191439. lajstromszámú szabadalom • Széles frekvencitartományban nagy ac feszültségszinteken használható gyorsműködésű magasfokúan lineáris és széles dinamikai tartomány dc feszültséggel vezérelhető értékű ellenállás
1 1 H 439 2 Különböző elektronikai és méréstechnikai áramkörökben gyakran van szükség olyan lehetőleg feszültséggel vezérelt (tehát gyorsműködésű) lineáris ellenállásokra, amelyek értéke nagy dinamikai tartományban változtatható és széles frekvenciasávban a rajtuk megjelenő nagy ampli tú dóértékeknél is felhasználhatók. Az ilyen ellenállások lehetséges felhasználási területei gyakorlatilag felsorolhatatianok (folyamatosan szabályozható osztási együtthatójú osztók, feszültség- illetve ellenállásvezérelt frekvenciájú (Wienhidas vagy más) RC-oszcillátorok, AC-::zin tstabilizátorok, AC-autokompenzációs rendszerek, szabályozható erősítésű AC erősítők, modulátorok, stb. A fentiekben csak részben felsorolt széleskörű felhasználási igény dacára a problériia tranzisztoros áramkörök segítségével történő egyszerű és kényelmes megoldása jelenleg nem ismeretes. Az ismert áramköri megoldások mind az AC feszültségszint, mind az ellenállás és frekvenciatartomány vonatkozásában komoly korlátokat szabnak alkalmazási lehetőségeiknek, ezeket az alábbiakban ismertetjük. Az egyik legismertebb, változtatható értékű ellenálláskialakítási módszer a FET tranzisztorok felhasználása. Az ' la. ábrán láthatóan egyes FET-típusú tranzisztorok IDS = f(UDS) jelleggörbéi magasfokúan lineárisak, az origón mennek keresztül, tehát alkalmasak akár ideális szabályozható értékű ellenállások kialakítására: az ellenállások értékét megszabó R| = Ids arány a „gate” feszültséggel (Ugs) szabályozható. Nagy hiányossága azonban ennek a megoldásnak az, hogy a jelleggörbék csak cca. 100 mV tartományban lineárisak, tehát nagy feszültségszinteken nem alkalmazható és az lb. ábrán feltüntetett vezérlési jelleggörbéi sem lineárisak. A PIN-diódás módszernél a diódán keresztülfolyó DC-áiam szabályozásával érhető el az AC-áramon mérhető ellenállása szabályozása: itt a kis feszültségszinthatárokon kívül (párszor 100 mV ampl.) a felhasználási frekvenciatartomány is erősen korlátozott és kifejezetten csak nagyfrekvenciás: típustól függően 1... 10MHz fölött. Az OTA-típusú erősítőknek az erősítése és kimeneti ellenállása feszültséggel szabályozható ugyan, de kimeneti ellenállásuk pár 100 kOhm és MOhm nagyságrendű, ami nem teszi lehetővé kis ellenállásértékek megvalósítását és így nagyfrekvenciás felhasználásukat is lényeges mértékben gátolja. A felsorolt megoldások hiányosságainak ismeretében egyértelműen világossá válik a megoldandó feladat is: a cél teliát egy olyan szabályozható értékű kimeneti ellenállást biztosító univerzális, lehetőleg tranzisztoros kivitelezésű áramkör kialakítása, amely a kimenetére — tehát szabályozható ellenállására — kívülről, a felhasználási helye felől rákapcsolt kisvagy nagyfrekvenciás és nagyszintű (párszor tíz, esetleg 100 Volt nagyságrendű amplitúdóértékű) jel hatása alatt is lineáris ellenállásként viselkedik minél nagyobb ellenáílásérték-szabályozási tartományban úgy, hogy a kimenetén (áramköri kialakítással magyarázhatóan és attól függően) feltételezhetően szintén jelenlévő kimeneti DC feszültsége szabályozás közben vagy egyáltalán nem, vagy csak lényegtelen mérték-2 ben változik. A „lineáris kimeneti ellenállás” úgy értendő, hogy egyenlő kimeneti feszültségnövekményeknek a teljes szinttartományban egyenlő — tehát torz italian — áramnövekmények felelnek meg. A találmány maradéktalanul eleget tesz a fenti követelményeknek és kiküszöböli az ismert megoldások hiányosságait. Röviden ismertetjük azokat a szempontokat, amelyekből kiindulva célszerű megközelíteni a megvalósítási lehetőségeket. Egyik legfontosabb szempontunk tranzisztoros megvalósítás esetén egyértelműen az, hogy a szabályozható ellenállást megvalósító kim- cetre kívülről, az ellenállás alkalmazási pontjából ráadott s feltételezetten nagy amplitúdójú feszültség az áramkörön belül a felhasznált tranzisztoroknak csak az etjlUterkoliektor átmeneteire kerüljön, amelyek jelleggörbéi a 2. ábrán láthatók. Ebben az esetben — mivel a tranzisztorok Ik =í(Uk) karakterisztikái széles UK tartományban lineárisak - aránylag nagy megengedett kollektorfeszültségű tranzisztorok és megfelelő nagy tápfeszültségek alkalmazása esetén megvalósítható olyan áramkör, amelynek ellenállás-kimenetére kívülről rákapcsolt nagyszintű AC feszültség is csak torzításán (lineáris) áramnövekményeket vált ki. Erre az ellenállásszabályozási célra legalkalmasabbak azok a tranzisztorok, amelyeknek IK = f(Uj<) karakterisztikái „legyezőszerűek”, tehát a bázisáramuktól, illetve IKo kollektoáramaiktól függően lényeges mértékben változtatják az Rí belső ellenállásuk értékét megszabó meredekségüket. A másik lényeges kiindulópont az, hogy az ellenállást kialakító áramkör kimeneti egyenfeszültségszintje szabályozás közben ne változzon: ellenkező esetben az így kiváltott tranziensek megzavarhatnák, illetve csak lassú vezérlési lehetőségekre korlátoznák a vezérlést az ellenállásnak autokompenzációs rendszerekben (zárt visszacsatolású hurkokban) való alkalmazása esetén. A megoldási elvet a 3. ábra részletezi. A két fentebb vázolt szempont értelemszerűen úgy valósítható meg a legegyszerűbben, ha az ellenállás szabályozásra felhasználni kívánt, a 3a. ábrán látható Ti tranzisztor kollektor-áramköri Rt terhclőellenállását is vezéreljük az UÖK vezérlő feszültséggel egyidőben úgy, hogy az egyenáramon mért ellenállása mindig egyenlő legyen a Ti tranzisztor mindenkori pillanatnyi, a vezérlés folyamán állandóan változó, egyenáramon mért ellenállásával: ez esetben az U0 kimeneti DC-szint ugyanis nem változik. Ez a megoldás egyszerűen megvalósítható az Rt ellenállás szintén vezérelhető, ellenkező polaritású tranzisztorok formájában való kivitelezésével, vagyis a két tranzisztornak a 3b. ábrán feltüntetett kollektorukkal történő szembekapcsolásával: ez esetben a két tranzisztor statikus ellenállásának a vezérlés közbeni „együttfutása” elméletileg könnyen megvalósítható az ,,UBE .. .Tiefen)” és „Ube • •. T^fes)” elágazódé vezérlési csatornák szabályozási meredekségeinek olyan beállításával, hogy' az UBE vezérlőfeszültség növekmények egyforma A!K kollektoregyenáram növekményeket váltsanak ki a két különböző tranzisztorban. A kimeneti vezérelhető R^ dinamikus ellenállás értékét ekkor a két tranzisztor Rn és Re ellenállásának a replusz-a határozza meg. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 50 i)5
