DE2741435C2 - - Google Patents

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DE2741435C2
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    • H03D1/2227Decoders for simultaneous demodulation and decoding of signals composed of a sum-signal and a suppressed carrier, amplitude modulated by a difference signal, e.g. stereocoders using switches for the decoding

Description

Die Erfindung betrifft eine Differentialverstärkerschaltung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Differentialverstärkerschaltung ist durch die DE-OS 26 45 774 bekannt und wird anhand der Fig. 1 und 2 noch im einzelnen erläutert. Wie aus dieser Beschreibung hervorgeht, wird hierbei die Stomabweichung zwischen den linken und rechten Ausgangssignalen auf einige 10 µA verringert, was jedoch nicht ausreichend ist, wenn der Stereosignal- Demodulator einen Sperrkreis zur Geräuschunterdrückung enthält. Eine Stromabweichung in dieser Größenordnung würde nämlich beim Ein- und Ausschaltvorgang eine erhebliche Störung erzeugen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Differentialverstärkerschaltung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszubilden, daß ein Störstrom an den Ausgängen minimiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 4 beispielsweise erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild eines Stereodemodulators entsprechend der DE-OS 26 45 774,
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild der Schaltung in Fig. 1 zur Erläuterung der Demodulationstheorie der Schaltung in Fig. 1, und
Fig. 3 und 4 Schaltbilder der Differentialverstärkerschaltung gemäß der Erfindung.
Anhand der Fig. 1 wird zunächst ein Beispiel eines Stereodemodulators gemäß DE-OS 26 45 774 beschrieben.
In Fig. 1 ist 1 ein Eingang, auf den ein Stereosignalgemisch gegeben wird, 2 a und 2 b sind Eingänge, auf die ein Hilfsträgersignal von 38 kHz gegeben wird, 3 L und 3 R sind Ausgänge, an denen demodulierte Stereoausgangssignale bzw. linke und rechte Tonsignale auftreten, und 4 ist ein Spannungsquellenanschluß, der mit einer Spannungsquelle +B verbunden ist.
Ein erster und ein zweiter Differentialverstärker 6 bzw. 7 auf die das Stereosignalgemisch vom Eingang 1 gegeben wird, sind vorgesehen. Außerdem ist ein Vervielfacherkreis 10 vorgesehen, der aus einem dritten und vierten Differentialverstärker 8 und 9 gebildet ist und dem das Hilfsträgersignal und das Stereosignalgemisch vom ersten Differentialverstärker 6 zur Vervielfachung zugeführt wird, sowie eine Stromspiegelschaltung 23.
Der erste Differentialverstärker 6 enthält Transistoren Q 1, Q 2 zur Verfügung und eine Transistoranordnung Q 3 zur Erzeugung eines konstanten Stromes. Die Emitter der Transistoren Q 1, Q 2 sind miteinander über einen Widerstand 36 verbunden, um die Linearität zu verbessern. Die Transistoranordnung Q 3 besteht aus Transistoren Q 3 a und Q 3 b, deren Kollektoren mit den Emittern von Q 1 und Q 2 verbunden sind und deren Emitter über Widerstände 43 und 44 an Masse liegen.
Der zweite Differentialverstärker 7 besteht aus Transistoren Q 4, Q 5 zur Verstärkung und einer Transistoranordnung Q 6 zur Erzeugung eines konstanten Stromes. Um die Linearität zu verbessern, sind die Emitter der Transistoren Q 4, Q 5 über einen Widerstand 37 verbunden, dessen Widerstandswert gleich dem des Widerstandes 36 ist. Die Transistoranordnung Q 6 besteht aus Transistoren Q 6 a und Q 6 b, deren Kollektoren mit den Emittern von Q 4 und Q 5 verbunden sind und deren Emitter über Widerstände 45 und 46 an Masse liegen, deren Widerstandswerte gleich denen der Widerstände 43 und 44 gewählt sind.
Der Vervielfacherkreis 10 besteht aus einem dritten und vierten Differentialverstärker 8 und 9. Der dritte Differentialverstärker 8 besteht aus zwei Transistoren Q 7 und Q 8 zur Verstärkung, während der vierte Differentialverstärker 9 zwei Transistoren Q 9 und Q 10 zur Verstärkung enthält. Dem dritten und vierten Differentialverstärker 8 und 9 werden das Hilfsträgersignal von 38 kHz als symmetrisches Eingangssignal von den Eingängen 2 a und 2 b zugeführt. Der Vervielfacherkreis 10 ist zu den Kollektoren der Transistoren Q 1 und Q 2 des ersten Differentialverstärkers 6 in Reihe geschaltet. Die Kollektoren von Q 7 und Q 9 sind über einen Lastwiderstand 20 mit einer Spannungsquelle E 3 verbunden, während die Kollektoren von Q 8 und Q 10 über einen Lastwiderstand 21 mit der Spannungsquelle E 3 verbunden sind. Der Widerstandswert des Widerstandes 20 ist gleich dem des Widerstandes 21 gewählt. Der linke Tonsignalausgang 3 L ist von dem Verbindungspunkt zwischen den Kollektoren von Q 7 und Q 9 herausgeführt, während der rechte Tonsignalausgang 3 R von dem Verbindungspunkt zwischen den Kollektoren Q 8 und Q 10 herausgeführt ist. Die Stromspiegelschaltung 23 besteht aus Transistoren Q 11 und Q 12, die zu den Kollektoren der Transistoren Q 7 bis Q 10 des dritten und vierten Differentialverstärkers 8 und 9 in Reihe geschaltet sind, und aus Transistoren Q 13 und Q 14, die zum Kollektor 4 des zweiten Differentialverstärkers 7 in Reihe geschaltet sind. Die Kollektoren von Q 7 und Q 9 sind mit dem Kollektor von Q 11 verbunden, dessen Emitter über einen Emitterwiderstand 38 zur Stromrückkopplung mit dem Spannungsquellenanschluß 4 verbunden ist; die Kollektoren von Q 8 und Q 10 sind mit dem Kollektor von Q 12 verbunden, dessen Emitter über einen Emitterwiderstand 39 zur Stromrückkopplung mit dem Spannungsquellenanschluß 4 verbunden ist; der Kollektor von Q 4 ist mit dem Kollektor von Q 14 und der Basis von Q 13 verbunden. Der Emitter von Q 14 ist mit dem Spannungsquellenanschluß 4 über einen Emitterwiderstand 40 zur Stromrückkopplung verbunden, der Kollektor von Q 13 liegt an Masse, und der Emitter von Q 13 ist mit der Basis von Q 14 und den Basen von Q 11 und Q 12 verbunden. Die Widerstandswerte der Widerstände 38 bis 40 sind gleich gewählt. Der Strom aufgrund des Stereosignalgemischs, der durch die Kollektor-Emitter-Strecke von Q 14 fließt, wird somit auf die Transistoren Q 11 und Q 12 übertragen.
Die Transistoren Q 1 bis Q 5 des ersten und zweiten Differentialverstärkers 6 und 7 werden über Widerstände 15 bis 18, deren Widerstandswert gleich gewählt ist, von einer Vorspannungsquelle (Konstantspannungsquelle) E 2 mit der gleichen Vorspannung versorgt. Die Basis von Q 1 ist mit der Basis von Q 4 über einen Widerstand 41 verbunden. Das Stereosignalgemisch, das dem Eingang 1 zugeführt wird, wird auf die Basis von Q 2 des ersten Differentialverstärkers 6 und die Basis von Q 5 des zweiten Differentialverstärkers 7 über einen Einstellwiderstand 5 und einen Anschluß P gegeben.
Für die Konstantstromtransistoren Q 3 a, Q 3 b und Q 6 a und Q 6 b des ersten und zweiten Differentialverstärkers 6 und 7 ist eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Schalter SW zur Steuerung der Geräuschunterdrückung, einem Widerstand 30, der Kollektor- Emitter-Strecke des Transistors Q 15 und einem Widerstand 42 vorgesehen, die zwischen den Spannungsquellenanschluß 4 und Masse geschaltet ist, ferner ein Kreis, bestehend aus einem Transistor Q 16, dessen Basis und Emitter mit dem Kollektor und der Basis des Transistors Q 15 verbunden sind und dessen Kollektor mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes 30 und des Schalters SW verbunden ist. Die Basis von Q 15 ist mit den Basen von Q 3 a, Q 3 b, Q 6 a und Q 6 b verbunden. Der Widerstandswert des Widerstandes 42 ist gleich dem der Widerstände 43 bis 46 gewählt. Durch die Transistoren Q 15, Q 16, Q 3 a, Q 3 b, Q 6 a und Q 6 b und die Widerstände 42 bis 46 wird somit eine Stromspiegelschaltung 50 gebildet.
Hierbei ist, obwohl nicht gezeigt, ein Kreis vorgesehen, der das ZF-Signal des FM-ZF-Verstärkers amplitudendemoduliert und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Pegel des demodulierten Signals niedriger als ein bestimmter Pegel ist. Das Ausgangssignal des Kreises wird als Steuersignal zur Störunterdrückung auf den Schalter SW (der tatsächlich ein Halbleiterschaltelement ist) gegeben, um diesen zu steuern bzw. zur Geräuschunterdrückung zu sperren.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung sind die Transistoren Q 1, Q 2, Q 3 a, Q 3 b, Q 4, Q 5, Q 6 a, Q 6 b, Q 7, Q 8, Q 9 und Q 10 NPN-Transistoren mit den gleichen Kennlinien.
Die Transistoren Q 11, Q 12 und Q 14 sind PNP-Transistoren mit den gleichen Kennlinien. Der Transistor Q 13 ist ein PNP-Transistor mit vertikaler Struktur. Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung kann mit Ausnahme des Einstellwiderstandes 15 ein integrierter Kreis sein.
Die Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltungen wird nun anhand der Fig. 2 beschrieben, die ein Ersatzschaltbild der Fig. 1 zeigt. In Fig. 2 sind Teile entsprechend denen in Fig. 1 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht mehr beschrieben.
In Fig. 2 sind 27 und 28 Stromquellen vervielfachter Ausgangssignale -(R-L) und -(L-R), von denen jede einen Gleichstrom I 2 des Vervielfacherkreises 10 führt; 25 und 26 sind Stromquellen des Haupttonsignals (R+L), das in dem Stereosignalgemisch enthalten ist, das einen Gleichstrom I 1 des zweiten Differentialverstärkers 7 enthält. Am Ausgang 3 L erhält man das linke Tonsignal, das durch Addition der Ströme der Stromquellen 26 und 28 erzeugt wird, während am Ausgang 3 R das rechte Tonsignal erhalten wird, das durch Addition der Ströme der Stromquellen 25 und 27 erhalten wird.
Die Verstärkung der Differentialverstärkerschaltung wird durch das Produkt der Steilheit und eines Lastwiderstandes bestimmt, und die Steilheit hängt von dem Konstantstrom des Konstantstromkreises ab. Die Verstärkung des Differentialverstärkers wird daher niedrig, wenn der Konstantstrom niedrig wird.
Wenn der Pegel des empfangenen Signals ausreichend hoch ist, ist derSchalter SW eingeschaltet, und damit fließt ein bestimmter Gleichstrom durch die Konstantstromtransistoren Q 3 a, Q 3 b und Q 6 a, Q 6 b des ersten und zweiten Differentialverstärkers 6 und 7. Diese Differentialverstärker arbeiten daher normal, und das demodulierte Stereoausgangssignal, d. h. die linken und rechten Tonsignale, werden an den Ausgängen 3 L und 3 R erhalten.
Wenn der Pegel des empfangenen Signals unter dem vorbestimmten Pegel liegt, wird der Schalter SW geöffnet, und die Spannung der Spannungsquelle E 1 wird Null. Die Konstantstromtransistoren Q 3 a, Q 3 b und Q 6 a, Q 6 b des ersten und zweiten Differentialverstärkers 6 und 7 werden gesperrt, und der durch sie fließende Strom wird Null. Diese Differentialverstärker unterbrechen daher ihren Betrieb, so daß keine demodulierten Stereoausgangssignale an den Ausgängen 3 L und 3 R erhalten werden. Es erfolgt daher eine Signal- bzw. Geräuschunterdrückung.
Durch Änderung des Widerstandes 5 kann das Stereosignalgemisch, insbesondere seine Haupttonkomponenten, die dem zweiten Differentialverstärker zugeführt werden, im Pegel geändert werden. Auf diese Weise kann eine Steuerung der Kanaltrennung erreicht werden. Da die Basispotentiale der Transistoren Q 2 und Q 5 des ersten und zweiten Differentialverstärkers 6 und 7, denen das Stereosignalgemisch zugeführt wird, völlig gleich sind, fließt kein Gleichstrom durch den Widerstand 5, und damit werden die Gleichspannungspegel der modulierten Stereoausgangssignale, die an den Ausgängen 3 L und 3 R erhalten werden, nicht geändert.
Es wird nun der Gleichstrombetrieb der in Fig. 1 gezeigten Schaltung beschrieben. Wenn die Spannung am Spannungsquellenanschluß +B und die Widerstandswerte der Widerstände 30 und 42 entsprechend bestimmt werden, fließt ein Gleichstrom I 0 durch den Widerstand 30, wenn der Schalter geschlossen ist. Wenn der Basisstrom der Transistoren Q 3 a, Q 3 b, Q 6 a und Q 6 b vernachlässigt wird, stimmen ihre Kollektorströme (Gleichströme) mit ihren Emitterströmen (Gleichströmen) I 01 bis I 04 überein.
Der Kollektorstrom (Gleichstrom) I 2, der durch die Transistoren Q 7 und Q 9 bzw. Q 8 und Q 10 des Vervielfacherkreises 10 fließt, wird durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt, wenn den Eingängen 2 a und 2 b kein Trägersignal von 38 kHz zugeführt wird: wobei hFE den Stromverstärkungsfaktor jedes NPN-Transistors bei an Masse liegendem Emitter darstellt.
Der Kollektorstrom I 3 des Transistors Q 4 (der Gleichstrom, der durch den Anschluß 23 i fließt) wird durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt:
Wenn angenommen wird, daß der Stromverstärkungsfaktor der Transistoren Q 11, Q 12 und Q 14 bei an Masse liegendem Emitter h′FE, und der des Transistors Q 13 h′′FE ist, kann das Verhältnis zwischen dem Kollektorstrom (Gleichstrom) I 1 der Transistoren Q 11, Q 12 und dem Kollektorstrom I 3 des Transistors Q 4 wie folgt ausgedrückt werden:
Wenn der Ausdruck (3) gilt I 1 = I 3.
Wenn der Ausdruck (3) in die Gleichung (2) eingesetzt wird, kann der Strom I 1 wie folgt ausgedrücktt werden:
Die Stromabweichung I 1-I 2 zwischen den Ausgängen 3 L und 3 R kann daher wie folgt ausgedrückt werden:
Durch die Erfindung wird die obige Stromabweichung so klein wie möglich gemacht. Hierzu können die folgenden drei Methoden in Betracht gezogen werden:
  • 1. Es wird gewählt:
  • 2. Der Ausdruck h′FE · h′′FE wird groß gewählt, um zu erhalten.
  • 3. Die Basisströme der Transistoren Q 7 bis Q 10 werden durch irgendwelche Methoden korrigiert.
Wenn angenommen wird, daß kann der Ausdruck (5) wie folgt neu geschrieben werden:
Nimmt man an, daß in der Gleichung (6) I0 ein Milliampere und hFE 100 ist, beträgt die Stromabweichung I 1-I 2 etwa 9,7 µA.
Wenn jedoch eine Stromabweichung von 9,7 µA erzeugt wird, wird jedesmal eine Störspannung an den Ausgängen 3 L und 3 R erzeugt, wenn der Schalter SW ein- oder ausgeschaltet wird. Wenn die Störspannung unter etwa 20 bis 30 mV Spitze-Spitze verringert werden kann, tritt keine Schwierigkeit auf. Wenn z. B. der Widerstandswert der Widerstände 20 und 21 zu 3,3 kΩ gewählt wird, muß die Stromabweichung unter 1,5 µA verringert werden. Der Wert 9,7 µA ist jedoch beträchtlich größer als 1,5 µA. Daher muß in diesem Falle die obige Methode (3) zusätzlich zu den Methoden (1) und (2) angewandt werden.
Durch die Erfindung kann somit bei Anwendung insbesondere der obigen Methode (3) eine Stromabweichung so klein wie möglich gemacht werden.
Anhand der Fig. 3 wird nun ein Beispiel einer Differentialverstärkerschaltung gemäß der Erfindung beschrieben. Da das in Fig. 3 gezeigte Beispiel eine Verbesserung des Stereodemodulators in Fig. 1 ist, sind die Teile der Fig. 3, die denen der Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern und -zeichen versehen und werden daher der Kürze halber nicht mehr beschrieben.
Bei dem Beispiel in Fig. 3 ist ein Stromkompensationskreis 51 vorgesehen, dem das Ausgangssignal des zweiten Differentialverstärkers 7 zugeführt wird und dessen Ausgangssignal der Stromspiegelschaltung 23 zugeführt wird. Der Stromkompensationskreis 51 ist aus zwei NPN-Transistoren Q 17 und Q 18 gebildet, von denen jeder die gleichen Kennlinien wie die obigen NPN-Transistoren hat. Die Kollektoren von Q 17 und Q 18 sind mit dem Kollektor von Q 14 verbunden; ihre Emitter sind mit dem Kollektor von Q 4 und ihre Basis mit den Eingängen 2 a bzw. 2 b verbunden.
Bei der Schaltung in Fig. 3 kann der Strom I 3 entsprechend der Gleichung (2) wie folgt ausgedrückt werden:
Somit kann der Strom I 1 dieses Beispiels entsprechend der Gleichung (4) ausgedrückt werden:
Somit kann die Stromabweichung I 1-I 2 wie folgt ausgedrückt werden:
Wenn bei dem Ausdruck (5′) angenommen wird, daß wird die Stromabweichung I 1-I 2 im wesentlichen Null.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel besteht der als Differentialverstärker ausgebildete Stromkompensationskreis 51 aus zwei Transistoren Q 17 und Q 18; es kann jedoch einer der Transistoren weggelassen werden.
Anhand der Fig. 4 wird ein weiteres Beispiel der Erfindung beschrieben. Bei diesem Beispiel ist im Stromkompensationskreis 51 nur der Transistor Q 17 vorgesehen. Die Basis von Q 17 ist direkt mit einer Gleichspannungsquelle E 4 verbunden, die für Hilfsträgersignalquellen 48 a und 48 b von 38 kHz vorgesehen ist, die gegenphasig sind. Bei dem Beispiel der Fig. 4 sind anstelle der Transistoren Q 3 a, Q 3 b und Q 6 a, Q 6 b NPN-Transistoren Q 3 und Q 6 verwendet, die gleiche Kennlinien haben. Der Kollektor von Q 3 ist über Widerstände 36 a und 36 b, die gleichen Widerstandswert haben, mit den Emittern von Q 1 und Q 2 verbunden, und der Emitter von Q 3 liegt über dem Widerstand 43 an Masse. Der Kollektor von Q 6 ist über Widerstände 37 a und 37 b, die gleichen Widerstandswert haben, mit den Emittern von Q 4 und Q 5 verbunden, und sein Emitter liegt über einen Widerstand 45 an Masse.

Claims (4)

1. Differentialverstärkerschaltung, enthaltend
  • a) einen ersten Differentialverstärker (6) mit einem ersten und einem zweiten Transistor (Q₁, Q₂)
  • b) einen zweiten Differentialverstärker (7) mit einem dritten und einem vierten Transistor (Q₄, Q₅)
  • c) einen an den ersten Differentialverstärker (6) angeschlossenen Vervielfacherkreis (10) mit einem fünften, sechsten, siebten und achten Transistor (Q₇, Q₈, Q₉, Q₁₀) sowie mit einem ersten und einem zweiten Ausgang (3 L, 3 R) für demodulierte Stereosignale,
  • d) eine Stromspiegelschaltung (23), die zwischen eine Spannungsquelle (+B) und den Kollektor eines Transistors (Q₄) des zweiten Differentialverstärkers sowie zwischen die Spannungsquelle (+B) und den Vervielfacherkreis (10) geschaltet ist,
  • e) einen Eingang (1) zur Zuführung eines Stereosignalgemisches zum ersten und zweiten Differentialverstärker (6, 7),
gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
  • f) zwischen der Stromspiegelschaltung (23) und dem Kollektor des dritten Transistors (Q₄) des zweiten Differentialverstärkers (7) ist ein Stromkompensationskreis (51) angeordnet, durch den ein Störstrom I₁-I₂) an den Ausgängen (3 L, 3 R) minimiert wird.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkompensationskreis (51) wenigstens einen neunten Transistor (Q₁₇) mit Basis, Emitter und Kollektor aufweist, dessen Kollektoremitterkreis zwischen den Eingang der Stromspiegelschaltung (23) und den Kollektor des dritten Transistors (Q₄) geschaltet ist, und daß eine Stromquelle (E₄) mit der Basis des neunten Transistors (Q₁₇) und den Basen des fünften und sechsten Transistors (Q₇, Q₈) verbunden ist, um diesen im wesentlichen den gleichen Basisstrom zuzuführen.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkompensationskreis (51) außerdem einen zehnten Transistor (Q₁₈) mit Basis, Emitter und Kollektor aufweist, der parallel zum neunten Transistor (Q₁₇) geschaltet ist, so daß die gesamten Basisströme des neunten und zehnten Transistors (Q₁₇, Q₁₈) im wesentlichen gleich denen des fünften und sechsten Transistors (Q₇, Q₈) sind.
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