DE19809283C2 - Differenzverstärkerschaltung und Mischerzelle aus zwei Diferenzverstärkerschaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Differenzverstärkerschaltung zur Verstärkung einer Eingangsspannungsdifferenz sowie eine Mischerzelle mit Differenzverstärkerschaltungen.

Zur Verstärkung von Spannungsdifferenzen setzt man symmetri­ sche Gleichspannungsverstärker mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen ein. In U. Tietze, Ch. Schenk: Halbleiter- Schaltungstechnik, 10. Auflage, Springer-Verlag, ist die Grundschaltung eines solchen Differenzverstärkers im Kapitel 4.8 angegeben. Die beiden Eingänge werden jeweils durch den Basisanschluß zweier Transistoren gebildet, deren Emitteran­ schlüsse miteinander verbunden und an eine Konstantstromquel­ le angeschlossen sind. Der Strom der Konstantstromquelle teilt sich in die Emitterströme der beiden Transistoren auf. Ist die Spannung an den beiden Eingängen gleich groß und da­ mit die Eingangsspannungsdifferenz gleich 0, teilt sich der Konstantstrom gleichmäßig auf die beiden Transistoren auf. In den Kollektoranschlüssen der beiden Transistoren, die jeweils einen Ausgang bilden, fließt dann ebenfalls der gleiche Strom. Die Differenz der an den Ausgängen zu einem Bezugspo­ tential auftretenden Spannungen ist dann gleich 0. Eine Aus­ gangsspannung, die ungleich 0 ist, tritt dann auf, wenn die Eingangsspannungen unterschiedliche Beträge aufweisen. Die Differenz der Kollektorströme ist innerhalb gewisser Grenzen proportional der Eingangsspannungsdifferenz. Bei größeren Eingangsspannungsdifferenzen geht dieses lineare Verhalten in eine Begrenzung der Differenz der Kollektorströme über. Aufgrund des symmetrischen Aufbaus des Differenzverstärkers tritt je nach Eingangsspannungsdifferenz ein positives oder negatives Maximum der Differenz der Kollektorströme auf.

Da lediglich Differenzen und nicht die absoluten Eingangs­ spannungen verstärkt werden, weist der Differenzverstärker eine hohe thermische Stabilität auf. Wegen der niedrigen Tem­ peraturdrift und des einfachen Aufbaus eignen sich Differenz­ verstärker insbesondere zum Aufbau von Operationsverstärkern und für integrierte Schaltkreise.

Aus der JP 0 805 1326 A, in: Patent Abstracts of Japan ist einer Mischerzelle mit zwei Differenzverstärkerschaltungen mit jeweils zwei emitterseitig gekoppelten Bipolartransisto­ ren bekannt. Ein zusätzlicher Transistor ist jeweils zu den Bipolartransistoren parallelgeschaltet. Die Kollektoran­ schlüsse der zusätzlichen Transistoren sind mit dem Kollek­ toranschluß eines der Bipolartransistoren verbunden. Bei der bekannten Differenzverstärkerschaltung ist auch bei negativer Eingangsspannungsdifferenz, bei der ein Differenzverstärker nach der o. g. Literaturstelle eine negative Differenz der Kollektorströme liefert, diese Differenz positiv. Bei einer anderen Ausführung der Differenzverstärkerschaltung ist bis zur Begrenzung bei positiver Eingangsspannungsdifferenz die Differenz der Kollektorströme negativ.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Differenzver­ stärkerschaltung anzugeben, deren Ausgangskennlinie auf einfa­ che Weise einstellbar ist. Es ist zudem Aufgabe, eine Anwen­ dung der Differenzverstärkerschaltung in einer Mischerzelle anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch eine Differenzverstärkerschaltung mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. durch eine Mischer­ zelle mit den Merkmalen des Anspruches 3 gelöst.

Die Erfindung greift auf herkömmliche Differenzverstärker zu­ rück, wodurch die erfindungsgemäße Differenzverstärkerschal­ tung auf bekannte Schaltkreise übertragen werden kann.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Erfindung sowohl mit bipo­ laren als auch mit unipolaren Transistoren, z. B. MOS-FETs, aufgebaut werden kann.

Erfindungsgemäß ändert sich je nach Verhältnis der effektiven Emitterfläche von gekoppelten und zusätzlichen Transistoren ändert sich die Ausgangskennlinie, die die Differenz der Kol­ lektorströme der gekoppelten Transistoren in Abhängigkeit von der Eingangsspannungsdifferenz darstellt. An die Stelle der effektiven Emitterfläche tritt bei Feldeffekttransistoren, insbesondere MOS-FETs, mit denen die Differenzverstärker­ schaltung aufgebaut sein kann, die Kanallänge.

Durch Zusammenschaltung von zwei Differenzverstärkerschaltun­ gen erhält man eine Mischerzelle mit zwei Eingängen. Auch hier trägt das Verhältnis der effektiven Emitterflächen von zusätzlichen und gekoppelten Transistoren zum Verhalten der Mischerzelle bei.

Einem Eingang der Mischerzelle kann vorteilhafterweise ein Differenzverstärker vorgeschaltet sein. Diese Ausführungsform der Mischerzelle eignet sich insbesondere zur Modulation ei­ nes Trägers mit einstellbarem Anteil des Restträgers, der über das Verhältnis der effektiven Emitterflächen eingestellt werden kann.

Eine Ausführungsform mit Verstärkungsregelung erhält man, wenn man den Ausgang der Mischerzelle mit den zwei verschal­ teten Differenzverstärkerschaltungen mit einer weiteren Mi­ scherzelle verschaltet, die bis auf die zusätzlichen Transi­ storen den gleichen Aufbau aufweist. Darüber kann direkt der Verstärkungsgrad der Mischerzelle gesteuert werden.

Weitere vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von den in Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte Differenzverstärkerschaltung,

Fig. 2 eine Ausgangskennlinie von Differenzverstärkerschal­ tungen,

Fig. 3 eine Mischerzelle aus zwei Differenzverstärkerschal­ tungen,

Fig. 4 eine erste erweiterte Mischerzelle,

Fig. 5 eine zweite erweiterte Mischerzelle und

Fig. 6 ein Zeitdiagramm für eine Mischerzelle nach Fig. 4.

Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen verse­ hen.

Gemäß Fig. 1 enthält die bekannte Differenzverstärkerschal­ tung einen ersten äußeren Transistor AT1 und einen zweiten äußeren Transistor AT2, deren Emitteranschlüsse in einem Emitterknotenpunkt EK zusammengeschlossen sind. Am Emitter­ knotenpunkt EK wird ein Emitterstrom I_E von einer Stromquelle (in Fig. 1 nicht eingezeichnet) eingespeist. Die beiden Ba­ sisanschlüsse der emitterseitig gekoppelten äußeren Transi­ storen AT1 und AT2 bilden Verstärkereingänge IN.

Dem ersten äußeren Transistor AT1 ist ein erster innerer Transistor ZT1 bezüglich der Basis- und Emitteranschlüsse parallelgeschaltet, das heißt, die Basisanschlüsse des ersten äußeren und des ersten inneren Transistors AT1, ZP1 sowie die Emitteranschlüsse dieser beiden Transistoren sind jeweils miteinander verbunden. Ebenso ist dem zweiten äußeren Transistor AT2 ein zweiter innerer Transistor ZT2 be­ züglich der Basis- und Emitteranschlüsse parallelgeschaltet. Der Emitterknotenpunkt EK ist somit mit den Emitteranschlüs­ sen der vier Transistoren AT1, AT2, ZT1 und ZT2 verbunden.

Die Kollektoranschlüsse der inneren Transistoren ZT1, ZT2 sind miteinander und mit dem Kollektoranschluß entweder des ersten äußeren Transistors, AT1 oder des zweiten äußeren Transistors AT2 verbunden. Im Ausführungsbeispiel der Diffe­ renzverstärkerschaltung nach Fig. 1 sind die Kollektoran­ schlüsse der inneren Transistoren ZT1, ZT2 in einem ersten Kollektorknotenpunkt KK1 an den Kollektoranschluß des ersten äußeren Transistors AT1 angeschlossen. Die Kollektoranschlüs­ se der beiden äußeren Transistoren AT1 und AT2 bilden Ver­ stärkerausgänge OUT.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Differenzverstär­ kerschaltung sind bei sonst gleichem Aufbau die Kollektoran­ schlüsse der beiden inneren Transistoren ZT1, ZT2 in einem zweiten Kollektorknotenpunkt KK2 mit dem Kollektoranschluß des zweiten äußeren Transistors AT2 verbunden.

Die effektiven Emitterflächen n der äußeren Transistoren AT1, AT2 sind vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise gleich. Auch die Emitterflächen m der inneren Transistoren ZT1, ZT2 sind vorzugsweise gleich.

Je nach Potentialunterschied an den Basisanschlüssen der äu­ ßeren Transistoren AT1, AT2, also je nach Betrag und Richtung einer Eingangsspannungsdifferenz U_d an den Verstärkereingän­ gen IN, werden die äußeren Transistoren AT1, AT2 und die in­ neren Transistoren ZT1, ZT2 mehr oder weniger stark angesteu­ ert. Ist die Eingangsspannungsdifferenz U_d ungleich 0, so verteilt sich der im Emitterknotenpunkt EK eingespeiste Emit­ terstrom I_E ungleichmäßig auf die beiden äußeren Transistoren AT1 und AT2. Ein Teil des Emitterstroms I_E fließt durch die inneren Transistoren ZT1, ZT2. Unabhängig von der Richtung der Eingangsspannungsdifferenz U_d wird stets der erstes Kol­ lektorknotenpunkt KK1 mit diesem Teil des Emitterstroms I_E beaufschlagt. Die Differenz der Ströme in den Zweigen der Verstärkerausgänge OUT, im folgenden Ausgangsstromdifferenz ΔI_C genannt, wird entsprechend vergrößert.

Vorausgesetzt wird dabei, daß die Ausgangsstromdifferenz ΔI_C positiv gezählt wird, wenn der Strom im Zweig mit dem. Kollek­ torknotenpunkt KK1 größer als der Strom im Zweig mit dem Kol­ lektorknotenpunkt KK2 der Verstärkerausgänge OUT ist.

In der Ausgangskennlinie nach Fig. 2 ist die Ausgangsstrom­ differenz ΔI_C in Abhängigkeit von der Eingangsspannungsdiffe­ renz U_d dargestellt. Bei der maximalen Ausgangsstromdifferenz ΔI_C, der der dimensionslose Wert 1 bzw. bei einer Richtung entgegen der Zählrichtung nach Fig. 1, wie sie oben defi­ niert wurde, der Wert -1 zugeordnet ist, befindet sich die Differenzverstärkerschaltung in der Aussteuerung. Bei größe­ ren Beträgen der Eingangsspannungsdifferenz U_d als eine obere Aussteuerungsgrenze U_do bzw. bei Beträgen kleiner als eine untere Aussteuerungsgrenze U_du steigt die Ausgangsstromdiffe­ renz ΔI_C nicht weiter an.

Die mittlere Kennlinie in Fig. 2, die mit a bezeichnet ist, zeigt den Verlauf der Ausgangsstromdifferenz ΔI_C bei einem Differenzverstärker nach der o. g. Literaturstelle. Innerhalb der Aussteuerungsgrenzen, also zwischen U_du und U_do, verläuft die Kurve linear durch den Nullpunkt.

Im Gegensatz dazu verläuft die Kurve einer Differenzverstär­ kerschaltung nach Fig. 1, bei der die effektiven Emitterflä­ chen n = m gewählt sind, ausschließlich im positiven Bereich für die Ausgangsstromdifferenz ΔI_C. Bei der Eingangsspan­ nungsdifferenz U_d ≦ U_du ist die Ausgangsstromdifferenz ΔI_C gleich Null. Sie steigt linear bis zur maximalen Aus­ gangsstromdifferenz ΔI_C bei U_d ≧ U_do an. Bei der Ausgangsspan­ nungsdifferenz U_d gleich Null beträgt die Ausgangsstromdifferenz ΔI_C die Hälfte (0,5) ihres möglichen Maximums (1). Die Ausgangsstromdifferenz ΔI_C ist also auch dann positiv, wenn die Eingangsspannungsdifferenz U_d negativ ist.

Der Vergleich der Kurven a und b zeigt, daß gegenüber einem herkömmlichen Differenzverstärker bei der Differenzverstär­ kerschaltung nach Fig. 1 die Ausgangsstromdifferenz ΔI_C um einen Offset-Strom erhöht ist. Der Offset-Strom ist an der unteren Aussteuerungsgrenze (U_du) am größten. Also dann, wenn das Potential am Basisanschluß des ersten äußeren Transistors AT1 kleiner ist als das am Basisanschluß des zweiten äußeren Transistors AT2 und somit über den Emitterzweig von AT1 ein verhältnismäßig kleiner Strom fließt.

Aufgrund des großen Potentials am Basisanschluß des zweiten äußeren Transistors AT2 und daher auch am Basisanschluß des zweiten inneren Transistors ZT2 fließt über letzteren ein verhältnismäßig großer Anteil des Emitterstroms I_E. Dieser Anteil addiert sich im ersten Kollektorknoten KK1 mit dem Strom, der über den ersten äußeren Transistor AT1 fließt. Trotz des relativ großen Stroms im Kollektorzweig des zweiten äußeren Transistors AT2 ist die Ausgangsstromdifferenz ΔI_C = 0, da dieser Strom durch die Summe der Ströme vom ersten Kol­ lektorknotenpunkt KK1 kompensiert wird.

Mit abnehmender Eingangsspannungsdifferenz U_d nimmt auch die Kompensationswirkung der inneren Transistoren ZT1, ZT2 ab. Ist die Eingangsspannungsdifferenz U_d = 0, fließt durch jeden Transistor AT1, AT2, ZT1 und ZT2 jeweils ¼ des Emitterstroms I_E (wie bei den vorherigen Betrachtungen werden die Ba­ sisströme hier nicht berücksichtigt).

Ohne die inneren Transistoren ZT1, ZT2 wäre die Ausgangs­ stromdifferenz ΔI_C = 0, da jedem Zweig des Verstärkerausgangs OUT der gleiche Strom fließen würde. Durch die inneren Tran­ sistoren ZT1, ZT2 wird der erste Kollektorknotenpunkt KK1 mit 2/4 des Emitterstroms I_E beaufschlagt. Die Ausgangsstromdif­ ferenz ΔI_C ist dann gerade:

also die Hälfte der maximalen Ausgangsstromdifferenz ΔI_C.

Die Kurve c nach Fig. 2 zeigt die Ausgangskennlinie einer Differenzverstärkerschaltung nach dem zweiten Ausführungsbei­ spiel, bei dem die Kollektoranschlüsse der inneren Transisto­ ren ZT1, ZT2 mit dem zweiten Kollektorknotenpunkt KK2 verbun­ den sind und die Zählrichtung der Ausgangsstromdifferenz und der Eingangsspannungsdifferenz nach Fig. 1 beibehalten ist.

Für Werte der Eingangsspannungsdifferenz U_d, die vom Betrag her kleiner sind als U_du, beträgt die Ausgangsstromdifferenz ΔI_C = -1. Das heißt, der Betrag der Ausgangsstromdifferenz ist maximal, die Richtung ist jedoch der in Fig. 1 eingetra­ genen Richtung der Ausgangsstromdifferenz entgegengesetzt. Mit zunehmenden Betrag der Eingangsspannungsdifferenz U_d nimmt die Ausgangsstromdifferenz ΔI_C linear bis zum Wert ΔI_C = 0 bei der oberen Aussteuerungsgrenze U_do zu.

Bei der Eingangsspannungsdifferenz U_d = 0 ist der Betrag der Ausgangsstromdifferenz ΔI_C die Hälfte ihres möglichen Maxi­ mums bei einer Richtung, die der Richtung der Ausgangsstrom­ differenz in Fig. 1 entgegengesetzt ist.

Eine Differenzverstärkerschaltung nach dem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel liefert also auch bei positiver Eingangsspan­ nungsdifferenz U_d eine negative Ausgangsstromdifferenz ΔI_C.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Ausgangskennlinie nach Fig. 2 idealisiert dargestellt ist. Bei einer realen. Schal­ tung verlaufen die Kurven nicht im gesamten Bereich innerhalb der Aussteuerungsgrenzen linear. Der Übergang des linearen Bereichs in den Aussteuerungsbereich erfolgt vielmehr konti­ nuierlich.

Die Kurven b und c geben die Ausgangskennlinie einer Diffe­ renzverstärkerschaltung wieder, bei der die inneren Transistoren die gleichen Emitterflächen wie die äußeren Transisto­ ren aufweisen, es also gilt: m = n.

Wird m kleiner als n gewählt, so verschiebt sich bei einer Differenzverstärkerschaltung nach dem ersten Ausführungsbei­ spiel die Kurve b in Richtung der Kurve a. Je kleiner die Emitterfläche m der inneren Transistoren gewählt wird, desto kleiner ist die Ausgangsstromdifferenz ΔI_C bezogen auf ihr Maximum für den Fall, daß U_d = 0 ist.

Dementsprechend nähert sich die Kurve c der Kurve a an, wenn bei einer Differenzverstärkerschaltung nach dem zweiten Aus­ führungsbeispiel m kleiner als n gewählt wird. Für m = 0 ent­ spricht die Differenzverstärkerschaltung der herkömmlichen Differenzverstärker.

Die unterschiedlichen Emitterflächen können durch physikali­ sche Unterschiede in den Emitterzonen erreicht werden. Es ist jedoch auch möglich, die effektive Emitterfläche dadurch zu ändern, daß eine Vorspannung zwischen Basis und Emitter min­ destens eines der Transistoren AT1, AT2, ZT1 oder ZT2 gelegt wird. Unterschiedliche physikalische Emitterflächen können durch technologische Verfahren verhältnismäßig einfach gewon­ nen werden.

Durch Kombination von zwei Differenzverstärkerschaltungen er­ hält man eine Mischerzelle nach Fig. 3. Eine erste Diffe­ renzverstärkerschaltung weist den Aufbau einer Differenzver­ stärkerschaltung nach dem ersten Ausführungsbeispiel, eine zweite die einer Differenzverstärkerschaltung nach dem zwei­ ten Ausführungsbeispiel auf. Die zweite Differenzverstärker­ schaltung enthält die gleichen Elemente wie die erste Diffe­ renzverstärkerschaltung. Zur Unterscheidung werden bei der zweiten Schaltung die äußeren Transistoren mit AT1' und AT2', die inneren Transistoren mit ZT1' und ZT2' sowie die Knoten­ punkte mit EK', KK1' und KK2' bezeichnet.

An einem Basisknotenpunkt BK1 ist der Basisanschluß des zwei­ ten äußeren Transistors AT2 der ersten Differenzverstärker­ schaltung und der Basisanschluß des ersten äußeren Transistors AT1' der zweiten Differenzverstärkerschaltung ange­ schlossen. Der Basisanschluß des ersten äußeren Transistors AT1 und der Basisanschluß des zweiten äußeren Transistors AT2' sind in einem zweiten Basisknotenpunkt BK2 zusammenge­ führt. Der Emitterknotenpunkt EK der ersten Differenzverstär­ kerschaltung und der Emitterknotenpunkt EK' der zweiten Dif­ ferenzverstärkerschaltung bilden erste Eingänge XA der Mi­ scherzelle. Zweite Eingänge der Mischerzelle XB werden von den Basisknotenpunkten BK1 und BK2 gebildet. Der erste Kol­ lektorknotenpunkt KK1' der ersten Differenzverstärkerschal­ tung ist mit dem ersten Kollektorknotenpunkt KK1' der zweiten Differenzverstärkerschaltung verbunden und bildet mit dem zweiten Kollektorknotenpunkt KK2 der ersten Differenzverstär­ kerschaltung, der mit dem zweiten Kollektorknotenpunkt KK2' der zweiten Differenzverstärkerschaltung verbunden ist, Aus­ gänge Y der Mischerzelle.

Die Eingänge XA werden also dadurch gebildet, daß die Kollek­ toranschlüsse der äußeren Transistoren der ersten Differenz­ verstärkerschaltung mit den Kollektoranschlüssen der jeweils entsprechenden äußeren Transistoren der zweiten Differenzver­ stärkerschaltung verbunden sind. Die Basisanschlüsse der er­ sten Differenzverstärkerschaltung sind also mit denen der zweiten Differenzverstärkerschaltung kreuzgekoppelt. Die Kol­ lektoranschlüsse der inneren Transistoren ZT1, ZT2 der ersten Differenzverstärkerschaltung sind mit einem Anschluß der Aus­ gänge Y, die Kollektoranschlüsse der inneren Transistoren ZT1', ZT2' der zweiten Differenzverstärkerschaltung sind mit einem anderen Anschluß der Ausgänge Y verbunden.

Bei der Mischerzelle weisen erfindungsgemäß die inneren Tran­ sistoren (ZT1, ZT2, ZT1', ZT2') jeweils andere effektive Emitterflächen auf als die äußeren Transistoren (AT1, AT2, AT1, AT2'). Wird angenommen, daß die effektive Emitterfläche jedes äußeren Transistors der Differenzverstärkerschaltungen n ist und die der inneren Transistoren beider Verstärker­ schaltungen m ist, so ergibt sich für eine Ausgangsgröße y näherungsweise mit einer ersten Eingangsgröße x_a an den er­ sten Eingängen XA und einer zweiten Eingangsgröße x_b an den zweiten Eingängen XB folgender mathematischer Zusammenhang:

Die Eingangsgrößen x_a und x_b können beliebige Signalformen an­ nehmen, insbesondere können sie auch einen Wechsel zwischen positiver und negativer Amplitude, also einen Phasensprung, aufweisen. Bei realen Schaltungen stellen die Eingangsgrößen jeweils Differenzströme dar. Zur Vereinfachung werden im fol­ genden ihre Werte auf einen Bereich zwischen -1 und +1 nor­ miert. Das heißt für die größte, auftretende positive Ampli­ tude wird der Wert +1, für die größte, auftretende negative Amplitude der Wert -1 angenommen.

Wenn für die Emitterflächen gilt n ≧ m, so weist die Aus­ gangsgröße y nur dann einen Phasensprung auf, wenn die Ein­ gangsgröße x_a ein Signal mit Phasensprung ist. Ist die Ein­ gangsgröße x_a < 0, so ist die Ausgangsgröße y stets positiv, auch für negative Werte der Eingangsgröße x_b.

Für den Sonderfall, daß die effektiven Emitterflächen der in­ neren Transistoren mit denen der äußeren Transistoren über­ einstimmen, das heiß m = n, wird anhand einer Wertetabelle die Abhängigkeit der Ausgangsgröße y von den Eingangsgrößen x_a und x_b dargestellt. Obige Gleichung vereinfacht sich bei m = n zu:

Für die Ausgangsgröße y erhält man die folgende Wertetabelle. Alle Werte sind wie bereits angemerkt auf den Bereich -1 bis +1 normiert.

Mit Hilfe der Eingangsgröße x_b kann also die Eingangsgröße x_a beliebig gedämpft werden. Die Mischerzelle mit zwei Diffe­ renzverstärkerschaltungen eignet sich insbesondere zur Ampli­ tudenmodulation- oder Demodulation ohne Phasensprung.

Werden bei der Mischerzelle nach Fig. 3 die Kollektoran­ schlüsse der inneren Transistoren ZP1, ZP2 der ersten Diffe­ renzverstärkerschaltung anstatt mit dem ersten Kollektorkno­ tenpunkt KK1 mit dem zweiten Kollektorknotenpunkt KK2 und die Kollektoranschlüsse der inneren Transistoren ZP1', ZP2' der zweiten Differenzverstärkerschaltung anstelle mit dem zweiten Kollektorknotenpunkt KK2' mit dem ersten Kollektorknotenpunkt KK1' verbunden, erhält man bei sonst unveränderter Anordnung die folgende Wertetabelle:

Die Mischerzelle läßt sich also einfach an die Polarität der zweiten Eingangsgröße x_b anpassen.

Die Mischerzelle mit zwei Differenzverstärkerschaltungen nach Fig. 4 weist dritte Mischereingänge XC auf, die von den Ba­ sisanschlüssen zweier Eingangstransistoren ET1 und ET2 gebil­ det werden. Der Kollektoranschluß des ersten Eingangstransi­ stors ET1 ist mit dem Emitterknotenpunkt EK der ersten Diffe­ renzverstärkerschaltung der Mischerzelle, der Kathodenan­ schluß des zweiten Eingangstransistors ET2 mit dem Emitter­ knotenpunkt EK' der zweiten Differenzverstärkerschaltung der Mischerzelle verbunden. Die Eingangstransistoren ET1, ET2 sind emitterseitig über eine Reihenschaltung aus zwei Wider­ ständen R gekoppelt. Im gemeinsamen Anschlußpunkt der Wider­ stände R ist die Stromeinspeisung vorgesehen. Am dritten Mi­ schereingang XC wird ein Hochfrequenz- oder Niederfrequenzsi­ gnal angelegt, dessen Abhängigkeit der Eingangsgröße x_b an den zweiten Mischereingängen XB gesteuert wird. An den Mi­ scherausgängen Y liegt die Ausgangsgröße y an.

Aus der Mischerzelle nach Fig. 4 erhält man eine Logikschal­ tung, wenn der Wert der Widerstände R jeweils gegen C geht. Bei wiederum normierten Werten an den Eingängen XB und XC er­ gibt sich folgende Wertetabelle:

Die Ausgangsgröße y nimmt keinen eindeutigen logischen Zu­ stand, das heißt eine logische 0 oder 1, an, wenn eine Ein­ gangsgröße x_b an den zweiten Mischereingängen XB mit dem lo­ gischen Wert 0 anliegt. Sie ist dann unabhängig vom Wert der Eingangsgröße x_c indifferent.

Der Mischer nach Fig. 4 läßt sich vorteilhaft einsetzen, wenn bei der Modulation ein bestimmter Restträger erhalten bleiben soll. Der Anteil vom ursprünglichen Träger in der Ausgangsgröße y wird dabei durch das Verhältnis der Emitter­ flächen von den inneren Transistoren zu den äußeren Transi­ storen m, n eingestellt.

Bei der Wahl von n = 8 und m = 12 als Beispiel enthält die Ausgangsgröße y bei der maximalen negativen Amplitude des Trägers noch einen Anteil von 20% von diesem Träger, der mit der dritten Eingangsgröße x_c, beispielsweise einem NF-Signal, moduliert wird. Bei der größten positiven Amplitude des Trägers bleibt dieser in der Ausgangsgröße y vollständig erhal­ ten. Die folgende Tabelle verdeutlicht diesen Sachverhalt:

Bei der Anordnung nach Fig. 5 ist eine Mischerzelle nach Fig. 3 mit zwei Differenzverstärkerschaltungen mit einer wei­ teren Mischerzelle kaskadiert.

Der Ausgang einer ersten Mischerzelle, die den gleichen Auf­ bau wie die Mischerzelle nach Fig. 3 aufweist, ist mit einer zweiten Mischerzelle verbunden, die bis auf das Fehlen der inneren Transistoren ebenfalls wie die Mischerzelle nach Fig. 3 aufgebaut ist. Neben den ersten und zweiten Mischerein­ gängen XA, XB sind vierte Mischereingänge XD vorhanden, die durch die Basisanschlüsse der Transistoren der zweiten Mi­ scherzelle in der Art wie die zweiten Eingänge XB bei der Mi­ scherzelle nach Fig. 3 gebildet werden. Die Kollektoran­ schlüsse der zweiten Mischerzelle bilden zweite Mischeraus­ gänge Z.

Die Mischerzelle nach Fig. 5 entsteht also durch Erweiterung der Mischerzelle nach Fig. 3. Die Kollektoranschlüsse des jeweils ersten Transistors AT1, AT1' der ersten und zweiten Differenzverstärkerschaltung und die Kollektoranschlüsse des jeweils zweiten Transistors AT2, AT2' der ersten und zweiten Differenzverstärkerschaltung sind jeweils mit einem gemeinsa­ men Emitteranschluß eines von zwei Transistorpaaren der zwei­ ten Mischerzelle mit jeweils einem dritten und vierten Tran­ sistor TA3, TA4 und TB3, TB4 verbunden. Die Basisanschlüsse des einen Transistorpaares TA3, TA4 sind mit denen des ande­ ren Transistorpaares TB3, TB4 kreuzgekoppelt und bilden die vierten Mischereingänge XD. Die Kollektoranschlüsse des drit­ ten und vierten Transistors des einen Transistorpaares TA3, TA4 sind mit den Kollektoranschlüssen des jeweils entsprechenden dritten und vierten Transistors des anderen Transi­ storpaares TB3, TB4 verbunden und bilden die zweiten Mischer­ ausgänge Z der erweiterten Mischerzelle.

In dieser Ausführungsform können die Eingänge XB direkt zur Verstärkungseinstellung der Eingänge XA verwendet werden.

Fig. 6 zeigt die Ausgangsgröße y bei verschiedenen Signalen der Eingangsgrößen x_c und einem rechteckförmigen Signalver­ lauf der zweiten Eingangsgröße x_b.

Bei einem sinusförmigen Verlauf der dritten Eingangsgröße und einer Phasendifferenz von 0° (x_c1) oder 180° (x_c2) gegen­ über dem Signal der Eingangsgröße x_b weist die Ausgangsgröße y₁ bzw. y₂ nur während der Zeitabschnitte mit negativer Amplitude von x_b ein von Null verschiedenes Signal auf. Bei einer Phasendifferenz von 90° (x_c3) gegenüber dem recht­ eckförmigen Signal x_b zeigt die Ausgangsgröße y₃ während der negativen Perioden des Rechtecksignals einen Signalverlauf, der dem der dritten Eingangsgröße x_c3 nach Vorzeichenumkehr gleicht. Die Ausgangsgröße y₃ ist in Fig. 6 in der vorletz­ ten Zeile dargestellt.

Der Signalverlauf von y₃ zeichnet sich dadurch aus, daß bei den Nulldurchgängen das Signal stets monoton steigend ist. Beispielsweise Phasenregelkreise greifen bei der Detektion der Phase auf Nulldurchgänge zurück. Üblicherweise treten diese Nulldurchgänge sowohl mit positiver als auch mit nega­ tiver Steigung auf. Durch die Mischerzelle nach Fig. 4 wird auf einfache Weise erreicht, daß alle Nulldurchgänge mit ei­ ner positiven Steigung auftreten. Die Mischerzelle kann bei der Phasendetektion daher vorteilhaft eingesetzt werden.

Claims (7)

1. Differenzverstärkerschaltung mit einem ersten und einem zweiten Transistor (AT1, AT2), die emitterseitig gekoppelt sind, deren Basisanschlüsse Eingänge (IN) für eine Eingangs­ spannungsdifferenz (U_d) und deren Kollektoranschlüsse Ausgän­ ge (OUT) für eine Ausgangsstromdifferenz (ΔI_C) der Differenz­ verstärkerschaltung bilden, wobei der Basisanschluß des er­ sten Transistors (AT1) mit dem Basisanschluß eines ersten Zu­ satztransistors (ZT1), der Emitteranschluß des ersten Transi­ stors (AT1) mit dem Emitteranschluß des ersten Zusatztransi­ stors (ZT1), der Basisanschluß des zweiten Transistors (AT2) mit dem Basisanschluß eines zweiten Zusatztransistors (ZT2) und der Emitteranschluß des zweiten Transistors (AT2) mit dem Emitteranschluß des zweiten Zusatztransistors (ZT2) verbunden ist und die Kollektoranschlüsse der Zusatztransistoren (ZT1, ZT2) mit dem Kollektoranschluß von erstem oder zweitem Tran­ sistor (AT1, AT2) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Zusatztransistoren (ZT1, ZT2) eine andere effektive Emitter­ fläche (m) aufweist als die Emitterfläche (n) von erstem und zweitem Transistor (AT1, AT2).

2. Differenzverstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erster und zweiter Transistor (AT1, AT2) und/oder als Zusatztransistoren (ZT1, ZT2) Feldeffekttransistoren vorgesehen sind und jeweils deren Kanallänge die effektive Emitterfläche (m, n) darstellt.

3. Mischerzelle aus zwei Differenzverstärkerschaltungen mit jeweils einem ersten und einem zweiten Transistor (AT1, AT2), die emitterseitig miteinander in einem Emitterknotenpunkt (EK, EK') verbunden sind, wobei der Basisanschluß des ersten Transistors (AT1) mit dem Basisanschluß eines ersten Zusatz­ transistors (ZT1), der Emitteranschluß des ersten Transistors (AT1) mit dem Emitteranschluß des ersten Zusatztransistors (ZT1), der Basisanschluß des zweiten Transistors (AT2) mit dem Basisanschluß eines zweiten Zusatztransistors (ZT2) und der Emitteranschluß des zweiten Transistors (AT2) mit dem Emitteranschluß des zweiten Zusatztransistors (ZT2) verbunden ist, wobei die Emitterknotenpunkte (EK, EK') erste Eingänge (XA) der Mischerzelle bilden, die Basisanschlüsse der einen Differenzverstärkerschaltung (AT1, AT2, ZT1, ZT2) mit denen der anderen Differenzverstärkerschaltung (AT1', AT2', ZT1', ZT2') kreuzgekoppelt sind, derart, daß der Basisanschluß des ersten Transistors (AT1) der einen Differenzverstärkerschal­ tung (AT1, AT2, ZT1, ZT2) mit dem Basisanschluß des zweiten Transistors (AT2') der anderen Differenzverstärkerschaltung (AT1', AT2', ZT1', ZT2') und der Basisanschluß des zweiten Transistors (AT2) der einen Differenzverstärkerschaltung (AT1, AT2, ZT1, ZT2) mit dem Basisanschluß des ersten Transi­ stors (AT1') der anderen Differenzverstärkerschaltung (AT1', AT2', ZT1', ZT2') gekoppelt ist, und zweite Eingänge (XB) der Mischerzelle bilden, die Kollektoranschlüsse des ersten und zweiten Transistors (AT1, AT2) der einen Differenzverstärker­ schaltung mit den Kollektoranschlüssen des jeweils entspre­ chenden ersten und zweiten Transistors (AT1', AT2') der ande­ ren Differenzverstärkerschaltung verbunden sind und Ausgänge (Y) der Mischerzelle bilden und die Kollektoranschlüsse der Zusatztransistoren (ZT1, ZT2, ZT1', ZT2') jeder Differenzver­ stärkerschaltung mit einem jeweiligen der Anschlüsse der Aus­ gänge (Y) der Mischerzelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Zusatztransistoren (ZT1, ZT2, ZT1', ZT2') eine andere effek­ tive Emitterfläche (m) aufweist als die effektive Emitterflä­ che eines der ersten Transistoren (AT1, AT1').

4. Mischerzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als erste und zweite Transistoren (AT1, AT2, AT1', AT2') und/oder Zusatztransisto­ ren (ZT1, ZT2, ZT1', ZT2') Feldeffekttransistoren vorgesehen sind und jeweils die Kanallänge die effektive Emitterfläche (n, m) darstellt.

5. Mischerzelle nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Emitterknoten­ punkt (EK, EK') jeweils mit dem Kollektoranschluß eines Tran­ sistors von einem Transistorpaar (ET1, ET2) verbunden ist, das emitterseitig gekoppelt ist und dessen Basisanschlüsse dritte Eingänge (XC) der Mischerzelle bilden.

6. Mischerzelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die emitterseitige Kopplung des Transistorpaares (ET1, ET2) über eine Reihen­ schaltung aus zwei Widerständen (R) erfolgt, deren gemeinsa­ mer Anschluß mit einer Stromquelle verbunden ist.

7. Mischerzelle nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoranschlüs­ se des ersten und zweiten Transistors (AT1, AT2) der einen Differenzverstärkerschaltung (AT1, AT2, ZT1, ZT2) jeweils mit einem gemeinsamen Emitteranschluß eines von zwei Transistor­ paaren aus jeweils einem dritten und vierten Transistor (TA3, TA4, TB3, TB4) verbunden sind, die Basisanschlüsse des einen Transistorpaares (TA3, TA4) mit denen des anderen Transistor­ paares (TB3, TB4) kreuzgekoppelt sind und dritte Eingänge (XD) der Mischerzelle bilden und die Kollektoranschlüsse des dritten und vierten Transistors (TA3, TA4) des einen Transi­ storpaares mit den Kollektoranschlüssen des jeweils entspre­ chenden dritten und vierten Transistors (TB3, TB4) des ande­ ren Transistorpaares verbunden sind und weitere Ausgänge (Z) der Mischerzelle bilden.