DE2000394C - Getasteter Leseverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen getasteten Leseverstärker mit zwei als Differentialverstärker zusammengeschalteten und das zu verstärkende Signal an ihren Eingängen empfangenden Verstärkerelementen, deren zwei Signalausgänge über jeweils eine Ausgangsimpedanz an eine gemeinsame Vorspannungsquelle angeschlossen sind, und einer ersten Konstantstromschaltung, die einen ersten konstanten Strom aus der Vorspannungsquelle über die Ausgangsimpedanzen und 5 über die beiden Verstärkerelemente zieht

Vorgespannte DitTerentialverstärker werden vielfach als Verstärker für ein Signal bestimmter Stromrichtung in willkürlich zugänglichen magnetischen Speichern und für viele andere Zwecke benutzt. Solche Verstärker dürfen auf starke Rauschimpulse und andere unerwünschte Eingangssignale nicht ansprechen, wenn sie sich in ihrem Bereitschaftszustand befinden, müssen dagegen auf die gewünschten Eingangssignale gut ansprechen, wenn sie in einen aktiven Verstärkungszustand, den sogenannten »Betriebszustand« versetzt werden sollen.

Ein derartiger Verstärker eines Differentialspeichers ist verhältnismäßig starken Rauschsignalen während des Schreib-Teils des Speicherzyklus ausgesetzt, welcher den Verstärker, selbst wenn er sich in semem Bereitschsftszustand befindet, zu sättigen bestrebt ist Es muß daher ein Warte-Invervafl für den Verstärker vorhanden sein, damit dieser wieder entsättigt werden kann, bevor er auf das verhältnismäßig kleine gewünschte Speichersignal, das eine bestimmte Stromrichtung hat, während des Lese-Teils des Speicherzyklus ansprechen kann.

Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems besteht darin, die Verstärkerelemente so vorzuspannen, daß sie im Bereitschaftszustand vollständig gesperrt sind. Dies hat jedoch den Nachteil, daß eine nicht unerhebliche Zeitspanne und eine nicht unerhebliche Energie zur Umschaltung der Verstärkerelemente aus dem vollständig gesperrten Zustand in einen Betriebszustand, in welchem das Verstärkerelement tatsächlich ein einlaufendes Signal verstärken kann, zur Verfugung stehen muß.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Verstärker zu schaffen, der aus einem gegenüber Stör- und Rauschsignalen unempfindlichen Bereitschaftszustand schnell in einen gut verstärkenden Betriebszustand umschaltbar ist. Bei einem Verstärker der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe gelöst durch eine zweite Konstantstromschaltung, die im Bereitschaftszustand des Differentialverstärkers und über zwei von den Signalausgängen abzweigende und über je ein unipolares Element führende Nebenstromwege einen zweiten konstanten Strom aus der Vorspannungsquelle durch die Ausgangsimpedanzen zieht, und eine Umschalteinrichtung, die sowohl mit dem Differentialverstärker als auch mit den beiden Nebenstromwegen verbunden ist und auf ein an ihrem Steuereingang empfangendes Tastsignal hin für dessen Dauer den Strom von den Nebenstromwegen auf den Differentialverstärker umschaltet und diesen dadurch in den Betriebszustand versetzt.

Das erfindungsgemäße Prinzip, den aus einer zusätzlichen Konstantstromschaltung kommenden Strom nur für die Dauer eines besonderen Tastintervalls durch die Verstärkerelemente fließen zu lassen und ihn während der übrigen Zeit über entsprechende Nebenstromwege um die Verstärkerelemente herumzuleiten, ermöglicht ein besonders schnelles Umschalten vom Bereitschaftszustand in den Betriebszustand, was für viele Anwendungsfälle eines Verstärkers von Vorteil sein kann. Im Bereitschaftszustand hält die erste Konstantstromschaltung die Verstärkerelemente in einem schwachleitenden Zustand. Durch Rauschsignale, die im Bereitschaftszustand auftreten, werden die Ströme durch die beiden Verstärkerelemente zwar ungleich groß gemacht, jedoch wird dieser Einfluß durch ein gleichgroßes Übergewicht der Ströme durch die beiden unipolaren Elemente kompensiert. Die Umschalteinrichtung, die vorzugsweise aus einem weiteren Differentialverstärker als eigentliches Schaltglied und einer Vorspannschältung als vom Tastsignal beaufschlagbare Eingangsstufe besteht, leitet den aus der zweiten Konstantstromschaltung gelieferten Strom im Betriebszustand durch die Verstärkerelemente, so daß diese auf ein gewünschtes Eingangssignal schnell ansprechen können.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert, welche das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Verstärkers zeigt.

Ein insgesamt mit 10 bezeichneter Differentialver stärker enthält zwei Transistoren Q₁ und Q₂, deren Basiselektroden an die Eingangsklemmen 12 angeschlossen sind. Die Transistoren Q₁ und Q₂ besitzen je einen Kollektorwiderstand 14 bzw. 16, deren beide obere Klemmen an einen gemeinsamen Widerstand 18 einer ersten Quelle 20 einer Konstantstromschaltung angeschlossen sind. Die Emitter der Transistoren Q₁ und Q₂ sind über kleine Widerstände 2' bzw. 22 an einen gemeinsamen Schaltungspunkt 23 angeschlossen, dieser Schaltungspunkt 23 ist mit der Kollektorelektrode eines Transistors Q₃ verbunden, der mit einem Transistor Q₄ zu einem weiteren Differentialverstärker 24 zusammengeschaltet ist

Die Emitter der Transistoren Q₃ und Q₄ sind über π einen gemeinsamen Schaltungspunkt 25 an die Kollektoren eines Transistors Q₅ angeschlossen. Der Transistor Q₅ ist das Stromsteuerelement einer ersten Konstantstromschaltung, 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-Ausgangselektroden der Transistoren Q₁ und Q₁ sind an die Ausgangsleitungen 31 und 32 angeschlossen. Zwei in nur einer Richtung leitfähige Schaltelemente (unipolare Elemente) oder Dioden 33 und 34 sind mit ihren Anoden an die betreffenden Ausgangsleitungen 31 und 32 angeschlossen, während ihre Kathoden über eine gemeinsame Lei tung 36 an den Kollektor des Transistors Q₄ gelegt jo ist.

Die Transistoren Q₃ und Q₄ sind so geschaltet, daß sie einen weiteren Differentialverstärker 24 bilden, in welchem entweder nur der eine oder nur der andere der beiden Transistoren zu einem gegebenen Zeitpunkt Strom führt. Die Transistoren sind im Bereitschaftszustar.d so vorgespannt, daß der Transistor Q₃ gesperrt ist. während der Transistor Q₄ leitend ist. Dieser Bereitschaftszustand wird durch eine Span nung von weniger als 1 Volt an der Eingangsklemme 38 einer im ganzen mit 40 bezeichneten Vorspannschaltung aufrechterhalten.

Die Schaltung 40 enthält einen Transistor Q₆, der in Emitterfolgcachaltung angeordnet ist und einen insgesamt mit 42 bezeichneten Emitter-Ausgangszweig besitzt, der eine Gleichstromausgangsklemme 43 und eine entsprechend gewählte in ihrem Spannungsni veau verschiebbare Ausgangsklemme 44 aufweist. Die Gleichstromausgangsklemme 43 ist über eine Diode 45 und über Leitungen 46 und 36 an die Kathoden der Dioden 33 und 34 angeschlossen. Die ge ringe Spannung, die im Bereitschaftszustand an der Ausgangsklemme 43 vorhanden ist, sperrt die Diode 45 und verhindert einen Stromfluß über die Leitung 46. Die Ausgangsklemme 44 ist an die Basiselektrode 5 des zum weiteren Differentialverstärker 24 gehörigen Transistors Q₃ angeschlossen.

Das im Bereitschaftszustand an der Ausgangs klemme 44 vorhandene Potential, das an der Basiselektrode des Schalttransistors Q₃ liegt, sperrt diesen Transistor und hält durch Differentialwirkung in dem gemeinsamen Emitterzweig den Schalttransistor Q₄ voll geöffnet. Wenn die Eingangsspannung an der Klemme 38 auf einen Wert von etwa 3 Volt steigt, macht das Ausgangssigna! an der Klemme 44 des 6 Transistors Q₆ den Schalttransistor Q₃ stromdurchlässig. Der Konstantstrom des Transistors Q₅, der somit über den Transistor Q₃ vom Transistor Q₄ abgenommen wird, sperrt diesen Transistor Q₄. 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, sodaß 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 Ausgangswiderstände 14 und 16 zugeführte Konstantstrom wird im Bereitschaftszustand durch den gesperrten Schalttransistor Q₃ von den Differentialverstärker-Transistoren Q₁ und Q₁ ferngehalten. Der über die Ausgangswiderstände 14 und 16 zugeführte Konstantstrom fließt dann über die den Stromweg überbrückenden Dioden 33 und 34 und über den im Bereitschaftszustand leitenden Schalttransistor Q₄ zur zweiten Klemme 25 der Quelle 26. Venn jedoch ein positiver Impuls der Basis des Transistors Q₆ zugeführt wird, kehrt sich der Leitungszustand der Schalltransistoren Q₃ und Q₄ um, sodaß der Konstantstrom von dem die Dioden 33 und 34 enthaltenden Stromzweig ferngehalten wird und über die Differentialverstärkertransistoren O₁ und Q₁ fließt. Dies ist der Betriebszustand der Schaltungsordnung.

Der Differentialverstärker 10 ist mit einer zweiten zusätzlichen Konstantstromschaltung 50 ausgerüstet, welche die Stromlieferungsklemmen 20 und 23 aufweist und einen Transistor Q₁ enthält, dessen Emitter über einen Widerstand 51 an eine Vorspannungsklemme 28 angeschlossen ist, und dessen Basiselektrode an die Klemme 30 einer Vorspannungsquelle angeschlossen ist. Die insgesamt mit 50 bezeichnete zweite Konstantstromquelle mit Einschluß des Transistors Q₁ ist so geschaltet, daß stets ein Strom von der Klemme 20 über die Ausgangswiderstände 14 und 16 und über die Transistoren Q₁ und Q₂ zur Klemme 23 fließt. Der Betrag dieses von der Konstantstromqueüe 50 gelieferten Stromes wird vorzugsweise etwa 20% kleiner als der von der ersten Kon stantstromquelle 26 mit dem Transistor Q₃ gelieferten Stromes bemessen. Der ganze durch die Ausgangswiderstände 14 und 16 fließende Strom ist stets gleich der Summe der von den beiden Konstantstromquellen 26 und 50 gelieferten Ströme.

Die Ausgangssignale des Differentialverstärkers 10 auf den Leitungen 31 und 32 sind an die Eingänge des Verstärkers, der logischen Schaltung und der Schwellwertstufe, die nicht mit dargestellt sind, angeschlossen.

Beim Betrieb der dargestellten Schaltungsanordnung werden Signale von einem Speicher oder einer anderen Signalquelle an die Eingangskbmmen 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 Differentialverstärker-Transistoren Q₁ und Q₂ und ebenso die Transistoren in den nachfolgenden Stufen, so daß ein Erholungsintervall eingeschaltet werden muß, bevor die Transistoren in einen Zustand zurückkehren, in welchem sie auf die verhältnismäßig schwachen Signale ansprechen können, welche während-des Lese-Teils des Speicherzyklus vorhanden sind.

Während des mit Rauschsignalen behafteten Teils des Speicherzyklus wird den Transistoren ß, und Q₂ 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 ß, und Q₂ liegende Rauschsignal nur eine begrenzte Wirkung auf den Stromdurchgang in den beiden Transistoren, da von der zweiten Konstantstromquelle nur ein begrenzter Strom geliefert wird. Jedoch wird wegen des durch das Rauschen hervorgerufenen Stromungleichgewichts in den Transistoren Q_x und Q₁ kein Ausgangssignal-Ungleichgewicht auf den Ausgangssignalleitungen 31 und 32 erzeugt. Dieses Ungleichgewicht der Ausgangssignale tritt des- π halb 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 im Transistor Q₁ einen höheren Strom hervorruft, und somit der Transistor Q₂ einen geringeren Teil des vom Transistor Q₁ herrührenden Konstantstroms führt, besteht eine Tendenz zur Spannungsverminderung auf der Ausgangsleitung 31 und eine Tendenz zum Spannungsanstieg auf der Ausgangsleitung 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 Gesamtstrom durch diese beiden Dioden durch die Konstantstromquelle 26 festgelegt ist. Eine 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 ß, und die Diode 33 bleibt konstant. Da die Summe dieser Ströme konstant bleibt, und da die Summe der Ströme den Ausgangswiderstand 14 durchfließt, ist die Signalspannung auf der Ausgangsleiturig 31 ebenfalls konstant und unabhängig von dem Rauschsignal am Eingang.

Gleicher Weise führt die gleichzeitig auftretende Stromabnahme im Transistor Q₂ zu einer gleich großen und kompensierenden Stromzunahme durch die Diode 34, so daß die Signalspannung auf der Ausgangsleitung 32 vom Rauschsignal unbeeinflußt bleibt.

Die beschriebene Ausschaltung des Eingangsrauschens der Schaltung wird durch eine Anordnung erreicht, bei welcher die DifFerentialverstärker-Transistoren Q₁ und Q₂ im Bereitschaftszustand in leitendem Zustand gehalten werden. Die Transistoren 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 Q₁ und Q₂ zu leiten. Es ist also nicht notwendig, die Transi stören ß, und Q₂ durch das ganze Spannungsinter vall zwischen dem nichtleitenden Zustand und dem leitenden Zustand hindurchzusteuern.

In einem gewählten Zeitpunkt während des Lese Teils des Speicherzyklus, wenn an den Eingangsklem men 12 ein Signal bestimmten Vorzeichens auftritt, wird ein Betätigungsimpuls der Eingangsklemme 38 zugeführt und macht über den Transistor Q₆ den Differentialschalttransistor Q₃ stromdurchlässig. Hier durch wird der Schalttransistor Q₄ selbsttätig gesperrt Unter diesen Umständen wird das Eingangssignal durch die Transistoren. Q₁ und Q₂ voll verstärkt und über die Ausgangsleitungen 31 und 32 an den folgenden Teil der Schaltungsordnung weitergegeben.

Obgleich wegen der Sperrung des Schalttransistors ß₄ kein Strom durch die Dioden 33 und 34 fließt, können diese Dioden doch eine unerwünschte kapazi tive Belastung des gewünschten Eingangssignals auf den Ausgangsleitungen 31 und 32 darstellen. Diese Belastungswirkung wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung durch die Zuführung des Betätigungs signals über die Diode 45 und über die Leitungen 46 und 36 an die Kathoden der Dioden 33 und 34 ver mieden. Das Betätigungssignal hat daher eine größere positive Signalamplitude, welche die Dioden im Sinne einer Sperrung stärker vorspannt, so daß diese eine viel höhere kapazitive Belastung des gewünschten Si gnals auf den Ausgangsleitungen 31 und 32 darstel len.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Getasteter Leseverstärker mit zwei als Differentialverstärker zusammengeschalteten und das zu verstärkende Signal an ihren Eingängen empfangenden Verstärkerelementen, deren zwei Signalausgänge über jeweils eine Ausgangsimpedanz an eine gemeinsame Vorspannungsquelle angeschlossen sind, und einer ersten Konstantstromschaltung, die einen ersten konstanten Strom aus der Vorspannungsquelle über die Ausgangsimpedanzen und über die beiden Verstärkerelemente zieht, gekennzeichnet durch eine zweite Konstantstromschaltung (26), die im Bereitschaftszustand des Differentialverstärkers (10) über zwei von den 1; Signalausgängen (31, 32) abzweigende und über je ein unipolares Element (33, 34) führende Neben- ' stromwege einen zweiten konstanten Strom aus der Vorspannungsquelle (20) durch die Ausgangsimpedanzen (14, 16) zieht, und eine Umschalteinrichtung (24, 40, 42), die sowohl mit dem Differentialverstärker als auch mit den beiden Nebenstromwegen verbunden ist und auf ein an ihrem Steuereingang (38) empfangenes Tastsignal hin für dessen Dauer den Strom von den Nebenstromwegen auf den Differentialverstärker umschaltet und diesen dadurch in den Betriebszustand versetzt.

2. Getasteter Leseverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalt einrieb tung (24, 40, 42) als Schaltglied einen weiteren Differentialverstärker (24) enthält

3. Getasteter Leseverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Umschalteinrichtung (24, 40, 42) eine über den Steuereingang (38) von dem Tastsignal beaufschlagbare Vorspannschaltung (40) enthält, die mit eicem ersten Ausgang (44) auf den Eingang des weiteren Differentialverstärkers (24) gekoppelt ist

4. Getasteter Leseverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Vorspannschaltung (40) einen zweiten Ausgang (46) besitzt, der mit den unipolaren Elementen (33, 34) derart gekoppelt ist daß er sie bei Empfang des Tastsignals in Sperrichtung vorspannt.

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