DE2032631B2

DE2032631B2 - Differenzverstaerker

Info

Publication number: DE2032631B2
Application number: DE19702032631
Authority: DE
Inventors: Jan Te Eindhoven Winkel (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-07-23
Filing date: 1970-07-01
Publication date: 1977-11-24
Also published as: AT296387B; NL6911358A; GB1296750A; US3684971A; ES382016A1; BE753781A; AU1778770A; DE2032631C3; FR2055529A5; DE2032631A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Differenzverstärker mit einem ersten und einem zweiten Eingangstransistor, deren Emitter jeweils mit der Basis eines ersten bzw. zweiten Ausgangstransistors verbunden sind, wobei den Basen der beiden Eingangstransistoren die Eingangssignale zugeführt werden und das Ausgangssignal aus den Spannungen an den Kollektorimpedanzen der Ausgangstransistoren, deren Emitter miteinander verbunden sind, abgeleitet wird.

Bei Differenzverstärkern mit nur zwei Schichttransistoren ist die Eingangsimpedanz normalerweise verhältnismäßig gering, da zum Erzielen eines hinreichend hohen Ausgangssignals der Ruhestrom der Transistoren hoch sein muß, so daß der Basisstrom der Transistoren auch hoch sein wird. Um einen höheren Verstärkungsfaktor und eine höhere Eingangsimpedanz zu erzielen, wird meistens eine Kombination von zwei Transistorpaaren verwendet. Dabei enthält der Differenzverstärker somit zwei Stufen, die je einen in dem linearen Arbeitsgebiet eingestellten Eingangs- und Ausgangstransistor enthalten, wobei die Eingangstransistoren lediglich den Basisstrom für die Ausgangstransistoren liefern müssen und der Basisstrom der Eingangstransistoren entsprechend gering sein kann, wodurch eine hohe Eingangsimpedanz erreicht wird.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, daß bei einer solchen Schaltungsanordnung der Unterschied zwischen den Stromverstärkungsfaktoren der zwei Ausgangstransistoren eine wichtige Rolle spielt, da dieser Unterschied trotz der modernen Herstellungsverfahren 10 bis 20% betragen kann und außerdem temperatur- und zeitabhängig ist. Dieser Unterschied äußert sich in den Kollektorströmen der Eingangstransistoren. Infolgedessen sind die Basis-Emitterspannungen der Eingangstransistoren bei einem gleichen Kollektorstrom der Ausgangstransistoren und bei Abwesenheit eines Eingangssignals verschieden. Dieser Unterschied zwischen den Basis-Emitterspannungen der beiden Eingangstransistoren bestimmt gemeinsam mit einem etwaigen geringen Unterschied zwischen den Basis-Emitterspannungen der Ausgangstransistoren die Unsymmetrie des Differenzverstärkers, die durch die Spannung dargestellt wird, die den Eingangsklemmen des Differenzverstärkers zugeführt werden muß, um eine Ausgangsspannung Null zu erzielen. Bei einem Differenzverstärker, der nur aus zwei Transistoren besteht, ist nur der zuletzt genannte Beitrag zur Unsymmetrie von Bedeutung. Infolge des vorerwähnten, verhältnismäßig großen Unterschieds zwischen den Stromverstärkungsfaktoren der Ausgangstransistoren ist die Unsymmetrie des beschriebenen Zweistufenvcrstärkers, weiter unten Darlington-Differenzverstärkcr genannt, um einen Faktor 10 bis 20 größer als die Unsymmetrie des Differenzverstärker*, der nur aus -»«wo! Ti-nniirlnron korlolii FK*r ΠηιιηΠΠ Ί η I <* i η <r<\ riivc im -

pedanz und Verstärkungsfaktor wird somit auf Kosten einer größeren Unsymmetrie erzielt.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Darlington-Differenzverstärker der eingangs genannten Art diese Unsymmetrie wesentlich herabzusetzen. Diese Aufgabe wird entweder durch die im Anspruch 1 oder durch die "> im Anspruch 2 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Beiden Lösungen ist gemeinsam, daß eine Kompensationsspannung erzeugt wird, die die durch die unterschiedlichen Stromverstärkjngsfaktoren des Ausgangstransistorpaares verursachte Fehlspannung ent-

I» hält. Zur Erzeugung dieser Kompensationsspannungen werden nicht die Basis-Emitter-Spannung der beiden Transistorpaare selbst benutzt, da sich daraus ein Signalverlust ergeben würde. Diesem Zweck dienen vielmehr die vom Kollektorstrom des jeweils zugeord-

r> neten Eingangstransistors durchflossenen pn-Übergänge, die z. B. durch einen zusätzlichen Transistor oder eine Diode gebildet werden können, wobei die bekannte Tatsache ausgenutzt wird, daß die Basis-Emitter-Spannung eines Transistors praktisch nur durch den Emitterstrom des Transistors bestimmt wird und daß es ohne weiteres möglich ist, pn-Übergänge herzustellen, die die gleiche Abhängigkeit aufweisen. Diese mit Hilfe der pn-Übergänge erzeugte Kompensationsspannung kann nun entweder den Ausgangsklemmen zugeführt

2"> werden (Anspruch 1) oder den Eingangsklemmen (Anspruch 2). Im ersten Fall wird der Ausgangsspannung ein solcher Wert hinzugefügt, daß die Gesamtausgangsspannung unabhängig ist von dem Unterschied zwischen den Stromverstärkungsfaktoren der Aus-

JO gangstransistoren. Im zweiten Fall wird zur Eingangsspannung ein solcher Wert addiert, daß die Gesamtspannung am Eingang unabhängig ist von dem Unterschied zwischen den Stromverstärkungsfaktoren der Ausgangstransistoren. In beiden Fällen ergibt sich

i) die Kompensationsspannung durch Verwendung der Fehlerspannung in den Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren der beiden Transistorpaare des Differerizverstärkers, was weiter unten näher erläutert wird.

Wird zwischen den Basiselektroden der Eingangs-

4() transistoren eines Darlington-Differenzverstärkers eine Signalspannung angelegt, so teilt diese Signalspannung sich im gleichen Maße über die Basis-Emitter-Übergänge der vier Transistoren auf. Die Basis-Emitter-Spannung jedes der Transistoren enthält somit einen gleich j großen Teil der Signalspannung.

Der Unterschied zwischen den Stromverstärkungsfaktoren der Ausgangstransistoren ruft jedoch Fehlerspannungen in den Basis-Emitter-Spannungen dieser Transistoren hervor. Die Basis-Emitter-Spannung jedes

>() der Eingangstransistoren weist die gleiche Fehlerspannung auf wie der darauffolgende Ausgangstransistor aber mit entgegengesetztem Vorzeichen. Die Basis-Emitter-Spannung des Eingangs- und Ausgangstransistors einer Stufe enthält somit die Signalspannung mit

·")·) dem gleichen Vorzeichen und die Fehlerspannung mit entgegengesetztem Vorzeichen, während die Basis-Emitter-Spannung des Eingangs- bzw. Ausgangstransistors der einen Stufe in bezug auf die des Eingangs- bzw. Ausgangstransistors der anderen Stufe beide Spannun-

wi gen mit entgegengesetztem Vorzeichen enthält, wobei alle Spannungen auf die miteinander verbundenen Emitter der Ausgangstransistoren bezogen sind.

Indem eine passend gewählte Basis-Emitter-Spannung der Basis eines Transistors zugeführt und die

ti¹) Kollektorspannung dieses Transistors einer der Ausgangsspannungen zugezahlt wird, läßt sich die Fehlerspannung beseitigen. Die betreffende Basis-Emitter-Spannung kann auch über einen Transistor der

Eingangsspannung zugeordnet werden, wodurch die gleiche Wirkung erzielt wird.

Es können auch zwei passend gewählte Basis-Emitter-Spannungen addiert werden, wodurch eine Spannung erhalten werden kann, die lediglich von der Fehlerspannung abhängig ist. Indem diese Spannung wieder über einen Transistor der Eingangs- oder Ausgangsspannung zugeordnet wird, ergibt sich wieder eine Kompensation der Fehlerspannung, wie dies in der Beschreibung an Hand der Figuren näher erläutert wird.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen bekannten Differenzverstärker, der a"s zwei Transistorpaaren besteht,

F i g, 2 eine erste,

Fi g. 3 eine zweite,

F i g. 4 eine dritte,

Fig. 5 eine vierte und

Fig.6 eine fünfte Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

Der Differenzverstärker nach F i g. 1 besteht aus zwei Stufen mit den Eingangsschichttransistoren 1 und 2 und den Ausgangsschichttransistoren 3 und 4. Die Emitterelektroden der Transistoren 3 und 4 sind miteinander und über eine Stromquelle 2 / mit einer Klemme der Speisequelle verbunden, während ihre Kollektorelektroden, die außerdem die Ausgangsklemmen u bilden, über Impedanzen R mit der anderen Klemme der Speisequelle verbunden sind, mit welcher Klemme außerdem die Kollektorelektroden der Transistoren 1 und 2 verbunden sind. Die Eingangsklemmen /' werden durch die Basiselektroden der Transistoren 1 und 2 gebildet.

Wenn die Kollektorströme der Transistoren 3 und 4 gleich sind und die Spannung zwischen den Ausgangsklemmen u Null ist, werden die Basis-Emitter-Spannungen dieser Transistoren nahezu einander gleich sein. Wenn der Stromverstärkungsfaktor des Transistors 3 aber höher ist als der des Transistors 4, ist der Kollektorstrom des Transistors 1 kleiner als der des Transistors 2, so daß auch die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 1 kleiner als die des Transistors 2 ist. Damit bei Abwesenheit eines Eingangssignals die Ausgangsspannung an den Klemmen u Null wird, muß eine zusätzliche Spannung zwischen den Eingangsklemmen angelegt werden, die sogenannte Offset-Spannung die gleich dem Unterschied zwischen den Basis-Emitter-Spannungen ist.

Wenn dem Eingang kein Signal zugeführt wird (Klemmen /miteinander verbunden), so sind die Ströme der Transistoren 3 und 4 ebenso wie die der Transistoren 1 und 2 einander ungleich, und zwar in der Weise, daß im angegebenen Beispiel der Kollektorstrom des ^Trarsistors 3 höher ist als der des Transistors 4, während der Kollektorstrom des Transistors 1 geringer ist als der des Transistors 2. Verhältnismäßig sind die Abweichungen gleich mit entgegengesetzten Vorzeichen und auch gleich der Hälfte der relativen .Abweichung der Stromverstärkungsfaktoren. Diese Eigenschaften der Schaltungsanordnung ergeben sich aus der Bedingung, daß bei Abwesenheit jedes Eingangssignals die Unterschiede zwischen den Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 3 und 4 bzw. 1 und 2 im absoluten Sinne einander gleich, aber im Vorzeichen einander entgegengesetzt sein müssen.

Dies wird durch eine Berechnung an Hand der F i g. 2 näher erläutert. Der Differenzverstärker'dieser Figur besteht auch aus zwei Stufen mit Eingangstransistoren 1 und 2 und den Ausgangstransistoren 3 und 4. Der Kollektor des Transistors 3 ist über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 9 und eine Impedanz R und der Kollektor des Transistors 4 ist auf gleiche Weise über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 10 und eine Impedanz R mit der Plusklemme der Speisequelle verbunden, wobei die Basiselektroden der Transistoren 9 und 10 ein konstantes Potential führen. Der Kollektor des Transistors 3 ist weiterhin über einen

κι als Diode in der Durchlaßrichtung geschalteten Transistor 8 mit dem Kollektor des Transistors 2 verbunden, der außerdem mit der Basis eines Transistors 6 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 4 ist über einen als Diode in der Durchlaßrichtung

r, geschalteten Transistor 7 mit dem Kollektor des Transistors 1 verbunden, der außerdem mit der Basis eines Transistors 5 verbunden ist. Die Emitterelektroden der Transistoren 5 und 6 sind miteinander und über eine Stromquelle mit der Minusklemme der Speisequel-Ie verbunden. Der Kollektor des Transistors 5 bzw. 6 ist über eine Impedanz pR mit dem Kollektor des Transistors 10 bzw. 9 verbunden. Die Kollektorelektroden der Transistoren 5 und 6 bilden außerdem die Ausgangsklemmen u.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung sei angenommen, daß den Eingangsklemmen symmetrisch eine Spannung in der Weise zugeführt wird, daß an der Basis des Transistors 1 eine Spannung

3-3 und an der Basis des Transistors 2 eine Spannung

-2 1^-

auftritt, wobei Δ die Eingangssignalspannung ist normiert auf 2 — . (k= 1,38 · 10-^|fl erg/grad, ^absolute Temperatur, q= 1,6 ■ 10- '^Coulomb)) Diese Spannungen verteilen sich in gleichem Maße über die Basis-Emitter-Übergänge der Eingangs- und Ausgangstransistoren. Die Basis-Emitter-Spannung der Transistoren 1 und 3 wird somit infolge des Eingangssignals

IcT
um einen Wert Δ — und die Basis-Emitter-Spannung

der Transistoren 2 und 4 um den gleichen Wert erhöht bzw. erniedrigt.

Wenn die Stromverstärkungsfaktoren der Transistoren 3, 4 einander nicht gleich sind, d.h. wenn angenommen wird daß der Stromverstärkungsfaktor des Transistors 3 gleich j-_ _{2 Λ} und der des Transistors 4

gleich y+y^ ^;st, kann durch Berechnung gefunden werden, daß für den Kollektorstrom des Transistors 3 gilt:

/Cj= /[I + Δ + 6)

und für den Kollektorstrom des Transistors 4:
/A= /(I -Δ-δ),

wobei / die Ruhestromeinstellung der Ausgangstransistoren bezeichnet.

Für die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 3 gill dann:

Vbe, = Vbc_n, + ( I -ι Λ) ^{k Γ}

<l

und für die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 4:

VHe₄ = Vbe_ü4 - ( I + ,))

kT

wobei VOe₀₃= VOe₀₄ = der Wert der Basis-Emitter-Spannung der Transistoren 3 und 4 in der Ruhelage. Da die Spannung zwischen der Basis des Transistors 1 und dem Emitter des Transistors 3 gleich der Summe von

Vb&)\, Vbeoi und 2Δ — gleich sein muß, gilt für die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 1:

Vbc, = Vbe_0l + (. 1 - Λ) -^k-l.

praktisch gleich dem Basistrom des Transistors 4 ist. Bei Verwendung von Transistoren mit einem hohen Stromverstärkungsfaktor ist der Strom durch Transistor 8 also vernachlässigbar gering im Vergleich zum

^r> Kollektorstrom des Transistors 3. Die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 3 und 9 sind also genau gleich, ebenso wie die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 4 und 10.

Die Spannung an der Basis des Transistors 5 ist dann

ι» gleich der konstanten Spannung an der Basis des Transistors 10 abzüglich der Summe der Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 10 und 7 und somit gleich dieser konstanten Spannung abzüglich der Summe der Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 4 und 1.

r> Die Einfügung der gefundenen Ausdrücke der Basis-Emitter-Spannungen dieser Transistoren zeigt, daß die Basisspannung des Transistors 5 gleich der konstanten Spannung zuzüglich

_Λ kT

Auf gleiche Weise findet man für die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 2:

VbC₁ = Vbe_m -(A-

ist. Auf gleiche Weise zeigt sich, daß die Basisspannung des Transistors 6 gleich einer konstanten Spannung abzüglich

. kT

2 Λ

Dabeiist Vöeoi und Vbe^der Wert der Basis-Emitter-Spannung der Transistoren 1 und 2 in der Ruhelage.

Die Stromeinstellung des Transistors 5 bzw. 6 wird dann derart gewählt, daß ihr Basisstrom vernachlässigbar gering ist im Vergleich zu dem Kollektorstrom der Transistoren 1 und 2. Dies bedeutet, daß die Transistoren 1 und 7 von nahezu dem gleichen Strom durchflossen werden, wodurch die Basis-Emitter-Spannungen dieser Transistoren einander genau gleich sind. Dies gilt auch für die Transistoren 2 und 8.

Wenn ferner der Strom durch den Transistor 8 im Vergleich zum Kollektorstrom des Transistors 3 gering ist, werden die Transistoren 3 und 9 von dem gleichen Strom durchflossen. Der Strom durch Transistor 8 ist gleich dem Kollektorstrom des Transistors 2, der an sich ist. Diese Basisspannungen sind somit nicht mehr abhängig von der Signalspannung.

Die Kollektorströme der Transistoren 5 und 6 sind noch abhängig von der Ruhestromeinstellung dieser Transistoren. Wenn diese durch /o dargestellt wird, gilt für den Kollektorstrom des Transistors 5:

und für den Kollektorstrom des Transistors 6:
/,«=/„( l-2<5).

Wenn die Gesamtkollektorimpedanz der Transistoren 5 und 6 einen Wert von (p+\) What, gilt für die Spannung am Kollektor des Transistors 5:

V_u5 =

+ I_c5(p+ I)R = /R(I -,1-A) + /₀(l +2A)(p+ I)R.

Um eine vollständige Kompensation der Fehlerspannung infolge 6 zu erzielen, muß gelten:

⁰ 2(_Γ+Ί)·

Die Emitterstromquellc, die den Ruhestrom für die Transistoren 5 und 6 liefert, muß also auf einen Wert

pTT

eingestellt werden. Die Größe der Impedanz pR des Kollektorkreises der Transistoren 5 und 6 und der Stromverstärkungsfaktor dieser Transistoren werden durch die erwünschte Beschränkung des Basisstroms dieser Transistoren bestimmt. Wie gesagt, müssen diese Basisströme vernachlässigbar gering sein im Vergleich zu den Kollektorströmen der Eingangstransistoren.

Wenn ein sehr hoher Stromverstärkungsfaktor für die Transistoren 5 und 6 gewählt wird, kann selbstverständ lieh sichergestellt werden, daß bei einem geringer Basisstrom der Kollektorstrom hinreichend hoch ist, un bei einer geringen Kollektorimpedanz (ρ klein) ein« hinreichend hohe Kompensationsspannung zu erzielen Im Grenzfalle kann ρ sogar Null gewählt werden. Be Integration werden jedoch Transistoren mit gleicher Stromverstärkungsfaktoren bevorzugt, so daß di< Transistoren 5 und 6 den gleichen Stromverstärkungs faktor wie die übrigen Transistoren des Differerwer stärkers aufweisen. Um die Basisströme der Transisto ren 5 und 6 zu beschränken, kann es notwendig sein, dii Ruhestromeinstellung dieser Transistoren gering zi wählen. Damit dennoch die richtige Kompensations spannung erzielt wird, muß die Kollektorimpedan2, als« der Wert von p, gesteigert werden.

Bleibt bei einer bestimmten Ruhestromeinstellunj der Transistoren 5 und 6 der Basisstrom unterhalb de

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zulässigen Wertes, so darf der Basisstrom noch erhöht werden. Für den Transistor 3 ist dies dadurch möglich, daß zwischen dem Emitter des Transistors 10 und dem Kollektor des Transistors 4 eine Anzahl als Dioden in der Durchlaßrichtung geschalteter Transistoren eingeschaltet wird, während zwischen dem Kollektor des Transistors 4 und dem Transistor 7 eine gleiche Anzahl vorgesehen wird.

Wenn die Anzahl zusätzlicher Dioden in beiden Strecken η beträgt, hat die Spannung an der Basis des Transistors 5 abgesehen von einer konstanten Span-

10

nung, einen Wert von 2(n+ I)O. Dies gilt auch für dii Basisspannung des Transistors 6, wenn zwischen derr Kollektor des Transistors 9 und dem Kollektor de; Transistors 3 eine Anzahl von Dioden und zwischer

<·, dem Kollektor des Transistors 3 und dem Transistor f die gleiche Anzahl vorgesehen wird.

Bei einer richtigen Beziehung zwischen der Ruhe Stromeinstellung und der Kolleklorimpedanz dei Transistoren 5 und 6 beträgt die Kollektorspannung dc;

κι Transistors 5:

K₁₁₅ = /R(I - I - Λ) + 2Jp^-Jj C + Ο* = j I^R~I^R ·

und des Transistors 6:

Vu₆ =■ /R(I + . I + A) + j-~- (1 - 2h)(p + I)R = y IR + /R. |,

welche Spannungen somit lediglich von der Eingangsspannung Δ abhängig sind.

Fig.3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Differenzverstärkers nach der Erfindung, wobei die Kollektoren der Transistoren 3 und 4 über Impedanzen R mit der Speisequelle verbunden sind. Die Kollektorelektroden der Transistoren 1 und 2 sind über die Emitter-Kollektor-Strecken der als Dioden geschalteten Transistoren 7 bzw. 8 mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Der Kollektor des Transistors 1 ist außerdem mit der Basis des Transistors 5 verbunden, dessen Kollektor über eine Impedanz pR mit dem Kollektor des Transistors 4 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 2 ist mit der Basis des Transistors 6 verbunden, dessen Kollektor über eine Impedanz pR mit dem Kollektor des Transistors 3 verbunden ist. Die Emitterelektroden der Transistoren 5 und 6 sind wieder miteinander und über eine Stromquelle mit der negativen Speiseklemme verbunden. Die Kollektorelektroden der Transistoren 5 und 6 bilden wieder die Ausgangsklemmen u.

Wenn die Basisströme der Transistoren 5 und 6 wieder vernachlässigbar gering sind im Vergleich zu den Kollektorströmen der Transistoren 1 und 2, werden die Basis-Emitter-Spannungcn dieser Transistoren 1 und 2 in den Transistoren 7 und 8 reproduziert. Die Basisspannung des Transistors 5 beträgt dann, abgesehen von der konstanten Komponente:

<-■♦<■

Wird der Ruhestrom des Transistors 5 wieder auf I eingestellt, so ist der Kollektorstrom gleich

«. /C₅=Z₀(I-Zl+ (5).

Die Ausgangsspannung am Kollektor des Transistors '. beträgt dann

Vu₅=IR(\-a-ä)+l₀(\-A+o)(p+\)R.

)■■> Zur vollständigen Kompensation der Fehlerspannun; muß dann gelten:

P + 1 ·

Die Einstellung der den Ruhestrom der Transistoren f und 6 liefernden Stromquelle muß somit sein:

2/

p'+r

Wenn diese Bedingung erfüllt ist, gilt für dii Kollektorspannung des Transistors 5:

= 2IR-2IR.

Im Vergleich zu der Schaltung nach Fig. 2 hat diese Schaltung somit den Vorteil, daß die Ausgangsspannung erhöht ist und die Anzahl von Transistoren um 2 verringert ist.

Bei diesem Aufbau der Anordnung kann die Größe von ρ wieder verringert werden, indem für 5 und 6 Transistoren mit hohem Stromverstärkungsfaktor gewühlt werden, während die Basisspannung der Transistoren 5 und 6 wieder erhöht werden kann, indem statt einer mehrere als Dioden geschaltete Transistoren in den Kollektorkrcisen der Transistoren 1 und 2 verwendet werden.

Fig.4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung. Hier wird die Kompensation der Fchlerspannung durch Zusatz am Eingang erreicht. Die Anordnung enthüll wieder dei Differenzverstärker mit den Transistoren 1, 2, 3, 4 /.. \- des npn-Typs. Die Basis-Emitter-Spannungen diese Transistoren werden auf gleiche Weise wie in Fig.: durch die Transistoren 7, 8, 9 und 10 reproduziert. Dii durch diese Reproduktion erhaltenen Spannungoi werden wieder zwei Transistoren 5 und 6 zugeführt, dii hier vom pnp-Typ sind und deren Emitterclektrodei miteinander und über eine Stromquelle mit de positiven Speiseklemmc verbunden sind. In Reihe mi der Emitter-Kollektor-Strccke des Transistors 5 bzw. < ist die Emitter-Kollektor-Strecke eines zweiten pnp Transistors 11 bzw. 12 geschaltet, dessen Kollektorelek troden mit der negativen Speiseklemme verbunden sind Ferner ist der Emitter des Transistors 11 bzw. 12 mit de

Il

Basis des Transistors 1 bzw. 2 verbunden. Schließlich wird die Eingangsspannung zwischen den Basiselektroden der Transistoren 11 und ^angeschlossen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung sei angenommen, daß der Kollektorstrom des Transistors 3: Id= I(\ +x) und der des Transistors 4: Ic₁=I(I-X) ist. Dann gilt für die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 3: Vbc\= Vben\ + x ( — J und für

kT\

die des Transistors 4: Vbc.\ = Vbc_m —

kT\
— J

Wird für

die Siromverstärkungsfaktoren der Ausgangstransistoren 3 und 4 das gleiche wie in F i g. 2 vorausgesetzt, so gilt für den Basisstrom des Transistors 3:

/,,j= (1 +χ— 2ό) und für den des Transistors 4:

/m=' (I-x + 20). Bei

diesem
des

Strom gilt für
Transistors

die

Wirkungsweise ist ferner praktisch gleich der der vorhergehenden Anordnung, aber die Steilheit wird verdoppelt, da auch Signalspannung auf den Eingang zurückgeführt wird.

ι Fig. 6 zeigt eine Abart der Anordnung nach Fig. 4, wobei jedoch nur Transistoren des npn-Typs verwendet werden. Die Basis-E.nitter-Spannungen der Transistoren 1, 2, 3 und 4 werden auf gleiche Weise reproduziert wie in Fig. 4. Der Emitter des Transistors 7 ist jedoch

κι nicht mit der Basis des Transistors 5, sondern mit der des Transistors 6 in der gegenüberliegenden Stufe des Verstärkers verbunden, während der Emitter des Transistors 8 hier mit der Basis des Transistors 5 verbunden ist.

i) Bei den gleichen Annahmen wie in Fig.4 ist die Basisspannung des Transistors 5, abgesehen von einer

kl
konstanten Spannung, gleich —2(5—. Der Strom

Basis-Emitter-Spannung

Vbe\ = Vbco\ +(x—2ö) —- Die Spannung zwischen der

Basis des Transistors 1 und dem Emitter des Transistors 3 enthält somit die Fehlerspannung abhängig von ö.

Die Transistoren 7 und 10 reproduzieren die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 1 und 4, so daß die Basisspannung des Transistors 5 lediglich von <) abhängig ist, wobei als Bedingung gilt, daß der Basisstrom des Transistors 5 vernachlässigbar gering sein soll im Vergleich zum Kollektorstrom des Transistors 1. Wird der Ruhestrom auf /o eingestellt, so gilt für den Kollektorstrom des Transistors 5: /,-5=/o(l — 2<5). Dieser ist außerdem der Strom durch den Transistor 11, wenn der Basisstrom des Transistors 1 vernachlässigbar ist, was sich leicht verwirklichen läßt. Die Basis-Emitter-Spannung dieses Transistors 11 wird

somit um 2ό — erniedrigt. Die Spannung zwischen der

Basis des Transistors 11 und dem Emitter des

kT

Transistors 2 beträgt somit insgesamt 2 · — , abgesehen von der konstanten Komponente, und diese muß gleich der Eingangsspannung +Δ — an der Basis des

Transistors 11 sein. Also ist x= ^- unabhängig von dem

Unterschied zwischen den Stromverstärkungsfaktoren der Ausgangstransistoren.

Die Schaltung läßt sich auch höhere Frequenzen geeignet machen, indem zwischen der Basis des Transistors 11 bzw. 12 und der Basis des Transistors 3 bzw. 4 ein Kondensator angebracht und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 3 bzw. 4 durch einen Widerstand überbrückt wird, was in der Figur gestrichelt angedeutet ist. Auf diese Weise wird für höhere Frequenzen die erste VerstärkersUifc kurzgeschlossen.

Fig. 5 zeigt eine Ausführiingsform, bei der ähnlich wie in Fig. 3 lediglich die Basis-Emittcr-Spannungun des Transistoren 1 und 2 reproduziert werden. Die 1: durch den Transistor 5 wird durch die Eingangsspan-

²⁽¹ nung+4---- bestimmt, so daß diese die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 5 ist. Die Basisspannung des Transistors 1 beträgt

-, kT -2<)

was gleich

sein muß. Tür χ folgt daraus .v=y. Es tritt dann

Phasenumkehrung auf.

Die Schaltungsanordnungen der F i g. 4,5 und 6 haben im Vergleich zu denen der Fig. 1,2 und 3 den Vorteil, daß keine zusätzlichen Widerstände am Ausgang des Differenzverstärkers notwendig sind und zudem, daß die Stromquelle 2/₍₎ nicht einer bestimmten Bedingung unterliegt. Ein Nachteil ist der, daß zwei zusätzliche Transistoren notwendig sind. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 6 hat im Vergleich zu der nach Fig. 4 noch den Vorteil, daß lediglich Transistoren der npn-Type notwendig sind, was bei integrierten Schaltungen beträchtliche Vorteile ergibt.

Auch die Anordnung nach F i g. 6 erlaubt eine Abart in dem Sinne, daß lediglich die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 1 und 2 reproduziert werden auf die an Hand der F i g. 5 beschriebene Weise. Auch dann ist der Emitter des Transistors 7 nicht mit der Basis des Transistors 5, sondern mit der des Transistors 6 verbunden, während der Emitter des Transistors 8 mit der Basis des Transistors 5 verbunden ist, so daß wieder eine Art von Kreuzungskopplung erhalten wird. Auf diese Weise werden zwei Transistoren erspart, d. h. die Transistoren 9 und 10, während die Steilheit der Verstärkerschaltung zunimmt, da auch Signalspannung auf den Eingang zurückgeführt wird.

3 Blalt

i '' 4 fr- i

Claims

Patentansprüche:

1. Differenzverstärker mit einem ersten und einem zweiten Eingangstransistor (1, 2), deren Her jeweils mit der Basis eines ersten bzw. , oiten Ausgangstransistors (3,4) verbunden sind, wobei den Basen der beiden Eingangstransistoren die Eingangssignale zugeführt werden und das Ausgangssignal aus den Spannungen an den Kollektorimpedanzen (R) der Ausgangstransistoren (3, 4), deren Emitter miteinander verbunden sind, abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der Eingangstransistoren (1, 2) je über einen vom Kollektorstrom des zugehörigen Eingangstran- r> sistors (1 bzw. 2) durchflossenen pn-Übergang (7, 8) mit einem Punkt festen Potentials verbunden sind und daß zwei Koppelverstärker (5, 6) vorgesehen sind, die die Spannungen an den pn-Übergängen (7, 8) verstärken, wobei das Ausgangssignal des Differenzverstärkers durch Überlagerung der Signale an den Kollektorimpedanzen (R) mit den Ausgangssignalen der Koppelverstärker (5, 6) gebildet wird und wobei die Verstärkung der Koppelverstärker (5, 6) so gewählt ist, daß bei 2"j fehlendem Eingangsdifferenzsignal die Ausgangsdifferenzspannung wenigstens annähernd Null wird (F i g. 2 und 3).

2. Differenzverstärker mit einem ersten und einem zweiten Eingangstransistor (1, 2), deren Emitter so jeweils mit der Basis eines ersten bzw. zweiten Ausgangstransistors (3,4) verbunden sind, wobei den Basen der beiden Eingangstransistoren die Eingangssignale zugeführt werden und das Ausgangssignal aus den Spannungen an den Kollektorirrpe- r, danzen (R) der Ausgangstransistoren (3, 4), deren Emitter miteinander verbunden sind, abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der Eingangstransistoren (1, 2) je über einen vom Kollektorstrom des zugehörigen Eingangstransi- ui stors (1 bzw. 2) durchflossenen pn-Übergang (7, 8) mit einem Punkt festen Potentials verbunden sind und daß zwei Koppelverstärker (5, 6) vorgesehen sind, die die Spannungen an den pn-Übergängen (7,

8) verstärken, wobei die Signale an den Basen der 4^r> beiden Eingangstransistoren (1, 2) durch Überlagerung der Eingangssignale mit den Ausgangssignalen der Koppelverstärker (5, 6) so gewählt ist, daß bei fehlendem Eingangsdifferenzsignal die Ausgangsdifferenzspannung wenigstens annähernd Null wird ϊο (F ig.4bis6).

3. Differenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelverstärker einen dritten bzw. vierten Transistor (5 bzw. 6) enthalten, dessen Basiselektrode mit dem zum Kollektor des v> ersten bzw. zweiten Eingangstransistors (1 bzw. 2) gewandten Anschluß des vom Kollektorstrom des ersten bzw. zweiten Eingangstransistors durchflossenen pn-Überganges (7 bzw. 8) verbunden ist, wobei die Emitterelektroden des dritten und vierten wi Transistors miteinander und mit einer Stromquelle (2 /0) verbunden sind (F i g. 2 und 3).

4. Differenzverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode des dritten bzw. vierten Transistors (5 bzw. 6), an der die h^r> Ausgangsspannung abgenommen wird, über eine Impedanz (pR)m\\. dem dem Kollektor des zweiten bzw. ersten Ausgangstransistors (4 bzw. 3) zugewandten Anschluß der zugehörigen Kollektorimpedanz ^verbunden ist (Fi g 2 und 3).

5. Differenzverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelverstärker einen dritten bzw. vierten Transistor (6 bzw. 5) vom gleichen Leitungstyp wie der erste und zweite Ein- und Ausgangstransistor (1, 2 3, 4) enthalten, dessen Basiselektrode mit dem zum Kollektor des ersten bzw. zweiten Eingangstransistors (1 bzw. 2) gewandten Anschluß des vom Kollektorstrom des ersten bzw. zweiten Eingangstransistors durchflossenen pn-Übergang (7 bzw. 8) verbunden ist und dessen Emitterelektrode mit der Basiselektrode des zweiten bzw. ersten Eingangstransistors (2 bzw. 1) verbunden ist, wobei ein fünfter bzw. sechster Transistor (12 bzw. U) vom gleichen Leitungstyp wie der dritte und vierte Transistor (5, 6) vorgesehen ist, dessen Kollektorelektrode mit der Emitterelektrode des dritten bzw. vierten Transistors (6 bzw. 5) verbunden ist, wobei die Emitterelektroden des fünften und sechsten Transistors gemeinsam mit einer Stromquelle (2 /0) verbunden sind und den Basiselektroden das Eingangssignal zugeführt wird (F i g. 6).

6. Differenzverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelverstärker einen dritten bzw. vierten Transistor (5 bzw. 6) mit einem dem Leitungstyp des ersten und zweiten Ein- und Ausgangstransistors (1, 2, 3, 4) entgegengesetzten Leitungstyp gebildet werden, dessen Basiselektrode mit dem zum Kollektor des ersten bzw. zweiten Eingangstransistors (1 bzw. 2) gewandten Anschluß des vom Kollektorstrom des ersten bzw. zweiten Eingangstransistors durchflossenen pn-Übergang (7 bzw. 8) verbunden ist und dessen Kollektorelektrode mit der Basiselektrode des ersten bzw. zweiten Eingangstransistors verbunden ist, wobei die Emitterelektroden des dritten und vierten Transistors mit einer Stromquelle (2 /0) verbunden sind und wobei ein fünfter und ein sechster Transistor (11 bzw. 12) vom gleichen Leitungstyp wie der dritte und vierte Transistor vorgesehen ist, dessen Emitterelektrode mit der Kollektorelektrode des dritten bzw. vierten Transistors verbunden ist, wobei den Basiselektroden des fünften und sechsten Transistors das Eingangssignal zugeführt wird (F i g. 4 und 5).

7. Differenzverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kollektorzuleitungen der Ausgangstransistoren (3,4) jeweils ein vom Kollektorstrom durchflossener pn-Übergang (9, 10) vorgesehen ist und daß der Spannungsabfall an diesem pn-Übergang (9 bzw. 10) dem Spannungsabfall an den pn-Übergang (8 bzw. 7) im Kollektor des zweiten bzw. ersten Eingangstransistors (2 bzw. 1) überlagert und von dem zugehörigen Koppelverstärker verstärkt wird (Fig. 2,4,6).

8. Differenzverstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Kollektorstrom des ersten bzw. zweiten Ausgangstransistors (3 bzw. 4) durchflossene pn-Übergang (9 bzw. 10) durch den Basis-Emitterübergang eines siebten bzw. achten Transistors (9 bzw. 10) gebildet wird, dessen Emitterelektrode mit der Kollektorelektrode des ersten bzw. zweiten Ausgangstransistors verbunden ist und dessen Kollektorelektrode mit der dem ersten bzw. zweiten Ausgangstransistor zugehörigen Kollektorimpedanz (R) verbunden ist, wobei die Basiselektroden des siebten und achten Transistors

miteinander und mit einem Punkt festen Potentials verbunden sind und wobei die Kollektorelektrode des ersten bzw. zweiten Eingangstransistors (1 bzw. 2) über den vom Kollektorstrom dieses Transistors durchflossenen pn-übergang (7 bzw. 8) mit der Emitterelektrode des vierten bzw. dritten Transistors verbunden ist (F i g. 2,4,6).