DE1257854B

DE1257854B - Controllable AC amplifier with transistors, which comprises a differential amplifier

Info

Publication number: DE1257854B
Application number: DE1965J0028752
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kuno Schneider
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1965-08-11
Filing date: 1965-08-11
Publication date: 1968-01-04

Description

Regelbarer Wechselstromverstärker mit Transistoren, welcher einen Differentialverstärker umfaßt Die Erfindung betrifft einen regelbaren Wechselstromverstärker, der eine Verstärkerschaltung umfaßt, die aus zwei Transistoren besteht, die einen gemeinsamen Emitterwiderstand aufweisen, deren Emitter miteinander verbunden sind und deren Basiselektroden die Steuerspannung im Gegentakt zugeführt wird - der also einen sogenannten Differentialverstärker umfaßt -, wobei die Emitter und/oder der Kollektor des ersten Transistors wechselstrommäßig kurzgeschlossen sind.Adjustable AC amplifier with transistors, which has a Differential amplifier comprises The invention relates to a controllable AC amplifier, which comprises an amplifier circuit consisting of two transistors, one have common emitter resistance, the emitters of which are connected to one another and whose base electrodes are fed the control voltage in push-pull - that is comprises a so-called differential amplifier -, wherein the emitter and / or the Collector of the first transistor are short-circuited in terms of alternating current.

Beispielsweise für Zwischenfrequenzen sind oft sehr schmalbandige Verstärker notwendig, die in weiterem Bereich in ihrer Verstärkung regelbar sein sollen. Bekannte Verstärkerstufen, die geregelte Transistoren aufweisen, haben jedoch die Eigenschaft, daß sich mit dem Kollektor- und Basisstrom des Transistors dessen Wechselstrom-Parameter (z. B. Eingangs- und Ausgangsimpedanz) in relativ weiten Grenzen ändern.For example, intermediate frequencies are often very narrow-band Amplifiers are necessary, which can be regulated in their amplification in a wider range should. However, known amplifier stages that have regulated transistors have the property that with the collector and base current of the transistor AC parameters (e.g. input and output impedance) are relatively wide Change boundaries.

Diese Parameteränderung bewirkt bei den vor und/oder nachgeschalteten Filtern eine empfindliche Veränderung ihrer Sperr-Durchlaß-Charakteristik (z. B. Bandbreite, Mittenfrequenz, Symmetrie).This parameter change causes the upstream and / or downstream Filter a sensitive change in their blocking-pass characteristics (e.g. Bandwidth, center frequency, symmetry).

Im allgemeinen versucht man durch Entkopplungsmaßnahmen die Beeinflussung der Filtercharakteristik zu verhindern. Diese Maßnahme bewirkt jedoch einen Verstärkungsverlust und eine Einschränkung des Regelbereichs.In general, one tries to influence by decoupling measures to prevent the filter characteristics. However, this measure causes a loss of gain and a limitation of the control range.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine regelbare Verstärkerstufe zu schaffen, die, ohne Nachteile zu bewirken, auch am Ausgang bzw. am Eingang von sehr schmalbandigen Filtern angeordnet werden kann, deren Charakteristik außerordentlich empfindlich auf Änderungen der Eingangs- bzw. Ausgangsimpedanz des angeschalteten Verstärkers reagiert.The invention is now based on the object of a controllable amplifier stage to create that, without causing any disadvantages, also at the exit or entrance of very narrow-band filters can be arranged, the characteristics of which are extraordinary sensitive to changes in the input or output impedance of the connected Amplifier reacts.

Durch die Erfindung soll also eine Schaltung geschaffen werden, bei der der Verstärkungsgrad geregelt werden kann, ohne daß sich dabei der komplexe Eingangswiderstand wesentlich ändert, obwohl sich die Parameter und insbesondere die Widerstandswerte der verwendeten Regeltransistoren durchaus ändern. Ferner soll auch der komplexe Ausgangswiderstand innerhalb des Regelbereichs konstant bleiben. Schließlich soll eine Rückwirkung des Schaltungsausgangs auf den Eingang möglichst gering gemacht werden.The invention is therefore intended to create a circuit at which the gain can be controlled without losing the complex Input resistance changes significantly, although the parameters and in particular change the resistance values of the control transistors used. Furthermore should the complex output resistance also remains constant within the control range. Finally, a reaction of the circuit output on the input should be possible be made low.

Die Erfindung geht dabei aus von der bekannten Differenz- oder Differentialverstärkerschaltung, bei welcher zwei Transistoren, die einen gemeinsamen Emitterwiderstand aufweisen und deren Emitter miteinander verbunden sind, an den Basiselektroden im Gegentakt angesteuert werden. Derartige Verstärkerschaltungen sind bekannt, z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1074 087, der Zeitschrift »radio und fernsehen«, H.4, 1964, S.117 bis 121, oder der deutschen Auslegeschrift 11581l7. Eine regelbare Transistorschaltung der geschilderten Art mit unsymmetrischer Ansteuerung der Basiselektroden ist z. B. aus der deutschen Patentschrift 1164 497 bekannt.The invention is based on the known differential or differential amplifier circuit, in which two transistors that have a common emitter resistance and their emitters are connected to each other, at the base electrodes in push-pull can be controlled. Such amplifier circuits are known, e.g. B. from the German Auslegeschrift 1074 087, the magazine "radio und fernsehen", issue 4, 1964, Pages 117 to 121, or the German interpretative publication 11581l7. A controllable transistor circuit of the type described with asymmetrical control of the base electrodes is z. B. from the German patent 1164 497 known.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird dann eine bekannte Differentialverstärkerschaltung mit symmetrischer Ansteuerung der Basiselektroden erfindungsgemäß dadurch erweitert, daß an den zweiten Transistor des Differentialverstärkers ein weiterer Transistor in Basisschaltung derart angeschlossen ist, daß die Basis des weiteren Transistors direkt mit dem Emitter des anderen Transistors verbunden ist.A known differential amplifier circuit is then used to achieve the object of the invention with symmetrical control of the base electrodes according to the invention thereby expanded, that another transistor is connected to the second transistor of the differential amplifier is connected in the base circuit such that the base of the further transistor connected directly to the emitter of the other transistor.

Es wird hierdurch erreicht, daß die damit geschaffene Verstärkerstufe in ihren Eingangs- und Ausgangsparametern außerordentlich konstant bleibt, obwohl die die Schaltung aufbauenden Transistoren bei der Regelung in ihren Parametern gegebenenfalls stark variieren.It is thereby achieved that the amplifier stage thus created remains extraordinarily constant in its input and output parameters, though the transistors that make up the circuit when regulating their parameters may vary greatly.

Bedeutsam ist auch, daß diese erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, die gegebenenfalls ersetzt werden könnte durch die Zusammenschaltung eines bekannten Differentialverstärkers und einer bekannten Kaskodeschaltung, die geschilderten Vorteile unter Verwendung nur weniger elektronischer Bauelemente erzielt. Beispielsweise wird durch die Möglichkeit zum Verzicht auf einen vierten Transistor, der bei einer aus Differentialverstärker und daran angeschlossener Kaskodestufe bestehenden Schaltung nötig wäre, nicht nur die Wirtschaftlichkeit erhöht, sondern selbstverständlich auch die elektrische Anfälligkeit und Instabilität vermindert.It is also important that this circuit arrangement according to the invention, which could possibly be replaced by the interconnection of a known one Differential amplifier and a known cascode circuit, the described Advantages achieved using only a few electronic components. For example is made possible by the possibility to dispense with a fourth transistor, the one with a differential amplifier and a cascode stage connected to it existing circuit would not only increase profitability, but of course, electrical susceptibility and instability are also reduced.

Die erfindungsgemäß in die Schaltungsanordnung eingekörperte Kaskodestufe bringt im übrigen noch den Vorteil einer erheblichen Rückwirkungsfreiheit des Ausganges auf den Eingang, so daß damit eine Neutralisation in vielen Fällen hinfällig wird.The cascode stage incorporated in the circuit arrangement according to the invention Incidentally, it also has the advantage that the output is considerably free of retroactive effects on the entrance, so that neutralization is unnecessary in many cases.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung wird dadurch erzielt, daß der Kollektor des zweiten Transistors der Differentialverstärkerschaltung und der Emitter des Ausgangstransistors nur wechselstrommäßig, nämlich über einen Kondensator gekoppelt sind. Hierdurch bleibt die Lage des Arbeitspunktes des Ausgangstransistors erhalten, auch wenn sich die Parameter der die Differentialverstärkerschaltung aufbauenden Transistoren ändern, wodurch dann der Ausgangsleitwert der Schaltung nicht beeinflußt werden kann.An expedient development of the invention is achieved by that the collector of the second transistor of the differential amplifier circuit and the emitter of the output transistor only in terms of alternating current, namely via a capacitor are coupled. This leaves the position of the operating point of the output transistor obtained even if the parameters of the differential amplifier circuit build up Change transistors, which then does not affect the output conductance of the circuit can be.

Insbesondere ist bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die oftmals benötigte Maßnahme, eine am Ausgang des Verstärkers abgegriffene Regelspannung auf den Eingang des Verstärkers zurückzuführen, ohne Einfluß auf den Frequenzgang der Gesamtordnung.In particular, in the circuit arrangement according to the invention Often required measure, a control voltage tapped at the output of the amplifier can be traced back to the input of the amplifier without affecting the frequency response the overall order.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.An embodiment of the invention is shown in the drawing.

Die Figur zeigt ein Schaltbild 1 eines Verstärkers mit den Eingangsklemmen Ei und E2, an denen eine Wechselspannungsquelle 2 angeschlossen ist. Die Eingangsklemmen Ei und E2 sind symmetrisch mit den Basisleitungen 3 und 4 eines ersten Transistors T1 und eines zweiten Transistors T2 verbunden.The figure shows a circuit diagram 1 of an amplifier with the input terminals Ei and E2, to which an alternating voltage source 2 is connected. The input terminals Ei and E2 are symmetrical with the base lines 3 and 4 of a first transistor T1 and a second transistor T2 connected.

Mindestens der Transistor T2 ist ein Regeltransistor. Vorzugsweise haben beide Transistoren T1 und T2 gleiche elektrische Daten, und ihre KollektorleitunCen 5 und 6 sind über gleiche Kollektorwiderstände R2 und R3 mit den auf Masse liegenden Bezugspunkten 7 verbunden. Der Kollektorwiderstand R2 des ersten Transistors T1 ist dabei für den ihm zugeführten Anteil des verstärkten Eingangssignals mit Hilfe eines ihm parallelgeschalteten Kondensators C2 kurzgeschlossen, während an der Kollektorleitung 6 des zweiten Transistors T2 das in diesem Transistor verstärkte Signal abgegriffen wird.At least the transistor T2 is a regulating transistor. Preferably Both transistors T1 and T2 have the same electrical data and their collector lines 5 and 6 are connected to ground via the same collector resistors R2 and R3 Reference points 7 connected. The collector resistance R2 of the first transistor T1 is used for the portion of the amplified input signal fed to it a capacitor C2 connected in parallel to it short-circuited while on the collector line 6 of the second transistor T2, the signal amplified in this transistor is tapped will.

Die Emitter 8 und 9 der beulen Transistoren T1 und T2 sind miteinander verbunden und mittels eines gemeinsamen Emitterwiderstandes R4 gleichstrommäßig emittergekoppelt. Ein Kondensator C1, der von den Emittern 8 und 9 nach einem Massepotential aufweisenden Bezugspunkt 7 führt, verhindert das Entstehen einer Wechselspannung am Emitterwiderstand R4. Der durch den Emitterwiderstand R4 fließende Gleichstrom ist mittels eines Spannungsteilers festgelegt, der aus den Widerständen R5 und RE gebildet ist. Die äußeren Anschlüsse 12 und 13 dieses Spannungsteilers sind mit den Klemmen 10 und 11 einer Gleichstromquelle UB verbunden, und sein Abgriff 14 ist an die Basisleitung 4 des zweiten Transistors T2 geschaltet. Die Summe der Emitterströme aus den beiden Transistoren T1 und T2 stellt dann den Strom durch den Emitterwiderstand R4 dar. Sie ist innerhalb des Regelbereiches konstant. Denn bei einer Änderung des Basisgleichstromes des ersten Transistors T1 ändert sich ja auch dessen Emitter-Strom und dazu gegensinnig und im gleichen Maß auch der Emitterstrom des zweiten Transistors T2. Da der zweite Transistor T2 ein Regeltransistor ist, läßt sich seine Stromverstärkung mit dem Basisstrom des ersten Transistors T1 einstellen. Weil sich aber die Emitterströme der beiden Transistoren T1 und T.; gegensinnig ändern, so ändern sich auch deren Eingangsimpedanzen in erster Näherung entsprechend, d. h., die Summe der komplexen Eingangswiderstände der beiden aus den Transistoren T1 und T2 gebildeten Stufen bleibt ebenfalls praktisch konstant. Damit trifft das symmetrisch aus der Wechselspannungsquelle 2 den Basisleitungen 3 und 4 der beiden Transistoren T1 und T2 zugeführte Signal auf eine Eingangsimpedanz, die praktisch unabhängig vom Regelzustand des Verstärkers einen konstanten Wert hat.The emitters 8 and 9 of the bulging transistors T1 and T2 are connected to one another and emitter-coupled in terms of direct current by means of a common emitter resistor R4. A capacitor C1, which leads from the emitters 8 and 9 to a reference point 7 having ground potential, prevents an alternating voltage from occurring at the emitter resistor R4. The direct current flowing through the emitter resistor R4 is determined by means of a voltage divider which is formed from the resistors R5 and RE. The external connections 12 and 13 of this voltage divider are connected to the terminals 10 and 11 of a direct current source UB , and its tap 14 is connected to the base line 4 of the second transistor T2. The sum of the emitter currents from the two transistors T1 and T2 then represents the current through the emitter resistor R4. It is constant within the control range. Because when the base direct current of the first transistor T1 changes, its emitter current also changes and, in opposite directions to it, and to the same extent, the emitter current of the second transistor T2 also changes. Since the second transistor T2 is a regulating transistor, its current gain can be adjusted with the base current of the first transistor T1. But because the emitter currents of the two transistors T1 and T .; change in opposite directions, their input impedances also change accordingly in a first approximation, ie the sum of the complex input resistances of the two stages formed from the transistors T1 and T2 also remains practically constant. The symmetrical signal fed from the AC voltage source 2 to the base lines 3 and 4 of the two transistors T1 and T2 thus encounters an input impedance which has a constant value practically independent of the control state of the amplifier.

Der zweite Transistor T2 ist mit einem weiteren Transistor T, in Art einer Kaskodeschaltung verbunden, wobei das an der Kollektorleitung 6 des zweiten Transistor T2 abgenommene Signal über einen Koppelkondensator C3 dem Emitter 15 des weiteren Transistors T3 zugeführt ist. Der Kondensator C3 trennt den Transistor T3 gleichstrommäßig vom Transistor T2. Der Transistor T3, arbeitet somit über den gesamten Regelbereich in einem konstanten Arbeitspunkt, so daß seine Wechselstromkenngrößen keiner Änderung durch die Regelung unterworfen sind.The second transistor T2 is connected to a further transistor T in the manner of a cascode circuit, the signal picked up on the collector line 6 of the second transistor T2 being fed to the emitter 15 of the further transistor T3 via a coupling capacitor C3. The capacitor C3 separates the transistor T3 from the transistor T2 in terms of direct current. The transistor T3 thus operates at a constant operating point over the entire control range, so that its alternating current parameters are not subject to any change due to the control.

Der Eingangswiderstand des in Basisschaltung betriebenen Transistors T3 ist gegenüber dem Innenwiderstand des Transistors T2 relativ klein, wodurch T2 wechselstrommäßig nahezu kurzgeschlossen ist und rückwirkungsfrei arbeitet. Das Entstehen einer Wechselspannung an den Enden des Emitterwiderstandes R4, des Spannungsteilerwiderstandes R., und eines Emitterwiderstandes R7 für den weiteren Transistor T3, die gemeinsam an die Klemme 10 der Gleichstromquelle UB angeschlossen sind, ist mittels eines von der gemeinsamen Verbindung nach einem Massepotential führenden Bezugspunkt 7 geschalteten Kondensators C4 verhindert.The input resistance of the transistor T3 operated in the base circuit is relatively small compared to the internal resistance of the transistor T2, whereby T2 is almost short-circuited in terms of alternating current and works without any reaction. The emergence of an alternating voltage at the ends of the emitter resistor R4, the voltage divider resistor R., and an emitter resistor R7 for the further transistor T3, which are jointly connected to terminal 10 of the direct current source UB , is determined by a reference point leading from the common connection to a ground potential 7 switched capacitor C4 prevented.

An den Kollektor 17 des weiteren Transistors Tg ist ein Filter bekannter Ausführungsform geschaltet, das aus den Induktivitäten L.-L3 und den Kapazitäten C5-C$ gebildet ist und das die Ausgangsklemmen A1 und A2 aufweist. An der Ausgangsklemme A1 ist eine Regelspannung entnommen, die - erforderlichenfalls unter Zwischenschaltung weiterer Siebmittel - über eine Diode D und einen Widerstand Ri auf die Eingangsklemme Ei und die Basis des Transistors T1 zurückgeführt ist.A filter is known to the collector 17 of the further transistor Tg Embodiment switched that consists of the inductances L.-L3 and the capacitances C5-C $ is formed and which has the output terminals A1 and A2. At the output terminal A control voltage has been taken from A1, which - if necessary with the interconnection further filter means - via a diode D and a resistor Ri to the input terminal Ei and the base of transistor T1 is fed back.

Claims

Claims: 1. Adjustable AC amplifier which comprises an amplifier circuit which consists of two transistors which have a common emitter resistance, whose emitters are connected to one another and whose base electrodes are supplied with the control voltage in push-pull - which therefore includes a so-called differential amplifier - the emitter and / or the collector of the first transistor are short-circuited in terms of alternating current, characterized in that a further transistor (T3) is connected in base circuit to the second transistor (T2) of the differential amplifier in such a way that the base of the further transistor (T3) connects directly to the Emitter of the transistor (T2) is connected. 2. AC amplifier according to claim 1, characterized in that the emitter (15) of the transistor (T.) is coupled to the collector (6) of the transistor (T2) via a capacitor (C3). 3. Amplifier according to claims 1 and 2, characterized in that from its output (A ) a control voltage is fed back to the base (3) of the first transistor (T1) and at least the second transistor (T2) is a control transistor. Documents considered: German Patent No. 1158117; German Auslegeschriften Nos. 1164 497, 1074 087; »Radio und fernsehen«, vol. 4, 1964, pp.117 to 121.