DE1236013B - Differentialverstaerker mit Feldeffekttransistoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03f

Deutsche Kl.: 21 a2-18/08

Nummer: 1236 013

Aktenzeichen: B 77395 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 24. Juni 1964

Auslegetag: 9. März 1967

Die Erfindung betrifft einen Differentialverstärker, d. h. einen subtrahierenden Verstärker, bei dem die Eingangssignale den Gatterelektroden von Feldeffekttransistoren zugeführt werden und den Feldeffekttransistoren weitere Transistorgegentaktstufen nachgeschaltet sind.

Als Gegentaktverstärker aufgebaute Differentialverstärker sind an sich bekannt. Feldeffekttransistoren werden verwendet, wenn eine Transistorstufe einen hohen Eingangswiderstand haben soll und andererseits der Ausgangsstrom eine einer Pentode ähnliche Charakteristik befolgen soll.

Ein Differentialverstärker, bei dem die Eingangssignale den Gatterelektroden von Feldeffekttransistoren zugeführt werden, denen weitere Transistorgegentaktstufen nachgeschaltet sind, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß im Gleichstromweg zwischen dem positiven Pol der Speisestromquelle und jeweils einer Quellenelektrode der Feldeffekttransistoren je ein Flächentransistor liegt, dessen Kollektorelektrode direkt mit der Quellenelektrode des Feldeffekttransistors verbunden ist, daß die Emitterelektroden der Flächentransistoren über Widerstände mit dem positiven Pol der Speisestromquelle verbunden sind, daß der Basiselektrode eines der Flächentransistoren Gegenkopplungssignale zugeführt werden, deren Größe proportional der verstärkten Differenz der Eingangssignale ist, während die Basiselektrode des anderen Flächentransistors am Abgriff eines zwischen dem positiven Pol der Speisestromquelle und Masse geschalteten Potentiometers liegt, und daß die Verbindungsstellen der Kollektorelektroden der Flächentransistoren mit den Quellenelektroden der Feldeffekttransistoren durch einen Widerstand miteinander verbunden sind.

Die Erfindung bezweckt einen unter Anwendung von Feldeffekttransistoren aufgebauten Differentialverstärker, bei dem mindestens der eine Feldeffekttransistor zur Steuerung seines Ausgangsstromes eine Steuerstufe hoher Impedanz, vorzugsweise einen Flächentransistor, aufweist, wobei diese Steuerstufe in Serie mit der den Quellenstrom liefernden Stromquelle verbunden ist, wobei ein Gegenkopplungszweig von dem Ausgangskreis des Differentialverstärkers zu dem Steuerkreis der steuerbaren Impedanz hohen Widerstandes führt.

In dem Ausgangsstromkreis der zweiten als Eingangsstufe dienenden Feldeffekttransistorstufe ist ebenfalls ein Flächentransistor in Serie mit der den Quellenstrom liefernden Stromquelle geschaltet. Um einen Abgleich zu erzielen, wird die Basiselektrode dieses weiteren Flächentransistors an einen einstell-Differentialverstärker mit Feldeffekttransistoren

Anmelder:

Beckman Instruments, Inc.,

Fullerton, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,

München-Solln, Franz-Hals-Str. 21

Als Erfinder benannt:

Franklin Faller Offner, Deerfield, JU. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 25. Juni 1963 (290 413) - -

baren Abgriff einer Spannungsquelle angeschlossen, so daß ein Abgleich des Differentialverstärkers erfolgen kann, ohne daß ein Eingangssignal vorliegt. Obwohl die Ausgangsspannung des Flächentransistors, die abhängig von den beiden dem Differentialverstärker zugeführten Spannungen ist, im gegenkoppelnden Sinne nur dem einen, von der einen Eingangsspannung gesteuerten Feldeffektstufe zugeführt wird, ergibt sich dessenungeachtet eine Gegenkopplungswirkung, durch die das Ausgangssignal des Differentialverstärkers auf einen entsprechend kleinen Wert reduziert wird.

Zweckmäßigerweise sind getrennte Widerstände in Serie mit den Emitterelektroden der beiden Flächentransistoren geschaltet, wobei ein dritter Widerstand die Kollektorelektroden der beiden Flächentransistoren verbindet. Um die beiden Feldeffekttransistoren abzugleichen, wird die Basiselektrode des einen in Serie geschalteten Flächentransistors zweckmäßigerweise von dem einstellbaren Abgriff eines Potentiometerwiderstandes abgegriffen, der an eine einseitig mit dem Massenpunkt der Schaltung verbundene Spannungsquelle angeschaltet ist.

Die einzige Figur der Zeichnung stellt einen allgemeinen schematischen Schaltplan einer beispielsweisen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar.

Im einzelnen ist in der Zeichnung ein Verstärker dargestellt, der mit der vorliegenden Erfindung versehen ist und allgemein eine differential geschaltete erste oder Eingangsstufe besitzt, die allgemein mit dem Bezugszeichen 11 versehen ist, sowie eine zweite

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und dritte Differentialstufe 12 und 13 und eine Emitterfolgeausgangsstufe 14, die einen niedrigen Ausgangswiderstand ermöglicht. Ein Rückkopplungsnetz 15 liegt zwischen dem Ausgang des Verstärkers und der Eingangsstufe 11.

Wie schon gesagt, kann der Verstärker als direktgekoppelter Gleichstromdifferentialverstärker, als Differentialverstärker mit unterdrückter Gleichstromübertragung oder als Zerhackerverstärker verwendet werden. Die Schalter 17 bis 26 erlauben es, die Betriebsart des Verstärkers zu wählen. Jeder Schalter besitzt einen Kontaktarm und drei mit A, C und D bezeichnete Kontakte. Die Schalter werden gleichzeitig betätigt, und in der in der Zeichnung dargestellten Z>-Stellung arbeitet der Verstärker als direktgekoppelter Gleichstromdifferentialverstärker. In der Stellung .4 arbeitet der Verstärker als Differentialverstärker mit weitgehend unterdrückter Gleichstromübertragung und in der Stellung C als Zerhackerverstärker.

Klemmen 28 und 29 bilden die Eingangsklemmen des Verstärkers und sind über Dämpfer 30 und 31 mit Verbindungspunkten 32 und 33 verbunden. Die Dämpfer 30 und 31 können, falls erwünscht, ausgelassen werden, in welchem Fall die Eingangsklemmen 28 und 29 direkt mit den Verbindungspunkten 32 und 33 verbunden werden. In einem Differentialverstärker ist es erwünscht, den Unterschied zwischen den Signalen zu verstärken, die an den Eingangsklemmen auftreten, und zwar unabhängig von dem Potential dieser Signale im Verhältnis zu einem Bezugspotential, üblicherweise zur Masse. Demgemäß verstärkt der Verstärker den algebraischen Unterschied zwischen dem an der Klemme 28 eingeführten Signal und dem Signal, das bei der Klemme 29 eingeführt wird, und weist jedes Signal zurück, das an beiden dieser Klemmen gemeinsam auftritt. Dieses gemeinsame Signal wird allgemein als Gleichtaktsignal bezeichnet.

Wenn der Verstärker als direktgekoppelter Gleichstromdifferentialverstärker betrieben wird, d. h. wenn die Schalter 17 bis 26 in der Stellung D liegen, sind die Verbindungspunkte 32 bzw. 33 direkt mit Gatterelektroden 35 und 36 von Feldeffekttransistoren 37 und 38 über die entsprechenden Schalter 19 und 20 verbunden. Eine Ausgangselektrode 40 des Transistors 37 ist über den Widerstand 41 mit einem Potentialpunkt verbunden, der im Verhältnis zu einem Bezugspotential wie etwa der Masse negativ ist, und eine Ausgangselektrode 42 ist über einen Widerstand 43 mit der Quelle des negativen Potentials verbunden.

Der Kollektor 45 eines PNP-Transistors 46 ist mit einer Quellenelektrode 47 des Feldeffekttransistors 37 und der Kollektor 48 eines PNP-Transistors 49 mit einer Quellenelektrode 51 des Feldeffekttransistors 38 verbunden. Der Emitter 52 des Transistors 46 und der Emitter 53 des Transistors 49 sind über entsprechende Widerstände 54 und 55 mit einer Potentialquelle verbunden, die im Vergleich zur Masse positiv ist. Eine Impedanz, wie etwa beispielsweise ein Widerstand 57, ist zwischen die Kollektoren der Transistoren 46 und 49 eingeschaltet, die Verbindungsstellen 58 und 59 bilden. In der dargestellten Ausführungsform sind die Feldeffekttransistoren 37 und 38 von P-Kanal-Art, so daß die Transistoren 46 und 49 PNP-Transistoren sind, obwohl es dem Fachmann klar ist, daß N-Kanal-Feldeffekttransistoren und NPN-Übergangstransistoren bei geeigneten Potentialänderungen verwendet werden können.

Die Basis 61 des Transistors 49 ist über einen Widerstand 62 mit dem Gleitdraht eines Potentiometers 63 verbunden, der zwischen der Quelle des positiven Potentials und dem Bezugspotential, im allgemeinen der Masse, liegt. Die Basis 50 des Transistors 46 ist über einen Widerstand 56 mit der Ausgangsklemme des Rückkopplungsnetzes 15 verbunden, das im folgenden im einzelnen beschrieben wird. Der Ausgang der Eingangsstufe 11 wird den Ausgangselektroden 40 und 42 der Feldeffekttransistoren 37 und 38 entnommen und in die Basen von NPN-Transistoren 64 und 65 eingespeist, die im Gegentakt geschaltet sind und die die zweite Stufe des Verstärkerkreises bilden. Die Ausgangssignale der zweiten Stufe 12 werden in die Basen von PNP-Transistoren 66 und 67 eingespeist, die ebenfalls im

ao Gegentakt geschaltet sind und die die dritte Stufe des Verstärkers bilden. Das Signal aus dem Kollektor des Transistors 66 wird in die Basis des Transistors 68 eingespeist, der die letzte oder Ausgangsstufe des Verstärkers bildet und der als Emitterfolger geschaltet ist, um einen geringen Ausgangswiderstand für den Verstärker zu schaffen, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Der Kollektor des Transistors 67 ist mit dem Bezugspunktpotential oder der Masse verbunden, so daß kein Signal aus diesem Teil der Differentialstufe 13 entnommen wird. Wenn der Verstärker als direktgekoppelter Gleichstromdifferentialverstärker betrieben wird, d. h., wenn die Schalter 17 bis 26 in der D-Stellung liegen, ist der Emitter der Ausgangsstufe 14 direkt über den Schalter 21 und die Leitung 69 mit der Ausgangsklemme 70 verbunden, und die Ausgangsklemme 71 ist direkt über den Schalter 23 mit der Masse verbunden.

Ein negatives Rückkopplungssignal wird aus dem Emitter des Ausgangstransistors 68 entnommen.

Wenn jeder Schalter in der D-Stellung liegt, weist der Rückkopplungsweg des Verstärkers einen ersten Potentialteiler auf, der aus Widerständen 72 und 73 besteht, die in einem elektrischen Serienstromkreis zwischen einem Punkt mit positivem Potential und dem Emitter der Ausgangsstufe 14 geschaltet sind, und einem zweiten Potentialteiler, der aus Widerständen 74 und 75 besteht, die über den Schalter 16 zwischen einem Punkt mit positivem Potential und der Masse in einem elektrischen Serienkreis geschaltet sind. Der bewegliche Kontakt des Drehwiderstandes 76 ist mit der Verbindungsstelle der Widerstände 72 und 73 verbunden. Eine Seite des Widerstandes 76 ist mit den Kontaktarmen der Schalter 24 und 25 verbunden, während die andere Seite des Wider-Standes 76 frei ist. In der D-Stellung ist der Kontaktarm des Schalters 24 mit einem Winden Kontakt verbunden, während der Kontaktarm des Schalters 25 mit der Verbindungsstelle der Widerstände 74 und 75 verbunden ist. Auf diese Art und Weise bildet der Widerstand 76 eine veränderliche Impedanz, die zwischen der Verbindungsstelle der Widerstände 72 und 73 und der Widerstände 74 und 75 liegt; dadurch kann die Dämpfung in dem Rückkopplungskreis verändert werden.

Im Betrieb wird der Verstärker zuerst so abgeglichen, daß das Gleichstrom-Ausgangssignal am Emitter des Transistors 68 den gewünschten Wert für den Wert 0 des Eingangssignals hat. Im allgemeinen

wird der Verstärker so abgeglichen, daß für denWertO des Eingangssignals das Ausgangssignal ebenfalls den Wert 0 hat. Es kann jedoch ein anderer Gleichstrom-Ausgangswert für den Eingangswert 0 eingestellt werden. Die erwünschte O-Einstellung des Ausgangssignals des Verstärkers wird durch Einstellen des Potentiometers 63 erreicht, welches an der Basis des Transistors 49 eine konstante Spannung liefert und dadurch einen bestimmten Ruhestrom durch den Feldeffekttransistor 38 erzeugt. Die Widerstände 74 und 75 sind entsprechend gewählt, so daß an der Basis des Transistors 46 ein solches Gleichstromsignal erzeugt wird, welches ausreicht, um den gewünschten Wert des Gleichstrom-Ausgangssignals am Emitter des Transistors 68 zu erhalten. Die Widerstände 72 und 73 sind so gewählt, daß die Gleichspannung an ihrer Verbindungsstelle gleich derjenigen Gleichspannung ist, die an der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 74 und 75 bei Ruhestrombedingungen vorhanden ist. Daher besteht bei Ruhestrombedingungen eine Spannung an dem beweglichen Kontakt des Potentiometers 76, welche gleich derjenigen am Ende des Potentiometers ist, während das andere Ende frei liegt. Eine Impedanzänderung des Potentiometers 76 verschiebt daher nicht den Arbeitspunkt des Verstärkers, aber dient dazu, die Dämpfung im Rückkopplungskreis zu verändern.

Es sei angenommen, daß an den Eingangsklemmen 28 und 29 zwei symmetrische Eingangssignale angelegt sind, so daß das an den Klemmen 28 und 29 entstehende Differenzsignal ebenfalls massesymmetrisch ist. Weiterhin sei angenommen, daß das Potential an der Klemme 28 positiv gegenüber dem Potential an der Klemme 29 ist. Das Signal wird gemäß der Einstellung der Dämpfungsglieder 30 und 31 gedämpft und durch die Schalter 19 und 20, die sich in der D-Stellung befinden, den entsprechenden Gattern der Feldeffekttransistoren 37 und 38 zugeführt. Das positive, der Gatterelektrode 35 des Feldeffekttransistors 37 zugeführte Signal erscheint an der Quellenelektrode 47 des Feldeffekttransistors 37. Das der Gatterelektrode 36 des Feldeffekttransistors 38 zugeführte weniger positive Signal erscheint an dessen Quellenelektrode 51. Wird angenommen, daß die Steilheit der Feldeffekttransistoren 37 und 38 sehr groß ist, so erzeugt eine kleine Änderung der Quellenelektroden-Gatter-Spannung eine große Änderung des Stromes in dem Quellenelektroden-Ausgangskreis. Unter der Voraussetzung hoher Steilheit ist die Differentialspannung, die zwischen den Quellenelektroden auftritt, gleich dem Differentialsignal, das in die Gatter 35 und 36 eingespeist wird. Die an den Quellenelektroden auftretende Differentialspannung liegt am Widerstand 57. In der Praxis ist die am Widerstand 57 auftretende Spannung jedoch etwas geringer als das Differential-Eingangssignal.

Da die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 49 durch die Einstellung des Potentiometers 63 gesteuert wird und konstant bleibt, bleibt der Kollektorstrom bei Ruhestrombedingungen ziemlich gleich. Ursprünglich wird die Emitter-Basis-Spannung des Transistors 46 ebenfalls durch die Widerstände 74 und 75 festgelegt, so daß der Kollektorstrom des Transistors 46 ebenfalls auf dem Ruhestromwert bleibt. Obwohl die Kollektorströme der Transistoren 46 und 49 infolge der Anwesenheit der Impedanz 57 am Anfang gleich bleiben, kann der Stromfluß durch die Feldeffekttransistoren 37 und 38 sich ändern. In dem angeführten Beispiel, in dem die Spannung am Gatter 35 im Verhältnis zu der Spannung am Gatter 36 positiv ist, fließt ein Differentialstrom durch die Impedanz 57 von der Verbindungsstelle 58 zur Verbindungsstelle 59. Der Strom durch den Ausgangsstromkreis des Feldeffekttransistors 37 nimmt demgemäß ab, während der Strom durch den Ausgangsstromkreis des Feldeffekttransistors 38 zunimmt

ίο und ein Differentialsignal an den entsprechenden Ausgangswiderständen 41 und 43 erzeugt wird.

In dem Beispiel wird daher ein negatives Signal in die Basis des Transistors 64 und ein positives Signal in die Basis des Transistors 65 eingespeist.

Das Eingangssignal wird von der Differentialstufe 12 verstärkt, umgekehrt und in die Differentialstufe 13 eingespeist. Daher erscheint ein positives Signal an der Basis des Transistors 66 und ein negatives Signal an der Basis des Transistors 67. Da der Kollektor des Transistors 67 in der Differentialstufe 13 fest an dem Punkt gemeinsamen Potentials angeklemmt ist, erscheint ein negatives Signal an seinem Emitter, der direkt mit dem Emitter des Transistors 66 verbunden ist. Das positive Signal an der Basis des Transistors 66 und das negative Signal an dem Emitter erzeugen ein negatives Signal am Kollektor, das als Eingang in die Emitterfolgestufe 14 eingespeist wird. Der Eingang für die Stufe 14 ist also ein Signal, das dem Eingangsdifferential des Verstärkers proportional ist, obwohl der Ausgang der Stufe 13 nur von dem Kollektor des Transistors 66 abgenommen wird. Der Ausgang der Emitterfolgestufe 14 wird von dem Emitter des Transistors 68 abgenommen und über den Schalter 21, der in der D-Stellung liegt, und über die Leitung 69 der Ausgangsklemme 70 zugeführt. Die Ausgangsklemme 71 ist über den Schalter 23 mit dem Bezugspunkt verbunden, und der Potentialunterschied zwischen der Klemme 70 und der Klemme 71 ist gleich dem Differentialsignal, das an den Eingangsklemmen 28 und 29 auftritt, mal der Verstärkung des Verstärkers.

Das negative Signal am Emitter des Transistors 68 erhöht den Stromfluß durch die Widerstände 72 und 73 und erzeugt ein negatives Signal an deren Verbindungsstelle. Dieses negative Signal wird über einen Dämpfer 76 in die Basis 50 des Transistors 46 der Eingangsstufe des Verstärkers eingespeist. Dieses negative Rückkopplungssignal steigert den Leitwert des Transistors 46 und daher den Strom in dem Stromquellenkreis des Feldeffekttransistors 37. Der erhöhte Strom durch den Ausgangswiderstand 41 erhöht das Potential an der Basis des Transistors 64, bis das Differentialsignal, das in die zweite Stufe 12 eingespeist wird, durch die negative Rückkopplung auf einen solchen Wert verringert wird, wie er erforderlich ist, um am Ausgang des Verstärkers ein Signal der gewünschten Größe zu erhalten. Dabei handelt es sich um die übliche Verringerung der Gesamtverstärkung eines rückgekoppelten Verstärkers durch die Rückkopplung. Weil die Lage der Spannungsteiler 74, 75 und 32, 73 spannungsmäßig so eingestellt ist, daß im Ruhezustand (Eingangssignal gleich Null) am Potentiometer 76 keine Spannung abfällt, bedeutet eine Veränderung des Abgriffes des Potentiometers 76 keine Veränderung des Arbeitspunktes des Verstärkers und auch keine Verschiebung des Nullpunktes des Verstärkerausganges. Dennoch kann dabei die Dämpfung im Rückkopp-

lungskreis verändert werden, so daß damit eine Verstärkungsregelung für den gesamten Verstärker herbeigeführt werden kann.

Es wird angenommen, daß ein Gleichtaktsignal in die Eingangsklemmen 28 und 29 eingespeist wird. In einem solchen Fall nimmt das Potential an jeder der Klemmen 28 und 29 um einen gleichen Betrag im Verhältnis zur Masse entweder zu oder ab.

Es wird beispielsweise angenommen, daß ein gleichtaktpositives Signal an beiden Klemmen 28 und 29 zur Einwirkung gebracht wird. Das Potential an diesen Eingangsklemmen wird wiederum in die Gatterelektroden der Feldeffekttransistoren 37 bzw. 38 eingespeist. Das Potential der Stromquellenelektrode 47 erhöht sich und das Potential der Stromquellenelektrode 51 erhöht sich ebenfalls um den gleichen Betrag. Die Verbindungsstellen 58 und 59 verbleiben bei dem gleichen verhältnismäßigen Potential, und an dem Widerstand 57 tritt keine Differentialspannung auf. Da keine Potentialänderung an diesem Widerstand auftritt und da die Übergangstransistoren 46 und 49 ursprünglich als einen konstanten Strom liefernde Stromquelle für die Feldeffekttransistoren 37 und 38 wirken, bleibt der Stromfluß in dem Ausgangskreis jedes dieser Transistoren konstant. Weder am Widerstand 41 noch am Widerstand 43 treten Potentialschwankungen auf, und es wird kein Differentialsignal in den Eingang der zweiten Stufe 12 eingespeist. Es ist daher ersichtlich, daß der Verstärker ein Differentialsignal verstärkt, das in die Eingangsklemmen 28 und 29 eingespeist wird, jedoch gleichartige Signale nicht durchläßt.

Wie in der bevorzugten Ausführungsform dargestellt, wird die Gegenkopplung lediglich der Basiselektrode des Flächentransistors 46 zugeführt. Die Zentrierungsspannung, d. h. die Spannung, die den Gleichstrom-Arbeitspunkt des Verstärkers bestimmt, wird der Basiselektrode des Transistors 49 zugeführt. Diese asymmetrische Rückkopplungsregelung wird dadurch ermöglicht, daß die Eingangsstufe 11 denjenigen Signalteil der Eingangssignal, der beiden an den Eingangsklemmen 28 und 29 zugeführten Signalen gemeinsam ist, so vollkommen unterdrückt. Auf diese Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Schaltung mit Hilfe der dabei erzielbaren »Gleichartigkeitsunterdrückung« (Definition s. auch Sp. 3), daß nicht beide Signale, deren Differenzen verstärkt werden sollen, ihrerseits verstärkt getrennt zurückgekoppelt werden müssen, sondern die Rückkopplung, wie in der Figur dargestellt, vereinfacht werden kann. Es wäre natürlich auch denkbar, von dieser Vereinfachungsmöglichkeit keinen Gebrauch zu machen und der Basiselektrode 61 des Flächentransistors 49 ein vom Kollektor des Transistors 67 abgeleitetes, am Kollektor des Transistors 66 gewonnenes symmetrisches Signal zuzuführen, was allerdings auch in den Gegentaktstufen 13 und 14 eine andere als die gezeigte, eine Weiterbildung der Erfindung darstellende Schaltung voraussetzen würde.

Ein zweiter Widerstand 78 mit veränderlichem Kontakt 79 ist zwischen die Stromquellenelektroden 47 und 51 eingeschaltet. Der Kontakt 79 ist über einen Widerstand 86 mit der Masse verbunden. Der Zweck des Widerstandes 78 und der Massenverbindung ist, einen Abgleich der Eingangsstufe im Fall von Unterschieden der Feldeffekttransistoren 37 und 38 oder zwischen den anderen Teilen der Eingangsstufe zu ermöglichen. Die Impedanz des Widerstandes 80 ist im Vergleich zur Impedanz des Widerstandes 57 hoch und so eingestellt, daß keine Übertragung eines Gleichsignals auftritt.

Die Widerstände 62 und 56, die in den Basisstromkreis der Transistoren 49 bzw. 46 eingeschaltet sind, dienen dazu, den Betrieb des Verstärkers bei Gleichstrombetrieb zu stabilisieren. Temperatureinflüsse auf einen Feldeffekttransistor machen eine Veränderung der Gatter-Stromquellenspannung in Abhängigkeit von der Temperatur erforderlich, wenn ein konstanter Ausgangsstrom durch den Transistor aufrechterhalten werden soll. Die erforderliche Änderung zur Aufrechterhaltung eines gegebenen konstanten Ausgangsstromes ist für verschiedene Transistoren nicht unbedingt gleich. Dementsprechend ist eine Veränderung der Emitter-Basis-Spannung in Abhängigkeit von der Temperatur infolge der Temperatureigenschaften von Flächentransistoren erforderlich, um einen konstanten Kollektorstromkreis aufrechtzuerhalten. Auch in diesem Fall ist die erforderliche Spannung für verschiedene Transistoren nicht unbedingt identisch. Bei Flächentransistoren ist es ebenfalls erforderlich, daß der Basisstrom gemäß der Temperatur verändert wird, um einen konstanten Kollektorstrom aufrechtzuerhalten. Die erforderliche Veränderung des Basisstromes in Abhängigkeit von der Temperatur hängt ebenfalls von zwei Faktoren ab. Der erste ist die Veränderung des Basisleckstromes in Abhängigkeit von der Temperatur; dieser Effekt kann jedoch durch Verwendung von Siliziumtransistoren auf ein Mindestmaß herabgedrückt werden. Der zweite Faktor ist, daß der Stromverstärkungsfaktor β sowohl von Silizium- als auch von Germaniumtransistoren ebenfalls mit der Temperatur schwankt. Allgemein kann gesagt werden, daß dieser Faktor sich in einer Steigerung von β in direktem Zusammenhang mit der Temperatur auswirkt. Dies ergibt eine Erhöhung des Basisstromes bei einer Erhöhung der Temperatur.

Wie schon oben angeführt wurde, sind die Widerstände 62 und 56 in den Basisstromkreis der Flächentransistoren 49 und 46 eingeschaltet worden, um den Betrieb des Verstärkers zu stabilisieren. Dadurch wird in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens der Vorteil erreicht, daß ein unterschiedliches Temperaturverhalten der einzelnen Transistoren 46 und 49 ausgeglichen wird.

Wenn ein Widerstand mit der Basis des einen oder des anderen Flächentransistors in Serie liegt, erzeugt eine durch die Temperatur veranlaßte Veränderung des Basisstromes ein Schwanken der Spannung an der Basis dieses Transistors. Durch die Einschaltung des einen oder des anderen oder auch beider Widerstände 62 oder 56 und die Einstellung auf richtige Werte kann diese Wirkung so proportioniert werden, daß alle Drittursachen ausgeschaltet werden. Diese Einstellung kann leicht durchgeführt werden, indem zuerst die Veränderungsgeschwindigkeit der Verstärkerausgangsspannung gemessen wird, wenn der eine oder der andere dieser Widerstände eingeschaltet ist und wenn dann die Temperatur des Verstärkers erhöht und die veränderte, durch diese erhöhte Temperatur erzeugte Spannung gemessen wird. Die Veränderungsgeschwindigkeit des Verstärkerausgangs wird bei der erhöhten Temperatur wieder gemessen, und aus diesen Parametern, d. h. der Veränderungsgeschwindigkeit des Ausgangs bei der er-

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sten Temperatur, der Veränderungsgeschwindigkeit geringer Widerstand in dem Basisstromkreis des

des Ausgangs bei der zweiten Temperatur und der Transistors 46, und Veränderungen des Basisstromes

Wert der Spannungsverschiebung bei der Tempera- dieses Transistors haben jetzt nur noch einen gering-

tursteigerung von der ersten zur zweiten Temperatur, fügigen Einfluß auf den Abgleich des Verstärkers, kann der Wert des Widerstandes festgestellt werden, 5 Da der Feldeffekttransistor 84 einen äußerst geringen

der für eine vollständige Unterdrückung eingeschaltet Gatterstrom hat, wird in dem Rückkopplungsweg nur

werden muß. eine sehr kleine Spannung erzeugt. Die Widerstands-

Der bisher beschriebene Verstärker arbeitet als angleichstufe ist nicht erforderlich, wenn der Verstärdirektgekoppelter Differentialgleichstromverstärker, ker als direktgekoppelter Gleichstromverstärker bewenn die Schalter in der D-Stellung liegen. Der Ver- io trieben wird, d. h. wenn die Schalter in der D-Stelstärker spricht auch auf Signale an, deren Frequenz lung sind, da in diesem Fall der Widerstand im Basisim Bereich von Gleichstrom bis Hochfrequenz liegt, Stromkreis des Transistors 46 höchstens gleich dem die ohne weiteres über 30 000 Hz hinausgehen kann. Wert der Widerstände 74 und 75 in Parallele plus

Wenn es erwünscht sein sollte, daß der Verstärker dem des Widerstandes 56 ist. Durch geeignete An-

auf Wechselstromsignale anspricht und daß Gleich- 15 Ordnung der Bestandteilwerte, wie oben beschrieben,

Stromsignale unterdrückt werden, werden die Schal- kann die Temperatureinwirkung auf den Verstärker

ter 17 bis 26 in die A-Stellung gebracht. Dabei blei- geringfügig gehalten werden.

ben alle Verbindungen in dem Verstärker gleich, Wenn die Wahlschalter in der .^-Stellung liegen, außer in dem Rückkopplungsstromkreis 15. Wenn wird die Niederfrequenzanregung des Verstärkers der Schalter 24 in der ^-Stellung liegt, ist ein Ende 20 von der Zeitkonstante des Widerstandes 81 und des des Potentiometers 76 über den Widerstand Sl und Kondensators 82 bestimmt. Infolge der Widerstandsden Kondensator 82 mit der Masse und über den steigerung des Kondensators 82 bei niedrigeren Fre-Schalter 25 mit der Gatterelektrode 83 des Feld- quenzen wird die Größe des Rückkopplungssignals effekttransistors 84 verbunden. Wenn der Schalter 26 verhältnismäßig hoch gehalten, so daß die Verstärin die ^4-Stellung gebracht wird, wird der Widerstand 25 kung des Verstärkers wirksam verringert wird. Bei 74 vom Widerstand 75 abgeschaltet und mit der höheren Frequenzen nimmt der Widerstand zur Stromquellenelektrode 86 in einen elektrischen Masse über den Widerstand 81 und den Kondensator Serienstromkreis geschaltet. Die Ausgangselektrode 82 ab, so daß der Wert des in das Gatter 83 einge-87 wird durch den Ausgangswiderstand 88 mit der speisten Rückkopplungssignals und das Rückkopp-Masse verbunden, und der Widerstand 89 wird par- 30 lungssignal bei diesen höheren Frequenzen verringert allel mit dem Widerstand 74 zwischen die positive wird. Durch geeignete Anordnung der verschiedenen Potentialquelle und die Stromquellenelektrode 86 Bestandteile kann der Verstärker so ausgebildet wereingeschaltet. den, daß er im wesentlichen Gleichstrombestandteile

Diese Verbindungen halten die negative Rück- und solche mit niedriger Frequenz unterdrückt, wähkopplung auf ihrem Maximalwert für Gleichstrom- 35 rend er die erwünschte Verstärkung von Wechselsignale. Der Rückkopplungsweg läuft jetzt durch den Stromsignalen mit hoher Frequenz erlaubt. Im Wechveränderlichen Widerstand 76 zum Gatter des Feld- selstrombetrieb unterdrückt der Verstärker wie schon effekttransistors 84. Rückkopplungsspannung wird oben beschrieben ebenfalls gleichartige Signale,
aus der Stromquellenelektrode 86 entnommen und in Um die Nulldrift des Verstärkers zu eliminieren, die Basis des Flächentransistors 46, wie oben ^!be- 40 kann im Eingangs- und im Ausgangskreis ein Zer-" schrieben, eingespeist. Bei höheren Wechselstrom- hacker vorgesehen werden. Dann werden die Wahl-: frequenzen wird die Rückkopplungsspannung von schalter 17 bis 26 in die C-Stellung gebracht, und in dem Widerstand 81, der mit dem Kondensator 82 in dieser Stellung arbeitet der Verstärker ebenfalls wie Serie liegt, gedämpft. Die niedrige Frequenzzeitkon- oben beschrieben als Wechselstromverstärker, außer: stante des Verstärkers ist im wesentlichen gleich dem 45 daß Zerhacker 90 und 91 am Eingang- und am Aus"^ Widerstand des Widerstandes 81 mal der Kapazitanz gang eingeschaltet sind.

des Kondensators 82 unter der Voraussetzung, daß Am Eingang des Verstärkers ist die Zunge eines der Wert des Widerstandes 76 im Vergleich zum schwingenden Zerhackerschalters 92 mit dem Gatter Wert des Widerstandes 81 groß ist. Der Kondensator 35 des Feldeffekttransistors 37 über den Verbin-82 hat bei hohen Wechselstromfrequenzen einen sehr 50 dungskondensator 93 verbunden, der verhindert, daß geringen Widerstand, so daß die Rückkopplungs- ein Gleichstrombestandteil der Stromquelle direkt in spannung durch das Verhältnis Widerstand 76, plus die Gatterelektrode eingespeist wird. Wenn die Stromquellenwiderstand, zu Widerstand 81 gedämpft Zunge des Zerhackerschalters 92 zwischen ihren beiwird, den Kontakten schwingt, werden die Eingangsklem-

Der Feldeffekttransistor 84 liefert eine Wider- 55 men 28 und 29 abwechselnd über den Kondensator Standsangleichstufe zwischen den Eingangs- und Aus- 93 mit der Gatterelektrode 35 mit der Schwingfregangsstufen des Verstärkers, so daß die Einwirkung quenz der Zunge verbunden, die jeden erwünschten des Basisstromes des Transistors 46 auf den Ab- Wert und üblicherweise 400 Hz haben kann. Kondengleichszustand des Verstärkers auf ein Mindestmaß satoren94 und 95 sind zwischen die Kontakte und herabgedrückt wird. Da ein Flächentransistor üb- 60 die Zunge des Schalters 92 eingeschaltet und dienen licher Art einen Basisstrom von zumindest einigen dazu, einen Eingang von der Stromquelle zur Gatter-Mikroampere hat, würde dieser Basisstrom unter Be- elektrode während des sehr kleinen Zeitraumes zu rücksichtigung des Widerstandes des Rückkopplungs- liefern, in dem die Zunge von einem zum anderen weges einen beträchtlichen Spannungsabfall darin er- Kontakt läuft.

zeugen, und jede Veränderung dieses Stromes gemäß 65 Wenn zwischen den Klemmen 28 und 29 nur ein

der Temperatur hätte eine Drift des Verstärkers zur Gleichstrompotential besteht, sind die bisher be-

Folge. Durch die Einschaltung des Feldeffekttran- schriebenen Verbindungen die einzigen Verbindun-

sistors als Widerstandsangleichstufe ergibt sich ein gen zur Stromquelle, die erforderlich sind, um eine

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Differentialzerhackerverstärkung zu erzielen. In Anwesenheit von Wechselstromsignalen ist es erforderlich, ein Signal zu schaffen, das das durchschnittliche Potential zwischen den Eingangsklemmen 28 und 29 zu einer Seite der Eingangsdifferentialstufe führt. Dazu wird in dieser beispielhaften bevorzugten Ausführungsform ein zweites Paar von Kondensatoren 97 und 98 dargestellt, die in elektrischer Serienschaltung zwischen den Verbindungsstellen 32 und 33 liegen, die durch ihre Dämpfer 30, 31 mit den Eingangsklemmen 28 bzw. 29 verbunden sind. Die Gatterelektrode 36 des Feldeffekttransistors 38 ist mit der Verbindungsstelle der Kondensatoren 97 und 98 verbunden. Widerstände 101 und 102 sind in Serie zwischen die Kontakte C der Schalter 19 und 20 eingeschaltet. Die Verbindungsstelle der Widerstände 101 und 102 ist mit der Verbindungsstelle der Dämpfer 30 und 31 und mit der Masse verbunden. Der Verstärker spricht also auf Wechselstromsignale an jedem Eingangskontakt 28 und 29 während beider ao Hälften des Zerhackerzyklus an. Die Arbeitsweise des Zerhackerstromkreises wird beispielsweise in dem USA.-Patent 2931 985 genauer beschrieben.

Der Ausgang des Verstärkers wird von dem Zerhacker 91 demoduliert, der mit dem Zerhacker 90 synchron betrieben wird. Der Ausgang des Verstärkers steht über den Wahlschalter 21 und den Sperrkondensator 103 mit einem Kopplungstransformator 104 in Verbindung, dessen eine Seite der Sekundärspule mit dem schwingenden Zerhackerschalter 105 und dessen andere Seite mit der Verbindungsstelle der Kondensatoren 106 und 107 in Verbindung steht, die in elektrischem Serienstromkreis zwischen den Kontakten- des Zerhackerschalters 105 liegen. Die Kontakte des Zerhackerschalters 105 sind ebenfalls mit den C-Kontakten der Schalter 22 und 23 verbunden, die direkt mit den Ausgangsklemmen 70 und 71 verbunden sind, wenn die Schalter in der C-Stellung liegen. Die Arbeitsweise des Demodulatorstromkreises wird beispielsweise in dem USA.-Patent 3 079 565 genauer beschrieben.

Es ist offensichtlich, daß die synchron miteinander betriebenen Zerhacker 90 und 91, wie dargestellt, mechanisch betriebene Schwingzungenzerhacker sein können, oder aber irgendeine Art einer Anzahl von anderen gut bekannten elektronischen Zerhackerarten auf Transistor-, Dioden- oder Röhrenbasis.

Obwohl die Erfindung insbesondere in Verbindung mit der bevorzugten, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, daß andere Änderungen und Ausführungsformen dem Fachmann an die Hand gegeben sind und daß die bevorzugte Ausführungsform nur zu Darstellungszwecken gegeben wird und nicht als Begrenzung der Erfindung aufgefaßt werden soll, deren Rahmen nur von den Patentansprüchen festgelegt wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Differentialverstärker, bei dem die Eingangssignale den Gatterelektroden von Feldeffekttransistoren zugeführt werden, denen weitere Transistorgegentaktstufen nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Gleichstromweg zwischen dem positiven Pol der Speisestromquelle und jeweils einer Quellenelektrode (45, 51) der Feldeffekttransistoren (37, 38) je ein Flächentransistor (46, 49) liegt, dessen Kollektorelektrode (45, 48) direkt mit der Quellenelektrode (47, 51) des Feldeffekttransistors (37, 38) verbunden ist, daß die Emitterelektroden (52, 53) der Flächentransistoren (46, 49) über Widerstände mit dem positiven Pol der Speisestromquelle verbunden sind, daß der Basiselektrode (50, 61) eines der Flächentransistoren Gegenkopplungssignale zugeführt werden, deren Größe proportional der verstärkten Differenz der Eingangssignale ist, während die Basiselektrode des anderen Flächentransistors am Abgriff eines zwischen dem positiven Pol der Speisestromquelle und Masse geschalteten Potentiometers liegt, und daß die Verbindungsstellen (58, 59) der Kollektorelektroden (45, 48) der Flächentransistoren (46, 49) mit den Quellenelektroden (47, 51) der Feldeffekttransistoren (37, 38) durch einen Widerstand (57) miteinander verbunden sind,

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gegenkopplungszweig ein weiterer Feldeffekttransistor (84) vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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