DE2009912A1 - Differenzverstärker - Google Patents

Description

6942-69/Sch/ko

RCA 59,968

U.S.Serial No. 803,804

filed: March 3, 1969

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A)

Differenzverstärker

Die Erfindung betrifft einen Differenzverstärker mit zwei Transistoren. Insbesondere handelt es sich um einen Differenzverstärker, bei welchem eine Gleichspannungskomponente des zu verarbeitenden Signals unterdrückt wird, welche bei integrierten Verstärkerschaltungen den Aussteuerungsbereich unerwünscht einschränkt.

Unter dem Ausdruck Signalverarbeitungsschaltung seien im folgenden Schaltungsanordnungen verstanden, welche Signale verstärkern, den Gleichspännungspegel von Signalen verändern, Signale miteinander addieren oder subtrahieren und/oder Signale umkehren. Mit integrierter Schaltung sind einheitliche oder monolitische Halbleiteraufbauten oder -plättchen bezeichnet, welche ein Equivalent zu einer mit aktiven oder passiven diskreten Bauelementen (Transistoren, Dioden, Widerständen oder Kondensatoren) aufgebauten Schaltung bilden.

Differenzverstärker werden zur Verstärkung der Differenz zweier Eingangssignale verwendet, wobei die Verstärkung üblicherweise wesentlich höher ist als eine Verstärkung gleicher Komponenten der beiden Eingangssignale wäre.

Eine besondere Notwendigkeit zur Verstärkung eines Ausgangsalgnales, welches die Differenz zweier Eingangssignalanteile darstellt, liegt vor, wenn mehrere, unmittelbar miteinander gekoppelte Veretärkerstufen 'verwendet werden und eine unerwünschte ;

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große Gleichspannungskomponente entfernt werden soll, wobei das gewünschte Signal mit einer kleineren Gleichspannungskomponente übrig bleiben soll. Dies kann mit Hilfe der Eigenschaft eines Differenzverstärkers zur Gleichtaktunterdrückung erfolgen. Insbesondere beim Entwurf von Verstärkern mit Halbleiterbauelementen, hauptsächlich bei einem Aufbau in integrierter Form,kann dadurch jedoch der Ausgangsspannungsbereich begrenzt werden. Wenn am Verstärkerausgang ein sich veränderndes Ausgangssignal erzeugt werden soll, dann ist daher die Verwendung eines Eingangssignals zweckmäßig, dessen Gleichspannungskomponente im Vergleich zu den Signalschwankungen um den den Aussteuerungsbereich bestimmenden Pegel nicht groß ist, so daß die Maximalamplitude des Ausgangssignals in ihrer Größe etwa gleich der zur Verfügung stehenden Betriebsgleichspannung (B+) gemacht werden kann.

Bei Schaltungen mit diskreten Bauelementen, also bei nichtintegrierten Schaltungen, verwendet man häufig Kapazitäten und Induktivitäten zur Sperrung von Gleichspannungskomponenten des Signals und behält auf diese Weise den dynamischen Aussteuerungsbereich durch die SignalVerarbeitungsstufen bei. Jedoch lassen sich solche Bauelemente im allgemeinen nicht auf integrierten Schaltungeplättchen ausbilden, sondern müssen unwirtschaftlich und unzweckmäßig in Porm äußerer, zusätzlich an das Plättchen anzuschließender Bauelemente verwendet werden, so daß zusätzliche Anschlußkontaktflächen benötigt werden.

Ein Verfahren zur Herstellung einer SignalVerarbeitungsstufe, welche eine Pegelverschiebung oder Pegeleinstellung in gleichspannungsgeköppelten,integrierten Schaltunren erlaubt, ist in der US-Patentanmeldung Serial No. 772 245 vom 31. Oktober I96Ü beschrieben. Wenn das EingangssigiaL hierbei eine unerwünschte Gleichspannungskomponente enthält, welche größer als die Amplitudenschwankungen des Nutzsignala ist, dann kann iliose SohaLtun^ kein Ausgangssignal liefern, dessen Maximalamplitude von Spitze im Spitze etwa gleich der verfügbaren BetriebsgLeichapnmiun^ ist,

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Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber in der Schaffung eines Differenzverstärkers, welcher diese Beschränkung nicht aufweist. Sie wird bei einem Differenzverstärker mit zwei Transistoren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine erste, als. Eingangselektrode geschaltete Elektrode des ersten bzw. zweiten Transistors mit einem ersten bzw. zweiten nichtlinearen Widerstandselement, deren Leitwerte proportional der Steilheit des ersten bzw. zweiten Transistors sind, und außerdem über je eine gleichstromdurchlässige Verbindung mit je einem Eingangsanschluß verbunden ist, daß eine zweite Elektrode jedes Transistors an je einen Bezugspotentialpunkt angeschlossen ist, an den auch das erste bzw. zweite Widerstandselement geführt ist, und daß eine dritte Elektrode des ersten Transistors an den Verbindungspunkt der ersten Elektrode des zweiten Transistors mit dem zweiten Widerstandselement angeschlossen und die dritte Elektrode des zweiten Transistors an die Betriebsspannungsquelle geführt ist und mit dem Ausgangsanschluß gleichspannungsgekoppelt ist. Die beiden Widerstandselemente können dabei entsprechend dem ersten und zweiten Transistor als Halbleiterverstärkerelemente ausgebildet werden, die dann mit einer Gegenkopplung versehen werden.

Ein Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß der Differenaverstärker zur Entfernung unerwünschter Komponenten Aus einem Eingangssignal verwendet werden soll. Eingangssignale mit erwünschten und unerwünschten Komponenten werden dem Verbindungspunkt der Eingangselektroden des zweiten Widerstandselementes und des zweiten Transistors und der Eingangselektrode des ersten Transistors zugeführt. Mindestens ein Teil des Eingangssignals mit der unerwünschten Komponente wiaid dem Verbindungspunkt der , Eingangselektroden des ersten Widerstandselementes und des er- | sten Transistors zugeführt. Der dritten Elektrode des zweiten i Transistors wird ein Betriebsstrom zugeführt, und an dieser Elektrode können die Ausgangssignale mit der gewünschten Komponente, aber ohne die unerwünschte Komponente, abgenommen werden.!

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Der Differenzverstärker läßt sich auch zur Subtrahierung zweier Eingangssignale verwenden. Eine erste Eingangsspannung wird über eine erste Impedanz zu den zusammengeschalteten ersten Elektroden des zweiten Widerstandselementes und des zweiten Transistors bzw. zur dritten Elektrode des ersten Transistors geführt, während&ie zweite Eingangsspannung über eine zweite Impedanz den zusammen geschalteten ersten Elektroden des ersten Widerstandselementes und des ersten Transistors zugeführt wird. Die Betriebsspannung wird über eine Ausgangsimpedaa ζ an die dritte Elektrode des zweiten Transistors geführt. Die Ausgangssignale hängen von der Differenz der Eingangssignale ab und entstehen an der Ausgangsimpedanz.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Pig. 1 ein Schaltbild einer nach der Erfindung aufgebauten S i gnalüb e rtragungs s chaltung

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform der Schaltung nach Pig. 1 mit einer anderen Vorspannungsschaltung

Pig. 3 die Schaltung eines erfindungsgemäß aufgebauten Differenzverstärkers, dem Gegentakteingangssignale zugeführt werden und der ein Eintaktausgangssignal liefert, und

Pig. 4 das Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung zur Verwendung in einem Pernsehempfänger, wofür sich die Erfindung insbesondere eignet, wobei die integrierte Schaltung die Punktionen der Zwi β chenfrequenz verstärkung, Videodemodulation, Videoverstärkung, Tonverstärkung und Regelspannungserzeugung erfüllt.

Der in Pig. 1 dargestellte Differenzverstärker ist aus zwei grundsätzlich gleichen Teilen aufgebaut, die jeweils aus der Kombination eines Transistors mit einer Diode bestehen, wobei die Diode aus einem Traneistor, dessen Basis und Kollektor

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zusammengeschlossen sind, gebildet wird. Die Basen der beiden Transistoren sind ebenso wie ihre Emitter zusammengeschaltet. Der Transistor 10 hat einen Emitter 10a, eine Basis 10b und einen Kollektor 10c und ist auf diese Weise mit der aus einem zweiten Transistor, der einen Emitter 12a, eine Basis 12b und einen Kollektor 12c hat, gebildeten Diode zusammengeschaltet. Eine zweite, gleich Zusammenschaltung wird durch einen dritten Transistor 26 mit Emitter 26a, Basis 26b und Kollektor 26c mit einer Diode 28 gebildet, welche von einem Transistor mit Emitter 28a, Basis 28b und Kollektor 28c gebildet wird. Der Differenzverstärker entsteht durch eine Verbindung des Kollektors 26c \ mit dem Schaltungspunkt 24 und eine Verbindung der Basen 10b und 12b mit dem Kollektor 12c. Dem Verbindungspunkt der Basen 26b, 28b und des Kollektors 28c wird ein Eingangsstrom für den Differenzverstärker zugeführt, dem Schaltungspunkt 24 wird der andere Eingangsstrom zugeführt. Der Ausgangsstrom wird vom Kollektor 10c des Differenzverstärkers abgenommen.

Der Gleichvorstrom wird dem Kollektor 10c über den Widerstand von der Betriebsspannungsquelle 14 zugeführt, deren anderes Ende an Bezugspotential (Masse) liegt. Die Emitter 10a und 12a sind ebenfalls unmittelbar nach Masse geschaltet. Zwischen dem Schaltungspunkt 24 und Masse werden die Eingangssignale von einer modulierten Stromquelle eingespeist, die als Reihenschaltung eines Widerstandes 22 mit einer ersten Wechselspannungsquelle 20 und mit einer zweiten Gleichspannungsquelle 18 dargestellt ist. Die Diode 28 wird durch eine ihr parallel geschalte-, te unmodulierte Stromquelle in Durchlaßrichtung vorgespannt, ; welche aus einer Gleichspannungsquelle und einem Widerstand 30 bestehen kann, wobei die Gleichspannungsquelle gleichzeitig I durch die Spannungsquelle 18 gebildet werden kann.

Die Eigenschaften der Dioden 12 und 28 Bind gut auf die Eigen- ι schäften der Transistoren 10 und 26 abgestimmt. Im Palle einer integrierten Schaltung werden diese vier Bauelemente gleichzeitig auf einem einzigen Schaltungeplättchen dicht benachbart aus-

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gebildet, so daß sie praktisch gleiche Eigenschaften haben.

Das bedeutet, daß bei einer vorgegebenen Basis-Emitterspannung, welche einem Bauelementenpaar (Diode und Transistor) zugeführt wird, in beiden Bauelementen die gleiche Emitterstromdichte auftritt. Wenn die Flächen der pn-Übergänge nicht gleich sind, dann zeigen die beiden -Bauelemente für ein gegebenes Eingangssignal nicht gleiche, sondern entsprechend proportionale Emitterströme. Die folgenden Erläuterungen beziehen sich auf den Pail gleicher Ströme in beiden Bauelementen eines Paares.

Es sei zunächst zur Erläuterung angenommen, daß die Verbindungen zwischen Kollektor 26c und Schaltungspunkt 24 und vom Widerstand 30 zum Verbindungspunkt der Spannungsquellen 18 und 20 getrennt sind, so daß der Transistor 26 und die Diode 28 aus der Schaltung herausgelöst sind. Der Betrieb einer solchen Schaltung ist in der bereits erwähnten US-Patentanmeldung 772 245 beschrieben. Transistor 10 und Diode 12 führen bei einer vorgegebenen Eingangsspannung den selben Emitterstrom mit der selben Emitterstromdichte, und die Spannungsverstärkung der Schaltung ist sowohl für die Wechselspannungs- als auch die Gleichspannungskomponenten gleich dem Verhältnis der Widerstände H16/R22. Wenn am Ausgang (Kollektor 10c) des Differenzverstärkers eine lineare Spannung auftreten soll, dann wird das Verhältnis H16 zu R22 so gewählt, daß die maximale Eingangsspannung von den Spannungsquellen 18 und 20 (Gleiche.,-innung + positive Amplitude der Wechselspannung) multipliziert mit der gewählten Verstärkung nicht größer als die Spannung der Spannungsquelle H ist. Das bedeutet, daß die Verstärkung eo gewählt werden muß» daß die Spannung an der Ausgangselektrode 10c des Transistors 10 bei maximaler Eingangssignalamplitude nicht an die Spannungsgrenzen der Spannungsquelle 14 anstößt. Eine weitere Beschränkung für die Verstärkung ergibt sich daraus, daß die von den kombinierten Spannungsquellen 18, 20 (Gleichspannungeanteil abzüglich der maximalen negativen Amplitude der Wechselspannung) mindestens gleich der Schwellspannung der Diode 12 (V^ ) ist, so daß Ver-

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BAD

Zerrungen aufgrund einer Steuerung der Diode 12 und des Transistors 10 in den Sperrzustand vermieden werden. Wenn die Gleich<spannungskomponeite des Eingangssignals größer als die negative Signalamplitude ist, dann überschreitet die minimale Eingangsspannung diese Schwellspannung. Die überschüssige Gleichspannung führt dann zu einem Gleichstrom in der Diode 12, der wiederum einen Kollektorgleichstrom im Transistor 10 und einen Gleichspannungsabfall am Widerstand 16 zur PoIge hat. In diesem Pail ist der dynamische Bereich der Ausgangsspannung (also der verfügbare Bereich für Signaländerungen) kleiner als die volle Spannung der Betriebsspannungsquelle H. Die Verstärkung muß geringer gewählt werden als im Falle, wo die minimale Eingangsspannung gleich der Diodenschwellspannung ist. Der unmodulierte Gleichspannungsabfall am Widerstand 16 führt zu unerwünschten LeistungsVerlusten und damit zu einer Verschlechterung des Wir- \ kungsgrades der Schaltung.

Es sei nun die gesamte Schaltung nach Pig. 1 betrachtet. Der gerade erwähnte Nachteil wird hierbe^dadurch vermieden,daß der Gleichvorstrom ,der durch die überschüssige Eingangsgleichspan* nung erzeugt wird und den unmodulierten Gleichspannungsabfall am Widerstand 16 zur Polge hat, von der Diode 12 abgeleitet wird. Diese Stromableitung erfolgt über ein zweites Paar von Halbleiterbauelementen 26 und28, deren Eigenschaften praktisch denjenigen der Bauelemente 10 und 12 entsprechen. Die zwei Bauelementenpaare und die zugehörigen Schaltungselemente bilden ! einen Differenzverstärker, bei welchem sich die Wirkungen ; gemeinsam zugeführter Spannungen, die die Spannung der Spannungsf-

j quelle 18, aufheben. - ■ ■ '·

Insbesondere erzeugt die Gleichspannungsquelle 18 eine Spannung ausreichender Amplitude und solcher Polung, daß sowohl die Diode 28 als auck der Basis-Emitter-tlbergang des Transistors 26 in Durchlaßrichtung vorgespannt wird (d.h. V_{1 Q}> V_fee gg)· Iⁿ öler · Diode 28 fließt dabei ein Gleichstrom, und ein Gleichstrom

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praktisch der selben Größe kommt im Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors 26 zum Fließen, da die Eingangs-pn-Übergänge der Diode 28 und des Transistors 26 aufeinander abgestimmt und parallel geschaltet sind.

Der der Diode 28 zugeführte Gleichspannungsanteil ist gegeben durch den Ausdruck

^V18

^L30

log der Gleichstromanteil in der Diode 28,

V₁Q der Gleichspannungsanteil der Spannungsquelle 18,

V. die Spannung an der leitenden Diode 28 und

R,q der Wert des Widerstandes 30 ist.

Der vom Transistor 26 geforderte Emittergleichstrom ist praktisch gleich dem Strom Lg. Für üblicherweise in integrierter Technik hergestellte Transistoren (/?'^> 30) ist der Kollektorstrom des Transistors 26 praktisch gleich seinem Emitterstrom. Daher istder Wert des Widerstandes 22 gleich oder kleiner als der des Widerstandes 30, und die Spannung am Kollektor 26c ist gleich oder kleiner als die Spannung an der Basis 28b. Der dem Widerstand 22 von der Spannungsquelle 18 zugeführte Gleichstrom reicht auf, um den von der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 26 aufnehmbaren Gleichstrom zu liefern. Wenn die Widerstände 22 und 30 gleich sind, dann ist der Kollektor-Emitter-Gleichetrom des Transistors 26 gleich dem Gleichstrom im Widerstand. Der Kollektor 26c wird praktisch auf der Spannung V^

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gehalten, da die Basis 12b der Diode 12 unmittelbar an den Kollektor 26c angeschlossen ist und dadurch verhindert, daß die Spannung am Kollektor 26c über die Durchlaßspannung der Diode 12 ansteigt (V_be = V_be ). Außerdem sind die Widerstände 22 und 30 genügend groß im Hinblick auf die zu erwartenden Spannungsschwankungen der Eingangsspannungsquelle 18, 20 gewählt, so daß der Transistor 26 bei den auftretenden Eingängssignalen nicht in die Sättigung gelangt.

Wenn der Widerstand 22 kleiner als der Widerstand 30 wäre, dann würde der von der Spannungsquelle 18 dem Schaltungspunkt 24 zu- < geführte Gleichstrom (G-leichstrom durch den Widerstand 22) den Kollektorstrombedarf des Transistors 26 überschreiten. Dieser überschüssige G-leichstrom wird der Diode 12 und dem Basis-Emitter-Kreis des Transistors 10 als Vorstrom zugeführt. Bei einer bestimmten Anwendung kann also der Widerstand 22 sich in seinem Wert vom Widerstand 30 entsprechend den Vorspannungserfordernissen der Diode 10 und des Transistors 12 unterscheiden.

Wie bereits für die Diode 28 und den Transistor 26 erläutert ist, ist auch der Kollektor-Emitter-Strom άέβ Transistors 10 praktisch gleich dem Basis-Emitterstrom der Diode 12. Der der Diode 12 zugeführte Vorstrom wird mit Rücksicht auf das von der SpannungsqueUß 20 gelieferte Signal und die relative Spannung der Spannungsquelle 14 und die Werte der Widerstände 22 und 16 gewählt.

Wenn beispielsweise angenommen wird, daß die Spannungsquelle eine symmetrische Wechselspannung ohne G-leichspannungskomponente liefert, dann soll der Transistor 10 so vorgespannt werden, daß die Ruhespannung am Kollektor TOc praktisch die Hälfte der Spannung der Spannungequelle 14 beträgt. Die Widerstände 22 und 30 sind nicht gleich gewählt, so daß der gewünschte (überschüssige) Vorstrom für die Diode 12 geliefert wird, der ebenfalls im Kollektorkreia dee Transistors 10 fließt. Der Widerstand 16

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wird dann so gewählt, daß er gleich dem Quotient der halben Spannung der Spannungsquelle 14 und dem gewünschten Kollektor ruhestrom des Transistors 10 ist. Um am Kollektor 10 einen maximalen Signalspannungsanteil zu erhalten, wird überdies das Verhältnis der Widerstände 16 und 22 so gewählt, daß die Gleichung

ν.,, die Spannung der Spannungs quelle H und

V__ die Spitzenspannung der Spannungsquelle 20 ist. ^ss20

Wenn die Signalspannungsquelle 20 ein sich veränderndes Gleichspannungssignal liefert, dann wird der Vorstrom für die Diode so gewählt, daß seine Größe nur ausreicht, um sicher zu stellen, daß alle Signalspannungen am Kollektor 10c wiedergegeben werden. D.h., daß der Diode 12 also nur ein relativ kleiner Vorstrom zugeführt wird und die Ruhespannung am Kollektor 10c fast gleich Vα α ist. Das Verhältnfe R16 zu R22 wird entsprechend dem oben angegebenen Ausdruck gewählt. Die Signalspannungsverstärkung der gesamten Schaltung ist dann gleich

Aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt aich, daß die in Pig.1 dargestellte Schaltung am Kollektor 10c ein Ausgangssignal liefert, welches von der Größe jeglicher unerwünschter Gleichspannungsanteile der Spannungaquelle 18 unabhängig ist.

Andererseits tritt die veränderliche Signalspannungakomponente der Spannungsquelle 18 am Kollektor 10o verstärkt auf. Der Gleichspannungspegel der verstärkten Spannung am Kollektor kann durch eine geeignete Wahl der Widerstände 16, 22 und 38 hinsichtlich der Betriebsspannung gewählt werden.

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"Pig.2 stellt eine Abwandlung der in Figur 1 dargestellten Schaltung dar, bei welcher die Vorströme für die Diode 12 und den Transistor 10 von der Spannungsquelle 14 mit Hilfe eines zusätzlichen Widerstandes 32 abgeleitet werden, welcher zwischen die Spannungsquelle 14 und den Schaltungspunkt 24 eingefügt ist.

In Fig. 2 und den übrigen Figuren sind die durch die Transistoren 10 und 12 in Fig. 1 gebildeten Dioden mit dem üblichen Diodensymbol dargestellt. Die Schaltung nach Fig. 2 arbeitet praktisch in gleicher Weise wie die Schaltung nach Fig. 1 mit der Ausnahme, daß der Widerstand 32 so gewählt ist, daß er den gewünschten Vorstrom für die Diode 12 und den Transistor 10 liefert. In diesem Falle können die Widerstände 22 und 30 den gleichen Wert haben, während die Widerstände 16 und 32 so gewählt sind, daß ein gewünschter Arbeitspunkt für den Transistor 10 eingestellt wird, (die Widerstände 16 und 32 sind für die von der Signalquelle 20 gelieferten veränderlichen Gleichspannungseingangssignale gleich). Die Spannungsverstärkung der gesamten Schaltung ergibt sich wiederum aus dem Verhältnis ^lt? · Diese Schaltung bietet jedoch eine größere Unabhängigkeit 22 in der Wahl der Schaltungsparameter. Wenn eine Ungewissheit über die von der Spannungsquelle 18 gelieferte Gleichspannungskomponente besteht, dann kann die Schaltung nach Fig. 2 überdies mit einer stabilisierten Spannungsquelle 14 betrieben werden, so daß die Vorströme für die Diode 12 und den Transistor 10 stabilisiert sind.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der Signale von zwei Eingangsquelle kombiniert werden und auf einen anderen Gleichspannungspegel umgesetzt werden, als ihm die Eingangssignale aufweisen. Diese Ausführungsform betrifft j einen Anwendungsfall, bei dem gegenphasige Eingangssignale vor- ₍ liegen. Sie eignet sich besonders für die Umwandlung eines symmetrischen Gegentaktsignals in ein unsymmetrisches Eingangssignal, welches einem gewünschten Gleichspannungspegel überlagert sein soll. Die WechselBpannungssignalquelle 20 ist in

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Pig. 3 über die Primärwicklung 34a eines Transformators 34geschaltet, der eine mittelangezapfte Sekundärwicläung 34b hat. Die Gleichspannungsquelle 18 liegt zwischen einer Bezugsspannung (Masse) und der Mittelanzapfung 34c des Transformators. Die übrigen Bauteile sind in Pig.3 mit den selben Bezugsziffern wie in den Figuren 1und 2 bezeichnet.

Zur Erläuterung des Betriebs der Schaltung nach Pig. 3 sei angenommen, daß die Widerstände 22 und 30 gleich sind und daß der Widerstand 32 hinsichtlich der Spannungsquelle 14 so gewählt ist, daß Diode 12 und Transistor 10 für alle zu erwartenden Signalwerte einen ausreichenden Vorstrom führen. Der Widerstand 16 ist in diesem Palle halb so groß wie der Widerstand 32 gewählt, damit am Kollektor 10c eine maximale Nutzspannung (Signalmodulation) abgenommen werden kann. Wie im Zusammenhang mit den Piguren 1 und 2 erläutert ist, werden auch hier der Diode 28 und der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 26 gleiche Gleichströme zugeführt, wobei die Spannung der Quelle 18 größer als der Nominalspannungsabfall V, der Diode 28 ist. Wird von der Spannungsquelle 20 eine sinusförmige Eingangsspannung geliefert und ist die dem Widerstand 30 zugeführte Spannung positiv, dann erhält die Diode 28 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 26 von der Stromquelle 18 zusätzlich zum Gleichstrom einen Signalstrom. Diese Erhöhung desDiodenstroms erfolgt in Übereinstimmung mit dem Anwachsen des Kollektor-Emitterstroms des Transistors 26, wobei diese letztgenannte Stromerhöhung aus dem Abfall des durch den Widerstand j2 zur Diode 12 fließenden VorspannungsStroms resultiert. Gleichzeitig nimmt die dem Widerstand 22 zugeführte Spannung sinusförmig ab und verringert weiterhin den dem Kollektor 26c über den Widerstand 22 zugeführten Strom. Der weitere Abfall des für den Transistor 26 zur Verfügung stehenden Stromes macht sich auch am Widerstand 32 bemerkbar, so daß auch der Strom in der Diode 12 weiter verringert wird. Damit verringert sich der Strom in der Diode 12 um den doppelten Betrag des Stromzuwachses in der Diode 28. Es tritt eine Verringerung des Stroms durch die Kollektor-Emitter-Strecke

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des Transistors 10 auf, die gleich, der in der Diode 12 ist. Damit entsteht am Kollektor 10c eine verstärkte Spannungsänderung.

Für die entgegengesetzte Spannungshalbwelle der Spannungsquelle 20 nimmt der Strom in der Diode 28 ab, der Strom im Transistor 26 verringert sich um einen gleichen Betrag und der Strom in der Diode 12 steigt auf das Doppelte dieses Betrages an. Die entgegengesetzte Halbwelle der Eingangsspannung wird daher in ; gleicher Weise verstärkt.

Die Schaltungsanordnung nach Pig. 3 läßt sich in verschiedener Weise abwandeln. Beispielsweise kann ein zweiter, gleicher Satz von vier Halbleitern und den zugehörigen Bauelementen an den Transformator 34 angeschlossen werden. Die Eingangsanschlüsse für diesen zweiten Bauelementensatz wurden jedoch gegenüber den dargestellten vertauscht, so daß das Ausgangssignal des zweiten Satzes um 180° in der Phase gegenüber dem Ausgangssignal des ersten Satzes verschoben ist. Auf diese Weise können Gegentakteingangssignale in verstärkte Gegentaktausgangssignale umgewan- ; delt werden, die auf einen Gleichspannungspegel bezogen sind, der von denjenigen der Eingangssignale unabhängig ist.

Eine Schaltung, wie sie in Pig. 3 dargestellt ist, kann auch ; Anwendung finden, wenn Signale von zwei unabhängigen Signalquellen zusammengefasst, beispielsweise subtrahiert werden sollen. In diesem Pail können getrennte Eingangswicklungen mit getrennten Sekundärwicklungen von zwei Eingangstransformatoren ^! anstelle des Transformators 34 gekoppelt werden. Die getrennten ! Sekundärwicklungen,(oder anderen unabhängigen geeigneten Signal-j quellen) werden dann entsprechend mit den ersten und zweiten Eingangsanschlussen der Signalübertragungestufe verbunden, so daß die Differenz zwischen den zugeführten EingangsSignalen mit einem von dem der Eingangssignale unabhängigen Gleichspannungsbezugspegel an der AusgangsImpedanz entsteht. In diesem Falle könmen auch unterschiedliche Verstärkungsfaktoren für die beiden

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unabhängigen Eingangssignale gewählt werden, wobei die unterschiedliche Verstärkung durch das Verhältnis der Ausgangsimpedanz 16 zu den jeweiligen Eingangsimpedanzen 22 und 30 bestimmt wird.

In Fig. 4 ist eine integrierte Schaltungsanordnung dargestellt, welche die Punktionen eines Zwischenfrequenz verstärker, Videodemodulators, Videoverstärkers, Tonzwischenfrequenzverstärkers und Regelspannungserzeugers in einem Pernsehempfanger, der teilweise in Blockdarstellgung ausgeführt ist, vereinigt sind.

Diejenigen Schaltungselemente, die auf dem integrierten Schaltungsplättchen ausgebildet sind, sind durch eine gestrichelte Linie umrandet. Die Betriebsspannungsquelle B+ ist außerhalb des Plättchens angeordnet. Der Übersichtlichkeit halber sind verschiedene Schaltungsverbindungen und die Leitungen zur Betriebsspannungsquelle B+ nicht einzeln ausgezogen, sondern die Punkte, denen die Betriebsspannung zugeführt wird, sind nur durch das Symbol B+ markiert. Alle diese Punkte B+ auf den Schaltungsplättchen sind in der Praxis zu einem einzigen Anschluß B+ des Plättchens zusammen geführt, der mit der Betriebsspannungsquelle verbunden wird. In entsprechender Weise sind auch die Masseverbindungen, die jeweils durch das Massesymbol dargestellt sind, in Wirklichkeit durch Leiter auf dem Plättchen untereinander verbunden und zu Masseanschlüssen an gegenüberliegenden Enden des Platteneis zusammengeführt. Eine genauere Erläuterung des tatsächlichen Aufbaus eines solchen Schaltungsplättchene ist in der US-Patentanmeldung 803 544 von Jack Avins beschrieben,

In Fig. 4 wird die vom Tuner kommende Zwischenfrequenz über ein erstes Frequenzfilter 40 zu einem ersten Zwischenfrequenzverstärker 42 geführt. Die verstärkten ZF-Signale werden über ein zweites Filter 46 auf die aweite und dritte ZF-Stufe 48 bzw. 50 gegeben.

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Ein weiteres Ausgangesignal des zweiten Filters- 46 gelangt zu einer Tonfrequenzmischstufe 42, die ein 4,5 MHz Ton-ZF-Signal ; liefer*. ■■

Das Ausgangssignal des dritten ZF-Verstärkers 50 wird der Basis 52b eines Videodemodulatortransistors 52 zugeführt, der als Emitterfolger geschaltet ist. Zwischen den Emitter 52a des Tran-* sistors 52 und eine Bezugsspannung (Masse ist mit Hilfe eines Vorspannungsmodulationstransistors 56 ein Testwiderstand 54 _: geschaltet. Zwischen die Basis 52a und Masse ist ein Kondensator 58 eingeschaltet. Der Ausgangs des Videodemodulator 52 ist über ein 45 MHz Filter 60 mit der Basis 62b eines Emitterfolger-* transistors 62 verbunden. Die Emitter 52a und 62a sind über einen Kondensator 64 zur Anhebung des oberen Frequenzendes miteinander verbunden.

Der Emitter 62 ist mit einem ersten Eingangsanschluß 65 einer Signalübeitragungsstufe 66 verbunden. Parallel mit einer Frequenzanhebungsschaltung aus der Reihenschaltung eines Widerstandes 68 mit einem Kondensator 70 liegt eine Impedanz 67 zwischen dem Emitter 62a und einem ersten Schaltungspunkt 72 in der Signalübertragungsstufe 66. Vom Verbindungspunkt des Kondensators 70 mit dem Widerstand 68 ist eine Zenerdiode 74 nach Masse geschaltet.

Zwischen dem Ausgang eines dritten ZF-Verstärkers 50 und Masse liegt ein Filter aus der Reihenschaltung eines Widerstandes 76 mit einem Kondensator 78. Die am Kondensator 78 liegende Gleichspannung wird einem Bezugsvorspannungstransistor 80 zugeführt, dessen Emitter 80a an den Verbindungspunkt des Widerstandes 54 I mit dem Vorspannungsmodulationstransistor 56 geführt ist. Der Ausgang des Transistors 80 liegt über ein 45 MHz Filter 82 (das praktisch gleich dem Filter 60 ist) an einen Emitterfolgertransistor 84 gekoppelt, dessen Emitter mit einem zweiten Eingangsanschluß 85 der Signalübertragungsstufe 66 verbunden ist. Eine Impedanz 86 liegt zwischen dem Eingangsanschliß 85 und einem

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zweiten Schaltungspunkt 88 in der Signalübertragungsschaltung

Die Signalübertragungsstufe 66 enthält einen ersten Transistor 90, dessen Emitter 90a nach Masse geschaltet ist, dessen Kollektor 90c über einen Ausganslastwiderstand 92 an eine Betriebsspannungsquele (B+) geführt ist und dessen Basis 90b mit dem ersten Schaltungspunkt 72 verbunden ist. Ein zweites Halbleiterbauelement ist als Diode 94 dargestellt, dessen Basis 94b und Emitter 94 a unmittelbar zwischen Basis 90b und Emitter 90a des Transistors 90 geschaltet sind. Die Diode 94 wird vorzugsweise als dem Transistor 90 identischer Transistor ausgebildet, dessen Kollektor und Basis miteinander verbunden sind. Die Signalübertragungsstufe 66 enthält ferner ein drittes und viertes Halbleiterelement, welche als Transistor 96 und Diode 98 dargestellt sind, die im Aufbau und der Betriebsweise den Bauelementen 90 und 94 entsprechen. Der Emitter 96a des Transistors 96 liegt unmittelbar an Masse, sein Kollektor 96c ist mit dem ersten Schaltungspunkt 92 (dem Verbindungspunkt von Widerstand 67 mit Basis 90b) verbunden und seine Basis liegt am zweiten Schaltungspunkt 88 (einem Ende des Widerstandes 86). Der Emitter 98a der Diode 98 ist mit dem Emitter 96a verbunden, die Basis 98b ist mit der Basis 96b am zweiten Schaltungspunkt 88 verbunden.

Das Ausgangssignal der Signalübertragungsschaltung 66, welches am Kollektor 90c entsteht, wird unmittelbar auf den Videoverdcärkertransistor 100 geführt. Der Transistor 100 erhält seinen Basisvorstrom über eine Stromquelle 102, welche über einen Widerstand 104 mit dem Emitter 100a verbunden ist. Die verstärkten Video- und Synchronisiersignalanteile aus dem demodulierten Fernsehsignal entstehen am Emitter 100a und werden auf weitere Videoverstärkerstufen und eine Synchronsignaltrennstufe geführt, wie dies bei Fernsehempfängern üblich ist. Der Videoverstärkertransistor 100 liefert ferner Videosignale an einen getasteten Verstärkungsregeldetektor find an eine Störunterdrückungsschaltung 108. Die Tastimpulse werden von der Horizonblablenkstufe des

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Fernsehempfängers an diese Schaltungen geliefert. Der Detektor 106 sorgt für die Verstärkungsregelung der Zwischenfrequenz- und Tunerverstärker, wie dies in der US-Patentanmeldung Serial No. 803 590 von Jack R. Harford beschrieben ist.

Beim Betrieb der Schaltungsanordnung nach Figur 4 entstehen am Ausgang des dritten ZF-Verstärkers 50 die verstärkten ZP-signale, und diese werden der Basis 52b des Videodemodulator-Transistors 52 zugeführt. Da die ZF-Verstärker 48 und 50 und der Demodulator 52 unmittelbar in dieser Reihenfolge miteinander verbunden sind und außerdem an eine gemeinsame Betriebsspannungsquelle B+ geschaltet sind, entsteht außerdem eine nennenswerte unerwünschte Gleichspannungskomponente and der Basis 52b des Transistors 52, die mit Hilfe der Signalübertragungsstufe 66 entfernt wird, wie im folgenden erläutert ist.

Die ZF-Signalkomponente der an der Basis 52b liegenden Spannung wird mit Hilfe der Siebschaltung aus dem Widerstand 76 und dem Kondensator 78 herausgefiltert, so daß praktisch nur die unerwünschte Gleichspannungskomponente in Höhe von etwa 5»5 V am Kondensator 78 ansteht. Diese Gleichspannungskomponente erscheint vermindert um den Basis-Emitter-Spannungsabfall (0,6V) des Transistors 80 am Verbindungspunkt des Emitters 80a mit dem Widerstand 54. Entsprechend erscheint die unerwünschte Gleichspannungskomponente an der Basis 52b vermindert um den Basis-Emitter-Spannungsabfall des Demodulatortransistors 52 am Verbindungspunkt von dessen Emitter 52a mit dem Widerstand 54. Die Gleichspannung am Emitter 80a ist etwas geringer als die am Emitter 52 a, so daß dem Emitter 52a über den Widerstand 54, (der etwa 4kO beträgt) ein kleiner Vorstrom (in der Größenordnung von 50/uA) zugeführt wird. Der Demodulatortransistor 52 arbeitet für die ZP-Signale bis herab zu sehr niedrigen Signalpegeln linear, wie in der US-Patentanmeldung 803 920 von Jack R. Harford erläutert ist. '

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Die am Emitter 80a anstehende Gleichspannungskomponente erscheint verringert um einen zusätzlichen Basis-Emitter-Spannungsabfall des Transistors 84 am Eingangsanschluß 85 der Signalübertragungsschaltung 66. In gleicher Weise wird die unerwünschte Gleichspannungskomponente, verringert um die Basis-Emitter-Spannung des Demodulatortransistors 52, und das demodulierte Videosignal, welches am Emitter 52a erscheint, dem Emitterfolger 62 zugeführt. Die Gleichspannungskomponente, die ferner um den Basis-Enritterspannungsabfall des Transistors 62 vermindert wird, liegt zusammen mit dem demodulierten Videosignal am ersten Eingangsanschluß 65 an. Die Signalübertragungsschaltung ist so ausgebildet, daß diejenigen Spannungsanteile, welche an den Eingangsanschlüssen 65 und 85 liegen, entfernt werden, und daß diejenigen Spannungskomponenten, die nur an einem Eingangsanschluß auftreten, verstärkt werden. Insbesondere wird die unerwünschte Gleichspannungskomponente, welche der Gleichspannungskomponente am Ausgang des dritten ZF-Verstarkers 50 entspricht, unterdrückt, während das demodulierte Videosignal, welches am Ausgang des Videodemodulators 52 anliegt, verstärkt und dem Videoverstärkertransistor 100 durch die Signalübertragungsstufe 66 zugeführt wird.

Die Signalübertragungsstufe 66 arbeitet praktisch in gleicher Weise wie die Schaltung nach Figur 1. Die unerwünschte Gleichspannungskomponente, die gemäß Mg, 1 auf die Batterie 18 zurückzuführen ist, entspricht der am Ausgang des dritten ZF-Verstärkers 50 liegenden Gleichspannung und wird über die Transistoren 62 und 64 auf die Eingangs*nachlüsse 65 bzw, 85 in Fig. 4 übertragen. Das erwünschte siel), verändernde Signal von der Spannungsquftlle 20 in Fig,1 entspricht dem Ausgangssignal des Videodemodulatortransistors 52_f welches über den Transistor 62

^: dem Eingangsanschluß 65 zugeführt wird. In Fig. 4 ruft die unerwünschte Gleichapannungskoraponente, die am Eingangsanschluß 85 liegt, einen Gleichstrom im Widerstand 06 und der Diode 98 hervor. Der Transistor 96 vorHangt einsn praktisch ebensogroßen

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Kollektorgleichstrom, der durch die unerwünschte Gleichspannungskomponente geliefert wird, welche am Eingangsanschluß 65 herrscht. Der Widerstand 67 wird etwas kleiner als der Widerstand 86 gewählt (beispielsweise 1980 O gegenüber 2000 0), so daß der Diode 94 und dem Basis-lmitter-Übergang des Transistors 90 ein Gleichvorstrom zugeführt wird, der ein Leiten der Diode 94 und des Transistors 90 bei kleinen Werten des Videosignalanteils sicherstellt.

Die am Eingangsanschluß 65 anliegenden Videosignalanteile rufen Stromänderungen in der Diode 94 und im Eingangskreis (Basis-Emitter-Strecke) des Transistors 90 hervor. Daher entsteht am Kollektor 90c eine sich verändernde Spannung entsprechend der Videosignalkomponente. Die Videosignalspannung am Kollektor 90c ist praktisch gleich der entsprechenden Spannung am Eingangsanschluß 65 multipliziert mit dem Verhältnis R92 zu R67 (Signalverstärkung der Signalübertragungsstufe 66). Typischerweise liegt der Widerstand 92 in der Größenordnung von 8 k0, so daß die Verstärkung für die Videosignale in der Signalübertragungsstufe 66 etwa 4 beträgt. Da die dem Transistor 90 zugeführte Eingangsvorspannung relativ Hein ist, kann sich die Ausgangssignalspannung praktisch zwischen den Pegeln B+ und Masse ändern, ohne daß eine erwünschte Gleichspannungskomponente auftritt.

Der Betrieb des Modulations-Vorspannungstransistors 56 ist im einzelnen in der US-Patentanmeldung 803,920 beschrieben. Es genügt an dieser Stelle zu erläutern, daß der Transistor 56, auf einen dem Videosignal entsprechenden Strom durch den Widerstand 67 anspricht, so daß der Bezugsvorspannungstransistor

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für alle zu erwartenden Videosignalpegel am Videodemodulator leitend vorgespannt wird. Der maximale Videosignalpegel am Ausi gang des Demoaulators 52 wird durch die Wirkung der automatischek ¹ Verstärkungsregelung des Fernsehempfängers auf einem gewünschten Weit gehalten.

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Claims (11)

Patentansprüche

1.4 Differenzverstärker mit zwei Transistoren, dadurch gekennzeichnet , daß eine erste, als Eingangselektrode geschaltete Elektrode (25b bzw. 10b) des ersten bzw. zweiten Transistors (26 bzw. 10) mit einen⁵, ersten bzw. zweiten nichtlinearen Widerstandselement (28 bzw. ¹2), deren Leitwerte proportional der Steilheit des ersten bzw. zweiten Transistors (26 bzw. 10) sind» \md außerdem über eine gleichstromdurchlässige Verbindung (30 bzw. 22) mit je einem Eingangsanschluß verbunden ist, daß eine zweite Elektrode (26a bzw. 10a) jedes Transistors a;i :]e einen BeznjgGpQ-uarjtialpunkt (Masse) angeschlossen ist, an d-211 auch das erste bzw. zweite Widerstandselement (28 bzw. 12) geführt ist, und daß eine dritte Elektrode (26c) des ersten Transistors (26) an den Verbindungspunkt der ersten Elektrode (10b) des zweiten. Vr-ii, .»t;rs (10) mit dem zweiten Widerstandselement (12) angö,7ehlo33ou und die dritte Elektrode (10c) des zweiten Transistors (10) an die Betriebsspannungsquelle (14) geführt und mit dem AusgangsaaBohluß gleichspannungsgekoppelt ist.

2. Differenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente (28,10) durch dre.i elektrodige Halbleiterverstärkerelemente gebildet werden, aerr.Ji zweite und dritte Elektroden (Basis und Kollektor) zusammengeschaltet sind und als ein Anschluß des Widerstandselements dienen, während die zweite Elektrode (Emitter) als anderer Anschluß dea Widerstandselementes dienen.

3. Differenzverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (Basis) jedes der Halbleiterelemente (28,10) unmittelbar mit seiner dritten Elektrode (Kollektor) verbunden ist.

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4. Differenzverstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (26,10) eine hohe Steilheit im Vergleich zur Impedanz der mit den Eingangsanschlüssen verbundenen Spannungsquelle und der damit verbundenen Gleichspannungskoppelelemente aufweisen.

5. Differenzverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Transistoren (26,10) bipolare Transistoren sind, deren erste Elektrode die Basis, deren zweite Elektrode der Emitter und deren dritte Elektrode der Kollektor ist.

6. Differenzverstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Gleichspannungsverbindungen eine direkte Verbindung ist. '

7. Differenzverstärker nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Gleichspannungsverbindungen ein Widerstand ist.

8. Differenzverstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingangsanschluß, der mit jeder der Gleichspannungsverbindungen, welche aus einem Widerstand (30,22) bestehen, verbunden ist, Eingangsspannungssignale zugeführt werden.

9. Differenzverstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (10c) des zweiten Verstärkertransistors (10) über einen Widerstand (16) mit der Betriebsspannungsquelle (14) verbunden ist.

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10. Differenzverstärker nach, einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das einem der Eingangssignale zugefügte Signal einzig aus einer Gleichspannungskomponente besteht.

11. Differenzverstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente in einer einzigen integrierten Schaltung ausgebildet sind.

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