DE3919582A1 - Schaltung zur automatischen verstaerkungsregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Verstärkungsregelung mit einem spannungsgesteuerten Verstärker als Stellglied, einem Pegeldetektor zur Istwerterfassung und einer Spannungsregelschaltung als Regler. Eine derartige Regelschaltung wird z. B. eingesetzt, um Signale, die von einem Magnetkopf gelesen werden, auf einen konstanten Pegel einzuregeln. Im folgenden wird immer wieder auf diese Anwendung Bezug genommen, jedoch ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 zeigt das Grundprinzip einer automatischen Verstärkungsregelung. Einem spannungsgesteuerten Verstärker 2 wird ein Wiedergabesignal S _RS zugeführt, z. B. von einem (nicht dargestellten) Magnetkopf, der eine Magnetplatte oder dergleichen abtastet.

Eine Ausführungsform eines bekannten spannungsgesteuerten Verstärkers ist in Fig. 2 dargestellt. Er weist drei Paare von Transistoren Q 1 und Q 2, Q 3 und Q 4 sowie Q 5 und Q 6 auf, die jeweils in Art einer Differentialverstärkerschaltung miteinander verbunden sind. Die Ausgangsströme der Transistoren Q 1 und Q 2 werden den Emittern der Transistoren Q 3 bzw. Q 4 und den Emittern der Transistoren Q 5 bzw. Q 6 zugeführt, so daß eine Multiplizierschaltung gebildet ist.

Die Emitter der Transistoren Q 1 und Q 2 sind über einen Widerstand 3 miteinander verbunden und an Stromquellen 4 bzw. 5 angeschlossen. Zwischen den beiden Basisanschlüssen dieser Transistoren liegt ein Eingangssignal.

Den Basisanschlüssen der Transistoren Q 3 und Q 4 sowie Q 5 und Q 6 wird eine Regelspannung Vc zugeführt. Lastwiderstände 7 und 8 sind gemeinsam an die Kollektoren der Transistoren Q 3 und Q 5 bzw. Q 4 und Q 6 angeschlossen.

Wenn dann eine Signalquelle 9 mit einer Spannung V _RF zwischen die Basisanschlüsse der Transistoren Q 1 und Q 2 gelegt wird, erzeugt der spannungsgesteuerte Verstärker 2 ein in Fig. 3 dargestelltes Ausgangssignal mit der Verstärkung G an den Lastwiderständen 7 und 8. Die Verstärkung G ist durch die folgende Gleichung gegeben:

wobei R _E der Widerstandswert des Widerstandes 3 und R _L der Widerstandswert der Lastwiderstände 7 und 8 ist.

V _T stellt dabei die Thermospannung der Transistoren Q 1-Q 5 dar. Für diese gilt:

wobei k die Boltzman-Konstante, T die absolute Temperatur und q die Elementarladung ist.

Wenn statt des Signales V _RF von der Signalquelle 9 den Transistoren Q 1 und Q 2 das Wiedergabesignal S _RF zugeführt wird, und wenn die Steuerspannung Vc abhängig vom Pegel des Wiedergabesignals S _RF geregelt wird, kann der spannungsgesteuerte Verstärker 2 ein Ausgangssignal mit vorgegebenem Pegel abgeben.

Dieses Ausgangssignal ist in Fig. 1 mit S₀ bezeichnet. Das Signal wird einem Spitzendetektor 10 zugeführt, der ein Istwertsignal S _P einer Spannungsregelschaltung 11 zuführt.

Die Spannungsregelschaltung 11 erzeugt ein Stellsignal S _C, dessen Pegel sich mit dem Pegel des Istwertsignales S _P ändert. Dieses Stellsignal S _C wird als regelnde Spannung Vc (Fig. 2) dem spannungsgesteuerten Verstärker 2 zugeführt.

Selbst wenn sich der Pegel des Wiedergabesignals S _RF ändert, auch in gepulster Weise, ist es möglich, ein Ausgangssignal S₀ mit vorgegebenem Pegel zu erhalten.

In der Darstellung von Fig. 4A ist angenommen, daß sich das Wiedergabesignal S _RF, wie es von einem Magnetkopf abgegeben wird, impulsförmig von Null aus ändert.

Innerhalb einer Zeitspanne T 1 ist das Wiedergabesignal S _RF auf hohem Pegel. Unterscheidet sich dieser Pegel vom gewünschten Pegel S₀, muß sich die Größe des Stellsignales S _C ändern. Dies erfolgt in einer Zeitspanne ARD, die im folgenden als Arbeitszeitspanne bezeichnet wird. Innerhalb der Arbeitszeitspanne ändert sich die Verstärkung G des spannungsgesteuerten Verstärkers 2 im wesentlichen linear mit der steuernden Spannung Vc (Fig. 2), wodurch das Ausgangssignal S₀ auf einen vorgegebenen Pegel geführt wird, wie in Fig. 3 dargestellt. Innerhalb einer Zeitspanne T 2 ist der Signalpegel des Wiedergabesignales S _RF Null. Das Stellsignal S _C liegt hinter dem Arbeitsbereich ARD in einem Sättigungsbereich ARF, in dem die Verstärkung G sich auch dann nicht ändert, wenn sich die steuernde Spannung Vc ändert.

Dies führt dazu, daß direkt nach dem Übergang des Pegels des Wiedergabesignales S _RF von Null auf einen höheren Wert ein Überschwingen in den Einhüllenden des Ausgangssignales S₀ erfolgt, wie dies in Fig. 4B dargestellt ist. In dieser Zeitspanne geht der Pegel des Stellsignales S _C auf einen vorgegebenen Pegel im Arbeitsbereich ARD ausgehend vom Sättigungsbereich ARF.

Um das genannte Überschwingen zu vermeiden, wurde in der japanischen Patentanmeldung 61-61 570 und 61-61 726 vorgeschlagen, innerhalb der Zeitspanne T 2, in der der Pegel des Wiedergabesignales S _RF Null ist, die Verstärkung G auf einem vorgegebenen Wert zu halten, und zwar durch Halten des Stellsignales S _C auf einem vorgegebenen Wert. Dadurch wird die Einstellzeit, in der der Signalpegel des Wiedergabesignales S _RF von Null aus ansteigt und der Pegel des Ausgangssignales S₀ auf einen vorgegebenen Pegel abfällt, verringert.

Wie beschrieben, wird der Stellwert S _C auf einem vorgegebenen Pegel gehalten, wodurch die Verschiebung des Stellsignales S _C in der Zeitspanne, in der sich der Pegel des Wiedergabesignales ändert, ausreichend verringert wird. Dadurch ist es möglich, eine automatische Verstärkungsregelung mit sehr kurzer Einstellzeit zu erhalten.

Bei einem spannungsgesteuerten Verstärker 2 mit Multiplizierschaltung unterscheidet sich der Arbeitsbereich ARD nur um etwa 50 mV von der Mittenspannung der steuernden Spannung V _C. Es besteht dann das Problem, daß die Verstärkung G nicht auf einem vorgegebenen Wert durch Halten des Stellsignales S _C auf einen vorgegebenen Wert gestellt werden kann. Die vorgeschlagene Maßnahme zum Verkürzen der Einstellzeit kann daher nicht bei einem derartigen Verstärker 2 eingesetzt werden.

In Fig. 5 ist die Schaltung eines anderen spannungsgesteuerten Verstärkers dargestellt, der einen Differentialverstärker 10 A mit fester Verstärkung und einen Differentialverstärker 20 mit einstellbarer Verstärkung in Kaskadenschaltung aufweist. Die Verstärkung wird dadurch eingestellt, daß der Strom in der zweiten Stufe des Differentialverstärkers 20 durch eine steuernde Spannung E _V verändert wird.

Die Schaltung gem. Fig. 5 weist Eingangsanschlüsse 1 A und 2 A für eine brückenartige Schaltung auf. Diesen Anschlüssen wird z. B. ein Videosignal zugeführt. Sie sind mit den Basisanschlüssen eines Paars von npn-Transistoren 11 bzw. 12 verbunden, die ein Differentialverstärker 10 A der ersten Stufe bilden. Die Emitter der npn-Transistoren 11 und 12 sind über weitere npn-Transistoren 13 bzw. 14 geerdet, die als Konstantspannungsquellen dienen. Zwischen den Emittern der Transistoren 11 A und 12 liegt ein Widerstand 15. Die Kollektoren der Transistoren 11 A und 12 sind über diodenartig miteinander verbundene npn-Transistoren 17 und 18 und einen gemeinsamen Widerstand 17 an einen Anschluß A angeschlossen, dem eine Spannung Vcc zugeführt wird.

Die Kollektoren der Transistoren 11 A und 12 des Differentialverstärkers 10 A sind direkt mit den Basisanschlüssen eines Paars von npn-Transistoren 21 bzw. 22 verbunden, die die zweite Stufe der Schaltung, also den Differentialverstärker 20 mit einstellbarer Verstärkung, bilden. Die am Anschluß A zugeführte Spannung Vcc wird den Kollektoren der Transistoren 21 und 22 über Lastwiderstände 23 bzw. 24 zugeführt. Die Emitter der Transistoren 21 und 22 sind über einen Transistor 25 geerdet, der als gemeinsame Konstantstromquelle dient. Ähnlich sind die Emitter eines Paars von Transistoren 27 und 28 über einen Transistor 26 geerdet, der ebenfalls als gemeinsame Konstantstromquelle dient. Eine gemeinsame Konstantspannungsquelle 29 ist an die Basisanschlüsse der Transistoren 27 und 28 angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren 27 und 28 stehen mit den Kollektoren der Transistoren 21 bzw. 22 in Verbindung, wodurch Verbindungspunkte B bzw. C geschaffen sind. Von diesen ausgehend führen Leitungen zu Anschlüssen 3 A bzw. 4 A. Die Fläche jedes der Transistoren 25 und 26 ist doppelt so groß wie die Fläche jedes der Transistoren 21, 22 und 27, 28.

Einem pnp-Transistor 32, der diodenartig mit dem Anschluß A verbunden ist, wird Strom von einer geerdeten Referenz-Konstantstromquelle 31 zugeführt. Dieser Transistor 32, ein weiterer pnp-Transistor 33, der mit dem ersteren in Form einer Stromspiegelschaltung verbunden ist, und ein npn-Transistor 34, der diodenartig angeschlossen ist, liegen in Reihe zwischen dem Anschluß A und Erde. Der Transistor 34 ist in Form einer Stromspiegelschaltung an die Transistoren 13 und 14 angeschlossen, die den Differentialverstärker 10 A bilden, um eine Konstantstromschaltung zu bilden.

Die Schaltung gemäß Fig. 5 weist noch eine Konstantstromschaltung 40 auf. In dieser sind pnp-Transistoren 41 und 42 vorhanden, deren Emitter mit dem Anschluß A über pnp-Transistoren 43 bzw. 44 verbunden sind, die jeweils als Konstantstromquelle dienen. Zwischen den Emittern der Transistoren 41 und 42 liegt ein Widerstand 45. Eine einstellbare Steuerspannungsquelle E _V ist an einen Steueranschluß 5 A angeschlossen, der mit der Basis des Transistors 41 verbunden ist. Entsprechend ist eine Konstantspannungsquelle 46 an die Basis des Transistors 42 angeschlossen. Die Kollektoren der pnp-Transistoren 41 und 42 sind über npn-Transistoren 47 bzw. 48, die diodenartig geschaltet sind, geerdet. Die Kollektoren sind weiterhin mit den Basisanschlüssen der Transistoren 25 und 26 verbunden, die zum Differentialverstärker 20 gehören. Die Transistoren 43 und 44 sind mit dem diodenartig angeschlossenen Transistor 32 in Form einer Stromspiegelschaltung verbunden.

Die Transistoren 13 und 14 im ersten Differentialverstärker 10 A sind an den Transistor 32 über Transistoren 34 und 33 in Form einer doppelten Stromspiegelschaltung angeschlossen. Durch die Transistoren 13 und 14 fließt ein konstanter Referenzstrom I₀, der von der Konstantstromquelle 31 geliefert wird.

Wenn die Steuerspannung E _V am Anschluß 5 A und die Spannung von der Spannungsquelle 46 gleich groß sind, sind die Kollektorströme I₄₁ und I₄₂ der Transistoren 41 bzw. 42 so groß wie der Referenzkonstantstrom, wie er von der Konstantstromquelle 31 geliefert wird, d. h. I₄₁ = I₄₂ = I₀. In diesem Fall liefern die Transistoren 26 und 25 im zweiten Differentialverstärker 20, der eine Stromspiegelschaltung zu den Transistoren 47 und 48 liefert, Kollektorströme I₂₆ = I₂₅ = 2I₀.

Die Kollektorströme I₄₁ und I₄₂ der Transistoren 41 bzw. 42 in der Stromregelschaltung 40 ändern sich mit der Steuerspannung E _V, wodurch sich die Kollektorströme I₂₅ und I₂₆ der Konstantstromquellentransistoren 26 bzw. 25 im Differentialverstärker 20 entsprechend ändern.

Die Widerstandswerte der Lasttransistoren 23 und 24 im Differentialverstärker 20 seien R₂₃ = R₂₄ = R₂₀. Der Widerstandswert des Widerstands im ersten Differentialverstärker 10 A sei R₁₅. Dann ergibt sich die Verstärkung G für die Spannung an den Ausgangsanschlüssen 3 A, 4 A, bezogen auf die Spannung an den Eingangsanschlüssen 1 A, 2 A durch die folgende Gleichung (3):

Änderungen in Gleichspannungskomponenten durch Änderungen des Arbeitsstromes I₂₅ im Transistorpaar 21, 22 werden durch entsprechende Änderungen von Gleichspannungskomponenten in umgekehrter Richtung durch den Arbeitsstrom I₂₆ durch das andere Transistorpaar 27, 28 aufgehoben. Dadurch kann der Gleichspannungspegel an den Ausgangsanschlüssen 3 A und 4 A konstant gehalten werden.

Im ersten Differentialverstärker 10 A und in der Stromregelschaltung 14 sind die Widerstände 15 bzw. 45 zwischen die Emitter der Transistoren 11 A, 12 bzw. 41, 42 geschaltet, so daß die Linearität und der Dynamikbereich des spannungsgeregelten Verstärkers gegenüber demjenigen Fall verbessert sind, in dem die Emitter der Transistoren direkt miteinander verbunden sind.

Im bekannten spannungsgesteuerten Verstärker gemäß Fig. 5 bilden die Transistoren 13 und 14 im ersten Differentialverstärker 10 A zusammen mit den Transistoren 32-34 eine doppelte Stromspiegelschaltung, wodurch ein Konstantstrom entsprechend dem Referenzstrom der Konstantstromquelle 31 fließt. Die Transistoren 25 und 26 im zweiten Differentialverstärker 20 bilden in ähnlicher Weise eine doppelte Stromspiegelschaltung, da die Transistoren 43, 47 und 44, 48 zwischen die Transistoren 25, 26 und den Transistor 32 geschaltet sind.

Da die pnp-Transistoren 41 und 42 in der mittleren Stufe der doppelten Stromspiegelschaltung liegen, beeinflussen Charakteristiken, wie z. B .h _FE und dergleichen dieser beiden Transistoren die Arbeitsströme I₂₅ und I₂₆ der Transistorpaare 21, 22 bzw. 27, 28 des Differentialverstärkers 20, wodurch sich die Verstärkung G ändert.

Wenn sich der Wert h _FE für die Transistoren 41 und 42 z. B. von einem mittleren Wert 60 zu einem minimalen Wert 20 ändert, ändert sich die Verstärkung G um 0,4 dB. Eine Toleranz von z. B. 0,5 dB ist daher kaum möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Verstärkungsregelung anzugeben, die eine kurze Anstiegszeit selbst dann aufweist, wenn ein spannungsgesteuerter Verstärker mit Multiplizierschaltung verwendet wird.

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße automatische Verstärkungsregelung zeichnet sich durch eine Spannungsregelschaltung mit zwei Eingängen aus, denen beiden Referenzspannungen zugeführt werden. Der erste Anschluß erhält darüber hinaus den Pegelistwert der einzuregelnden Spannung zugeführt. Fällt dieser Wert unter einen vorgegebenen Wert, wird die am ersten Anschluß zugeführte Konstantspannung weiterverarbeitet. Dies führt zu sehr kurzer Anstiegszeit und hat darüber hinaus den Vorteil, daß die vorgegebene Verstärkung sehr stabil eingehalten wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Fig. 6 und 7 veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Fig. 1-5 zum Stand der Technik wurden bereits ausführlich beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer automatischen Verstärkungsregelung;

Fig. 2 einen herkömmlichen spannungsgesteuerten Verstärker;

Fig. 3 eine graphische Darstellung zum Erläutern der Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der Schaltung gemäß Fig. 2;

Fig. 4A und 4B Signalformen des Eingangssignals bzw. des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Verstärkers gemäß Fig. 2;

Fig. 5 ein Schaltbild eines anderen bekannten spannungsgesteuerten Verstärkers;

Fig. 6 ein Schaltbild einer automatischen Verstärkungsregelung mit Konstantspannungsquellen an zwei Anschlüssen, wobei Kostantstromquellen schematisch dargestellt sind; und

Fig. 7 ein Schaltbild ähnlich dem von Fig. 6, jedoch mit detaillierter Schaltungsdarstellung.

Teile der Schaltung von Fig. 6, die solchen der Schaltung von Fig. 2 entsprechen, sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen und werden im folgenden nicht mehr näher erläutert. Die automatische Verstärkungsregelung 120 gemäß Fig. 6 ist insgesamt als integrierte Schaltung ausgebildet. Das Istwertsignal S _P von einem Spitzenwertdetektor 10 wird einem Transistor Q 111 in einer Spannungsregelschaltung 121 zugeführt. Der Transistor Q 111 bildet zusammen mit einem Transistor Q 112 einen Differentialverstärker. Die Kollektorspannungen der beiden Transistoren werden dem spannungsgesteuerten Verstärker 2 Vc zugeführt.

Die Emitter der Transistoren Q 111 und Q 112 sind über Widerstände 122 und 123 an eine Konstantstromquelle 124 angeschlossen, während die Kollektoren über Lastwiderstände 125 bzw. 126 an einen Transistor 113 angeschlossen sind. Dessen Basis erhält von einer Referenzspannungsquelle 128 eine Referenzspannung V _REF, wodurch seine Emitterspannung auf einer Spannung gehalten wird, die durch die Referenzspannung bestimmt ist. Diese Spannung kann als V _REF - V _{BE 3} bezeichnet werden, wobei V _{BE 3} die Basis-Emitterspannung des Emitters Q 113 ist.

Die Basis des Transistors Q 112 ist über einen Transistor Q 114 diodenartig mit dem Emitter eines Transistors Q 115 und darüber hinaus mit einer Konstantstromquelle 129 verbunden.

Der Transistor Q 115 ist mit der Konstantspannungsquelle 128 ähnlich wie der Transistor Q 113 verbunden, wodurch die Basisspannung V _{B 2} des Transistors Q 112 auf dem Wert V _REF - V _{BE 4} - V _{BE 5} gehalten wird, wobei die Spannungen V _{BE 4} und V _{BE 5} die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren Q 114 bzw. Q 115 sind.

Die Konstantspannungsquelle 129 bildet zusammen mit den Transistoren Q 114 und Q 115 sowie der Referenzspannungsquelle 128 eine zweite Konstantstromquelle, die eine Spannung V _{B 2} am zweiten Eingangsanschluß eines Differentialverstärkers auf einem vorgegebenen Wert hält. Der Differentialverstärker ist durch die Transistoren Q 111 und Q 112, die Widerstände 122, 123, 125 und 126 sowie durch die Konstantstromquelle 124 gegeben.

Die Steuerspannung Vc ist auf eine Differenzspannung bezogen, wie sie zwischen dem Signalpegel des Istsignales S _P gemäß der Basisspannung V _{B 1} des Transistors Q 111 und der Basisspannung V _{B 2} am Transistor Q 112 besteht. Sie ist durch die folgende Gleichung (4) gegeben:

Aus Gleichung (4) folgt, daß dann, wenn das Wiedergabesignal S _RF Statt des Signals von der Signalquelle 9 an die Basisanschlüsse der Transistoren Q 1 und Q 2 gelegt wird, ein Ausgangssignal S₀ an den Lasttransistoren 7 und 8 abfällt, das auf den vorgegebenen Signalpegel korrigiert ist.

Darüber hinaus ist die Basis des Transistors Q 111 mit einem Transistor Q 119 und diodenartig mit dem Emitter des Transistors Q 113 und einer Konstantspannungsquelle 130 verbunden und sie ist direkt an eine Konstantstromquelle 131 angeschlossen.

Die Emitterspannung des Transistors Q 113 wird auf dem Wert V _REF - V _{BE 3} gehalten, der durch die Referenzspannung V _REF bestimmt ist, so daß der Transistor Q 119 abgeschaltet wird, wenn der Pegel des Istsignales S _P höher ist als eine Spannung, die um den Wert V _REF - V _{BE 3} gegenüber der Basis-Emitter-Spannung V _{BE 9} des Transistors Q 119 erniedrigt ist. Infolgedessen ändert sich die Basisspannung V _{B 1} des Transistors Q 111 mit dem Pegel des Istsignales S _P, wodurch ein Ausgangssignal S₀ erhalten wird, dessen Pegel einem vorgegebenen Wert entspricht.

Wenn andererseits der Pegel des Istsignales S _P erniedrigt wird, schaltet der Transistor Q 119 durch und die Basisspannung V _{B 1} des Transistors Q 111 wird auf einem Spannungswert V _REF - V _{BE 3} - V _{BE 9} gehalten, der durch die Referenzspannung V _REF bestimmt ist.

Die Konstantstromquelle 130 bildet zusammen mit den Transistoren Q 113, Q 119, der Konstantstromquelle 131 und der Referenzspannungsquelle 128 eine erste Stromquelle. Diese dient dazu, die Spannung V _{B 1} am ersten Eingang des Differentialverstärkers aus den Transistoren Q 111 und Q 112, den Widerständen 122, 123 125 und 126 und der Konstantstromquelle 124 vom Pegel des Istsignales S _P auf den vorgegebenen Pegel zu schalten, abhängig vom Pegel des Istsignales S _P.

Durch die Transistoren Q 119 und Q 114, die mit den Basisanschlüssen der Transistoren Q 111 bzw. Q 112 verbunden sind, fließen dieselben Ströme mit dem Wert I₁. Wenn man annimmt, daß die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren Q 119 und Q 114 miteinander übereinstimmen, dann besteht zwischen den Basisanschlüssen der Transistoren Q 111 und Q 112 eine Differenzspannung, die durch die folgende Gleichung gegeben ist:

V _{B 1} - V _{B 2} = (V _REF - V _{BE 3} - V _{BE 9})

- (V _REF - V _{BE 5} - V _{BE 4})

= V _{BE 5} - V _{BE 3} (5)

Die Basis-Emitter-Spannungen V _{BE 3} und V _{BE 5} der Transistoren Q 113 bzw. Q 115 hängen proportional von den jeweiligen Emitterströmen ab. Durch die Transistoren Q 113 und Q 115 fließen die Ströme I₂, I₃ und I₁ der Konstantstromquellen 124, 130 bzw. 131 und der Strom I₁ der Konstantstromquelle 129. Dies führt zu den folgenden Gleichungen:

wobei I _S der umgekehrte Sättigungsstrom durch die Transistoren Q 113 und Q 115 ist. Durch Einsetzen obiger Gleichungen (6) und (7) in Gleichung (4) ergibt sich:

Wenn der Pegel des Istsignals S _P erniedrigt wird, ergibt sich der Verstärkungsfaktor G des spannungsgesteuerten Verstärkers 2 durch die folgende Gleichung, die man durch Einsetzen von Gleichung (8) in Gleichung (1) erhält:

I = I₁ + I₂ + I₃ (10)

Wenn man annimmt, daß die Widerstandswerte der Emitterwiderstände 122 und 123 jeweils R _{E 1} sind und die Widerstandswerte der Lastwiderstände 125 und 126 jeweils R _{L 1} sind, wird die Verstärkung G auf dem folgenden Wert gehalten:

Wenn die Referenzspannung V _REF abhängig vom Pegel des Istsignales S _P gewählt wird, erzeugt der spannungsgeregelte Verstärker 2 ein Ausgangssignal S₀ mit vorgegebenem Pegel während der Zeitspanne T 1 (Fig. 4), in der der Signalpegel des Wiedergabesignales S _RF zunächst ansteigt und dann auf hohem Wert bleibt. In der Zeitspanne T 2, in der der Pegel des genannten Signales zunächst abfällt und dann auf tiefem Wert bleibt, erzeugt der spannungsgesteuerte Verstärker 2 ein Ausgangssignal S₀, das mit der Verstärkung G gemäß Gleichung (11) verstärkt ist.

Wenn also die Ströme I₂ oder I₃ der Konstantstromquellen 124 oder 130 relativ zum Strom I₁ der Konstantstromquellen 129 und 131 auf Grundlage von Gleichung (8) gewählt werden, kann die Verstärkung G des spannungsgesteuerten Verstärkers 2 während der Zeitspanne T 2, in der der Signalpegel des Wiedergabesignals S _RF niedrig ist, auf einem gewünschten Wert gehalten werden.

Der Pegel des Stellsignales S _C wird dadurch auf einem vorgegebenen Pegel gehalten, daß die Ströme der Konstantstromquellen 124, 129, 130 und 131 in einem vorgegebenen Verhältnis gehalten werden. Durch das Verhältnis wird auch die Verstärkung bestimmt. Wenn dann der Pegel des Wiedergabesignales S _RF absinkt, kann der spannungsgesteuerte Verstärker 2 mit Multiplizierschaltungsaufbau seine Verstärkung mit hoher Genauigkeit auf dem gewünschten Wert halten. Die automatische Verstärkungsregelung 20 weist verringerte Anstiegszeit auf.

Die integrierte Schaltung liefert das Stromverhältnis für die Konstantstromquelle mit hoher Genauigkeit. Daher ist es möglich, die Verstärkung der automatischen Verstärkungsregelung 120 mit sehr hoher Genauigkeit einzuhalten.

Dadurch, daß die automatische Verstärkungsregelung 120 während der Zeitspanne T 2, in der das Wiedergabesignal S _RF auf niedrigem Pegel liegt, auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird, ist es möglich, die Auswirkung eines Rauschsignals, das in die Signalverarbeitungsschaltung gelangt, zu erniedrigen. Dies verhindert Fehlfunktionen des Magnetplattengeräts.

Bei der beschriebenen Schaltung wird der Transistor Q 119 in der Zeitspanne T 1 (siehe Fig. 4A und zugehörige Beschreibung) ausgeschaltet, wodurch das Differenzsignal zwischen dem Pegel des Istsignales S _P und der Basisspannung V _{B 2} des Transistors Q 112, bestimmt durch die Referenzspannung V _REF, verstärkt wird, um das Stellsignal S _C zu erzeugen. Die Verstärkung des spannungsgesteuerten Verstärkers 2 wird dementsprechend auf Grundlage des Stellsignales S _C gesteuert.

In der Zeitspanne T 2 ist der Transistor Q 119 durchgeschaltet, wodurch die Differenzspannung zwischen den Emitterspannungen der Transistoren Q 113 und Q 115 den Transistoren Q 111 und Q 112 zugeführt wird.

Da die Differenzspannung den Emitterströmen der Transistoren Q 113 und Q 115 proportional ist, ändert sie sich mit den Strömen der Konstantstromquellen 124, 130 und 131 relativ zum Strom von der Konstantstromquelle 129. Dadurch ist die Verstärkung durch die Ströme der Konstantstromquellen 124, 129, 130 und 131 bestimmt.

In der Zeitspanne T 1 ist die Verstärkung des spannungsgesteuerten Verstärkers 2 also durch die Ströme der Konstantstromquellen 124, 129, 130 und 131 bestimmt und wird dadurch mit hoher Genauigkeit gehalten. Dadurch kann selbst bei Verwenden eines spannungsgesteuerten Verstärkers mit Multiplizierschaltungsaufbau die Anstiegszeit verringert werden.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Widerstände 125 und 126 und der Transistor Q 119 mit dem Transistor Q 113 und der Konstantstromquelle 130 wie oben beschrieben. Es sind jedoch viele Schaltungsabänderungen möglich. So können die Widerstände 125 und 126 direkt mit der Spannungsquelle statt mit den Transistoren Q 113 und der Konstantstromquelle 130 und gesondert mit einer vorgegebenen Referenzspannungsquelle verbunden sein. Die Basis-Emitter-Spannung V _{BE 3} des Transistors Q 113 ist dann auf einen Wert festgelegt, der durch die Konstantstromquellen 130 und 131 bestimmt wird.

Beim Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, daß die Istwerterfassung mit Hilfe eines Spitzenwertdetektors erfolgt. Es kann aber auch eine andere Istwerterfassung erfolgen, z. B. mit Hilfe des Mittelwerts des Ausgangssignales des spannungsgesteuerten Verstärkers.

Das Ausführungsbeispiel betrifft eine automatische Verstärkungsregelung im engeren Sinn, d. h. eine Schaltung zum Einstellen eines gewünschten Spannungspegels in einem Rückkopplungsverfahren. Es kann jedoch auch eine reine Steuerung durch den spannungsgesteuerten Verstärker erfolgen.

Beim Ausführungsbeispiel hat der spannungsgesteuerte Verstärker Multiplizierschaltungsaufbau. Das beschriebene Prinzip ist jedoch nicht auf die oben angegebene Verstärkungsschaltung begrenzt, sondern es kann bei vielen Arten von automatischen Spannungsregelungen eingesetzt werden. Eine Verstärkerschaltung mit einstellbarer Verstärkung, die das Prinzip anwendet, wird weiter unten beschrieben.

Beim Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, daß das Wiedergabesignal von einem Magnetplattengerät herrührt. Es kann jedoch von einer beliebigen elektronischen Anordnung herrühren.

Die Verstärkung kann dadurch auf sehr genauem Wert gehalten werden, daß sie von den Strömen abhängt, wie sie von Konstantstromquellen geliefert wird. Dadurch kann die Anstiegszeit auch dann verringert werden, wenn der spannungsgesteuerte Verstärker Multiplizierschaltungsaufbau hat.

Ein genaueres Ausführungsbeispiel einer Verstärkungsschaltung mit einstellbarer Verstärkung wird im folgenden anhand von Fig. 5 erläutert. Teile, die solchen entsprechen, die anhand von Fig. 5 erläutert wurden, tragen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 5 und werden nicht mehr näher erläutert.

Die Schaltung gemäß Fig. 7 weist als erste Stufe einen Differentialverstärker 10 B auf, in dem die Emitter der Transistoren 10 A und 12 über Paare von Konstantstromquellen 13 A, 13 B bzw. 14 A, 14 B geerdet sind. Die Fläche jedes der Transistoren 13 A und 14 B ist halb so groß wie diejenige der Transistoren 13 und 14 in Fig. 5. Die Transistoren 13 A und 14 B sind gemeinsam an einen Transistor 25 des folgenden Verstärkers 20 angeschlossen, und sie sind auch mit einem Transistor 48 einer Stromregelschaltung 40 diodenartig verbunden, wodurch eine Stromspiegelschaltung gebildet ist. Ähnlich sind die Transistoren 13 B und 14 A gemeinsam an einen Transistor 26 des folgenden Verstärkers 20 angeschlossen, und sie sind diodenartig mit einem Transistor 47 der Stromregelschaltung 40 verbunden, wodurch ebenfalls eine Stromspiegelschaltung gebildet ist. Andere Schaltungsteile sind entsprechend denen der Schaltung von Fig. 5 aufgebaut.

Die Schaltung gemäß Fig. 7 arbeitet wie folgt.

Die Kollektorströme I₄₁ und I₄₂ der Transistoren 41 und 42 in der Stromregelschaltung 40 ändern sich mit der Steuerspannung E _V wie oben beschrieben. Der Konstantstrom I₄₂/2 fließt durch die Transistoren 13 A und 14 B des ersten Differentialverstärkers 10 D und der Konstantstrom I₄₁/2 fließt durch die Transistoren 13 B und 14 A, so daß die Kollektorströme I₁₁ und I₁₂ der Transistoren 11 A bzw. 12, die die Eingangssignale erhalten, dem Mittelwert der Kollektorströme der Transistoren 41 und 42 in der Stromregelschaltung 40 entsprechen, welche Werte dem Referenzstrom I₀ der Konstantstromquelle 31 gleich werden, wie durch folgende Gleichung (12) beschrieben:

I₁₁ = I₁₂ = (I₄₁ + I₄₂)/2 = I₀ (12)

Bei dieser Ausführungsform liegt die Verstärkung des ersten Differentialverstärkers 10 D und die zugehörigen Konstantströme der Konstantstromquellentransistorpaare 13 A, 13 B sowie 14 A, 14 B geben die Charakteristiken der Transistoren 41 und 42 der Stromregelschaltung 40 ähnlich wieder, wie die Konstantstromquellentransistoren 25 und 26 des nächsten Verstärkers 20, so daß selbst dann, wenn sich h _FE im Bereich zwischen 60 und 20 ändert, die Änderung der Verstärkung G bei z. B. weniger als 0,1 dB liegt.

Bei dieser Ausführungsform hängt also die Verstärkung nicht vom Wert h _FE der Differentialverstärkertransistoren 41 und 42 der Stromregelschaltung 40 ab. Auch wenn sich der Wert h _FE temperaturabhängig ändert, führt dies zu keiner temperaturabhängigen Verstärkungsänderung.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Widerstände 15 und 45 zwischen die Emitter der Differentialverstärkertransistoren 11 A und 12 im Verstärker 10 D der ersten Stufe bzw. die Emitter der Differentialverstärkertransistoren 41 und 42 in der Stromregelschaltung 40 geschaltet. Der Verstärker 10 D und die Stromregelschaltung 40 können jedoch auch einen grundsätzlichen Differentialverstärkeraufbau aufweisen, bei dem die Emitter der Transistoren 11, 12 bzw. 41, 42 jeweils direkt miteinander verbunden sind.

Beim geschilderten Prinzip werden zwei in Kaskade geschaltete Differentialverstärker verwendet, wobei die Verstärkung des zweiten Verstärkers dadurch eingestellt wird, daß einer der Kontrollströme verwendet wird, der durch die variable Steuerspannung verändert wird. Die Stromwerte der Konstantstromquellen des ersten Differentialverstärkers sind der Summe des Paars von Steuerströmen gleich. Dadurch hängt die Verstärkung nicht von Charakteristiken von Transistoren in der Stromregelschaltung ab, die den Steuerstrom erzeugt. Die Gesamtverstärkung ist dadurch sehr effektiv stabilisiert.

Der spannungsgesteuerte Verstärker 2 in Fig. 6 kann durch denjenigen gemäß Fig. 7 ersetzt sein. Dazu werden die Kollektorsignale vom Transistorpaar Q 111 und Q 112 des Differentialverstärkers von Fig. 6 an die Basisanschlüsse des pnp-Transistorpaars 41, 42 der Stromquelle von Fig. 7 gelegt. In diesem Fall ist eine Gleichstromeinstellschaltung, z. B. ein Emitterfolger, zwischen die Kollektoren der Transistoren Q 111, Q 112 und die Basisanschlüsse der Transistoren 41, 42 geschaltet.

Claims (8)

1. Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung mit

• - einem spannungsgesteuerten Verstärker (2),
• - einem Pegeldetektor (10), der den Istwert der zu regelnden Spannung erfaßt, und
• - einer Spannungsregelschaltung (11), die die Verstärkung des spannungsgesteuerten Verstärkers abhängig vom gemessenen Istwert verstellt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Spannungsregelschaltung folgende Funktionsgruppen aufweist:
  • -- einen Differentialverstärker mit zwei Eingängen, von denen dem ersten der genannte Istwert zugeführt wird,
  • -- eine erste Bezugsspannungsquelle, deren Ausgangssignal ebenfalls an den ersten Anschluß des Differentialverstärkers so gelegt wird, daß dieser das Signal von der Referenzspannungsquelle erhält, wenn das Istwertsignal unter einen vorgegebenen Wert fällt, und
  • --eine zweite Referenzspannungsquelle, die dem zweiten Eingangsanschluß des Differentialverstärkers eine Referenzspannung zuführt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Referenzspannungsquellen mit Hilfe von Stromquellen gebildet sind.

3. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialverstärker ein Paar npn-Transistoren aufweist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal zum Einstellen der Verstärkung des spannungsgesteuerten Verstärkers von einem Kollektor des Transistorpaars abgegeben wird.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte Verstärker folgende Funktionsgruppen aufweist:

• - einen ersten Differentialverstärker mit zwei Transistoren und einer ersten Konstantstromquelle,
• - einen zweiten Differentialverstärker mit zwei weiteren Transistoren und einer zweiten Konstantstromquelle, der mit dem ersten Differentialverstärker verbunden ist, und der ein Ausgangssignal an den Pegeldetektor ausgibt,
• - eine Stromsteuerschaltung mit zwei weiteren, in Form eines Differentialverstärkers miteinander verbundenen Transistoren, wobei die Basiselektrode mindestens einer der beiden Transistoren an den Ausgangsanschluß der Spannungsregelschaltung angeschlossen ist, um erste und zweite Steuerströme zu erzeugen,
• - wobei der Strom von der ersten Konstantstromquelle der Summe der eben genannten Steuerströme entspricht, und dies auch für den Strom von der zweiten Konstantstromquelle gilt, wodurch die Verstärkung des zweiten Differentialverstärkers eingestellt wird.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Konstantstromquelle zwei Differentialverstärker enthält.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektroden der beiden Differentialverstärker miteinander verbunden sind.