DE1927185A1 - Vergleichsverstaerker - Google Patents

Description

Vergleichsverstärker

Die Erfindung betrifft einen Vergleichsverstärker, bestehend aus einem Transistor mit einer ersten Elektrode, die mit einer Vergleichsspannungsquelle verbunden ist, einer Steuerelektrode, die zum Empfang eines Eingangssignals geschaltet ist und einer Ausgangselektrode,-die mit einem Ausgangeanschluß verbunden ist» Wenn die Eingangseignalepannung gleich der oder größer als die Vergleichs spannung wird, wird an der Ausgangselektrode des Transistors eine Ausgangsspannung

Bei den bekannten Vergleichaverstärkern diaser Art wird

90984S/1442

die Signalquelle, die die Steuerelektrode versorgt, wie später beschrieben wird, nachteilig von der Kapazität und der Induktivität beeinflußt, die zwischen der Steuerelektrode und der ersten Elektrode des Transistors bestehen. Aus diesem Grund wird die Wellenformverzerrung und -linearität verschlechtert, was zu einer Zeitabweichung bei der Erzeugung eines Ausgangssignals führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ein- W fachen Vergleichsverstärker zu schaffen, der diese Probleme überwindet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die erste Elektrode mit Signalerde über eine Diode verbunden ist, deren Kapazität klein ist im Vergleich zu der zwischen der Steuerelektrode und der ersten Elektrode bestehenden.

In den Fig. 1 bis 4 der Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt und nachstehend näher erläutert· Es zeigern

Fig. 1 ein Schaltbild eines bekannten Vergleichsverstärkers;

Fig. 2 ein äquivalentes Schaltbild der Impedanz, gesehen von der Konotantotroiaquelle, in der in Fig. 1 gezeigten Schaltung aus;

Fig. 3A und 3B Diagramme der Spannungswellenformen an

der Basis und dem Ausgangsanschluß dos in Fig· 1 gezeigten Vergleicheverstärkersf und

90S8A9/U42

Fig. k ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Vergleichsverstärkers gemäß dei· Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Vergleichsverstärker. Die Eingangselektrode bzw. der Emitter 28 eines bipolaren NPN Transistors 16 wird eine Vergleichsspannung Va von einer VergleichsSpannungsquelle 17 zugeführtj diese Vergleichsspannung Va hält den Transistor 1$ im nichtleitenden Zustand, wenn die Basis bzw. die Steuerelektrode 19 durch Schließung eines Schalters 11 geerdet wird. Es fließt daher kein Strom durch die Tunnel- bzw. Esakidiode 1.5, die die Kollektor last bildet und die Diode 15 befindet sich in dem Niederspannungsbereich.

Venn der Schalter 11 offen ist und nachdem eine vorbestimmte Zeit t verstrichen ist, steigt die Spannung e an der Steuerelektrode 19 des Transistors 16 an, wie durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird ι

e = It/C

wobei I der dem Kondensator 13 von einer Konstantstromquelle 12 zugeführte Strom und C die Kapazität des Kondensators 13 sind.

Wenn die Spannung e die Vergleichsspannung Va übersteigt, bleibt der Transistor 16 und ein verstärkter Strom Ic beginnt über die Ausgangselektrode bzw. den Kollektor 20 des Transistors 16 zu fließen! wenn dieser Strom Ic den Spitzenstrom der Tunneldiode 15 erreicht, wird dieser plötzlich von dem Niederspannungsbereich in den Hochspannungsbereich geschaltet, so daß ein Impuls 22a, wie

909849/14 42

in Fig, 3B gezeigt ist, an dem Ausgangeanschluß 18 über einen Kondensator 29 erzeugt wird» Es wird also der Impuls 22a an dem Ausgangsanschluß 18 erzeugt, wenn die Signalspannung e an der Basis 19 des Transistors 16 die Vergleichsspannung Va erreicht.

Wenn der Impuls 22a erzeugt wird, kann er in bekannter Weise zur Steuerung einer Schalteinrichtung verwendet werden, um den Schalter 11 automatisch zu schließen. Wenn der Schalter 11 so geschlossen wird, werden die Tunneldiode 15 und der Transistor 16 geschützt und die gesamte Schaltung nimmt ihren ursprünglichen Zustand wieder ein.

Zu deren Erläuterung dieses Betriebszustandes zeigen die Fig. 3A und 3B Spannungsdiagramme der Basis 19 und des Ausgangeanschlusses 18, der in Fig. 1 gezeigten Schaltung. Wenn es sich um einen idealen Vergleichsverstärker handelt, ändert sich von dem Moment an, in dem der Schalter 11 offen ist, die Basisspannung e des Transistors 16, wie durch die Kurve 23 in Fig. 3A gezeigt ist, linear ohne Wellenformverzerrung, so daß der Impuls 22a, wie in Fig. 3B 'gezeigt ist, zu der Zeit t₁ erzeugt wird, die eine vorbestimmte Zeit t, nach der Öffnungszeit t des Schalters 11 liegt.

Da jedoch die Eingangssignalquellen 12 und 13 der Basis 19 des Transistors 16 eine Impedanz besitzen, ist die Kapazität und die Induktivität der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 16 groß und der Basis-Emitter-Widerstand des Transistors 16, der in einem nichtleitenden Zustand

909849/1 U2

am Beginn besteht, ist erheblich hoch. Die äquivalente Schaltung der Impedanz, wie sie von der Konstantetromquelle 12 bestimmt bzw» gesehen wird, ist in Fig. 2 dargestellt.

In der in Fig. 2 gezeigten Äquivalenten Schaltung hat die Vergleichsspannungsquelle 17 die Wirkung von Erde und ist daher als Erde 17a bezeichnet. Die Basis-Emitter-Impedanz 25 des Transistors 16 besteht aus einer Kapazität 26 und einer Induktivität 27. Aus diesem Grund ist die Spannung an der Basis 19 des Transistors 2.6 wegen der Kapazität 26 und der Induktivität 27 einer Wellenform verzerrung unterworfen, z.B. entsprechend der in Fig. 3A gezeigten Kurve 24. Diese Art der Wellenformverzerrung beeinflußt die Wirkung der Schaltung. Daher wird der in Fig. 3A gezeigte Impuls 22a relativ zu der Zeit t₁ verzögert bzw. vorgerückt. Z. B. wird der in Fig. 3B gezeigte Impuls 22b an dem Ausgangsanschluß 18 bei t„ erzeugt und erhöht die geforderte Verzögerungen

zeit t, um einen Fehler dt. Wenn der Transistor 16 leid

tend wird, wird in diesem Fall auch die Basis-EmitterVerbindung leitend und der Wert des Basis-Emitter-Widerstandes wird vermindert und die Wellenformverzerrung wird abgeschwächt. Selbst wenn der Transistor 16 gering leitet, verursacht auch ein scharf ansteigender Impuls eine geschwächte Wellenformverzerrung infolge der Tatsache, daß die Frequenzkomponente des Anstiegs bzw. Vorderteils dieses Impulses hoch ist und daß der Basie-EmItter-Widerstand noch hoch ist.

Durch die Erfindung wird diese Wellenformverzerrung beseitigt oder erheblich abgeschwächt, um die Linearität

909849/1442

zu verbessern. Der Vergleichsverstärker, dessen Eingangsschaltung in Fig. k dargestellt ist, besitzt einen ähnlichen Aufbau wie der in Fig. 1 mit der Ausnahme, daß eine Diode 30 in Reihe zwischen dem Emitter 28 des Transistors 16 und die Vergleichsspannungsquelle 17 geschaltet ist, die als Signalerde erscheint. Die Diode 30 ist so geschaltet, daß sie in Durchlaßrichtung betrieben wird, wenn der Transistor 16 leitend ist. Die Kapazität der Diode 30 ist so ausgebildet, daß sie kleiner als die W Basis-Emitter-Kapazität des Transistors Λ6 ist und die Induktivität der Diode 30 ist vorzugsweise kleiner als die Basis-Emitter-Induktivität des Transistors 16. Daher hat die Diode 30 den Transistor 16 überlegene Frequenz e i gens chaften.

Xn der in Fig. 4 gezeigten Schaltung wird die Kapazität des Transistors Ιό, wenn dieser nichtleitend ist, nahezu die gleiche wie die der Diode 30, da die erdeähnliche Vergleichespannungsquelle 17 von der Basis 19 durch den Emitter 28 gesehen wird. Daher werden die Einwirkungen auf das Signal, das von der Konstantstromquelle 12 und t dem Kondensator 23 erzeugt wird, viel kleiner, und sogar wenn der Transistor 16 geringfügig leitet und der Basis-Emitter-Wider β tand noch hoch ist, werden diese Einflüsse vergleichsweise weniger als in dem zuvor erwähnten Fall eines scharf ansteigenden Impulses« Aus diesem Grund wird die Wellenformverzerrung abgeschwächt und die Linearität erheblich verbessert.

In der zuvor erwähnten Ausführungsform wird ein NPN Transistor als Traneistor 16 verwendet, es kann jedoch auch ein PNP Transistor verwendet yrerden« Ie diesem

909849/1 kU2

19271öS

Falle sind die Dioden 15 vaxä 30 umgekehrt geschaltet und die Polaritäten der Konstantstrotnquelle %2 und der Spannungsquellen 14 und 17 sind entgegengesetzt angeordnet.

Es wurde oben gesagt, daß die Diode 30 so geschaltet ist, daß sie in Durchlaßrichtung betrieben wird, wenn der Transistor 16 leitend ist, wenn jedoch eine Zener-Diode für die Diode 30 verwendet wird? ist die Schaltung in Durchlaßrichtung nicht immer notwendig und stattdessen kann eine Schaltung in Sperrichtung verwendet werden.

Ein bipolarer Transistor, wie z. B. ein Planartransistor, kann für den Transistor 16 verwendet werden, jedoch kann stattdessen auch ein unipolarer Transistor, wie z. B. ein Feldeffekttransistor, verwendet werden·

90S8A9/U42

Claims (6)

1. ~⁸~ . 19271Ö5

   Patentansprü c h e

   i] Vergleichsverstärker, bestehend aus einem Transistor mit einer ersten Elektrode, die mit einer Vergleichsspannungsquelle verbunden ist, einer Steuerelektrode, die zum Empfang eines Eingangssignals geschaltet ist und einer Ausgangselektrode, die mit einem Ausgangsanschluß verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (28) mit Signalerde (17) über eine Diode (30) verbunden ist, deren Kapazität klein im Vergleich zu der zwischen der Steuerelektrode (I9) und der ersten Elektrode (28) bestehenden ist«
2. 2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (30) eine kleinere Induktivität besitzt als die, die zwischen der Steuerelektrode (19) und der ersten Elektrode (28) des Transistors (16) besteht.
3. 3. Verstärker nach Anspruch 1,oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (16) ein bipolarer Transistor ist, . ..
4. k. Verstärker nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangselektrode (20) der Kollektor des Transistors (i6) ist und daß sie mit einer Spannungsquelle über eine Tunneldiode (15) und mit dem AusgangsanSchluß (18) verbunden ist.
5. 5. Verstärker nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (19) die Basis

   909849/U4

   des Transistors (16) ist und daß eine Konstantstromquelle (12), ein Kondensator (13) und ein Schalter (11) mit der Basis und der Schalter mit Erde verbunden ist,
6. 6. Verstärker nach Anspruch 5i gekennzeichnet durch eine -Schalteinrichtung, um den Schalter (11) in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal an dem Ausgangsanschluß (18) zu schalten.

   7· Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet! daß ein Kondensator (29) zwischen dem Kollektor des Transistors und dem Ausgangsanschluß (18) geschaltet ist, wobei der Kollektor die Ausgangselektrode ist«

   8, Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die erste Diode (30) in Durchlaßrichtung betrieben wird, wenn der Transistor (16) leitend ist.

   9, Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerde von der Vergleichs· Spannungsquelle (17) gebildet wird·

   909849/1442