DE1537583A1

DE1537583A1 - Gleichstromverstaerker

Info

Publication number: DE1537583A1
Application number: DE19671537583
Authority: DE
Inventors: Foerster Roy Paul
Original assignee: Bunker Ramo Corp
Current assignee: Bunker Ramo Corp
Priority date: 1966-08-15
Filing date: 1967-08-14
Publication date: 1969-10-23
Also published as: GB1148416A; DE1537583B2; US3451001A; JPS5323063B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf elektronische Schaltungen und insbesondere auf Gleichstromverstärker für den Gebrauch in Funktionsverstärkereinrichtungen.

Die Verwendung von Funktionsverstärkern in den verschiedensten Systemen, etwa analogen Neuausrüstungen und Regelsystemen, hat infolge der jüngsten Entwicklung von zahlreichen Funktionsverstärkern für integrierte Schaltungen stark zugenommen. Beispiele für solche Funktionsverstärker sind das Modell WS 174 Q von-^¥e»tiafhoaee uad~

Kurz zusammengefaßt, ein

das- Modell /uA-7-O2 yoafAirehitdr ™ 909843/142?

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phyi. Sebastian Herrmann 8 MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Telefon: 292102 · Telegramm-Adresie: Lipatli/München

Bankverbindungen: Deutsch· Bank AG, Filiale München, Dep.-Kasse Viktualienmarkt, Konto-Nr. 70730638 Bayer. Vereinibank München, Zweigst. Oskar-von-Miller-Ring, Klo.-Nr. 882495 · Postscheck-Konto: München Nr. !«3397

Oppenauer BOro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

BAD OR

befriedigend arbeitender Funktionsverstärker sollte folgende Eigenschaften besitzen: große Verstärkung, Betriebsfähigkeit bei hohen Frequenzen und Ansprechempfindlichkeit auf Gleichstrom. Ganz allgemein, sei es ein einzelner Gleichstromverstärker oder seien e· mehrere Gleichstromverstärkerstufen, sollte eine sehr große Leerlaufverstärkung und ein stabilisierender, negativer RUckkopplungsweg vorgesehen sein.

Außerdem ist es bei vielen Anwendungsfällen für Gleichstromverstärker wichtig, daß die Leistungsaufnahme des Verstärkers sehr gering und das Gewinn-Bandbreite-Produkt sehr groß ist. Für die besten, dem Stand der Technik entsprechenden FunktionsVerstärker ist eine Leistungsaufnahme von 200-500 mV und ein Gewinn-Bandbreite-Produkt in der Größenordnung von 3000 MHz charakteristisch. Versuche zur Verminderung der Leistungsaufnahme in diesen dem Stand der Technik entsprechenden Schaltungen durch Erhöhung der Sohaltungsimpedanzen zur Verminderung der Ströme in den Verstärkerstufen waren im allgemeinen unbefriedigend, weil sich eine Verschlechterung der Ansprechempfindlichkeit der einzelnen Stufen ergab. D.h., die Stufen-Verzögerungszeit nahm zu und die größeren Schaltungsimpedanzen bewirkten das Auftreten des Miller-Effektes, der als Begrenzungsfaktor eingeht und die Ansprechempfindlichkeit der Stufen beträchtlich erniedrigt. Versuche, den Miller-Effekt durch eine Ver-

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ringerung der Stufenverstärkung zu reduzieren, führten im allgemeinen zu einer Zunahme der Verzögerungszeit der gesamten Verstärkereinrichtung, weil eine größere Anzahl von Stufen zur Erreichung der gewünschten Gesamtverstärkung benötigt wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Gleichstromverstärker zu schaffen, der als Funktionsverstärker benutzt werden kann, eine geringere Leistungsaufnahme besitzt und bessere Verstärkungs-Bandbreiten-Eigenschaften als die bekannten, dem Stand der Technik entsprechenden Geräte aufweist. Im einzelnen soll eine Verstärkerstufe geschaffen werden, die eine sehr große Verstärkung besitzt, wenig Leistung aufnimmt und doch vom Miller-Effekt kaum beeinflußt wird. Zur Erreichung einer gewünschten Gesamtverstärkung wird daher nur ein Minimum an Verstärkerstufen benötigt, wobei eine kleinstmögliche Verzögerungszeit auftritt.

Kurz zusammengefaßt, die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein Verstärker in Basisschaltung, der nicht den Miller-Effekt zeigt, als Strom-Spannungswandler zusammen mit einem, einen konstanten Strom ziehenden, Verbraucher benutzt werden kann, um eine hohe Spannungsverstärkung zu erreichen.

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In einer bevorzugten AusfUhrungsform dieser Erfindung sind zwei Transistoren (welche die beiden gegenüberliegenden Hälften eines Doppeltransistors sein können) in einer Differenzialverstärkerschaltung zusammengeschaltet, wobei der Kollektordes ersten Transistors an Wechselerde liegt, um den Miller-Effekt zu umgehen. Der Kollektor des zweiten Transistors ist mit dem Emitter eines in Basisschaltung betriebenen Verstärkers verbunden. Ein konstanter Strom ziehender Verbraucher ist mit dem in Basisschaltung betriebenen Verstärker vabunden. Zwischen beiden liegt ein Ausgangsanschluß, so daß der vom in Basisschaltung betriebenen Verstärker gelieferte Überstrom zu einer Signalverwendungseinrichtung geleitet werden kann, die mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist, wobei am Ausgang Spannungsverstärkung auftritt. Andererseits bewirkt eine Abnahme des durch den in Basisschaltung betriebenen Verstärker fließenden Stromes, daß aus der Signalverwendungsschaltung Strom gezogen wird.

Es ist einzusehen, daß als Folge des einfachen Schaltungsaufbaues der dieser Erfindung zugrundeliegenden Schaltung und wegen des Bereiches, in dem die Werte der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Schaltelemente liegen, Schaltungen vorgesehen werden können, die sich in integrierter Bauweise mit Hilfe der Dünnfilmtechnik oder in Form von monolithischen Funktionsblöcken herstellen lassen.

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Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen dienen zur Erläuterung dieser Erfindung.

Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten, der vorliegenden Erfindung entsprechenden, Ausfuhr ungs form eines Gleichstromverstärkers mit einem Eingang;

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten, der vorliegenden Erfindung entsprechenden, Ausführungsform eines Gleichstromverstärkers mit einem Eingang;

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild eines der vorliegenden Erfindung entsprechenden Gleichstromverstärkers mit differenzierendem Eingang; und

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung.

Eg soll nun auf Fig. 1 Bezug genommen werden. Fig. 1 zeigt einen Gleichstromverstärker 10, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden ürfindung aufgebaut ist. Der Verstärker 10 soll ein Eingangssignal, das von einer Eingangssignalquelle 12 stammt und zu einer Signa1verwendungseinrichtung Ik fließt, verstärken.

Der Verstärker 10 enthält einen ersten Transistor Ql vom NPN-Typ, dessen Emitter mit Erde verbunden ist. Die Eingangssignalquelle 12 ist mit der Basis des Transistors Ql verbunden.

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BAD ORlG¹NAL

Der Kollektor des Transistors Ql ist direkt mit dem Emitter eines NPN-Transistors Q2 verbunden. Die Basis des Transistors Q2 ist mit einer Wechselerde verbunden. Die Wechselerde ist eine Gleichspannungsquelle, welche in Fig. 1 mit + 6v ausgewiesen ist. Der Kollektor des Transistors Q2 ist mit dem Kollektor eines PNP-Transistors Q3 verbunden. Der Emitter des Transistors Q3 ist über einen Widerstand Rl mit einer positiven Spannungsquelle verbunden, die + 18V liefert. Die Basis des Transistors Q3 liegt an einer positiven Spannungsquelle, die + 12V liefert. Die Signalverwendungsschaltung Ik ist mit den Kollektoren der Transistoren Q2 und Q3 verbunden.

Vor der Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung von Fig. 1 scheint es angebracht, Ursachen und Folgen der unter der Bezeichnung "Miller-Effekt" bekannten Erscheinungen in Erinnerung zu rufen. Kurz zusammengefaßt, der Miller-Effekt beruht auf der Tatsache, daß in einer Signalregelungseirirlchtung, etwa einem Transistor oder einer Vakuumröhre, die Wechselspannung am Regelanschluß (beispielsweise an der Basis oder am Gitter) und die Wechselspannung am Ausgang (dem Kollektor oder der Anode) einander so beeinflussen, daß die tatsächliche Eingangskapazität größer als die statische Kapazität ist. Durch diesen Effekt nimmt die Eingangskapazität proportional zur Spannungsverstärkung der Schaltung zu. Wie oben erwähnt stellt der Miller-Effekt eine Grenze ϊβ-

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züglich der Operstionsgeschwindigkeit und der Verringerung der Leistungsaufnahme in den meisten bekannten Gleichstrom— verstärkern dar. Die der vorliegenden Erfindung entsprechenden Schaltungen, beispielsweise die Schaltung in Fig. 1, sind so aufgebaut, daß sie den Miller-Effekt vermeiden und bei geringer Leistungsaufnahme sehr große Operationsgeschwindigkeiten erzielen. ~

Vor der Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltung von Fig. 1 sollte auch erläutert werden, daß die Transistoren Qi und Q2 in einer Weise zusammengeschaltet sind, die bei Schaltungen mit Vakuumröhren als Kaskadenschaltung bezeichnet wird. D.ik, der Ausgang oder der Kollektor des Transistors Ql ist mit dem Eingang oder dem Emitter des Transistors Q2 verbunden. Aufgrund dieser Schaltung erscheint der Emitter des Transistors Q2 dem Transistor Ql als eine sehr kleine Impedanz, wobei die Spannungsverstärkung des Tranistors Ql sehr klein erscheint und daher durch den Miller-Effekt nicht merklich beeinflußt wird. Sofern die Basis des Transistors Q2 mit Wechselerde, d.h. einer Gleichspannungsquelle, verbunden ist, wird sie durch den Miller-Effekt auch nicht beeinträchtigt. Der Transistor Q2 stellt einen Strom-Spannungs-Wandler dar, der zwei Aufgaben erfüllt. Seine erste Aufgabe besteht, wie oben erwähnt, darin, für den Transistor Ql eine kleine Impedanz zu bilden, so daß der Transistor Ql vom Miller-Effekt unbeeinflußt bleibt. Die zweite Aufgabe des Transistors Q2 besteht darin, die Stromschwankungen an seinem Emitter in Spannungs-

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Schwankungen umzusetzen. Wie oben erläutert, kann dies in einer Weise vollzogen werden, welche den Miller-Effekt vermeidet. Die Basis des Transistors Q2 wird zu diesem Zweck an Wechselerde gelegt. Der Transistor Q2 bewirkt eine sehr hohe Stufenverstärkung, indem er mit einem konstanten Strom ziehenden Verbraucher, dem Kollektor des Transistors Q3, verbunden wird. Soweit die beiden Transistoren Q2 und Q3 als Verstärker in Basisschaltung betrieben werden, können ihre Kollektorimpedanzen sehr hoch sein, beispielsweise im Megaohm-Bereich. Ist die Basis des Transistors Q3 mit Wechselerde verbunden, wird der Miller-Effekt vermieden«

Es soll nun die Arbeitsweise der Schaltung von Fig. beschrieben werden. Dabei sei zunächst darauf hingewiesen, daß die Eingangssignalquelle 12 ein Ruhepegel-rSignal liefert, etwa in der Weise, daß der durch die Transistoren Ql und Q2 fließende Strom gleich dem vom Transistor Q3 gezogenen, konstanten Strom ist. Daraus folgt, daß weder in die Signalverwendungseinrichtung Ik hinein, noch aus ihr heraus ein Strom fließt. Nimmt man nun an, daß das Eingangssignal positiv wird, wobei ein größerer Strom über den Kollektor-Emitter-Weg der Transistoren Qi und Q2 fließt, als der vom Transistor Q3 gezogene, konstante Strom ist, eo wird der darüber hinausgehende Stromanteil aus der Signalverwendungseinrichtung 14 gezogen und die Spannung an den Kollektoren der Transistoren Q2 und Q3 wird negativ. Wird andererseits

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das Eingangssignal bezogen auf den Ruhepegel negativ, so nimmt der durch die Transistoren Ql und Q2 fließende Strom «b. Der darüber hinausgehende Anteil des vom Transistor Q3 gezogenen Stromes wird in die Signalverwendungseinrichtung Ik geleitet, so daß die Spannung an den Kollektoren der Transistoren Q2 und Q3 positiv wird. Da von der Verbindungsstelle der Transistoren Q2 und Q3 aus gesehen diese eine sehr hohe Impedanz darstellen, kann die vom Verstärker bewirkte Spannungsverstärkung sehr groß sein. Die Spannungssqhwankung für die Signalverwendungsschaltung Ik kann beispielsweise um den Paktor 10 000 oder mehr größer sein, als die Schwankung der Eingangsspannung, die von der Quelle 12 geliefert wird.

Obwohl der Verstärker von Fig. 1 unter Vermeidung des Miller-Effektes große Verstärkungen erzielt, bewirkt er eine Grleichspannungsverschiebung zwischen Eingang und Ausgang, die mit Hilfe von Gleichspannungsverschiebungseinrichtungen kompensiert werden muß, um den Verstärker in Funktionsverstärkerschaltungen verwenden zu können. Zur Ausschaltung dieser Gleichspannungsverschiebung ohne Verwendung besonderer Spannungsverschiebungseinriehtungen kann die Schaltung von Fig. 1 auf die in Fig. 2 dargestellte Weise aufgebaut werden, wobei die Transistoren Q2 und Q3 zu invertieren sind.

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Im einzelnen entsprechen in der Ausführungsform in Fig. 2 die Transistoren Q4, Q5 und Q6 den Transistoren Qi, Q2 und Q3 von Fig.l. Der Transistor Q^ ist ein NPN-Transistor, dessen Kollektor über einen Widerstand R2 mit einer positiven Spannungsquelle, die + 12V liefert, verbunden ist und dessen Emitter an Erde liegt. Die Basis des Transistors Q4 ist mit dem Eingang 16 verbunden. Der Kollektor des Transistors Qk ist mit dem Emitter des PNP-Transistors Q5 verbunden, dessen Kollektor mit dem Kollektor des NPN-Transistors Q6 verbunden ist. Die Basis des Transistors Q5 und die Basis des Transistors Q6 sind mit Gleichspannungquellen yon + 6V bzw. - 6V verbunden. Der Widerstand 113 verbindet den Emitter des Transistors Q6 mit einer Quelle negativer Spannung von - 12V, so daß eine einen konstanten Strom liefernde Quelle entsteht. Der Ausgang 18 ist mit den Kollektoren der Transistoren Q5 und Qb verbunden.

Bei der Besehreibung der Arbeitsweise der Schaltung von ^ig. 2 sei zunächst darauf hingewiesen, daß die Eingangssignalquelle einen Ruhesignalpegel liefert. Der Widerstand R2 schickt Strom in die Transistoren Q4 und Q5, wobei der Ruhestrompegel des Transistors Q5 gleich dem konstanten, von der einen konstanten Strom ziehenden Quelle Q6 gelieferten Strom ist. Es fließt daher zunächst kein Strom in die Signal- -verwendungsschaltung (nicht dargestellt) hinein oder aus ihr heraus. Die Signalverwendungsechaltung ist mit dem Ausgang 18

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verbunden. Angenommen, das Eingangssignal werde nun positiv, wobei ein größerer Strom über den Kollektor-Emitter-Weg des Transistors Q*t fließt und der Strom im Emitter-Kollektor-Weg des Transistors Q5 verringert wird. Dies bewirkt, daß die einen konstanten Strom ziehende Quelle Q6 Strom über den Ausgang 18 aufnimmt und die Spannung an den Kollektoren der Transistoren Q5 und Q6 negativ wird. Wird andererseits das Eingangssignal, bezogen auf den Ruhepegel, negativ, so niwat der über den Kollektor-Emitter-Weg des Transistors Q4 fließende Strom ab, wobei der durch den Transistor Q5 fließende Strom zunimmt. Der der Zunahme entsprechende Stromanteil kann durch die einen konstanten Strom ziehende Verbrauchereinrichtung Q6 nicht aufgenommen werden und wird in die Signalverwendungsschaltung geschickt, wobei die Spannung an den Kollektoren der Transistoren Q5 und Q6 positiv wird.

In einem Beispiel sei angenommen, daß sieh der Kollektorstrom des Transistors Q4 etwa um 3% pro Millivolt Basissignaländerung ändert. Charakteristischerweise betrage die Kollektorimpedanz jedes der Transistoren Q5 und Q6 etwa 3 Megaohm. Beläuft sich der Ruhestrom im Transistor Q4 auf 0,5 BiA so bewirkt eine Änderung von 1,0 Millivolt eine Kollektorstromänderung von 15 £iA. Der Transistor Q4 überträgt diese Änderung auf dem Verbindungspunkt der eine hohe Impedanz aufweisenden Kollektoren der Transistoren Q5 und Q6, wobei

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die der Parallelschaltung entsprechende Impedanz gleich 3,0/2 oder 1,5 Megaohm ist. Dies erzeugt eine Spannungsänderung von 1,5x10 x(15x10" ) = 22,5V oder eine Verstärkung von 22 500. .

Aus der Erläuterung der in Fig. 2 gezeigten Schaltung geht hervor, daß diese Schaltung einen Gleichstromverstärker mit hoher Verstärkung darstellt, der nicht dem Miller-Effekt unterliegt, aus diesem Grund ein großes Gewinn-Bandbreite-Produkt besitzt und nur eine geringere Leistungsaufnahme hat.

Die verbesserten Eigenschaften des Verstärkers von Fig. 2

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sind im wesentlichen der Kaskadenschaltung in Verbindung mit einem einen konstanten Strom ziehenden Verbraucher zuzuschreiben.

Es soll nun auf Fig. 3 Bezug genommen werden. Fig. 3 zeigt einen Gleichstromverstärker mit differenzierenden Eingang, der die Eigenschaften der in Fig. 2 gezeigten Schaltung besitzt. Die Transistoren Q7, Q8 und Q9 von Fig. 3 entsprechen den Transistoren Q4, Q5 und Q6 von Fig. 2. Ebenso entsprechen die Widerstände Rk und R5 in Fig. 3 den Widerständen Ü2 und 113 in Fig. 2. Die Schaltung von Fig. 3 unterscheidet sich von der in Fig. 2 dadurch, daß eine einen konstanten Strom liefernde Quelle in Form des Transistors QlO vorgesehen ist. D.h., der Emitter des Transistors Q7 ist mit dem Kollektor des NPN-Transistors QlO verbunden. Der Emitter des Transistors QlO liegt über dem Widerstand R6 an einer negativen

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Spannungaquelle von -12V, Die Basis des Transistors QlO ist mit einer Wechselerde, d.h. einer Quelle negativer Gleichspannung, die in Fig. 3 eine Spannung von -6V liefert, verbunden. Neben dem zusätzlich vorhandenen Transistor QlO unterscheidet sich die Schaltung von Fig. 3 von der in Fig. 2 noch durch die zusätzliche Verwendung eines zweiten Eingangstransistors QIl (die Transistoren Q7 und QiI können die beiden Hälften eines Koppeltransistors sein). Der Transistor QIl ist ein NPN-Transistor, dessen Emitter mit dem Emitter des Transistors Q7 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors QIl liegt an einer positiven Gleichspannung, beispielsweise an + 6V, um den Miller-Effekt zu unterdrücken. An die Eingänge 20 und 22 wird ein Differentialeingangssignal gegeben. Die Eingänge 20 und 22 sind in entsprechender Weise mit der Basis des Transistors QIl und der Basis des Transistors Q7 verbunden. Zwischen den Kollektoren der Transistoren Q8 und Q9 ist ein Ausgang 24t vorgesehen.

Beim Betrieb der S_chaltung von Fig. 3 sorgt der einen konstanten Strom ziehende Transistor QlO dafür, daß die Summe der aus den Transistoren QIl und Q7 fließenden Ströme konstant bleibt. Erscheint kein Differentialeingangssignal an den Eingängen 20 und 22, so fließt durch die Transistoren QIl und Q7 ein Ruhestrom, der vorzugsweise in beiden Transistoren gleich groß ist. Wird die Spannung am Anschluß 20 positiver als die Spannung am Anschluß 22, dann nimmt der Strom durch den

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-Ik-

Transistor QIl zu, wobei sich der Strom durch den Transistor Q7 verringert. Dies führt zu einer positiven Spannungsänderung an den Kollektoren.der Transistoren Q8 und Q9, so wie dies im Zusammenhang mit der Schaltung von Fig. 2 beschrieben worden ist. Wird andererseits die Spannung am Anschluß 20 im Vergleich zur Spannung am Anschluß 22 negativ, so nimmt der Strom durch den Transistor QlI ab, und der Strom durch den Transistor Q7 steigt an. Am Ausgang 2k ergibt sich in der oben beschriebenen Weise dann eine negative Spannungsänderung.

Es soll nun auf Fig. k Bezug genommen werden. Fig. zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, enthält die Schaltung von Fig. 3 und besitzt eine Ausgangsschaltung, die eine niedrige Ausgangsimpedanz schafft. Die Transistoren Q12, Q13, Q14, Q15 und Qi6 in Fig. k entsprechen den Transistoren Q7, Q8, Q9> QiO und QIl von Fig. 3. Ebenso entsprechen die Widerstände R7, R8 und R9 von Fig. k den Widerständen Rk, R5 und R6 von Fig. 3· Es wurde erwähnt, daß die Schaltungen von Fig. 2 und Fig. 3 eine hohe Ausgangsimpedanz besitzen. Um eine niedrige Ausgangsimpedanz zu schaffen, ist in der in Fig. k gezeigten Schaltung eine Ausgangsschaltung vorgesehen, welche die Transistoren § und Q18 enthält. Der Transistor Ql? ist ein NPN-Transistor, dessen Kollektor mit einer positiven Gleichspannung von +12V verbunden ist. Die Basis des Transistors Q17 ist mit dem

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Kollektor des Transistors Q13 verbunden. Ein Widerstand RIO ist zwischen die Kollektoren der Transistoren Q13 und Q14 geschaltet. Der Grund hierfür wird unten erläutert. Der Emitter des Transistors Q17 ist mit dem Ausgang 30 verbunden. Der Transistor Q18iet ein PNP-Transistor, dessen Emitter ebenfalls mit dem Ausgang 30 und dessen Kollektor mit einer negativen Gleichspannung von - 12V verbunden ist. Die Basis des Transistors QlS ist mit dem Kollektor des Transistors Q14 verbunden.

Aufgrund der Tatsache, daß die Kollektoren der Transistoren Q17 und Q18 mit Wechselerde verbunden sind, d.h. mit Gleichspannungsquellen, unterliegen sie nicht dem Miller-Effekt. Zieht der Transistor QI3 in der Schaltung von Fig. 4 mehr Strom als der einen konstanten Strom ziehende Transistor Qi*t aufnehmen kann, so wird der Überschüssige Stromanteil als Basisstrom zum Transistor QI7 ^Leitet, wobei Strom zum Ausgang 30 fließt und dort eine positive Spannungsänderung auftritt. Zieht der Transistor Q 13 andererseits weniger Strom als der Transistor Q14 aufnehmen kann, dann zieht der Transistor Q18 Strom vom Ausgang ab, so daß dort eine negative Spannungsänderung auftritt. Der Widerstand RIO dient dazu Überkreuzverzerrungen zwischen den Transistoren Q17 und QlS zu vermeiden. D.h., der Spannungsabfall am Widerstand RIO vermindert die zur Änderung des Leitfähigkeitszustandes zwischen den Transistoren Q17 und Q18 benötigte Spannungsänderung.

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In der jobirgen Beschreibung dieser Erfindung wurden einige der vorliegenden Erfindung entsprechende Ausführungsformen von Gleichstromverstärkern offenbart, die alle nicht dem Miller-Effekt unterliegen, so daß "sie sehr schnell arbeiten, eine hohe Verstärkung besitzen und geringe Leistung aufnehmen. Diese Vorzüge gehen in erster Linie auf die Verwendung eines in Basisschaltung betriebenen Verstärkers (Transistor Q13 in Fig. k) zusammen mit einer einen konstanten Strom ziehenden Quelle oder einem entsprechenden Verbraucher (Transistor Q14) zurück. Obgleich nur transistorisierte Ausführungsform dieser Erfindung erläutert worden sind, sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch in Signalregelungseinrichtungen angewendet werden kann, die beispielsweise Vakuumröhren enthalten. Es sei außerdem darauf hingewiesen, daß die angegebenen speziellen Spannungen, Polaritäten und Transistortypen willkürlich herausgegriffen worden sind und in geeigneter Weise abgeändert werden können. Es sei auch darauf hingewiesen, daß Schaltelemente mit den verschiedensten Werten in den AusfUhrungsformen der vorliegenden Erfindung benutzt werden können, was durch die gewünschte AusfUhrungsform im einzelnen bestimmt wird.

Für eine typische AusfUhrungsform der vorliegenden Erfindung seien die folgenden Transistortypen und Schaltelemente als Beispiel angegebeni , '

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Widerstände
B7 3 ΚΛ R8 6 ΚΛ R9 3 ΚΛ RIO 1 ΚΛ

Transistoren	2Ν4044
Q12 - Q16	2Ν35Ο2
Q13	2Ν2483
Q14	2Ν2483
Qi 5	2Ν2483
Q17	2Ν35Ο2
Qi 8

Eine Aus führung s form dieser Erfindung mit den obigen Schaltelementen besitzt eine Leerlaufverstärkung von 10 000, Ferner besitzt die Ausführungsform ein Frequenzverhalten bei dem, ohne Frequenzausgleich eine Rückkopplungsschleife angeschlossen werden kann, so daß ein Inverter mit der Verstärkung 1 entsteht» Der Inverter besitzt eine Gesamtverzögerungszeit von 5 - 10 Nanosekunden und eine Anstiegszeit von 15 Nanosekunden. Die gesamte Leistungsaufnahme des Verstärkers liegt in der Größenordnung von 25 Milliwatt. Andererseits kann die gleiche grundlegende Schaltung eine Leerlaufverstärkung von etwa 400 000 mit einem oberen Frequenzabfall von etwa 30-50 kHz bei einer Leistungsaufnahme von etwa 25 Milliwatt liefern.

Es sei darauf hingewiesen» daß die Bestimmungsgrößen einer gegebenen Schaltung vorhersagbar und reproduzierbar sind, so daß die Parameter des Verstärkers exakt auf die gewünschte Ausführungsform zugeschnitten werden können. Außerdem sei darauf

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hingewiesen, daß die Einfachheit des Schaltungsaufbaus, der Schaltelemente und ihrer Werte es ermöglicht, eine solche Schaltung leicht mittels Dünnfilmtechnik in integrierter Bauweise herzustellen.

Obgleich einige bevorzugte Ausfuhrungsformen dieser Erfindung beschrieben worden sind, sei darauf hingewiesen, daß zahlreiche Abwandlungen für Fachleute denkbar sind, ohne daß der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Dieser Bereich soll nicht auf die beschriebenen, speziellen AusfUhrungsformen beschränkt sein.

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Claims

PATENTAN W AL T E Dipl.-lng. MARTl N LICHT

PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN »_Λ ^Γ* Ν

8MDNCHEN2THERES.ENSTRASSE33 ft Dipl.-Wirtsdi.-Ing. AXE L H A N S M A N N

Dipl.-Phys. SEBASTIAN HERRMANN The Bunker—Ramo Corporation

Canoga Park, Kalifornien Monaden Ik. August 1967

Fallbrook Avenue 8433

VStA """ ^⁸'⁰*¹*" Unser Zeichen /ⁿ J

Patentanmeldung: "Gleichstromverstärker"

PATENTANSPRÜCHE

( 1.J Gleichstromverstärker, gekennzeichnet durch eine erste Signalregelungseinrichtung mit Eingang, Ausgang und RegelanschluO; Einrichtungen, welche eine Spannung an die Ein- und Ausgangsleitungen der ersten Einrichtung legen so daß ein Strom in Vorwärtsrichtung dort hindurchfließt, eine Eingangssignalquelle, die mit dem Eingang der ersten Einrichtung verbunden ist; eine zweite Signalregelungseinrichtung mit Eingang, Ausgang und Ilegelansehluß; Einrichtungen, welche den Ausgang der ersten Einrichtung mit dem Eingang der zweiten Einrichtung koppeln; Einrichtungen, welche eine Gleichspannung an den Ilegelanschluß der zweiten Einrichtung legen; Verbrauchereinrichtungen, die konstanten Strom ziehen und mit dem Ausgang der zweiten Einrichtung verbunden sind; SignalVerwendungseinrichtungen; und Einrichtungen, welche' die Signalverwendungseinrichtungen mit dem Ausgang der zweiten Einrichtung verbinden.

Patentanwälte Dipl.-lng. Martin üch^DipBWiiftcn.-fng.'AxerHünsmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

• 8 MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Tejefpn:2921 02 · Telegramm-Adresse: Lipatli/München

Bankverbindungen: Deutsche Bank AG₁ Filiale München, Dep.-Kasse Viklualienmarkt, Konlo-Nr. 70/30638 Boyer. Vereinsbank München, Zweigs). Oskar-von-Miller-Ring, Kto -Nr. 882495 · Postscheck-Konto: München Nr. 163397

Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

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2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten und zweiten Signalregelungseinrichtungen entsprechende erste und zweite Transistoren enthält und die Eingangs-, Ausgangs- und Regelanschltisse in entsprechender Weise aus Emitter-, Kollektor- und Basisanschlüssen bestehen.

3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einen konstanten Strom ziehende Verbraucher einen dritten Transistor enthält, welcher einen Emitter, einen Kollektor und eine Basis besitzt; Einrichtungen, die Basis des dritten Transistors mit einer Gleichspannungsquelle verbinden; und Einrichtungen den Kollektor des dritten Transistors mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbinden!

k. Gleichstromverstärkerstufe, gekennzeichnet durch eine Signalregelungseinrichtung mit Eingang, Ausgang und Regelanschluß; Einrichtungen, welche für diese Einrichtung eine Vorspannung liefern, so daß Strom hindurchfließt; einen Verbraucher, der konstanten Strom zieht; Einrichtungen, welche den konstanten Strom ziehenden Verbraucher mit dem Ausgang der Signalregelungseinrichtung verbinden; eine Quelle, welche eine Eingangsspannung liefert; Einrichtungen, welche auf Änderungen der Eingangsspannung ansprechen und den Strom durch die Signalregelungseinrichtung ändern; Signalverwendungseinrichtungen; und Einrichtungen, welche die Signalverwendungseinrichtungen mit dem Ausgang der Signalregelungseinrichtung verbinden.

5· Verstärker nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalregelungseinrichtung einen ersten Transistor

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enthält und der Eingang, der Ausgang und der Regelanschluß in entsprechender Weise durch den Emitter, den Kollektor und die Basis des Transistors gebildet werden.

6. Verstärker nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Einrichtungen, welche eine Gleichspannung an die Basis des ersten Transistors legen.

7. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Spannungsänderungen ansprechenden Einrichtungen einen zweiten Transistor enthalten, der einen Emitter, einen Kollektor und eine Basis besitzt; und Einrichtungen den Kollektor des zweiten Transistors mit dem Emitter des ersten Transistors verbinden.

8. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Transistoren in Reihe geschaltet sind.

9. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Transistoren parallel geschaltet sind.

10. Verstärker, gekennzeichnet durch erste und zweite Transistoren, die jeweils einen Emitter, einen Kollektor und eine Basis besitzen; eine Eingangsspannungsquelle; Einrichtungen, welche die Eingangsspannungsquelle mit der Basis des-ersten und mit der Basis des zweiten Transistors verbinden; eine erste, konstanten Strom liefernde Quelle; Einrichtungen, welche die Emitter des ersten und zweiten Transistors gemeinsam mit der ersten, konstanten Strom liefernden Quelle verbinden; Einrichtungen, welche die ersten und zweiten Transistoren vor-

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spannen, so daß durch sie Ströme in Vorwärtsrichtung fließen; einen dritten Transistor, der einen Emitter, einen Kollektor und eine Basis besitzt; Einrichtungen, welche den Kollektor des zweiten Transistors mit dem Emitter des dritten Transistors verbinden; Einrichtungen, welche an die Basis des dritten Transistors eine Gleichspannung legen; eine zweite, konstanten Strom liefernde Quelle, welche mit dem Kollektor des dritten Transistors verbunden ist; eine Signalverwendungseinrichtung; und eine Ausgangsschalteinrichtung, weiche die Signalverwendungseinrichtung mit dem Kollektor des dritten Transistors verbindet.

11. Verstärker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die die ersten und die zweiten Transistoren vorspannenden Einrichtungen erste und zweite, positive Gleichspannung liefernde Quellen enthalten, die mit den Kollektoren der ersten und zweiten Transistoren verbunden sind.

12. Verstärker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten und zweiten, konstanten Strom liefernden Quellen einen Transistor enthält, der einen Emitter, einen Kollektor und eine Basis besitzt; Einrichtungen, die Basis jedes dieser Transistoren in den konstanten Strom liefernden Quellen mit einer ersten negativen Gleichspannung verbinden; und Einrichtungen die Emitter der in den konstanten Strom liefernden Quellen sitzenden Transistoren mit einer zweiten, negativen Gleichspannung verbinden.

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13". Verstärker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltungseinrichtungen vierte und fünfte Transistoren enthalten, von denen jeder einen Emitter, einen Kollektor und eine Basis besitzt;*Impedanzeinrichtungen zwischen den Kollektor des dritten Transistcrs und die zweite, konstanten Strom liefernde Quelle geschaltet sind; Einrichtungen die Basis des vierten Transistors mit dem Kollektor des dritten Transistors verbinden; und Einrichtungen die Basis des fünften Transistors mit der zweiten, konstanten Strom liefernden (Quelle verbinden.

Ik. Verstärker nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Rückkopplungseinrichtungeti, welche den Kollektor des dritten Transistors mit den Basen der ersten und zweiten Transistoren verbinden.

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