DE3329663C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Signalübertragungs
system, dessen Verstärkung elektronisch einstellbar ist und
bei dem ein unerwünschter Temperatureinfluß auf die Ver
stärkung kompensiert ist.
Mehrstufige Signalübertragungssysteme finden beispielsweise bei
Rundfunkempfängern Anwendung. Das mehrstufige Signalübertragungs
system besteht dabei beispielsweise aus Vorverstärker, Mischer,
Zwischenfrequenzverstärker und Niederfrequenzverstärker. Bei
solchen Signalübertragungssystemen tritt das Problem auf, daß
die Verstärkung in den einzelnen Stufen Streuungen aufweist und
temperaturabhängig ist. Dies führt z. B. zu entsprechenden un
erwünschten Änderungen von Schaltschwellen wie z. B. der Schalt
schwelle einer Mono-Stereo-Umschaltung.
Aus der DD-PS 1 10 726 ist eine Schaltungsanordnung mit exponen
tiell steuerbarer Übertragungsgröße bekannt, bei der zur Steue
rung der Verstärkung eine Stromspiegelschaltung vorgesehen ist.
Die Steuerung der Verstärkung erfolgt bei der bekannten Schaltungs
anordnung durch Einstellung einer Differenz der Emitterpotentiale
der Transistoren der Stromspiegelschaltung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mehrstufiges Signal
übertragungssystem anzugeben, bei dem eine möglichst einfache
elektronische Einstellung des Verstärkungsgrades für das Ge
samtsystem sowie eine einfache Temperaturgangkompensation möglich
ist.
Diese Aufgabe wird bei einem mehrstufigen Signalüber
tragungssystem der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung
dadurch gelöst, daß eine Stufe vorgesehen ist, die sowohl
die Einstellung der Verstärkung als auch die Temperaturkompen
sation sowie eine Verstärkung bewirkt, daß diese Stufe
einen ersten Transistor aufweist, dessen Basis und Kollek
tor miteinander verbunden sind, daß die Stufe einen zweiten
Transistor aufweist, dessen Basis mit dem Kollektor des
ersten Transistors verbunden ist, daß die Emitter der
beiden Transistoren eine Potentialdifferenz aufweisen,
daß diese Potentialdifferenz derart gewählt ist, daß die Steigung
der Verstärkerlinie der Stufe temperaturunabhängig ist, und
daß der Stufe außer dem Steuersignal zur Einstellung der Ver
stärkung ein temperaturunabhängiges Signal zugeführt ist.
Bei dem eingangs als Beispiel genannten mehrstufigen Signal
übertragungssystem von Rundfunkempfängern ist beispielsweise
die erste Zwischenfrequenzverstärkerstufe diejenige Stufe, die
sich für die Steuerung nach der Erfindung bevorzugt eignet.
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen er
läutert.
Fig. 1 zeigt eine Schaltung mit einer Verstärkerstufe und einer
Aufbereitungsschaltung für den diese Stufe steuernden Strom.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Verstärkerstufe.
Fig. 3 zeigt die Verknüpfung einer Verstärkereingangsschaltung
mit einer Steuerschaltung.
Fig. 4 zeigt die Kombination einer Verstärkerschaltung mit
einer Steuerschaltung mit einem gemeinsamen Eingang für das
zu verstärkende Signal und das für das die Verstärkung steuernde
Signal.
Fig. 5a zeigt die Beschaltung einer steuerbaren ZF-Verstärker
stufe mit nur einem Eingang für das zu verstärkende Signal.
Fig. 5b zeigt eine Ausführungsform einer Steuerschaltung.
Fig. 6 zeigt ein mehrstufiges Signalübertragungssystem.
Fig. 7 zeigt die Ansteuerung einer gesteuerten Stufe mittels
einer Stromquelle.
Fig. 8 zeigt die Ansteuerung einer gesteuerten Stufe mittels
einer Spannungsquelle.
Fig. 9 zeigt die Aufteilung der Stromanteile für die Verstärkungs
steuerung.
Fig. 10 zeigt die Aufteilung der Steuerspannungsteile für die
Temperaturkompensation und für die Verstärkungssteuerung.
Fig. 11 zeigt die Abhängigkeit der Verstärkung von den Steuer
größen.
Fig. 12 zeigt eine Schaltung mit einem gemeinsamen Eingang für
das zu verstärkende Eingangssignal und für das Steuersignal.
Fig. 13 zeigt eine Schaltung mit Spannungssteuerung anstelle
von Stromsteuerung.
Fig. 14 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung der beiden Strom
anteile.
Fig. 15 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung der beiden Spannungs
anteile.
Fig. 16 zeigt eine weitere Schaltung zur Aufbereitung der für
die Temperaturkompensation und für die Steuerung der Verstärkung
erforderlichen Steuergrößen.
Fig. 17 zeigt eine Schaltung, bei der der Steuerstrom für die
Änderung der Verstärkung durch diese Schaltung selbst erzeugt
wird.
Fig. 18 zeigt die Einstellung des Steuerstromes für die Ver
stärkung, durch Steuerung des Basispotentials eines Transi
stors.
Fig. 19 zeigt die Einstellung der Verstärkung durch digitale
Signale.
Fig. 20 zeigt eine Steuerschaltung.
Die Fig. 1 zeigt eine Verstär
kerstufe 2 in Verbindung mit einer Aufbereitungs
schaltung 24 für den die Verstärkerstufe steuernden
Strom i 3. Bei dieser Schaltung wird das
Steuersignal i 1 über einen Widerstand 25 der Basis-
Emitterstrecke eines Transistors 26 zugeführt. Der
Kollektor des Transistors 26 ist sowohl mit seiner
Basis als auch mit der Basis des Transistors 27 ver
bunden. Der Emitter des Transistors 27 ist an einen
Spannungsteiler angeschaltet, der aus den Widerstän
den 28 und 29 besteht und von der Spannungsquelle 30
gespeist wird. Der Kollektor des Transistors 27 steu
ert einen Inverterverstärker an, der aus dem Transi
stor 31, dem Transistor 32, dem Widerstand 33 und der
Stromquelle 34 besteht. Der Ausgang 35 des Inverterver
stärkers ist mit der Basis des Transistors 36
verbunden. Der Kollektor des Transistors 36 steuert
mit seinem Ausgangsstrom i 3 den Verstärker 2 an.
Im Schaltungsteil mit den Transistoren 26 und 27 wird
ein Temperaturgang des Stromverhältnisses i 2 /i 3 er
zeugt, der die Steigung der Verstärkerkennlinie der
Stufe 2 temperaturunabhängig macht. Dies wird durch
eine entsprechende Spannungsdifferenz der Emitterpo
tentiale der Transistoren 26 und 27 (mittels des Span
nungsteilers 28, 29) bewirkt, wobei es vorteilhaft
ist, die Absolutgrößen der Widerstände 28 und 29 so
klein zu halten, daß das Emitterpotential des Transi
stors 27 vom Steuerstrom i 1 möglichst unabhängig ist.
Die exponentielle Abhängigkeit der Verstärkungsände
rung vom Eingangssignal i 1 wird dadurch erzeugt, daß
der Kollektorstrom des Transistors 27 (i 2) über den
Widerstand 33 fließt und am Ausgang des Inverterver
stärkers entsprechend dem Spannungsabfall am Wider
stand 33 ändert. Die exponentielle Abhängigkeit des
Ausgangsstromes i 3 vom Eingangsstrom i 1 ergibt sich
aus dem exponentiellen Kennliniengesetz von Transi
storen.
Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Ver
stärkerstufe 2. Nach der Fig. 2 besteht die Verstär
kerstufe 2 aus den Differenzverstärkern 37 und 38.
Der Differenzverstärker 37 besteht aus den Transisto
ren 39 und 40 sowie den Widerständen 41 und 42. Der
Differenzverstärker 38 besteht aus den Transistoren
43 und 44 sowie aus den Widerständen 45, 46, 47 und
48. Während der Differenzverstärker 37 keine Gegen
kopplung aufweist, ist der Differenzverstärker 38 mit
einer Gegenkopplung ausgestattet (Widerstände 45 und
46). Der Steuerstrom i 3 wird dem ersten, nicht gegen
gekoppelten Differenzverstärker 37 zugeführt und da
mit proportional mit dem Steuerstrom die Verstärkung
geändert. Die Gegenkopplung des Differenzverstärkers
38 ist so groß ausgebildet, daß im gesamten Einstell
bereich der Verstärkung eine Signal-Begrenzung in die
ser Stufe nicht erfolgt, sondern durch Begrenzung im
Differenzverstärker 37. Dies hat den Vorteil, daß der
Begrenzungseinsatz des Verstärkers bezogen auf die
Eingangsklemmen weitgehend unabhängig von der Verstär
kungseinstellung ist. Ein weiterer Vorteil der Schal
tung nach Fig. 2 besteht darin, daß Rauschstromkom
ponenten des Steuerstromes i 3 als Gleichtaktstörung
von dem Differenzverstärker 38 in bezug auf das Aus
gangssignal des Verstärkers 2 unterdrückt werden.
Die Fig. 3 symbolisiert die Verknüpfung der Verstär
kereingangsschaltung für das Verstärkereingangssignal
mit der Steuerschaltung 24.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Kombination
aus Verstärkerschaltung und Steuerschaltung nach dem
in Fig. 3 dargestellten Prinzip mit einem gemeinsa
men Eingang für das zu verstärkende Signal und für
das die Verstärkung steuernde Signal. Beide Signal
arten werden der Eingangsklemme 49 zugeführt. Verstär
kerschaltung und Steuerschaltung 24′ sind durch einen
Kondensator 51 voneinander gleichstrommäßig entkop
pelt. Das in der Verstärkung gesteuerte Eingangssi
gnal ist der Ausgangsklemme 50 entnehmbar. Die Steuer
schaltung 24′ entspricht der in der Fig. 1 darge
stellten Teilschaltung 24. Zum Unterschied zur Schal
tung 24 nach Fig. 1 ist in der Steuerschaltung 24′
nach Fig. 4 der Vorwiderstand 25 in zwei Teile, 25 a
und 25 b, unterteilt und der Verbindungspunkt beider
Widerstände durch einen Kondensator 52 nach Bezugspo
tential abgeblockt. Ferner ist ein Kondensator 53 dem
Widerstand 33 parallelgeschaltet. Beide Kondensatoren
sind so bemessen, daß sie eine Unterdrückung von Stör
signalen im Betriebsfrequenzbereich, die sonst über
die Steuerschaltung 24′ in den zu steuernden Verstär
ker gelangen würden, unterdrückt werden. Solche Stör
signale können sowohl Komponenten des Eingangssignals
als auch Rauschsignalkomponenten sein. Weiter zeigt
die Steuerschaltung 24′ gegenüber dem Schaltungsteil
24 nach Fig. 1 die praktische Ausführungsform der
Stromquelle 34 (Fig. 1), die in Fig. 4 durch eine
Stromspiegelschaltung 34′ ersetzt ist.
Der nicht gestrichelt umrahmte Schaltungsteil 2′ der
Fig. 4 entspricht der in Fig. 2 dargestellten Form
einer Verstärkerschaltung, bestehend aus den Diffe
renzverstärkerstufen 37 und 38.
Diese Verstärkerschaltung weist jedoch gegenüber der
Verstärkerschaltung nach Fig. 2 folgende Änderungen
bzw. Ergänzungen auf. Der Außenwiderstand 48 der
Differenzverstärkerschaltung 38 nach Fig. 2 ist in
der Schaltung nach Fig. 4 aufgeteilt in die Wider
stände 48 a und 48 b. Die Summe der Widerstandswerte
der Widerstände 48 a und 48 b bestimmen den Verstärkungs
grad des Differenzverstärkers 38 und die Größe des
Widerstandes 48 b die Ausgangsimpedanz der Verstärker
schaltung. Der Widerstand 47 nach Fig. 2 ist in der
Schaltung nach Fig. 4 durch eine Stromquelle, beste
hend aus dem Transistor 54 und dem Widerstand 47′,
ersetzt. Die Ergänzung der Verstärkerschaltung nach
Fig. 4 im Vergleich zu der nach Fig. 2 besteht in
der Ausgangsverstärkerstufe mit dem Transistor 55 in
Verbindung mit der Stromquellenschaltung mit dem Tran
sistor 56 und dem Widerstand 57.
Die Spannungsquelle 58 sorgt für ein konstantes Poten
tial für die Basen der Transistoren 54 und 56 sowie
für die Basen der Transistoren des Differenzverstär
kers 37. Die Größe des Widerstandes 48 b ist so bemes
sen, daß der ausgangsseitige differentielle Innenwi
derstand der Schaltung einen vorgegebenen Wert (z. B.
330 Ω) aufweist. Dies ist z. B. von Vorteil, wenn ke
ramische Filter am Ausgang des Verstärkers angeschlos
sen werden, die eine bestimmte eingangsseitige Ab
schlußimpedanz erfordern. Die Potentiale der Spannungs
quellen 58, 30 und 60 sind so bemessen, daß die Span
nungsquelle 58 das niedrigste und die Spannungsquelle
60 das höchste Potential am jeweiligen positiven Pol
der Spannungsquelle aufweist. Die Verstärkung wird
in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 durch eine
der Klemme 49 zugeführte Steuerspannung oder durch
einen Steuerstrom bewirkt. Die Steuerwirkung der Steu
erspannung bzw. des Steuerstromes nach der in Fig. 4
dargestellten Schaltung erfolgt derart, daß mit zu
nehmendem positiven Steuersignal die Verstärkung ex
ponentiell anwächst. Dies entspricht einer "dB linea
ren" Steuerkennlinie, die die Eigenschaft besitzt,
daß eine Steuersignaländerung um einen bestimmten Be
trag für die Verstärkungsänderung und für die Tempe
raturgangbeeinflussung unabhängig von der jeweils an
deren Steuersignaländerung immer die entsprechende,
gleich große relative Verstärkungsänderung bewirkt.
Fig. 5a zeigt die Beschaltung einer erfindungsgemä
ßen, steuerbaren ZF-Verstärkerstufe 61 mit nur einem
Eingang 49 für das zu verstärkende und für das die
Verstärkung steuernde Signal. Die Innenschaltung der
Anordnung 61 entspricht der Schaltung nach Fig. 4.
Das zu verstärkende Signal wird über ein keramisches
Filter 62 und das die Verstärkung steuernde Signal
über den Filterabschlußwiderstand 63 der Klemme 49
der Schaltung 61 zugeführt. Der Kondensator 64 ist
ein Abblockkondensator für die Signalfrequenz. Das in
seiner Verstärkung gesteuerte Signal wird der Aus
gangsklemme 50 entnommen und über das keramische Fil
ter 65 einer nachfolgenden Schaltung (z. B. ZF-Ver
stärker) zugeführt. Die Schaltung für die Steuersi
gnalaufbereitung 66 weist einen Transistor 6, Wider
stände 13 und 14 sowie die Spannungsquelle 15 auf.
Mit dem Schaltungsteil 66 wird sowohl die Verstärkungs
einstellung als auch die Temperaturabhängigkeit zur
Kompensation des Temperaturgangs des Signalübertra
gungssystems bewirkt.
Fig. 5b zeigt eine Ausführungsform der Steuerschal
tung 66′, bei der kein Transistor für die Temperatur
gangkompensation vorgesehen ist und bei der die sta
bilisierte Spannung der Spannungsquelle 58 in Verbin
dung mit einem Potentiometer 67 zur Steuerung der
Verstärkung eingesetzt wird. In Verbindung mit der
Steuerschaltung 24′ nach Fig. 4 bewirkt diese Schal
tung selbst einen Temperaturgang der Verstärkung. Die
ser entsteht dadurch, daß die Basis-Emitterspannung
des Transistors 26 in Fig. 4 mit der Temperatur va
riiert und bei an der Klemme 49 anliegender konstan
ter Steuerspannung der Strom i 1 in Verbindung mit dem
Wert der Widerstände 25 a und 25 b entsprechend vari
iert. Dieser Effekt ist nicht wirksam, wenn, wie in
der Schaltung nach Fig. 5a, die Klemme 49 stromge
steuert wird.
Die Fig. 6 zeigt ein mehrstufiges Signalübertragungs
system nach der Erfindung, welches aus einer Empfän
gereingangsschaltung 1, aus der ersten ZF-Stufe 2 und
dem ZF-Verstärker 3 besteht. Die Empfängereingangs
schaltung besteht bekanntlich aus der Vorstufe und
Mischstufe. Der ZF-Verstärker 3 besteht im allgemei
nen aus mehreren Verstärkerstufen sowie dem Demodula
tor. Die gesteuerte Stufe ist beim Ausführungsbei
spiel der Fig. 1 die erste ZF-Stufe 2.
Die Fig. 7 zeigt die Ansteuerung der gesteuerten
Stufe 2, wobei die Steuerung durch einen Strom i 1 er
folgt. Der Strom i 1 beinhaltet die Stromanteile zur
Steuerung der Verstärkung und der Temperaturgangkom
pensation des gesamten Systems.
Im Gegensatz zur Fig. 7 wird beim Ausführungsbeispiel
der Fig. 8 die Steuerung nicht durch eine Stromquel
le, sondern durch eine Spannungsquelle (u 1) gesteuert.
Die Fig. 9 zeigt die Aufteilung der Stromanteile.
Dabei stellt i T den Stromanteil für die Temperatur
gangkompensation und i S den Stromanteil für die Ver
stärkungssteuerung dar. Die Fig. 10 zeigt in ent
sprechender Weise die Aufteilung der Steuerspannungs
anteile (u T , u S ). In den Fig. 7 bis 10 ist der
Steuereingang 4 und der Signaleingang 5 getrennt.
Die Fig. 11 zeigt die Steuerkennlinie der Stufe 2,
und zwar die Abhängigkeit der Verstärkung V von den
Steuergrößen i 1 bzw. u 1 in halblogarithmischer Dar
stellung. Die Abhängigkeit ist in dieser Darstellungs
weise linear. Die gestrichelte Linie deutet an, daß
auch ein umgekehrter Verlauf realisierbar ist.
Die Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfin
dung, bei dem ein gemeinsamer Eingang 5′ sowohl für
das zu verstärkende Eingangssignal als auch für das
Steuersignal i 1 vorhanden ist. Die anderen Eingänge
(4, 5) entfallen bei diesem Ausführungsbeispiel, so
daß man Eingangsklemmen spart. Dies ist vor allem
dann von Bedeutung, wenn die erfindungsgemäßen Schal
tungen integriert sind.
Die Fig. 13 zeigt das entsprechende Bild für eine
Spannungssteuerung.
Die Fig. 14 zeigt ein Beispiel, wie die beiden Strom
anteile (i T , i S ) erzeugt werden. Zur Erzeugung der
temperaturabhängigen Steuergröße i T ist eine Transi
storschaltung vorgesehen, die aus einem Transistor 6
und einem Widerstand 7 sowie den Spannungsquellen 8
und 9 besteht. Die Funktionsweise dieses Schaltungs
teils beruht darauf, daß der vom Transistor 6 erzeug
te Strom i T temperaturabhängig ist, wobei die Stärke
der Temperaturabhängigkeit von der Größe des Wider
standes 7 und der Spannung der Spannungsquelle 8 ab
hängig ist. Dabei ist es für die Funktion der Tempe
raturgangkompensation vorteilhaft, wenn der Transi
stor 6 nicht mit einer der Baugruppen des Übertra
gungssystems monolithisch integriert ist.
Der Steuerstrom i S zur Steuerung der Verstärkung ist
durch die Stromquelle 10 symbolisiert.
Die Schaltung der Fig. 15 unterscheidet sich von der
Schaltung der Fig. 14 dadurch, daß ein weiterer Wi
derstand 11 vorhanden ist, der die Stromsteuerung in
eine Spannungssteuerung umwandelt. In der Fig. 15
ist auch angedeutet, daß die Spannungsquelle 9 in den
die Verstärkerstufe 2 enthaltenden Baustein integriert
sein kann.
Die Schaltung der Fig. 16 zeigt eine andere Aufbe
reitung der für die Temperaturkompensation und für
die Steuerung der Verstärkung erforderlichen Steuer
größen. Die Erzeugung des temperaturabhängigen Steu
ersignals (u T ) erfolgt beim Ausführungsbeispiel der
Fig. 16 durch die in Verbindung mit der Fig. 15 be
schriebene Transistorschaltung. Die Steuerspannung
für die Steuerung der Verstärkung wird dem Potentio
meter 12 entnommen.
Die Fig. 17 zeigt die Erzeugung der Steuerstroman
teile durch eine Transistorschaltung, wobei der Steu
erstrom für die Änderung der Verstärkung durch diese
Schaltung selbst erzeugt wird. Dies geschieht bei
spielsweise durch Änderung der Spannung der Spannungs
quelle 15.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 18 erfolgt die
Einstellung des Steuerstromes für die Verstärkung
durch Steuerung des Basispotentials des Transistors 6
mittels eines Potentiometers 17.
Wie die Fig. 19 zeigt, kann die Einstellung der Ver
stärkung durch digitale Steuersignale 20, 21 erfol
gen. Dazu ist die Steuerschaltung 19 erforderlich.
Die Steuerschaltung 19 der Fig. 19 besteht gemäß der
Fig. 20 beispielsweise aus dem Transistor 6′, dem
Widerstand 7 und den Vorwiderständen 22 und 23. Zur
Verfeinerung der Verstärkungseinstellung können meh
rere Eingänge (und damit auch mehrere Widerstände)
vorgesehen sein. Die Form der Verstärkungseinstellung
erlaubt z. B. den automatischen Verstärkungsabgleich
über ein Mikroprozessor gesteuertes System.
Claims (5)
1. Mehrstufiges Signalübertragungssystem, dessen Verstärkung
elektronisch einstellbar ist und bei dem ein unerwünschter
Temperatureinfluß auf die Verstärkung kompensiert ist, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Stufe (24) sowohl
die Einstellung der Verstärkung als auch die Temperaturkompen
sation sowie eine Verstärkung bewirkt, daß diese Stufe (24)
einen ersten Transistor (26) aufweist, dessen Basis und Kol
lektor miteinander verbunden sind, daß die Stufe (24) einen
zweiten Transistor (27) aufweist, dessen Basis mit dem Kol
lektor des ersten Transistors (26) verbunden ist, daß die Emit
ter der beiden Transistoren (26, 27) eine Potentialdifferenz
aufweisen, daß diese Potentialdifferenz derart gewählt ist,
daß die Steigung der Verstärkerkennlinie der Stufe (24) temperatur
unabhängig ist, und daß der Stufe (24) außer dem Steuersignal zur
Einstellung der Verstärkung ein temperaturabhängiges Signal
zugeführt ist.
2. Signalübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Spannungsteiler (28, 29)
die gewünschte Potentialdifferenz zwischen den Emittern des
ersten Transistors (26) und des zweiten Transistors (27) erzeugt.
3. Signalübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein Inverter (31, 32) den
Ausgangsstrom des zweiten Transistors (27) invertiert, und
daß das Ausgangssignal des Inverters (31, 32) einem Transistor
(36) zugeführt wird, der die Verstärkerstufe (2) ansteuert.
4. Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Signal und
das die Verstärkereinstellung bewirkende Signal einem gemein
samen Eingang der Stufe (24) zugeführt sind.
5. Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung des zu ver
stärkenden Signals und des die Verstärkung steuernden Signals
ein gemeinsamer Eingang (49) vorgesehen ist.
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