DE2655320B2

DE2655320B2 - Steuerbarer elektronischer Widerstand

Info

Publication number: DE2655320B2
Application number: DE2655320A
Authority: DE
Inventors: Ingo Dipl.-Ing. 8540 Schwabach Reichelt; Hans-Robert Dipl.-Ing. 8500 Nuernberg Schemmel
Original assignee: Te Ka De Felten & Guilleaume Fernmeldeanlagen Gmbh, 8500 Nuernberg
Priority date: 1976-12-07
Filing date: 1976-12-07
Publication date: 1979-02-01
Also published as: DE2655320A1; SE7713576L; JPH0137885B2; CH622138A5; ATA872677A; CA1089038A; DE2655320C3; SE414687B; IL53551A0; JPS5383554A; FR2373916A1; AT358100B; ZA777294B; GB1590038A; IL53551A; US4137466A; BE861574A; FR2373916B1

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 zweitweilig 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 mög-

K) liehst 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

ι > 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 Wider-

_'o stand mit einem Ende des Spannungsteilers verbunden ist und die beiden Enden dieses Spannungsteilers die Klemmen des elektronischen Widerstandes bilden.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert

>-, werden. Es zeigt

F i g. 1 das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein Beispiel mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als Teil eines Stromkreises,

in Fig.3 die Schaltungsanordnung eines möglichen Ausführungsbeispiels der Erfindung,

F i g. 4 die Schaltungsanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
In Fig. 1 wird der Spannungsteiler ST durch die

ii Reihenschaltung des ersten Widerstandes R 1 mit dem zweiten Widerstand /?2 gebildet, welcher mittels der Steuergröße 5 steuerbar ist Der Verbindungspunkt von Widerstand R1 und Widerstand R 2 ist mit dem Eingang des Verstärkers V verbunden. Der Ausgang des

to Verstärkers V ist über den Widerstand R 3 mit dem freien Ende des Widerstandes R 2 verbunden. Zwischen den beiden Enden des Spannungsteilers ST tritt der gewünschte elektronische Widerstand RS1 auf.

Bei der folgenden Erläuterung der Erfindung sollen

i) zum leichteren Verständnis die Vereinfachungen gemacht werden, daß der durch den Spannungsteiler ST fließende Strom /2 klein ist, bezogen auf den durch den elektronischen Widerstand RSi fließenden Strom /1, womit dieser Strom /1 etwa gleich dem durch den

-,o Widerstand R 3 fließenden Strom /3 ist, und daß der Innenwiderstand des Verstärkers V vernachlässigbar klein ist, bezogen auf den Wert des Widerstandes R 3. Liegt am elektronischen Widerstand RS i eine sinusförmige Wechselspannung U1 an, so tritt am Ausgang des

-,-) Verstärkers V dann eine Wechselspannung Ui' — ii ■ Ui 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 R 3

Mi liegt eine Wechselspannung an, welche sich aus der Differenz der Wechselspannungen UX und UV ergibt: Ui - ü ■ Ui = Ui ■ (\-ΰ). Der durch den Widerstand Λ 3 fließende Strom /3 läßt sich daher aus dem Verhältnis dieser Differenzspannung zum Wert des

b^r) Widerstandes R 3 bestimmen:

ty ι < ι — ii)

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

RSl =

t/l /1

(2)

Hieraus geht hervor, daß der elektronische Widerstand RS i durch Verändern des Faktors 0 gesteuert werden kann. Der Faktor ü wiederum kann durch Verändern der Steuergröße ^gesteuert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß als steuerbarer zweiter Widerstand R 2 die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors dient, wobei der Widerstand dieser Sirecke 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 u..d Klirrdämpfung wesentlich höher liegen als in den eingangs erwähnten Fällen, bei denen die Spannung Ui unmittelbar an der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors bzw. Kathoden-Anoden-Strecke einer Diode anliegt

Ist der elektronische Widerstand RS1, wie in F i g. 2 gezeigt, 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 RSi angegebenen Beziehung (2) geht hervor, daß bei großen positiven Werten von RS i der Faktor ü einen Wert etwas kleiner als 1 aufweist. Dies bedeutet, daß sich dann ein als zweiter Widerstand R 2 verwendeter Transistor im niederohmigen Zustand befindet Dieses Verhalten ist ein weiterer Vorteil gegenüber den eingangs erwähnten Anordnungen, bei denen sich bei einem hochohmigen Zustand auch der betreffende Transistor bzw. die Diode im hochohmigen und damit besonders übersteuerungsempfindlichen Zustand befindet

Im dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verstärker Vmit einem integrierten Operationsverstärker aufgebaut, wobei die Spannungsverstärkung des Verstärkers den Wert ν = +1 aufweist. Als steuerbarer zweiter Widerstand R 2 dient der Feldeffekt-Transistor Tt, dessen Gate-Elektrode über den ohmschen Widerstand R 4 mit der als Steuergröße 5 dienenden Stejerspannungsquelle U₅ verbunden ist. Parallel zur Source-Drain-Strecke des Transistors Ti ist der ohmsche Spannungsteiler ST' geschaltet, wobei zwischen dessen Abgriff und der Gate-Elektrode des Transistors 7*1 der Kondensator Cl angeordnet ist. Dieser Kondensator Cl dient in Verbindung mit dem Spannungsteiler ST und dem Widerstand /?4 zur Gegenkopplung des Transistors Ti und damit zur Erhöhung der Klirrdämpfung Durch Veränderung der Steuerspannung U_s wird der elektronische Widerstand RS1 gesteuert Mit dem Widerstand des Spannungsteilers ST' kann die Grenze des Regelbereiches des elektronischen Widerstandes RSi beeinflußt werden. Ist kein Spannungsteiler S7*' notwendig, so kann zur Beeinflussung des Regelbereiches an Stelle des Spannungsteilers ST' auch ein einziger Widerstand verwendet werden. Als Widerstand R 3 wird ein ohmscher Widerstand verwendet. Entsprechend der Beziehung (2) sind dann die Werte des elektronischen Widerstandes Rs 1 reell.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Widerstand R 3 komplex. Man erhält dann für den elektronischen Widerstand RS i ebenfalls einen komplexen Widerstand. Wie aus der Beziehung (2) hervorgeht, ist dieser Widerstand RS1 nur vom Wert des reellen Faktors ΰ abhängig. Der komplexe Widerstand RS1 hat daher den gleichen Phasenwiakel wie der komplexe Widerstand R 3. Verwendet man beispielsweise als Widerstand A3 ein« Induktivität, so tritt als elektronischer Widerstand RSi 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 A3 mit dem Spannungsteiler ST' und der Source-Drain-Strecke des Transistors 7*1 ist mit dem einen Pol einer Gleichspannungsquelle Ub (Spannung OV) verbunden und bildet wiederum die eine Klemme des elektronischen Wider-Standes RSi. Der Widerstand Rl wird durch die Reihenschaltung der beiden ohmschen Widerstände R 1.1 und Ri 2 gebildet, wobei letzterem der Kondensator C3 parallel geschaltet ist. Der Verbindungspunkt von Kollektor des Transistors Γ2, Kondensator C3, Widerstand R 1.2 und dem einen Ende des Widerstandes R 5 bildet die andere Klemme des elektronischen Widerstandes RS 1. Das andere Ende des Widerstandes R 5 ist mit dem anderen, in diesem Falle positiven Pol der Gleichspannungsquelle Ub 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 R 1.1 sowie der Basis des Transistors T2. Der ohmsche Widerstand R 3 dient ferner in Verbindung mit den Widerständen R 1.1, R 1.2 und R 5 sowie dem Spannungsteiler 57"' zur Einstellung des Arbeitspunktes des Transistors 7*2. Der Kondensator C3 schließt den Widerstand R 1.2 wechselstrommäßig kurz. Durch eine entsprechende Wahl des Verhältnisses der Widerstände R 1.1 und R 1.2 ist eine zusätzliche Einstellmöglichkeit für den Faktor ü bzw. für den Regelbereich des elektronischen Widerstandes RS i gegeben. An Stelle des ohmschen Widerstandes R 3 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 F i g. 1 können der Widerstand R i und der steuerbare zweite Widerstand R 2 auch gegeneinander vertauscht angeordnet sein.

Als steuerbarer zweiter Widerstand R 2 kann beispielsweise auch ein Fototransistor oder eine Feldplatte dienen. Die Steuergröße 5 zur Steuerung des elektronischen Widerstandes RSi ist dann eine Lichtquelle bzw. ein Magnetfeld.

Wird der Eingangswiderstand des Verstärkers V entsprechend niedrig bemessen, so kann auf den Widerstand R 1 verzichtet werden.

Uicr/u 2 Fülltt Zeichmiimen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für einen mittels einer Steuergröße steuerbaren elektronischen Widerstand, gekennzeichnet durch einen aus einem ersten Widerstand (Ri) und einem von der Steuergröße (S) unmittelbar angesteuerten zweiten Widerstand (R 2) bestehenden Spannungsteiler (ST) dessen Abgriff mit dem Eingang eines Verstärkers (V) verbunden ist, wobei der Ausgang dieses Verstärkers (V) über einen dritten Widerstand (R 3) mit einem Ende des Spannungsteilers (ST) verbunden ist und die beiden Enden dieses Spannungsteilers (ST) die Klemmen des elektronischen Widerstandes (RSl) bilden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare zweite Widerstand (R2) durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (Ti) gebildet wird, dessen Basis-Elektrode über einen vierten Widerstand (R 4) mit einer Steuerspannungsquelle fi/_s>/verbunden ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare zweite Widerstand (R 2) durch die Source-Drain-Strecke eines Feldeffekt-Transistors (Tl) gebildet wird, dessen Gate-Elektrode über einen vierten Widerstand (R 4) mit einer Steuerspannungsquelle (U_s) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter-Kollektor-Strecke bzw. der Source-Drain-Strecke des Transistors (Ti) ein weiterer Spannungsteiler (ST) parallel geschaltet ist, zwischen dessen Abgriff und der Basis- bzw. Gate-Elektrode ein Kondensator (C I) angeschlossen ist

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