DE2215626B2

DE2215626B2 - Breitbanddifferenzverstaerker

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Publication number: DE2215626B2
Application number: DE19722215626
Authority: DE
Priority date: 1971-04-07
Filing date: 1972-03-30
Publication date: 1977-05-12
Also published as: CA951802A; BE781701A; AU466868B2; SE375664B; NL7111226A; GB1389056A; FR2136214A5; NL7104636A; DE2215626C3; US3849735A; AU4051172A; DE2215626A1

Description

Die Erfindung bezieht sieh auf einen Differenzverstärker pemäßdem Ooerbegriff des Hauptanspruches

Ein derartiger Differenzverstärker ist in der Zeitschrift »I.E.E.E, journal of Solid State Circuits«. Heft 3,

Nr. 4, Dezember 1968, S. 353 und folgende beschrieben. Zweck des Entwurfes nach dieser Veröffen Hchung war es, einen Differenzverstärker zu schaffen, der sich besonders gut in integrierter Bauweise herstellen läßt und der sowohl eine große Bandbreite als auch eine sehr gute Linearität der Verstärkung aufweist.

Eine gute Integrierbarkeit des in dieser Veröffentli chung gezeigten Differenzverstärkers wird durch die Abwesenheit passiver Elemente erreicht, die in den meisten Verstärkerschaltungen zum Festlegen der Verstärkung und r.ur Verbesserung der Linearität erforderlich sind. Eine große Bandbreite wird dadurch erreicht, daß eine Stromverstärkung ohne einen merklichen Spannungshub verwendet wird, wodurch die bei integrierten Schaltungen auftretenden Streukapazitäten die Bandbreite nur in sehr geringem Maße beschränken.

Die Linearität der Verstärkung wird in hohem Maße durch die Genauigkeit bestimmt, mit der Transistoren durch Integrationstechniken hergestellt werden können. Wie an Hand der Figuren nachstehend näher erläutert wird, wird mit Hilfe des Differenzverstärkers gemäß der erwähnten Veröffentlichung nur eine verzerrungsfreie Verstärkung erreicht, wenn die verwendeten Transistoren völlig identisch sind. d. h., wenn sie gleiche Sättigungsströme. Emitter-Massenwiderstände. Basiswiderstande und Miller-Kapazitäten aufweisen. Dies läßt sich naturgemäß durch die bisher bekannten Herstellungstechniken nicht völlig erzielen. Die bedeutendste Fehlerquelle ist die Differenz der Sättigungsströme infolge von Abweichungen zwischen den Emitteroberflächen der verschiedenen Transistoren.

Wenn mit der dargestellten Verstärkerschaltung eine sehr befriedigende lineare Verstärkung erzielt werden soll, muß also dafür gesorgt werden, daß die Transistoren durch Anwendung einer äußerst genauen Integralionstechnik möglichst identisch sind. Es leuchtet aber ein, daß die Herstellungskosten dadurch erheblich gesteigert werden. Ferner führt jede Abweichung zwischen den Transistoren eine Verzerrung herbei, so daß. wenn in dieser Hinsicht sirenge Anforderungen gestellt werden, der Ausschuß bei der Herstellung verhältnismäßig hoch sein wird.

Die Erfindung bezweckt, einen Differenzverstärker /u schaffen, mit dessen Hilfe eine außerordentlich gute lineare Verstärkung erzielbar ist, ohne daß die obengenannten strengen Anforderungen in bezug auf die Gleichheit der Transistoren gestellt werden müssen. Es ist einleuchtend, daß ein derartiger VerstärKer einen sehr großen Anwendungsbereich hat und z. B. als geerdetes oder schwebendes Potentiometer, als Multiplizierer, als Modulator, als Synchrondelektor usw. verwendet werden kann. Im allgemeinen kann dieser Verstärker in denjenigen Fällen Anwendung finden, in denen eine Stromverstärkung in linearer Abhängigkeit von einem anderen Strom verlangt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäft durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Maß nahmen gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil Je¹· Pifferen/verstärkers nach der Erfindung besteht darm, daß mit Hilfe der regelbaren (ilcichstromeinsttilung der IolgerschnUiiri· die ftalanecemregelung des Differen/verstärkers ..era·¹ erlogen kann, daLS auch die durch Ungleichheiten d.-; Transistoren herbeigeführte Abweichung beseitigt w ird. Pics im Gegensa" zudem bekannten Differenzverstärker, bei dem zwar die Balaneeeinregelung durch Vu-hreeelunE der beiden F.ingangsglcichsirome erfo!

gen kann, aber bei dem durch diese Einregelung die erwähnte Verzerrung nicht beseitigt wird.

Die Verzerrung, die durch die auftretenden Basisströme infolge des endlichen Wertes des Stromverstär- kungsfaktors der Transistoren herbeigeführt wird, spielt zwar noch eine Rolle bei dem erTindungsgemäßen Differenzverstärker. Die dadurch herbeigeführte Ver zerrung ist aber gering und kann bei dem Differenzverstärker nach der Erfindung durch passende Wahl des Absolutwertes der von der Folgerschaltung geführten Gleichströme noch weiter herabgesetzt werden.

Bei einer ersten Ausführungsform des Differenzverstärkers nach der Erfindung enthält die Folgerschaltung zwei als Emitterfolger geschaltete Transistoren, von denen jeweils einer in die Verbindungsleitung zwischen einem der Eingangsglieder und einem der Transistoren des ersten Differenzpaares aufgenommen ist. während jedem der als Emitterfolger geschalteten Transistoren aus einer Stromquelle Gleichstrom zugeführt wird, von welchen Stromquellen mindestens eine einstellbar ist. Die Balanceeinregelung des Differenzverstärkers ^rfoigt dabei durch Änderung der Einstellung der einstellbaren Stromquellen.

Bei einer zweiten Ausführungsform des Differenzverstärkers nach der Erfindung enthält die Folgerschaltung zwei Transistoren, deren Emitter miteinander und mit einer Stromquelle verbunden sind, in deren Kollektorkreis ein Regelglied aufgenommen ist, mit dessen Hilfe das gegenseitige Verhältnis der Gleichströme durch diese Transistoren einstellbar ist. wobei die Basis eines dieser Transistoren mit einem Eingangsgüed und die Basis des anderen Transistors mit einem Transistor des Differenzpaares verbunden ist. Die Balanceeinrpgelung des Differenzverstärkers erfolgt dabei durch Regelung der von den beiden Transistoren der Fo'gerschaltüng geführten Gleichströme mit Hilfe des Regelgliedes.

Einige Ausführungsbcispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform und

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform des aus der vorerwähnten Veröffentlichung bekannten Differenzverstärkers,

F i g. 3 eine erste Ausführungsform und

F i g. 4 eine zweite Ausführungsform des Differenzverstärkers nach der Erfindung,

F i g. 5 eine Multiplikatorschaltung, die aus zwei Differenzverstärkern nach der Erfindung aufgebaut ist.

F i g. 6 eine Charakteristik der Schaltungsanordnung nach der Erfindung und vergleichsweise die Charakteristik der bekannten Schaltungsanordnungen, und

Fig 7 einige Charakteristiken der Schaltungsanordnung nach der Erfindung als Funktion des Absolutwertes der Stromquellen.

F i g. I zeigt einen aus der vorerwähnten Veröffentlichung bekannten Differenzverstärker, der die als Di^ffi.Ten7pa;'.r geschalteten Ttansistoren T\ und T₄ em!.alt, deren Emitter mn einer Stromquelle 2Λ verbunden sind. Die Steuerspannungen für dic-e 1 ransistoi ι η Ί-. ίικΙ Ά werde;' ''iit Hilfe ■"■· eier als Dioden ireschalteter Tr anvisieren / und Z. erhalten, die emer-x.·-" mit einem Punkt konstante:: Potentials und anderer¹.;. :ts mit den Basis 1 lektreden der I ransistoren T- Ivw. Ζ·. ·> erblinden sind, webe¹ den Transistoren T- und 7.- die Eingangssignal in Form «in Eingangsströ men zugeführt werden Pie Alisgangssignale des Piffeien/versiärkers kennen ;n Form \ei \usgangs "men den Kollektoren der Transistoren /', und 7j

entnommen werden. Durch Anordnung von Impedanzen in diesen Kollektorkreisen können naturgemäß diese Ausgangsströnic in Ausgangsspannungen umgewandelt werden.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise dieses Differenzverstärkers sei angenommen, daß dem Transistor T ein Eingangsstrom /ι + / und dem Transistor 7": ein Eingangsstrom l^—i zugeführt wird, wobei A und h Gleichstromkomponenten sind und /die Wechselkomponente ist. Die Gleichstromkomponenten der Eingangsströme sind ungleich gewählt, um eine Balanceeinregelung des Verstärkers zu ermöglichen, wie aus nachstehendem hervorgehen wird.

Infolge des Eingangsstroms l\ + i wird über den Transistor T, eine Spannung gleich:

auftreten, wobei Ai den Sättigungsstrom des Transistors T_u Γ die absolute Temperatur, ir die Boltzmann-Konstante und q die Ladung eines Elektrons darstellt. Zur Vereinfachung der Berechnung wird dabei angenommen, daß der Transistor T^ einen unendlich großen Stromverstärkungsfaktor hat und der Basisstrom dieses Transistors also gleich Null ist. Auf gleiche Weise kann fur die Spannung
werden:

über den Transistor 7} geschrieber

kl

In

wobei /s? den Sättigungüstrom des Transistors Ί. darstellt, wahrend für die Basis-Lmitter-Spannunger ν_Ν) bzw. Vua der Transistoren Ti bzw. 7i gilt, daß:

In

h/w.

wobei lsi bzw. A₄ den Sätti.gungsstrom une! Ii + ia bzw Ii-i'a den Emitterstrom des Transistors T^ bzw. T, darstellt. Für die Schaltungsanordnung gilt nun, daß die Spannung über den Transistor Ti abzüglich der Basis-Emitter-Spannung des Transistors Tz gleich der Spannung über den Transistor 7i abzüglich der Basis-Emitter-Spannung des Transistors T, sein muß, so daßgilt.daß:

In

^kT

in

A-7 I/, - Ii AT , /, - /₄

= — In ·-- - -- In ,- ^A

'/ ',2 </ Λα

Aus dieser Gleichung folgt für i_A:

* ι

Durch Einregelung der Gleichstromeinstellung /; in bezug auf h kann die Balanceeinstellung des Differenzverstärkers erhalten werden. Der Verstärker ist ausbalanciert, wenn für /=0 der Strom /4 gleich Null ist. Die Balancebedingung kann also dadurch gefunden werden, daß /=0 in die Gleichung (2) eingesetzt und die Anforderung i_A = 0 gestellt wird. Als Balancebedingung wird auf diese Weise gefunden:

ι -i

Stromes /4 auftritt. Eine verzerrungsfreie Verstärkung 4t wird nur erreicht, wenn gilt, daß:

/,2 /,3

Λ /,ι

wodurch ja das erwähnte Glied mit /in dem Nenner der Gleichung (4) wegfällt. Man wird versuchen, dies dadurch zu erreichen, daß alle Transistoren einander möglichst gleichgemacht v/erden. Wenn diese Gleichung (5) erfüllt wird, wird der gewünschte Ausgangs i

strom

Wie bereits erwähnt wurde, kann diese Balancebedingung durch Einregelung einer der Gleichstromeinstellungen Λ und /₂ erfüllt werden. Wenn angenommen wird, daß diese Balancebedingung erfüllt ist, wird für den Strom /4 durch Einsatz von (3) in (2) gefunden:

= h

(4)

gefunden.

Bei dem jetzigen Stand der Integrationstechniken bei der Massenherstellung ist man imstande. Transistoren herzustellen, bei denen die gegenseitige Abweichung der Sättigungsströme weniger als 8% beträgt Bei

(>o Annahme dieser maximalen Abweichung folgt für den in der Gleichung (5) angegebenen Ausdruck, daß:

Aus der letzteren Gleichung geht hervor, da8 trotz der Tatsache, daß die Balanceeinregelung des Differenzverstärkers stattgefunden hat, dennoch infolge des Gliedes mit / in seinem Nenner eine Verzerrung des 0.85 < Ji'-A* < 1,17

Zur Illustrierung der infolge der Ungleichheit der Transistoren auftretenden Verzerrung ist in F i g. 6 die

'lative Abweichung/'des Ausgangsstroms in bezug auf L~n gewünschten Strom über dem Eingangsstrom / .ifgetragen.also:

/' '' '■'" ItM)",, (Si

Dabei zeigt die kurve /¹ die icLuisc Abweicluini: Jr den Fall, daß

Kl /,4

1.17

ind die Kurve /" die relative Abweichung für den lall, laß

('¹V-⁴ - 0.S5.

Dabei sei bemerkt, daß es sich hier um Wechselspannungssignale handelt und daß der Wert bei / = 0 durch Ermittlung des Grenzwertes für /-· 0 erhalten ist.

Aus den Kurven geht hervor, daß bei dieser Ungleichheit der Transistoren noch eine beträchtliche Verzerrung auftreten kann, die bei maximaler positiver Aussteuerung am größten ist. die mit /=0.65 h angenommen ist.

Bei der obenstehenden Berechnung sind noch nicht die infolge des endlichen Stromverstärkungsfaktors der Transistoren auftretenden Basisströme berücksichtigt. Es stellt sich aber heraus, daß, die auftretenden Basisströme nur einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Linearität der Verstärkung ausüben, wie in der vorerwähnten Veröffentlichung nachgewiesen wird.

Dies gilt nicht mehr für die Schaltungsanordnung nach Fig. 2. Diese Schaltungsanordnung entspricht im wesentlichen der nach F i g. 1, nur mit dem Unterschied, daß die als Dioden geschalteten Transistoren Ti und Γ> anders angeordnet sind. Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist der der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 analog, mit der Maßgabe, daß infolge der abweichenden Anordnung der Transistoren Γι und Tj die Phasen der Ausgangsströme untereinander verwechselt sind.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 ist der nach Fig. 1 vorzuziehen, weil durch eine geeignete Kombination der Eingangs- und Ausgangsströme bei dieser Schaltungsanordnung eine zusätzliche Verstärkung erzielt werden kann. Bei dieser Schaltungsanordnung besteht nämlich die Möglichkeit, die Transistoren Ti und Tj nicht als Dioden zu schalten, sondern die Basis-Elektroden dieser Transistoren mit einem Punkt festen Potentials zu verbinden. Wenn dabei die Kollektoren der Transistoren Γι bzw. T₂ mit den Kollektoren der Transistoren Ti bzw. T^ verbunden werden, werden die Eingangsströme in der richtigen Phase zu den Ausgangsströmen addiert, so daß eine zusätzliche Verstärkung erzielt wird. Ferner können die so erhaltenen Ausgangsströme wieder direkt als Eingangsströme für eine folgende identische Verstärkerschaltung benutzt werden, so daß eine besonders einfache Kaskadenschaltung mehrerer Verstärkungsstufen nach F i g. 2 erzielbar ist.

'»ι K* Kt

Ki Ks Ks

Kt

Entsprechend der Berechnung in bezug auf Fig. 1 kann wieder nachgewiesen werden, daß infolge der Ungleichheit der Transistoren eine Verzerrung auftritt. Im Gegensat/ /.u dei schaltungsanordnung nach Fi g. 1 tritt bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 auch noch eine Abweichung in bezug auf das erwünschte Verhalten infolge des endlichen Stromverstärkungsfaktors der Transistoren auf. Die Emitterströme der Transistoren Ti und T₂ sind nun ja gleich der Summe der betreffenden Eingar.gsströme und der Basisströme der zugehörigen Transistoren Γ] und Tt, während an dem Eingang mit dem niedrigsten Eingangsstrom der größte Basisstrom des zugehörigen Transistors des Differenzpaares infolge der Phasenverwechselung des Eingangs und des Ausgangs der Schaltungsanordnung auftritt. Es läßt sich nachweisen, daß infolge des endlichen Wertes, des Stromverstärkungsfaktors der Transistoren die Linearität der Schaltungsanordnung bei gleicher maximaler Aussteuerung am Eingang und Verstärkung der Schaltungsanordnung beeinträchtigt wird. In Fig.6 (Kurven //■' und II^B) ist wieder für die beiden genannten Grenzwerte der Transistorabweichungen die relative Abweichung P des Ausgangsstroms über dem Eingangsstrom aufgetragen, wobei ein Stromverstärkungsfaktor ß= 100 für die Transistoren angenommen wird.

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform der Verstärkerschaltung nach der Erfindung. Dieser Differenzverstärker nach der Erfindung enthält zunächst wieder die als Differenzpaar geschalteten Transistoren Ti und Ti, deren Emitter mit einer Stromquelle 2 Λ verbunden sind und deren Kollektoren die Ausgangsströme entnommen werden können. Ferner enthält der Differenzverstärker wieder zwei als Dioden geschaltete Transistoren T₁ und Tj zur Umwandlung der Eingangsströme in Steuerspannungen für das Differenzpaar Γ) und Ti. Im Gegensatz zu den bekannten Schaltungsanordnungen werden jedoch diese Steuerspannungen nicht unmittelbar, sondern über die als Emitterfolger geschalteten Transistoren Ti und Ti, den Basis-Elektroden der Transistoren T₃ und Tt zugeführt, wobei den erwähnten als Emitterfolger geschalteten Transistoren aus Gleichstromquellen Ruheströme /5 bzw. 4 zugeführt werden.

Zur Errechnung der auftretenden Verzerrung sei angenommen, daß die den Transistoren T₁ und T₂ zugeführten Eingangsströme gleich /: + / und /1 - / sind. Im Gegensatz zu der Berechnung in bezug auf Fig. 1 sind die Gleichstromkomponenten der beiden Eingangsströme dabei als gleich angenommen, weil die Balanceeinregelung nicht durch Nachregelung einer dieser Gleichstromkomponenten, sondern durch Nachregelung einer der Stromquellen /5 und A, stattfindet, wit aus nachstehendem hervorgehen wird. Die Emitterströ me der Transistoren Ti und Ti sind wieder gleich /3 + i, bzw. h - Ia gesetzt.

Entsprechend der Berechnung in bezug auf Fig.! kann dadurch, daß die Spannung zwischen dem Emitte des Transistors Γι und dem Emitter des Transistors T gleich der Spannung zwischen dem Emitter de Transistors Tj und dem Emitter des Transistors T gemacht wird und die Basisströme vernachlässig werden, wieder ein Ausdruck für die Komponente i* de Ausgangsströme gefunden werden, und zwar:

Als Balancebedinguiif' gilt wieder, daß /,=0 fur /=0 sein muß. wodurch bei Einsatz in (9) die Bedingung erhalten wird:

I, /„

UOl

Die Balaruveinregelung des Differenzverstärkers kann also durch Nachregelung einer der Stromquellen A oder 4 erfolgen. Nach dieser Balanceeinregelung wird durch Einsatz von (10) in (9) für den Ausgangsstrom gefunden:

(I

Aus diesem Ausdruck für den Ausgangsstrom /4 geht direkt hervor, daß die Verzerrung infolge der Ungleichheit der Transistoren völlig beseitigt ist. im Gegensatz zu der bekannten Schaltungsanordnung wird bei dem Verstärker nach der Erfindung also erreicht. daß durch die Gleichgewichtseinstellung des Verstärkers auch bewirkt wird, daß die Verzerrung infolge der Ungleichheit der Transistoren völlig beseitigt wird.

Die insgesamt auftretende Verzerrung ist nicht ganz gleich Null, weil bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung die Basisströme der Transistoren infolge des endlichen Wertes des Stromverstärkungsfaktors der Transistoren noch eine Verzerrung herbeiführen. Die dadurch auftretende Verzerrung ist jedoch erheblich geringer als die Verzerrung, die infolge der Ungleichheit der Transistoren auftreten könnte, wie aus nachstehendem hervorgehen wird.

Wenn die auftretenden Basisströme bei der Berechnung der Wechselstromkomponente /4 des Ausgangsstroms berücksichtigt werden, wird für diesen Ausgangsstrom i\ nach Einsetzen der Balancebedingung eine Gleichung dritter Ordnung erhallen. Es stein sich heraus, daß die relative Abweichung des sich aus dieser Gleichung ergebenden Wertes für den Ausgangsstrom /4 in bezug auf den gewünschten Wert von der Größe der Stromquellen A und 4 in bezug auf die Stromquellen /1 und 2/) abhängig isi. Wenn der Absolutwert der Stromquellen auf den optimalen Wert eingestellt wird, ist die relative Abweichung P besonders klein, wie deutlich aus den Kurven II!^A und Ul^B in Fig. 6 hervorgeht.

Es hat sich herausgestellt, dab ein optimaler Wert für die Stromquellen A und 4 gefunden werden kann, bei dem die auftretende Verzerrung des Ausgangsstroms sehr gering ist, wie deutlich aus den Kurven hervorgeht. Dadurch, daß also eine der Stromquellen A oder 4 optimal gewählt und die andere Stromquelle nachgeregelt wird, bis die Balancebedingung erfüllt ist, wird — ungeachtet der Ungleichheit der Transistoren — eine praktisch verzerrungsfreie Verstärkung erhalten.

Die Abhängigkeit der maximalen relativen Abweichung P von der Wahl des Absolutwertes der Stromquellen geht deutlich aus den Kurven nach F i g. 7 hervor. Die vollen Linien zeigen dabei die Kurven für

LiLa¹J* = 0.494

' ι 2 '»3 'i5

wahrend die gestrichelten Linien die Kurven für

III
- - -

zeigen, wobei wieder angenommen wird, das ^= 100 ist.

= ..26

Die Kurven 1 /eigen die relative Abweichung /'für der lall, daß die Stromquelle 4 den optimalen Wen aulweist Ls wird also angenommen, daß 4 einen fester Wert aufweist und daß die Gleichgewichtseinregelung mit Hilfe von /-,erfolgt. Diese Kurven entsprechen somil den Kurven /// > und ///"der I- 1 g. 0.

Die Kurven 2 bzw. 3 zeigen die relative Abweichung /' für den Fall, daß /„= 1.5 ■ Optimalwert oder = Optimalwert/1,5 ist Es ist deutlich ersichtlich, daß infolge der Abweichung in bezug auf den Optimalwert der Stromquelle 4 die relative Abweichung Pzugenommen hat, aber noch erheblich geringer als die bei den bekannten Schaltungsanordnungen auftretenden Abweichungen ist.

Es sei noch bemerkt, daß die beiden Kurven (.also die Kurven für die beiden Grenzwerte der Transist« '!abweichungen, zu einer einzigen Kurve verschmelzen, wenn in Abhängigkeit davon, ob die Transistorabweichung

größer oder kleiner als 1 ist. die Gleichgewichtseinregelung durch Nachregelung entweder von 4 oder von h erfolgt.

Ferner ergibt sich bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung der Vorteil, daß auch bei einer der nach Fig. 2 entsprechenden Anordnung der als Dioden geschalteten Transistoren 7", und 7": die Verzerrung erheblich geringer als bei der bekannten Schaltungsanordnung ist, so daß diese Schaltungsweise zur Erzielung einer größeren Verstärkung benutzt werden kann. Die Basis-Elektroden der Transistoren 7", und T₂ können dann nämlich wieder mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden und die Kollektorströme können wieder kreuzweise den Ausgangsströmen des Differenzverstärkers zugesetzt werden.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform des Differenzverstärkers nach der Erfindung. Die Folgerschaltung besteht dabei aus pnpTransistoren Γ, und T_b, deren Emitter mit einer Stromquelle (Ά + 4) verbunden sind. Die Basis des Transistors 7", ist mit dem Transistor h und die Basis des als Diode geschalteten Transistors Λ> ist mit der Basis des Transistors T₄ verbunden. In die Kollektorkreise der Transistoren T-, und T_b ist ein Regelglied aufgenommen, mit dessen Hilfe das Verhältnis der Transistorgleichströme A und 4 eingestellt werden kann. Dieses Regelglied enthält einen Transistor T-, dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit einem Widerstand R J_n dem Kollektorkreis des Iransistors T* angeordnet ist; ferner enthält dieses Kegelghed die Reihenschaltung zweier Widerstände R' und R"und einer Diode D. welche die Reihenschaltung in dem Kollektorkreis des Transistors T₅ angeordnet ist. Die Basis des Transistors T_r ist mit einer Anzapfung des Widerstandes R verbunden. Durch dieses Regelglied wird erreicht, daß die Ströme A und 4 ein festes gegenseitiges Verhältnis aufweisen, das durch Verschiebung der Anzapfung des Widerstandes R' eingestellt werden kann.

J\~\ 5* ^^omP°^neme U der Ausgangsströme wird wieder der Ausdruck (9) gefunden, so daß klar wird, daß die Balancee.nregelung des Verstärkers wieder dadurch erfolgen kann, daß das Stromverhältnis ^ mit Hufe des Regelgliedes geändert wird, wodurch wieder er eicht wird, daß die Verzerrung infolge der Ungleichheit der Transistoren völlig beseitigt ist

Weite¹ durfte es ·. iiileuchien. daß \ icle Arlcn μ>π I olgcrM.Haltungen Anwendungen finden können. S< > könne:- /Ii. stall pr :>-! ι .insistoren fT iiriti /I-) auch npn-Ti anMstoren \ erwendet werden, viohei selbstverständlich das Regelgiied angep,;' «erden soll. Auch dieses Keyeiglied kann auf vielerlei W ei si. ausgebildet u orden.

I- ig. '"' /eigl einen V lerquadranteii-Muluph/icrer. der auf allgemein bekannte Weise aus zwei über Kreuz gekoppelten Differenzverstärkern aufgebaut ist. Schaltet man jedoch zwei Differenzverstärker nach I ι g. 3 oder I" i g. 4 der umliegenden Erfindung kreuzweise /usammen, dann zeigt es sich, daü diese Differenzverstärker nicht eindeutig einzustellen sind. Die in F ι g. S dargestellte Schaltung mil zwei kreuzweise gekoppel : ien Differenzverstärker!! gestattet jedoch aufgrund zusätzlicher Schaltungsmaßnahmen eine eindeutige tonregelung.

Der Vierquadranien-Multiplizicrer enthält dabei die Transistoren Tj... 7'_h bzw. TJ ... T_h'. Die Basis-FJektro- .■ den der Transistoren T_K und T',' sind, gleich wie die Basis-Elektroden der Transistoren 7", und T-', miteinander verbunden. Außerdem sind die Kollektoren der Transistoren T₁ und 7Y. gleich wie die Kollektoren der Transistoren T_ä und 7V, kreuzweise miteinander .■ gekoppelt. Als Eingangsglieder für das erste Eingangssignal sind zwei als Dioden geschaltete Transistoren T, und Γ; \nrgesehen. die einerseits mit den Basis-Elektroden der Transistoren T, und 7V bzw. 7V und T_h und andererseits über einen Widerstand R] mit der positiven ;■ Klemme + V« der Spannungsquelle verbunden sind.

Die komplementären Eingangsströme, die dem ersten Eingangssignal entsprechen, werden diesen Transistoren T; und 7".· mit Hilfe zweier als Differenzpaar geschalteter Transistoren Ti und 7T-,' zugeführt, deren "<^; Emitter über Widerstände R₀ mit der Stromquelle (Ti. R-. R-) verbunden sind. Der Basis-Elektrode des Transistors 7Ti kann die erste Eingangsspannung zugeführt werden, wcbei die Basis-Elektrode des Transistors Tq' mit einem Punkt festen Potentials, z. B. Erde, verbunden ist.

Die komplementären Eingangsströme. die der zweiten Eingangsspannung entsprechen, werden den Klemmen B und B' zugeführt, die mit den Emittern der Transistoren T] und Ti bzw. 7j' und Ti verbunden sind. Dies kann selbstverständlich auf gleiche Weise wie bei der ersten Eingangsspannung mit Hilfe zweier als Differenzpaar geschalteter Transistoren erfolgen. Es ist aber zu bevorzugen, zu diesem Zweck einen dritten Differenzverstärker nach der Erfindung zu benutzen. ~' dessen Ausgangsströme also den Klemmen B und B zugelührt werden. Aul diese Weise wird namhch der I int'kiß der EinphasenkompoiiCiiie ί <>mmon-madc Mi·:.al) des /weiten l.i.igangssignais aiii das Verhallen der Miiltipli/ierschaltiing erheblich herabgesetzt

Die Ausgangsspannung kann einem der Widerstände A'in den Kollektorleitungen der Trar.sistni en /',, /,'. /'■ : "d /V und also einer der Kiellinien c. c entnnnimen ν·, erden. Naturgemäß kann die Ausgangssp.iiinung auch im (Jegentakt den Klemmen c und c entnommen werden. Als Stromquellen für die als Emitterfolger geschalteten Transistoren /., 7V. TT. und '!,' werden die Tr insisloren 7.|, Tb'. 7"_h und T,' \erwendet. deren Bas,s-Elektroden über Widerstände mit einem Punkt fesien Potentials verbunden sind. Da zur richtigen Emregclung der Muliiplizierschaltung nur zwei irei heitsgrade erforderlich sind, sind /wei Stromquellen, und /war T„ und /ί, . kombiniert, so daß den Transistoren 7Ϊ, und T·,' Ströme mit einem festen gegenseitigen Verhältnis, vorzugsweise gleich 1. zugeführt werden. Diese beiden Strome können mit Hilfe des regelbaren Widerstandes R*' m dem gemeinsamen Emitterkreis der Transistoren des Differenzpaares T.. T- nachgeregeh werden. Der Strum durch den Transistor Tr.' kann mittels des Widerstandes R^ in dem Iüiitterkreis de·, Transistors TJ nachgeregelt werden. Der Strom für den Transistor T-, ist nicht einstellbar, sondern wird zuvor durch die Wahl des Widerstandswertes R^ auf den obenerwähnten Opiimalwcrt eingestellt.

Eine richtige Einregelung des Multiplizieren, kann /. B. auf folgende Weise stattfinden. Zunächst wird nur an die Eingangsklemme A ein Eingangssignal angelegt, wonach der Widerstand RJ nachgeregeh wird, bis das Ausgangssignal, also das Wechselspannungssignai. an einer der Klemmen ο und c'Null beträgt. Dann wird nur den Klemmen B und B' ein Gegentakteingangssignal zugeführt, wonach das Ausgangssigna! mittels des regelbaren Widerstandes /?«' wieder auf Null eingeregelt wird. Auf diese Weise ist eine eindeutige Einregelung des Vervielfachers erzielt.

Wenn zum Anlegen der Ströme an die Klemmen B und B' ein dritter Differenzverstärker nach der Erfindung benutzt wird, muß noch eine dritte Einregelung stattfinden, die durch Einregelung einer der Stromquellen dieses dritten Differenzverstärkers erzielt werden kann. Dadurch, daß gesondert eines der Eingangssignale angelegt wird und die Stromquellen in richtiger Reihenordnung eingeregelt werden, kann dabei wieder eine eindeutige Einregelung des Multipli zierers erzielt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Differenzverstärker mit zwei als erstes Differenzpaar geschalteten Transistoren (Tj, Tt) und zwei Eingangsgliedern (T₁, T₂) die eine logarithmische Charakteristik aufweisen, die im wesentlichen der eines Halbleiterüberganges entspricht, und die zur Umwandlung eines ihnen zugeführten Eingangsdifferenzstromes in eine Differenzspannung dienen, die den Basiselektroden der als erstes Differenzpaar geschalteten Transistoren zugeführt wird, d a durch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker zwei Folgerschaltungen (T^ Τ_ύ) enthält, die beide eine Verschiebung des Gleichspannungspcgels zwischen ihren Eingangs- und Ausgangselektroden in jeweils derselben Richtung aufweisen und von denen jeweils einer in die Verbindungsleitung zwischen einem der Eingangsglieder (T]. Tj) und einem der Transistoren des Differenzpaares (Tj. Ta) aufgenommen ist, und daß zumindest bei einem einer dieser Folgerschaltungen die Pegelverschiebung einstellbar ist.

2. Differenzverstärker mit zwei als erstes Differenzpaar geschalteten Transistoren (Tj, T₄) und zwei Eingangsgliedern (T]. T:). die eine logarithmische Charakteristik aufweisen, die im wesentlichen der eines Halbleiterübergangs entspricht, und die zur Umwandlung eines ihnen zugeführten Eingangsdifferenzstromes in eine Differenzspannung dienen, die den Basiselektroden der als erstes Differenzpaar (Tj, Tt) geschalteten Transistoren zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker eine Folgerschaltung (T5, T_b, T_r) mit einer regelbaren Gleichpegel verschiebung enthält, die zwischen einem der Eingangsglieder und einem der Transistoren (Ti. Ti) des Differenzpaares aufgenommen ist, wobei die Pegelverschiebung beide Polaritäten aufweisen kann, und wobei die Pegelverschiebung zwischen einem der Eingangsglieder und einem der Transistoren des Differenzpaares gegen Null einstellbar ist (F i g. 4).

3. Differenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgerschaltungen zwei als Emitterfolger geschaltete Transistoren (T5, T_b) sind, von denen jeweils einer in die Verbindungsleitung zwischen einem der Eingangsglieder und einem der Transistoren des Differenzpaares aufgenommen ist. wobei jedem de·· als Emitterfolger geschalteten Transistoren aus einer Stromquelle (h, 4) Gleichstrom zugeführt wird, von welchen Stromquellen mindestens eine einstellbar ist.

4. Differenzverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgerschaltung zwei Transistoren (T5, T_b) enthält, deren Emitter miteinander und mit einer Stromquelle (h, k) verbunden sind, in deren Kollektorkreis ein Regelglied aufgenommen ist, mit desser Hilfe das Verhältnis der Gleichströme durch diese Transistoren eingestellt werden kann, wobei die Basis eines dieser Transistoren mit einem Eingangsglied und die Basis des anderen Transistors mit einem Transistor des Differenzpaares verbunden ist

5. Differenzverstärker nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Regelglied einen Transistor (Tr) enthält, dessen Leitfähigkeitstyp dem der beiden Transistoren der Foigerschaltung entgegengesetzt ist und dessen Kollektor-Emitter-Strecke in den Kollektorkreis eines der Transistoren (T₆) der Folgerschaltung aufgenommen ist und dessen Basis-Emitter-Spannung durch den Kollektorstrom des anderen Transistors der Folgerschaltung festgelegt wird.

6. Differenzverstärker nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei als zweites Differenzpaar geschaltete Transistoren (T₃', T₄') vorgesehen sind, deren Basiselektroden ebenfalls die über den Eingangsgliedern des Differenzverstärkers erzeugte Differenzspannung zugeführt wird und deren Kollektoren kreuzweise mit den Kollektoren der Transistoren des ersten Differenzpaares (Tj, T₄) gekoppelt sind, wobei ein erstes ι s Eingangssignal (A^aIs Differenzstrom den Eingangsgliedern und ein zweites Eingangssignal als Differenzstrom den gemeinsamen Elektroden (B-B') des ersten und des zweiten Differenzpaares zugeführt wird, daß zwei weitere Folgerschaltungen (T=,', T₀') vorgesehen sind, die beide eine regelbare Peeelverschiebung gleicher Polarität aufweisen und von denen jeweils eine in die Verbindungsleitung zwischen einem der Eingangsglieder und einem der Transistoren des zweiten Dirferenzpaares aufge- :^ /ionimen ist, und daß eine Gleichstromeinstellungsschaltung vorgesehen ist, mit der die Gleichstromeinstellungen von einer Folgerschaltung (T=, oder T_b) zwischen einem der Eingangsglieder (T\ bzw. Ti) und einem der Transistoren /Tj, Tt) des ersten Differenzpaares und von einer Folgerschaltung zwischen demselben Eingangsglieii (T Iv w. Tj) und einem der Transistoren des zweiten Difierenzpaares (Tj. T₄) gegenseitig einstellbar sind und mit der die Gleichstromeinstellungen der beiden anderen Foils gerschaltungen derart einstellbar sind, daß das Verhältnis der C .leichströme konstant bleibt.

7. Differenzverstärker nach einem der Ansprüche 2, 4 und 5. dadurch gekennzeichnet, daß zwei als zweites Differenzpaar geschaltete Transistoren vorgesehen sind, deren Basiselektroden ebenfalls die über den Eingangsgliedern des Differenzverstärkers erzeugte Differenzspannung zugeführt wird und deren Kollektoren kreuzweise mit den Kollektoren der Transistoren des ersten Differenzpaares gekoppelt sind, wobei ein erstes Eingangssignal als Differenzstrom den Eingangsgliedern und ein zweites Eingangssignal als Differenzstrom den gemeinsamen Elektroden des ersten und des zweiten Differenzpaares zugeführt wird, daß eine weitere Folgerschaltung mit einer regelbaren Pegelverschiebung, wobei die Pegelverschiebung beide Polaritäten aufweisen kann, vorgesehen ist, die zwischen einem der Eingangsglieder und einem der Transistoren des zweiten Differenzpaares aufgenommen ist

■>> und daß eine Gleichstromeinstellungsschaltung vorgesehen ist. mit der die Pegelverschiebung beider Folgerschaltungen gegenseitig einstellbar sind und eine /.weite Glcichstromeinstellungssch.tilting, mit der die Pegelverschiebungen beider Foljzcrschaltungen derart einstellbar sind, daß das Verhältnis der Pegelvcrschiebungcn konstant bleibt.