DE1290192B

DE1290192B - Gegentaktverstaerker mit in einem grossen Verstaerkungsbereich wirksamem hohem Abgleichfaktor

Info

Publication number: DE1290192B
Application number: DET26808A
Authority: DE
Inventors: Kobbe John Robert
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1963-08-19
Filing date: 1964-08-13
Publication date: 1969-03-06
Also published as: US3247462A; NL6409538A; FR1404333A; GB1031447A; CH426001A; NL145731B; SE323720B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erzeu- Die prozentuale Unabgeglichenheit wird definiert

gung verstärkter Gegentaktsignale mit Verstärker- zu:
elementen, deren jedes eine emittierende, eine sammelnde und eine Steuerelektrode hat, bei welcher die ^goi + e₀₂ Eingangsgröße an der Steuerelektrode des ersten S e₀₂ Verstärkerelementes liegt und die verstärkten Gegentaktsignale von den Sammelelektroden abgenommen wobei e₀₁ und e₀₂ die Amplituden der Ausgangswerden und bei der die sammelnde Elektrode des signale sind. Im Idealfalle wird dieser Wert 0, da e_Oi ersten Verstärkerelementes gegen die Steuerelektrode und e₀₂ entgegengesetztes Vorzeichen haben. Unter des anderen isoliert ist, an jeder sammelnden io Benutzung der obigen Formel wurde gefunden, daß Elektrode ein Belastungswiderstand und an jeder bei maximaler Verstärkung die Schaltung nach der emittierenden Elektrode ein Vorspannwiderstand Erfindung einen Abweichungswert von nur 0,31% liegt. ergab, während bei der bekannten Schaltung diese Eine bekannte Schaltung dieser Gattung weist zum Abweichung im Falle maximaler Verstärkung 5 % Abgleichen der beiden Ausgangssignale einen Kopp- 15 betrug. Bei einem Zehntel der maximalen Verstärlungswiderstand zwischen der Anode der das erste kung war bei der Schaltung nach der Erfindung die Verstärkerelement bildenden ersten Röhre und dem Abweichung vom Zustand vollständiger Abgeglichen-Gitter einer das zweite Verstärkerelement bildenden heit etwa 2% und bei einem Hundertstel der maxizweiten Röhre auf. Die Kathoden der Röhren sind malen Verstärkung etwa 17%. Über einen Verstärbei der bekannten Schaltung galvanisch gekoppelt, ao kungsbereich von 1:100 ließ sich der bekannte Kreis Die bekannte Schaltung liefert über einen Verstär- überhaupt nicht zu Vergleichsmessungen heranziehen, kungsbereich von etwa 1:3 abgeglichene Ausgangs- da der bekannte Verstärker überhaupt keine so große signale. Änderung der Verstärkung zuläßt. Ein anderer be-Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kannter — und völlig anders aufgebauter — Gegen-Gegentaktverstärker zu schaffen, der über einen as taktverstärker lieferte bei maximaler Verstärkung wesentlich größeren Verstärkungsbereich abge- eine Abweichung von 3,1% gemäß obiger Formel, glichene Ausgangssignale liefert. Zu diesem Zweck eine Abweichung von 32% bei einem Zehntel der geht die Erfindung aus von der Schaltung der ein- maximalen Verstärkung und eine Abweichung von gangs beschriebenen Gattung und besteht darin, daß 320% bei einem Hundertstel der maximalen Verzwischen den emittierenden Elektroden in an sich 30 Stärkung. Dieser »weitere« Gegentaktverstärker war bekannter Weise ein veränderlicher Koppelwiderstand für vergleichende Messungen herangezogen worden, liegt und daß zwischen der Steuerelektrode des ersten um überhaupt in einem so großen Verstärkungs-Verstärkerelementes und dessen sammelnder Elek- bereich Vergleichswerte zu erhalten. Zusammentrode ein Widerstand .liegt, der einen Teil des Ein- fassend läßt sich feststellen, daß die bekannten Vergangsstromes parallel zur Strecke Sammelelektrode- 35 stärker höchstens im Verstärkungsbereich 1:3 eine Steuerelektrode dieses Verstärkerelementes vom so gute Abgeglichenheit liefern wie der Verstärker Signaleingang (= Steuerelektrode) zum Signalaus- nach der Erfindung im Verstärkungsbereich 1:10. gang (= Sammelelektrode) für das erste Gegentakt- Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen des Versignal dadurch leitet, daß sein Wert im wesentlichen stärkers nach der Erfindung ergeben sich aus den gleich dem Vorspannwiderstand an der emittierenden 40 Unteransprüchen.

Elektrode des ersten Verstärkerelementes ist. Die Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf

Verstärkerelemente können wie im bekannten Falle die Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen erRöhren sein oder auch Transistoren. Es ist darauf läutert; die F i g. 1 und 2 der Zeichnung zeigen die hinzuweisen, daß auch bei der bekannten Schaltung Ausführungsbeispiele im Schaltplan, zwischen Gitter und Anode der ersten Röhre ein 45 Bei dem in Fig. 1 dargestellten Paraphasenver-Widerstand liegt, der jedoch zur negativen Rück- ' stärker nach der Erfindung werden die Signalverstärkopplung dient, um nicht lineare Verzerrungen der ker von zwei Transistoren 10 und 12 gebildet, welche Ausgangssignale zu verhindern. Der bei der Erfin- pnp-Transistoren des Typs 2 N 2207 sein können, dung im Gegensatz zu der bekannten Schaltung völlig deren Emitter über einen gemeinsamen Kopplungsanders dimensionierte parallele Widerstand zur 50 widerstand 14 miteinander verbunden sind. Der Steuerelektrode-Sammelelektrode-Strecke des ersten Kopplungswiderstand 14 kann in Form eines einzigen Transistors bzw. der ersten Röhre hat dagegen die veränderlichen Widerstandes ausgebildet sein, wie Funktion, einen Teil des Eingangsstromes vom Signal- diese in Fig. 2 dargestellt ist, oder in Form von eingang zum Signalausgang dieses ersten Verstärker- mehreren festen Widerständen 16,18, 20 und 22 verelementes zu leiten, wodurch praktisch die Amplitude 55 schiedener Werte, wie z. B. 300, 600, 1500 und des an der Sammelelektrode des ersten Verstärker- 3000 Ohm, welche zwischen den Emittern der Tranelementes erscheinenden Signals um die Amplitude sistoren 10 und 12 durch einen beweglichen Kontakt des vorbeigeleiteten Signalteiles vermindert wird, und 24 einschaltbar liegen. Der Kollektor eines jeden erst die Differenz der Signale am Eingang der Steuer- Transistors 10 und 12 ist mit einer entsprechenden elektrode und am Ausgang der Sammelelektrode des 60 positiven Vorspannung über zwei Belastungswiderersten Verstärkerelementes liefert dort eines der bei- stände 26 bzw. 28 von 5000 Ohm verbunden. Die den Ausgangssignale. Emitter der Transistoren 10 und 12 sind über

Die Schaltung nach der Erfindung liefert etwa über Emitter-Vorspannungswiderstände 30 bzw. 32 von einen Verstärkungsbereich von 1:10 abgeglichene je 30 000 Ohm mit einer negativen Vorspannung ver-Ausgangssignale. Die Überlegenheit der Schaltung 65 bunden. Die Basis des Transistors 10 kann über einen nach der Erfindung gegenüber der bekannten Schal- geeigneten Basis-Vorspannungswiderstand 34 geerdet tung (USA.-Patentschrift 2 903 525) läßt sich wie sein, während die Basis des Transistors 12 unmittelfolgt zeigen: bar geerdet sein kann oder auf einer passend gewähl-

ten Bezugsspannung gehalten wird, so daß die Transistoren normaler Weise im leitenden Zustand vorgespannt sind. Die Basis des Transistors 10 ist mit der Eingangsklemme 36 verbunden, so daß ein Eintakt-Eingangssignal der Basis des Transistors 10 zugeführt wird und in Form von Gegentakt-Ausgangssignalen an den Kollektoren der Transistoren 10 bzw. 12 bzw. den damit verbundenen Ausgangsanschlüssen 38 bzw. 40 erscheint. Bis hierher ähnelt der Paraphasenverstärker nach F i g. 1 bekannten Paraphasenverstärkern. Zwischen jeweils der Basis und dem Kollektor der Transistoren 10 bzw. 12 ist je ein Shunt-Widerstand 42 bzw. 44 von etwa 30 000 Ohm gelegt, um dafür zu sorgen, daß der Paraphasenverstärker nach Maßgabe der Erfindung abgeglichene Ausgangssignale liefert. Diese Shunt-Widerstände haben im wesentlichen den gleichen Widerstand wie die Emitter-Vorspannwiderstände 30 und 32. Wert des Nebenschlußwiderstandes 42 wird dadurch bestimmt, daß man den Kontakt 24 in die offene Stellung bringt und den Wert des Nebenschlußwiderstandes bei der Ausgangsspannung Null an der Klemme 38 für jede Signalspannung am Anschluß 36 auswählt. Dadurch sind die zwei Ausgangssignale für alle Werte des gemeinsamen Kopplungswiderstandes 14 zwischen Null und Unendlich abgeglichen. Der Nebenschlußwiderstand 42 bewirkt hauptsächlich eine Einspeisung oder »Umleitung« des an die Eingangsklemme 31 der Basis des Transistors 10 gelegten Signals um die Kollektorverbindungsstelle des Transistors herum unmittelbar an den Kollektor desselben. Auf diese Weise wird das vom Emitter der Verbindung des Transistors 10 »gesehene« Eingangssignal verringert und somit auch die Ausgangsspannung am Kollektor des Transistors dadurch, daß das Eingangssignal verringert ist. Über dem Belastungswiderstand 26 anfallende Ausgangssignal ist weiterhin deswegen verringert, weil der über den Widerstand 42 von der Basis zum Kollektor des Transistors 10 geleitete Strom in der Phase entgegengesetzt dem verstärkten Eingangssignal ist, welches durch den Transistor geleitet wird. Auf diese Weise werden die an den Ausgangsklemmen 38 und 40 erscheinenden Ausgangssignale über einen großen Verstärkungsbereich bei dem Paraphasenverstärker abgeglichen, wobei die Verstärkungsfaktoren durch schrittweises Ändern des gemeinsamen Kopplungswiderstandes 14 vermittels des Kontaktes 24 bewirkt werden, welcher seinerseits den Kopplungswiderstand durch Einsetzen der Widerstände 16 bis 22 ändert.

Bekannte Paraphasenverstärker, bei denen keine Nebenschlußwiderstände 42 und 44 verwendet werden, sind auf ein relativ kleines Verstärkungsänderungsverhältnis von etwa 3:1 begrenzt, weil jedes weitere Vergrößern des Emitter-Kopplungswiderstandes zwischen den Transistoren 10 und 12 eine Unausgeglichenheit der Signalverstärkung bewirkte, da der Transistor 12 ein kleineres Eingangssignal an seinem Emitter »sieht« als das effektive Eingangssignal des Transistors 10. Der gemäß der Erfindung vorgesehene nebengeschlossene Widerstand 42 kompensiert dieses Phänomen dadurch, daß er einen Teil des Eingangssignals des Transistors 10 um die Kollektorschicht des Transistors herum zum Ausgangsanschluß 38 überbrückt, um das an dieser Ausgangsklemme erscheinende Ausgangssignal zu verringern. Dadurch werden die Amplituden der Ausgangssignale der zwei Transistoren ausgeglichen, und die Amplituden bleiben über einen großen Verstärkungsbereich im Gleichgewicht. Der gemeinsame Emitter-Kopplungswiderstand 14 kann Werte von Null bis praktisch Unendlich annehmen, ohne daß die Ausgangssignale ungleich werden. Es wird darauf hingewiesen, daß über die Nebenschlußwiderstände 42 und 44 keine negative Spannungsrückkopplung stattfindet, da in den meisten Fällen die Belastungswiderstände 26 und 28 im Verhältnis zu den Emitter- Vorspannwiderständen 30 und 32 und den nebengeschlossenen Widerständen relativ kleine Widerstände haben; die nebengeschlossenen Widerstände bewirken — wie bereits oben geschrieben wurde — vielmehr in erster Linie eine negative Stromspeisung.

Da die Verwendung des nebengeschlossenen Widerstandes 42 den Gleichstromarbeitspunkt des ersten Transistors 10 ändert, ist der zweite Nebenschlußwiderstand 24 beim zweiten Transistor 12 vorgesehen, um auch den Arbeitspunkt des zweiten Transistors zu ändern, bis er etwa an derselben Stelle liegt, wie der des ersten Transistors. Selbstverständlich bewirkt der zweite Nebenschlußwiderstand 44 keine vorwärts gerichtete Stromspeisung ähnlich der durch den Widerstand 42 bewirkten, weil das Eingangssignal des zweiten Transistors 12 dem Emitter und nicht der Basis des Transistors zugeführt wird. Selbstverständlich kann man die Arbeitspunkte der Transistoren auch ohne die Verwendung des nebengeschlossenen Widerstandes 44 durch Verändern des Wertes des Belastungswiderstandes 28 abgleichen.

Da die Ausgangssignale des ParaphasenVerstärkers nach Fig. 1 in jeder Stellung des Kontaktes24 abgeglichen sind, kann die durch Einschalten der verschiedenen Widerstände 16,18,20 und 22 bewirkte Verstärkungsänderung unmittelbar durch das Widerstandsverhältnis dieser Widerstände bestimmt werden. Da die Emitter-Koppelwiderstände 16 bzw. 18 bzw. 20 bzw. 22 Werte von 300 bzw. 600 bzw. 1500 bzw. 3000 Ohm haben, verändert das Umschalten des Kontaktes 24 vom Widerstand 22 auf den Widerstand 20 die Ver-

1ΛΛΛ

Stärkung um das Verhältnis -Tf₇^ oder den Faktor 2:

in ähnlicher Weise ändert ein Umschalten des Kontaktes 24 vom Widerstand 22 zum Widerstand 18 die

Verstärkung um Tg₀^ oder den Faktor 5, und das Umschalten des Kontaktes vom Widerstand 22 zum

ΛΛΛΛ

Widerstand 16 erhöht die Verstärkung um ^^ oder

oUU

den Faktor 10 ihres niedrigsten Betrages. Auf diese Weise kann die Verstärkung des Paraphasenverstärkers in exakten Stufen durch Wahl fester Widerstände in bekannten Werten eingestellt werden.

Eine zweite Ausführungsform des Paraphasenver^ stärkers nach der Erfindung ist in F i g. 2 dargestellt. Diese Ausführungsform ist der in F i g. 1 dargestellten ähnlich mit der Ausnahme, daß die Transistoren 10 und 12 durch Elektronenröhren 46 bzw. 48 ersetzt wurden, die z. B. Doppeltrioden des Typs 6 DJ 8 sein können. Ebenfalls wurde der veränderliche Verstärkungs-Kopplungswiderstand 14 mit den festen Widerständen 16,18, 20 und 22 und dem Schalter 24 durch einen einzelnen veränderbaren Widerstand,

d. h. das Potentiometer 50 von 30 000 Ohm ersetzt, welches zwischen den Kathoden der Röhren liegt. Die übrigen Bauteile dieser Schaltung sind ihrer Funktion nach identisch mit jenen der F i g. 1 und wurden

deshalb mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Nebenschlußwiderstände 42' und 44' sind jedoch gleich der Summe des Widerstandes der Kathoden-Vorspannwiderstände 30' und 32' plus dem Reziprokwert der jeweiligen Leitwerte der entsprechenden Elektronenröhren 46 und 48. Wenn also die Kathodenwiderstände 30' und 32 je 20 Kiloohm haben und

der Wert -^— der Röhren näherungsweise 200 Ohm um

ist, dann ist der Widerstand der nebengeschlossenen Widerstände 42' und 44' 20,2 Kiloohm.
^; Während der Widerstand der Emitter-Verbindungsstellen der Transistoren 10 und 12 nach F i g. 1 sehr klein ist, d. h. größenordnungsmäßig 10 Ohm, und daher bei der Bestimmung des Wertes für den Nebenschlußwiderstand 42 bzw. 44 vernachlässigt werden kann, ist dies nicht notwendigerweise bei den gegenseitigen Leitwerten in solchen Schaltungen der Fall, bei denen Elektronenröhren verwendet werden, da die innere Impedanz solcher Röhren, ver- ao glichen mit dem Widerstand der Kathodenwiderstände, ziemlich groß sein kann. Es kann jedoch auch in diesem Falle gesagt werden, daß der Wert der nebengeschlossenen Widerstände im wesentlichen gleich dem der Kathodenwiderstände ist. as

Der Röhrenparaphasenverstärker nach F i g. 2 arbeitet im wesentlichen in derselben Weise wie der transistorisierte Paraphasenverstärker nach Fig. 1, in dem die nebengeschlossenen Widerstände 42' und 44' in ähnlicher Weise wirken wie in den entsprechenden Widerständen in Fig. 1. Der nebengeschlossene Widerstand 42' leitet einen Teil des Eingangssignals an der Klemme 36' um das Elektronenrohr 46 herum vom Gitter zur Anode und reduziert auf diese Weise die tatsächliche Größe des Eingangssignals, welches von der Röhre »gesehen« wird, und vermindert somit das Ausgangssignal an der Klemme 38' über dem Belastungswiderstand 26'. Auf diese Weise sind die an den Klemmen 38' und 40' erscheinenden Ausgangssignale über einen weiten Verstärkungsbereich abgeglichen, wenn der Verstärkungsfaktor durch Verändern des gemeinsamen Kathoden-Kopplungswiderstandes SO verändert wird. Der danebengeschlossene Widerstand 44' liegt zwischen dem geerdeten Gitter der Röhre 48 und der Anode der Röhre, um die Arbeitspunkte der zwei Elektronenröhren 46 und 48 dadurch abzugleichen, daß die durch die Zufügung des nebengeschlossenen Widerstandes 42' bedingte Veränderung des Arbeitspunktes der Röhre 46 kompensiert wird.

Bei der Ausführung der Erfindung ist es selbstverständlich möglich, daß die den zweiten Vorspannwiderständen 32 und 32' zugeführten Gleichspannungen von denjenigen verschieden sind, welche an die ersten Vorspannwiderstände 30' gelegt sind, so daß die zweiten Widerstände einen anderen Wert haben können als die ersten Widerstände. Das gleiche gilt natürlich von den Belastungswiderständen.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Erzeugung verstärkter Gegentaktsignale mit Verstärkerelementen, deren jedes eine emittierende, eine sammelnde und eine Steuerelektrode hat, bei welcher die Eingangsgröße an der Steuerelektrode des ersten Verstärkerelementes liegt und die verstärkten Gegentaktsignale von den Sammelelektroden abgenommen werden, und bei der die sammelnde Elektrode des ersten Verstärkerelementes gegen die Steuerelektrode des anderen isoliert ist, an jeder sammelnden Elektrode ein Belastungswiderstand und an jeder emittierenden Elektrode ein Vorspannwiderstand liegt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den emittierenden Elektroden in an sich bekannter Weise ein veränderlicher Koppelwiderstand (14, 14') liegt und daß zwischen der Steuerelektrode des ersten Verstärkerelementes (10, 46) und dessen sammelnder Elektrode ein Widerstand (42, 42') liegt, der einen Teil des Eingangsstromes parallel zur Strecke Sammelelektrode-Steuerelektrode dieses Verstärkerelementes vom Signaleingang (=Steuerelektrode) zum Signalausgang (= Sammelelektrode) für das erste Gegentaktsignal dadurch leitet, daß sein Wert im wesentlichen gleich dem Vorspannwiderstand (30, 30') an der emittierenden Elektrode des ersten Verstärkerelementes (10, 46) ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des zweiten Verstärkerelementes (12, 48) geerdet ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuerelektrode und der sammelnden Elektrode des zweiten Verstärkerelementes (12, 48) ein Shunt-Widerstand (44, 44') liegt, dessen Wert im wesentlichen dem des entsprechenden Vorspannwiderstandes an der emittierenden Elektrode gleicht.

4. Schaltung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungswiderstände Ohmsche Widerstände von im wesentlichen gleichen Widerstand sind, der niedriger ist als derjenige der nebengeschlossenen Widerstände (z. B. 42).

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsbauelemente im wesentlichen gleiche Kennlinien haben und die Vorspannwiderstände im wesentlichen gleich sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen