DE2156149C3 - Gegentakt-Verstärkerschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gegcntaki-Verstärkcrschaltuni; mit mindestens zwei in Kaskade verbünde-

nen Verstärkerstufen, die jeweils zwei Transistoren aufweisen, bei denen sowohl die Emitter als auch die Kollektoren über in Reihe geschalieie Widerstände miteinander verbunden sind, wobei den Verbindungspunkten der Widerstände die Speisespannung über je einen weiteren Widerstand zugeführt wird, insbesondere als Vertikalablenkschaltung für Breitbandoszillographen.

Bei mehrstufigen Gegentakt-Verstärkersch; ltungen tritt insbesondere bei in der Amplitude stark unterschiedlichen Eingangssignalen häufig das Problem auf, daß die Transistoren der Endstufe oder auch bereits einer früheren Stufe in die Sättigung ausgesteuert werden, so daß die verstärkten Eingangssignale verzerrt wiedergegeben werden. Eine solche Verzerrung ist insbesondere bei der Vertikalablenkung bei Breitbandoszillographen nachteilig, da die größeren Amplituden der Eingangssignale nicht mehr originalgetreu auf dem Bildschirm aufgezeichnet werden.

Um eine solche Übersteuerung der Transistoren zu verhindern, ist es insbesondere "für Netzfrequenzverstärker bekannt, den Verstärkcrcingang in der Weise in Abhängigkeit vom Verstärkerausgangsstrom und/ oder der Ausgangsspannung zu steuern, daß bei einem zu starken Anstieg des Ausgangsstroms bzw. der Ausgangsspannung der Verstärkereingang gesperrt wird, um eine Übersteuerung des Verstärkers zu verhindern. Es ist außerdem auch bekannt, das Eingangssignal in Abhängigkeit des Ausgangsstroms bzw. der Ausgangsspannung durch eine variable Dämpfung zu verkleinern. Bei vollständiger Sperrung des Verstärkereingangs werden die Eingangssignale mit hoher Amplitude überhaupt nicht verstärkt, so daß sie z. B. auf dem Oszillographenbildschirm nicht dargestellt werden. Die Schaltung, die mit einer Verkleinerung der Eingangssignale arbeitet, gibt nur bei niedrigen Frequenzen die Eingangssignale originalgelreu wieder, so daß sie als Verstärkerschaltung für Breitbandoszillographen nicht geeignet ist.

Weitere nach dem Stand der Technik bekannte mehrstufige Gegentakt-Verstärkerschaltungen, von denen die Erfindung ausgeht, sind in den F i g. 1 und 2 dargestellt und später im einzelnen erläutert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkerschaltung, insbesondere für Vertikalablenkung eines Breitbandoszillographen, zu schaffen, die unabhängig von der Amplitude der Eingangssignale eine Übersteuerung der verwendeten Transistoren in den Sättigungsbereich verhindert und eine Wiedergabetreue Verstärkung in einem breiten Frequenzband ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Gegentakt-Ve rstärkerschaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Vermeidung einer Übersteuerung der Transistoren der Verstärkerschaltung über die Sättigungsgrenzc hinaus eine die Vorspannung zwischen den beiden Ausgängen eint ι Vorstufe und den Eingängen der nachfolgenden Verstärkerstufe festlegend·: Vorspannungsquclle vorgesehen ist, die vom Ausgangssignal einer Komparatorschnltung gesteueit ist, die ihrerseits für einen für die Größe der Ausgangsspnmuing und /oder dii Sättigungsgrenze chnrakteristischcn Parameter dieser Verstärkerstufe gegen einen Bezugswert vergleicht.

Vorteilhafte Ausbildungsformen dieser crfindiingsgemäßen Gegentakt-Verstärkerschaltung sind in den Unternnsprüchen angegeben

Die erfiridungsgemäße Gegentakt-Verstärkerschal ■ tung verhindert die Übersteuerung der Transistoren mehl dadurch, daß Eingangssignal^ großer Amplituden abgeschwächt oder gesperrt werden, sondern dadurch, daß der Arbeiispunkt de Verstärkerstufen kontinuierlich verschoben und der Größe der Eingangssignale so angepaßt wird, daß diese keine Übersteuerung der Verstärkerschaltung hervorrufen. Durch diesen »schwimmenden« Arbeitspunkt wird erreicht, ίο daß unabhängig von der Größe der Eingangssignale stets dei gesamte lineare Aussteuerbereich des Verstärkers ausgenutzt wird, ohne daß bei einem Anwachsen der Eingangssignale die Verstärkerschaltung in die Sättigung kommt. Die erfindungsgemäße Ver-Schiebung des Arbeitspunktes hat dabei zur Folge, daß die Verstärkerschaltung sich ohne Totzeit oder Abkiingzeit den wechselnden Amplituden der Eingangssignale anpaßt und auch während des Übergangs von einem hohen Eingangssignal zu einem niedrigeren oder umgekehn stabil verstärkt.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen

der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 und 2 Schaltbilder bekannter zwei- und dreistufiger Gegentakt-Verstärkerschaltungen.

Fig. 3 ein Schaltbild einer beispielhaften Ausführungsform einer Gegentakt-Verstärkerschaltung mit den Merkmalen der Erfindung,

Fig.4 eine graphische Darstellung der Arbeitspunkte der in der Schaltung gemäß F i::. 3 verwendeten Transistoren,

F i g. 5 ein Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6, 7, S, 9 und 10 Schaltbilder weiter abgewandelicr Ausführungsformen der Erfindung.

F i g. I zeigt ein Schaltbild einer herkömmlichen zweistufigen Gegentakt-Verstärkerschaltung mit einer ersten Stufe A, die pnp-Transistoren Π und Tl aufweist. Die Emitter dieser Transistoren sind über einen Widerstand R1 zusammengeschaltet. Parallel zum Widerstand R 1 liegt eine Serienschaltung aus Widerständen R 2 und R 3. deren Verzweigung an eine negative Stromquelle V— angeschlossen ist. Weiterhin sind die Kollektoren der Transistoren T 1 und Tl über in Reihe geschaltete Lastwiderstände R 4 und R 5 miteinander verbunden, während deren Verzweigung α über einen Widersland R 6 an eine positive Spannungsquelle V+ angeschlossen ist. An die Basis der Transistoren Π und Tl sind jeweils eine Eingangsklcmmc / 1 und Il angeschlossen. Das Aus- <:angssi«nal der ersten Stufe A beaufschlagt den Eingang einer zweiten Stufe R, bestehend aus zwei npn-Transistoren 7 3 und 7" 4, welche in gleicher Weise geschaltet sind wie die Transistoren der ersten Stufe A. Die Basis des Transistors T 3 ist mit dem Kollektor des Transistors T 1 und die FJasis des Transistor¹ T 4 ist mit dem Kollektor des Transistors 7 2 verbunden, wahrend die Furnier dei Transistoren 7" 3 und /4 übt, Hi Reihe uesciiailete Widerstünde Rl und R 8 untcreinam.V \erbunden sind. Eine \ civweigung /> zwischen ckr. Widerstanden A'7 und R 8 ist über einen Widerstand R 9 an die negative Spannimgsqucllc ^r angeschlossen. Die Kollektoren der Tiansistorcn 7" 3 und 7 4 Mild über in Reihe gcschaltete WidcrManue R 10 und /Ml zusammengeschaltet. und >...ie Vcr/wiguni? r zwischen diesen Widerständen ist über einen Widustand R ^ mit der ρ 'sitivni Sp;'.nrnir.;'squellc Γ · verbunden. Weiterhin

sind die Kollektoren der Transistoren 7 3 und 7 4 an Ausgangsklemmen O 1 und Ol angeschaltet.

Ein über die Eingangsklemmen /1 und 11 angelegtes Eingangssignal wird durch die erste Stufe,·! der Verstärkerschaltung verstärkt, worauf deren Ausgangssignal an die Basis-Elektroden der Transistoien

73 und 74 der zweiten Stufe B der Verstärkerschaltung angelegt wird. Das verstärkte Ausgangssignal WlIU ULJCl /AUSgdllgSMClllllltll KJ 1 UIIU W A gl-ll^lCM.

Wenn eine derartige Gegentakt-Vcrstürkci schaltung beispielsweise in der Ablenkschaltung eines Oszillographen verwendet wird und wenn die Arbeitspunkte der Transistoren 7"3 und Γ4 so gewählt sind, daß sie unter signalfreien Bedingungen der Gleichung Vcel = Vccl —- hVcc genügen, in welcher Frei und Vcel die Emitter-Kolleklor-Spannungen der Transistoren 73 bzw. 74 und Vcc die Spannung zwischen den Verzweigungen b und c bezeichnen, werden die Kollektorverluste der Transistoren 73 und

74 bei Anlegen eines Eingangssignals gleich groß, so daß der Temperaturunterschied beider Transistoren 73 und 74 auf Null reduziert wird.

Wird nun bei obigen Arbeitspunkten ein übermäßig großes Eingangssignal an die Stufe B der Gegentakt-Verstärkerschaltung angelegt, so sperrt einer der Transistoren 73 oder 74 der Vcrstärkcrschaltungsstufe B, während gleichzeitig der andere Transistor 74 oder 73 ausgesteuert bzw. durchgeschaltet wird. Aus diesem Gnind braucht die Schaltung nach dem Abklingen des zu hohen Eingangssignals eine gewisse Zeit, bis sie in den Normalzustand zurückkehrt.

Schaltet man zwei zueinander entgegengesetzt gepolte Dioden D1 und Dl parallel über die Basis-Elektroden der npn-Transistoren 73 und 74. wie dies in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet ist. und wird eine derartige verbesserte Gegentakt-Verstärkerschaltung beispielsweise in einer Vcrtikal-Ablenkschaltung verwendet, so ist es möglich, die Transistoren der nachgeschaltetcn 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 Dl ab. wodurch die Arbeitsweise der Verstärkerschaltung instabil wird. Außerdem wird es hierbei schwierig sein, eine zufriedenstellende Amplitudenbegrenzung zu gewährleisten.

Wird der Arbeitspunkt derart gewählt, daß er die Bedingung Vcel = Vcel^> Vs Vcc erfüllt, ohne Dioden zu verwenden, so sperrt einer der Transistoren 73 oder 74, bevor der andere Transistor 74 oder 73 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 Arbeitspunkt derart eingestellt wird und wenn beim Anlegen des Eingangssignals die Kollektorverluste der npn-Transistoren 73 und 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

T-^r ι f

l\Ul\tt]V^liaUI

L .—

L'tl &I1IV111

Ulli l~UIV.UI

Gegentaktverstärker, dessen Arbeitspunkt auf vorher erwähnte Weise eingestellt ist, verzerrt wird. Dies macht wiederum eine komplizierte Kompcnsierschaltung erforderlich. Wird eine Vertikal-Ablenkschallung unter Verwendung der Gegenlakt-Verstärkerschaltung gemäß Fig. 1 und ohne die Dioden gebildet und wird diese Schallung so ausgelegt, daß ihre einzelnen Stufen ohne Aus- bzw. Übersteuerung zu arbeiten \ennögen, auch wenn ein Signal angelegt

ίο 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 Vcrtikal-Ablenkschaltung sehr groß gewählt werden. Für diesen Zweck verwendbare Transistoren müssen hohe Durchbruchspannung und hohen Kollektorvcrlust 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 ß den beiden Stufen A bzw. B der Verstärkerschaltung gemäß F i g. 1 entsprechen, weshalb die betreffenden Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.

Die dritte Stufe C weist ebenfalls zwei npn-Transistoren 75 und 76 auf, deren Basis-Elektroden an die Kollektoren der Transistoren 73 bzw. 74 angeschlossen und deren Emitter über in Serie geschaltete Widerstände R13 und R 14 zusammengeschaltet sind, wahrend die Verzweigung d zwischen diesen Widerständen über einen Widerstand R 15 an die negative Spannungsquelle I⁷ — angeschlossen ist. Die Kollektoren der Transistoren 75 und 76 sind über in Reihe geschaltete Widerstände R 16 und R 17 zusammengeschaltet, deren Verzweigung e über einen Widerstand/? 18 mit der positiven Spannungsquelle V -;-verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren 75 und 76 sind mit den Ausgangsklemmen Oi bzw. 0 2 verbunden.

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

Wenn der Arbeitspunkt so gewählt wird, daß er unter signalfrcicn Bedingungen den Gleichungen

Vcel =- Vccl>Wcc und Fee5 = Vccb = hV'cc

genügt, wobei T Ve 5 und Vce6 die Emitter-Kollektor-Spannungen der Transistoren 75 bzw. 76 und Vcc die Spannung zwischen den Verzweigungen d und c bedeuten, so erfahren die Transistoren 73 und 74 keine Aussteuerung, auch wenn ein übermäßig großes Eingangssignal angelegt wird. Außerdem verhindert die Begrenzungswirkung der Transistoren 73 und 74 eine Aussteuerung bzw. ein Durchschalten der Transistoren 75 und 76.

Um jedoch die Transistoren 73 oder 74 zwangsläufig sperren zu lassen, bevor die Transistoren 75 und 76 ausgesteuert werden, muß der Arbeilsstrom der Transistoren 73 und 74 reduziert werden. Bei einem Breitband-Synchroskop werden Hochfrcquenz-

Transistoren als Transistoren 71 bis 76 verwendet. Da aber die Abschaltfrequenz eines Transistors mit seinem Arbeitsstrom in Beziehung steht, können die Transistoren 73 und 74 mit niedriger Abschaltfrequenz betrieben werden, wenn sie mit niedrigem

Arbeitsstrom betrieben werden.

Wenn andererseits der Arbeitspunkt so eingestellt wird, daß er die Bedingung

ϊ-'ct-i — I Vc2]> \ I"er und l'ceS = Fcc6>- h Vcc

erfüllt, so werden die Transistoren 73 bis 76 nicht durchgeschaltet und wird es möglich, einen Arbeitsstrom bei hoher Abschaltfrequenz zu wählen. Die Stufen Ii 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 Gegcntakt-Verstärkcrschaltungen werden durch die erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen beseitigt, von denen im folgenden einige bevorzugte Ausführungsformen an Hand der Zeichnungen näher erläutert sind.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform entsprechen die beiden ersten Stufen A und B den Stufen A bzw. B der Anordnung gemäß F i g. 1. Zusätzlich sind jedoch noch ein Amplituden-Komparaior/lC, dessen Eingangsktemmen /3 und /4 an die Ausgangsklemmen Ol und Ol der Stufe ß angeschlossen sind, und eine Vorspannungsquelle D vorgesehen, deren eine Eingangs- bzw. Spannungsregelklemme /5 mit einer Ausgangsklemme (7 3 des Kompafators AC und deren Ausgangsklemme O4 mit der Verzweigung α zwischen den Lastwiderständen R 4 und R S an der Ausgangsseite der Stufe A verbunden sind.

Die Arbeitspunktc der npn-Transistoren 73 und 7 4 sind so eingestellt, daß sie unter signalfreien Bedingungen die Gleichung

V eel = V ce 2 = ^V cc

erfüllen, in welcher die Symbole Feel, J-Vt'2 und J-Vc die bereits erwähnte Bedeutung besitzen.

Wenn an die Eingangsklcmmen /1 und /2 der ersten Stufe A ein Eingangssignal angelegt wird, dann arbeitet die zweite Stufeß wie im Fall von Fig. 1 als herkömmliche Gegentakt-Verstärkerschaltung, solange das Ausgangssignal der ersten Stufe A klein ist und liefert über die Ausgangsklemmen Ol und Ol ein Ausgangssignal an die nachgeschaltetc Stufe. Unter diesen Bedingungen arbeitet die Vorspannungsquelle D als herkömmliche Spannungsquellc konstanter Spannung und legt eine positive Vorspannung an die Ausgangsseite der Stufe A an.

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^C mit J⁷CcI und die.enige nach Betrieb des Komparators AC zur Variierung der Spannung der Vorspannungsquelle D mit J-Vc2 bezeichnet wird, dann liegt der Arbeitspunkt des Transistors 73 oder 7"4 während eines Intervalls, in welchem da« Ausgangssignal der zweiten Stufe B kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, auf dem Mittelpunkt P einer Kennlinie, die gemäß F i g. 4 einen Neigungswinkel

Wenn jedoch der Komparator AC ein zu hohes, einen vorbestimmten Wert übersteigendes Ausgangssignal der zweiten Stufe B feststellt, wird er wirksam und vermindert das Ausgangssignal der VorspannungsqucllcD um mehrere Volt unter den Normalwert, der erzeugt wird, wenn die Amplitude des Ausgangssignals der zweiten Stufe B kleiner als dieser vorbcsümnitc Wert ist. Infolgedessen wird die an die Ausgangsseite der ersten Stufe A oder au die Eängangsseite der zweiten Stufe B angelegte Vorspannung reduziert, so daß sich die Spannung zwischen b und c erhöht. Diese Erniedrigung der Vorspannung bewirkt ein Abnehmen des Kollektorstroms der Transistoren 73 und 74, demzufolge ein Abnehmen des Spannungsabfalls im gemeinsamen Kollektorwiderstand und somit ein Ansteigen der Spannung J⁷cc von dem Wert JVrI auf den Wert J⁷Cc 2, wie Fig. 4 zeigt, in der /_f der Kollektorstrom und /_ß den Basisstrom der Transistoren bedeuten. Dieser Anstieg der Spannung I⁷cc bzw. die Erniedrigung der Vorspannung bewirken aber auch, daß die Basis-Einströmung I_n von dem Wert I₈ , des Arbeitspunktes P auf den Wert /_ß „ des Arbeitspunktes Q absinkt.

Da sich der Punkt Q rechts vom Punkt P der den Neigungswinkel

0= tan

Rl + RIO/

oder

> = | tan

RS-RIl₁'

0=-(tan- J

\ Rl (- R 10

besitzt.

P) =1 tan

besitzenden Kennlinie befindet, auch wenn das Eingangssignal der zweiten Stufe B weiter ansteigt, wird einer der Transistoren 73 oder 74 gesperrt, bevor der andere Transistor 74 oder 73 ausgesteuert wird bzw. durchschaltet. Unter diesen Bedingungen wird die Impedanz der an den Kollektor des nicht gesperr-

ten 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 Ausfuhr, ngsform (Fig. 3) das Ausgangssignal der Vorspannungsquelle D an den Verzweigungspunkt α zwischen den Widerständen R A und R 5 angelegt wird, der an die Ausgangsseite dei vorgeschalteten Verstärkerstufe A angeschlossen ist ist zu beachten, daß es ebenso möglich ist, das Ausgangssignal der Vorspannungsquelle D gemäl F i g. 8 unmittelbar an die Eingangsseite der Gegen takt-Verstärkerschaltung anzulegen. Bei dieser Aus führungsform bilden die zwischen die Basis-Elektro den der Transistoren 73 und 74 geschalteten Serien widerstände R 31 und /?32 einen Vorspannungs widerstand und wird das Ausgangssignal der Vor Spannungsquelle D einer Verzweigung α zwischen die sen Widerständen aufgeprägt. Die übrige Schaltun; entspricht derjenigen gemäß Fig. 1-

Anstatt den Arbeitspunkt des Transistors in Ab hängigkeit von der Arbeitsweise des Amplituden Komparators A C nach rechts vom Mittelpunkt P de Kennlinie zu verschieben, ist es auch möglich, ihn zu Steuerung der Vorspannungsquelle D nach links ζ verschieben.

F i g. 9 zeigt die entsprechende Ausführungsforrr

609 610/2:

bei welcher Transistoren Γ 9 bis Γ11, Widerstände R 34 bis R 40 und Dioden D 3 und D 4 vorgesehen sind. Bei dieser Schaltung wird ein Ausgangssignal einer Verzweigung / zwischen den einander entgegengesetzt geschalteten Dioden D 3 und D 4 an die Basis des Transistors 7*9 eines Differentialverstärkers angelegt. Der Basiseingang des Transistors 79 wird mit der an die Basis des Transistors Γ10 angelegten Bezugsspannung verglichen, und wenn diese größer ist als das Basis-Eingangssignal des Transistors 79, wird das Basiseingangssignal des Transistors Γ11 erniedrigt, um die Spannung an der Verzweigung b ansteigen zu lassen. Bei dieser Ausführungsform weist der Amplituden-Komparator AC Dioden D3 und D4, Transistoren 79 und Γ10, welche einen emitterseitig gekoppelten 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 A C zwischen den Ausgangsklemmen Ol und O 2 der Verstärker-Stufe B zu erfassen, as 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 A C nicht an der Ausgangsseite der Verstärker-Stufe B abzunehmen, sondern das Eingangssignal der Stufe B dem Amplituden-Komparator unmittelbar einzuspeisen. Ein Beispiel einer solchen Schaltung ist in Fig. 10 dargestellt, wobei Spannungsschwankungen an der Basis der Transistoren Γ3 und 74 durch den Amplituden-Komparator A C bildende Transistoren Γ12 bzw. Γ13 festgestellt werden. Die Emitter dieser Transistoren Γ12 und 713 sind gemeinsam an eine Spannungsquelle S angeschlossen. Eine Parallelschaltung aus in Reihe geschalteten Widerständen R42 und R43 sowie in Serie und einander entgegengesetzt geschalteten Dioden D 5 und D 6 ist über die Kollektoren der Transistoren Γ12 und 7"13 geschaltet. Das an der Verzweigung dieser Dioden D 5 und D 6 liegende Signal wird an die Vorspannungsquelle D angelegt, worauf deren Ausgangssignal über die Basis jedes Transistors 7 3 und Ύ4 an die Verzweigung zwischen den Widerständen R 44 und R 45 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 Vertikalr-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 Eingangssignals ist es zudem möglich, das Ausgangssignai 7ijr nachgp-srhaltetcü Stufe zu begrenzen und" auf diese Weise die Aussteuerung der darin enthaltenen Transistoren zu verhindern.

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fi g. 5 ist die Erfindung in bezug auf die dreistufige Verstärkerschaltung gemäß Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform weist die Vorspannungsquelle D zwei pnp-Transistoren 77 und Γ8 sowie einen npn-Transistor 79 auf. Die Emitter der Transistoren 77 und TS sind direkt zusammengeschaltet und über einen Widerstand R 23 an die positive Spannungsquelle V+ angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 78 ist geerdet, und die Basis des Transistors Γ 8 ist an die Verzweigung/ zwischen Widerständen R19 und Ä20 angeschaltet, welche in Reihe zwischen die positive Spannungsqueile V+ und Masse eingeschaltet sind. Die Basis des Transistors Tl ist an die Verzweigung d zwischen den Emitter-Rückkopplungs-Widerständen R13 und R14 der Transistoren Γ5 und 76 der dritten Stufe C angeschlossen. Der Kollektor des Transistors Tl ist über einen Widerstand Λ 21 geerdet und außerdem an die Spannungsquelle V+ angeschlossen. Die Basis des npn-Transistors 79 ist an den Kollektor des Transistors Tl angeschlossen, während der Emitter des Transistors Γ9 mit der Verzweigung α zwischen den Widerständen R 4 und R 5 der ersten Stufe verbunden ist, so daß eine Vorspannung an den Kollektoren der Transistoren Tl und T2 und an den Basis-Elektroden der Transistoren Γ3 und T4 der zweiten Stufe B anliegt. Der Kollektor des Transistors Γ9 ist mit der positiven Spannungsquelle V+ verbunden.

Unter signalfreien Bedingungen sind die Arbeitspunkte der npn-Transistoren Γ3 bis Γ6 so eingestellt, daß sie den Gleichungen

Keel= Vce2 = ±Vcc Vce 5= Vce 6> \V'cc

genügen. In diesem Fall wird das Potential am Punkt / etwas höher gewählt als das Potential am Punkt d, so daß bei durchgeschaltetem Transistor TS der Transistor 79 sperrt. Dementsprechend wird das Potential des Punkts g durch den Wert der Widerstände R 21 und R22 und den Wert des Kollektorstrorns des Transistors Tl bestimmt, wobei das Potential des Punkts α um etwa 0,7 V niedriger ist als dasjenige des Punkts g. Unter diesen Bedingungen wird die Gleichung

Vcel = 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 Ol und O 2 ein Ausgangssignal an die nachgeschaltete Stufe, solange das Ausgangssignal der ersten Stufe A klein ist.

Wenn dagegen das Ausgangssignal der ersten Stufe/1 groß ist, geschieht folgendes: Mit zunehmender Größe des Eingangssignals wird entweder der Transistor Γ 5 oder der Transistor Γ 6 gesperrt. Obgleich das Potential des Punkts d bei durchgeschalteten Transistoren TS und Γ6 auf einem bestimmten Wert gehalten wird, nimmt das Potential des Punkts d mit zunehmendem Eingangssignal zu, wenn der Transistor JS oder T6 gesperrt wird, übersteigt das Potential des Punkts d das Potential des

Punkts/, so sperrt der Transistor Γ7, während der Transistor Γ 8 durchschaltet, so daü Jie Potentiale der Punkte g und α vermindert werden. Wenn das Potential des Punkts α weiter abnimmt, verringern sich die Basis-Potentiale der Transistoren 73 und 74, so daß sich die Spannung Vcc erhöht. Wenn dci Wert des Widerstands R 9 ausreichend hoch gewählt wird, um eine Schaltung konstanten Stroms zu bilden, so variieren die Koiiektorsiröme der Tiansisioren TZ und T4 nicht in nennenswertem Maß.

Die Arbeitsweise der Vorspannungsquelle D gemäß F i g. 5 entspricht derjenigen der Vorspannungsquelle gemäß Fig. 3. Genauer gesagt, befindet sich der Arbeitspunkt des Transistors 73 oder T4 auf dem Mittelpunkt P der Kennlinie gemäß Fig.4, wenn der Transistor Tl auf vorher beschriebene Weise durchgeschaltet wird. Wenn der Transistor Γ7 jedoch sperrt, verschiebt sich der Arbeitspunkt des Transistors T3 oder 74 auf den Punkt Q. Da dieser sich rechts vom Mittelpunkt R einer breiten Kurve to befindet, die unter einem Neigungswinkel von

Rl + RIl

Θ =|tan

R% ■ RIl

durch den Punkt Q verläuft, wird ein Zustand Vce = '/2I⁷CcI hergestellt, wobei Vce die Emitlcr-Kollektor-Spannung ..es Transistors und V cd den Wert von Vcc bei sperrendem Transistor Tl bedeuten, der bewirkt, daß der Transistor 7'3 oder 74 gesperrt wird, bevor der andere Transistor 74 oder 73 ausgesteuert wird, so daß beide Transistoren ohne Aus-Steuerung bzw. Sättigung arbeiten können.

Wenn die Gegentakt - Verstärkerschaltung gemäß F i g. 5 bei einer Vertikal - Ablenkschaltung eines Oszillographen angewandt wird und wenn die Schaltung so eingestellt ist, daß der Transistor Γ5 oder Γ6 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 VceI = VceZ = Va Vccl hergestellt, wobei Vccl den Wert von Vcc bei durchgeschaltetem Transistor Tl 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/ 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 Γ5 und Γ6 auf konstantem Wert gehalten wird und abzufallen beginnt, wenn einer der Transistoren TS oder T 6 sperrt.

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

Bei der in F i g. 6 dargestellten Verstärkerschaltung ist die Anode einer Diode Dl an den Emitter eines Transistors Γ 5 und die Kathode der Diode Dl an das eine Ende des Widerstands R13 angeschlossen, während eine zweite Diode D 2 in ähnlicher Weise zwischen den Emitter des Transistors T6 und den Widerstand Ä14 geschaltet ist. Eine Reihenschaltung aus Widerständen R 25 und KZO ist parallel zur Serienschaltung der Dioden D 1 und Dl und der Widerstände R 13 und /?14 geschaltet, wobei die Verzweigung zwischen den Widerständen R 25 und R 26 an die Spannungsquelle V — angeschlossen ist. Die Verzweigung d zwischen den Widerständen R 13 und R 14 ist in gleicher Weise, wie in F i g. ? gezeigt. mit der Basis des Transistors Γ 7 und auch mit der Spannungsquelle V — verbunden. Die Basis der Transistoren 75 und 76 ist jeweils mit der Kollektoren der Transistoren 7~3 und TA der zweiten Stufe B verbunden.

Während bei der Gegenlakt-Verstärkcrschaltung gemäß Fig. 5 der Arbeitspunkt des Transistors so eingestellt ist. daß er die Bedingung IYeS= l'cvl >'ί!ΓΊΐ erfüllt, um die Aussteuerung der Transistoren 75 und 76 zu verhindern, ist der Aibeilspunkt der abgewandelten Schaltung gemäß F i g. (S so eingestellt, daß er die Bedingung Vcc5 — i ccd ---' Vs Vcc erfüllt. Eei Erhöhung des Eingangssignals der Transistoren 75 und 76 wird dann die Diode D J oder Dl gesperrt, so daß die Transistoren 75 und 76 unwirksam gemacht werden, nicht als Gcgcntakt-Verstärkerschaltung arbeiten und der Verstärkungsgrad stark herabgesetzt wird. Infolgedessen werden die Transistoren 75 und 76 daran gehindert, durchzuschalten. In diesem Fall ist es möglich, die Vorspannungsquelle D durch das Potential der Verzweigung d anzusteuern, um die Aussteuerung der Transistoren 73 und 74 der zweiten bzw. ν '.-geschalteten Stufe B zu verhindern. Bei der abgewandelten Gegentakt-Verstärkerschaltung gemäß Fi;: :!ie als Ersatz für die dritte Stufe C gemäß F i u. 5 vorgesehen ist, sind die Emitter der Transistoren 75 und 76 an einem Punkt d unmittelbar zusafnmengcsc'naltet, welcher auf dieselbe Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 mit der Basis des Transistors 7 7 verbunden ist. Diese abgewandelte Ausführungsiorm ermöglicht die Steuerung der Vorspannungsquelle D entsprechend dem an der Verzweigung d liegenden Potential. Im übrigen arbeitet die Schaltung nach F i g. 7 in gleicher Weise wie die Ausführungsform gemäß F i g. 6.

Es ist zu beachten, daß es auch inög'nJi ist. die Eingangsseite der Vorspannungsquelle mit der Verzweigung e zwischen den Kollektor-Lastwiderständen /?16 und RIl der Transistoren 75 und 76 zu verbinden, anstatt die Eingangsseite der Vorspannungsquelle mit dem Punkt d zwischen den Emittern der Transistoren 75 und 76 der dritten Stufe zu verbinden.

Um wiederum ein Durchschalten bzw. die Sättigung der Transistoren 73 und 74 der zweiten Stufe zu verhindern, ist es auch möglich, den Arbeitspunkt des Transistors so zu verschieben, daß die Kollektorströme der Transistoren 73 und 74 reduziert werden, anstatt den Arbeitspunkt des Transistors gegenüber dem Mittelpunkt R auf der Kennlinie nach rechts zu verschieben.

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

Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung eine neuartige Gegentakt-

{lic ArnnlitllHp 7Ί1

VcrsiaiKcischaltung schaff'., v.'!

13

begrenzen oder ein Dmchschalten der Transistoren da dem Fachmann innerhalb des Rahmens und de-

₇„ verhindern vermag, so daß ein zu sroßes Ein- Grundgedankens der Erfindung zah reiche Anderun-

zu verhindern vermag, so daß ein zu großes Ein- Grundgedankens der Erfindung zablreicne

, ·,. ,·. u i._i c...r~ „ .-,»η un.i Ahwanfiliineen offensichtlich sind.

ganassiiinai mein an uic iiauigcskiKmcic jiuh. ougv- _b~-· - - - f:„j„nn

legt wird. Bei Anwendung der Erfindung auf die Zusammenfassend schafft üie Erfindung
Vertikal-Ablenkschaliune eines Oszillographen ver- 5 eine ein- oder mehrstufige Gegentakt-\ er

mag die erfindungsgemäße Gegentakt-Verstärker- schaltung, bei welcher jede Mute zwei mn mti·

sch^ltuns das Signal mit hoher Wiedergabetreue auf gangsklemmen verbundene Transistoren aufweist

dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre zu repro- wobei cmc Vorspannung*que..e vorgcäc.icr^. ocrer

duzicren ringang^cite direkt oder über einen Ampr.tuuc.r Obgleich die Erfindung vorstehend in bevorzug- io Kompaia'or an den Ausgang des Gegentakt-ycrsiar

ten Ausführungsformen und in Verbindung mit be- kers angeschlossen ist wahrend die Ausgangss.iK

vorzugten Anwendungsgebieten dargestellt und be- der Vorspannungsquehe an den Eingang de, G.gen

schrieben ist, ist sie keineswegs hierauf beschränkt, takt-Verstärkers angeschlossen ist.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

.Patentansprüche:

1. Gegentakt-Verstärkerschaltung mit mindestens zwei in Kaskade verbundenen Verstärkerstufen, die jeweils zwei Transistoren aufweisen, bei denen sowohl die Emitter als auch die Kollektoren über in Reihe geschaltete Widerstände miteinander verbunden sind, wobei den Verbindungspunkten der Widerstände die Speisespannung über je einen weiteren Widerstand zugeführt wird, insbesondere als Vertikalablenkschaltung für Breitbandoszillographen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer Übersteuerung der Transistoren (Γ3, T 4 bzw. T S, T 6) der Verstärkerschaltung über die Sättiguagsgrenze hinaus eine die Vorspannung zwischen den beiden Ausgängen einer Vorstufe und den Eingängen der nachfolgenden Verstärkerstufe festlegende Vorspannungsquelle (D) vorgesehen ist, die vom Ausgangssignal einer Komparatorschaltung [AC) gesteuert ist, die ihrerseits einen für die Größe der Ausgangsspannung und/oder die Sättigungsgrenze charakteristischen Parameter dieser Verstärkerstufe gegen einen Bezugswert vergleicht.

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren vom npn-Typ sind und mit ihren Basis-Elektroden an die Eingänge und mit ihren Kollektoren an die Ausgänge der jeweiligen Verstärkerstufe angeschlossen sind, daß die Eingänge des Komparators an die Ausgänge dieser Verstärkerstufe angeschlossen sind und daß der Ausgang der Vorspannungsquelle an die Basis-Elektroden der Transistoren angekoppelt ist.

3. Verstärkerschaltung n-ich Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anstieg des Ausgangssignals über einen vorbestimmten Wert der Komparator das Ausgangssignal der Vorspannungsquelle verkleinert und die Arbeitspunkte der Transistoren dabei derart ändert, daß einer der Transistoren gesperrt wird, bevor der andere Transistor in die Sättigung kommt.

4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge des Komparators an die Eingänge der betreffenden Verstärkerstufe angeschlossen sind (Fig. 10).

5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Vorspannungsquelle über die Eingänge der Verstärkerstufe an den Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten Widerstände angelegt wird.

6. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch cfkennzcichnct, d?..ß die AusjisnsEEcits der betreffenden Verstärkerstufe zwei Ausgänge aufweist, daß der Komparator in Serie und entgegengesetzt zueinander geschaltete Dioden aufweist, welche zwischen diese Ausgänge geschaltet sind, und daß der Komparator die Spannungsiindcruii gen an dem Verbindungspunkt zwischen den Dioden gegen eine Bezugsspannung vergleicht (Fig. 9).

7. Verstärkerschaltung nach Anspruch 6, da durch gekennzeichnet, daß der Kamparator ein Differenzverstärker mit zwei emitterseitig gekoppelten Transistoren ist, dessen einer Eingang an 6s den Verbindungspunkt zwischen den Dioden und dessen anderer Eingang an die Bezugsspannungsquelle angeschlossen ist.

8. Verstärkerschaltung nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß das Ausgangssigna des Transistors, dessen Eingangsklemme an dei Verbindungspunkt zwischen den Dioden angc schlossen ist, über einen Transistor an die Ein gangsseite der betreffenden Verstärkerstufe zu Steuerung der Vorspannung dieser Stufe ange legt ist.

9. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der Komparator zwe jeweils an die Eingänge der betreffenden Verstärkerstufe angeschlossene Transistoren sowie eine Einrichtung zur Feststellung von Spannungsänderungen der Ausgangssignale dieser Transistoren aufweist und daß die Vorspannungsquelle mit dem Ausgangssignal der letztgenannten Einrichtung gespeist wird und ihr Ausgangssignal über die Eingänge der Verstärkerstufe an den Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Widerständen anliegt (F i g. 10).

10. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsquelle unmittelbar zwischen die Ausgänge der betreffenden Verstärkerstufe und der vorgeschalteten Stufe eingeschaltet ist und die Einrichtung zur Steuerung der Vorspannung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der betreffenden Stufe einschließt.

11. Verstärkerschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsquelle einen pnp-Transistor und einen npn-Transistor aufweist, daß die Basis des pnp-Transistors an die Emitter der Transistoren der betreffenden Verstärkerstufe 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 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des pnp-Transistors der Vorspannungsquelle mit den Emittern der Transistoren der betreffenden Verstärkerstufe über die in Serie zwischen die Emitter geschalteten Widerstände verbunden ist.

13. Verstärkerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des pnp-Transistors mit den Emittern der Transistoren der betreffenden Verstärkerstufe über Dioden und Widerstände verbunden ist, welche zwischen den Emittern in Reihe geschaltet sind.

1-1. Verstärkerschaltung nach Anspiuch il, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des pnp-Transistors direkt an die Emitter der Transistoren der betreffenden Verstärkerstufe angeschlossen ist.

15. Verstärkerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des pnp-Transistors über einen Widerstand mit den Kollektoren der Transistoren der betreffenden Verstärkerstufe verbunden ist.