die Leitung 609 entnommen. Der in Fig. 6 innerhalb der gestrichelten Linien dargestellte Operationsverstärker wird bevorzugt verwendet, es kann jedoch jeder im Handel verfügbare Operationsver-

fi098in/083?

stärker-'an seiner Stelle verwendet werden. Ein brauchbarer Operationsverstärker ist der von der Firma Fairchild Semiconductor, Inc, hergestellte Typ uA 709, der im Datenkatalog der genannten Firma (1969) Library of Congress Catalog Card Number 68-8780 beschrieben ist.

Die Gegenkopplung des Operationsverstärkers läuft über die Leitung 611, die dem Rückkopplungs-Differenzpaar eine Ausgangsspannung zuführt, welche vom Spannungsteiler R₂₂ und R₂₁ heruntergeteilt worden ist. Eine Gleichstrom-Rückkopplung wird im Gleichstrom-Differenzpaar 606 über die Leitung 611 zugeführt, wobei ein Wechselstromsignalanteil durch die Bauteile R₂₀, C^ und R^q ausgefiltert wird.

Die Gleichstromkomponente im Ausgangssignal des Operationsverstärkers 601 auf der Leitung 609 wird durch den Kondensator Cb gesperrt und das endgültige Ausgangssignal des Kompressors steht dann auf der Leitung 601 zur Verfügung. Ein Teil dieses Signals wird an die Gleichrichter- und Filterschaltung 603 angelegt und zwar an das Differenzpaar Qpi^22* ^^{as a}^^{s Vers}tärkerstufe dient, bevor das Signal gleichgerichtet und gefiltert wird. Der Transistor Q₂₀ und der Widerstand R™ liegen im Eraitterkreis des Paares Q₂^Q₂P und dienen als Stromquelle, die die Verstärkung von Q₂₁Q₂₂ steuern. Der als Diode geschaltete Transistor

6 09810/083?

Q₂₅ und der Anpasstransißtor Q₂^ stellen eine aktive Last dar, die die Vorspannimgsströme für das Transistorpaar ^21^22 ^sy^mme't'^ri^erDri· Der Kondensator C₂ setzt die Verstärkung für hohe Frequenzen herab und verbessert demgemäß die Stabilität der Verstärkerstufe. Ein Emitterfolger in Form des Transistors Q₂K mit dem Widerstand Rg in seinem Emitterkreis bildet zusammen mit dem nachfolgenden Transistor Qpg eine Darlington-Stufe, die dem Differenzpaar Q₂₁Q₂₂ folgt. Der Widerstand Rg und die Transistoren Q₁₈ und Q^n wirken als Stromquelle für die Transistoren Q₂Q und Q₁7. Der Transistor- Q^₁ liefert eine Vorspannung für die Transistoren Q₁^ und Q₁C. Eine Gegenkopplung über die Leitung 61J5 vom Emitter der Transistoren Q₁C und Q₁^ hält die Eingangsleitung 614 scheinbar auf Erdpotential.

Da die Leitung 614 scheinbar auf Erdpotential ist, erzeugt die Wechselspannung auf der Leitimg 612 einem Wechselstrom im Widerstand R23» der abwechselnd in jeder Halbv/elle entweder über den Emitter von Q₁^ oder den Emitter von Q₁g fließt. Der Strom im Kollcktorkreis des Transistors Q₁^ ist elso eine durch Halbirollen-Gleichrichtung gewonnene Darstellung der Wechselspannung auf der Leitung 612.

0 9 B 1 0 / 0 R 3 ?

2b35695

Der gleichgerichtete Strom wird durch den Kondensator C-zusamraen mit dem Widerstand R₁^ gefiltert, so daß sich ein über den Widerstand R^y fließender Gleichstrom ergibt, der proportional der Wechselspannung auf der Leitung 610 ist. Der Widerstand R^_Q liefert eine Vorspannung für den Transistor CL^ um einen Stromfluß im Transistor GL -, auch dann sicherzustellen, wenn das Ausgangssignal Null ist, so daß eine Verstärkung für das Rückkopplungs-Differenzpaar 602 erhalten bleibt.

Der Transistor CL, wirkt zusammen mit dem Widerstand R^g in seinem Eäaitterkreis als Stromverstärker, der iis Emitterkreis des Differenzverstärkerpaares QqQq einen Stroa erzeugt, welcher proportional zur Ausgangsv/echselspanrmng auf der Leitung 610 ist*

Die Schaltungen 604 und 605 arbeiten als Konstant Stromquellen für die Differenzpaare CLCU und CL-CL^. Die Widerstände R₁^ und R^ sowie der als Diode geschaltete Transistor Ch wirken als Vorspannungsschaltung für den Transistor CU. Die Widerstände Rp₁- und Rp, sov.^Tie der als Diode geschaltete Transistor Q/ρ erzeugen die Vorspannung für den Transistor CL „„

Fig. 7 zeigt im einzelnen die Schaltung eines Expanders.

609S10/083?

Die Schaltung enthält im wesentlichen die gleichen Bauteile wie die KoEii:>ressorschaltung gemäß Fig. 6. Ein wesentlicher Unterschied natürlich darin, daß die Eingangsspannung auf der Leitung 630 durch die Schaltung gleichgerichtet und gefiltert wird und dann den Strom der Stromquelle 620 ändert, um die Verstärkung des Vorwärtsverstärker-Differenzpaares Q-j Q₂ anstelle des Rückkopplungs-Differenzpaares Q₈Qq zu steuern. Zur Erzielung einer Expansion hält die Konstantstrcmquelle 604 den Emitterstrom und demgemäß die Verstärkung des Differenzpaares QqQq auf einem konstanten Wert. Der Kondensator C.q ist zwischen die Eingangsanschlüsse 640 des Expanders und die Leitung 630 geschaltet, um sicherzustellen, daß nur Wechselspannungen dem Expander zugeführt werden. Die Leitung 63I führt das Eingangssignal zur Gleichrichter-Filterschaltung 603. Das Ausgangssignal der Expanderschaltung wird auf die Leitung 694 gegeben, die der Ausgang des Operationsverstärker 601 ist.

Die speziellen Schaltung gemäß Fig. 6 und 7 sind so ausgelegt, daß sie die gleichen Hauptbauteile für den Kompressor und den Expander aufweisen. Dadurch ist eine wirksame Herstellung möglich, wobei größere Verbindungen auf einfache Weise eine Umwandlung der einen Schaltung in die andere gestatten. Beispielsweise kann bei dem

f :■ 0 9 8 1 Π / 0 8 3 7

Kompressor gemäß Fig. 6 die Konstantstromquelle 604 im Emitterkreis des Vorwärts-Differenzverctärkerpaares Q-tQo gelegt werden, indem der Anschluß 650 mit Hilfe dor Leitung 651 mit dem Anschluß 652 verbunden v/ird. Die Konstantstromquelle 604 kann in den Emitterkreir; des Rückkopplungs-Differenzpaares QqQq eingeschaltet werden, indem entsprechend der Darstellung in Fig. 7 der Anschluß 660 über die Leitung 653 mit dem Anschluß 652 verbunden vird. Auf entsprechende Weise ist bei dem Kompressor gemäß Fig. 6 die variable Stromquelle 620 mit dem Rückkopplungs-Differenzpaar QqQq durch Zusammenschaltung der Anschlüsse 660 und 662 über die Leitung 661 verbunden. In Fig. 7 ist die variable Stromquelle 620 des Expanders mit dein Vorv.'ärtn» Differenzpaar Q-iQ? durch Zusammenschaltung der Anschlüsse 650 und 662 über die Leitung 680 verbunden.

Ein Verstärker mit variabler Verstärkung nach der Erfindung läßt sich leicht in Form einer integrierten Schauixvic herstellen. Vorzugsweise wird er auf einem einzigen D.-.tlbleiterplättchen hergestellt und kann so geschalt!.i. uorden, daß er entweder als Kompressor oder als Expander arbeitet.

ρ; η 9 R1 η / η e 3

Claims

1) J b b y b

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZW!RNER · HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Paientconsult 8 Mund.cn 60 Raderleslrjße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 WiosbjJon Sonnenbcrycr ^lrüSe 43 Telrvion (06121)562943/561998 Telex 04-186

Western Electric Company, Incorporated

Broadway

New York, N.Y. 10007, U.S.A. Toumani, R.

Patentansprüche

( 1J Verstärker mit variabler Verstärkung, der einen ersten Verstärker mit einem Eingang und einem Ausgang besitzt, gekennzeichnet durch einen zweiten Verstärker (202) zum Anlegen eines verstärkten Eingangssignals an den Eingang (205) des ersten Verstärkers (201),

einen dritten Verstärker (204)_f der in einem Rückkopplungsweg zwischen dem Eingang (205) und dein Ausgang (203) des ersten Verstärkers (201) liegt und durch eine Einrichtung (206, 207, 214) zur Steuerung der Verstärkung des zweiten mid dritten Verstärkers,

2. Verstärker nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß seine Verstärkung umgekehrt proportional der Amplitude &?3 Ausgangr.signalr. de« erstc-n Verstärkers

γ. η 9 B1 η / η 8 3 2

(201) ist,

daß die Steuereinrichtung eine erste Stromquelle (207) zur Steuerung der Verstärkung des dritten Verstärkers

(204) enthält, deren Ausgangsstrom von der Amplitude der, Ausgang.-isignals abhängt, und eine Konstantstromquelle

(206) zur Steuerung der Verstärkung des zweiten Verstärkers (202).

3. Verstärker nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Gleichrichterschaltung (203) aufweist, der das Ausgangssignal des ersten Verstärkers (201) zugeführt ist, und ein Tiefpassfilter (20S), das an den Ausgang der Gleichrichterschaltung angeschlossen ist und ein Signal an die erste Stromquelle

(207) liefert, um deren Ausgangsstrom zu ändern.

4. Verstärker nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß seine Verstärkung proportional der Amplitude des zugeführten Eingangssignals ist, daß die Steuereinrichtung eins Eonstantstroraquelle (207) zur Steuerung der VorStärkung des dritten Verstärkers (204) und eine zweite Stromquelle zxir Steuerung der Verstärkung des zweiten Verstärkers (202) aufweist, und daß der Aua-

G09810/083?

gangsstrom der zweiten Stromquelle (206) von der Amplitude des Eingangssignals abhängt.

5. Verstärker nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Gleichrichterschaltung (210) aufweist, der das Eingangssignal zugeführt ist, und ein Tiefpassfilter (210), das an den Ausgang der Gleichrichterschaltung angeschlossen ist und ein Signal an die zweite Stromquelle (206) liefert, um deren Ausgangsstrom zu ändern.

6. Verstärker nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine erste Stromquelle (206) zur Steuerung der Verstärkung des zweiten Verstärkers (202), eine zweite Stromquelle (207) zur Steuerung der Verstärkung des dritten Verstärkers (204) und eine Einrichtung (214, 208, 210) aufweist, die auswählt, ob entweder die erste (206) oder die zweite (207) Stromquelle einen sich in Abhängigkeit vom Eingangs- bzw. Ausgangssignal ändernden Ausgangsstrom liefert und die jeweils andere Stromquelle (207 bzw. 206) einen konstanten Ausgangsstrom liefert.

^bibbbfb

7. Verstärker nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahleinrichtung eine Einrichtung (203, 210) enthält, die ein Signal liefert, das das Eingangs- oder Ausgangssignal des Verstärkers mit variabler Verstärkung darstellt, und eine Schalteinrichtung (214), die wahlweise ein Ausgangssignal der Einrichtung zur Signallieferung an eine der ersten und zweiten Stromquelle (206, 207) koppelt, um deren Ausgangsstrom zu ändern.

8. Verstärker nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Lieferung des Signals eine Gleichrichterschaltung (208, 210), der das Eingangsoder Ausgangssignal des Verstärkers mit variabler Verstärkung zugeführt ist, und ein Tiefpassfilter (208, 210) aufweist, das mit dem Ausgang der Gleichrichterschaltung verbunden ist, um das das Eingangs- bzw. Ausgangssignal darstellende Signal an die Schalteinrichtung (214) zu geben.

·-, fi 9 8 1 U / 0

Leerseite