DE2032631C3 - Differenzverstärker - Google Patents

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 mil .our 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 höhe; Fingangsimpedanz zu erzielen, wird meistens eine Kombination von zwei Trarr istorpaaren verwendet. Dabei enthält <ler Differenzvcistärker somit zwei Stufen, die je einen in dem linearen Arbeitsgebiet eingestellten Eingangs- und Ausgangstransistor enthalten, wobei die Eingangstransistoren lediglich den Basisstrom für die Ausgangstransisioren liefern müssen und der Basisstrom der Eingangstransistoren entsprechend gering sein kann, wodurch eine hohe Eingangsimpedan/. erreicht w ird.

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 trot/ der modernen Herstellungsverfahren 10 bis 20% betragen kann und außerdem temperatur- und zeitabhängig ist. Dieser Unterschied äußert sich in den Kollektorström cn der Eingangstransistoren. Infolgedessen sind die Bisis-Emitterspannungen der Eingangstr.msistoren bei einem gleichen Kollektorslrom der Ausgangstrjnsisioren und bei Abwesenheit eines Eingangssignal:; verschieden. Dieser Unterschied zwischen den Basis-Eniitterspaiinungen der beiden Eingangstransisioren bestimmt gemeinsam mit einem etwaigen geringen Unte-schied /wischen den Uasis-Etnitterspanmingeii der Ausgangslransisloren die Unsymmetrie des Differenzverstärkers, die durch die Spannung dargestellt wird, die den Eingangskiemmen des Differcnzverstärkcrs /ugelüht werden muli, um eine Ausgangsspannung Null zu erzielen. Hei einem Differenzverstärker, der nur aus zwei Transistoren besteht, ist nur der zuletzt genannte Beitrag zur Unsymmetrie von Bedeutung. Infolge des vorerwähnten, verhältnismäßig großen Unterschieds /wischen den Stromverstärkungsfaktoren der Ausgangslransisioren ist die Unsymmetrie dos beschriebenen Zweislufenverstärkers. weiter unten Darlington Differenzverstärker genannt, um einen I aktor 10 bh JO größer .ils die Unsymmetrie tics I )illeren/\ LTSl.irki.Ts. der nur .ms /wci Transistoren besteht. Der Gew mn an I Ίπμ'.ιnusipi pediin/ und Vcrsl.ii kuiiL'slaktor wird sonnt ,ml Kosten einer tin »Heren I ιιλ ι ι ι μ tr ι ne er * κ- h

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 Stromverstärkungsfaktoren des Ausgangstransistorpaares verursachte Fehlspannung enthält. Zur Erzeugung dieser Kompensationsspannungen werden nicht die Basis-Emitter-Spannurig der beiden Transistorpaare selbst benutzt, da sich daraus ein .Signalverlust ergeben würde. Diesem Zweck dienen vielmehr die vom Kollektorstrom des jeweils zugeordneten 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 ur.d daß es ohne weiteres möglich ist, pn-Übergänge herzustellen, die die gleiche Abhängigkeit aufweisen. E>icse mit Hilfe der pn-Übergänge erzeugte Kompensaiionsspannung kann nun entweder den Ausgangsklemmen zugeführt werden (Anspruch I) 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 Ausgangstransistoren. Im zweiten Fall wird zur Eingangsspannung ein solcher Wert addiert, daß die Gesamtspannung am Eingang unabhängig ist von dem Unterschied zwischen den Stromverslärkungs^raktoren der Ausgangstransistoren. In beiden Fällen ergibt sich die Kompensaiionsspannung durch Vorwendung der Fehlerspanruing in den Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren der beiden Transistorpaarc des Differenzverstärkers, was weiter unten näher erläutert wird.

Wird zwischen den Basiselektroden der Eingangstransistoren eines Darlington-Differen/verstärkers eine Signalspannung angelegt, so teilt diese .Signalspannung sich im gleichen Maße über die Basis-Emitier-Übergänge der vier Transistoren auf. Die Basis-Emitter-Spannung jedes der Transistoren enthält somit einen gleich 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-Fmitler-Spannung des Eingangs- und Ausgangstransistors einer Stufe enthält somit die Signalspannung mit dem gleichen Vorzeichen und die Fehlerspannung mit entgegengesetztem Vor/eichen, während die Basis-Emitter-Spannung des Eingangs- b/w. Ausgangsiransistors der einen Stufe in bezug auf die des Eingangs- b/w. Ausgangstransistors der anderen Stufe beide Spannungen mit entgegengesetztem Vor/c'chen enthält, wobei alle Spannungen auf die miteinander verbundenen Emitter der Ausgangsiransistoren bezogen sind.

Indem eine passend gewählte liisis Emitter Spannung der Basis eines Transistors /ui'eluhrl und die Kolleklorspantiung dieses I ι ,insislors einer der Au·»- gaiigsspaiiniingen /uge/.ihlt und, lal.lt sieh die Fehler spannung beseitigen. Die betreuende ll.isis I miller Snaiiniinu kanu auch iiIht einen transistor der

I.ingangsspannung zugeordnet werden, wodurch die gleiche Wirkung erzielt wird.

Hs können auch zwei passend gewählte lliisis- limit tcr-Spannungen addiert werden, wodurch eine Spannung erhalten werden kann, dir lediglich von der l'chlerspannung abhängig ist. Indem diese Spannung wieder über einen Transistor der Hingangs- oder Ausgungsspannung zugeordnet wird, ergibt sich wieder eine Kompensation der l'ehlerspannung, wie dies in der Beschreibung an Hand der l'iguren näher erläutert wird.

Die Erfindung wird an Hand der l-iguren erläutert. Hs zeigt

I i g. 1 einen bekannten Differenzverstärker, der a"s zwei Transistorpaaren besteht,

['ig. 2 eine erste,

I'ig. 3 eine zweite.

i i g. 4 eine dritte.

I' i g. 5 eine vierte und

f i g. 6 eine fünfte Ausführungsform der .Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

Der Differenzverstärker nach E i g. 1 besteht aus zwei Stufen mit den Hingangsschichttransistoren 1 und 2 und den Ausgangsschichttransistoren 3 und 4. Die Emittcrelektroden der Transistoren 3 und 4 sind miteinander und über eine Stromquelle 2 / mit einer Klemme der Speisequclle verbunden, während ihre Kollektorelektrodcn. die außerdem die Ausgangsklemmen u bilden, über Impedanzen R mit der anderen Klemme der Speiscquellc verbunden sind, mit welcher Klemme außerdem die Kollektorclektroden der Transistoren 1 und 2 verbunden sind. Die Hingangsklcmmen / werden durch die liasisclektroden der Transistoren 1 und 2 gebildet.

Wenn die Kollcktorströmc der Transistoren .3 und 4 gleich sind und die Spannung zwischen den Ausgangsklemmen ii Null ist, werden die Basis-Emittcr-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 Eingangsklcmmcn angelegt werden, die sogenannte Offset-Spannung die gleich dem Unterschied zwischen den Basis-Emittcr-Spannungcn ist.

Wenn dem Hingang 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 Kollektorsirom des Transistors 3 höher ist als der des Transistors 4. während der Kolleklorstrom des Transistors t geringer ist als der des Transistors 2. Verhältnismäßig sind die Abweichungen gleich mit entgegengesetzten Vorzeichen und auch gleich der Hälfte der relativen Abweichung der Stromvcrstärkungsfakloren. Diese Eigenschaften der Schaltungsanordnung ergeben sich aus der Bedingung, daß bei Abwesenheit jedes Hingangssignals die Unterschiede zwischen den Basis-Hmitler-Spannungen der Transistoren 3 und 4 bzw. 1 und 2 im absoluten Sinne einander gleich, aber im Vor/eichen einander entgegengesetzt sein müssen.

Dies wird durch eine Berechnung an Hand der H i g. 2 naher erläutert. Der Diflercnzvcrstärker "dieser figur besteht auch ;nis zwei Stufen mit Hingangstransistoren 1 und 2 und den Ausgangstransistoren 3 und 4. Der Kollektor des Transistors 3 ist über die Hmitter-Kollek-(or-Strecke des Transistors 9 und eine Impedanz R und der Kollektor des Transistors 4 ist auf gleiche Weise -, über die Emiltcr-Kollektoi Strecke des Transistors 10 und eine Impedanz R mit tier Plusklemmc der .Speisequelle verbunden, wobei die Basiselektroden der Transistoren 9 und 10 ein konstantes Potential führen. Der Kollektor des Transistors 3 ist weiterhin über einen

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

ι, geschalteten Transistor 7 mit dem Kollektor des Transistors 1 verbunden, der außerdem mit der Basis eines Ί ransislurs 5 verbunden ist. Die Emitietelektroden der Transistoren 5 und 6 sind miteinander und über eine Stromquelle mit der Minusklcmme der Speisequel-

.'(i Ic 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.

y> Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung sei angenommen, daß den Eingangsklemmcn symmetrisch eine Spannung in der Weise zugeführt wird, daß an der Basis des Transistors I eine Spannung

2 I

und an der Basis des Transistors 2 eine Spannung

- 2 I

A7

auftritt, wobei Λ die Eingangssignalspannung ist normiert auf 2 .(k= 1.38 K) ^lh erg/grad, T= absolute Temperatur, q= 1,6 · 10 '"<' '"'>.) Diese Spannun-

i, gen verteilen sich in gleichem Maße über die Basis-Emitter-Übergänge der Eingangs- und Ausgangstransistoren. Die Basis-Emittcr-Spannung der Transistoren 1 und 3 wird somit infolge des Eingangssignals

um einen Wert Δ und die Basis-Emitter-Spannung

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

Wenn die Strorm crsiärkungsfaktoren der Transistoren 3, 4 einander nicht gleich sind, d.h. wenr ■,ί angenommen wird, daß der Stromvcrstärkungsfaktoi des Transistors 3 gleich , ' -, ^ und der des Transistors 4

gleich . ''-, ₁ ist. kann durch Berechnung gefunden

Wi werden, daß für den Kolicktorstrom des Transistors ; gilt:

und für den Kolicktorstrom des Transistors 4:

wobei / die Ruhestromcinstelhmg der Ausgangstransi stören bezeichnet.

l'ür tlit¹ Basis-limn I er-.Spannung des I raiisisiors 3 gilt dann:

I />c, I /η·,,, ι I I ! Λ)

ι mil I ir ili c Basis-limit ι er-Snanniiiii: des 1 raiisislors 4:

I /)C,, j { I

A 7

wobei IViCi.ι= I'οΐΊμ = tier Weil der Basis-Iimüter-Spannung der Transistoren 3 und 4 in der Ruhelage. Da die Spannung /wischen der Basis des Transistors 1 und dem !!miller des Transistors 3 gleich der Summe von ι

W)Cm. \'bc„i und 2Zl gleich sein muß. gilt für die

Basis-Ümiiier-Spannung des Transistors 1:

= I ■/)(-,„

I - o)

AV

praktisch gleich dem I3asistrom des Transistors 4 ist. Be Verwendung von Transistoren mit einem hoher Stromverstärkungsfakior ist der Slrom durch Transistoi 8 also vernachlässighar gering im Vergleich zurr Kolleklorstrom des Transistors 3. Die Basis-Iimitter Spannungen der Transistoren S und 9 sind also genai gleich, ebenso wie die Basis-limittcr-Spannungen dci Transistoren 4 und 10.

Die Spannung an der Basis des Transistors 5 ist dam gleich der konstanten Spannung an der Basis de? Transistors 10 abzüglich der Summe der Basis-Iimittcr· Spannungen der Transistoren 10 und 7 und somit glcicl dieser konstanten Spannung abzüglich der Summe dci Basis-limitter-Spannungcn der Transistoren 4 und 1 Die Einfügung der gefundenen Ausdrücke der Basis limitter-Spannungen dieser Transistoren zeigt, daß die Basisspannupg des Transistors 5 gleich der konstanter Spannung zuzüglich

A 7

Aul gleiche Weise findet η
Spannung des Transistors 2:

l'ür die Basis-Iimilter-

IVks ■ I /)c„, ( I - λ)

A 7

Dabei ist Wn¹,,ι und V'öty der Wert der Basis-Iimilter-Spannung der Transistoren 1 und 2 in der Ruhelage.

Die Slromeinstdlung des Transistors 5 bzw. 6 wird dann derart gewählt, daß ihr Basisstrom vernachlässigbar gering ist im Vergleich zu dem Kollektorstrom der I ransistoren 1 und 2. Dies bedeutet, daß die Transistoren 1 und 7 von nahe/u dem gleichen Slrom durchflossen werden, wodurch die Basis-limitter-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 Kollcktorsirom des Transistors 3 gering isi. werden die Transistoren 3 und 9 von dem gleichen Strom durchflossen. Der Strom durch Transistor 8 ist gleich dem Kollcktorstrom des Transistors 2. der an sich ist. Aul gleiche Weise zeigt sich, daß die Basisspannunj des Transistors 6 gleich einer konstanten Spannung abzüglich

2.1

A7' </

ist. Diese Basisspannungen sind somit nicht mehl abhängig von der Signalspannung.

Die Kollektorströme der Transistoren 5 und 6 sine noch abhängig von der Ruhcstromcinstclhing diesel Transistoren. Wenn diese durch Iu dargestellt wird, gil für den Kollektorstrom des Transistors 5:

und für den Kollcktorstrom des Transistors b:
/.„=/,,(! -2Λ).

Wenn die Gesamtkollcktorimpcdanz der Transistoren " und 6 einen Wert von (p + 1) What. gi!¹. für die Spannung am Kollektor des Transistors 5:

Um eine vollständige Kompensation der l'ehlerspanniing inlolge Λ zu erzielen, muli gelten:

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

eingestellt werden. Die Größe der Impedanz pR des Kollcktorkrciscs 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 Kolleklorsirömen der liingangstransistoren. Wenn ein sehr hoher Stromverstärkungsfaktor für dii Transistoren 5 und 6 gewählt wird, kann selbstverständ hch sichergestellt werden, daß bei einem geringei Basisstrom der Kollektorstrom hinreichend hoch ist. tin bei einer geringen Kolleklorimpedanz f/> klein) eini hinreichend hohe Kompensationsspannung zu erzielen Im Grcnzfalle kann ρ sogar Null gewählt werden. Be Integration werden jedoch Transistoren mit gleichet Stromverstärkungsfaktoren bevorzugt, so daß dii Transistoren 5 und 6 den gleichen Slromvcrslärkungs faktor wie die übrigen Transistoren des Diffcrcnzvcr stärkers aufweisen. Um die Basisströme der Ί ransisto ren 5 und 6 zu beschränken, kann es notwendig sein, dii Ruhestromeinstcllung dieser Transistoren gering zi wählen. Damit dennoch die richtige Kompcnsations spannung erzielt wird, muß die Kolleklorimpedanz, alv der Wen von p. gesteigert werden.

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

zulässigen Wertes, so darf der Basisslrom noch erhöht werden. Für den Transistor 3 ist dies dadurch möglich, daß zwischen dem Emit:er des 1 ransisiors 10 und dem Kollektor des Transisto-s 4 eine Anzahl als Dioden in Jer 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

nuiig. einen Wert von 2(n+ I)(V Dies gilt auch hir die ßusisspaniumg des Transistors 6, wenn zwischen dem Kollektor des Transistors 9 und dem Kollektor des Transistors 1 eine Anzahl von Dioden und /wischen dem Kollektor des Transistors 5 und dem Transistor 8 die gleiche Anzahl vorgesehen wird.

Bei einer richtigen Beziehung /wischen der Ruhesiromeinstellung und der Kollektorimpedan/ der Transistoren 5 und β betragt die Kollektorspannung des Transistors 5:

l„, = /K(I - l-.i)+

und des Transistors 6:

1- I)K= ] IR- IR I

₁^ ! (I -2Λ)(/>+ I)K= ] IR + IR I.

welche Spannungen somit lediglich von der F.ingangsspannung/1 abhängig sind.

F i g. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Differenzverstärkers nach der Erfindung, wobei die Kollektoren der Transistoren 3 und 4 über Impedanzen K mit der Speisequelle verbunden sind. Die Kollektorelektroden der Transistoren t 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 mil der negativen Speiseklemme verbunden. Die Kollektorelektroden der Transistoren 5 und h bilden wieder die Ausgangsklemmen ;.'.

Wenn die Basisströme der Transistoren 5 und b wieder vernachlässigbar gering sind im Vergleich zu den Kollektorströmen der Transistoren 1 und 2, weiden die Biisis'-Fmittcr-.Spannungen dieser Transistoren ! und 2 in den Transistoren 7 und 8 reproduziert. Die Basisspannung des Transistors ΐ beträgt dann, abgesehen von der konstanten Komponente:

kT

Wird der Ruhestrom des Transistors 5 wieder aiii A, eingestellt, so ist der Kollektorstrom gleich

Die Ausgangsspannung am Kollektor des Transistors 5 beträgt dann

Vu₁=ZK(I -.1 -Λ)+Ζ,,(1 -. 1 + Λ)^p + 1) /ί .

γ· Zur vollständigen Kompensation der Fehlerspannrng muß dann gellen:

Z₁, -

Z /"- I ■

Die Einstellung der den Ru liest rom der Transistoren 5 und 6 liefernden Stromquelle muH somit sein:

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

ln_s ■= ZK(I - I -Λ| +

4- I)K = 2ZK -2ZK 1.

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 b Transistoren mit hohem Stromverstärkungsfaktor gewählt werden, während die Basisspannung der Transistoren 5 und 6 wieder erhöht werden kann, indem statt einer mehrere als Dioden geschaltete Transistoren in den Kollektorkreisen der Transistoren 1 und 2 verwendet werden.

F i g. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung, i üer wird die Kompensation der Fehlerspannung durch Zusatz, am Eingang erreicht. Die Anordnung enthält wieder den Differenzverstärker mit den Transistoren 1, 2, 3, 4 z. 1). des npn-Typs. Die Basis-Emitter-Spannungen dieser Transistoren werden auf gleiche Weise wie in F i g. 2 durch die Transistoren 7, 8, 9 und 10 reproduziert. Die durch diese Reproduktion erhaltenen Spannungen werden wieder zwei Transistoren 5 und 6 zugeführt, die hier vom pnp-Typ sind und deren Emitterelektroden miteinander und über eine Stromquelle mit der positiven Speiseklemme verbunden sinü. In Reihe mit der Emitter-Kollekior-Strecke des Transistors 5 bzw. 6 ist die Emitter-KollcKtor-Strecke eines zweiten pnp-Transistors Il bzw. 12 geschaltet, dessen Kollektorelektroden mit der negativen Speiseklemme verbunden sind. Ferner ist der Emitte" des Transistors Il bzw. 12 mit der

ti

Basis des Transistors I b/w. 2 vcbunden. Schließlich wird die Eingangsspannung /wischen den Basiselektroden der Transistoren 11 und 12 angeschlossen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung sei angenommen, daß der Kollektorstrom des Transistors }: lct=l{\ + \) und der des Transistors 4: Ic-, = /(I - x) ist. Dann gilt für die Rasis-Emiuer-Spannung des Transistors 5: Vbc,= Vbcr,+ ν ( J und tür

die des Transistors 4: V/v. = Γ/ν..- ί

Wird für

die Slromverstärkungstaktoren der 'V.usgangsiransisto· ren 3 und 4 das gleiche w ic in F i g. 2 vorausgesetzt, so gilt für den Basisstrom des Transistors i:

//.ι= , (!+.ν —2Λ) und für den des Transistors 4:

/μ= , (1 - v + 2n). Bei diesem Slmm gilt für die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 1: VOCi= Vbcu; +(\- 2i)) Die Spannung/wischen der

Basis des Transistors I und dem !immer lies Transistors 3 enthält somit die Fehlerspannung abhängig von <V

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

somit um 2ή - - erniedrigt. Die Spannung /wischen der Basis des Transistors 11 und dem Emitter des Transistors 2 beträgt somit insgesamt 2 ■ . abgese-

hen von der konstanten Komponente, und diese muß gleich der F.ingangsspannung +-1 um der Basis des

Transistors 11 sein. Also ist χ =- _Ί 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 Verstärker stufe kur/.geschlossen.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der ähnlich wie in Fig. 3 lediglich die Basis-Emitter-Spannungen des Transistoren I und 2 reproduziert werden. Die Wirkungsweise ist lerner praktisch gleich der der vorhergehenden Anordnung, aber die Steilheit wird verdoppelt, da auch Signalspanniing auf den Eingang zurückgeführt wird.

Γ ι g. b zeigt eine Abart der Anordnung nach F i g. 4, wobei jedoch nur Transistoren des npn-Tvps verwendet werden. Die Basis-Emiucr-Spü.inungcn der Transistoren 1, 2, 3 und 4 werden auf gleiche Wei'e reproduziert wie in F i g. 4. Der Emitter des Transistor 7 ist jedoch nicht mit der Basis des Transistors 5, sondern mit der des Transistors 6 in der gegenüberliegenden Stufe des Versiärkers verbunden, während der Emitter des Transistors 8 hier mit tier Basis des Transistors 5 verbunden ist.

Bei den gleichen Annahmen wie in F i g. 4 ist die Basisspannung des Transistors 5. abgesehen von einer

konstanten Spannung, gleich -2<) . Der Strom durch den Transistor 5 wird durch die Eingangsspannung + Δ bestimmt, so daß diese die BasisEmitter-

Spannung des Transisiors 5 ist. Die Basisspannung des Transistors 1 beträgt

was gleich

sein muß. Für ν folgt daraus κ = -, . Fs Irin dann

;, l'hasenumkehrung auf.

Die Schaltungsanordnungen der F i g. 4, ^ri und b haben im Vergleich zu denen der Fig. 1. 2 und 3 den Voneil, daß keine zusätzlichen Widerstände am Ausgang des Differenzverstärker notwendig sind und zudem, daß

i" die Stromquelle 2/₍, nicht einer bestimmten Bedingung unterliegt. Ein Nachteil ist der. daß zwei zusätzliche Transisioren notwendig sind. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 6 hat im Vergleich zu der nach F i g. A noch den Vorteil, daß lediglich Transisioren der npn-Tvpe

Γ. notwendig sind, was bei integrierten Schaltungen beträchtliche Vorteile ergibt.

Auch die Anordnung nach I-" i g. b erlaubt eine Abart in dem Sinne, daß lediglich die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 1 und 2 reproduziert werden auf

"in 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 Transisiors β verbunden, während der Emilter des Transistors 8 mit tier Basis des Transisiors 5 verbunden ist. so daß wieder

Vi eine An von Kreuzungskopplung erhalten wird. Auf diese Weise werden zwei Transistoren erspart, d. h. die Transistoren 9 und 10, während die Steilheil der Verstärkerschaltung zunimmt, da auch Signalspannung auf den Eingang zurückgeführt wird.

I lier/u Λ 15LiU Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Differenzverstärker mit einem ersten und einem zweiten Eingangstransistor (1, 2), deren Emitter 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 Kollektorimpe 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 Eingangstransistors (I 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 fehlendem Eingangsdifferenzsignal die Ausgangsdifferenzspannung wenigstens annähernd Null wird (Fig. 2und 3).

2. Differenzverstärker mit einem ersten und einem zweiten Eingangstransistor (1, 2), deren Emitter 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 Kollektorimpedanzcn (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 Eingangstransistors (1 b/.w. 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 beiden Eingangstransistoren (1, 2) durch Überlagerung der Eingangssignale mit den Ausgangssignalen der Koppelverstärker (5, 6) so gewühlt ist, daß bei fehlendem Eingangsdifferenzsignal die Ausgangsdifferenzspannung wenigstens annähernd Null wird (Fig. 4 bis b).

3. Differenzverstärker nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelverstärker einen dritten bzw. vierten Transistor (5 bzw. 6) enthalten, dessen Basiselektrode mit dem zum Kollektor des ersten bzw. /weiten 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 Transistors miteinander und mit einer Stromquelle (2 /n) verbunden sind (F ig. 2 und 3).

4. Differenzverstärker nach Anspruch !. dadurch gekennzeichnet, d.il.i die Kollekiorelekirode ilcs drillen bzw. vierten Transistors (5 bzw. 6), an der die Ausgangsspannung abgenommen wird, über eine Impedanz (pR) mil dem dein Kollektor des zweiten bzw. ersten AusL'.iiiustransislors (4 bzw. i) ziiue wandten Anschluß der zugehörigen Kollektorimpedanz (T?/¹ verbunden ist (F i g. 2 und 3).

5. Differenzverstärker nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeiverstärker 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 (I bzw. 2)gewand-

- hi ten 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. 11) 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 /o) verbunden sind und den Basiselektroden das Eingangssignal zugeführt wird (i 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 Eingangsiransistors (1 bzw. 2) gewandten Anschluß des vom Kollektorstrom des ersten bzw. zweiten Eingangstransistors durchflossenen pn-Übcrgang (7 bzw. 8) verbunden ist und dessen Kollektorelektrode mit der Basiselektrode des ersten b/w. /weiten Eingangstrunsistors verbunden ist, wobei die Emitterelektioden des dritten und vierten Transistors mit '.iner Stromquelle (2 I») verbunden sind und wobei ein fünfter und ein sechster Transistor (Il bzw. 12) vom gleichen Leitungstyp wie der dritte und vierte Transistor vorgesehen ist, dessen Emitterelektrode mit der Kollektorelcktrode des dritten bzw. vierten Transistors verbunden ist, wobei den Basiselektroden des fünften und sechsten Transisiors das Eingangssignal zugeführt wird (F i g. 4 und 5).

7. Differenzverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kollcktor/uleitungen der Ausgangslransistoren (3,4) jeweils ein vom Kolleklorslrom diirchflossener pn-Übergang (9, 10) vorgesehen ist und daß der .Spannungsabfall an diesen; pn-übergang (9 bzw. 10) dem Spannungsabfall an den pn-Übergang (8 b/w. 7) im Kollektor des /weiten bzw. ersten Eingangstransistors (2 bzw. I) überlagert und von dem zugehörigen Koppelverstärker verstärkt wird (F ig. 2.4,6).

8. Differenzverstärker nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß der vom Kolleklorslrom des ersten bzw. /weiten Ausgangstransistors (J b/.w. 4) durchllossene pn-Übergang (9 b/u 10) durch den Basis-Emitterübergang eines siebten bzw achten Transistors (9 b/w. 10) gebildel wird, dessen Emitterelektrode mil der Kollckloreleklrode des ersten b/w. /weilen Aiisgangslransis'ors verbunden lsi und dessen Kollek'.orelekinnlc mn der ι! in ersten bzw. /weilen Ausgan^sli .insistor /ugehmigen K öl Ick tori mi'cd.mz (W/¹ \ erblinden ist. wobei die Basiselektioden des siebten und ach'en Transistors

miteinander und mit einem Punkt festen Potentials verbunden sind und wobei die Kollektorelektrode des ersten bzw. zweiten Eingangstransistors (I bzw. 2) über den vom Kollektorstrom dieses Transistors durchflossenen pn-Übergang (7 bzw. S) mit der Emitterelektrode des vierten bzw. dritten Transistors verbunden ist (F i g. 2.4,6).