DE2000394A1 - Differentialverstaerker - Google Patents

Description

ROA 61,052

RCA Corporation, New York, N.Y., USA.

Differentialverstärker.

Stand der Technik.

Vorgespannte Differentialverstärker werden vielfach als Verstärker für ein Signal bestimmter Stromrichtung in willkürlich zugänglichen magnexischen Speichern und xür viele % -dere Zwecke benutzt. Solche Verstärker dürfen auf siia:.j '

Rausciiimpulse oder andere unerwünschte Eingangs signale .lic· ansprechen, wenn sie sich in ihrem Bereitechctfhszastaii¹ be"*'r·.-· den, müssen dagegen auf die gewünschten Eingangs signs ^; gv. ansprechen, wenn sie in einen aktiven Verstärkungssust. ad , .:- setzt werden solion.

Ein derartiger Verstärker eines Differentiaispeicher3 i**¹" verhältnismäßig starken Rausch signal en während des Schrcib-Teils des Speicherzyklus ausgesetzt, welcher den Verstärker_t selbst wenn er sich in seinem Bereitschaftszustanä befinde* zu sättigen bestrebt isto Es muß daher ein Warte-Intervall für den Verstärker vorhanden sein, damit dieser wieder entsättigt werden kann, bevor er auf das verhältnismäßig ^lei; .·■ \ gewünschte Speichersignal, das eine bestimmte Stroari- ^tm:; hat, während des Lese-Teil« des Speicherzyklus ansprechen ^v rj·._:

Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besxeht darix-, daß die Verstärkerelemente so vorgespannt werden, dai3 sie x:u Bereitschaftszustand vollständig gesperrt sincU Dies hat- jedoch den Nachteil, daß eine nicht unerhebliche Zeitspanne u.^d eine nicht unerhebliche Energie zur Umschaltung der Verstäckerelemente aus dem vollständig gesperrten Zustand in einen Zustand, in welchem das Verstärkerelement tatsächlich ein einlaufendes Signal verstärken kann, zur Verfügung stehen muß.

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Zusammenfassung der Erfindung.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Verstärkerelemente eines Differentialverstärkere mit einem Nebenschlußweg mit zwei Dioden ausgerüstet und ein erster Konstantstrom wird im Bereitschaftszustand des Verstärkers durch die Dioden hindurchgeleitet. Eine zweite Konetantstromquelle hält die Verstärkerelemente in einem schwachleitenden Zustand. Durch Rauschsignale, die im Bereitschaftszustand auftreten, werden die Ströme durch, die beiden Verstärkerelemente zwar ungleich groß gemacht, iedoch wird dieser Einfluß durch ™ ein gleich großes Ungleichgewicht der Ströme durch die beiden Dioden kompensiert. Ein Differentialachal"cer_f der durch einen Vorspannungszweig betätigt wird, leitet den ersten Konstantstrom an die Verstärkerelemente zurück, so daß diese auf ein gewünschtes Eingangssignal schnell ansprechen können.

Die Zeichnung.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Schaltbild eines vorgespannten Differentialverstärkersp der gemäß der Erfindung ausgeführt ist.

Beschreibung dieser bevorzugten Ausführungsform. A Ein im ganzen mit 10 bezeichneter Differentialverstärker enthält zwei Transistoren Q* und Q₀, deren Basiselektroden an die Eingangsklemmen 12 angeschlossen sind. Die Transistoren Q₁ und Qp besitzen je einen Kollektorwiderstand 14 bzw. 16, deren beide obere Klemmen an einen gemeinsamen Widerstand 18 einer ersten Quelle 20 einer Konstantstromquelle angeschlossen sind. Die Emitter der Transistoren Q. und Q₂ sind über kleine Widerstände 21 bzw. 22 an einen gemeinsamen Schaltungspunkt 23 angeschlossen. Dieser Schaltungspunkt 23 ist mit der Kollektorelektrode eines Transistors Q, eines Differentialschalters 24 verbunden, welcher einen Transistor Q. enthält. Die Emitterelektroden der Transistoren Q, und Q. sind über einen gemeinsamen Schaltungspunkt 25 an die Kollektorelektrode eine B

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Transistore Q^ angeschlossen. Der Transistor Q₅ ist das Strometeuerelement einer ersten Konstantetromquelle, die im ganzen mit 26 bezeichnet ist und die Stromlieferungsklemmen 20 und 25 aufweist und einen Emitterwiderstand 27 sowie Vorspannungsklemmen 28 und 30 aufweist.

Die Kollektor-Ausgangseleketroden der Transistoren Q₁ und Q₂ sind an die Ausgangsleitungen 31 und 32 angeschlossen. Zwei einseitig leitfähige Schaltelemente oder Dioden 33 und 34 Bind mit ihren Anoden an die betreffenden Ausgangsleitungen 31 und 32 angeschlossen, während ihre Kathoden über eine gemeinsame Leitung 36 an die Kollektorelektrode des Schalttran-Bistore Q. gelegt ist. f

Die Traneistoren Q, und Q,, sind so geschaltet, daß sie einen Differentialschalter 24 bilden, in welchem entweder nur der eine oder nur der andere der beiden Transistoren zu einem gegebenen Zeitpunkt Strom führt. Die Transistoren sind so vorgespannt, daß der Transistor Q, normalerweise gesperrt ist, während der Transistor Q. normalerweise stromleitend ist.

Dieser Betriebszustand wird normalerweise durch eine Spannung τοπ weniger als ein Volt an der Eingangekleinme 38 einer im ganzen mit 40 bezeichneten Vorepannungsschaltung aufrechterhalten.

Die Sohaltung 40 enthält einen Transietor Qg, der in Emitterschaltung angeordnet ist und einen im ganzen mit 42 be- " eeiohneten Emitter-Auegangszweig besitzt, der eine Gleichstrom" auBgangsklemme 43 und eint entsprechend gewählte in ihrem Spannungeniveau verschiebbare Auegangeklemme 44 aufweist. Die Gleichetrom-Ausgangsklem»e 43 ist über eine Diode 45 und über Leitungen 46 und 36 an die Kathoden der Dioden 33 und 34 angeschlossen. Die geringeSpannung, die normalerweise an der Ausgangeklemme 43 vorhanden ist, sperrt die Diode 45 und verhindert einen Stromfluß über eine Leitung 46. Die Ausgangeklemme 44 ist an die Basiselektrode, des zum Dii'ferentialechalter gehörigen Transistors Q, angeschlossen.

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Das normalerweiße an der Ausgangskiemine 44 vorhandene Potential, das an der Basiselektrode des SchalttranBistors Q, liegt, sperrt diesen Transistor und hält durch Differentialwirkung in dem gemeinsamen Emitterzweig den Schalttransistor Q. voll geöffnet. Wenn die Eingangsspannung an der Klemme 38 auf einen Wert von etwa 3 Volt steigt, macht das Auegangssignal an der Klemme 44 des Transistors Qg den Schalttransistor Q, stromdurchlässig. Der Konstantstrom des Transietors Qc der somit über den Transistor Q, vom Transistor Q. abgenommen wird, sperrt diesen Transistor Q.· Gleichzeitig wird das erhöhte Vorspannungssignal von der Ausgangsklemme 43 des Transistors Q₆ über die Leitungen 46 und 36 zur Sperrung den Dioden 33 und 34 zugeleitet, so daß diese keine kapazitive Belastung für das Signal auf den Leitungen 31 und 32 darstellen.

Die beschriebene Schaltungsanordnung enthält somit den Differentialverstärker 10 mit Ausgangswiderständen 14 und 16, die von einer ersten Quelle 26 mit einer ersten Klemme 20 und einer zweiten Klemme 25 mit einem konstanten Strom gespeist werden. Der über die Ausgangöwiüerstände 14 und 1b zugeführte Konstantstrom wird normalerweise durch den gesperrten Schalttransistor Q, von den Differentialverstärker-Transistoren Q.. und Qp ferngehalten. Der über die Ausgangswiderstände 14 und 16 zugeführte Konstantstrom fließt normalerweise über die den Stromweg überbrückenden Dioden 33 und 34 und über den normalerweise leitenden Schalttransistor Q. zur zweiten Klemme 25 der Quelle 26. Wenn jedoch ein positiver Impuls der Basiselektrode des Transistors Q₆ zugeführt wird, kehrt sich der Leitungszustand der Schalttransistoren Q., und Q. um, so daß der Konstantstrom von dem die Dioden 33 und 34 enthaltenden Stromzweig ferngehalten wird, und über die Differentialver-Btärkertransistoren Q₁ und Q₂ fließt.

Der Differentialverstärker 10 ist mit einer zweiten zusätzlichen Kon6tantstromquelle 50, welche die Klemmen 20 und 33 aufweist, ausgerüstet, und einen Transistor Q- enthält, der eine Emitterelektrode besitzt, welche über einen Widerstand 51 an eine Vorspannungsklenime 28 angeschlossen ist, und dessen

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Basiselektrode an die Klemme 30 einer Vorspanmingsquei-e angeschlossen ist. Die insgesamt mit 50 bezeichnete zweite -Constantatromquelle mit Einschluß des Transistors Qr₇ ist 30 güsoha^tet, daß stets ein Strom von der Klemme 20 über ΊΙ3 A'..".¹-gangswiderstände 14 und 16 und über die Transistoren Q, und Q₂ zur Klemme 23 fließt. Der Betrag dieses von der Xonstan .;-Stromquelle 50 gelieferten Stromes wird vorzugsweise e^;;#a 20 $> kleiner als der von der ersten Kor.stavtstromqaell:! 26 ηίΐ dem Transistor Qc gelieferten Stromes bemessen. Dor ganse diu'ci: die Ausgangswiderstände 14 und 16 fliesssnde SSrom Ist ?te"·; gleich der Summe der von den beiden Konstari;8tromuuellu>n 2. und 50 gelieferten Ströme*

Die Ausgangssignale de3 Differentialverstäricer* 10 wif d-;ja Leitungen 31 und 32 sind an die Eingänge des Verstärken, ' logischen Schaltung und der Schwellwertstufe, die nich^ mi , dargestellt sind, angeschlossen«

Beim Betrieb der dargestellten Schaltungsanordnung werden Signale von einem Speicher oder einer anderen Signaiquelle an die Eingangsklemmen 12 des Differentialverstärkers geleitet. Auf einer derartigen Leitung sind normalerweise Rauschsignale sowie hohe Spannungen, die während des Schreib-Teils des Speicherzyklus induziert werden, vorhanden. Diese Rauschspannungen sättigen oder übersteuern die Differentialverstärke--Transistoren Q- und Q₂ und ebenso die Transistoren in cen nachfolgenden Stufen, so daß ein Erholungsintervall eingeschaltet werden muß, bevor die Transistoren in einen Zustand zurückkehren, in welchem sie auf die verhältnismäßig schwachen Signale anspreohen können, welche während des Lese-Teils des Speicherzyklus vorhanden sind.

Während des mit Rauschsignalen behafteten Teils des Speloherzyklus wird den Transistoren Q₁ und Qp lediglich von der zweiten Konstantstromquelle 50 Strom zugeführt und der Strom der ersten Konstantstromquelle 26 wird lediglich über die Dioden 33 und 34 geleitet. Unter diesen Bedingungen hat das an den Transistoren Q- und Q₂ liegende Rausahsignal nur eine begrenzte

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Wirkung auf den Stromdurchgang in den beiden Transistoren, da von der zweiten Konstantstromquelle nur ein begrenzter Strom geliefert wird. Jedocn wird wegen des durch das Rauschen hervorgerufenen Stromungleichgewichts in den Transistoren Q- und Q₂ kein Ausgangssignal-Ungleichgewicht auf den Ausgangssignalleitungen 3^ und 32 erzeugt. Dieses Ungleichgewicht der Ausgangssignale tritt deshalb nicht auf, weil gleiche und entgegengesetzt gerichtete Signale in den Strömen durch die Dioden 33 und 34 automatisch hervorgerufen werden·

Wenn beispielsweise eine Schreib-Rauschsignalspitze an den Eingangsklemmen 12 dem Transistor Q.. einen höheren Strom hervorruft,und somit der Transistor Q« einen geringeren Teil des vom Transistor Q^ nerrührenden Konstantstroms führt, besteht eine Tendenz zur Spannungsverminderung auf der Ausgangsleitung 31 und eine Tendenz zum Spannungsanstieg auf der Auegangsleitung 32. Wenn die Spannung auf der Ausgangsleitung 32 ansteigt, fließt ein größerer Strom durch die Diode 34 und ein geringerer Strom durch die Diode 33, da der Gesamtetrom durch diese beiden Dioden durch die Konstantstromquelle 26 festgelegt ist. ^Δίηβ Zunahme des Stromes durch den Transistor Q₁ ruft eine entsprechende Abnahme des Stromes durch die Diode 33 hervor und die Summe der Ströme durch den Transistor Q₁ und die Diode 33 bleibt konstant. Da die Summe dieser Ströme konstant bleibt, und da die Summe der Ströme den Auegangswiderstand 14 durchfließt, ist die Signalspannung auf der Ausgangsleitung 31 ebenfalls konstant und unabhängig von dem Rauschsignal am Eingang.

Gleicher Weise führt die gleichzeitig auftretende Stromabnahme im Transistor Qp zu einer gleich großen und kompensierenden Stromzunahme durch die Diode 34, so daß die Signalspannung auf der Auegangsleitung 32 vom Rauschsignal unbeeinflußt bleibt.

Die beschriebene Ausschaltung des Eingangsrauschens der Schaltung wird durch eine Anordnung erreicht, bei weloher die Differentialverstärker-Transistoren Q,. und Q„ im Bereitschaftszustand in leitendem Zustand gehalten werden. Die Transistoren

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können daher sehr schnell auf das gewünschte Eingangssignal ansprechen, indem man den Differentialverstärker 24 befähigt, einen zusätzlichen Konstantstrom von der Quelle 26 durch die Verstärkertransistoren Q.. und Q„ zu leiten« Es ist also nicht notwendig, die Transistoren Q.. und Qp durch das ganze Spannung sintervall zwischen dem nichtleitenden Zustand und dem leitenden Zustand hindurchzusteuern·

In einem gewählten Zeitpunkt während des Lese-Teils des Speicherzyklus, wenn an den Eingangsklemmen 12 ein Signal bestimmten Vorzeichens auftritt, wird ein Betätigungsimpuls der Eingangsklemme 38 zugeführt und macht über den Transistor Qg den DifferentialechalttransiBtor Q- etromdurchlässig. Hierdurch " wird der Schalttraneistor Q. selbsttätig gesperrt. Unter diesen Umständen wird das Eingangssignal durch die Transistoren Q. und Q₂ voll verstärkt und über die Ausgangsleitungen 31 und an den folgenden Teil der Schaltungsanordnung weitergegeben.

Obgleich wegen der Sperrung des Sohalttransistors Q. kein Strom durch die Dioden 33 und 34 fließt, können diese Dioden doch eine unerwünschte kapazitive Belastung des gewünschten Eingangseignale auf den Ausgangsleitungen 31 und 32 darstellen. Diese Belaetungswirkung wird bei einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung durch die Zuführung des Betätigungssignals über die Diode 45 und über die Leitungen 46 und 36 an die Kathoden der Dioden 33 und 34 vermieden. Das Betätigungssignal | hat daher eine gröseere positive Signalamplitude, welche die Dioden im Sinne einer Sperrung stärker vorspannt, so daß diese eine viel höhere kapazitive Belastung des gewünschten Signale auf den Ausgangsleitungen 31 und 32 darstellen.

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Claims (3)

1. -8-Patentansprüche.

   Differentialverstärker mit zwei Verstärkerelementen, deren Signaleingangsklemmen zur Erreichung einer differentiellen Wirkung geschaltet sind, und von denen jedes eine Signalausgangsklemme besitzt, die über einen Ausgangswiderstand an eine gemeinsame Vorspannungsklemme angeschlossen sind,

   gekennzeichnet

   durch Nebenstromzweige, von denen jeder ein einseitig leitfähiges Schaltelement (33_f34) enthält, welches an die betreffende Ausgangeklemme des zugehörigen Verstärkerelementes angeschlossen ist,

   durch eine erste Konstantstromquelle (26), welche einen ersten konstanten Strom von der genannten (ersten) Vorspannungsklemme über die Ausgangswiderstände und dann zu den einseitig leitfähigen Schaltelementen liefert,

   durch eine zweite Konstantstromquelle (50), welche einen zweiten konstanten Strom von der Vorspannungsklemme über die Ausgangswiderstände zu den einseitig leitfähigen Schaltelementen liefert, und

   durch Verriegelungsmittel (24,40) zur Rückleitung des ersten Konstantstromes von den Nebenstromzweigen an den Differentialverstärker.
2. 2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsmittel zur Rückleitung des ersten Konstantstromes einen Differentialschalter (24) enthalten,
3. 3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegerlungsmittel zur Rückleitung des ersten Konstantstromes einen Vorspannungszweig (40) enthalten, dessen Ausgang an den Differentialverstärker (24) angekoppelt ist.

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   4· Verstärker nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspannungszweig (40) einen zweiten Ausgang (46) besitzt, der zur Verriegelung der einseitig leitfähigen Schaltelemente zurückgekoppelt ist.

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