DE2132293A1

DE2132293A1 - Differenzverstaerker

Info

Publication number: DE2132293A1
Application number: DE19712132293
Authority: DE
Inventors: Thorpe Laurence Joseph
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1970-06-29
Filing date: 1971-06-29
Publication date: 1972-01-05
Also published as: GB1357620A; US3733559A

Description

RCA Docket No. 63,258
Convention Date:
June 2 9, 1970

ÄCA Corporation, New York, N.Y., V.St.A.

Differenzverstärker

Die Erfindung betrifft einen Differenzverstärker mit Gesamtgegenkopplung zum Erzeugen eines differentiellen Gegentaktsignals aus Eingangssignalen, die zwei Zweigen einer Eingangsstufe mit Gleichtaktsignalunterdrückung zugeführt sind.

Für manche Zwecke, besonders für bestimmte Videosignalbehandlungsschaltungen, braucht man einen leistungsfähigen Verstärker mit differentiellen Eingängen und Ausgängen, der insgesamt gegenkoppelnd ist. Ein solcher Verstärker muß außerdem eine gute Gleichtaktunterdrückung in seinen beiden Signalzweigen aufweisen. Um die hochwertige Verstärkung differentieller Videosignale, die beispielsweise für Anklammerungs- und Verstärkungsfernregelverstärker benötigt wird, zu erzielen, muß ein derartiger Verstärker mit erheblicher Gegenkopplung arbeiten, die über einen erheblichen Signalfrequenzbereich, einschließlich des Frequenzbereiches des 3,58-MHz--Farbträgers, wirksam bleibt. Dies ist notwendig, damit die differentielle Phasen- und Verstärkungsverzerrung des Videosignals nur minimal ist.

Die bisher bekannten Schaltungsanordnungen mit Gegenkopplung haben .-jedoch den Nachteil, daß die Gleichtaktunterdrückung erheblich beeinträchtigt ist. 7ur Gleichtaktunterdrückung: ist zwischen die K Intfaritfskreise der beiden Zweige des Differenzverstärkers eine

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in beiden Richtungen stromleitende Anordnung geschaltet. Die für jeden Zweig des Verstärkers vorgesehene herkömmliche Gegenkopplungsschaltung sorgt zwar für die gewünschte Gegenkopplung von den Ausgängen zu den Eingängen, sie bewirkt aber außerdem eine unerwünschte Vorwärtskopplung von den Eingängen zu den Ausgängen. Durch diese Vorwärtskopplung wird die Gleichtaktunterdrückung praktisch zunichte gemacht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Differenzverstärker mit Gegenkopplung zu schaffen, der mit guter Gleich taktunterdrückung arbeitet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Differenzverstärker der eingangs genannten Art zwei Eingangsstufenverstärker mit je einem Eingangskreis mit zwei Anschlüssen und einem Ausgangskreis mit zwei Anschlüssen, wobei ein Anschluß dem Eingangs- und dem Ausgangskreis gemeinsam ist, vorgesehen sindj daß zwei Signale gleichzeitig den Eingangskreisen der !meiden Eingangsstufenverstärker zugeführt sindj daß zur Gleichtaktunterdrückung in den Ausgangskreisen der Eingangsstufenverstärker zwischen deren gemeinsame Anschlüsse eine in beiden Richtungen stromleitende Anordnung gekoppelt istj und daß zwischen den Ausgangs- und den Eingangskreis der beiden Eingangsstufenverstärker je eine Gegenkopplungsschaltung mit einer Ricktleiteranordmmg gekoppelt ist. Vorzugsweise liegt in jedem Gegenkopplungszweig außerdem eine Ausgangsverstärkerstufe. Der Ausgangsstufenverstärker des einen Zweiges ist mit einem Ausgangsanschluß für diesen Zweig und mit dem Eingangskreis des anderen Zweiges über eine Stromquelle für die Eingangsstufe dieses anderen Zweiges gekoppelt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert« Es zeigen?

Figur 1 das Schaltschems eines Differenzverstärkers gemäß dem Stand der Technik, wobei die Gegerakopplungsschaltung die Wirkung der Gieichfcakfcuaterdrückungsschaltung praktisch zunichte macht;

Figur 2 das teilweise in Blockform dargestellte Schaltscheibe eines DiffereuzTerstärkers gemäö einer Ausführungsform der "Erfindung j und 10 9 8 8 2/1720

Figur 3 das detaillierte· Schaltschema eines erfindungsgemäßen Differenzverstärkers, der sich besonders zur Verwendung im Signalverarbeitungsteil eines Fernsehgerätes eignet.

Bei der in Figur 1 gezeigten Differenzverstärkerschaltung gemäß dem Stand der Technik gelangt ein dem Eingang A zugeführtes erstes Videosignal zur Basis eines Transistors 11 eines ersten Eingangsstufenverstärkers, der mit seinem Kollektor an einen ersten Ausgangsstufenverstärker 12 angeschlossen ist, von dem das verstärk te Signal an einem Ausgang A'■ abgenommen wird. Der andere Zweig des Verstärkers ist entsprechend aufgebaut und besteht aus einem zweiten Eingangsstufenverstärker-Transistor 13 und einem zweiten AusgangsStufenverstärker 14, die in Kaskade zwischen einen Eingang B und einen Ausgang B' geschaltet sind. Die Stromquelle für die Transistoren 11 und 13 besteht aus einem Transistor 15, der über je einen Widerstand 16 und 17 in Reihe mit den Emittern der Transistoren 11 und 13 geschaltet ist.

Die den Eingangs- und Ausgangskreisen der beiden Eingangsstufenverstärker geraeinsamen Emitter der Transistoren 11 und sind also über die in beiden Richtungen stromleitende Anordnung mit den Widerständen 16 und 17 miteinander gekoppelt. Eine solche Anordnung ergibt an sich eine gute Gleichtaktunterdrückung für den Eindrängen A und Tl des Verstärkers zugeführte Signale. Wenn die beiden Transistoren 11 und 13 in ihren Eigenschaften weitgehend gleich sind, die Widerstände 16 und 17 im wesentlichen gleiche Werte haben und die Anordnung mit dem Transistor 15 eine im wesentlichen perfekte Stromquelle ist, erzeugt das gleiche Signal, das gleichzeitig an den Basen der Transistoren 11 und 13 der Eingangsstufen anwesend ist, im wesentlichen kein AuSfrangssignal an den Ausgängen A' und B¹.

Nun ist aber zur Gegenkopplung ein Widerstand 18 zwischen den AusganR des Verstärkers 12 und den Emitter des Transistors sowie ferner ein Widerstand 19 auf prleiche "Weise im anderen /weiff des Differßn/verstär'-prf? geschaltet. Dadurch werden in beiden -'wriiiren ti η f. DjfToro'i 'Verstärkers die Einpanrswi derstände erhöht und dir /m--r;;ⁱMpi-.wi.rier-"t..^:inde erniedrigt, so dab .s:i ch die gewünschte

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SignalVerzerrungsverringerung ergibt. Dagegen wird durch diese Gegenkopplungsanordnung die durch die Widerstände 16 und 17 bewirkte Gleichtaktunterdrückung praktisch aufgehoben.

Da nämlich die Widerstände 18 und 19 in beiden Richtungen Strom leiten, ergibt sich nicht nur der für die Gegenkopplung erwünschte Signalübertragungsweg vom Ausgang zum Eingang in jedem Zweig des Verstärkers, sondern außerdem ein unerwünschter Signalübertragungsweg direkt vom Eingang zum Ausgang in jedem Verstärker^ zweig, so daß die Signalauslöschungswirkung, die durch die Differenzverstärkeranordnung bewirkt würde, praktisch aufgehoben ist. Daraus folgt, daß die Gegenkopplung auf irgendeine andere Weise bewirkt werden sollte, so daß die Gleichtaktunterdrückung dadurch nicht zunichte gemacht wird.

Figur 2 zeigt eine entsprechende Anordnung, wobei entsprechen de Schaltungselemente wie in Figur 1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Für die Transistoren 11 und 13 der Eingangsstufenverstärker sind getrennte Stromquellen mit je einem Transistor 21 und 22 vorgesehen. Die Emitter der Transistoren 11 und 13 sind über einen Widerstand 23 miteinander verbunden. Das Ausgangssignal des Ausgangsstufenverstärkers 12 wird getastet und über den Transistor 22 auf den Emitter des Transistors 13 rückgekoppelt. Diese Gegenkopplungsschaltung ist effektiv eine Querverbindung vom einen zum anderen Zweig des Differenzverstärkers, und sie ist richtleitend, d.h. sie leitet den Strom nur in einer Rieh tung, so daß kein direkter Signalübertragungsweg vom Emitter des Transistors 13 zum Ausgang des Verstärkers 12 besteht. Eine entsprechende Rückkopplungsschaltung ist vom Ausgang des Verstärkers 14 zum Eingangskreis des Transistors 11 über dessen Emitter und den Transistor 21 vorgesehen.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Dif ferenzverstärkerscha^L tung nach Figur 2"sei angenommen, daß die Basis des Transistors geerdet ist und der Basis des Transistors 11 ein positiv gerichtetes Signal zugeleitet wird. Das daraufhin am Kollektor des Transistors 11 erzeugte negativ gerichtete Signal gelangt zum Eingangskreis des Ausgangsstufenverstärkers 12. Diese Stufe kehrt die

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Polarität des Signals um und hat eine Verstärkung der Größe G, so daß sie an ihrem Ausgang ein dem Eingangssignal des Transistors entsprechendes positiv gerichtetes Signal erzeugt. Über den Widerstand 23 wird der Emitter des Transistors 1,3 ebenfalls mit dem vorausgesetzten positiven Eingangssignal angesteuert, so daß am Kollektor des Transistors 13 ein entsprechendes positives Signal erzeugt wird. Die polaritätsumkehrende Ausgangsverstärkerstufe 14 erzeugt entsprechend ein negatives Signal, das die entgegengesetzte Polarität und die gleiche Größe wie das am Ausgang des Verstärkers 12 erzeugte Signal hat. Dieses negative Ausgangssignal der Verstärkerstufe 14 gelangt zur Basis des Transistors 21 und erscheint an dessen Kollektor und folglich am Emitter des Transistors 11 als entsprechendes positives Signal, so daß sich die richtige Phase und Größe für serienmäßige Gegenkopplung ergibt.

Die entsprechende Gegenkopplung vom Ausgang der Ausgangsverstärkerstufe 12 zum Emitter des Transistors 13 arbeitet in der gleichen V/eise. Beide Gegenkopplungsschaltungen sind rieht]extend. Durch die vorliegenden Ouer- oder Überkreuzverbindungen wird also nicht nur die gewünschte Gegenkopplung ohne Beeinträchtigung der Gleichtaktunterdriickung erzielt, sondern die Gleichtaktunterdrükkung des Verstärkers sogar noch erhöht.

Wenn die Transistoren 11 und 13 der Eingangsstufen in ihren Eigenschaften vollkommen gleich wären, würde wegen des ihre Emitter verbindenden Widerstands 23 (in beiden Richtungen stromleitende Verbindung) an ihren Kollektoren kein Gleichtaktsignal erzeugt. In der Praxis ist jedoch zu erwarten, daß die beiden Transistoren 11 und 13 in ihren Eigenschaften nur annähernd gleich ^r:ird» In diesem Fall wird wegen der nicht vollkommenen Gleichheit der Tran sistoren am Kollektor eines der beiden Eingangsstufentransistoren, beispielsweise des Transistors 13, ein Fehlersignal erzeugt. Dieses Fehlersignal wird in der Phase umgekehrt und wie beschrieben auf den Stromquellen-Transistor 21 des anderen Zweiges gekoppelt. Das Fehiei'Ki^nal erscheint also am Emitter des Transistors 11 in einer solcher. Phase, dal} durch Rücl.'opplunnsschlei ι ei vor'.! .ü'iunp. der CA ei chi .'»':l: fehler verringert wird, so daß die durch d< u /idprstand 23 h<-\!\ i-'-f.«; r.l(iicH,a!:fcM>it.firdt''io!iU:!c; noch νοί'-,ί,'ί;·¹^ vir.l 1", in ent-

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sprechender Effekt ergibt sich, wenn die Ungleichheit der Eingangsstufentransistoren von solcher Art ist, daß das Fehlersignal am Kollektor des Transistors 11 auftritt.

Figur 3, in der entsprechende Schaltungselemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind wie in Figur 1 und 2, zeigt die Einzelheiten eines Differenzverstärkers der allgemeinen Art nach Figur 2, der erfolgreich im Signalbehandlungsteil eines Fernsehgerätes erprobt wurde. Die Ausgangsverstärkerstufe 12 enthält einen Treibertransistor 24, der auf die Ausgangssignale desTransistors 11 der Eingangsstufe anspricht und x\$e± rlückkopplungstransistoren 25 und 26 aussteuert. Der Ausgangsstufenverstärker 14 enthält ebenfalls einen Treibertransistor 27, der zwischen den Transistor 1,3 der Eingangsstufe und zwei Rückkopplungstraiisistoren 28 und 29 gekoppelt ist. Die Basen der Treibertransistoreri 24 und 27 sind gemeinsam an den eine feste Spannung führenden Verbiiidungs punkt zweier Spannungsteilerwiderstände 31, 32 angeschlossen. Diese beiden Basiswiderstände dienen einem doppelteil Zweck: Einmal sollen sie die Spannungsbereiche an den Kollektoren der Eingangsstufen-Transistoren 11 und 13 minimalisieren, so.daß die Basen dieser Transistoren größere Gleichtaktsignale verarbeiten könnenj und zum anderen sollen sie den Signalpegel gegen Null- oder Massepotential verschieben, so daß die Ausgangssignale der Ausgangsstufenverstärker 12 und 14 in bezug auf Kulipotential symiftetriert werden lind folglich keine Signalverschiebung zwischen Eingang und Ausgang erförderlich ist.

Wie in Figur 2 erzeugt der Differenzverstärker nach Figur 3 Signale an den Ausgängen A^! und B¹, die die Differenzen zwischen den Eingangssignalen wiedergeben. Die Ausgangssi^nale an den Ausgängen A¹ und B¹ werden getastet und über die Stromquellen-Transistoren 21 und 22 auf die Eingangsstufen-Transistofen 11 und 13 rückgekoppelt, so daß sich die gewünschte Gesamtgegenkopplung zur Minimalisierung von Signalverserrungen ergibt.

Die beiden ilückkopplungstransistorpaare 25, 26 und 28, 29 haben eine gemeinsame Stromquelle mit einem Transistor 13, dessen Basis auf einem festen Potential gehalten ist« 'Blase Stromquelle

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ist von den Stromquellen mit den Transistoren 21 und 22 getrennt, so daß die Vorströme (Gleichströme) sowie andere Parameter der Eingangsstufen-Transistoren 11 und 13 unabhängig so eingestellt werden können, daß die gewünschte Arbeitsweise sichergestellt ist. Ferner sind die Emitter der Stromquellen-Transistoren 21 und 22 durch einen Widerstand 34 verbunden, damit die Rückkopplungsschleifen-Yerstärkung des Differenzverstärkers durch entsprechende Einstellung des Viertes des Widerstands 34 beeinflußt werden kann.

Die int Schaltschema nach Figur 3 angegebenen Bemessungswerte der Schaltungselemente entsprechen den bei einer erfolgreich erprobten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Anordnung verwendeten Werten. Dabei sind die npn-Transistoren 11, 13, 21, 22, 25, 26, 28, 29 und 33 vom Typ 2N2222 und die pnp-Transistoren 24 und 27 vom Typ 2>i29Q7 · Die Bemessungswerte und Transistortypen sind hier lediglich beispielsweise angegeben. Bei einer anderen erfolgreich erprobten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sind Transistoren auf einem oder mehreren monolithischen Schaltungsplättchen angeordnet, was eine etwas bessere Anpassung der Eigenschaften bestimmter Transistoren wie z.B. der Eingangsstufen-Transistoren 11 und 13 ermöglicht.

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Claims

Patentansprüche

\J Differenzverstärker mit Gesamtgegenkopplung zum Erzeugen eines differentiellen Gegentaktsignals aus Eingangssignalen, die zwei Zweigen einer Eingangsstufe mit Gleichtaktsignalunterdrückung zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Eingangss-fcuienverstärker (11, 13) mit je einem Eingangskreis mit zwei Anschlüssen und einem Ausgangskreis mit zwei Anschlüssen, wöb-ei ein Anschluß dem Eingangs- und dem Ausgangskreis gemeinsam ist, vorgesehen sindj daß zwei Signale gleichzeitig den Eingangskreisen der beiden Eingangsstufenverstärker zugeführt sindj daß zur Gleichtaktunterdrückung in den Ausgangskreisen der Eingangsstufenverstärker zwischen deren gemeinsame Anschlüsse eine in beiden Richtungen stromleitende Anordnung (23) gekoppelt ist:; und daß zwischen den Ausgangs- und den Eingangskreis der beiden Eingangsstufenverstärkerjß eine Gegenkopplungsschaltung (12, 14) mit einer Richtleiteranordnung gekoppelt ist.
2. Differenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch g e^ k e η η ζ e i c h η et, daß die erste Gegenkopplungsschaltung (12) zwischen den Ausgangskreis des ersten Eingangsstufenverstärkers (11) und den Eingangskreis des zweiten Eingangsstufenverstärkers (13) gekoppelt ist und daß die zweite Gegenkopplungsschaltung (14) zwischen den Ausgangskreis des zweiten Eingangsstufenverstärkers (13) und den Eingangskreis des ersten Eingangsstufenverstärkers (11) gekoppelt ist, derart., daß die Gleichtaktsignalunterdrückung in den Ausgangskreisen der Eingangsstufienverstärker erhöht wird.
3. Differenzverstärker nach Anspruch 1 öder 2, dad u r .ch gekennzeichnet, daß die beiden GegenkopplungsschaJ. tungen (12, 14) je- einen Ausgangsverstärker enthalten, deren einer (12) mit seinem Eingang an den Ausgangskreis des ersten Eingangsstufenverstärkers (ll) und mit seinem Ausgang an einen ersten Signalausgang (A¹) und an den Eingangskreis des zweiten Eingangsstufenverstärkers (13) angekoppelt ist und deren anderer (1.1) mit

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seinem Eingang an den Ausgangskreis des zweiten Eingangsstufenverstärkers (13) und mit seinem Ausgang an einen zweiten Signalausgang (B^r) und an den Eingangskreis des ersten Eingangsstufenverstärkers (ll) angekoppelt ist.
4. Differenzverstärker nach Anspruch 1, 2 oder 3 j dadurch gekennzeichnet, daß an die gemeinsamen Anschlüsse der beiden Eingangsstufenverstärker (11, 13) je eine Stromquelle (21, 22) mit je einem Stromsteueranschluß angeschlossen ist und daß die beiden Gegenkopplungsschaltungen (12, 14) an die entsprechenden Stromsteueranschlüsse der zweiten (2.2) bzw. ersten (21) Stromquelle angeschlossen sind.
5. Differenzverstärker nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Ausgangsverstärker jeweils als Polaritätsumkehrstufen ausgebildet sind.
6. Differenzverstärker naöh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Eingangsstufenverstärker (H, 13) je aus einem Transistor mit Basis-Emitterkreis als Eingangskreis und Kollektor-Emitterkreis als Ausgangskreis bestehen und daß die in beiden Richtungen stromleitende Anordnung (23) ein die Emitter der beiden Transistoren koppelnder Widerstand ist.
7. Differenzverstärker nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausgangsverstärker je eine Treiberstufe (24, 27) und je ein Rückkopplungstransistorpaar (25, 26$ 28, 29) enthalten} daft die beiden Treiberstufen mit ihren Eingängen jeweils an den Kollektor des entsprechenden Eingangsstufenverstärkers (ll, 13) und mit ihren Ausgängen jeweils an den Eingang des entsprechenden Rückkopplungstransistorpaares (25, 26j 28, 29) angekoppelt sindj und daß die beiden Rückkopplungstransistorpaare mit ihren Ausgängen an den "Stromsteueranschluß der zweiten (22) bzw. der ersten (21) Stromquelle angekoppelt sind.

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8. Differenzverstärker nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Treiberstufen (24, 27) aus je einem Treibertransistor mit Kollektor als Eingang und Emitter als Ausgang bestehen und daß die Basen der beiden Treibertransistoren gemeinsam an eine Quelle festen Potentials (31, 32) angeschlossen sind.

9· Differenzverstärker nach einem der Ansprüche 4 bis S, dadurch gekenn zeich η e t , daß die beiden Stromquellen (21, 22) aus je einem Transistor bestehen, der mit seiner Emitter-Kollektorstrecke in Reihe mit der Emitter-Kollektorstrecke des Transistors des entsprechenden Eingangsstufenverstärkers (ll, 13) liegt und dessen Basis den StromsteueranscliLuß bildet.

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Leers ei te