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Gleichspannungs-Differenzverstärker Bei einem Differenzverstärker
erscheint zwischen den beiden Ausgangsklemmen die zwischen den beiden Eingangsklemmen
liegende, um den Verstärkungsfaktor vergrößerte Eingangsspannung.
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Trifft man den Aufbau des Differenzverstärkers so, daß zwischen den
beiden Ausgangsklemmen und der Schaltungsnullschiene zwei gleich große, aber entgegengesetzt
gerichtete Spannungen erscheinen, so erhält man einen Gegentaktausgang. (Die Summe
dieser beiden Gegentaktspannungen liefert wieder die um den Verstärkungsfaktor vergrößerte
Eingangsspannung.) Die Symmetrie dieser beiden Gegentaktspannungen gegen die Schaltungsnullschiene
wurde bisher an einem dafür vorgesehenen Potentiometer eingestellt.
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Diese Symmetrierung wurde jedoch in nachteiliger Weise aufgehoben,
wenn sich die Versorgungsspannung änderte oder auf beide Verstärkereingänge ein
starkes Gleichtaktsignal (gleichsinnige Veränderung) gegeben wurde sowie Temperaturschwankungen
vorhanden waren. Es mußte daher das Symmetrierpotentiometer sehr oft nachgestellt
werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Differenzverstärker (Hauptverstärker) ist
dieser Nachteil vermieden. Dies gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß zusätzlich
eine Differenzverstärkerstufe vorgesehen ist, die das arithmetische Mittel aus den
beiden Ausgangsspannungen des Hauptverstärkers mit dem Potential der Schaltungsnullschiene
vergleicht und mittels der verstärkten Spannungsdifferenz die Stromversorgung einer
Differenzverstärkerstufe des Hauptverstärkers im Sinne einer Differenzverminderung
beeinflußt.
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Durch die selbsttätige Symmetrierung sind mit Vorteil unabhängig von
den vorstehend erwähnten Einflüssen die Verstärkerausgänge ständig symmetrisch zur
Spannungsnullschiene, ohne daß ein Nachstellung von Hand zu erfolgen braucht.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Differenzverstärkers
wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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In der Zeichnung ist ein vierstufiger Transistor-Gleichspannungs-Differenzverstärker
dargestellt. In der ersten Stufe, der Eingangsstufe, die als Emitterschaltung betrieben
wird, sind in einem System vereinigte npn-Transistoren P1, P., vorgesehen. Im Emitterkreis
dieser Transistoren liegen die Widerstände R3, R4 sowie der gemeinsame, die Gegenkopplung
bewirkende Widerstand R5. Es ist außerdem ein Transistor P9 vorgesehen, mit dem
entsprechend seinem Aussteuerungsgrad die Stromversorgung der ersten Stufe verändert
werden kann. Seine Funktion wird noch später erläutert. Im Kollektorkreis der ersten
Stufe liegen die Arbeitswiderstände R6, R7. Angesteuert wird die erste Stufe über
die Verstärkereingänge El, E2, die jeweils mit der Basis des zugeordneten Transistors
verbunden sind. Für jeden Eingang ist weiterhin eine Spannungsteilerschaltung, bestehend
aus den Widerständen R21, R1 bzw. R22, R2 vorgesehen, die ein bestimmtes Basispotential
vorgeben. In der Eingangsstufe sind ferner RC-Glieder R29, C1 und Rio, C2 vorgesehen,
die ein Schwingen des Verstärkers verhindern.
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Für die zweite und vierte Verstärkerstufe sind pnp-Transistoren p3,
p4, p5, p. und p7, p$ vorgesehen. Die zweite Stufe wird dabei zur Impedanzanpassung
als Emitterfolger (Kollektorschaltung) betrieben. Sie weist einen gemeinsamen Kollektorwiderstand
R12 sowie im Emitterkreis die Arbeitswiderstände R19, Ril bzw. die Spannungsteilerwiderstände
R27, R.,8 auf.
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Die dritte Stufe wird wie die erste Stufe in Emitterschaltung betrieben.
Im Kollektorkreis der Transistoren p5, p. liegen die Arbeitswiderstände R17, R18,
im Emitterkreis die Widerstände R13, R14 sowie der beiden Transistoren gemeinsame
gegenkoppelnde Widerstand R15.
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Die erste Stufe wird wieder als Emitterfolger betrieben. Sie weist
einen beiden Transistoren p7, p$ gemeinsamen Kollektorwiderstand R23 sowie im Emitterkreis
die Arbeitswiderstände R8, R9 auf. An die Emitter der Transistoren p1, p8 sind die
Verstärkerausgänge A1, A2 angeschlossen.
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Der vorstehend beschriebene Differenzverstärker wirkt in folgender
Weise: Wird z. B. der Eingang El mit einer Spannung bestimmter Höhe beaufschlagt,
die negativ gegenüber der Schaltungsnullschiene (0 Volt) ist, und der Eingang E2
mit einer Spannung, die positiv gegenüber der Nullschiene ist, so wird entsprechend
der Ausgang A1 negativ und der Ausgang A2 positiv gegenüber der Schaltungsnullschiene
(sie ist als dritter Ausgang dargestellt). Zwischen A1 und A2 liegt somit eine Spannung,
die der verstärkten Spannungsdifferenz,
die zwischen den Eingängen
El und E2 herrscht, entspricht.
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Bei einem Differenzverstärker mit Gegentaktausgang soll nun die ausgangsseitige
Spannungsdifferenz symmetrisch zu der Spannungsnullschiene sein. Diese Bedingung
ist jedoch aus den eingangs erwähnten Gründen bei den bekannten Verstärkern nicht
in jedem Fall erfüllt. Um eine selbsttätige Symmetrierung der Gegentakt-Verstärkerausgänge
zu erzielen, ist gemäß der Erfindung eine fünfte Differenzverstärkerstufe vorgesehen,
die die Transistoren p1, und p11 als Verstärkerelemente hat. Diese fünfte. Stufe
wird als Emitterschaltung betrieben, wobei er Widerstand Rls der gemeinsame gegenkoppelnde
Emitterwiderstand und R.,6 der Arbeitswiderstand ist. Die Basis des Transistors
p1, liegt auf dem Potential der Spannungsnullschiene. Der Transistor pl, wird jeweils
von einer Spannung angesteuert, die aus der Widerstands-Spannungsteilerschaltung
R24, R25 abgeleitet wird. Die beiden Endpunkte dieses Spannungsteilers sind dabei
jeweils mit einem Emitter der Transistoren der vierten Stufe und der Mittelpunkt
des Teilers mit der Basis des Transistors p1, verbunden. Haben beide Widerstände
R24, R25 denselben Widerstandswert, so ist die an der Basis-Emitter-Strecke des
Transistors pll wirkende Spannung das arithmetische Mittel aus den beiden Ausgangsspannungen
des Verstärkers. In der zusätzlichen Stufe 5 wird daher das arithmetische Mittel
aus den beiden Ausgangsspannungen mit dem Potential der Spannungsnullschiene verglichen.
Tritt eine Abweichung auf, so wird über den Transistor p9 die Stromversorgung der
ersten Stufe im Sinne einer Differenzverminderung beeinfiußt.
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Durch die vorstehende Anordnung wird somit erreicht, daß der Verbindungspunkt
zwischen den Widerständen R24, R25 ständig auf das Potential der Spannungsnullschiene
eingeregelt wird. Es ist daher ständig, unabhängig von Änderungen der Temperatur,
der Versorgungsspannung und des Gleichtaktanteils des Eingangssignals mit Vorteil
ein symmetrischer Ausgang vorhanden, d. h., die beiden Gegentakt-Ausgangsspannungen
sind stets symmetrisch zur Schaltungsnuffschiene. Die erfindungsgemäße Symmetrierung
gewährleistet also, daß sich beide Ausgänge in bezug auf die Nullschiene nicht gleichsinnig
ändern können, da dann an der fünften Stufe eine Spannungsdifferenz wirksam wird,
die eine der Differenz entgegenwirkende Verstellung in der ersten Stufe zur Folge
hat.