DE2249024A1

DE2249024A1 - Integrierter differenzverstaerker

Info

Publication number: DE2249024A1
Application number: DE2249024A
Authority: DE
Inventors: Adrianus Joannus Maria Alphen; Anthonius Johannes Jos Lommers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-10-09
Filing date: 1972-10-06
Publication date: 1973-04-12
Also published as: NL7113892A; DE2249024B2; AU473615B2; FR2250461A5; IT968736B; AU4752372A; ES407414A1; NL162802B; DE2249024C3; JPS4847250A; US3812434A; NL162802C; GB1335012A; JPS5319186B2

Description

u η τ, 22*9024

PutenCantrfllt M.V. Philips" Cloellampenfab^ekea

Aki· Ha. PHIT- 5930 ro·, 4. Okt. 1972

Integrierter Differenzverstärker. .

Me Erfindung bezieht sich auf einen integrierten Differenzverstarker mit ersten und zweiten Transistoren in emittergekoppelter Schaltung, mit Mitteln zum Zuführendes zu verstärkenden Signals zwischen den Basiselektroden der genannten Transistoren sowie mit einem dritten Transistor, dcieeen Kollektor an die' genannten Emitterelektroden angeschlossen ist und mit Mitteln, die mit der Basiselektrode des dritten Transistors zum Verringern dee Gleichstromes durch diesen Transistor bei zuaehmender Eingangssignaletark* verbunden ist.

In integrierten Schaltungen werden oft Differenzverstärker verwendet. Ein wichtiges Anwendungsbeispiel tritt bei integrierten ÜberlagerungaempfSngsrn mit einem Ortsoszillator und einer Doppeltgegentaktmieöhstufe auf zum Umwandeln der empfangenen Signale in ein ZP-Signal« Die erforderliche Selektivität wird dabei durch ein hinter der Miaehstufe liegendes ZF-Filter bewerkstelligt, dem ein aperiodischer integrierter

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ZF-Verstarker nit sehr grosser Leistung foj£* In derartigen Schaltungsanordnun_öen ist es praktisch notwendig, eine Doppeltgegentaktmischstufe zu verwenden! da sonst entweder die 0rtsoszillator3pannung oder die Signalspannung an Eingang dev ZP-Filters erscheint, über Streureaktanzen des ZF-Filters an den Eingang des aperiodischen Verstärkers gelangt, danach die grosse Verstärkung desselben erfährt und aus dem Ausgang dieses VerstSrkers wieder über Streukopplungen zuci ^ntenneneingang des Empfängers oder auf eine andere ,."eise zurückgekopfelt wird und dadurch Streuschwirgungen verursacht oder die automatische Verstärkungsregelung beeintrechtigt*

Die Anwendung einer Lcppeltgegentaktnischstufe erfordert Jedoch eine Steuerung dieser Stufe mit dem Antennensignal und zwar- über einen Gegen t akt dii'f er enzver starker.

Es ist daher wichtig, über einen Differenzverstärker zu verfugen, der sich gut in integrierter Form ausbilden lasst und der ausgezeichnete Gegentaktsignale liefert. Ausserdem muss jedoch, weil sehr kleine Eingangssignale sowie sehr grosse Eingangssignale müssen empfangen werden können, dieser Differenzverstärker die sehr kleinen Eingangssignale mit einen akzeptierbaren Signal/Rauschvorhältnis und einem grossen Verstärkungsfaktor verstarken und die grossen Eingangssignale verzerrungsfrei verarbeiten können.

Die Erfindung bezweckt, einen derartigen Differenzverstärker .: . zu schaffen und die erfindungsgemäaee Schaltungsanordnung ist dazu gekennzeichnet durch einen vierten Transistor, dessen Basiselektrode mit der Basiselektrode des ersten Transistors und dessen Kollektorelektrode mit der Kollektorelektrode des ersten Transistors verbunden ist und durch einen fünften 'Tranaistor, dessen Basiselektrode uit der Basiselektrode des zweiten Transistors und dessen ^ollektorolektrcde mit der Kollektorelektrode des zweiten Transistors verbunden ist und wobei die Emitterelektrode des vierten und des fünften Translators mit nahezu gleichen KaitterwiderstShdun verbunden sind.

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Bei sehr kleinen ai&i.'.len sind .'.er erste und der zweite

Transistor völlig oder im weewtlichen für die Lignalverstärkung wirksam. We^en der unmittelbar „miteinander gekoppelten Emitterelektroden dieser Transistoren wird eine grosse Signalverstärkung bei gutem Signal/Rauschverhältnis erhalten. Je nachdem die Eingangssignale zunehmen, wird der St.om im dritten Transistor verringert, wodurch auf an sich bekannte Weise die Verstärkung des ersten und des zweiten Transistors abnimmt. Die Transistoren können jedoch grosse Eingangssignale nicht genügend verzerrungsfrei verarbeiten, da die Eingangssignale völlig an den beiden nicht linearen Emitter-Basisübergängen dieser Transistoren liegen.

Die Emitterwiderstände und der Gleichstrom des vierten und fünften Transistors sind nun derart gewählt worden oder werden derart in Abhängigkeit von der Eingangssignalstärke geregelt, dass diesel' vierte und fünfte Transistor völlig oder praktisch völlig die'Signalverstärkung versorgt, bevor der erste und zweite Transistor eina unzulässige Signalverzerrung ergeben. Der genannte vierte und fünfte Transistor können dabei auf einen geeigr: ζ gewählten konstanten Gleichstrom eingestellt werden, vorzugsweise werden jedoch die beiden Emitterwiderstände an die Kollektorelektrode eines sechsten Transistors angeschlossen, der bei kleinen Eingangs signa.1 en gesperrt ist un'e einen mit zunehmender Eingangssignalstärke zunehmenden Gleichstrom ' führt. Dadurch wird vermieden, dass die Emitterwiderstände des vierten und fünften Transistors sowie diese Transistoren selbst bei kleinen Signalen das Signal/RausoWerhältnis des ganzen Verstärkers beeinträchtigen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den /Seichnungen dari'fesLellt und werden ii.i folgenden näher beschrieben. Ek zeigen:

Pi/;. 1 ein Ausfü.hrungsbeispiex eines integrierten DifferenzveTjt.iricerj; nach der Erfindung,

^vif·,· '' <;i^r-€·' Abwar.tllurj_t<> den Ausfülu ui,_e,»ueif;picls nuch Fig. ii,.. 1 ".ci^t i:i.i,e Ijo;-· ·.Ί t >_;.·.· ,-,rui iA'.tuA ..rüi; int'e ;.',it vier Triiiiüiy-

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toren T₄, T₀₁ T_T und T.. Die Baßiseloktroden von T. und T. sind miteinander 12 5-4 14

und mit einer Eingangskleam· 1 verbunden und die Basiselektroden von T₁ unA T, sind ebenfalle miteinander und einer Eingangsklemme 2 verbunden. Zwischen den Klemmen 1 und 2 vird das Ausgangssignal eines nicht naher dargestellten OrtsoBzillatore zugeführt.

Die Kollektorelektroden von T_n und T. sind gemeinsam an ein

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ZF-Filter 3 angeschlossen und die Kollektorelektroden von T₁ und T, sind mit der positiven Klemme (+) einer nicht naher dargestellten Speisespannungequelle verbunden.

Die Emitterelektroden von T₁ und T« sind gemeinsam an eine

Verbindung 5 und die Emitterelektroden von T₁ und T. sind gemeinsam an eine Verbindung 6 angeschlossen. Wenn über die Verbindungen 5 und 6 gegenphasige StrSme dee Antennensignals zugeftthrt werden, erscheinen am Eingang des Filters 5 ^nur Misoherzeugnisse dee Intennensignala und de3 Ortoozillatoreignals, wahrend diese beiden Signale selbst nich am Eingang des Filtere auftreten.

Die genantten gogenphasigen Ströme werden mit Hilfe von vier weiteren Transistoren T^₁ T^, T₇ und T_fl erhalten, wobei die Eollektorelektroden von T- und T_n gemeinsam an die Verbindung 5 und die Kollektorelektroden von T/- und T_ gemeinsam an die Verbindung 6 angeschlossen sind. Pie Basiselektroden von T^ und T_fl sind gemeinsam mit einer Eingangaklemme 7 und die Baeiaeloktroden von T^ und T- sind geaeinsara mit einer tingangeklemae θ verbunden. Zwischen den Eingangakleoaen 7 und θ wird auf nicht nSher darge-Htellte V/ei*e das empfangene Antennensignal zugeführt*

Die linitterelektroden von T₁. und T^ sind gemeineej» an di· Kollektorelektiode eines üleichstromquellentraneistors Tq und die Emitterelektroden von T₇ und T_fl cind gemeinsam an lie Kollektorelektrode eines GleicbHtroQQuellentransietors T₁₀ angetichiodeen. Im Gegensatz zu den Esitter- «] iktroden von T₁₅ und T,, ^ie unmittelbar mit der Kollektoreliktrode von f_q" v> bunden ^ind, oind dio Kaitterelcktrüden von T- und T₀ über ja einen

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Cleichstronwid?rati.r.d P bj-w. R₂ mit d«ur Kollektor von T₁₀varbujiden»

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Die Glaichstromeinatellung von T._Q wird durch, einen zwischen der positiven Speisespannung (+) und der.Basis von T₁₀ geschalteten Widerstand R, und eine dem Basis-Emitterübergang von T₁₀ parallelgeschaltete Diode D₁ versorgt. Die Diode D" bildet zusammen mit T₁₀ einen Stromspiegel, wodurch der Kollektorstrom von T₁₀ dem durch R₃. und D₁ fliessenden Gleichstrom entspricht.

Die Gleichstromeinstellung von T_Q wird in Abhängigkeit von der Starke dea empfangenen Signals geregelt. Dazu wird eine auf bekannte V/eise erhaltene automatische V&srtfakungsregelspannung V der Basiselektrode eines Emitterfolgertransistors T₁₁ zugeführt. Die Emitterelektrode T₁₁ ist über einen Emitterwiderstand R, und eine Diode D_? mit der negativen Speisespannungski eflime (-) verbunden. Parallel zu D liegt der Basis-Emitterubergang eines Transistors T^₀, dessen Kollektorelektrode mit der Basiselektrode von T_q verbunden ist. Diese Basiselektrode ist weiter noch über einen Widerstand R_ mit der positiven Spsieespannungsklemme (+) und über eine Diode D, mit der negativen Spe.isespannungsklemme (-) verbunden,-

Es wird vorausgesetzt, dass I. der von der AVR-Spannung V abhängige Strom durch R. ist j dieser Strom fliesst zugleich durch D₂, da der Basis strom von T₁₂ vernachlSssigbar klein ist. Da D„ und T₁₂ einen Stromspiegel bilden ist der Kollektorstrora durch T.,, gleich I·. Wenn weiter vorausgesetzt wird, dass Ij. dar praktisch konstante Gleichstrom durch R,. ist, flieset durch D.. ein Strom I₁. - I. j da D, und T_q einen Stromspiegel bilden, betragt der Kollektorstron von T_q ebenfalls I₁. - I.. Wenn daher, unter de<a Einfluss der AVR-Spannung 7, der Strom I. zunimiat und zwar vom Were 0 bis zu einem Wert, der etwa I- r«t3pricht, nimmt der Kollektorstrom Iq, und das ist zugleich der Speisestrom für das Paar T₁. - T,-, von einem durch R_c einstellbaren Wert I- bis praktisch 0 ab.

Bei sehr kleinen Eingangssignalen an den Klemmen 7 - θ ist der StroQ durch T. ,groas (gleich 1^). Damit ist zugleich die Verstärkung dee Tr^naistorpaares T₁- - Tg gross. Da in der emittergekoppelten Transistor- -

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schaltung, die durch T,-, T^ und T„ gebildet wird, keine Widerstände vorhande sind, ist der Fauschwert dieser Schaltungsanordnung minimal, so dass nur ein· minimale Verschlechterung des Signal-HauschverhSltniases auftritt.

Bei zunehmender Eingangssignal starke nimmt der Kollektorstrom von Tq und d&tiit die VarstSrkung von T- - T/. ab, wodurch eine wirksame Verstärkungsregelung erhalten wird. Wenn jedoch die Signalamplituden an den Klemmen 7-8 auf etwa den Wert der TemporatUrspannung der Transistoren (ca. 26 mV) gestiegen ist, tritt eine unzulässige Signalverzerrung In den Traneistoren T₁. und T,- auf. Um dies-zu vermeiden wird durch eine richtige Wahl von R, und H₁. dafür gesorgt, dass der Transistor T_q und damit das Paar 'IV - T/-.völlig gosperrt ist bevor diese unzulässige Verzerrung auftritt. Inzwischen ist die Verstärkung des Antennensignals durch das Transietorpaar T„ - T_Q übernommen. Infolge der in die Emitterleitungen diener Transistoren aufgenommenen Widerstände IL und R- kann diesem Transistorpaar viel grSssare Eing&ngssignale verzerrungsfrei verarbeiten. Die Phase, mit der der transistor T_ der lerbindung 6 Signaletrom liefert ist dieselbe, mit der der Transistor T/- dieser Verbindung Signalstrom liefert und ebenso die Phase, mit der ?_ der Verbindung 5 Signalstrom liefert dieselbe, mit der T₁- der Verbindung 5 Signalstrom liefert. Dadurch kann, bevor der Punkt erreicht ist, an dem das Transistorpaar T₁. - T^ unzulässige Signalverzerrung liefert, oine gleichmassig verlaufende Vorstarkungsübernahme vom Paar T^ - T,- zum Paar T_ - Tq stattfinden*

Der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 haften jedoch noch einige Nachteile an, die auf die in ?ig. 2 dargestellte Art und Weise vermeidbar sind.

Ein erster Nachteil ist, dass bei kleinen Signalen die Widerstände R. und R₂ über T. und T_ den Verbindungen 5 bzw. 6 etwas Rauschenergie zuführen. Dieser Nachteil lässt uich dadurch vermeiden, dass bei kleinen Signalen der Translator 1ü und damit zugleich das Paar T_ - T_fl gesperrt wird und dcss dieses Paar dann einen mit /uiiehuender bi^nalatarke zunehaenden

Stro* fuhrt. Der Transistor T_1Q wird dann auf diese Weise in entgegengeeetztea Sinne im Vergleich, zura Transistor T geregelt. Meß lasst sich auf »ehr einfache Weiße.verwirklichen indem in der Schaltungsanordnung nach Fig» 1 der Widerstand E_ und die Diode D₁ fortgelassen und die Basiselektrode von T₁A unmittelbar mit dem Verbindungspunkt von H. und D„ verbunden wird. Di* Diode D₉ und der Transistor T₁₀ bilden dann zusammen einen Stromspiegel, der bewerkstelligt, dass der Kollektorstrom von T₁₀ dem durch die AVC-Spannung geregelten Strom I. entspricht.

Ein weiterer Kachteil ist, dass bei grosser Signalstarke der

Transistor T_q in Fig. 1 nicht völlig gesperrt wird, 4a, wenn I. gleich I wird, der Transistor T₁₉ gesattigt wird und dann keinen Stromspiegel mit D„ mehr bildet. Dieser Nachteil lasst sich dadurch vermeiden, dass die Emitterelektrode von T_n zixeammen mit der Kathode von D, eins kleine Vor-

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Spannung gejfenüber der negativen Syeieespannung erhalt. Dies ist in Fig. mittels eines verhältnismassig kleinen Widerstands Rg in der .Emitterleitung von Tq verwirklicht worden. Diesem Widerstand- wird über einen durch die AVB-«Spannung gesteuerten Emitterfolgertransietor T₁- und einen Widerstand R₇ ein mit zunehmender Signalstarke zunehmender Strom zugeführt, 30 dass über Sg eine mit zunehmender SignalßtSrkft zunehrende Vorspannung für den Translator T_n aufgebaut wird.

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Obschon die SchaltungsanOrdnung nach der Erfindung insbesondere 2UK Gebrauch ale geregelter HF»VorverstErksr geeignet ist* kommen auch andere Anwendungsbereiche, inifpieleweise als geregelter IiF^- oder 2F~ Veratr.rker in Betracht.

Claims

Patentansprüche!

1. Integrierter Differenzveretarker mit ersten und zweiten Transistoren in emittergekoppelter Schaltung, mit Mitteln zum Zuführen dee zu verstärkenden Signale zwischen den Basiselektroden der genannten Transistoren, sowie mit einem dritten Transietor, dessen Kollektor an die genannten Emitterelektroden angeeAloaeen ist und mit Mitteln, die mit der Basiselektrode de» dritten Transistors zur Verringerung des Gleichstromes durch diesen Transistor bei zunehmender Eingangssignalstarke verbunden ist, gekennzeichnet durch einen vierten Transistor, dessen Basiselektrode mit der Basiselektrode des ersten Transistors und dessen Kollektorelektrode mit der Kollektorelektrode des ersten Transistors verbunden ist und durch einen fünften Transistor, dessen Basiselektrode mit der Basiselektrode des zweiten Transistors und dessen Kollektorelektrode mit der Kollektorelektrode dee zweiten Transistors verbunden ist und wobei die Emitterelektroden des vierten und des fünften Transistors mit nahezu gleichen Emitterwiderstanden verbunden sind.

2· Integrierter Differenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Emitterwiderstfinde de· vierten und fünften Translators an die Kollektorelektrode eines einen Gleichstrom führenden sechsten Transistors angeschlossen sind.

3· Integrierter Differenzverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an die Basiselektrode deä sechsten Transistors Mittel angeBohlossen sind zum Sperren dieses Transistors bei geringer Eingangs -signalβtarke und zum VergrSesern des Gleichstromes durch diesen Transistor bei zunehmender Eingangssignalstarke.

4. Integrierter Differenzverstärker nach Anspruch ^f dadurch Gekennzeichnet, dass an die ijaitterelektrode des dritten Transistors Mittel angeschlossen Kind zum Erzeugen einer diesen Transistor bei verhEltniemSoaig grosser üignalstSrke sperrenden Vorspannung.

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