DE2006203B2 - Differenzverstarkeranordnung fur Wechselstromsignale mit Transistorver starkerelementen und Gegenkopplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Differenzverstärkeranordnung für Wechselstromsignale mit Transistor-Verstärkerelementen und einer beiden Verstärkerelementen gemeinsamen Gegenkopplung.

Durch die USA.-Patentschrift 3153 203 ist eine Transistoren als Verstärkerelemente aufweisende Differenzverstärkeranordnung bekanntgeworden, bei der für die Zwecke der Gleichstromstabilisierung in den Emitterzweigen der beiden je das eine der beiden Signale verstärkenden und subtrahierenden Transistoren Gegenkopplungswiderstände vorgesehen sind, wobei einer der hierfür vorgesehenen Widerstände gemeinsam von dem Strom der beiden genannten Transistoren durchflossen wird. Zur Erzielung einer Gegenkopplung der Signalfrequenz sind die Emitterelektroden der beiden Transistoren über die Serienschaltung einer Kapazität und eines ohmschen Widerstandes miteinander verbunden zu dem Zweck, daß sich für die gewünschten Gegentaktsignale eine mäßig starke Gegenkopplung auswirkt, die Charakteristikunterschieden der beiden Transistoren entgegenwirkt, ohne die Verstärkung für die Differenzsignale wesentlich herabzusetzen. Es wird auf diese Weise eine relativ starke Unterdrückung von Gleichtaktsignalen bei geringer Beeinträchtigung der Verstärkung für Gegentaktsignale bewirkt. Dadurch, daß jedem Transistor von dem gemeinsamen Gegenkopplungswiderstand ein individueller Gegenkopplungswiderstand zugeordnet ist, besteht die Möglichkeit, durch entsprechende Wahl dieser individuellen Gegenkopplungswiderstände Charakteristikunterschiede der beiden Transistoren auszugleichen.

Die französische Patentschrift 1458 893 zeigt eine Transistor-Differenzverstärkerschaltung, bei der den beiden Transistoren im Emitterstromkreis je ein individueller Gegenkopplungswiderstand und zusätzlich

ein von einem Parallelkondensator überbrückter gemeinsamer Gegenkopplungswiderstand vorgesehen ist: der hierbei vorgesehene Parallelkondensator dient dem Zweck, den störenden Einfluß der Basis-Kollektor-Kapazität zu unterdrücken, und um dies sicherzu-

stellen, ist eine entsprechende Bemessung des gemeinsamen Gegenkopplungswiderstandes und des parallelgeschalteten Kondensators erforderlich. Eine ähnliche, den gleichen Zwecken dienende Schaltung ist in der französischen Patentschrift 1540315 ge-

zeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine individuelle Einstellung der Gegenkopplungsverhältnisse der in den beiden Hälften des Differenzverstärkers vorgesehenen Transistoren, und zwar sowohl in

so bezug auf Gleichstromschwankungen als auch in bezug auf die Signalfrcquenz, zu erzielen.

Eine Differenzverstärkeranordnung für Wechselstromsignale mit zwei je von dem einen der zu subtrahierenden Signale gesteuerten Transistor-Verstärkerelementen und mit einem beiden Verstärkerelementen gemeinsamen Gegenkopplungswiderstand und mit jedem Verstärkerelement zugeordneten individuellen Gegenkopplungswiderständen in den Emitterzweigen kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß parallel zu den individuellen Gegenkopplungswiderständen je ein Kondensator parallel geschaltet ist, der für die Signalfrequenz einen im Vergleich zu den Widerständen niedrigen Scheinwiderstand bildet.

Der durch die Erfindung erzielte technische Fortschi itt liegt in der bereits eingangs erwähnten individuellen Einstellung der Gegenkopplungsmittel beider Hälften der Schaltung einerseits in bezug auf Gleichspannungsschwankungen und Charakteristikunterschiede und andererseits in bezug auf Gegenkopplung bei der Signalfrequenz. Für die erstgenannte Gegenkopplungsind der gemeinsame Vorwiderstand und die beiden je einem der Verstärkerelemente zugeordneten Gegenkopplungswiderstände maßgeblich; für die zweite genannte Gegenkopplung sind die den letztgenannten Widerständen parallelgeschalteten Kapazitäten und der gemeinsame Vorwiderstand maßgeblich.

So gestattet die Erfindung, ohne auf die Verwendung aufeinander abgepaßter Verstärkerelemente zurückgreifen zu müssen, einen genauen und stabilen Abgleich der Differenzverstärkeranordnung für die Signalfrequenz.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, daß die Basiselektrode des mit seinem Kollektorstrom den Ausgangssirom liefernden Transistor-Verstärkerelements durch Anwendung einer Spannungsteileranordnung eine gegenüber dem Bezugspunkt konstante Spannung aufweist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die den Transistor-Verstärkerelementen zugeordneten individuellen Gegenkopplungswiderstände derart unterschiedlich gewählt sind, daß bei Steuerung des einen Transistors in den Sperrzustand der andere Transistor seinen Sättigungszustand noch nicht erreicht.

Die erfindungsgemäße Schaltung eignet sich insbesondere für Differentialverstärker zur Verstärkung

von Wechselstromsignalen in elektronischen Apparaten wie etwa Stereoeinheiten, Radioempfängern, Fernsehempfängern und deren Zwischenfrequenzverstärker.

Die Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigt

F i g. i eine Schaltskizze der Grundschaltung eines e rfindungsgemäßen Differentialverstärkers,

F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltung,

F i g. 3 bis 8 verschiedene Ausführungsbeispiele der Grundschaltung gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung zeigt zwei Transistoren 1 und 2, deren Basis mit den Eingangs- '5 klemmen 3 und 4 verbunden ist. Ein Eingangssignal von der Quelle 50 wird den Klemmen 3 und 4 zugeführt. Die Basis des Transistors 2 ist für ein Wechselstromsignal im wesentlichen über eine Kapazität 5 geerdet. Der Kollektor des Transistors 1 ist mit der ^o Ausgangsklemme 6 und mit dem positiven Pol 8 einer Spannungsquelle über einen Widerstand 7 verbunden. Über einen Widerstand 9 ist die Basis des Transistors 2 mit der Niederspannung des Widerstandes 7 verbunden und über den Widerstand 10 geerdet. In der derartigen Schaltanordnung ist die Basis des Transistors 2 mit einer Spannung vorgespannt, die zwischen den die Spannung teilenden Widersländen 9 und 10 herrscht. Der Kollektor des Transistors 2 ist mit der Ausgangsklemme 11 verbunden. Zwischen den Klemmen 6 und 11 kann ein Ausgangssignal begriffen werden. Der Emitter des Transistors 1 ist mit dem auch zürn Transistor 2 führenden Emitterwiderstand 15 über eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 13 und einer Kapazität 14 mit einer sehr viel niedrigeren Impedanz für höhere Frequenzen des Wechselstromsignals als bei dem Widerstand 13 verbunden. Deshalb kann die Gleichstromkomponente des Signals durch den Widerstand 13 hindurchgehen, und die Wechselstromsignalkomponente läuft über die niedrige Impedanz der Kapazität 14. Der Emitter des Transistors 2 ist über einen Widerstand 16 und eine Kapazität 17 ebenfalls mit der Parallelschaltung verbunden. Je größer der Wert der Widerstände 13 und 16 ist und je niedriger die Impedanz der Kapazitäten 14 und 17 für Wechselstromsignale ist, je größer ist der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Schaltung.

Die Grundschaltung des Differentialverstärkers gemäß der Erfindung ist in der oben beschriebenen Weise ausgeführt. Wenn an den Eingangsklemmen das Signal 50 die Amplitude Null hat und die Eingangsklemmen 3 und 4 dasselbe Potential zeigen, dann tritt auch an den Ausgangsklemmen 6 und 11 kein Signal auf. Herrscht zwischen den Klemmen 3 und 4 aber eine Spannungsdifferenz, dann wird diese verstärkt und an den Ausgangsklemmen 6 und 11 abgegriffen. Die Gleichstromkomponente des Emitterstroms des Transistors 1 ist über den Widerstand 13 und den Emitterwiderstand 15 geerdet und das Wechselstromsignal über die Kapazität 14 mit kleiner Impedanz und den Widerstand 15. Vom Emitterstrom des Transistors 2 ist die Gleichstromkomponente über den Widerstand 16 und den Emitterwiderstand 15 geerdet und das Wechselstromsignal über die Kapazität 17 und den Widerstand 15. Auf diese Weise geht die Gleichstromkomponente des Signals über den Widerstand 13 und 16 über den Emitlcrwiderstand 15 gegen Erde, und das Wechselstromsignal läuft über die Kapazität 14 oder 17 mit niedriger Impedanz. Aus diesem Grund wird nur die Gleichstromkomponente des Signals durch den Widerstand 13 oder 16 gedämpft, hat dadurch keine Wirkung auf den jeweils anderen Transistor und stabilisiert den Kollektorstrom jedes Transistors des Differentialverstärkers.

Fig. 2 zeigt die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Grundschaltung. Auf der Abszisse ist die Differenz zwischen der Basisspannung des Transistors 1 und der des Transistors 2, also die Eingangssignalspannung, abgetragen (nach rechts positiv, nach links negativ). Auf der Ordinate ist der Kollektorstrom abgetragen. Bei graduell anwachsender Eingangssignalspannung nimmt auch der Kollektorstrom des Transistors 1 graduell zu, wie es durch die gestrichelte Linie A gezeigt ist, während der des Transistors 2 abnimmt, wie es durch die Linie B gezeigt ist. Bei weiterer Zunahme der Amplitude des Eingangssignals ist der Transistor 2 gesperrt, der Kollektorstrom des Transistors 1 erreicht sein Maximum, und bei weite rem Anwachsen des Eingangssignals erreicht der Kollektorstrom seinen Sättigungsbereich und bleibt konstant. Wächst die Amplitude des Eingangssignals zur negativen Seite hin, dann sind die Arbeitslinien der Transistoren 1 und 2 einfach zu vertauschen. Entsprechende Wechselstromsignal-Arbeitskurven der Transistoren 1 und 2 sind durch die gestrichelten Linien A und B gezeigt. Da die Gleichstromkomponente des Signals durch die Widerstände 13 und 16 in der durch die Linien C und D gezeigten Weise gedämpft ist, zeigen die Gleichstromarbeitskurven C und D eine geringere Neigung als die Wechselstromsignal-Arbeitskurven A und B. Wenn die Kenndaten der Transistoren 1 und 2 genau dieselben sind, kreuzen sich die Arbeitskur\ <. η der Signaleingangsspannung A, B, C und D indem Punkt OV (gemäß Fig. 2). Der Verlauf der Kurven ist symmetrisch zur Achse OV. Sind jedoch die Kenndaten der Transistoren 1 und 2 unterschiedlich, dann ist eine unterschiedliche Basisspannung notwendig, damit derselbe Emitterstrom auftritt, d. h. es existiert eine Verschiebespannung V_s, die eine Verschiebung nach links oder rechts bewirkt. Beispielsweise soll der Transistor 2 eine niedrigere Basisspannung zur Aussendung eines Kollektorstromes bestimmter Amplitude benötigen als der Transistor 1. Der Schnittpunkt mit der Kurve des Transistors 2 verschiebt sich nach links bis zum Punkt der Spannung V_s. Diese Verschiebung ist durch die unterschiedlichen Gleichslromcharakteristiken hervorgerufen worden, und entsprechend wurde die Verschiebung entlang der Gleichstromarbeitskurve C vorgenommen. Wird die Verschiebung entlang der Wechselstromsignal-Arbeitskurve vorgenommen, dann ändert sich der Kollektorstrom um /_s vom Schnittpunkt von OK aus. Findet die Verschiebung entlang der Gleichstromarbeitskurve statt, dann ist das Ausmaß der Verschiebung I₀, und die Änderung für den Gleichstrom ist kleiner. Deshalb zeigt die Balance in der Schaltung des Differentialverstärkers auch bei zwei Transistoren mit etwas verschiedenen Kenndaten nur eine sehr geringe Störung, und es ist möglich, die Stabilität des Wechselstromarbeitspunktes beizubehalten.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Schaltung abgewandelten Ausführung. Die den in Fig. 1 dargestellten Teilen entsprechenden Teile sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Das Ausführungsbei-

spiel kennzeichnet sich dadurch, daß die Widerstände 13 und 16 und die Kapazitäten 14 und 17 der Fig. 1 auf der Kollektorseite der Transistoren 1 und 2 eingeführt sind.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das eine Kombination der in den Fig. 1 und 3 gezeigten Schaltungen ist, bei dem die Parallelschaltung aus Widerstand und Kapazität am Kollektor und am Emitter des Transistors eingeführt sind. Da dieses Ausführungsbeispiel ein Anwachsen des Widerstandes der Gleichstromschaltung ermöglicht, kann damit die Stabilität der Gleichstromkenndaten noch weiter erhöht werden, und das Prinzip der Erfindung wird damit noch besser erreicht.

In Fig. 5 ist eine Schaltung gezeigt, in der die Erfindung in einer Zwischenverstärkerstufe eines FM-Empfängers verwendet wird, die einen eine Amplitude begrenzenden Effekt hat. Die in Fig. 1 dargestellte Grundschaltung liegt zwischen den Ein- und Ausgangsklemmen der Zwischenfrequenztransformatoren 20 und 21. Die den in Fig. 1 gezeigten Teilen entsprechenden Elemente sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

In F i g. 6 ist eine Schaltung gezeigt, die die in F i g. 3 gezeigte Schaltung verwendet und die in einem Zwischenfrequenzverstärker eines FM-Empfängers mit amplitudenbegrenzender Wirkung und Zwischenfrequenztransformatoren 20 und 21 verbunden ist. Der übrige Teil der Schaltung entspricht der Schaltung der Fig. 3.

Wie aus Fi g. 7 zu ersehen ist, ist eine Kombination der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Schaltungen unter Einführung der Parallelschaltung von Widerstand und Kapazität auf beiden Seiten von Emitter und Kollektor des Transistors möglich. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Gleichstromslabilität noch weiter vergrößert.

Die nichtgesättigte Verstärkerschaltung gemäß der Erfindung ist folgendermaßen aufgebaut: In den in Fig. 5 und 6 gezeigten Schaltungen liegt ein großes Eingangssignal an. Auch wenn der Transistor 1 in Sperrstellung ist, herrscht doch eine Vorspannung, so daß der Transistor 2 nicht im Sättigungsbereich arbeitet, oder der Wert des Widerstandes 13 ist kleiner gewählt als der des Widerstandes 16, so daß die Basis des Transistors 1 etwas mehr vorgespannt ist. Oder aber die zwischen Basis und Emitter benötigte Spannung zur Aussendung eines konstanten Kollektorstromes zum Transistor 1 wird niedriger gewählt als die für den Transistor 2, d. h. die Spannung V_s wird verwendet. Wegen dieser Zusammenstellung ist der

ίο Ausgleich von Transistor 1 und 2 verlorengegangen, aber dank der Parallelschaltung von Widerstand und Kapazität gemäß der Erfindung sind die Variationen im Arbeitspunkt sehr klein. Wenn die Schaltung jedoch in dieser Weise zusammengesetzt ist, besteht ein die Amplitude begrenzender Effekt durch die Sättigung des Transistors 1 und die Sperrcharakteristik des Transistors 2. Wenn ein Eingangssignal mit großer Amplitude gegeben ist und der Transistor 1 sich im Sperrzustand befindet, dann ist der Transistor 2 noch

ao nicht im Sättigungsbereich. Der Transistor 2 dämpft somit nicht den Zwischenfrequenztransformator 21, so daß die Ergebnisse der Differentialverstärkung, wie etwa ausgewählte Signale, Einfangverhältnisse, AM-Dämpfung usw., nicht verschlechtert werden.

In Fig. 8 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Wenn die in F i g. 8 gezeigte Schaltung in der Praxis verwendet wird, müssen jedoch einige Teile entfernt werden. Die Zwischenfrequenzverstärkerschaltung ist zweistufig längsverbunden.

Die Eingangskieminen sind mit einem festen Resonanzfilter 31 verbunden, der Ausgangswiderstand der ersten Stufe besteht aus einem parallelgeschalteten Widerstand 32 und einer Spule 33. Da der Ausgangswiderstand nicht durch Verstärkungselemente ge-

dämpft wird, ist die erste Stufe aus einer Differentialverstärkerschaltung des gesättigten Typs zusammengesetzt. Der Ausgangswiderstand der zweiten Stufe ist durch eine Resonanzschaltung aus einer Kapazität 34 und einer Spule 35 gebildet. Damit diese Resonanzschaltung nicht gedämpft wird, besteht die zweite Stufe aus einer Differentialverstärkerschaltung des ungesättigten Typs.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Differenzverstärkeranordnung für Wechselstromsignale mit zwei je von dem einen der zu subtrahierenden Signale gesteuerten Transistor-Verstärkerelementen und mit einem beiden Verstärkerelementen gemeinsamen Gegenkopplungswiderstand und mit jedem Verstärkerelement zugeordneten individuellen Gegenkopplungswiderständen in dem Emitterzweigen, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den individuellen Gegenkopplungswiderständen (13, 16) je ein Kondensator (14,17) parallel geschaltet ist, der für die Signalfrequenz einen im Vergleich zu den Widerständen (13,16) niedrigen Scheinwiderstand bildet.

2. Differenzverstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode des mit seinem Kollektorstrom des Ausgangsstrom liefernden Transistor-Verstärkerelements (2) durch Anwendung einer Spannungsteileranordnung (9, 10, S) eine gegenüber dem Bezugspunkt konstante Spannung aufweist.

3. Differenzverstärkeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Transistor-Verstärkerelementen (1, 2) zugeordneten individuellen Gegenkopplungswiderstände (13, 16) derart unterschiedlich gewählt sind, daß bei Steuerung des einen Transistors in den Sperrzustand der andere Transistor seinen Sättigungszustand noch nicht erreicht.