DE3210661A1

DE3210661A1 - Verstaerker

Info

Publication number: DE3210661A1
Application number: DE19823210661
Authority: DE
Inventors: David E. 03086 Wilton N.H. Blackmer; David R. Boston Mass. Welland
Original assignee: Dbx Inc
Current assignee: Dbx Inc
Priority date: 1981-03-26
Filing date: 1982-03-23
Publication date: 1982-10-14
Also published as: GB2095939A; US4425551A; CA1184257A; NL8200890A; JPS57162807A; AU8069182A

Description

Patentanwälte> - : _-- · . ;_:ρipi.-Ing. Curt Wallach Europäische Patentvertreter Dipl.-lng. Günther Koch

European Patent Attorneys - ^ -. DipL-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 2J>. März 1981

Unser Zeichen: !γ 405 - Fk/se

Anmelder: DBX, Inc. .

71 Chapel Street
Newton, Massachusetts 02195 USA

Titel: "Verstärker"

Priorität: 247,649

26. März I98I
USA

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verstärker mit zumindest zwei Eingangsanschlüssen und einem Differenz-Transistorpaar, wobei zumindest einer der Eingangsanschlüsse zum Empfang eines Eingangssignals ausgebildet ist.

Es sind verschiedene Arten von Verstärkern zur Verwendung in Systemen zur Verarbeitung elektrischer Signale bekannt. In vielen Fällen werden derartige Verstärker in Gegenkopplungssystemen verwendet, in denen es erwünscht ist, eine Eingangsverstärkerstufe zu schaffen, die einen möglichst geringen Vorspannungsstrom von dem Eingangssignal an diese Stufe ableitet, während die Schleifenübertragung so hoch wie möglich gehalten wird, um eine Stabilität des Rückführungs- oder Gegenkopplungssystems sicherzustellen. Beispielsweise erfordern Eingangsverstärkerstufen für Instrumentenverstärker, Operationsverstärker sowie spannungsgesteuerte Stromverstärker typischerweise eine derartige Charakteristik. In vielen Fällen stellt der Frequenzgang der Verstärkertransistoren eine Beschränkung hinsichtlich der Stabilität des Gegenkopplungssystems dar. Wenn derartige Transistoren vom bipolaren Typ sind, so ist der Frequenzgang des Verstärkers im allgemeinen um so besser, je höher der Kollektorstrom dieser Transistoren ist. Eine Vergrößerung des Kollektorstromes führt jedoch zu einer Vergrößerung des Basisstromes. In vielen Fällen werden die Basisströme derartiger Transistoren durch die Eingangssignale an diese Verstärker gebildet. Eine Lösung zur Verringerung der Größe des von dem Eingangssignal abgeleiteten Vorspannungs-

stromes umfaßt die Verwendung von Feldeffekttransistoren, in dem Verstärker, während bei einer anderen Lösung Super-Beta-Transistoren in der Stufe verwendet werden.

Bei der Verwendung von integrierten Schaltungen können zumindest bei manchen Techniken von integrierten Schaltungen Probleme entstehen, wenn Feldeffekttransistoren und bipolare Transistoren auf dem gleichen Halbleiterplättchen kombiniert werden, weil ein derartiges Halbleiterplättchen wesentlich aufwendiger in der Herstellung ist. Super-Beta-Transistoren können in der Herstellung schwierig sein, weil derartige Transistoren sehr zerbrechlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verstärker der eingangs genannten Art zu schaffen, der relativ geringe Eingangs-Vorspannungsströme von dem Eingangs-Informationssignal ohne Beeinträchtigung der Hochfrequenz-Betriebseigenschaften des Verstärkers ableitet, wobei lediglich Transistoren vom bipolaren Typ verwendet werden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Verstärker benötigt relativ niedrige Eingangs-Vorspannungsströme aus dem Eingangs-Informationssignal ohne Beeinträchtigung des Hochfrequenz-Verhaltens des Verstärkers und er kann vollständig aus bipolaren Transistoren hergestellt werden, wodurch die

Ausführung in "Form von integrierten Schaltungen wesentlich vereinfacht wird.

Bei manchen der vorstehend "beschriebenen Verstärkerstufen schließt der Frequenzgang oder die Übertragungsfunktion typischerweise zumindest einen Pol ein (ein Pol ist als der Wert der komplexen Frequenz definiert,. bei dem die Übertragungsfunktion der Schaltung unendlich wird). Obwohl derartige Pole für manche Anwendungen nützlich sein können, können diese Pole bei anderen Anwendungen Probleme hervorrufen. Beispielsweise können Probleme bei manchen Gegenkopplungs- oder Rückführungskonfigurationen um die Stufe herum auftreten, wie sie beispielsweise in der DE-OS ... (unser Aktenzeichen 17 ^06 vom gleichen Anmeldetag) beschrieben sind, bei denen Transistoren im Rückführungspfad einer Stufe angeordnet sind, um Signale als Punktion des Logarithmus des Eingangssignals an die Stufe zu liefern. Eine derartige Rückführung kann als solche zu einer 90 ^Phasenverschiebung führen. Diese Phasenverschiebung ist zusammen mit der Phasenverschiebung, die sich aufgrund der Pole der Eingangsstufe ergibt, unerwünscht.

Zusätzlich kann sich bei der hier betrachteten Differenzverstärkerart in manchen Fällen eine zu große Signalverstärkung bei einer oder mehreren Frequenzen ergeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß der Verstärker einen vorgegebenen Frequenzgang aufweist, bei dem die Auswirkungen irgendeiner negativen Phasenverschiebung, die durch einen Pol in der Rückführungsschleife hervorgerufen werden, wenn

die Stufe in einer Rückführungsschaltung betrieben wird, verringert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind bipolare Transistorelemente zwischen dem Eingangsanschluß des Verstärkers und dem Differenz-Transistorpaar eingekoppelt. Die Verstärkerstufe schließt Einrichtungen zur Erzeugung eines Kompensations-Vorstromes durch die bipolaren Transistorelemente ein, um die Größe des Vorspannungsstromes oder Vorstromes zu verringern, der von dem Eingangssignal am Eingangsanschluß des Verstärkers abgeleitet wird, ohne daß der Hochfrequenz-Frequenzgang des Verstärkers beeinflußt wird. Es sind weiterhin vorzugsweise Einrichtungen zur Modifikation des Frequenzganges des Verstärkers derart vorgesehen, daß eine Null (eine Null ist als der Wert der komplexen Frequenz definiert, bei dem die Übertragungsfunktion der Schaltung zu Null wird) eingeführt wird, um die Auswirkungen der 90 °- PhasenverSchiebung zu mildern, wenn die Stufe in einer bestimmten, im folgenden noch näher erläuterten Bückführungsschaltung verwendet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein teilweise als Blockschaltbild gezeigtes '. Schaltbild einer bekannten Verstärkerschaltung,

Fig. 2 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform

des Verstärkers, bei dem ein Eingang geerdet ist,

lig. 3 eine Ausführungsform einer Schaltung des Verstärkers mit einer Differenz-Eingangsstufe, bei der beide Eingänge zum Empfang eines Eingangssignals angeschaltet sind.

Bei der bekannten Verstärkerschaltung nach Fig. 1 ist ein Eingang der Eingangsstufe geerdet. Im einzelnen ist der Eingangsanschiuß 10 des Verstärkers 14 mit einem Verbindungspunkt 16 verbunden, der einen Eingang für das Differenz-Transistorpaar 20 und 22 bildet, während der andere Eingangsanschluß 18 mit Systemerde verbunden ist. Die beiden Transistoren 20 und 22 sind mit dem entsprechenden Verbindungspunkt 16 bzw. dem Anschluß 18 verbunden. Die Transistoren 20 und 22 sind als KEET-Transistoren dargestellt, deren Emitter jeweils über identische Widerstände 24 und 26 mit einem Verbindungspunkt 28 verbunden sind. Dieser Verbindungspunkt 28 ist mit einer Stromquelle 30 verbunden. Der Kollektor des Transistors 20 ist mit dem Emitter eines Transistors 32 verbunden, dessen Kollektor mit dem Ausgangsanschluß 36 der Verstärkerstufe und mit dem Ausgang eines Stromspiegels 34- verbunden ist. Der Eingang des Stromspiegels 34 ist mit dem Kollektor des Transistors 22 verbunden.

Der Transistor 32 und zusätzliche Transistoren 38 "imd wirken mit dem Transistor 20 zusammen, um einen Kompensationsstrom an den Eingang des Differenzverstärkers zu liefern. Die Transistoren 38 und 40 sind HTP-Transistoren,

deren Basisanschlüsse mit den entsprechenden Basisanschlüssen der Transistoren 32 und 20 verbunden sind. Der Emitter des Transistors 38 ist mit einer geeigneten Gleichspannungsquelle 42 verbunden, während der Kollektor dieses Transistors mit dem Emitter des Transistors 40 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 40 ist mit Systemerde verbunden. Obwohl die Transistoren 20, 22 und 32 als NHT-Transistoren dargestellt sind, während die Transistoren 38 und 40 als PNP-Transistoren dargestellt sind, kann der Leitfähigkeitstyp dieser Transistoren vertauscht werden, xvobei jedoch die Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstyp die gleiche Stromverstärkungscharakteristik aufweisen.

Im allgemeinen dienen die Stromquelle 30 und der Stromspiegel 3^ zur Lieferung eines Vorspannungsstromes durch beide Seiten des Differenzverstärkers, d. h. durch den Kollektor und den Emitter der Transistoren 20 und 32 einerseits und den Kollektor und den Emitter des Transistors 22 andererseits. Der Strom des Transistors 32 ist angenähert gleich dem Kollektorstrom des Transistors 20. Veil die Transistoren 20 und 32 in idealer Weise gepaart sind, sind die resultierenden Basis-Vorströme dieser Transistoren angenähert gleich. Weil die Basis des Transistors 38 mit der Basis des Transistors 32 verbunden ist, sind auch die Basisströme dieser beiden Transistoren gleich. Der resultierende Basisstrom des Transistors 38 ruft einen Kollektorstrom durch diesen Transistor hervor, der zu einem angenähert gleichen Kollektorstrom in dem Transistor 40 führt. Weil die Transistoren 38 und 40 theoretisch aneinander angepaßt sind, sind die Basisströme der Transistoren 40 und 38 angenähert gleich. Weil die

Basis des Transistors 40 mit der Basis des Transistors verbunden ist, liefert der Basisstrom des Transistors 40 im Idealfall den Basisstrom des Transistors 20. Wenn alle Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstyp gepaart sind, so ist der von dem Transistor 20 benötigte Basisstrom ungefähr gleich dem von dem Transistor 40 gelieferten Strom, wodurch praktisch die Notwendigkeit entfällt, daß ein Strom von dem Anschluß 10 abgeleitet wird.

Es kann daher zusammengefaßt gesagt werden, daß unter Vorspannungsbedingungen die Basisströme der Transistoren 20, 32, 38 und 40 alle gleich sind und daß der Strom von dem Eingangsanschluß theoretisch gleich Null ist. Damit ist, solange die Betriebscharakteristiken der Transistoren angenähert gleich bleiben und die Basisströme alle gleich bleiben, der durch den Verbindungspunkt 16 von der Basis'des Transistors 40 zur Basis des Transistors 20 und damit der vom Anschluß 10 abgeleitete Strom wesentlich kleiner als dies normalerweise erforderlich wäre.

Im einzelnen kann jedoch, obwohl der Kompensationsstrom, der von den Transistoren 20, 32, 38 und 40 erzeugt wird, theoretisch die Notwendigkeit eines Vorstromes vom Anschluß 10 beseitigt, ein Problem entstehen, wenn sich eine Fehlanpassung der Betriebscharakteristiken der Transistoren 20, 32, 38 "UJiä 40 ergibt. Insbesondere kann sich, wenn die Basis-Kollektor-Spannungen der im übrigen gepaarten Transistoren bei unterschiedlichen Pegeln arbeiten, die Stromverstärkung der Transistoren ändern, was auf einer Erscheinung beruht, die als der EarIy-Effekt bekannt ist. Entsprechend ergibt sich keine hundertprozentige Korrektur. Wenn der Emitterstrom des Transistors

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20 verringert wird, um den .Eingangs-Vorstrom zu verringern, um die Fehlanpassung mit der Korrektur auf annehmbare Pegel zu bringen, so können hierdurch die Hochfrequenz-Betriebseigenschaften des Verstärkers beeinträchtigt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Verstärkers sind bipolare Transistorelemente zwischen dem Eingangsanschluß 10 und dem Verbindungspunkt 16 eingeschaltet, um den Anschluß 10 gegenüber dem Verbindungspunkt 16 zu puffern und damit die Größe von Vorströmen zu verringern, die von dem Eingangssignal abgeleitet werden, ohne daß die Hochfrequenz-Betriebseigenschaften des Verstärkers beeinträchtigt werden.

Vie dies aus Fig. 2 zu erkennen ist, ist der Eingangsanschluß 10 mit der Basis des bipolaren Transistors 50 verbunden. Der Emitter des Transistors 50 ist mit dem Verbindungspunkt 16 verbunden, während der Kollektor mit der modifizierten Kompensationseinrichtung 52 zur Erzeugung eines Kompensationssignals an den bipolaren Transistor verbunden ist. Der Verstärker 14A und die Kompensationseinrichtung 52 sind gegenüber den entsprechenden Teilen der Schaltung nach Fig. 1 modifiziert, um andere Verbesserungen, die noch näher erläutert werden, zu erzielen.

Wie dies aus einer Betrachtung der Kompensationseinrichtung 52 zu erkennen ist, sind die Basiselektroden von Transistoren 50 und 58 miteinander verbunden. In gleicher Weise sind die Basiselektroden von Transistoren 54- und miteinander verbunden. Ein Transistor 62 ist durch Verbinden seiner Basis mit dem Kollektor als.Diode

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geschaltet, und zwar eben so wie ein Transistor 60, dessen Basis land Emitter miteinander verbunden sind. Der Emitter des Transistors 54- ist mit dem Kollektor des· Transistors 5° verbunden. Der Emitter eines Transistors 58 und der Kollektor des Transistors. 56 sind miteinander verbunden, und ebenso sind der Emitter des Transistors 62 und der Kollektor des Transistors 60 miteinander verbunden. Der Kollektor des Transistors 54- ist mit der Basis und dem Kollektor des Transistors 60 verbunden. Der Emitter des Transistors 60 und der Kollektor des Transistors 58 sind miteinander und mit Systemerde verbunden. Schließlich sind der Kollektor und die Basis des Transistors 62 mit dem Emitter des Transistors 56 sowie mit einer Vorstromquelle verbunden, die Transistoren 64 und 66 einschließt.

Im einzelnen ist der Kollektor des Transistors 64· mit einem Verbindungspunkt verbunden, der durch die Verbindung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 62 und dem Emitter des Transistors 56 gebildet ist, und die Stromquelle ist insgesamt über einen Anschluß 67 mit einer geeigneten (nicht gezeigten) Stromquelle verbunden. Der Emitter des Transistors 64- ist mit dem Emitter des Transistors 66 und mit einem Vorspannungspotential verbunden. Die Basis und der Kollektor des Transistors 66 sind miteinander und mit der Basis des Transistors 64 verbunden. Die Transistoren 5°, 54-, 60 und 62 sind alle NPN-Transistoren, die hinsichtlich ihrer Stromverstärkungscharakteristik gepaart sind,und in ähnlicher Weisesind die Transistoren 56 und 58 PMT-Transistoren, die hinsichtlich ihrer Stromverstärkungscharakteristik gepaart sind. Der Verbindungspunkt 16 ist in geeigneter

Weise mit einer Stromquelle 68 verbunden.

Der insgesamt mit "14A bezeichnete Verstärker ist gegenüber dem Verstärker nach Fig. 1 aus noch näher zu erläuternden Gründen modifiziert. Der Stromspiegel . 3"4 des Verstärkers 14-A ist ausführlicher gezeigt und schließt PNP-Transistoren 70 und 72 ein, deren Basisanschlüsse miteinander verbunden sind. Die Emitter der Transistoren 70 und 72 sind über jeweilige Widerstände 74- und 76 mit einem Vorspannungspotential verbunden. Die Basis des Transistors 70 ist über einen Kondensator 78 mit dem Kollektor dieses Transistors verbunden, während die Basis des Transistors 72 direkt mit dem zugehörigen Kollektor verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren 70 und 72 bilden den Ausgang bzw. den Eingang des Stromspiegels 34-.

Der Kollektor des Transistors 72, der den Eingang des Stromspiegels 34- bildet, ist entsprechend mit dem Kollektor des Transistors 22 verbunden. Die Basis des Transistors 22 ist mit dem anderen Verstärkereingangsanschluß 18 verbunden, der seinerseits mit Systemerde verbunden ist. Der Emitter des Transistors 22 ist mit einem zusätzlichen, als Diode geschalteten Transistor 80 verbunden, der dadurch gebildet ist, daß die Basiselektrode und der Kollektor eines NPN-Transistors miteinander verbunden sind, wobei der Emitter dieses Transistors mit einem Widerstand 26A verbunden ist. Dieser Widerstand ist" mit dem Verbindungspunkt 28 verbunden, der seinerseits mit der Stromquelle 30 verbunden ist.

Der Kollektor des Transistors 70 bildet den Ausgang des Stromspiegels 34- und ist über einen Widerstand 82 mit dem

Ausgangsanschluß 36 der Verstärkerstufe verbunden. Dieser Ausgang ist mit dem Kollektor des Transistors 20 verbunden. Der Emitter des Transistors 20 ist über einen Kondensator 84- mit Systemerde und über einen Widerstand 24-A mit dem Verbindungspunkt 28 verbunden.

Dadurch, daß der Transistor 50 am Verstärkereingangsanschluß 10 zwischen diesem Anschluß und dem Differenz-Transistorpaar 20 und 22 angeordnet ist, wird die Größe des Eingangs-Vorstromes, der von dem Eingangsanschluß 10 abgeleitet wird, verringert, ohne daß die Hochfrequenz-Betriebseigenschaften des Verstärkers beeinflußt werden. Der Kollektorstrom des Transistors 50, der als Emitterfolger geschaltet ist, kann wesentlich geringer sein als der Kollektorstrom des Transistors 20, so daß eine Verringerung der Bandbreite des Verstärkers nicht erforderlich ist. Dadurch, daß der Kollektor des Transistors 50 bei der Ausführungsform nach Fig.2 mit einem niedrigeren Strom betrieben wird als der Kollektor des Transistors bei der Schaltung nach Fig. 1, ist der Basisstrom zur Basis des ersteren Transistors kleiner als der des zweiten. Der Basisstrom in dem Transistor 50 bestimmt dann den Vorstrom, der vom Anschluß 10 abgeleitet wird, so daß der von diesem Anschluß abgeleitete Strom verringert ist. Weil der gleiche Strom durch den Transistor 20 mit einem geringeren Eingangs-Vorstrom am Anschluß 10 erzeugt werden kann, werden die Hochfrequenz-Betriebseigenschaften der VerstärkerstuCe im wesentlichen nicht beeinflußt .

Bei einer typischen Rückführungs- oder Gegenkopplungsanwendung ist der Ausgangsstrom des Anschlusses 36 gering

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"und der Anschluß 10 weist ein Potential in der Nähe von Erdpotential auf. Die Basis-Emitter-Grenz.schicht des Transistors 50 legt den Verbindungspunkt 16 auf ein Potential von einem Diodenspannungsabfall unter Erdpotential. Der Emitter des Transistors 20 befindet sich damit ' auf einem Potential von zwei Diodenspannungsabfällen unterhalb des Erdpotentials. Weil sich der Eingangsanschluß 18 auf Erdpotential befindet, liegt der Emitter des Transistors 22 auf einem Potential von einem Diodenspannungsabfall unter Erdpotential. Die Diode 80 ergibt entsprechend zu Anpassungszwecken einen Diodenspannungsabfall, so daß sich eine Anpassung an den Emitter des Transistors 20 ergibt. Obwohl ein ähnlicher, als Diode geschalteter Transistor, dessen Emitter mit der Basis des Transistors 22 verbunden ist und dessen Kollektor-Basis-Anschluß mit dem Anschluß 18 verbunden ist, auch die gewünschte Symmetrie ergeben würde, ist es vorzuziehen, einen als Diode geschalteten Transistor 80 zwischen den Emitter des Transistors 22 und die Quelle 30 anzuordnen. Die letztere Anordnung ergibt den Vorteil, daß der als Diode geschaltete Transistor 80 bei seiner Verbindung mit dem Emitter des Transistors 22 eine Verringerung des Rauschens des Transistors 22 ergibt, das andernfalls auftreten würde, wenn der als Diode geschaltete Transistor mit der Basis des Transistors 22 verbunden sein würde. Weiterhin wird der als Diode geschaltete Transistor 80 mit einem höheren Strompegel betrieben, als dies bei seiner Verbindung mit der Basis des Transistors 20 der Fall sein würde, so daß die Rauschwirkung des Transistors 80 verringert wird.

Es ist zu erkennen, daß durch die Verwendung des als Diode geschalteten Transistors 80 in der gezeigten Weise bei

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einem gewünschten Betriebsvorstrom die Emitterkreisimpedanzen des Verstärkers symmetrisch sein sollten. Im einzelnen sollte die Emitterimpedanz des Transistors 22 plus der Diodenimpedanz des Transistors 80 und die Impedanz des Widerstandes 26A gleich der Emitterimpedanz des Transistors 20 plus der Impedanz des Widerstandes 24A sein. Dadurch, daß diese Symmetrie sichergestellt wird, wird irgendein Rauschen, das in der Stromquelle 30 erzeugt wird, durch die Symmetrie des Verstärkers unterdrückt.

Hinsichtlich der Kompensationseinrichtung 52 wirken die Transistoren 60 und 62 zusammen, um eine Spannungsquelle für den Transistor 56 zu bilden. Weiterhin wird die Spannungsquelle für den Kollektor des Transistors 54- durch die Verbindung des Emitters des Transistors 62 mit dem Kollektor des Transistors 60 gebildet. Wie dies weiter oben beschrieben wurde, sind die Transistoren 50 und 54-hinsichtlich ihrer Stromverstärkungscharakteristik gepaart, und zwar ebenso wie die Transistoren 56 und 58. Der Emitter des Transistors 56 liegt auf einem Potential von zwei Diodenspannungsabfällen oberhalb des Erdpotentials, und zwar aufgrund der Transistoren 62 und 60. Die Basis des Transistors 56 liegt auf einem Potential von einem Diodenspannungsabfall oberhalb des Erdpotentials, weil sie um einen Diodenspannungsabfall unterhalb des zugehörigen Emitters liegt. Dies führt dazu, daß der Emitter des Transistors 54- ungefähr auf Erdpotential liegt. Der Eingangsknoten an der Basis des Transistors 50 liegt ebenfalls auf Systemerde und der Emitter des Transistors 58 liegt damit auf einem Potential von einem Diodenspannungsabfall oberhalb von Erdpotential. Wie dies weiter oben erwähnt wurde, ändert sich die Stromverstärkung von

Transistoren mit Änderungen der Basis-Kollektor-Spannung des Transistors. Wenn der Kollektor des Transistors 5^ direkt beispielsweise mit der positiven Speisespannung verbunden sein würde, so würde das Ergebnis darin bestehen, daß die .Basis-Kollektor-Spannung des Transistors 5^- von der Basis-Kollektor-Spannung des Transistors 50 abweichen würde. Entsprechend würden diese Transistoren mit unterschiedlichen konstruktiven Stromverstärkungsmittelwerten arbeiten. Dadurch, daß der Kollektor des Transistors 54- rait einer ein Potential von einem Diodenspannungsabfall aufweisenden Quelle verbunden ist, die durch die als Diode geschalteten Transistoren 60 und 62 gebildet ist, ist die Basis-Kollektor-Spannung des Transistors 5^zl- ungefähr auf den gleichen Wert gebracht wie die Basis-Kollektor-Spannung des Transistors 50. Der Emitter des Transistors 56 ist mit der zwei Diodenspannungsabfällen entsprechenden Quelle verbunden, die ebenfalls durch die als Dioden geschalteten Transistoren 60 und 62 gebildet ist. Auf diese Weise stellt die Schaltung, die durch die Kompensationseinrichtung 52 nach Fig. 2 gebildet ist, eine Yerbesserung gegenüber der Schaltung dar, die durch die Transistoren 32, J8 und 40 nach Fig. T gebildet ist, weil sich eine Verringerung von Änderungen der Kollektor-Basis-Ströme der Transistoren bezüglich einander aufgrund des genannten EarIy-Effektes ergibt.

Selbst wenn jede Anstrengung gemacht wird, die Transistoren 56 und 58 sowie die Transistoren 50 und 54? 60 und hinsichtlich ihrer Stromverstärkungscharakteristiken zu paaren, treten bei Herstellung der Schaltung in Form einer integrierten Schaltung Fehlanpassungen auf, so daß sich keine Kompensation von 100 % ergibt. Entsprechend

ist ein Anschluß 86 am Emitter des Transistors 58 vorgesehen, der den Anschluß einer äußeren Stromquelle 90 ermöglicht. Diese letztere Stromquelle ist vorgesehen, um dem Emitter des Transistors 58 einen Strom zuzuführen oder einen Strom von diesem abzuleiten, um die Korrektur irgendeiner Transistorfehlanpassung zu ermöglichen.

Wenn die Verstärkerstufe in einer Rückführungsschaltung verwendet werden soll, wie sie in der DE-OS ... (unser Aktenzeichen 17 4-06 vom gleichen Anmeldetag) "beschrieben ist, so ist es zusätzlich wünschenswert, die Verstärkerstufe so zu modifizieren, daß die Auswirkungen der 90 °- Phasenverschiebung gemildert werden, die durch einen Pol in dem Frequenzgang eingeführt wird, der sich durch den Kondensator 78 ohne die Verwendung des Widerstandes 82 ergibt (wenn der Kollektor des Transistors 70 direkt mit dem Kollektor des Transistors 20 verbunden ist). Durch Verwenden des Widerstandes 82 am Ausgang des Stromspiegels 34- wird jedoch eine Full in den Frequenzgang bei einer höheren Frequenz als der Pol eingeführt, wie dies erwünscht ist, um die Auswirkungen der 90 -Phasenverschiebung aufgrund des Pols zu mildern.

Weiterhin ist es möglich, daß der Differenzverstärker 14-nach Fig. 1 eine zu große Verstärkung ergibt. Dieses Problem wird durch die Verwendung von Widerständen 24-A und 26A sowie der Diode 80 als Impedanzelement gelöst, wodurch die Verstärkung des Verstärkers verringert wird. Die Hinzufügung der Diode 80 und der Widerstände 24-A und 26A an den Emittern der Transistoren 20 und 22 führt jedoch dazu, daß eine Emittergegenkopplung der Transistoren 20 und 22 hervorgerufen wird. Dies führt zusammen mit der

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parasitären Basis-Emitter-Kapazität des Transistors 20 zu einem weiteren Pol bei relativ hohen Frequenzen in der Übertragungscharakteristik der Stufe. Dadurch, daß der Kondensator 84 in der dargestellten Weise verwendet wird, wird jedoch eine zusätzliche Full in die Übertragungscharakteristik der Stufe eingeführt, so daß die Auswirkung des Pols beseitigt wird.

Die Grundgedanken der Ausführungsform der Verstärkerschaltung nach Fig. 2 können auch auf eine Differenzverstärkerstufe gemäß der Ausführungsform nach Fig. 3 angewandt werden. Bei dieser Ausführungsform nach Fig. 3 sind positive und negative bzw. nicht-invertierende und invertierende Eingangsanschlüsse 10A und 1OB vorgesehen, die zwei Signale empfangen. Der Anschluß 10A ist mit der Basis des Transistors 50 verbunden, dessen Kollektor mit der Kompensationseinrichtung 52 verbunden ist und dessen Emitter mit dem Verstärkereingangsanschluß 16 verbunden ist. Der Anschluß 1OA ist andererseits durch die Stromquelle 68 vorgespannt. In ähnlicher Weise ist der zweite Eingangsanschluß 10B mit der Basis eines Puffertransistors 5OA verbunden, der zum Transistor 50 identisch ist. Der Kollektor des Transistors 50A ist mit einer Kompensationseinrichtung 52A verbunden, die identisch zur Kompensationseinrichtung 52 ist, und der Emitter des Transistors 50A ist mit dem Verstärkereingangsanschluß 18 verbunden. Der Anschluß 18 ist in geeigneter Weise durch eine Stromquelle 68A vorgespnnnt. Aufgrund der Verwendung des Puffertransistors 5OA und der Kompensationseinrichtung 52A ist die Größe des Vorstromes, der vom Eingangsanschluß 10B abgeleitet wird, verringert. Wenn der Verbindungspunkt 16 und der Anschluß 18 auf dem gleichen

Potential bezüglich des Erdpotentials liegen, so kann die Diode 80 des Verstärkers 14A nach Fig. 2 bei dem Verstärker 14B nach Fig. 3 fortgelassen werden und die Widerstände 24 und 26 weisen den gleichen Impedanzwert auf.

Die Verstärker nach den Fig. 2 und 3 stellen eine Verbesserung gegenüber bekannten Verstärkern dar, weil die Eingangs-Vorströme verringert werden, ohne daß das Hochfrequenz -Betriebsverhalt en des Verstärkers beeinflußt wird. Die Verwendung von bipolaren Transistoren 50 und 5OA ermöglicht eine leichte Anpassung der Schaltuagstopologie an eine Ausführung in Form einer gedruckten Schaltung. Weiterhin ergibt bei der Ausführungsform nach Fig. 2 die Verwendung des Kondensators 78 und des Widerstandes 82 eine Null in der Übertragungscharakteristik des Verstärkers 14A. Durch Verbinden der Diode 80 mit dem Emitter des Transistors 22 und durch Anpassen der kombinierten Impedanz des Emitterkreises des Transistors 20 und des Widerstandes 24A an die kombinierte Impedanz des Emitterkreises des Transistors 22, der Diode 80 und des Widerstandes 26A wird der Rauschbeitrag der Quelle 30 und des Transistors 80 verringert. Schließlich führt die Einfügung des Kondensators 84 eine Null in die übertragungscharakteristik des Verstärkers und der Stufe ein, wodurch die Auswirkungen des Pols gemildert werden, der durch die Widerstände 24A, 26A, den Transistor 80 und die parasitäre Basis-Emitter-Kapazität des Transistors 20 eingeführt wird.

Claims

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23. f?7. !032

Datum:

Unser Zeichen: 17 405

Patentansprüche

ny Verstärker mit zumindest zwei Eingangsanschlüssen und einem Differenz-Transistorpaar, wobei zumindest ein Eingangs anschluß zum Empfang eines Eingangs signals ·". ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bipolare Transistorelemente (50; 50, 5OA) zwischen dem einen Eingangsanschluß (10; 1OA, 10B) und dem Differenz-Transistorpaar (20, 22) eingeschaltet sind, um den Eingangsanschluß gegenüber dem Differenz-Transistorpaar zu puffern, daß Kompensationseinrichtungen (52; 52, 52A) zur Erzeugung eines Kompensationsstroms an die bipolaren Transistorelemente (50; 50, 5OA) vorgesehen sind und daß die bipolaren Transistorelemente und die Kompensationseinrichtungen die Größe des Vorspannungssignals verringern, das das Differenz-Transistorpaar von dem Eingangssignal ableitet.
2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Eingangsanschluß (18) mit Systemerde verbunden ist.
3· Verstärker nach Anspruch 2, dadurch

P —

gekennzeichnet , daß die bipolaren Transistorelemente einen ersten "bipolaren Transistor (50) einschließen, dessen Basis mit dem einen Eingangsanschluß (10) verbunden ist, dessen Emitter mit einem Transistor des Differenz-Transistorpaares (20, 22) verbunden ist und dessen Kollektor mit den Kompensationseinrichtungen (52) verbunden ist, so daß der Transistor (50) als Emitterfolger arbeitet.
4. Verstärker nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet , daß die Kompensationseinrichtungen (52)- zweite, dritte und vierte bipolare Transistoren (52, 5^, 56) einschließen, daß der zweite Transistor (52) mit seiner Basis mit der Basis des ersten Transistors (50), mit seinem Kollektor mit Systemerde und mit seinem Emitter mit dem Kollektor' des vierten bipolaren Transistors (56) verbunden ist, daß der dritte bipolare Transistor (5²O mit seiner Basis an die Basis des vierten bipolaren Transistors (56), mit seinem Emitter an den Kollektor des ersten bipolaren Transistors (50) und mit seinem Kollektor an eine vorgegebene Spannungsquelle (60) angeschaltet ist, und daß der Emitter des vierten bipolaren Transistors (56) an eine ausgewählte Spannungsquelle (62, 60) angeschaltet ist.
5· Verstärker nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet , daß die vorgegebene Spannungsquelle ein Potential von einem Modenspannungsabfall oberhalb Erdpotential aufweist und daß die ausgewählte Spannungsquelle ein Potential von zwei

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Diodenspannungsabfällen oberhalb Erdpotential liefert.
6. Verstärker nach Anspruch 5* gekennzeichnet durch Einrichtungen (90) zur Korrektur von Anpassungsfehlern der StrOmverstärkungscharakteristiken der ersten, zweiten, dritten und vierten Transistoren (50, 58, 54-, 56).
7. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Korrektur von Fehlanpassungen Einrichtungen (90) zur Zuführung eines Stromes an den Emitter des zweiten Transistors (58) und den Kollektor des vierten Transistors (56) einschließen.
8. Verstärker nach Anspruch 3? gekennzeichnet durch Einrichtungen (80, 24-A, 26A) zur Verringerung der Fehl-Gleichspannung zwischen den Basen des Differenz-Transistorpaars (20, 22).
9· Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Differenz-Transistorpaar zweite und dritte bipolare Transistoren (20, 22) einschließt, daß die Basis des zweiten bipolaren Transistors (20) mit dem ersten bipolaren Transistor (50) gekoppelt ist, daß die Basis des dritten bipolaren Transistors (22) mit Systemerde gekoppelt ist, daß die Einrichtungen zur Verringerung der Pehl-Gleichspannung mit dem Emitter des dritten bipolaren

Transistors (22) gekoppelte Diodenelemente, einen ersten Widerstand (26Aj, der das Diodenelement mit einem Verbindungspunkt (28) koppelt, und einen zweiten Widerstand (?4A) einschließen, der den Emitter des zweiten "bipolaren Transistors (20) mit dem· Verbindungspunkt (28) koppelt, und daß die Werte der ersten und zweiten Widerstände (26A, 24A) so eingestellt sind, daß das Rauschen durch das Differenz-Transistorpaar (20, 22) verringert ist.
10. Verstärker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Diodenelement (80), die ersten und zweiten Widerstände (26A, 24A) und der zweite bipolare Transistor (20) einen Pol bei einer Frequenz in der Übertragungscharakteristik des Verstärkers ergeben, und daß der Verstärker weiterhin Einrichtungen zur Erzielung einer Null in der Übertragungscharakteristik bei einer Frequenz in der Nähe der vorgegebenen Frequenz aufweisen.
11. Verstärker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen zur Lieferung der Null in der Übertragungscharakteristik ein kapazitives Element (84) einschließen, das zwischen dem Emitter des zweiten bipolaren Transistors (20) und Systemerde eingeschaltet ist.
12. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromspiegel (54) vorgesehen ist, der zwei Transistoren (70, 72) einschließt, deren Basisanschlüsse

miteinander verbunden sind und deren Emitter mit einer gemeinsamen Spannungsquelle koppelbar sind, daß ein Kondensator (78) zwischen der Basis und dem Kollektor des einen Transistors (70) eingeschaltet ist, . während die Basis und der Kollektor-des anderen Transistors (72) miteinander verbunden sind, daß der Kondensator einen Pol bei einer vorgegebenen Frequenz in der Übertragungscharakteristik der Verstärkerstufe, ergibt und daß der Verstärker Einrichtungen zur Lieferung einer Null in der Übertragungscharakteristik bei einer Frequenz oberhalb der vorgegebenen Frequenz einschließt-
13· Verstärker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen zur Lieferung einer BTuIl in der Übertragungscharakteristik ein Widerstandselement (82) einschließen, das mit dem Kollektor des einen Transistors des Transistorpaares gekoppelt ist.
14. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Form eines Differenzverstärkers, dadurch gekennzeichnet , daß ein Stromspiegel (34-) Mit zwei Transistoren (7O₅ 72) vorgesehen ist, deren Basisanschlüsse miteinander verbunden sind und durch eine Vorspannungsquelle in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind, daß zwei Differenztransistoren jeweils mit dem Ausgang eines anderen des Paares von Transistoren (70, 72) gekoppelt sind, so daß sie den Ausgang des einen Transistors des Paares empfangen und mit dem anderen an einen gemeinsamen

Verbindungspunkt gekoppelt sind, um ein Differenzpaar zu bilden, daß ein kapazitives Element (78) zwischen der Basis des einen Transistors (70) des Transistorpaares und dessen Ausgang eingeschaltet ist, daß die Basis des anderen Transistors (72) des Transistorpaares mit dessen Ausgang verbunden ist, um einen Pol in der Übertragungscharakteristik des Verstärkers hervorzurufen, und daß Einrichtungen (82) vorgesehen sind, die eine Null in der Übertragungscharakteristik in der Nähe der vorgegebenen Frequenz ergeben.

15· Verstärker nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen zur Lieferung der Null in der Übertragungscharakteristik einen Widerstand (82) einschließen, der mit dem Ausgang des einen Transistors (70) des Transistorpaares gekoppelt ist.