DE1293860B - Transistorbestueckter Differentialverstaerker mit drei in Kaskade geschalteten Verstaerkerstufen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen traasistorbestückten den können. Bei kleinen Kollektorwiderständen Differentialverstärker mit drei in Kaskaden geschal- wirken sich nämlich trotz der Funktion des Konstantteten Verstärkerstufen, bei dem die Ausgänge einer Stromgenerators dieser Verstärkerstufe auftretende, Stufe mit den Eingängen der jeweils folgenden Stufe durch die Gleichtaktsignale bedingte geringe Stromgalvanisch gekoppelt sind und bei dem im gemein- 5 änderungen nur in kleinstem Ausmaß oder gar nicht samen Emitterzweig der Transistoren der ersten auf die nächstfolgende Verstärkerstufe aus. Stufe eine Konstantstromquelle angeordnet ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vor-

Differentialverstärker sind in der Technik bekannt geschlagen, daß die zweite Konstantstromquelle ein und weisen Schaltungsmittel zur Verstärkung des Transistor ist, dessen Emitter über einen Widerstand Unterschieds zwischen den Amplituden der Signale io mit dem negativen Pol der Speisespannungsquelle aus zwei Eingangsleitungen auf, während sie gleich- verbunden ist, und daß ein Spannungsteiler vorgezeitig im wesentlichen unbeeinflußt durch ein gleich- sehen ist, dessen Abgriff mit den Basiselektroden der phasiges Eingangssignal sind. Ein Gleichtaktsignal die Konstantstromquellen darstellenden Transistoren ist ein Signal, welches in gleicher Weise an beiden verbunden ist. Diese Maßnahme stellt eine verein-Eingangsleitungen ansteht. Wie an sich bekannt, sind 15 fachende und den Aufwand an Schaltungsmitteln Gleichtaktsignale auf verschiedene äußere oder innere herabsetzende Zusammenfassung der beiden Kon-Ursachen zurückzuführen, und es ist ein wesentlicher stantstromgeneratorschaltungen dar. Zweck der meisten Differentialverstärker, das Gleich- Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines

takteingangssignal im wesentlichen zu unterdrücken; Ausführungsbeispiels beschrieben, deshalb soll es auf einen hohen Eingangswiderstand ao Die einzige Zeichnungsfigur zeigt ein schematisches treffen. Eine hohe Differentialverstärkung ist ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Differentialverweiterer Zweck bei den meisten Differentialverstär- stärkers.

kern; der Differentialeingangswiderstand muß des- Der in der Figur dargestellte transistorbestückte

halb möglichst niedrig sein, damit die nicht im Differentialverstärker hat drei Differentialverstär-Gleichtakt ankommenden Amplituden in den Diffe- 25 kungsstufen 10, 12 und 14 und eine die Ausgangsrentialverstärker gelangen können. Ein Verfahren impedanz verringernde Stufe 16. Die Eingangsleitunzur Erreichung einer verhältnismäßig hohen Diffe- gen des Verstärkers sind mit den Basen der Tranrentialverstärkung besteht darin, viele Differential- sistoren Q₁ und Q₂ der Stufe 10 verbunden. Die Verstärkungsstufen in einem Gesamtverstärker in Emitter der Transistoren Q₁ und Q., sind miteinander Kaskade zu schalten. Wenn jedoch die Anzahl der 30 und außerdem mit dem Kollektor des Gleichtakt-Differentialstufen vergrößert wird, wachsen die Unterdrückungstransistors Q₄ verbunden. Der Zweck Kosten des Verstärkers in einem unwirtschaftlichen des Transistors Q₄ wird nachfolgend erläutert. Der Verhältnis. Emitter des Transistors Q₁ ist an den negativen Pol

Nun ist es bei Differential verstärkern bekannt, (-6V) einer Spannungsquelle über einen Widerzwischen der zweiten und dritten Verstärkerstufe 35 stand R₅ angeschlossen. In dem dargestellten Beieine Spannungsteilerschaltung vorzusehen und auch spiel ist der Widerstand JR₅ ein 150-K-Widerstand, zur Unterdrückung des Gleichtaktsignals in der Die Basis von Q₄ ist mit' dem negativen Pol der ersten Verstärkerstufe im gemeinsamen Emitterweg Spannungsquelle über den Widerstand R₇ und mit der Transistoren eine Konstantstromquelle vorzu- der Erde über den Widerstand R₆ verbunden. Die sehen. Die hiermit erzielte Unterdrückung des 40 Kollektoren von Q₁ und Q₂ sind mit den 100-K-Gleichtaktsignals und die dabei gewährleistete Ge- Widerständen R₃ und i?₄ verbunden. Die Widerstände samtverstärkung sind jedoch bei weitem noch nicht .R₃ und R_i sind mit dem positiven Pol (+6V) der zufriedenstellend, und die Erfindung hat sich die Spannungsquelle über den Kollektor-Emitter-Weg des Aufgabe gestellt, diese Mängel zu beseitigen. Transistors Q_s verbunden. Die Basis des Transistors

Eine solche Aufgabe wird erfindungsgemäß da- 45 Q₃ ist auch mit dem positiven Pol der Spannungsdurch gelöst, daß die erste Stufe eine Ausgangs- quelle über eine Spannungsteilerschaltung verbunden, impedanz aufweist, die wenigstens zwanzigmal größer die die Widerstände R₁ und R₂ enthält, ist als die Eingangsimpedanz der zweiten Stufe, daß Der Ausgang der Stufe 10 wird als Eingang an die

eine zweite Konstantstromquelle mit den Emittern Basen der Transistoren Q₅ und Q₆ der Stufe 12 andes dritten und vierten Transistors der zweiten Stufe 50 gelegt. Die Emitter der Transistoren Q₅ und Q₆ sind verbunden ist und daß die Ausgänge der zweiten miteinander und auch mit dem negativen Pol der Stufe über je einen Spannungsteiler mit den Ein- Spannungsquelle über den Kollektor-Emitter-Weg gangen der dritten Stufe gekoppelt sind. des Transistors Q₇ und den Widerstand R_s verbun-

Mit diesen Maßnahmen wird ein wesentlich größe- den. Die Basis des Transistors Q₇ wird durch die rer Verstärkungsgrad erreicht, und das Differential- 55 Spannungsquelle über den Spannungsteiler negativ Ausgangssignal ist dabei sauberer als bei den bisher vorgespannt, der die Widerstände R₇ und R₆ enthält, bekannten Differentialverstärkern. Vorteilhaft ist es Die Kollektoren der Transistoren Q₅ und Q₆ sind ferner, daß Transistoren derselben Art verwendet mit dem positiven Pol der Spannungsquelle über den werden können, was im Hinblick auf eine Rationali- Kollektorwiderstand R₀ bzw. -R₁₀ verbunden, sierung der Herstellungstechnik von Bedeutung ist. 60 Die Ausgänge von der Stufe 12 werden an den Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungs- Kollektoren der Transistoren Q₅ und Q₆ abgenomgedankens ergibt sich, wenn zwischen der Speise- men und an die Basen der Transistoren Q₈ und Q₉ Spannungsquelle für die Transistoren der ersten der Stufe 14 über entsprechende Spannungsteiler A₁₁, Stufe und den Kollektorwiderständen dieser Stufe R₁₂ und A₁₃, .R₁₄ angelegt. Die Emitter der Transiein weiterer Transistor liegt. Hierdurch wird er- 65 stören Q₈ und Q_n sind miteinander und über einen reicht, daß die Speisespannung der Verstärkerschal- 5-K-Widerstand .R₁₅ mit dem negativen Pol der tung herabgesetzt wird und daß deshalb die Kollek- Spannungsquelle verbunden. Der Kollektor des torwiderstände der Transistoren klein gehalten wer- Transistors Q₈ ist geerdet und ermöglicht, daß ein

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Eintakt-Ausgang aus der Stufe 14 vom Kollektor ändert, falls ein Differentialsignal empfangen wird,

von Q₉ abgenommen werden kann. Der Kollektor ändert sich das Verhältnis des Stroms durch A₃ und

von Q₉ ist mit dem positiven Pol der Spannungs- /?₄ und liefert einen verstärkten Differentialausgang,

quelle über einen 25-K-Widerstand R₁₀ verbunden. Es ist zu beachten, daß, obwohl ß₄ theoretisch als

Der Eintakt-Ausgang der Stufe 14 liegt als Ein- 5 ein Konstantstromgenerator erwähnt wird, tatsächgang an der Stufe 16 an, welche eine doppelte Hch eine geringe Änderung im Strom auf Grund Emitter-Folgeverbindung enthält. Der Kollektor eines Gleichtakteingangs auftritt. Um die Wirkung von Q₉ ist mit der Basis des Transistors Q₁₀ verbun- dieser Änderung im Strom auf die nächste Stufe zu den, wodurch die erste Emitter-Folgeschaltung der verringern, ist es erwünscht, R₃ und R₁ klein zu Stufe 16 gebildet wird. Der Kollektor des Transistors to machen. Je kleiner die Werte von JR₄ und R₃ sind, O₁₀ ist mit dem positiven Pol der Spannungsquelle um so kleiner ist die Spannungsänderung an den verbunden, und der Emitter des Transistors Q₁₀ ist Kollektoren von Q₁ und Q₂ auf Grund eines Gleichmit dem negativen Pol der Spannungsquelle über die takteingangssignals. Da die Spannungsquelle 6 Volt Widerstände R₁₇ und -R₁₈ verbunden. Der Emitter liefert, ist es jedoch erforderlich, R₃ und JR₄ verhältdes Transistors O₁₀ i^{st aucn} unmittelbar an die Basis 15 nismäßig groß zu machen, um übermäßige Gleichdes Transistors O₁₁ angeschlossen, dessen Kollektor ströme durch die Kollektor-Emitter-Wege von Q₁ mit dem positiven Pol der Spannungsquelle und des- und Q₂ zu verhindern. Eine Lösung dieses Problems sen Emitter mit dem negativen Pol der Spannungs- besteht darin, einen Transistor Q₃ zwischen der quelle über einen 1-K-Wider stand R_1H verbunden ist. Spannungsquelle und den Kollektorwiderständen der Der Ausgang von dieser Schaltung wird von Emitter 20 Eingangstransistoren vorzusehen. Der Transistor Q₃ des Transistors Q_n genommen. Alle Transistoren bewirkt in Verbindung mit dem Spannungsteiler R₁, sind als NPN-Transistoren dargestellt. Es können R₂, daß die von der Spannungsquelle gelieferten jedoch auch PNP-Transistoren verwendet werden, 6 Volt auf ungefähr 1 Volt heruntergesetzt werden, falls die Polarität der Spannungsquelle umgekehrt so daß die Verwendung von kleineren Kollektorwird. Zur Erreichung einer guten Gleichtaktunter- 25 widerständen A₃ und JR₄ möglich wird, drückung sollte der Gleichtakteingangswiderstand Wie bereits erläutert, wird der Ausgang aus der jeder Stufe viel größer als der Differentialeingangs- ersten Stufe 10 an die zweite Stufe 12 angelegt. Die widerstand derselben Stufe sein. Zu diesem Zweck Stufe 12 weist auch ein großes Verhältnis zwischen ist ein Transistor Q₁ zwischen den Emittern der ver- Gleichtakteingangsimpedanz und Differential-Phasenstärkenden Transistoren der Stufe 10 und dem nega- 30 Eingangsimpedanz auf. Dies beruht auf der Verwentiven Pol der Spannungsquelle angeschlossen. dung einer Konstantstrom-Transistorverbindung Q₇,

Der Transistor Q_i wirkt als konstanter Strom- die in gleicher Weise wie der Transistor Q₁ wirkt,

generator, um die erste Stufe im wesentlichen un- Der Ausgang aus der zweiten Stufe 12 wird an die

empfindlich gegenüber Gleichtakteingangssignalen zu dritte Stufe 14 über Spannungsabfallwiderstände R_n,

halten. Der Gleichtakteingangswiderstand der ersten 35 JR₁₂ und R₁₃, R_u angelegt. Auf Grund der hohen

Stufe kann dadurch gemessen werden, daß die bei- Gleichaktunterdrückung in den Stufen 10 und 12 ist

den Eingangsleitungen miteinander verbunden und es nicht erforderlich, daß ein Konstantstromtransistor

der Eingangswiderstand zwischen der Verbindung mit den Emittern der Transistoren der Stufe 14 ver-

und der Erde gemessen wird. Der Eingangswider- bunden wird. Die Spannungsabfallwiderstände A₁₁

stand, den das Gleichtaktsignal antrifft, ist der Fak- 40 bis JR₁₄ haben die Aufgabe, die Eingangshöhe des

tor/3 der Transistoren Q₁ und Q₂ multipliziert mit Gleichstromes zu verringern, die fortschreitend in

Vh₀,, des Transistors Q₄ parallel zu dem Faktor l/h_ub den zwei vorhergehenden Stufen angehoben worden

der Transistoren Q₁ und Q₂. β ist der Verstärkungs- war.

faktor und Vh₀₀ die Kollektorimpedanz der Tran- Die Ausgangsimpedanz der dritten Stufe 14 ist

sistoren. Da l/h_ob in der Größenordnung von 1 bis 45 25 K. Daher ist es erforderlich, die Impedanz her-

100 Megaohm ist, ergibt sich, daß der Gleichtakt- unterzutransformieren. Diese Wirkung wird durch

eingangswiderstand sehr hoch ist. Da die Emitter die doppelte Emitterstufe 16 erreicht, welche die

der Transistoren Q₁ und Q₂ miteinander verbunden Ausgangsimpedanz auf etwa 15 Ohm heruntertrans-

sind, beträgt die Differential-Eingangsimpedanz formiert.

ßr_e j + ßr_{e 2}, wobei β der Verstärkungsfaktor der 50 Um eine hohe Differentialverstärkung mit verhält-

Transistoren und r_ei und r,,₂ die Emitterimpedanzen nismäßig wenigen Stufen zu erreichen, ist es erfor-

der Transistoren Q₁ und Q₂ sind. Dieser Wert ist derlich, in der ersten Verstärkungsstufe eine sehr

ziemlich klein im Vergleich mit der Gleichtaktein- hohe Differentialverstärkung vorzusehen. Dies wird

gangsimpedanz. erreicht, indem die Differentialeingangsimpedanz der

Nachfolgend wird ein Beispiel für die Arbeitsweise 55 zweiten Stufe viel kleiner als die Differentialausgangsder ersten Stufe zur Unterdrückung von Gleichtakt- impedanz der ersten Stufe gemacht wird. In dem Signalen gegeben. Da Q_x als ein Konstantstrom- dargestellten Beispiel ist die Differentialeingangsgenerator arbeitet, ist der Gesamtstrom aus den impedanz der zweiten Stufe 12 etwa 10 K, während Emittern Q₁ und Q₂ konstant, und bei fehlendem die Differentialausgangsimpedanz der ersten Stufe Eingangssignal sind die Ströme durch R₃ und R₁ 60 200 K beträgt, da R._} und R₃ in Reihe liegen. Auf gleich und liefern einen Differentialausgang Null. Grund des viel größeren Differentialausgangswider-Falls ein Gleichtaktsignal von den Eingangsleitungen Standes der Stufe 10 fließen etwa 95 % des Differenaufgenommen wird, verhindert der Konstantstrom- tialstroms an den Kollektoren Q₁ und Q₂ in die transistor Q₁, daß der Strom anwächst. Da die Basen Basen von Q₅ und Q₀. Je größer der Prozentsatz des der beiden Transistoren Q₁ und Q₂ dasselbe Signal 65 Differentialsignals ist, das an den Kollektoren von empfangen, ändert sich das Verhältnis des Stroms Q₁ und Q., erscheint und in die Basen der Transistodurch R., und R, nicht. Jedoch, obwohl der Gesamt- ren Q, und Q₆ der Stufe 12 fließt, um so größer ist strom von den Emittern von Q₁ und Q₂ sich nicht der Verstärkungsfaktor. Wegen der sehr großen Ver-

Stärkung, die in der ersten und der zweiten Stufe 10 und 12 erreicht wird, kann infolgedessen die Anzahl der Verstärkungsstufen, die für eine bestimmte Verstärkung erforderlich ist, verringert werden.

Nach der Figur ist mit dem Kollektor von Q₉ ein Anschluß verbunden, der als äußerer Ausgleichsanschluß dienen soll. Dieser Anschluß ist nur erforderlich, falls der Differentialverstärker als Funktionsverstärker mit Rückkopplung vom Ausgang zum Eingang verwendet wird. In solchen Fällen ist es, wie bekannt, erforderlich, eine passive Phasenkorrektionsschaltung vorzusehen, um die Stabilität zu gewährleisten und Schwingungen des Verstärkers zu verhindern. Die jeweilige besondere passive Schaltung, die an den äußeren Ausgleichsanschluß angeschlossen wird, hängt von der beabsichtigten Verwendung des Funktionsverstärkers ab.

Claims (3)

Patentansprüche: 20

1. Transistorbestückter Differentialverstärker mit drei in Kaskade geschalteten Verstärkerstufen, bei dem die Ausgänge einer Stufe mit den Eingängen der jeweils folgenden Stufe galvanisch gekoppelt sind und bei dem im gemeinsamen Emitterzweig der Transistoren der ersten Stufe eine Konstantstromquelle angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (10) eine Ausgangsimpedanz aufweist, die wenigstens zwanzigmal größer ist als die Eingangsimpedanz der zweiten Stufe (12), daß eine zweite Konstantstromquelle (Q₇) mit den Emittern des dritten und vierten Transistors (Q₅, Q₆) der zweiten Stufe verbunden ist und daß die Ausgänge der zweiten Stufe über je einen Spannungsteiler (R₁₁, A₁₂ bzw. R₁₅, A₁₄) mit den Eingängen der dritten Stufe (14) gekoppelt sind.

2. Differentialverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Speisespannungsquelle für die Transistoren (Q₁,O₂) der ersten Stufe (10) und den Kollektorwiderständen (R₃, R_t) dieser Stufe ein weiterer Transistor (O₃) Hegt.

3. Differentialverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Konstantstromquelle ein Transistor (Q₇) ist, dessen Emitter über einen Widerstand (R₈) mit dem negativen Pol der Speisespannungsquelle verbunden ist, und daß ein Spannungsteiler (R₆, R₇) vorgesehen ist, dessen Abgriff mit den Basiselektroden der die Konstantstromquelle darstellenden Transistoren (O₄, Q₁) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen