DE2019283B2

DE2019283B2 - Differentialverstaerker

Info

Publication number: DE2019283B2
Application number: DE19702019283
Authority: DE
Inventors: Yoshio; Shinoda Hajime; Tokio Ishigaki
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1969-05-01
Filing date: 1970-04-22
Publication date: 1977-07-28
Also published as: DE2019283A1; NL7006176A; US3660679A; CA931236A; GB1290597A; FR2047260A5; NL149965B

Description

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Die Erfindung betrifft einen Differentialverstärker zur Verstärkung, Dämpfung oder Unterdrückung einer Signalspanniing, bestehend aus einem Paar Transistoren mit jeweils drei Elektroden, deren erste Elektroden die Signalspannung gegenphasig zugeführt wird, an deren zweiten Elektroden, die über Lastelemente mit einem ersten Betriebsspannungsanschluß verbunden sind, das Ausgangssignal abgenommen wird, und deren dritte Elektroden mit einem zweiten Betriebsspannungsanschluß sowie über je eine Diode, die gegensinnig in Reihe geschaltet sind, mit einer Steuerstromquelle verbunden sind.
Ein derartiger Differentialverstärker ist aus der DT-AS 1218 525 bekannt Bei diesem Verstarker erfolgt die Zufuhr eines zu verstärkenden Signals und von Siteuerimpul&en mittels Übertragern.

Lter Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, den DlfferentialverstSrker der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß er zum Aufbau in integrierter Bauweise geeignet ist

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß zwischen die dritten Elektroden des Transistorpaars und den zweiten Betriebsspannungsanüchluß als Konstantstromquelle betriebene Transistoren geschaltet sind, deren Emitter mit dem zweiten Betriebsspannungsanschluß, deren Kollektor mit den dritten Elektroden des Transistorpaars und deren Basen mit einer Vorspar-nur.gsquelle verbunden sind, und daß die Steuerstromquelle die Kollektor-Emitter-Strecke wenigstens eines Transistors ist

Durch diese Ausbildung ist es möglich, einen !Differentialverstärker ohne Verwendung induktiver und kapazitiver Elemente aufzubauen. Dieser Differentialverstärker kann je nach Arbeitsweise der Steuerstromquelle zur Signalunterdrückung, -dämpfung oder -verstärkung verwendet werden und eignet sich besonders als Torschaltung. Schaltkreis oder Phasendemodulator für Farbfernsehsignale.

Aufgrund der Verwendung der beiden Konstantstrumquellen-Transistoren fließt durch die anderen Transistoren stets ein konstanter Strom, dem je nach Art der Steuerstromquelle der Signalstrom überlagert ist. Die Ausgangssignale haben somit stets einen konstanten, stabilen Gleichspannungspegel. Wenn der Steuerstromquellen-Transistor gesperrt ist, ändert sich der Strom in den Transistoren, an denen das Ausgangssignal abgenommen wird, nicht, so daß das Eingangssignal an den Ausgängen nicht auftritt. Wenn der Steuerstromquellen-Transistor dagegen leitet, fließen über die Diode vom Eingangssignal überlagerte Gleichströme, und damit erscheint das Eingangssignal auch an den Ausgängen. Die Beeinflussung des Innenwiderstandes der Dioden mittels des Steuerstromquellen-Transistors kann die Verstärkung des Differentialverstärkers geändert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 bis 3 beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels,

F i g. 2 Diagramme verschiedener in der Schaltung der F i g. 1 auftretender Spannungen und

F i g. 3 und 4 Schaltbilder weiterer Ausführungsbeispiele.

Die Schaltung gemäß F i g. 1 enthält einen ersten Transistor Q\ und einen zweiten Transistor Q₂, deren Emitter mit den Kollektoren von Transistoren X\ und X₂ verbunden sind, die als Konstantstromquellen dienen. Die Emitter der beiden Transistoren Q\ und Q₂ sind ferner über Dioden D_x und D₂ sowie Widerstände n, rj an den Kollektor eines gemeinsamen Steuertransistors ί angeschlossen, dessen Emitter über einen Widerstand 2 an Masse liegt und dessen Basis mit einem Steuersignaleingang 3 verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren Qi und Q₂ sind über Lastwiderstände R_x und /?2 mit einem Stromquellenanschluß 4 verbunden. Die Basis der als Konstantstromquellen dienenden Transistoren X\ und X₂ werden von einem Anschluß 5 mit einer festen Vorspannung versorgt; ihre Emitter liegen über einen gemeinsamen Widerstand 6 an Masse. Diese Transistoren X\ und X₂ arbeiten in ihrem Kollektor-Sättigungsbereich, so daß eine Änderung

ihres Kollektorpotentials praktisch keine Änderung im KoHektorstrom verursacht.

Die Transistoren Qi und Qi sind beide <m leitenden Zustand gehalten. Wird der Basis des ersten Transistors Q₁ aber einen Eingang 7 ein Eingangssignal Si zugeführt s und der Basis des zweiten Transistors Q₁ über einen Eingangsanschluß 8 ein Eingangssignal Si, das dem Signal Si in der Richtung entgegengesetzt ist, wobei der Wert eines dem Steuersignalcingang zugeführten Steuersignals unter einem vorgegebenen Wert liegt und der Steuertransistor sich im nichtleitenden Zustand befindet, so fließt kein Strom zu den beiden Dioden Di und Du selbst wenn ferner die Emitter-Potentiale der Transistoren Q\ und Qz, d. h. die Kollektorpotentiale der Transistoren Xi und Xi, durch die Signale Si und S₁ geändert werden, wird hierdurch praktisch keine Änderung in den Kollektorströmen dieser Transistoren Xi und Xi und damit praktisch auch keine Änderung in den über die Lastwiderstände Ri und R₂ fließenden Strömen verursacht. Nimmt man an. daß die Transistoren Q\. Qi und ATi. Xi jeweils dieselbe Charakteristik besitzen und daß die Widerstände Ri und R₂ denselben Widerstandswert Ro aufweisen, so fließen in den Transistoren Xi und Xi Kollektor-Gleichströme I₀ desselben Wertes. Befindet sich der Steuertransistor I, wie oben erwähnt, im nichtleitenden Zustand, so erhält man an den mit den Kollektoren der Transistoren Qi und Qi verbundenen Ausgangsanschlüssen 9 und 10 Gleichspannungen, die in den Fig.2A und 2B durch gerade Linien 11 und 12 angedeutet sind und die gegenüber der Spannung V_B am Anschluß 4 um den Spannungsabfall niedriger ist, der durch den Strom /0 am Widerstand Ro erfolgt. In diesem Falle werden also die Signale Si und S? nicht zu den Ausgangsanschlüssen 9 und 10 übertragen; die Transistoren Qi und Q; bilden somit keine Differentialverstärker.

Übersteigt das dem Steuersignalanschluß 3 zugeführte Steuersignal den vorgegebenen Wert und befindet sich der Steuertransistor 1 im Einschaltzustand, so sind die Dioden Di und D₂ leitend. In diesem Falle fließt daher ein Teil des Kollektorstromes jedes der Transistoren Qi und Q₂ über die Dioden Di bzw. D₂ zum Transistor 1, so daß Signalströme aufgrund der Eingangssignale Si und S₂ durch die Dioden Di und D₂ fließen. In der positiven Halbwelle des Eingangssignals Si und demgemäß in der negativen Halbwelle des Eingangssignals S₂ vergrößert sich der Strom in der Diode Di und verringert sich der Strom in der Diode D₂, so daß der Signalstrom in der durch den Pfeil 13 markierten Richtung fließt. In der negativen Halbwelle des Eingangssignals Si und somit in der positiven Halbwelle des Eingangssignals S₂ fließt der Signalstrom dagegen in entgegengesetzter Richtung. Diese Signalströme bewirken an den Lastwiderständen Ri und R₂ Spannungsänderungen; die Eingangssignale Si und S₂ werden auf diese Weise verstärkt, wobei die verstärkte Signale an den Ausgangsanschlüssen 9 und 10 abgenommen werden können. Weisen die Dioden Di und D₂ dieselbe Charakteristik auf und besitzen die Widerstände η und r₂ denselben Widerstandswert, so erhält man an den Ausgangsanschlüssen 9 und 10 Ausgangssignale 16 und 17, die um Gleichspannungswerte schwanken, die in den Fig.2A und 2B durch gestrichelte Linien 14 und 15 angedeutet sind und gegenüber den durch die Linien U und 12 angedeuteten Spannungswerten um den Spannungsfall niedriger sind, der an den Widerständen Ri und R₂ durch den Gleichstrom / auftritt, der über die Dioden Di und D₂ fließt In diesem Falle besitzt das Au&gangssignal 16 am Anschluß 9 ein entgegengesetztes Vorzeichen gegenüber dem Eingangssignal Si, während das Ausgangssignal 17 am Anschluß 10 dieselbe Polarität (Phase) wie das Eingangssignal Si aufweist.

Arbeitet der Steuertransistor 1 in einem Bereich, in dem sich sein Kollektorstrom mit dem Wert des der Basis zugeführten Steuersignals ändert, und nicht in einem Bereich, in dem der Kollektorstrom gesättigt ist, so ist es möglich, daß der Innenwiderstand der Dioden Di und Di in Durchlaßrichtung durch Änderung des Steuersignals und damit Änderung des Kollektorstromes beeinflußt wird. Der Ausgangssignalstrom / und damit auch die Verstärkung des Differentialverstärkers können somit durch Änderung des Wertes des dem Anschluß 3 zugeführten Steuersignals beeinflußt werden. Man kann daher zu einer automatischen Verstär kungssteuerung kommen, indem man der Basis des Steuertransistors 1, d. h. dem Anschluß 3 eine Signalspannung entsprechend dem Wert des Ausgangssignals zuführt.

Wie aus den Fig.2A und 2B hervorgeht, sind die Gleichspannungswerte an den Ausgangsanschlüssen 9 und 10 in den Fällen verschieden, in denen sich der Steuertransistor 1 im leitenden und im nichtleitenden Zustand befindet, wenn also die Transistoren Qi und Q₂ als Differentialverstärker wirken oder nicht; die Differenz zwischen den Ausgangsspannungen an den Anschlüssen 9 und 10 wird jedoch als Ausgangssignal aufgenommen, wobei der Gleichspannungswert des Ausgangssignals konstant gehalten wird, unabhängig davon, ob sich der Transistor 1 im leitenden oder im nichtleitenden Zustand befindet, ob also die Transistoren Qi und Q? als Differentialverstärker wirken oder nicht. Die Ausgangssignale 16 und 17 an den Anschlüssen 9 und 10 sind ferner in ihrem Vorzeichen (Phase) einander entgegengerichtet, so daß der Wert des Ausgangssignals 18 im Falle, in dem die Transistoren Qi und Qj als Differentialverstärker wirken, dem zweifachen Wert der Ausgangssignale 16 und 17 entspricht (vgl. F i g. 2C). Wird das Ausgangssignal zwischen den Anschlüssen 9 und 10 abgenommen, wie oben beschrieben, so kann man eine Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der Anschlüsse 9 und 10 herstellen und damit ein Ausgangssignal mit einem konstanten Gleichspannungswert erzeugen, wie in F i g. 2C dargestellt ist, indem - wie in F i g. 3 veranschaulicht — die an den Anschlüssen 9 und 10 erhaltenen Ausgangssignale der Basis der Transistoren Y\ und Y₂ zugeführt werden, die einen Differentialverstärker bilden, wobei die Ausgangssignale von den mit den Kollektoren der Transistoren Vi und V2 verbundenen Anschlüssen 19 und 20 abgenommen werden.

Mit einem Steuerkreis gemäß Fig.4 kann ein Ausgangssignal mit konstantem Gieichspannungswert zwischen den Anschlüssen 9 und 10 abgenommen werden. In F i g. 4 sind entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen wie in den F i g. 1 und 3 versehen. Der Steuerkreis enthält anstelle des bei den F i g. 1 und 3 vorgesehenen Steuertransistors 1 die Transistoren 21 und 22. deren Emitter an die der Transistoren 23 und 24 angeschlossen ist, deren Basisanschlüsse 26, 27 mit einer festen Vorspannung versorgt werden und die im Kollektorsättigungsbereich arbeiten, die Kollektoren der Transistoren 21 und 22 sind miteinander verbunden und an den Verbindungspunkt der Widerstände r\ und rj angeschlossen; ihre Basen sind miteinander verbunden und an einem

Steuersignaleingangsanschluß 25 angeschlossen. Die Emitter der Transistoren 21, 23 und 22, 24 sind ferner gemeinsam an den Kollektor eines Transistors X3 angeschlossen, der einen Konstantstromkreis von 2 T₀ bildet. Ist bei dieser Schaltung der Wert eines dem Anschluß 25 zugeführten Steuersignals niedriger als ein vorgegebener Wert und befinden sich die Transistoren 21 und 22 im nichtleitenden Zustand und die Transistoren 23 und 24 im leitenden Zustand, so fließt ein Strom /0 im Widerstand A₁. Transistor Qu Transistor 23 und im Widerstand R₂, Transistor Q₂ und Widerstand 24, jedoch kein Strom in den Dioden Di und D₂: infolgedessen bilden die Transistoren Q\ und Qz keinen Differentialverstärker, und es werden die Signale Si und S₂ nicht zu den Anschlüssen 9 und 10 übertragen. An den Anschlüssen 9 und 10 werden Gleichspannungen Ve- /0 Ro, die um den vom Strom /0 an dem Widerständen R\ und R2 bewirkten Spannungsabfall /0 Ro niedriger als die Spannung Vesind.

Übersteigt dagegen der Wert des dem Anschluß 25 zugeführten Steuersignals den vorgegebenen Wert, so sind die Steuertransistoren 21 und 22 im leitenden Zustand. In diesem Falle wird der Spannungswert des dem Anschluß 25, d.h. den Transistoren 21 und 22, zugeführten Steuersignals höher als die feste Vorspannung gewählt, die der Basis der Transistoren 23 und 24 zugeführt wird, so daß die Impedanzen der Transistoren 21 und 22 extrem niedrig sind. Die Impedanzen der Transistoren 23 und 24 sind daher wesentlich höher als die der Stromwege von den Emittern der Transistoren Q] und Qi zu den Emittern der Transistoren 23 und 24. Die Ströme /0 fließen daher zum Transistor 21 Über den Widerstand Ru den Transistor Qi, die Diode Di. den Widerstand η und zum Transistor 22 über den Widerstand R₂, den Transistor Qj, die Diode Dj und den Widerstand rs. wie gestrichelt angedeutet. Auch in diesem Falle werden daher an den Anschlüssen 9 und 10 Gleichspannungen V_e- /₀ R₀ abgenommen. Die Ströme /0 fließen über die leitenden Dioden Di und D₂, so daß die Transistoren Q\ und Qi einen Differentialverstärker bilden und die Signale Si und S₂ zu den Anschlüssen 9 und 10 gelangen und sich den Gleichspannungen Vb- /0 Ro überlagern. Infolgedessen wird, wie Fi g. 2C zeigt, ein Signal erzeugt, dessen Gleichspannungswcrt nicht schwankt.

Die obige Beschreibung erfolgte für den Fall, daß die entgegengesetzt gepolten Eingangssignalc dem ersten und zweiten Transistor Q\ bzw. Qi zugeführt werden; das Etnganguignal muß jedoch nicht unbedingt dem iwelten Transistor QaiugefÖhft werden. tndlesem Falle fließt der Signalstrom aufgrund des Signals S₂ nicht, so daß der Wert des Signalstromes und demgemäß der des Ausgangssignals V₂ des oben erwähnten ist. Wird das Ausgangssignal vom Anschluß 9 abgenommen, so kann S der Lastwiderstand R₂ entfallen; wird das Ausgangssignal vom Anschluß 10 abgenommen, so ist der Lastwiderstand R_t entbehrlich. Die Konstantstromquellen brauchen ferner nicht unbedingt aus Transistoren zu bestehen, sondern können beispielsweise aus großen Widerständen bestehen. Die Widerstände η und I₂ können in manchen Fällen weggelassen werden.

Durch Steuerung des leitenden und nichtleitenden Zustandes der Steuertransistoren mit dem Steuersignal kann man erreichen, daß der beschriebene Transistorkreis eine Torwirkung bezüglich des Eingangssignals in zwei Betriebsweisen enthält, in denen er einen Differentialverstärker bildet oder nicht bildet; die erfindungsgemäße Schaltung ist daher zur Verwendung als Torkreis oder Schaltkreis sehr geeignet. Wird ferner der Transistorkreis als Differentialverstärker betrieben, so kann seine Verstärkung durch das Steuersignal gesteuert werden; die erfindungsgemäße Schaltung kann daher als Schaltung zur automatischen Verstärkungssteuerung verwendet werden. Wird ferner den Eingangsanschlüssen als Eingangsignal ein zusammengesetzter Farbsignal-Subträger zugeführt, der aus Farb-Subträgern von 3,58 MHz besteht, die jeweils durch verschiedene Farbsignale amplitudenmoduliert sind und gegenseitig außer Phase sind, und werden als Steuersignal Bezugs-Subträger von 3,58MHz zugeführt, die jeweils in Phase mit den Farb-Subträgern sind, so kann eine Torschaltung für den Eingangs-Farbsignal-Subträger durch die Bezugs-Subträger erfolgen und damit ein Farb-Demodulatorkreis gewonnen werden. Die erfindungsgemäße Schaltung kann somit als Phasendetektorkreis oder als Synchrondetektorkreis benutzt werden und eignet sich somit für viele Verwendungszwecke. Die erfindungsgemäße Schaltung kann aus Transistoren. Dioden und Widerständen aufgebaut und leicht in eine integrierte Form gebracht werden.

Bei den erläuterten Ausführungsbeispielcn sind

npn-Transistoren vorgesehen. Es versteht sich, daß sie

durch pnp-Transistoren ersetzt werden können. Man

kann ferner Feldeffekttransistoren benutzen, die in gleicher Weise wie oben beschrieben geschaltet werden

können, wenn man für die Basis, den Emitter und den Kollektor der npn- oder pnp-Transistoren jeweils

Torelektrode, »source«-Elektrodebzw.»drain«-Elektro-

so de setzt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Differenzverstärker zur Verstärkung, Dämpfung oder Unterdrückung einer Signalspannung, bestehend aus einem Paar Transistoren mit jeweils drei Elektroden, deren erste Elektroden die Signal spannung gegenphasig zugeführt wird, an deren zweiten Elektroden, die über Lastelemente mit einem ersten Betriebsspannungsanschluß verbunden >° lind, das Ausgangssignal abgenommen wird, und deren dritte Elektroden mit einem zweiten Betriebs spannungsanschluß sowie über je eine Diode, die gegensinnig in Reihe geschaltet sind, mit einer Steuerstromquelle verbunden sind, dadurch ge- «5 kennzeichnet, daß zwischen die dritten Elektroden des Transistorpaars (Q_x, Q^ und den zweiten Betriebsspannungsanschluß als Konstantstromquelle betriebene Transistoren (X_x. X₂; 23,24) geschaltet sind, deren Emitter mit dem zweiten Betriebsspan· zo nungsanschluß. deren Kollektor mit den dritten Elektroden des Transistorpaars CQi, Q₂) und deren Basen mit einer Vorspannungsquelle verbunden sind, und daß die Steuerstromquelle die Kollektor-Emitter-Strecke wenigstens eines Transistors (1; 21, *5 22) ist.

2. Differentialverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite und (dritte Elektrode des Transistorpaars CQ₁. Q₂) durch Basis, Kollektor und Emitter gebildet sind.

3. Differentialverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal über als Differentialverstärker geschaltete Transistoren (Y\, Y₂) abgenommen wird.

4. Differentialverstärker nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstromquelle zwei Transistoren (21, 22) aufweist.

5. Differentialverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren und 4» Basen der Transistoren (21, 22) der Steuerstromquelle miteinander verbunden sind, und daß der Emitter je eines dieser Transistoren mit dem Emitter je eines Konstantstromquellen-Transistors (23, 24) verbunden ist

6. Differentialverstärker nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen als Konstantstromquelle betriebenen Transistor (Xj), dessen Kollektor mit den Emittern der Konstantstromquellen-Transistoren (23, 24) und der Steuerstromquellen-Transistore η (21,22) verbunden ist.