DE3511591A1 - BROADBAND SIGNAL AMPLIFIER - Google Patents

BROADBAND SIGNAL AMPLIFIER

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DE3511591A1
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Manfred 1000 Berlin Koslar
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Kontron Elektronik GmbH
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    • HELECTRICITY
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    • H03F3/30Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/3069Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the emitters of complementary power transistors being connected to the output
    • H03F3/3076Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the emitters of complementary power transistors being connected to the output with symmetrical driving of the end stage
    • HELECTRICITY
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    • H03F1/42Modifications of amplifiers to extend the bandwidth
    • H03F1/48Modifications of amplifiers to extend the bandwidth of aperiodic amplifiers

Abstract

A multiple-stage, direct current-coupled signal amplifier with transistors of various types of conductivity, in particular for amplification of the analogue entry signal in an oscilloscope, whereby each of the amplification stages has paired symmetrical transistors of different conductivity type between the supply potentials of different polarity, which receive and process the complete wanted signal in the same phase condition. The respective sequential transistors, which are connected with a supply potential of the same polarity, are also of different conductivity types. The entry phase is designed as an emitter sequence. The successive stages have a cascade circuit, or in other words, they form successive stages in the emitter and base circuits.

Description

Beschre ibungDescription

Die Erfindung betrifft einen Breitband-Signalverstärker der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a broadband signal amplifier of the type specified in the preamble of claim 1.

Bei derartigen Breitbandverstärkern werden zumeist hohe Anforderungen an das übertragende Frequenzband gestellt, welches von 0 Hz bis in den Megahertzbereich hinein reichen muß. Außerdem sollen möglichst große Signalpegel verzerrungsfrei übertragen werden. Dazu kommt, daß die Belastung des Signals durch Rauschquellen innerhalb des Verstärkers möglichst klein gehalten werden muß. Gerade bei Breitbandverstärkern ist die Gegenkopplung über mehrere Stufen meist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. So ist es beispielsweise bekannt, bei einem Differenzverstärker jede einzelne Stufe gegenzukoppeln, um eine dissimierte Verstärkung zu erhalten (Tietze/Schenk, "Halbleiter-Schaltungstechnik", 2. Auflage, S. 357).In the case of such broadband amplifiers, high demands are usually placed on the transmitting frequency band, which must range from 0 Hz to the megahertz range. In addition, the highest possible signal level should be free of distortion be transmitted. In addition, there is the stress on the signal from noise sources within the amplifier must be kept as small as possible. Especially with broadband amplifiers, the negative feedback is over several Stages usually associated with considerable difficulties. For example, it is known in the case of a differential amplifier counter-couple each individual stage in order to obtain a dissimated gain (Tietze / Schenk, "semiconductor circuit technology", 2nd edition, p. 357).

Nachteilig ist dabei, daß durch die Gegenkopplung über einzelne Stufen das Gesamtverstärkungsverhalten des Verstärkers nur schwer zu beherrschen ist und im übrigen aufwendige aufgebaute Eingangsspannungsteile vorzusehen sind, deren Teilerverhalten durch Rückwirkungen der Eingangsbedingungen des Verstärkers beeinflußt wird.The disadvantage here is that the negative feedback via individual stages reduces the overall gain behavior of the amplifier is difficult to control and otherwise complex input voltage components must be provided whose dividing behavior is influenced by the repercussions of the input conditions of the amplifier.

Die bisherigen Versuche, Operationsverstärker derartig breitbandig und phasenrein auszulegen, daß sie den Anforderungen zum Einsatz in einem Breitband-Oszillographen genügen können, scheitern wegen der dabei auftretendenThe previous attempts to design operational amplifiers so broadband and single phase that they meet the requirements may suffice for use in a broadband oscilloscope, fail because of the resulting

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NACHGERElCHrfFOLLOW-UP

Schwierigkeiten bezüglich der Stabilisierung der einzelnen Stufen und der Bemessung der Signallaufzeiten. Dazu kommt, daß Bauelemente, welche bei niedrigen Frequenzen als Bauelemente mit "komplementären" Eigenschaften genügend übereinstimmendes Verhalten zeigen - wie beispielsweise bipolare Transistoren in NPN- bzw. PNP-Technologie - bei Frequenzen im Megahertzbereich durchaus Abweichungen zeigen, die den Aufbau eines Verstärkers mit solchermaßen idealisierten Eigenschaften beinträchtigen. So wurde bisher auch bei breitbandigen Operationsverstärkern im wesentlichen Gebrauch gemacht von aufeinanderfolgenden Differenzverstärkerstufen, welche die Spannungsdrift klein halten sollen. Aber auch solche Operationsverstärker, welche intern unsymmetrisch aufgebaut sind, erfüllen die in diesem Zusammenhang an die Signalaufbereitung zu stellenden Anforderungen nicht.Difficulties regarding the stabilization of the individual stages and the measurement of the signal propagation times. In addition, that components, which at low frequencies as components with "complementary" properties match sufficiently Show behavior - such as bipolar transistors in NPN or PNP technology - at frequencies show deviations in the megahertz range, which idealized the structure of an amplifier with such Affect properties. This has essentially been the case with broadband operational amplifiers Made use of successive differential amplifier stages, which are intended to keep the voltage drift small. However, operational amplifiers that are internally asymmetrical also meet the requirements in this context There are no requirements for signal processing.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verstärker der eingangs genannten Gattung anzugeben, der bei einem hohen Eingangswiderstand einen großen Verstärkungs-Bandbreite-Faktor aufweist und darüber hinaus auch rauscharm ausgeführt werden kann. Der Verstärker soll nach Art eines Operationsverstärkers potentiometrisch beschaltbar sein, damit eine Signaleinspeisung an einem auf virtuellem Erdpotential befindlichen Signalpunkt erfolgen kann, der hochohmig und potentialfrei ist.The invention specified in claim 1 is based on the object of an amplifier of the type mentioned at the beginning indicate that has a large gain-bandwidth factor at a high input resistance and above in addition, can also be carried out with low noise. The amplifier should be potentiometric in the manner of an operational amplifier be wired so that a signal feed at a signal point located on virtual ground potential can take place, which is high-resistance and potential-free.

Die Erfindung beruht vielmehr auf der Erkenntnis, daß bei dem hier vorliegenden Anwendungsfall zum Aufbau eines Verstärkers mit potentiometrischen Eigenschaften ein völlig neuer Weg beschritten werden muß, um die an die tibertra-Rather, the invention is based on the knowledge that at the present application for the construction of an amplifier with potentiometric properties a completely new path has to be taken in order to

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gungsqualität zu stellenden Anforderungen zu erfüllen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die Signalverstärkung praktisch durchgehend zweimal gleichphasig durch jeweils komplementär aufgebaute Verstärkerstufen vorgenommen, wobei die Ausgangssignale der einzelnen Stufen am Verstärkerausgang wieder zu einem gemeinsamen Signal zusammengesetzt werden, so daß sich die Ungleichheiten bezüglich der Signalverarbeitung durch Transistoren von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp kompensieren und zusätzlich durch aufeinanderfolgende wiederum komplementäre Stufen dafür gesorgt wird, daß sich die ungleichgewichtige Signalbeeinflussung auch über die aufeinander folgenden Stufen ausgleicht. quality requirements to be met. In the solution according to the invention, the signal amplification practically continuously carried out twice in phase by amplifying stages of complementary structure in each case, with the output signals of the individual stages are reassembled into a common signal at the amplifier output be, so that the inequalities in terms of signal processing by transistors of different Compensate conductivity type and additionally through successive, in turn, complementary stages for it it is ensured that the unbalanced signal influence is also balanced out over the successive stages.

Die Qualität eines Meßgeräts ist entscheidend von der Art und dem Aufbau der breitbandigen Gleichspannungs-Meßverstärker abhängig.The quality of a measuring device depends on the type and structure of the broadband DC voltage measuring amplifier addicted.

Eine Aufstellung der von einem derartigen Verstärker gleichzeitig erfüllten Anforderungen lautet wie folgt:A list of the requirements simultaneously met by such an amplifier is as follows:

Der Verstärker soll ein geringes Eigenrauschen haben. Daraus ergibt sich die Forderung nach möglichst wenigen und möglichst rauscharmen aktiven und passiven Bauelementen.The amplifier should have a low inherent noise. This results in the requirement for as few as possible and as low-noise active and passive components as possible.

Der Verstärker soll eine extrem hohe Bandbreite haben. Daraus ergibt sich die Forderung nach möglichst schnellen aktiven Bauelementen und nach einer niederohmigen Beschaltung, sowie kleinen Kapazitäten im gesamten Schaltungsnetzwerk.The amplifier should have an extremely high bandwidth. This results in the requirement for as much as possible fast active components and after a low-resistance circuit, as well as small capacities in the entire circuit network.

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Der Verstärker muß bei dieser Bandbreite eine geringe Signallaufzeit aufweisen, um im rückgekoppelten Betrieb das Einschwingverhalten möglichst formtreu ohne überschwingen zu gestalten.
5
With this bandwidth, the amplifier must have a short signal propagation time in order to make the transient response as dimensionally true as possible without overshooting in the feedback mode.
5

Der Verstärker soll, bezogen auf seine Versorgungsspannungen, eine möglichst hohe Aussteuerungsfähigkeit besitzen (Crestfaktor) und selbst bei Übersteuerung keine Signalverzerrungen oder Signalspiegelungen im normalen Aussteuerbereich aufweisen.In relation to its supply voltages, the amplifier should have the highest possible modulation capability have (crest factor) and even when overdriven no signal distortion or signal reflections have in the normal dynamic range.

Der Verstärker soll einen hohen Eingangswiderstand haben, um bei Beschaltung mit Meßwiderständen am Verstärkereingang eine Präzisionsverstärkung zu gestatten.The amplifier should have a high input resistance so that when connected with measuring resistors Amplifier input to allow precision gain.

Der Meßverstärker muß eine kleine Eingangskapazität haben, insbesondere weil die Eingangswiderstände im Fall des Vorverstärkers extrem hoch sind und auch bei dem Folgeverstärker aus Gründen der Strom- und Leistungsersparnis keine allzu niedrigen Widerstandswerte Verwendung finden können. Aus den gleichen Gründen müssen die Kapazitäten innerhalb des Verstärkers klein gehalten sein.The measuring amplifier must have a small input capacitance, especially because the input resistances im Case of the preamplifier are extremely high and also with the follower amplifier for reasons of power and power savings Resistance values that are too low cannot be used. For the same reasons the capacities within the amplifier must be kept small.

Der Verstärker soll in seinem gesamten Aussteuerungsbereich, also sowohl für negative als auch für positive Amplitudenwerte gleiche Geschwindigkeitseigenschaften (Laufzeit und Bandbreite) haben, um die Signale mit möglichst großer Formtreue verstärken zu können.The amplifier should cover its entire control range, i.e. for both negative and positive Amplitude values have the same speed properties (transit time and bandwidth) for the signals to be able to reinforce with the greatest possible dimensional accuracy.

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NACHGEREICHTSUBMITTED

Der Verstärker soll eine hohe Leerlaufverstärkung haben, um durch Gegenkopplung den Eingangswiderstand erhöhen und eine hohe Meßgenauigkeit erzielen zu können.
5
The amplifier should have a high no-load gain in order to be able to increase the input resistance by means of negative feedback and to be able to achieve a high level of measurement accuracy.
5

Der Verstärker soll einen geringen Bauteil- und Montageaufwand erfordern, um der gerätespezifischen Aufgabenstellung kostengünstig Rechnung zu tragen.The amplifier should require little component and assembly effort in order to meet the device-specific task cost-effective to take into account.

Die Aufstellung zeigt, daß der Verstärker gleichzeitig die Eigenschaften eines rauscharmen Verstärkers, eines Breitbandverstärkers, eines Großsignalverstärkers, eines phasenkompensierten Verstärkers, eines Meßverstärkers, eines langzeitstabilen Verstärkers haben und dabei preiswert sein soll, wobei zudem die Formtreue eines Kleinsignalverstärkers vorausgesetzt ist.The list shows that the amplifier simultaneously has the properties of a low-noise amplifier, a broadband amplifier, a large-signal amplifier, a phase-compensated amplifier, a measuring amplifier, a have long-term stable amplifier and should be inexpensive, with the dimensional accuracy of a small-signal amplifier is assumed.

Die vorteilhafte erfinderische Lösung besteht in der konsequenten Verwendung von zwei symmetrischen, parallel laufenden Verstärkerzügen, gebildet aus abwechselnd hintereinandergeschalteten bipolaren PNP- und NPN-Transistoren in einer Art komplementären Gegentaktschaltung mit gleichphasiger Ansteuerung der beiden Transistoren einer Stufe bzw. entsprechenden FET-Transistoren, falls an die Rauscheigenschaften sehr hohe Anforderungen gestellt werden.The advantageous inventive solution consists in the consistent one Use of two symmetrical, parallel running amplifier trains, formed from alternately connected in series bipolar PNP and NPN transistors in a kind of complementary push-pull circuit with in-phase Control of the two transistors of a stage or corresponding FET transistors, if the noise properties very high demands are made.

Dieser äußerst ungewöhnliche Aufbau birgt eine ganze Reihe von Vorteilen. Zunächst wird durch den doppelt parallel geschalteten zum Nullpunkt symmetrischen Aufbau erreicht, daß eine Signalaussteuerung mit positiver wie mit negativerThis extremely unusual structure has a number of advantages. First, through the double parallel switched to the zero point symmetrical structure achieves that a signal modulation with positive as with negative

qpite 11 , NACHGEREICHT CR35.6 Selte il qpite 11, SUBMITTED CR35.6 Rare

Amplitude in diesem Gegentaktaufbau verhindert daß das Signal wie bei einem einseitig aufgebauten Verstarker bei kleiner Signalamplitude kleine Ströme, und bei großer Signalamplitude große Ströme durch die einzelnen Halbleiter fließen und daß dadurch amplitudenabhängige Laufzeiteigenschaften auftreten. Man begegnete diesem Umstand be! einseitig aufgebauten Verstärkern bisher durch einen hohen Ruhestrom, damit die relative Signalaussteuerung prozentual keine so hohen Stromdifferenzen bewirkt. Das ist hier LO erfindungsgemäß vermieden. Es ergibt sich zwar beispielsweise für einen NPN-Emitterfolger im Verstärkerzug bei Aussteuerung mit positivem Signal einer Polarität em abnehmender Strom. Gleichzeitig gilt aber in dem symmetrischen Verstärkerzug für den dort vorhandenen PNP-Emitterfolger die umgekehrte Bedingung, sein Strom nimmt fur die entsprechende Aussteuerung am Verstärkereingang zu. Da beide Verstärkerzüge einen Summationspunkt dort aufweisen, wo beide Kollektoren zweier Transistoren ineinanderarbeiten, heben sich die unterschiedlichen Eigenschaften in diesem wie eine Brückenschaltung aufgebauten Doppelverstärker auf. Dieses Prinzip der Kompensation der stromabhängigen Aussteuerungseigenschaften des als Brücke aufgebauten Verstärkerzuges erlaubt es, mit extrem geringem Strombedarf einen auch gegen Aussteuerungen mit großer Signalamplitude unempfindlichen Verstärker aufzubauen.Amplitude in this push-pull structure prevents that Signal as with an amplifier built on one side With a small signal amplitude, small currents, and with a large signal amplitude Large currents flow through the individual semiconductors and that, as a result, have amplitude-dependent transit time properties appear. One encountered this circumstance be! one-sided built up amplifiers by a high quiescent current so that the relative signal modulation does not cause such high percentage current differences. That is here LO avoided according to the invention. It is true, for example, for an NPN emitter follower in the amplifier train at Modulation with a positive signal of one polarity in a decreasing current. At the same time, however, applies in the symmetrical Amplifier train for the PNP emitter follower present there the opposite condition, its current consumes for the corresponding modulation at the amplifier input. Since both amplifier trains have a summation point there, where both collectors of two transistors work together, the different properties in on this double amplifier constructed like a bridge circuit. This principle of compensation of the current-dependent Modulation properties of the amplifier train built up as a bridge allows it to be with extremely little Power requirement to build an amplifier that is also insensitive to levels with large signal amplitudes.

Diese erfindungsgemäße gegentaktartige Brückenschaltung vereint noch weitere vorteilhafte Eigenschaften. Beispielsweise ist es auf diese Weise möglich, mit bipolaren Transistoren einen Verstärker aufzubauen, der ein nahezu ideales Eingangsimpedanzverhalten aufweist. Das gilt so-This push-pull bridge circuit according to the invention combines further advantageous properties. For example In this way it is possible to use bipolar transistors to build an amplifier that has an almost has ideal input impedance behavior. This is true

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wohl für die rein ohmsche Komponente als auch für die kapazitive Komponente des Eingangswiderstandes. Hierzu sollen zunächst die beiden - gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel - mit den Basisanschlüssen gegenseitig verbundenen Eingangsemitterfolger und deren Anschluß an die Basisanschlüsse der nachfolgenden zwei über Widerstände an den Emittern zusammengeschalteten Transistoren betrachtet werden.probably for the purely ohmic component as well as for the capacitive one Component of the input resistance. For this purpose, the two should first - according to an advantageous embodiment - Input emitter followers mutually connected to the base connections and their connection to consider the base connections of the following two transistors connected together via resistors at the emitters will.

Vorausgesetzt sei, daß es sich um zwei Transistoren mit im wesentlichen gleicher Stromverstärkung (hfe) handelt. Da beide Emitterfolger symmetrisch gleiche Emitterwiderstände an symmetrisch gleichen Versorgungsspannungen (hier z.B. + 12 V und - 12 V) haben, fließt durch ihre Emitter der gleiche Strom. Da bei gleicher oder fast gleicher Verstärkung durch beide Basen derselbe Basisstrom, jedoch mit unterschiedlichem Vorzeichen fließt, erzeugt der eine Eingangstransistor den Eingangsstrom für den komplementären Eingangstransistor derselben Verstärkerstufe. Folglich braucht die Signalquelle keinen Strom abzugeben, woraus ein sehr hoher Eingangswiderstand resultiert. Dieser Eingangswiderstand wird durch die zusätzliche Gegenkopplung nochmals um ein Vielfaches angehoben. Für gepaarte Transistoren konnten im Labor Eingangswiderstände im Teraohm-Bereich gemessen werden. Ein solcher Verstärker kann beispielsweise mit einem 10 MOhm Präzisionsvorwiderstand beschaltet werden ohne daß ein meßbarer Fehler auftritt.It is assumed that there are two transistors with essentially the same current gain (h fe ). Since both emitter followers have symmetrically identical emitter resistances at symmetrically identical supply voltages (here, for example, + 12 V and - 12 V), the same current flows through their emitters. Since the same base current, but with a different sign, flows through both bases with the same or almost the same gain, one input transistor generates the input current for the complementary input transistor of the same amplifier stage. As a result, the signal source does not need to deliver any current, which results in a very high input resistance. This input resistance is increased again many times over by the additional negative feedback. For paired transistors, input resistances in the teraohm range could be measured in the laboratory. Such an amplifier can, for example, be connected to a 10 MOhm precision series resistor without a measurable error occurring.

Ähnliches wie für den Eingangswiderstand gilt für die Eingangskapazität des Verstärkers. Nehmen wir einen normalen Operationsverstärkereingang, z.B. den eines Differenzver-The same applies to the input capacitance as for the input resistance of the amplifier. If we take a normal operational amplifier input, e.g. that of a differential

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stärkers, dann muß die Basis-Emitter-Kapazität durch den Signalstrom aufgeladen werden. Diese Eingangskapazität wirkt sich am Eingang des Verstärkers besonders nachteilig aus, wenn nämlich der Quellwiderstand relativ hochohmig ist. Bei der erfindungsgemäßen Lösung gilt, daß diese Eingangskapazität extrem klein, im Idealfall sogar Null ist.stronger, then the base-emitter capacitance must be charged by the signal current. This input capacitance works is particularly disadvantageous at the input of the amplifier, namely when the source resistance is relatively high. at The solution according to the invention applies that this input capacitance is extremely small, in the ideal case even zero.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims are identified below along with the description of the preferred embodiment the invention illustrated in more detail with reference to the figures. Show it:

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verstärkers sowieFigure 1 shows a first embodiment of the invention Amplifier as well

Figur 2 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1.FIG. 2 shows a variant of the exemplary embodiment according to FIG. 1.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Eingangssignal dem Eingang E zugeführt, wobei durch die Widerstands- und Kondensatorkombination Rl/Cl und R2/C2 eine potentiometrische Beschaltung zur Einstellung der Verstärkung des "Operationsverstärkers" gebildet wird.In the embodiment shown in Figure 1, the input signal is fed to the input E, where through the resistor and capacitor combination Rl / Cl and R2 / C2 a potentiometric circuit for setting the gain of the "operational amplifier" is formed.

Die Eingangsstufe besteht aus einem komplementären bipolaren Transistorpaar Tl und T2, wobei die Basisanschlüsse gemeinsam mit den zusammengeführten Anschlüssen der Widerstände/Kondensatoren Rl/Cl und R2/C2 verbunden sind. Dieser Punkt stellt die "virtuelle Erde" dar, wobei durch den Widerstand/Kondensator R2/C2 wegen der über den Gesamtver-The input stage consists of a complementary bipolar transistor pair T1 and T2, with the base connections are connected together with the merged connections of the resistors / capacitors R1 / C1 and R2 / C2. This Point represents the "virtual earth", whereby the resistor / capacitor R2 / C2 because of the

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stärker erzielten Phasendrehung von 180° sowohl eine Gleich- als auch Wechselspannungsgegenkopplung erzeugt wird.stronger achieved phase rotation of 180 ° generates both a DC and AC voltage negative feedback will.

Der Verstärker hat wegen seiner hohen Gesamtverstärkung und der Gesamtphasendrehung von 180° die Eigenschaften eines Operationsverstärkers. Da die Basen der komplementären Eingangstransistoren Tl und T2 einander verbunden sind und die Transistoren unterschiedliche Polarität haben, kompensiert sich der Basisstrom, so daß sein Gleichspannungsanteil die Widerstände Rl und R2 belastet. Die komplementäre erste Verstärkerstufe ist als Emitterfolger ausgelegt, wobei eine Spannungsteilung über die Widerstände R3/R5 bzw. R4/R6 zu den Transistoren T3 und T4 der nachfolgenden Stufe vorgenommen wird. Die freien Anschlüsse der Widerstände R5 und R6 befinden sich auf festen Gleichspannungspotentialen, welche von den symmetrischen Spannungsversorgungspotentialen "+" bzw. "-" über in Flußrichtung geschaltete Dioden Dl und D2 bzw. D3 und D4 abgeleitet ist.The amplifier has the properties because of its high overall gain and the overall phase rotation of 180 ° of an operational amplifier. Since the bases of the complementary input transistors T1 and T2 are connected to each other and the transistors have different polarity, the base current is compensated so that its DC voltage component the resistors Rl and R2 are loaded. The complementary first amplifier stage is designed as an emitter follower, a voltage division via the resistors R3 / R5 or R4 / R6 to the transistors T3 and T4 of the following Stage is made. The free connections of the resistors R5 and R6 are on fixed DC voltage potentials, which of the symmetrical voltage supply potentials "+" or "-" over in the direction of flow switched diodes Dl and D2 or D3 and D4 is derived.

Die Spannungs-Versorgungspotentiale "+" und "-" werden durch Kondensatoren C5 und C7 bzw. C6 und C8 geglättet, wobei die Kondensatoren C7 und C8 als Elektrolytkondensatoren ausgebildet sind, während die Kondensatoren C5 und C6 als Wickelkondensatoren hohe Frequenzanteile aussieben. Der durch die in Flußrichtung geschalteten Dioden fließende Strom bildet jeweils den Kollektorstrom für die Transistoren der Eingangsstufen. Ein ansteigender Kollektorstrom der Eingangsstufe bewirkt eine gleichspannungsmäßige Gegenkopplung für die nachfolgenden Stufen, welcheThe voltage supply potentials "+" and "-" are smoothed by capacitors C5 and C7 or C6 and C8, with capacitors C7 and C8 being electrolytic capacitors are formed, while the capacitors C5 and C6 screen out high frequency components as wound capacitors. The current flowing through the diodes connected in the forward direction forms the collector current for the Transistors of the input stages. An increasing collector current of the input stage causes a DC voltage Negative feedback for the subsequent stages, which

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mit ihren Basen mit diesem Punkt verbunden sind, so daß der Verstärker trotz durchgehend gleichspannungsmäßiger Kopplung eine hohe Stabilität aufweist. Die Emitterwiderstände R9 und RIO der in Emitterschaltung betriebenen Transistoren T3 und T4, welche ebenfalls komplementär ausgebildet sind, führen mit ihrem gemeinsamen Anschlußpunkt über einen Widerstand RlI zum Bezugspotential. Da auch hier die aus den beiden Transistoren hinein- bzw. herausfließenden Ströme sich kompensieren, liegt bei gleich be-' messenen Widerständen R9 und RIO deren gemeinsamer Anschluß gewöhnlich auf dem Bezugspotential.are connected to this point with their bases, so that the amplifier has more direct voltage despite the fact that it is continuously connected Coupling has high stability. The emitter resistors R9 and RIO of the operated in the emitter circuit Transistors T3 and T4, which are also designed to be complementary, lead with their common connection point via a resistor RlI to the reference potential. Because here too the flowing in and out of the two transistors If the currents compensate each other, their common connection is when the resistors R9 and RIO are of the same size usually at the reference potential.

Sollte durch eine infolge von Exemplarstreuungen bedingte Unsymmetrie ein Ausgleichsstrom auftreten, so erzeugt dieser über den Widerstand RlI einen Spannungsabfall, welcher bewirkt, daß infolge der erzeugten Gegenkopplung einer der Ströme vergrößert und der andere vermindert wird, so daß nahezu eine Kompensation eintritt. Der Spannungsabfall an den den Transistoren T3 und T4 zugeordneten Kollektorwiderständen R13 und R14 bildet die Eingangsspannung für die Transistoren T5 und T6 der nachfolgenden Stufe.Should a compensating current occur due to an asymmetry caused by specimen variance, this will be generated Across the resistor RlI a voltage drop which causes one of the negative feedback generated Currents are increased and the other is decreased, so that almost compensation occurs. The voltage drop on the collector resistors R13 and R14 assigned to the transistors T3 and T4 form the input voltage for the Transistors T5 and T6 of the following stage.

Diese Transistoren werden in Basisschaltung betrieben, wobei die Basis an dem gleichspannungsmäßig durch die Ströme durch die Transistoren der Eingangsstufe beeinflußten Potentiale liegt, so daß insoweit auch eine gleichspannungsmäßige Regelwirkung auftritt. Die Kollektoren der Transistoren T5 und T6 sind über einen gemeinsamen Kollektorwiderstand R15 verbunden. Die Spannung an den Kollektoren gelangt direkt an die Basen der die nachfolgende komplementäre Stufe bildenden Transistoren T7 und T8. DieseThese transistors are operated in a base circuit, the base being connected to the DC voltage by the currents is influenced by the transistors of the input stage potentials, so that in this respect also a DC voltage Control effect occurs. The collectors of transistors T5 and T6 are across a common collector resistor R15 connected. The voltage on the collectors goes directly to the bases of the subsequent complementary Stage forming transistors T7 and T8. These

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Transistoren werden wiederum in die Emitterschaltung betrieben, wobei der Ausgang über den Verbindungspunkt der beiden Emitterwiderstände R17 und R18 symmetriert ist. Die letztgenannten beiden Widerstände bilden eine zusätzliche Gleichspannungsgegenkopplung. Die aufeinanderfolgenden Transistorstufen T3 und T5 bzw. T4 und T6 bilden sogenannte komplementäre Kaskodeschaltungen, die untereinander ebenfalls wieder komplementär symmetrisch sind.Transistors are in turn operated in the emitter circuit, the output via the connection point of the the two emitter resistors R17 and R18 is balanced. The latter two resistors form an additional one DC negative feedback. The successive transistor stages T3 and T5 or T4 and T6 form what are known as complementary cascode circuits which are also complementarily symmetrical with one another.

Zur Ersparnis von Bauelementen und um mit der zweiten Stufe die Verstärkung einzuleiten, wird die zweite Stufe als invertierender Gegentaktverstärker genutzt. Da das Potential an dem Punkt zwischen den Emittern der Transistoren dem Eingangssignal folgend schwankt, zieht es dann einen unterschiedlichen dem Signal proportionalen Strom durch den zwischen dem Emittermittelpunkt und Masse liegenden Widerstand. Dieser Strom wird auch durch die Kollektoren der zweiten Transistoren fließen. Dieser Strom fließt dann durch die zwischen den Kollektoren der zweiten Transistoren und den jeweiligen Kollektorwiderständen zur positiven - respektive negativen - Versorgungsspannung derart, daß die nachfolgenden zwei Verstärkertransistoren vom Emitter her stromgesteuert werden, da deren Basen wiederum über die durch die jeweils zwei Dioden gebildeten Vorspannungen mit einer Konstantspannung versorgt werden.To save components and to initiate the reinforcement with the second stage, the second stage is used used as an inverting push-pull amplifier. Because the potential at the point between the emitters of the transistors fluctuates following the input signal, it then draws a different one proportional to the signal Current through the resistor between the center of the emitter and ground. This current is also passed through the Collectors of the second transistors flow. This current then flows through the between the collectors of the second Transistors and the respective collector resistances to the positive - or negative - supply voltage such that the following two amplifier transistors are current-controlled from the emitter, since their bases in turn are supplied with a constant voltage via the bias voltages formed by each of the two diodes.

Durch die über den Gesamtverstärker erzeugte Phasendrehung von 180° wirkt dieser als Operationsverstärker mit hoher Spannungssverstärkung.
30
Due to the 180 ° phase shift generated by the overall amplifier, it acts as an operational amplifier with a high voltage gain.
30th

Die besonderen Eigenschaften des Verstärkers sollen noch die nachfolgenden Erläuterungen zur Betriebsweise verdeutlichen: The following explanations on the mode of operation are intended to clarify the special properties of the amplifier:

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Zunächst läßt sich im Ersatzschaltbild des Eingangs vorstellen, daß wie in einer Brücke eine Kapazität über die Basis-Emitter-Strecke des PNP-Transistors Tl und eine ebensolche über die des NPN-Transistors T2 vorhanden ist. Bei Umpolung des Signalstromverlaufes bewirken diese Brückenkapazitäten eine gegenseitige Kompensation. Weiterhin folgen die Emitter der Eingangstransistoren Tl und T2 dem gemeinsamen Basiseingangspotential parallel in einer Richtung derart, daß auch die Basen und damit die Emitter der Folgetransistoren gleichzeitig eine Potentialänderung in gleicher Richtung erfahren. Dieser Umstand an den den Eingangstransistoren Tl und T2 nachgeschalteten Transistoren T3 und T4 ist von großer Bedeutung, da etwaige Kapazitäten an den Transistoren der zweiten Stufe und an deren Emitterwiderständen nicht umgeladen werden müssen. Das heißt, die ersten vier Transistoren können einem Eingangssignal mit extremer Geschwindigkeit folgen.First of all, in the equivalent circuit diagram of the input, it can be imagined that, as in a bridge, a capacitance over the Base-emitter path of the PNP transistor Tl and a similar one via which the NPN transistor T2 is present. When the polarity of the signal current is reversed, these bridge capacitances cause mutual compensation. Farther the emitters of the input transistors T1 and T2 follow the common base input potential in parallel in one Direction in such a way that the bases and thus the emitters of the following transistors also have a potential change at the same time experienced in the same direction. This fact occurs in the transistors connected downstream of the input transistors T1 and T2 T3 and T4 is of great importance, since any capacitance on the transistors of the second stage and on their Emitter resistors do not have to be reloaded. That is, the first four transistors can take an input signal follow at extreme speed.

Demzufolge stellen die vier Eingangstransistoren Tl bis T4 einen extrem schnellen Trennverstärker dar, der mit sehr hohem Eingangswiderstand, sehr kleiner Eingangskapazität Geschwindigkeiten aufweist, die nur durch diesen Gegentakt-Doppelemitterfolger realisiert werden können. Man kann diese Gegentaktemitterfolgerbrücke als nahezu idealen Leistungsverstärker bezüglich der Formtreue, bezüglich der Geschwindigkeit und der Signallaufzeit bezeichnen. Er bietet außerdem die Möglichkeit, sofern man am Mittelpunkt zwischen den beiden zweiten Emittern mißt, der extremen Aussteuerungsfähigkeit bis zu der positiven respektive negativen Versorgungsspannung hin.As a result, the four input transistors Tl to T4 represent an extremely fast isolating amplifier that with very high input resistance, very small input capacitance has speeds that can only be achieved by this push-pull double emitter follower can be realized. One can consider this push-pull emitter follower bridge to be almost ideal Designate power amplifiers in terms of shape fidelity, in terms of speed and signal propagation time. He offers also the possibility, if one measures at the midpoint between the two second emitters, the extreme one Control capability up to the positive or negative supply voltage.

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Die einen Differenzstromverstärker bildenden folgenden Transistoren T5 und T6 arbeiten mit ihren hochohmigen Kollektoren direkt ineinander, so daß sie einmal eine extrem hohe Verstärkung erzeugen und zum anderen an dem gemeinsamen Kollektorpunkt die bis dahin getrennt laufenden Verstärkerzüge an diesem Punkt summieren. Mit dieser Konfiguration wird ein Mehrfaches erreicht. Einmal stellen die Kollektoren gegeneinander für sich wechselseitig einen hohen Kollektorwiderstand dar, zum anderen spielen an diesem einzigen hochohmigen interen Punkt des Verstärkers wiederum die Kapazitäten der nachfolgenden Gegentaktemitterfolger keine ausschlaggebende Bedeutung, weil diese wegen des Gleichlaufs ihrer Potentiale wiederum keine kapazitive Last darstellen.The following constituting a differential current amplifier Transistors T5 and T6 work with their high-resistance collectors directly into one another, so that they are once extremely generate high amplification and, on the other hand, at the common collector point the previously separate ones Sum amplifier strips at this point. With this configuration a multiple is achieved. On the one hand, the collectors are mutually exclusive against each other high collector resistance, on the other hand play at this single high-ohmic internal point of the amplifier again the capacities of the subsequent push-pull emitter followers no decisive importance, because these again are not capacitive because of the synchronization of their potentials Represent load.

Dieser aus insgesamt 2x4 Transistoren gebildete Verstärker weist noch andere interessante in seiner Symmetrie begründete Vorzüge aus. Bekanntlich sind NPN-Transistoren wegen der besseren Mobilität der Ladungsträger in den N-dotierten Zonen schnellere Bauelemente als gleichartig aufgebaute PNP-Transistoren. Es ist der Schaltung sofort entnehmbar, daß sich im oberen Verstärkerzug PNP- und NPN-Transistoren ständig abwechselnd folgen. Da im unteren Verstärkerzug die komplementären Typen in jeweils alternierender Folge genauso angeordnet sind, heben sich Laufzeitunterschiede einmal in den Verstärkerzügen und erst recht bei der Summenbildung bei Zusammenführung beider Verstärkerzüge auf. Diese Kompensation ist ein weiterer Vorteil des brückenartigen Aufbaus.This amplifier made up of a total of 2x4 transistors has other interesting advantages based on its symmetry. It is well known that NPN transistors are used faster components than similar components because of the better mobility of the charge carriers in the N-doped zones constructed PNP transistors. It can be seen immediately from the circuit that there are PNP and NPN transistors in the upper amplifier train follow constantly alternating. Since in the lower booster train the complementary types alternate Sequence are arranged in the same way, differences in transit time become apparent once in the amplifier trains and only right at the summation when merging both amplifier trains. This compensation is another Advantage of the bridge-like structure.

Ferner ist auch der Forderung nach hoher Aussteuerbarkeit Rechnung getragen. Da in den ersten beiden Verstärker-Furthermore, there is also the requirement for a high level of controllability Taken into account. Since in the first two amplifier

I NACHGEREICHT CR35.6 Seite 19 L--—~- »I SUBMITTED CR35.6 Page 19 L --— ~ - »

stufen das Potential um den Nullpunkt schwankt, ist eine symmetrisch gleiche Aussteuerung sowohl nach "+" als auch nach "-" gegeben. Da ferner in der vom Emitter angesteuerten Basis-Basis-Schaltung der dritten Verstärkerstufe die Konstantbasisspannungen durch zwei Dioden gebildet werden, derart daß an den Emittern dieser dritten Verstärkerstufe T5, T6 das konstant gehaltene Potential am Emitter nur 0,6 V beträgt, wird diese Stufe, die als Differenzstromverstärker wirkt, praktisch jeweils nahe der jeweiligen Batteriespannungen so arbeiten, daß an deren Kollektoren eine Aussteuerung bis jeweils etwa 1 V an die Batteriespannungen möglich ist. Das gleiche gilt natürlich für die nachgeschalteten Emitterfolger T7 und T8. Auf diese Art wurde erreicht, daß z.B. bei einer Spannungsversorgung von +12/-12 V eine lineare Aussteuerung des Signals von 22 V Spitze/Spitze gemessen werden konnte, ohne daß eine Signalverzerrung oder die bekannte Signalspiegelung stattfand. Natürlich verbessert die Rückkopplung diese Eigenschaften noch beträchtlich.step the potential fluctuates around the zero point, there is a symmetrically equal modulation to both "+" and after "-" given. Since also in the emitter-driven base-base circuit of the third amplifier stage the constant base voltages are formed by two diodes, so that at the emitters of this third amplifier stage T5, T6 the constant held potential at the emitter is only 0.6 V, this stage, which is called Differential current amplifier acts, practically in each case close to respective battery voltages work so that a modulation of up to about 1 V to the collectors Battery voltages is possible. The same naturally applies to the downstream emitter followers T7 and T8. To this Art was achieved that e.g. with a power supply of + 12 / -12 V a linear modulation of the signal of 22 V peak / peak could be measured without signal distortion or the well-known signal mirroring took place. Of course, the feedback improves these properties considerably.

Wichtig für einen hochschnellen Verstärker ist - wie schon erwähnt - der Umstand, daß möglichst kleine Kapazitäten vorhanden sind und daß diese durch niederohmige Widerstände oder durch niederohmige Quellen nicht wirksam werden können. Diesem Umstand trägt der Verstärker in ganz besonderer Weise Rechnung. Wie schon erläutert, wird die Eingangskapazität des Verstärkers durch die erste Verstärkerstufe kompensiert. Ihr Ausgang, die Emitter der ersten beiden Emitterfolger sind niederohmige Spannungsquellen.As already mentioned, it is important for a high-speed amplifier that the capacitance is as small as possible are present and that they are not effective due to low resistance or low resistance sources can. The amplifier takes this into account in a very special way. As already explained, the input capacitance of the amplifier is compensated by the first amplifier stage. Your output, the emitter of the first both emitter followers are low-resistance voltage sources.

Die Basis-Emitter-Kapazitäten der Folgestufe können nicht wirksam werden, da die Emitter wechselseitig durch denThe base-emitter capacitances of the next stage cannot take effect because the emitters are mutually dependent on the

NACHGEREICHTSUBMITTED

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Gleichlauf der Spannungen keine Umladung von Kapzitäten vornehmen müssen, die Emitter der zweiten Gegentaktverstärkerstufe T3, T4 wiederum niederohmige Spannungsquellen darstellen und außerdem mit relativ niederohmigen Widerständen in der Emitterwiderstands-T-Schaltung versehen sind. Entsprechendes gilt für die Kollektoren dieser zweiten Stufe, da sie auf das konstant gehaltene Potential der Differenzstromverstärker geschaltet sind, also dort wiederum niederohmig gehalten werden. Damit sind bis zu dieser Stufe kaum Kapazitäten in den beiden Verstärkerzügen wirksam. Nun läßt sich aber wegen der geforderten hohen Leerlaufverstärkung ein hochohmiger Punkt in der Schaltung nicht vermeiden. Das aber ist der Summenpunkt der beiden ineinander arbeitenden Kollektoren. Dort müssen die Verbindungen sehr kurz gehalten werden und es muß auf Kapazitäten gegen Massepotential geachtet werden. Da jedoch dort wiederum ein Gegentaktausgangsemitterfolger aus zwei Transistoren gebildet wird, der wegen der Gleichlaufeigenschaften kaum eine kapazitive Last darstellt, ist zu ersehen, daß alle Punkte des Verstärkers bis auf den Summenpunkt, emittergesteuert werden und daß dadurch die Zeitkonstanten innerhalb des Verstärkers gering gehalten werden können.Synchronization of voltages, no reloading of capacities must make the emitter of the second push-pull amplifier stage T3, T4 in turn low-resistance voltage sources represent and also provided with relatively low resistance in the emitter resistor T-circuit are. The same applies to the collectors of this second stage, since they are kept constant at the potential of the Differential current amplifiers are switched, so there are again kept low resistance. That’s up to At this stage hardly any capacities are effective in the two amplifier trains. But now it can be because of the required high no-load gain cannot avoid a high-resistance point in the circuit. But that is the point of the two collectors working together. There the connections have to be kept very short and it has to open Capacities against ground potential are respected. However, there again a push-pull output emitter follower from two transistors is formed, which is hardly a capacitive load because of the synchronous properties to see that all points of the amplifier except for the sum point are emitter-controlled and that thereby the Time constants within the amplifier can be kept low.

Die Niederohmigkeit fast aller Netzwerkpunkte hat außerdem den Vorteil, daß Störsignale kaum einsprechen können; sofern man dafür sorgt, daß der hochohmige Summenpunkt in den Dimensionen klein und durch umgebende gesiebte Niederohmpotentiale geschützt wird.The low resistance of almost all network points also has the advantage that interfering signals can hardly speak; provided that the high-resistance sum point in the dimensions small and protected by surrounding screened low-resistance potentials.

Es läßt sich zeigen, daß der Meßverstärker bezüglich seiner Halbleiterkomponenten damit minimiert ist. Diese Betrachtungsweise läßt folgende Schlußfolgerung zu:It can be shown that the measuring amplifier is thus minimized with regard to its semiconductor components. This way of looking at things allows the following conclusion:

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Die ersten beiden Gegentaktbrückeneraitterfolger dienen der Trennung eines hochohraigen Eingangs zur niederohmigen Signalverarbeitung. Die zweite Gegentaktverstärkerstufe dient der nochmaligen kapazitätsarmen Trennung und der Invertierung der Signale zum jeweiligen Versorgungsspannungsniveau. Die dritte Gegentaktstufe dient der eigentlichen Verstärkung zur Bildung der Leerlaufverstärkung und der Summenbildung der zunächst getrennt laufenden Brückenverstärkerzüge. Die letzten beiden Transistoren dienen als' kapazitätsarme Trennverstärker zur Bildung der niederohmigen Verstärkerausgangsquelle. Um dessen Effizienz zu steigern, werden Siliziumtransistoren mit hoher Stromverstärkung gewählt.The first two push-pull bridge successors serve the Separation of a high-ear input for low-resistance signal processing. The second push-pull amplifier stage is used for repeated low-capacitance separation and the inversion of the signals to the respective supply voltage level. The third push-pull stage is used for the actual gain to form the no-load gain and the summation of the bridge amplifier trains initially running separately. The last two transistors serve as' Low-capacitance isolation amplifiers to form the low-impedance amplifier output source. To increase its efficiency, silicon transistors with a high current gain are selected.

Günstig ist, daß zum Aufbau dieses breitbandigen Gleichspannungsverstärkers ein Minimum an Bauteilen verwendet werden kann. Dieser Umstand optimiert diese Schaltung gleichzeitig im Hinblick auf die wertanalytischen Aspekte und auch bezüglich des Rauschens kann bei Verwendung extrem rauscharmer Transistoren ein unerwartetes Optimum geboten werden.It is advantageous that this broadband DC voltage amplifier is used to build this a minimum of components can be used. This fact optimizes this circuit at the same time with regard to the value analytical aspects and also with regard to the noise can be extreme when used low-noise transistors offer an unexpected optimum.

Es bleibt anzumerken, daß dieser Verstärker auch vorzügliche Eigenschaften als Gleichspannungsverstärker erfüllt, da mit Hilfe der schon geschilderten Doppelstrategie - der Verwendung komplementärer Transistoren in einer konsequenten Gegentaktschaltung und durch den brückenartigen Aufbau - auch die Temperaturdrift der Einzelstufen exakt kompensiert wird.It should be noted that this amplifier also has excellent properties as a DC voltage amplifier, because with the help of the already described double strategy - the use of complementary transistors in a consistent Push-pull circuit and, thanks to the bridge-like structure, the temperature drift of the individual stages is also precisely compensated will.

Im Versuch hat sich herausgestellt, daß der Verstärker über weite Temperaturbereiche eine konstante Ausgangsgleichspannung aufweist.In the experiment it has been found that the amplifier has a constant DC output voltage over a wide temperature range having.

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nachqereiohtInachqereiohtI

Durch zusätzliche Maßnahmen, wie die Verwendung rauscharmer Hochgeschwindigkeits-Siliziumtransistoren und durch den Aufbau in SMD-Technik mit extrem kurzen Leiterbahnen, konnte ein Verstärker geschaffen werden, der alle eingangs erwähnten Forderungen erfüllt.Through additional measures, such as the use of low-noise, high-speed silicon transistors and through the Construction in SMD technology with extremely short conductor tracks, an amplifier could be created that all meets the requirements mentioned at the beginning.

Während der aus acht bipolaren Transistoren aufgebaute Verstärker sehr gute Rauscheigenschaften insbesondere im hochfrequenten Bereich aufweist, genügen die Eigenschaften im niederfrequenten Bereich besonders bei Frequenzen unter 10 Hz (und insbesondere dann, wenn er sehr hochohmig angesteuert wird) nicht allen Anforderungen.While the amplifier, made up of eight bipolar transistors, has very good noise properties, especially in the Has high-frequency range, the properties in the low-frequency range are particularly sufficient for frequencies below 10 Hz (and especially when it is driven with a very high resistance) does not meet all requirements.

Die Ursachen hierfür liegen in den Leitungsmechanismen der bipolaren Transistoren und den hohen Anforderungen die hier dadurch gestellt werden, daß zwei Verstärker hintereinander geschaltet werden und in dem Umstand der hochohmigen Ansteuerung am Eingangspunkt des gesamten Kanalverstärkerzuges.The reasons for this lie in the conduction mechanisms of the bipolar transistors and the high requirements be made here by connecting two amplifiers in series and in the circumstance of the high-impedance Control at the entry point of the entire channel amplifier train.

Bei einer Ausführungsvariante, die in Figur 2 dargestellt ist, wird ein besonders rauscharmes Verhalten der Eingangsstufe erzielt. Dabei ist der Transistor Tl durch einen n-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor ersetzt, weleher als Source-Folger betrieben wird, wobei wegen der bei Feldeffekt-Transistoren vorhandenen Potentialverhältnisse der Transistor Tl1 gegenüber dem bipolaren Transistor Tl eine (sinngemäß) umgekehrte Polarität aufweist. Während die Bezugselektrode bei der rein bipolaren Schaltung dem Bezugspotential abgewandt war, ist die Bezugselektode des Feldeffekttransistors dem Bezugspotential zugewandt. AlsIn one embodiment variant, which is shown in FIG. 2, a particularly low-noise behavior of the input stage is achieved. The transistor Tl is replaced by an n-channel junction field effect transistor, which is operated as a source follower, with the transistor Tl 1 having an (analogously) reversed polarity compared to the bipolar transistor Tl due to the potential ratios present in field effect transistors. While the reference electrode was facing away from the reference potential in the purely bipolar circuit, the reference electrode of the field effect transistor faces the reference potential. as

NACHGEREIOHTJFOLLOWEDJ

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Source-Widerstände dienen R4'f R51 und R7, wobei der Widerstand R7 als Trimmer ausgebildet ist und zum Ausgleich von Exemplarstreuungen einstellbar ist. Der Widerstand R4' erzeugt den Spannungsabfall zwischen den Basisanschlüssen der Transistoren T3 und T4 der nachfolgenden Stufe. Die Dioden Dl und D2 sind mit der Drainelektrode verbunden. Die an diesen Dioden abfallende Spannung bildet aber bei dieser Schaltung ein Maß für den durch den Transistor Tl1 fließenden Strom und nicht - wie es bei der rein bipolaren Schaltung der Fall ist - ein Maß für den Kollektorstrom durch den Transistor T2.Source resistors are used for R4 ' f R5 1 and R7, the resistor R7 being designed as a trimmer and being adjustable to compensate for sample variations. The resistor R4 'generates the voltage drop between the base terminals of the transistors T3 and T4 of the subsequent stage. The diodes D1 and D2 are connected to the drain electrode. However, the drop across these diodes voltage is a measure of the current flowing through the transistor Tl 1 current in this circuit and not - as is the case in purely bipolar circuit - a measure of the collector current through the transistor T2.

So wird der Eingangsverstärker eines Oszillographen bezüglich seiner Eingangstrennstufe bevorzugt mit einer derartigen Schaltung versehen. Feldeffekttransistoren haben den Vorteil, daß im extrem niederfrequenten Bereich wegen der Feldeffektsteuerungsmechanismen Funkel- und Scintillationsrauschen weit geringer sind, als bei bipolaren Transistoren. Andererseits fordern Feldeffekttransistoren wegen ihrer Temperaturdrifteigenschaften und wegen der Tatsache, daß sie nicht als Komplementärtypen ohne weiteres erhältlich sind, für die Eingangsstufe gegebenenfalls einen abweichenden Schaltungsaufbau. Wie in Figur dargestellt, werden zwei gleiche Feldeffekttransistoren so geschaltet, daß die Ströme durch beide Feldeffekttransistoren gleich sind. Mit Hilfe der beiden Potentiometer kann dann bei unterschiedlichen Kennlinienfeldeigenschaften der Arbeitspunkt so eingestellt werden, daß für den eigentlichen Source-Folger der Strom aus dem zweiten Feldeffekttransistor, dessen Gate nach Masse geschlossen ist, geliefert wird und daß dadurch über weite TemperaturbereicheFor example, the input amplifier of an oscilloscope is preferred with such an input isolating stage Circuit provided. Field effect transistors have the advantage that in the extremely low frequency range because of the Field effect control mechanisms, twinkle and scintillation noise are far lower than with bipolar transistors. On the other hand, require field effect transistors because of their temperature drift properties and the fact that they are not readily considered complementary types are available, possibly a different circuit structure for the input stage. As shown in figure, two identical field effect transistors are switched so that the currents through both field effect transistors are the same. With the help of the two potentiometers, the Operating point can be set so that for the actual source follower the current from the second field effect transistor, whose gate is closed to ground, is supplied and that thereby over wide temperature ranges

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NACHGEREIOHTJFOLLOWEDJ

die Arbeitspunktspannungen durch die solchermaßen gebaute Kompensationsschaltung für den Eingangs-Source-Folger konstant bleiben, insbesondere die Vorspannung an dessen Gate die hier 0 V betragen soll.
5
the operating point voltages remain constant due to the compensation circuit built in this way for the input-source follower, in particular the bias voltage at its gate, which should be 0 V here.
5

Da der Feldeffekttransistor in sich die Eigenschaften eines hohen Eingangswiderstands aufweist, erfüllt er auch die an dieser Stelle geforderte Hochohmigkeit. Man könnte die Eingangskapazität durch eine Gegentaktschaltung mit komplementären Feldeffekttransistoren nach dem gleichen Prinzip, wie bei den bipolaren Transitoren dargestellt, aufbauen.Since the field effect transistor has the properties of a has a high input resistance, it also fulfills the high resistance required at this point. One could the input capacitance by a push-pull circuit with complementary field effect transistors according to the same Set up the principle as shown for the bipolar transistors.

Bei der Schaltung gemäß Figur 2 ist die Eingangsstufe unsymmetrisch ausgeführt, da komplementäre Feldeffekttransistoren nur mit sehr großem Aufwand herstellbar und dementsprechend kostenaufwendig sind. Der Transistor T2' bildet eine Konstantstromquelle die über Widerstände R6' und R8 bezüglich ihres Arbeitspunktes eingestellt wird.In the circuit according to FIG. 2, the input stage is asymmetrical executed because complementary field effect transistors can only be produced with a great deal of effort and expense are accordingly expensive. The transistor T2 'forms a constant current source via resistors R6' and R8 is set with respect to its operating point.

Der Strom durch den Transistor T21 entspricht demjenigen, der durch den Widerstand R4' fließt, wobei der Spannungsabfall an den ebenfalls in Reihe mit dem Transistor T21 geschalteten Dioden D3 und D4 zur Erzeugung des Gleichspannungspotentials der nachfolgenden Stufen dient.The current through the transistor T2 1 corresponds to that which flows through the resistor R4 ', the voltage drop at the diodes D3 and D4, which are also connected in series with the transistor T2 1 , serving to generate the direct voltage potential of the subsequent stages.

Durch das Vorsehen eines zweiten Feldeffekttransistors T21 von identischer Polarität, dessen Gate-Anschluß nicht mit dem Eingang verbunden ist, wird zwar die Spannungsverstärkung gegenüber einer vollständig komplementär aufgebauten Schaltung verringert, durch die Einfügung eines identischen Bauelementes unter Verzicht auf die Auswirkung derBy providing a second field effect transistor T2 1 of identical polarity, the gate terminal of which is not connected to the input, the voltage gain is reduced compared to a completely complementary circuit, by inserting an identical component without the effect of the

. NACHQEREICHT. SUBSCRIBED

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Steuerelektrode wird aber erreicht, daß sich bezüglich der Ansteuerung der nachfolgenden Stufen ein quas!komplementäres Verhalten einstellt.Control electrode is achieved, however, that with regard to the control of the subsequent stages, a quas! Complementary Behavior.

Auf diese Weise lassen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Verstärkers ohne den Einsatz kostspieliger Bauelemente auch für solche Anwendungen benutzen, bei denen auf einen hochohmigen Eingang Wert gelegt wird.In this way, the advantages of the invention Amplifier without the use of expensive components can also be used for applications in which on value is placed on a high-resistance input.

Die nachfolgenden Stufen entsprechen in ihrem Aufbau in etwa der Ausführung gemäß Figur 1, so daß für übereinstimmende Bauelemente identische Bezugszeichen benutzt werden konnten.The structure of the following stages corresponds approximately to the embodiment according to FIG. 1, so that for matching Components identical reference numerals could be used.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.The embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiment specified above. Rather, a number of variants are conceivable, which of the solution shown also in principle make use of different designs.

Claims (13)

nachqereichtIsubsequently submitted I. CREATEC 25. März 1985CREATEC March 25, 1985 Gesellschaft für Elektrotechnik mbH
D-1000 Berlin
Gesellschaft für Elektrotechnik mbH
D-1000 Berlin
Breitband-SignalverstärkerBroadband signal amplifier AnsprücheExpectations lj Mehrstufiger gleichspannungsgekoppelter Breitband-Signalverstärker mit Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps, insbesondere zur Verstärkung des Eingangs-Analog-Signals in einem Oszillographen, lj Multistage DC-coupled broadband signal amplifier with transistors of different conductivity types, in particular for amplifying the input analog signal in an oscilloscope, /2/ 2 NACHGEREK
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Nachgerek
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NACHQEREICHTJREPORTEDJ dadurch gekennzeichnet,characterized, daß mindestens zwei aufeinanderfolgende Verstärkerstufen zwischen den Versorgungspotentialen paarweise symmetrisch beschaltete Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps aufweisen, wobei die jeweils aufeinanderfolgenden Transistoren ebenfalls von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp sind und die beiden Transistoren einer Stufe jeweils das vollständige Nutzsignal in gleicher Phasenlage zugeführt erhalten und verarbeiten.that at least two successive amplifier stages between the supply potentials symmetrically in pairs have wired transistors of different conductivity types, the respective successive Transistors also of different conductivity types are and the two transistors of a stage each have the complete useful signal in the same phase position received and processed.
2. Breitband-Signalverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der aufeinanderfolgenden Stufen als symmetrischer Emitterfolger ausgebildet ist.2. Broadband signal amplifier according to claim 1, characterized in that at least one of the successive stages is designed as a symmetrical emitter follower. 3. Breitband-Signalverstärker nach Anspruch 2, d a durch gekennzeichnet, daß zwei aufeinanderfolgende Stufen als symmetrische Kaskodeschaltung, d.h. als aufeinanderfolgende Transistoren in Emitter- und Basisschaltung, mit Transistoren von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp ausgebildet sind.3. Broadband signal amplifier according to claim 2, d a characterized in that two consecutive Stages as a symmetrical cascode circuit, i.e. as successive transistors in emitter and basic circuit, with transistors of different conductivity types are formed. 4. Breitband-Signalverstärker nach Anspruch 3, dadurch dadurch gekennzeichnet,
daß der symmetrischen Kaskodeschaltung eine symmetrische Emitterfolgerschaltung vor und/oder nachgeschaltet ist.
4. Broadband signal amplifier according to claim 3, characterized in that
that the symmetrical cascode circuit is connected upstream and / or downstream of a symmetrical emitter follower circuit.
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5. Breitband-Signalverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Gleichspannungspegel der Signale am Eingangs- bzw. Ausgangsanschluß im Hinblick auf ein Bezugspotential null ist.5. Broadband signal amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that that the mean DC voltage level of the signals at the input or output connection with respect to a reference potential is zero. 6. Breitband-Signalverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden der Eingangstransistoren direkt miteinander verbunden sind.6. Broadband signal amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that that the control electrodes of the input transistors are directly connected to one another. 7. Breitband-Signalverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und Ausgangssignal des Verstärkers eine Phasendrehung von 180" aufweisen.7. Broadband signal amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that that the input and output signals of the amplifier have a phase shift of 180 ". 8. Breitband-Signalverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Feldeffekttransistoren an Stelle der bipolaren in der jeweils äquivalenten Schaltung vorgesehen sind.8. Broadband signal amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that that field effect transistors are provided in place of the bipolar in the respective equivalent circuit. 9. Breitband-Signalverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Eingangsstufe zwei Feldeffektransistoren übereinstimmender Polarität in Serie vorgesehen sind, von denen der eine als Source-Folger und der andere als Konstant-Stromquelle geschaltet ist, wobei der Gate-Anschluß9. Broadband signal amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that that two field effect transistors of matching polarity are provided in series as the input stage, from one as a source follower and the other as a constant current source is connected, the gate terminal CR35.6 Seite 4 I nachqereichtCR35.6 page 4 I submitted later des Source-Folgers den Verstärkereingang bildet und die Steuerelektroden der komplementären Transistoren der nachfolgenden Stufe mit den den Anschlüssen eines Widerstands verbunden sind, der zwischen dem Source-Widerstand des Source-Folgers und der Konstant-Stromquelle eingeschaltet ist.of the source follower forms the amplifier input and the control electrodes of the complementary transistors of the following Stage to which the terminals of a resistor are connected between the source resistance of the Source follower and the constant current source is switched on. 10. Breitband-Signalverstärker nach Anspruch 9, d a durch gekennzeichnet, daß die Source-Widerstände der als Source-Folger und Konstantstromquelle geschalteten Feldeffekttransistoren im wesentlichen gleiche Werte aufweisen.10. broadband signal amplifier according to claim 9, d a characterized in that the source resistors of the field effect transistors connected as source follower and constant current source have the same values. 11. Breitband-Signalverstärker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Source-Widerstände zum Ausgleich von Exemplarstreuungen der Feldeffekttransistoren als Trimmwiderstände ausgebildet sind.11. Broadband signal amplifier according to claim 10, characterized in that the source resistors designed as trimming resistors to compensate for sample variations in the field effect transistors are. 12. Breitband-Signalverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren in Siliziumtechnik hergestellt sind.12. Broadband signal amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that that the transistors are made in silicon technology. 13. Breitband-Signalverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und Ausgangsanschlüsse und die Span-13. Broadband signal amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that that input and output connections and the voltage CR35.6CR35.6 NACHGEREIOHTFOLLOWED nungsversorgungsanschlüsse des Verstärkers eine Brückenschaltung bilden.Power supply connections of the amplifier form a bridge circuit. /6/ 6
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