DE2047417C3 - Widerstandsarmer Differenzverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen widerstandsarmen Differenzverstärker, bei dem die Differenzsignalströme den Basis-Elektroden zweier Eingangstransistoren mit einer gemeinsamen Emittcrimpcdanz zugeführt werden.

Insbesondere bezieht sich Ji? Erfindung auf einen solchen Verstärker zur Anwendung in integrierten Schaltungen, bei denen die Anzahl benutzter Transistoren und Dioden von geringerer Bedeutung ist als die Anzahl benutzter Widerstände und bei denen Induktivitäten und Transformatoren völlig und Kondensatoren vorzugsweise zu vermeiden sind.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Emiltcrimpcdanz im gemeinsamen Emitterzweig der Eingangslransislorcn wenigstens eine Diode verwendet wird, daß zu dem Emitterzweig zwei Stromzweige parallel geschaltet sind, die die Basis-Emitter-Strecken zweier weilerer Transistoren, welche derart geschaltet sind, daß die Kollektorströme gleich sind, und daß die Kollektoren der weiteren Transistoren mit den Basiselektroden der Eingangstransistoren verbunden sind.

Die Erfindung bezweckt einen widerstandsarmen Differenzverstärker zu schaffen, der einen großen Diskriminationsfaktor (Empfindlichkeit für Differenzsignale im Vergleich zu der Empfindlichkeit für gleichphasige Signale) aufweist und außerdem große gleichphasige (commonmode) Signale verarbeiten kann.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die weiteren Transistoren nur den gleichphasigen Bestandteil des Eingangssignalstroms aufnehmen können, wodurch einerseits zur Einstellung des Ruhestromes der ersteren Transistoren keine besonderen Vorkehrungen benötigt werden, während andererseits ein großer Diskriminationsfaktor erzielt wird

Die weiteren Transistoren und die Diode in der Emitterleitung der ersteren Transistoren weisen ja zwangsweise die gleiche Basis-Emitter-Spannung auf. Wenn die weiteren Transistoren die gleiche Emitteroberfläche aufweisen, nehmen sie den gleichen Strom, und zwar den gleichphasigen, den Eingangsklcmmcn der Schaltung zugeführten Signalstrom, auf. Der Strom durch die Diode ist noch von der Größe der Emitteroberfläche dieser Diode abhängig, aber ist stets um einen konstanten Faktor größer als der gleichphasige Bestandteil des Eingangssignals. Dieser Diodenstrom kann also unmittelbar als Ruhestrom Für die Eingangsiransistoren wirken, so daß eine zusätzliche Stromquelle mit den gegebenenfalls zugehörigen Widerständen überflüssig wird.

Die Größe der Ruheströme kann durch die Wahl der Größe der Emiiteroberfläche der Diode eingestellt werden. Dm einen großen Ruhestrom /u erhalten, kann eine Anzahl Dioden parallel geschaltet werden, wobei die Emittcroberfläche jeder der Dioden wieder frei gewählt werden kann.

Die Differenzsignalsiröme, die den Eingangsklcmmen der Schaltung zugeführt werden, können nicht von den weiteren Transistoren aufgenommen werden und wirken somit zwangsweise als ßasisströme für die Eingangstransistoren. Diese Differenzsignalströme werden also um einen Faklor gleich der Stromverstärkung der Eingangstransistorcn verstärkt. Der Diskriminationsfaktor der Schaltung kann somit besonders groß sein.

Die Schaltung weist also einerseits den Vorteil auf, daß die Verwendung von Widerständen völlig vermieden werden kann, weil zusätzliche Stromquellen entbehrlich sind, während sich andererseits der Vorteil ergibt, daß ein großer Diskriminalionsfaktor erzielt werden kann.

Die Schaltung ist ferner für eine Erweiterung besonders geeignet, durch die die Bandbreite vergrößert wird, wie in der Figurenbeschreibung näher erläutert wird. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß bei hohen Frequenzen nur eine einzige Zcitkonstante eine Rolle spielt.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. F.s zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform der Schaltung nach der Erfindung und

F i g. 2 eine Erweiterung dieser Schaltung.

Der Gegentaktverstärker nach Fig. 1 enthält Transistoren Ti und T2,deren Basis-Elektroden mit Eingangsklemmen / und deren Kollektoren mit Ausgangsklemmen α verbunden sind. Der gemeinsame Emitter dieser Transistoren ist über einen als Diode geschalteten Transistor T^ mit der Spciscquelle verbunden. Die Basis-Emitter-Strecken zweier weiterer Transistoren Γι und Τ* sind zu dieser Diode parallel geschaltet, wobei die Kollektoren dieser Transistoren mit den Basis-Elektroden der Transistoren T\ und T2 verbunden sind.

Die Transistoren T\ und T* weisen infolge der gemeinsamen Basis und des gemeinsamen Emitters die gleiche Basis-Emitter-Spannung auf. Bei gleicher Emitteroberfläche dieser Transistoren führen sie also zwangsweise den gleichen Strom. Werden den Eingangsklemmen der Schaltung Signalströme zugeführt, so nehmen diese Transistoren also nur den gleichphasigen Bestandteil dieser Signalströmc auf.

Die Diode T 5 weist ebenfalls die gleiche Basis-Emitter-Spannung wie die erwähnten Transistoren auf. Wenn die Emitteroberfläche dieser Diode gleich der der Transistoren Tj und Ta ist, ist der Strom durch die Diode somit ebenfalls gleich dem gleichphasigen Bestandteil der Eingangssignalströmc. Der Strom durch diese Diode kann also chne weiteres zur Ruhestromein-

stellung der Transistoren T|iind Ti verwendet werden. Dieser Ruhestrom kann auf jeden verlangten Wert durch die Wahl der Größe der Emitieroberfläche der Diode Ti in bezug auf die der Transistoren Γ ι und T* eingestellt werden. |e größer die Emiiteroberfläche der Diode Ti ist, um so größer ist der Ruhestrom. Naturgemäß kann zur Vergrößerung des. Ruhestromes statt der Diode T-, eine Parallelanordnung mehrerer Dioden verwendet werden, wobei wieder die Emiiteroberfläche jeder der Dioden frei gewählt werden kann. ,

Dieser Ruhestrom der Transistoren T\ und 7"> kann auch dadurch eingestellt werden, daß ein Widerstand zwischen dem gemeinsamen Emitter der Transistoren T ι und TΊ und der .Speisequelle und gegebenfalls ein Widerstand in der Emitterleilung der Diode T', ι, angeordnet wird. Bei Inlegraiion weist dieses Verfahren jedoch Nachteile auf, und zwar die Anwesenheit der Widerstände und die Tatsache, daß nicht mehr von einem gemeinsamen Emitter für die Transistoren Tj, 7% und die Diode T\ ausgegangen werden kann. .<

Die Diffcren/signalströme.dieden Eingangsklemmen zugeführt werden, können nicht von den Transistoren Γι und T* aufgenommen werden und wirken also zwangsweise als Uasisströmc für die Transistoren 7Ί und T2. Diese Diffcrcnzsignalströme werden also um .... einen Faktor gleich der Stromverstärkung der betreffenden Transistoren verstärkt. Die Verstärkung des Differenzsignals ist also viel größer als die des gleichphasigen .Signals, so daß ein sehr großer Diskriminationsfukior erreicht ist.

Die .Schaltung ist für eine Erweiterung nach Fig.2 besonders geeignet. Dabei ist zwischen der Basis des Transistors Ti und dem Kollektor des Transistors Ti bzw. zwischen der Basis des Transistors Ti und dem Kollektor des Transistors T^ eine Diode Th bzw. Tj angeordnet, wobei die Emitter dieser Dioden über einen Kondensator C'miteinander verbunden sind.

Für niedrige Frequenzen, bei denen der Kondensator C noch eine große Impedanz aufweist, wirkt die Schaltung auf gleiche Weise wie die nach Fig. 1. Bei hohen Frequenzen bildet sich aber über den Kondensator fein möglicher Weg für die Differenzsignalströme, so daß diese dann nicht mehr als Basisströme für die Transistoren Ti und T> wirken. Die Differenzströme durchlaufen nun aber die Dioden Tt₁ und Tj, die zusammen mit den Transistoren Ti und T₂ einen Stromverstärker bilden, wobei der Verstärkungsfaktor durch den Quotienten der Einstellstrrr.e der Transistoren und der Dioden bestimmt wird. Bei gleichen Einstellströmen ist die Stromverstärkung bei hohen Frequenzen gleich 1. Das Verhalten der Schaltung bei hohen Frequenzen wird also durch die Größe des Kondensators bestimmt. Außerdem spielt bei hohen Frequenzen nur eine einzige Zeitkonstante eine wichtige Rolle. Die Frequenzabhängigkeit der Stromverstärkung von Ti und Ti ist beseitigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Palentansprüche:

1. Widerstandsarmer Differenzverstärker, bei dem die Signalströme den Basis-Elektroden zweier Eingangstransistoren mit einer gemeinsamen Emitterimpedanz zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Emitterimpedanz im gemeinsamen Emitterzweig der Eingangstransistoren wenigstens eine Diode (Τη verwendet wird, daß zu dem Emitterzweig zwei .Stromzweige parallel geschaltet sind, die die Basis-Emitter-Slrecken zweier weiterer Transistoren, welche derart geschaltet sind, daß die Kollektorströmc gleich sind, und daß die Kollektoren der weiteren Transistoren mit den Basiselektroden der Eingangstransistoren (T \, , T >) verbunden sind.

2. Gegentaktverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der weiteren Transistoren (T \. Tt) über Dioden (Tb, Ti) mit den Basis-Elektroden der Eingangstransistoren (T\, T>) verbunden sind, während die Verbindungsleitungen zwischen diesen Kollektoren und diesen Dioden über einen Kondensator (C) miteinander verbunden sind.