DE2156149A1 - Gegentakt Verstärkerschaltung - Google Patents

Description

Patentanwalt Patentanwälte

Dr. phil. Gerhard Henkel Dr. rer. nat. Wolf-Dieter Henkel

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Dr. rer. nat. Lothar Feiler

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Iwaf.su Electric

Company, Ltd. 9

T ο k i o, Japan

Ge. ;e-n takt-Verstärkerschaltung

Die Erfindung betrifft eine in Gegentakt arbeitende Verstärkerschaltung mit zwei an zwei Eingangsklemmen an geschlossenen Transistoren.

Aufgabe der Erfindung ist in erster Linie, die bekannten Gegentakt-Verstärkerschaltungen diesel' Art in der

jgroßen Weise zu verbessex-n, daß sie bei einem/Eingangssignal stabil und ohne Begrenzung der Amplitude zu arbeiten vermögen.

Diese Verstärkerschaltung soll dabei keine Verzerrung des Signals verursachen und der dynamische Bereich von aufeinanderfolgenden Stufen soll klein gewählt werden kennen.

Außerdem soll diese Verstärkerschaltung vorteilhaft für dio Vüftikal-Ablenkschaltung eines Oszillographen großer Bandbreite zur Darste]lung von WeIJenformen mit hoher WiecK-n-.abetreue auf dem Bildschirm verwendbar sein.

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C-

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Diese Aufgabe wird bei einer Gegentakt-Verstärkersciialtung mit zwei an zwei Eingangsklemmen angeschlossenen Transistoren erfindungsgemäß dadurch gelöst,' daß sie einen Amplituden-Komparator - und eine an dessen Ausgangsklemmen angeschlossene Vorspannungsauelle -f^- aut'weist, deren Ausgang an die an die Eingangsklemmeri angeschlossenen Transistoren angekoppelt ist.

Bei mehrstufigen Gegentakt-Verstärkerschaltungen mit mehreren in Kaskade geschalteten Stufen, von denen jede zwei an :iwei Eingangsklemmen angeschlossene Transistoren aufweist, besteht die Lösung darin, daß zwischen die Ausgangsseite einer vorbestimmten Stufe und einer vorgeschalteten Stufe eine Vorspannungsquelle eingeschaltet und eine Einrichtung zur Regelung der Vorspannungsquelle in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der vorbestimmten Stufe vorgesehen ist, und daß die Vorspannungsquelle bei Überschreiten, eines vorbestimmten V/erts durch das Eingangssignal der Verstärkerschaltung die an die vorgeschaltete Stufe angelegte Vorspannung zur Vermeidung einer Aussteuerung bzw. einer Sättigung ihrer Transistoren variiert.

In bevorzugter AusfUhrungsform sind die Transistoren vom npn-Typ, wobei die Basis-Elektroden der Transistoren jeder Stufe mit den Kollektoren der Transistoren der vorgeschalteten Stufe verbunden sind, die Emitter der Transistoren jeder Stufe über einen Widerstand unmittelbar zusammengeschaltet und die Kollektoren der Transistören jeder Stufe über einen Widerstand miteinander verbunden sind, und umfaßt die Vorspannungsquelle einen pnp- und einen npn-Transistor, wobei die Basis des pnp-Transistors mit den Emittern der Transistoren einer vorbestimmten Stufe verbunden ist, der Kollektor des pnp-Transistors an

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die Basis des npn-Transistors der Vorspannungsauelle angeschlossen ist und der Emitter des npn-Transistors der Vorspannungsquelle mit den Basis-Anschlüssen der Transistoren der vorgeschalteten Stufe verbunden ist.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fi -:, 1 und 2 Schaltbilder bekannter zwei- und dreistufiger Gegentakt-Verstärkerschaltungen,

Fig. 5 ein Schaltbild einer beispielhaften Ausführungsform einer Gegentakt-Verstärkerschaltung mit den Merkmalen der Erfindung,

Fi.:. 4 eine graphische Darstellung der Arbeitspunkte der in der Schaltung gemäß Fig. 5 verwendeten Transistoren,

Fi-;. 5 ein Sehaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 0,7,8,9 und 10 Schaltbilder weiter abgewandelter Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer herkömmlichen zvreistufigen Gegentakt-Verstärkerschaltung mit einer ersten Stufe A, die npn-Transistoren T1 und T2 aufweist. Die Emitter dieser Transistoren sind über einen Widerstand R1 zusammengesetzte t. Parallel zum Widerstand R1 liegt eine Serienschaltung aus Widerständen R2 und R3, deren Verzweigung an eine negative Stromouelle V- angeschlossen ist. Weiterhin sind die Kollektoren der Transistoren T1 und T2 über in Reihe geschaltete Lastwiderstände r4 und R5^Vmiteinander verbunden, während deren Verzweigung a über einen Widerstand Rb an eine positive

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Spannungsquelle V+ angeschlossen ist. An die Basis der Transistoren T1 und T2 sind jeweils eine Eingangsklemme 11 und 12 angeschlossen. Das Ausgangssignal der ersten Stufe A beaufschlagt den Eingang einer zweiten Stufe B, bestehend aus zwei npn-Transistoren TJ und T4, welche in gleicher Weise geschaltet sind wie die Transistoren der ersten Stufe A. Die Basis des Transistors TJ ist mit dem Kollektor des Transistors T1 und die Basis des Transistors T4 ist mit dem Kollektor des Transistors T2 verbunden, während die Emitter der P Transistoren T3 und T4 über in Reihe geschaltete Widerstände R7 und r8 untereinander verbunden sind. Eine Verzweigung b zwischen den Widerständen R7 und R8 ist über einen Widerstand R9 an die negative Spannungsquelle V- angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren TJ und Τ4 sind über in Reihe geschaltete Widerstände R10 und R11 zusammengeschaltet und eine Verzweigung c zwischen diesen Widerständen ist über einen Widerstand Rn mit der positiven Spannungsquelle V+ verbunden. Weiterhin sind die Kollektoren der Transistoren TJ und Τ4 an Ausgangsklemmen 01 und 02 angeschaltet.

h Ein über die Eingangsklemmen 11 und 12 angelegtes Eingangssignal wird durch die erste Stufe A der Verstärkerschaltung verstärkt, worauf deren Ausgangssignal an die Basis-Elektroden der Transistoren TJ und T4 der zweiten Stufe B der Verstärkerschaltung angelegt wird. Das verstärkte Ausgangssignal wird über Ausgangsklemmen 01 und 02 geliefert.

Wenn eine derartige Gegentakt-Verstärkerschaltung beispielsweise in der Ablenkschaltung eines Oszillographen verwendet wird und wenn die Arbeits-Punkte der ■ Transistoren TJ und T4 so gewählt sind, daß sie unter signalfreien Bedingungen der Gleichung

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Vce 1 = Vce2 = — Voc genügen, in welcher Vce 1 und

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Vce2 die Emitter-Kollektor-Spannungen der Transistoren Tj5 bzw. Τ4 und Vcc die Spannung zwischen den Verzweigungen b und c bezeichnen, werden die Kollektorverluste der Transistoren Tj5 und T4 bei Anlegen eines Eingangssignals gleich groß, so daß der Temperaturunterschied beider Transistoren TjJ und T4 auf Null reduziert wird.

Wird nun bei obigen Arbeits-Punkten ein übermäßig großes Eingangssignal an die Stufe B der Gegentakt-Verstärkerschaltung angelegt, so sperrt einer der Transistoren TJ oder Τ4 der Verstärkerschaltungsstufe B, während gleichzeitig der andere Transistor Τ4 oder Tj5 ausgesteuert bzw. durchgeschaltet wird. Aus diesem Grund braucht die Schaltung nach dem Abklingen des zu hohen Eingangssignals eine gewisse Zeit, bis sie in den Normalzustand zurückkehrt.

Es wurde bereits vorgeschlagen, zwei zueinander entgegengesetzt gepolte Dioden D1 und D2 parallel über die Basis-Elektroden der npn-Transistoren T^ und T4 zu sehalten, wie dies in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet ist. Wird eine derartige verbesserte Gegentakt-Verstärkerschaltung beispielsweise in einer Vertikal-Ablenkschaltung verwendet, so ist es möglich, die Transistoren der nachgeschalteten Stufe an einer Aussteuerung zu hindern. Wird jedoch diese Verstärkerschaltung für ein Breitband-Synchroskop verwendet, so nimmt ihre Lastimpedanz beim Durchschalten der Diode D1 oder D2 ab, wodurch die Arbeitsweise der Verstärkerschaltung instabil wird. Außerdem wird es hierbei schwierig sein, eine zufriedenstellende Amplitudenbegrenzung zu gewährleisten.

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Wird der Arbeits-Punkt derart gewählt, daß er die Bedingung Vce 1 = Vce2^ ^ Vcc erfüllt, ohne Dioden zu verwenden, so sperrt einer der Transistoren Tj5 oder T4, bevor der andere Transistor T4 oder T^ ausgesteuert ist, so daß die Verstärkerschaltung als Gegentakt-Strom-Verstärkerschaltung arbeitet, wobei es unmöglich wird, eine zufriedenstellende Amplituden-Begrenzung für das zu große Eingangssignal zu gewährleisten.

Wenn der Arbeits-Punkt derart eingestellt wird und wenn beim Anlegen des Eingangssignals die Kollektorverluste der npn-Transistoren T^ und Τ4 unterschiedlich sind, wird eine Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden Transistoren hervorgerufen und entsteht ein Spannungsunterschied zwischen Emitter und Basis jedes Transistors, dessen Wirkung einer Änderung der Eingangsspannung entspricht. Die Temperaturänderung der Transistoren tritt mit einer bestimmten Zeitkonstante auf, so daß beim Anlegen einer Rechteckwelle als Eingangssignal deren Kurvenverlauf bei einem Oszillographen mit einem Gegentakt-Verstärker, dessen Arbeits-Punkt auf vorher erwähnte Weise eingestellt ist, verzerrt wird. Dies macht wiederum eine komplizierte Kompensierschaltung erforderlich. Wird eine Vertikal-Ablenkschaltung unter Verwendung der Gegentakt-Verstärkerschaltung gemäß Fig. 1 und ohne die Dioden gebildet und wird diese Schaltung so ausgelegt, daß ihre einzelnen Stufen ohne Aus- bzw, Übersteuerung zu arbeiten vermögen, auch wenn ein Signal angelegt wird, das um ein Mehrfaches größer ist als ein Signal, das eine volle Aussteuerung einer Kathodenstrahlröhre verursacht, so muß der dynamische Bereich der letzten Stufe der Vertikal-Ablenkschaltung sehr groß gewählt werden. Für diesen Zweck verwendbare Tran-

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sistoren müssen hohe Durchbruchspannung und hohen Kollektorverlust besitzen. Aus diesem Grund ist es schwierig, Transistoren zur Verwendung bei einem Breitband-Oszillographen herzustellen.

In Fig. 2 ist ein Schaltbild einer herkömmlichen, dreistufigen Gegentakt-Verstärkerschaltung veranschaulicht, deren Eingangsstufen A und B den beiden Stufen A bzw. B der Verstärkerschaltung gemäß Fig. 1 entsprechen, weshalb die betreffenden Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.

Die dritte Stufe C weist ebenfalls zwei npn-Transistoren T5 und Tb auf, deren Basis-Elektroden an die Kollektoren der Transistoren Tj5 bzw. T4 angeschlossen und deren Emitter über in Serie geschaltete Widerstände RI3 und R14 zusammengeschaltet sind, während die Verzweigung d zwischen diesen Widerständen über einen Widerstand RI5 an die negative Spannungsquelle V- angeschlossen ist. Die Kollektoren der Transistoren T5 und To sind über in Reihe geschaltete Widerstände Rio und RI7 zusammengeschaltet, deren Verzweigung e über einen Widerstand RI8 mit der positiven Spannungsquelle V+ verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren T5 und To sind mit den Ausgangsklemmen 01 bzw. 02 verbunden.

Die zweite Stufe B und die dritte Stufe C arbeiten wie folgt zusammen:

Wenn der Arbeits-Punkt so gewählt wird, daß er unter signalfr-ien Bedingungen den Gleichungen Vce1 = Vce2^ ^ Vcc und Vce5 = Vce6 = ^ V¹ cc genügt, wobei Vce5 und Vce6 die Emitter-Kollektor-Spannungen der Transistoren T5 bzw. T6 und V¹cc die Spannung zwischen den Verzweigungen d und e bedeuten, so erfahren die Transistoren T3 und T4 keine Aussteuerung, auch

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wenn ein übermäßig großes Eingangssignal angelegt wird. Außerdem verhindert die Begrenzungswirkung der Transistoren Tj5 und T4 eine Aussteuerung bzw. ein Durchschalten der Transistoren T5 und T6.

Um jedoch die Transistoren Tj5 oder T 4 zwangsläufig sperren zu lassen, bevor die Transistoren T5 und T6 ausgesteuert werden, muß der Arbeitsstrom der Transistoren T3 und T4 reduziert werden. Bei einem Breitband-Synchroskop werden Hochfrequenz-Transistoren als Transistoren T1 bis T6 verwendet. Da aber die Abschaltfrequenz eines Transistors mit seinem Arbeitsstrom in Beziehung steht, können die Transistoren TJ und T 4 mit niedriger Abschaltfrequenz betrieben werden, wenn sie mit niedrigem Arbeitsstrom betrieben werden.

Wenn andererseits der Arbeits-Punkt so eingestellt wird, daß er die Bedingung Vce1 = Vce2^ ^- Vcc und Vce5 = Vce6 \ __ V'cc erfüllt, so werden die Transistoren TJ bis

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T6 nicht durchgeschaltet und wird es möglich, einen Arbeitsstrom bei hoher Abschaltfrequenz zu wählen. Die Stufen B und C erzeugen jedoch wegen der thermischen Differenz eine Verzerrung des Signalverlaufs, weshalb eine äußerst komplizierte Schaltung zur Kompensation dieser Verzerrung verwendet werden muß. Da zudem die Eigenschaften der Transistoren und Bauteile der Kompensationsschaltung einander nicht identisch sind, wird es unmöglich, eine perfekte Kompensation mittels einer Kompensationsschaltung mit festen Konstanten zu gewährleisten.

Diese Nachteile der bekannten Gegentakt-Verstärkerschaltungen werden durch die erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen beseitigt, von denen im folgenden

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einige bevorzugte Ausführungsformen, anhand der Zeichnungen näher erläutert sind.

Bei der in Fig. J dargestellten Ausführungsform entsprechen die beiden ersten Stufen A und B den Stufen A bzw. B der Anordnung gemäß Fig. 1. Zusätzlich sind jedoch noch ein Amplituden-Komparator AC, dessen Eingangski etnmen 13 und I4 an die Ausgangsklemmen 01 und 02 der Stufe B angeschlossen sind, und eine Vorspannungsquelle D vorgesehen, deren eine Eingangs- bzw. Spannungsregelklemme I5 mit einer Ausgangsklemme 03 des !Comparators AC und deren Ausgangsklemme 04 mit der Verzweigung a zwischen den Lastwiderständen R4 und R5 an der Ausgangsseite der Stufe A verbunden sind.

Die Arbeits-Punkte der npn-Transistoren TJ und T4 sind so eingestellt, daß sie unter signalfreien Bedingungen die Gleichung

Vce1 = Vce2 = ^ Vcc

erfüllen, in welcher die Symbole Vce1, Vce2 und Vcc die bereits erwähnte Bedeutung besitzen.

Wenn an die Eingangsklemmen 11 und 12 der ersten Stufe A ein Eingangssignal angelegt wird, dann arbeitet die zweite Stufe B wie im Fall von Fig. 1 als herkömmliche Gegentakt-Verstärkerschaltung solange das Ausgangssignal der ersten Stufe A klein ist und liefert über die Ausgangsklemmen 01 und 02 ein Ausgangssignal an die nachgeschaltete Stufe. Unter diesen Bedingungen arbeitet die Vorspannungsquelle D als herkömmliche Spannungsquelle konstanter Spannung und legt eine positive Vorspannung an die Ausgangsseite der Stufe A an.

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Wenn sich jedoch das Ausgangssignal der ersten Stufe A erhöht, ergibt sich folgender Vorgang:

Wenn die Spannung Vcc zwischen den Verzweigungen b und c vor dem Betrieb des Amplitudenkomparators AC mit Vcc1 und diejenige nach Betrieb des !Comparators AC zur Variierung der Spannung der Vorspannungsquelle D mit Vcc2 bezeichnet wird, dann liegt der Arbeitspunkt des Transistors Tj5 oder T 4 während eines Intervalls, in welchem das Ausgangssignal der zweiten Stufe B kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, auf dem Mittelpunkt P einer Kennlinie, die gemäß Fig. 4 einen Neigungswinkel 0 = (tan Γ¹ oder 0 = (tan )"¹ besitzt.

Wenn jedoch der Amplituden-Komparator AC ein zu hohes, einen vorbestimmten Wert übersteigendes Ausgangssignal der zweiten Stufe B feststellt, wird er wirksam und vermindert das Ausgangssignal der Vorspannungsquelle D um mehrere Volt unter den Normalwert, der erzeugt wird, wenn die Amplitude des Ausgangssignals der zweiten Stufe B kleiner ist als der vorbestimmte Wert. Infolgedessen wird die an die Ausgangsseite der ersten Stufe A oder an die Eingangsseite der zweiten Stufe B angelegte Vorspannung reduziert, so daß sich die Spannung zwischen b und c erhöht, und verschiebt sich der Arbeitspunkt des Transistors T5 ader T4 auf einen Punkt Q entlang einer Kennlinie Vcc-Ic gemäß Fig. 4, bei welcher J_c den Kollektorstrom und J_ß den Basisstrom des Transistors bedeuten. Da sich der Punkt Q rechts vom Punkt P der den Neigungswinkel θ = (tan )" oder θ = (tan ) besitzenden Kennlinie befindet, auch wenn das Eingangssignal der zweiten Stufe B weicer ansteigt, wird einer der Transistoren TJ> oder T4 gesperrt,

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bevor der andere Transistor T4 oder TJ ausgesteuert wird bzw. durehsehaltet. Unter diesen Bedingungen wird die Impedanz der an den Kollektor des nicht gesperrten Transistors angeschlossenen Schaltung erhöht, um den Verstärkungsgrad der zweiten Stufe B zu verringern, so daß selbst bei einer weiteren Erhöhung des Eingangssignals nur das Ausgangssignal kleiner Amplitude an die nachgeschaltete Stufe angelegt werden würde.

Obgleich bei dieser Ausführungsform (Fig. J) das Ausüanussignal der Vorspannung^ quelle D an den Verzweigungspunkt a zwischen den Widerständen R4 und R5 angelegt wird, der an die Ausgangsseite der vorgeschalteten Verstärkerstufe A angeschlossen ist, ist zu beachten, daß es ebenso möglich ist, das Ausgangssignal der Vorspannungsquelle D gemäß Fig. 8 unmittelbar an die Eingangsseite der Gegentakt-Verstärkerschaltung anzulegen. Bei dieser Ausführungsform bilden die zwischen die Basis-Elektroden der Transistoren TJ und T4 geschalteten Serienwiderstände RJ1 und RJ2 einen Vorspannungswiderstand und wird das Ausgangssignal der Vorspannungsquelle D einer Verzweigung a zwischen diesen V/iderständen aufgeprägt. Die übrige Schaltung entspricht derjenigen gemäß Fig. 1.

Anstatt den Arbeitspunkt des Transistors in Abhängigkeit von der Arbeitsweise des Amplituden-Komparators AC nach rechts vom Mittelpunkt P der Kennlinie zu verschieben, ist es auch möglich, ihn zur Steuerung der Vorspannungsquelle D nach links zu verschieben. Fig. 9 zeigt die entsprechende Ausführungsform, bei welcher Transistoren T9 bis T11, Widerstände Rj4 bis r40 und Dioden DJ und D4 vorgesehen sind. Bei dieser

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Schaltung wird ein Ausgangssignal einer Verzweigung i zwischen den einander entgegengesetzt geschalteten Dioden Dj5 und D4 an die Basis des Transistors T9 eines Differentialverstärkers angelegt. Der Basiseingang des Transistors T9 wird mit der an die Basis des Transistors T10 angelegten Bezugsspannung verglichen, und wenn diese größer ist als das Basis-Eingangssignal des Transistors T9> wird das Basiseingangssignal des Transistors T11 erniedrigt, um die Spannung an der Verzweigung b ansteigen zu lassen. Bei dieser Ausführungsform weist der Amplituden-Komparator AC Dioden DJ und D4, Transistoren T9 und T10, welche einen emitterseitigjgekoppelten Differentialverstärker darstellen, sowie Widerstände auf, während die Vorspannungsquelle D einen Transistor 11 zur Steuerung der Vorspannung des Gegentakt-Verstärkers aufweist.

Selbstverständlich können auch andere Transistoren, die nicht vom npn-Typ sind, verwendet werden.

Weiterhin ist zu beachten, daß es auch möglich ist, die Amplitudenkomponente nicht mittels des Amplituden-Komparators AC zwischen den Ausgangsklemmen 01 und 02 der Verstärker-Stufe B zu erfassen, sondern die Amplitudenkomponente an einem beliebigen Punkt an der Ausgangsseite der Gegentakt-Verstärkerschaltung festzustellen, wobei ein vom Eingangssignal des Verstärkers abhängiges, variables Signal erhalten werden kann.

Außerdem ist zu beachten, daß es natürlich auch möglich ist, das Signal für den Amplituden-Komparator AC nicht an der Ausgangsseite der Verstärker-Stufe B abzunehmen, sondern das Eingangssignal der Stufe B dem Amplituden-Komparator unmittelbar einzuspeisen. Ein Beispiel einer

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solchen Schaltung ist in Pig, 10 dargestellt, wobei SpannungsSchwankungen an der Basis der den Amplituden-Komparator AC bildenden Transistoren TJ und T4 durch Transistoren T12 bzw. T1J festgestellt werden. Die Emitter dieser Transistoren T12 und T1J sind gemeinsam an eine Spannungsquelle S angeschlossen. Eine Parallelschaltung aus in Reihe geschalteten Widerständen R42 und R4j sowie in Serie und einander entgegengesetzt geschalteten Dioden D5 und D6 ist über die Kollektoren der Transistoren T12 und T1j5 geschaltet. Das an der Verzweigung dieser Dioden D5 und D6 liegende Signal wird an die Vorspannungsquelle D angelegt, worauf deren Ausgangssignal über die Basis jedes Transistors TJ und T4 an die Verzweigung zwischen den V/iderständen R44 und R45 angeschaltet wird.

Bei dieser abgewandelten Ausführungsform kann die Amplitude begrenzt werden, wenn ein zu großes Eingangssignal angelegt wird. Mithin ist es möglich, das Anlegen eines großen Eingangssignals an die nachgeschaltete Stufe zu verhindern, so daß deren dynamischer Bereich verkleinert wird.

Wenn die erfindungsgemäße Gegentakt-Verstärkerschaltung als Vertikal-Ablenkschaltung eines Oszillographen angewandt wird, kann die Kathodenstrahlröhre ohne Verzerrung der Signalform, wie etwa Dachschräge, betrieben werden, auch wenn der Leuchtfleck auf eine Stelle außerhalb des Bildschirms der Kathodenstrahlröhre abgelenkt wird. Im Fall eines derartigen großen EingangssignaIs ist es zudem möglich, das Ausgangssignal zur nachgeschalteten Stufe zu begrenzen und auf diese Weise die Aussteuerung der darin enthaltenen Transistoren zu verhindern.

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Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 5 1st die Erfindung in bezug auf die dreistufige Verstärkerschaltung gemäß Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform weist die Vorspannungsquelle D zwei pnp-Transistoren T7 und T8 sowie einen npn-Transistor T9 auf. Die Emitter der Transistoren T7 und Τ8 sind direkt zusammengeschaltet und über einen Widerstand R23 an die positive Spannungsquelle V+ angeschlossen. Der Kollektor des Transistors T8 ist geerdet und die Basis des Transistors T8 ist an die Verzweigung f P zwischen Widerständen R19 und R20 angeschaltet, welche in Reihe zwischen die positive Spannungsquelle V+ und Masse eingeschaltet sind. Die Basis des Transistors T7 ist an die Verzweigung d zwischen den Emitter-Rückkopplungs-Widerständen R13 und R14 der Transistoren T5 und T6 der dritten Stufe C angeschlossen. Der Kollektor des Transistors T7 ist über einen Widerstand R21 geerdet und außerdem an die Spannungsquelle V+ angeschlossen. Die Basis des npn-Transistors T9 ist an den Kollektor des Transistors T7 angeschlossen, während der Emitter des Transistors T9 mit der Verzweigung a zwischen den Widerständen R4 und R5 der ersten

fc Stufe verbunden ist, so daß eine Vorspannung an den P

Kollektoren der Transistoren T1 und T2 und an den Basis-Elektroden der Transistoren TjJ und T4 der zweiten Stufe B anliegt. Der Kollektor des Transistors T9 ist mit der positiven Spannungsquelle V+ verbunden.

Unter signalfreien Bedingungen sind die Arbeitspunkte der npn-Transistoren Tj5 bis T6 so eingestellt, daß sie den Gleichungen

Vce1 = Vce2 = ^ Vcc
und Vce5 = Vce6 > ^ V¹cc

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genügen. In diesem Fall wird das Potential am Punkt f etwas höher gewählt als das Potential am Punkt d, so daß bei durchgeschaltetem Transistor Tn der Transistor T9 sperrt. Dementsprechend wird das Potential des Punkts g durch den Wert der Widerstände R21 und R22 und den Wert des Kollektorstroms des Transistors T7 bestimmt, wobei das Potential des Punkts a um etwa 0,7 V niedriger ist als dasjenige des Punkts g. Unter diesen Bedingungen wird die Gleichung

Vce1 = Vce2 = ^ Vcc
erfüllt.

Wenn ein Eingangssignal an die Eingangsklemmen der ersten Stufe A angelegt wird, wirken die zweite Stufe B und die dritte Stufe C als herkömmliche Gegentakt-Verstärkerschaltungen und liefern an den Ausgangsklemmen 01 und 02 ein Ausgangssignal an die nachgeschaltete Stufe, solange das Ausgangssignal der ersten Stufe A klein ist.

Wenn dagegen das Ausgangssignal der ersten Stufe A groß ist, geschieht folgendes: Mit zunehmender Größe des Eingangssignals wird entweder der Transistor T5 oder der Transistor T6 gesperrt. Obgleich das Potential des Punkts d bei durchgeschalteten Transistoren T5 und Τ6 auf einem bestimmten Wert gehalten wird, nimmt das Potential des Punkts d mit zunehmendem Eingangssignal zu, wenn der Transistor T5 oder T6 gesperrt wird. Übersteigt das Potential des Punkts d das Potential des Punkts f, so sperrt der Transistor T7, während der Transistor T8 durchschaltet, so daß die Potentiale der Punkte g und a vermindert werden. Wenn das Potential des Punkts a weiter abnimmt, verringern sich die Basis-

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Potentiale der Transistoren TjJ und T4, so daß sich die Spannung Vcc erhöht. Wenn der Wert des Widerstands R9 ausreichend hoch gewählt wird, um eine Schaltung konstanten Stroms zu bilden, so variieren die Kollektorströme der Transistoren Tjj> und T4 nicht in nennenswertem Maß.

Die Arbeitsweise der Vorspannungsquelle D gemäß Fig. entspricht derjenigen der Vorspannungsquelle gemäß Fig. 3, Genauer gesagt befindet sich der Arbeitspunkt des Transistors Tj5 oder T4 auf dem Mittelpunkt P der Kennlinie gemäß Fig_e 4, wenn der Transistor T7 auf vorher beschriebene Weise durchgeschaltet wird. Wenn der Transistor T7 jedoch sperrt, verschiebt sich der Arbeitspunkt des Transistors Tj5 oder T4 auf den Punkt Q. Da dieser sich rechts vom Mittelpunkt R einer breiten Kurve befindet, die unter einem Neigungswinkel von θ = (tan )" oder θ = (tan )" durch den Punkt Q verläuft, wird ein Zustand Vce = π Vcc2 hergestellt, wobei Vce die Emitter-Kollektor-Spannung des Transistors und Vcc2 den Wert von Vcc bei sperrendem Transistor T7 bedeuten, der bewirkt, daß der Transistor T5 oder T4 gesperrt wird, bevor der andere Transistor Τ4 oder TJ ausgesteuert wird, so daß beide Transistoren ohne Aussteuerung bzw. Sättigung arbeiten können.

Wenn die Gegentakt-Verstärkerschaltung gemäß Fig. 5 bei einer Vertikal-Ablenkschaltung eines Oszillographen angewandt wird und wenn die Schaltung so eingestellt ist, daß der Transistor T5 oder Τβ zum Sperren gebracht wird, nachdem der Leuchtfleck zur Außenseite des Bildschirms der Röhre gelangt ist, wird für ein Signal, welches den Leuchtfleck innerhalb des Bildschirmumrisses hält, die Bedingung Vce1 = Vce2 = 75- Vcc1 hergestellt, wobei Vcc1 den Wert von Vcc bei durchgeschaltetem Transistor T7

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bedeutet. Aus diesem Grund wird eine Verzerrung der Wellenform nur durch die dritte Stufe C verursacht, die jedoch leicht kompensiert werden kann.

Anstatt das Potential des Punkts f zur Steuerung der der Eingangsseite der zweiten Stufe aufgeprägten Vorspannung zu benutzen, kann auch das Potential des Punkts e benutzt werden, da dieses Potential bei durchgeschalteten Transistoren T5 und Τ6 auf konstantem Wert gehalten wird und abzufallen beginnt, wenn einer der Transistoren T5 oder T6 sperrt.

Die dritte Stufe gemäß Fig. 5 kann durch die Verstärkerschaltung C gemäß Fig. 6 oder 7 ersetzt werden.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Verstärkerschaltung ist die Anode einer Diode Dl an den Emitter eines Transistors T5 und die Kathode der Diode Dl an das eine Ende des Widerstands Rl^ angeschlossen, während eine zweite Diode D2 in ähnlicher Weise zwischen den Emitter des Transistors Τ6 und den Widerstand Rl4 geschaltet ist. Eine Reihenschaltung aus Widerständen R25 und R26 ist parallel zur Serienschaltung der Dioden Dl und D2 und der Widerstände Rl j5 und Rl4 geschaltet, wobei die Verzweigung zwischen den Widerständen R25 und R26 an die Spannungsquelle V- angeschlossen ist. Die Verzweigung d zwischen den Widerständen R13 und R14 ist in gleicher Weise, wie in Fig. 5 gezeigt, mit der Basis des Transistors T7 und auch mit der Spannungsquelle V- verbunden. Die Basis der Transistoren T5 und T6 ist jeweils mit den Kollektoren der Transistoren T^ und T4 der zweiten Stufe B verbunden.

Während bei der Gegentakt-Verstärkerschaltung gemäß Fig. 5 der Arbeitspunkt des Transistors so eingestellt ist, daß er die Bedingung Vce5 = Vce2 J> ■* V* cc erfüllt, um die Aussteuerung der Transistoren T5 und T6 zu verhindern, ist der Arbeitspunkt der abgewandelten Schaltung gemäß Fig. 6 so eingestellt, daß

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er die Bedingung Vee5 = Vce6 = 75 V'cc erfüllt. Bei Erhöhung des Eingangssignals der Transistoren T5 und Τ6 wird dann die Diode Dl oder D2 gesperrt, so daß die Transistoren T5 und T6 unwirksam gemacht werden, nicht als Gegentakt-Verstärkerschaltung arbeiten und der Verstärkungsgrad stark herabgesetzt wird. Infolgedessen werden die Transistoren T5 und T6 daran gehindert, durchzuschalten. In diesem Fall ist es möglich, die Vorspannungsquelle D durch das Potential der Verzweigung d anzusteuern, um die Aussteuerung der Transistoren T3 und T4 der zweiten bzw. vorgeschalteten Stufe B zu verhindern. Bei der abgewandelten Gegentakt-Verstärkerschaltung gemäß Pig. 7, die als Ersatz für die dritte Stufe C gemäß Fig. 5 vorgesehen ist, sind die Emitter der Transistoren T5 und T6 an einem Punkt d unmittelbar zusammengeschaltet, welcher auf dieselbe Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 mit der Basis des Transistors T7 verbunden ist. Diese abgewandelte Ausführungsform ermöglicht die Steuerung der Vorspannungsquelle D entsprechend dem an der Verzweigung d liegenden Potential. Im übrigen arbeitet die Schaltung nach Fig. 7 in gleicher Weise wie die Ausführungsform gemäß Fig. 6.

Es ist zu beachten, daß es auch möglich ist, die Eingangsseite der Vorspannungsquelle mit der Verzweigung e zwischen den Kollektor-Lastwiderständen Rl6 und R17 der Transistoren T5 und Τ6 zu verbinden, anstatt die Eingangsseite der Vorspannungsquelle mit dem Punkt d zwischen den Emittern der Transistoren T5 und T6 der dritten Stufe zu verbinden.

Um wiederum ein Durchschalten bzw. die Sättigung der Transistoren T3 und T4 der zweiten Stufe zu verhindern, ist es auch möglich, den Arbeitspunkt des Transistors so zu verschieben, daß die Kollektorströme der Transistoren T3 und T4 reduziert werden, anstatt den Arbeitspunkt des Transistors gegenüber dem Mittelpunkt R auf der Kennlinie nach rechts zu verschieben.

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Obgleich beim vorstehenden Ausführungsbeispiel die zweite Stufe B und die dritte Stufe C in Kaskade geschaltet sind, ist zu beachten, daß die Erfindung nicht auf diese Schaltungsart beschränkt ist, sondern vielmehr auf jede Gegentakt-Verstärkerschaltung mit zwei oder mehr in Kaskade geschalteten Stufen anwendbar ist.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung eine neuartige Gegentakt-Verstärkerschaltung schafft, welche die Amplitude zu begrenzen oder ein Durchschalten der Transistoren zu verhindern vermag, so daß ein zu großes Eingangssignal nicht an die nachgeschaltete Stufe angelegt wird. Bei Anwendung der Erfindung auf die Vertikal-Ablenkschaltung eines Oszillographen vermag die erfindungsgemäße Gegentakt-Verstärkerschaltung das Signal mit hoher Wiedergabetreue auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre zu reproduzieren.

Obgleich die Erfindung vorstehend in bevorzugten Ausführungsformen und in Verbindung mit bevorzugten Anwendungsgebieten dargestellt und beschrieben ist, ist sie keineswegs hierauf beschränkt, da dem Fachmann innerhalb des Rahmens und des Grundgedanken der Erfindung zahlreiche Änderungen und Abwandlungen offensichtlich sind.

Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin eine ein- oder mehrstufige Gegentakt-Verstärkerschaltung, bei welcher jede Stufe zwei mit zwei Eingangsklemmen verbundene Transistoren aufweist, wobei eine Vorspannungsquelle vorgesehen ist, deren Eingangsseite direkt oder über einen Amplituden-Komparator an den Ausgang des Gegentakt-Verstärkers angeschlossen ist, während die Ausgangsseite der Vorspannungsquelle an den Eingang des Gegentakt-Verstärkers angeschlossen ist.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   ,1J Gegentakt-Verstärkerschaltung mit zwei an zwei Eingangsklemmen angeschlossenen Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Amplituden-Komparator (AG) und eine an dessen Ausgangsklemmen angeschlossene Vorspannungsquelle (D) aufweist, deren Ausgang an die an die Eingangsklemmen angeschlossenen Transistoren angekoppelt ist.

   2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren vom npn-Typ sind und mit ihren Basis-Elektroden an die Eingangsklemmen und mit ihren Kollektoren an die Ausgangsklemmen der Schaltung angeschlossen sind, daß die Eingangsklemmen des Amplituden-Komparators an die Ausgangsklemmen der Schaltung angeschlossen sind und daß der Ausgang der Vorspannungsquelle an die Basis-Elektroden der Transistoren angekoppelt ist.

   5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anstieg des Ausgangssignals über einen vorbestimmten Wert der Amplituden-Komparator das Ausgangssignal der Vorspannungsquelle verringert und die Arbeitspunkte der Transistoren derart geändert werden, daß einer der Transistoren gesperrt wird, bevor der andere Transistor gesättigt wird.

   4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsseite des Amplituden-Komparators an die Eingangsseite der Verstärkerschaltung angeschlossen ist.

   5· Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Vorspannungsquelle über die Eingangsklemmen der Verstärkerschaltung an die Verzweigung zwischen in Reihe geschalteten Widerständen angelegt wird.

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   6. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Ausgangsseite zwei Ausgangsklemmen aufweist und daß der Amplituden-Komparator in Serie und entgegengesetzt zueinander geschaltete Dioden aufweist, welche zwischen den beiden Ausgangsklemmen angeordnet sind, und daß eine Einrichtung zum Vergleichen der Spannungsänderungen an der Verzweigung zwischen den Dioden mit einer Bezugsspannung vorgesehen ist.

   7. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplituden-Komparator zwei jeweils an die Eingänge der Verstärkerschaltung angeschlossene Transistoren sowie eine Einrichtung zur Peststellung der Spannungsänderungen von Ausgangssignalen der Transistoren aufweist und daß die Vorspannungsquelle mit dem Ausgangssignal der letztgenannten Einrichtung gespeist wird und ihr Ausgangssignal über die Eingänge der Verstärkerschaltung an die Verzweigung zwischen in Reihe geschalteten Widerständen anliegt.

   8. Verstärkerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplituden-Komparator ein Differentialverstärker mit zwei emitterseitig gekoppelten Transistoren ist und daß seine eine Eingangsklemme an die Verzweigung zwischen den Dioden und seine andere Eingangsklemme an die Bezugsspannungsquelle angeschlossen ist.

   9. Verstärkerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Transistors, dessen eine Klemme an die Verzweigung zwischen den Dioden angeschlossen ist, über einen Transistor an die Eingangsseite der Gegentakt-Verstärkerschaltung zur Regelung der Vorspannung der Verstärkerschaltung angelegt ist.

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   10. Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mehreren in Kaskade geschalteten Stufen, von denen jede zwei an zwei Eingangsklemmen angeschlossene Transistoren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Ausgangsseite einer vorbestimmten Stufe und einer vorgeschalteten Stufe eine Vorspannungsquelle eingeschaltet und eine Einrichtung zur Regelung der Vorspannungsquelle in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der vorbestimmten Stufe vorgesehen ist, und daß die Vorspannungsquelle bei Überschreiten eines vorbestimmten Werts durch das Eingangssignal der Verstärkerschaltung die an die vorgeschaltete Stufe angelegte Vorspannung zur Vermeidung einer Aussteuerung bzw. einer Sättigung ihrer Transistoren variiert.

   11. Verstärkerschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren vom npn-Typ sind, daß jede Basis der Transistoren jeder Stufe mit den Kollektoren der Transistoren der vorgeschalteten Stufe verbunden sind, daß die Emitter der Transistoren jeder Stufe miteinander verbunden sind, daß die Kollektoren der Transistoren jeder Stufe über einen Widerstand miteinander verbunden sind, daß die Vorspannungsquelle einen pnp-Transistor und einen npn-Transistor aufweist, daß die Basis des pnp-Transistors an die Emitter der Transistoren der vorgeschalteten Stufe angeschlossen

   ist, daß der Kollektor des pnp-Transistors mit der Basis des npn-Transistors der Vorspannungsquelle verbunden ist und daß der Emitter des npn-Transistors der Vorspannungsquelle an die Basis-Elektroden der Transistoren der vorgeschalteten Stufe angeschlossen ist.

   12. Verstärkerschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des pnp-Transistors der Vorspannungsquelle mit den Emittern der Transistoren der vorgeschalteten Stufe über Widerstände verbunden ist, die in Serie zwischen die Emitter geschaltet sind.

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   Ij5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des pnp-Transistors mit den Emittern der Transistoren der betreffenden vorgeschalteten Stufe über Dioden und Widerstände verbunden ist, welche zwischen den Emittern in Reihe geschaltet sind.

   14. Verstärkerschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des pnp-Transistors direkt an die Hnitter der Transistoren der vorbestimmten Stufe angeschlossen ist.

   15· Verstärkerschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des pnp-Transistors über einen Widerstand mit den Kollektoren der Transistoren einer vorbestimmten Stufe verbunden ist.

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