DE1214733B - Differenzverstaerkerstufe mit hoher Stoerspannungsunterdrueckung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

ALJSLEGESCHRIFT

H03f

Int. α.:

Deutsch&KLb

Nummer;.. ""■;. 1214733 \ ;
Äktenzeicheni-^T 28840'Vm
Anmeldetag:": Γ-22,Jtmi 1965Γ
Auslegetag:. . 21,April 1966

Bei zahlreichen Aufgaben der- MeßWertverärbeitung gibt es das Problem der-Verstärkung-kleiner Meßspännungen U_m) wenn-zwischen ;der·.Meßspannung und Masse· eine gegen did Meßspannung U_1n -■-große Störspannung E/_s vorhanden ist. Eine·^solche· Störspannung entsteht vor ■ allem auf langen Erd~ schleifen bei großer räumlicher Entfernung zwischen dem Meßwertgeber und dem Verstärker, ■ - '.'-■-

Ein idealer Differenzverstärker würde nur■■· die :■ Meßspannüng'verstärken, also eine Äusgangsspan* nung ü_a=V · V]₁₁ lief emv Tatsachlich erscheint am Ausgang des Verstärkers auch ein, Teil· der Äörs spannung U₅, die das Meßergebrus verfälscht;· es entsteht also eine-Äusgangsspannung ■ ' , ; . ;

U* -

JL

An die Störspannungsdärnpfung D werden in prak·* tischen Fällen extreme Anforderungen-gestellt. Soll z. B. bei einer Störspannung 'Ug-=? 10 V noch eine Meßspannung von iJ^^iOmV auf 0,1% genau ver^· stärkt werden, so muß die- Störspannungsdämpfung nach Gleichung (1) größer als-120 db sein." .>.·-■ . -.

Drückt man Meß- und Störspannung durch·'die' am Verstärkereihgang gegen Masse auftretenden Eingangsspannungen -U^ und U_e2 aus, -so Wird mit

U₀₁ ^

Um

und

'Um.. '■■Z: -

die Ausgangsspannung nach Gleichung (1)

Je₁ + ^rr

yrijr Tr. , ^

a, =5 Y\Uei — U_ei —|- _—-*

Die Aufgabe der Störspannungsunterdrückung ist also identisch mit der Aufgäbe, eine Gegentaktspan- U k i Glihk

nvtng U_n -

g p

zu verstärken, eine Gleichtaktspannung

möglichst stark zu .^ämpfen.

Es sind bereits seit langem Differenzverstärkerstufen bekannt, die aus zwei emittergekoppelten Transistoren bestehen. Bei völliger Symmetrie, d.h. bei völliger Gleichheit der Transistoren in allen ihren Parametern wäre die Gleichtaktunterdrückung D unendlich groß. Eine endliche Gleichtaktunterdrückung kommt nur durch die unterschiedlichen Kennwerte der emittergekoppelten Transistoren zustande. Es ist ¹¹ Dif ferenzverstärker stuf e'fflit hoher
. ; Störspannungsunterdräckungj

Telefunken :..■■: ri-■ :■>::''-:·..:■:.; r-/ ,
' '■'. Patentverwertungsgesellsciiäfi m". b; H.,
.- Ulm/Donau^Eiisabethehstr. 3Ϊ,.. :■"'.:-.

- Als Erfinder henanntL ^: _:; -^
- ^: Dipi-Ing. Df. Günter Meyer-Brötz,; -:-..-■■
Dipl.-Ing. Adolf Kleyj Xjlm/Donaü ^{: ;};

bekannt, ^rdaß der gemeinsame -Emitterwiderstand der beiden Transistoren eiHen.wesentlichen. Einfluß auf die Gleichtaktüntefdrückurig'ausübt. Deshalb besteht eine- seit langem-^- auch aus: der Röhrentechnik — bekannte Verbesserungder Gleichtaktunterdrückung darin, daß der gemeinsame^Emitterwiderstand der beiden! Transistoren der Differen2verstärkerstufe durch deni dynamischen Innenwiderstand eines Transistors- in -Basisschaltung- ersetzt wird, ■ wodurch der gemeinsame Emitterwiderstand; auf einen- Wert von etwa 10 MU- erhöht wird. _;Bine solche bekannte Schaltung weist - eike Gleichtaktunterdrückung ■< 100 db auf, ist also für das eingangs geschilderte Beispiel der Meß'wertverärbeitung nicht geeignet.
'■- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Differenzverstärkerstufe, die aus zwei emittergekoppelten Transistoren besteht, eine Differenzverstärkerstüfe zu schaffen, die eine wesentlich höhere StÖrspannüngsünterdrückung aufweist. Diese Aufgabe wird erfinddngsgemäß dadurch gelöst, daß die Kollektoren der beiden'emittergekoppelten Transistoren jeweils über die ' Emitter-Kollektor-Strecken zweier zusätzlicher, in Basisschaltung arbeitender Transistoren 'mit den Arbeitswiderständen verbunden sind,- . ■ :. ■: ; . \ : :

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine größere Störspannungsunterdrückung bei einer Differenzverstärkerstufe mit zwei erhittergefcoppelten Transistoren nicht durch eine weitere Vergrößerung des Efflitterwiderstandes-erreicht werden kann, son-.

609 559/291

dem dadurch, daß bei einem großen Emitterwiderstand zusätzlich die Innenleitwerte der beiden Transistoren stark zu verkleinern sind. Der kleinste mit einem Transistor erreichbare Innenleitwert ist der Leerlauf-Ausgangsleitwert einer Basisstufe. Durch das erfindungsgemäße Hinzufügen zweier zusätzlicher in Basisschaltung arbeitender Transistoren wird nun der Innenleitwert der beiden Verstärkungszweige auf den Innenleitwert · einer Basisschaltung verkleinert. Damit erhält man eine Gleichtaktunterdrückung, die etwa zehnmal besser ist als die der bekannten Schaltungen, so daß eine solche erfindungsgemäße Schaltung für das anfangs geschilderte Beispiel der Meßwertverarbeitung geeignet ist.

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Differenzverstärkerstufe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Basisanschlüsse der zusätzlichen Transistoren miteinander verbunden sind und daß dieser Verbindungspunkt über eine erdfreie Spannungsquelle mit den Emitteranschlüssen der emittergekoppelten Transistoren verbunden ist.

Eine weitere Steigerung der Gleichtaktunterdrückung erhält man bei einer erfindungsgemäßen Differenzverstärkerstufe, wenn die Eingangsspannungen den Basisanschlüssen der emittergekoppelten Transistoren nicht direkt, sondern über vorgeschaltete weitere Verstärkerstufen zugeführt werden. In diesem Fall wird neben der Verkleinerung des Innenleitwertes noch die Steilheit jedes Verstärkungszweiges vergrößert, so daß sich bei einer Vorschaltung eines zweistufigen Verstärkers vor jeden der emittergekoppelten Transistoren eine Gleichtaktunterdrückung > 140 db ergibt.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele noch etwas näher erläutert werden.

In der F i g. 1 ist eine aus den Transistoren T₁ und T₂ bestehende emittergekoppelte Differenzverstärkerstufe dargestellt, bei der die erfindungsgemäß zusätzlich eingefügten Schaltungselemente durch eine größere Strichstärke zeichnerisch hervorgehoben sind. In bekannter Weise ist bei dieser Differenzverstärkerstufe im gemeinsamen Emitterzweig ein Transistor T₃ vorgesehen, durch den der gemeinsame Emitterwiderstand auf einen Wert von 10 ΜΩ erhöht wird. Die Kollektoren der Transistoren T₁ und T₂ sind nicht direkt, sondern erfindungsgemäß über die Emitter-Kollektor-Strecken der zusätzlichen Transistoren T₁' und T₂' mit den Arbeitswiderständen R_a verbunden. Diese zusätzlichen Transistoren T₁ und T₂ arbeiten in Basisschaltung, wobei der entsprechende Arbeitspunkt durch eine zwischen den miteinander verbundenen Basisanschlüssen der Transistoren T₁ und T₂ und den miteinander verbundenen Emitteranschlüssen der Transistoren T₁ und T₂ gelegene erdfreie Spannungsquelle B festgelegt wird. Durch die zusätzlichen Transistoren T₁ und T₂ wird der Innenleitwert jedes Verstärkungszweiges auf etwa 10 ~⁷ S verkleinert, wodurch die Gleichtaktunterdrückung etwa um den Faktor 10 verbessert wird.

In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Differenzverstärkers dargestellt, der aus zwei hintereinandergeschalteten Differenzverstärkerstufen besteht. Die Transistoren T₁ und T₂ der ersten Differenzverstärkerstufe sind mit ihren Emitteranschlüssen in bekannter Weise über einen Symmetrierwiderstand P miteinander verbunden, der zur Kompensation der unterschiedlichen Basis-Emitter-Spannungen, also des Nullpunktfehlers der Verstärkerstufe, erforderlich ist. Der Abgriff dieses Symmetrierwiderstandes P ist mit dem Kollektor eines weiteren Transistors T₄' verbunden, der mit einem Transistor T₄ ebenfalls eine emittergekoppelte Differenzverstärkerstufe darstellt. Die Ausgänge der ersten Differenzverstärkerstufe sind jeweils mit den Basisanschlüssen der aus den Transistoren T₅ und TJ bestehenden ίο zweiten Differenzverstärkerstufe verbunden, die in bekannter Weise unsymmetrisch ausgeführt ist. Die am gemeinsamen Emitter der zweiten Differenzverstärkerstufe stehende Gleichtaktspannung —^-t——

wird in bekannter Weise zu Ansteuerung des Transistors T₄' benutzt, der als Stromquelle für die Emitterströme der ersten Differenzverstärkerstufe dient. Diese Gleichtaktgegenkopplung hat für die Arbeitspunkteinstellung der ersten Differenzverstärkerstufe und ihre Drift gegenüber der in der F i g. 1 dargestellten Ausführungsform gewisse Vorteile, bewirkt aber keine weitere Erhöhung der Gleichtaktunterdrückung. Zwischen den Kollektorelektroden der Transistoren T₁ und T₂ und ihren Arbeitswider-

ständen R_a sind wiederum erfindungsgemäß zwei zusätzliche, in Basisschaltung arbeitende Transistoren T₁' und T₂' eingefügt. Die erdfreie Spannungsquelle B in Fig. 1 ist in diesem Fall durch eine ZenerdiodeZ in Verbindung mit einem weiteren Transistor T₆ realisiert, wobei die Zenerdiode zwischen dem Verbindungspunkt der Basisanschlüsse der Transistoren T₁' und T₂' und dem Abgriff des Symmetrierwiderstandes P eingefügt ist. Der Transistor T₆ ist mit seinem Kollektor mit dem Verbin-

dungspunkt der beiden Basisanschlüsse der Transistoren T₁' und T₂' verbunden, während er mit seinem Emitter über einen Emitterwiderstand mit dem positiven Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden ist. Den Basisanschlüssen der beiden Transistoren T₁ und T₂ ist jeweils ein aus den Transistoren T₇ und T₈ bzw. TJ und T₈' bestehender zweistufiger Verstärker vorgeschaltet, um auf diese Weise die Steilheit jedes Verstärkungszweiges noch zu erhöhen. In diesem Fall muß durch zusätzliche — in Fig. 2 nicht gezeichnete — Stabilisierungsnetzwerke für einen langsamen Abfall der Stromverstärkung nach höheren Frequenzen hin zur Erfüllung der notwendigen Stabilitätsbedingungen gesorgt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Differenzverstärker stufe mit hoher Störspannungsunterdrückung unter Verwendung von zwei emittergekoppelten Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der beiden emittergekoppelten Transistoren (T₁, T₂) jeweils über die Emitter-Kollektor-Strecken zweier zusätzlicher in Basisschaltung arbeitender Transistoren (T₁', T₂') mit den Arbeitswiderständen (R₀) verbunden sind.

2. Differenzverstärkerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verbundenen Basisanschlüsse der zusätzlichen Transistoren (T₁', T₂') über eine erdfreie Spannungsquelle (B) mit den Emitteranschlüssen der emittergekoppelten Transistoren (T₁, T₂) verbunden sind.

3. Differenzverstärkerstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als erdfreie Spannungsquelle (B) eine Zenerdiode (Z) vorgesehen ist, die aus einer Stromquelle in Form eines in Basisschaltung arbeitenden Transistors (T₆) gespeist wird.

4. Differenzverstärkerstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsspannungen (U_ev U_ez) den Basisanschlüssen der emittergekoppelten Transistoren (T₁, T₂) über vorgeschaltete weitere Verstärkerstufen (T₇, T₈; T₇', T₈') zugeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 559/291 4.66 © Bundesdruckerei Berlin