DE2420158B2 - Differenzverstaerker - Google Patents

Description

Die »Emitter« 1Oe und 2Oe sind zur Bildung der wickeln Potentiale u, bzw. u, als Folge ihrer jeweiligrundlegenden emittergekoppelte;! Differenzverstär- gen Kollektorstromwerie Werden die Potentiale u. kerschaltung galvanisch miteinander gekoppelt und und u, den Basis-Emitter-Strecken der in Emitterso geschaltet, daß ihnen ein Ruhe-»Ernitter«-Strom grundschaltung betriebenen Verstärkertransistoren 16 der Größe I₀ zugeführt wird. Die Figur zeigt einen 5 und 26 zugeführt, deren Steilheitseigenschaften jeder üblichen Wege hierfür, wobei die Emitter 1Oe weils proportional denjenigen der Transistoren 12 und 2Oe mit Hilfe eines Widerstandes 30 mitein- und 22 sind, dann sind die KoUektorströme der Tranander verbunden sind und ihnen Ruheströme von sistoren 16 und 26 proportional denjenigen der Tran-Stromquellen 13 bzw. 23 zugeführt werden. sistoren 12 bzw. 22. Die KoUektorströme der in

Alternativ kann statt des Widerstandes 30 auch io Emittergrundschaltung betriebenen Verstärkertransieine direkte Verbindung zwischen den Emittern tre- stören 16 und 26 werden im dargestellten Ausfüllten, und die Stromquellen 13 und 23 können durch rungsbeispiel den Kollektorlasten 17 bzw. 27 zugeeine einzige Stromquelle ersetzt werden. Eine andere führt, welche Strompfade für den von der Spannungs-Alternative bestünde darin, den Widerstand 30 und quelle B + oder einer anderen Spannungsquelle an die Stromquelle 13 und 23 durch eine einzige Strom- _l5 die Kollektoren der Transistoren 16 und 26 gelieferquelle zu ersetzen, welche einen Strom der Größe 21₀ ten Ruhestrom darstellen.

über gleichgroße Widerstände an die »Emitter« 1Oe Wenn die Elektroden 10c und 20c unmittelbar

und 2Oe liefert. nut Masse verbunden sind, dann würden auch die

Die Stromquellen 13 und 23 (oder ihre Ersatz- Emitter der Transistoren 16 und 26 direkt an Masse schaltungen) können beispielsweise je einen pnp- 20 angeschlossen sein. Solche Verbindungen sind prak-Transistor enthalten, dessen Basis-Emitter-Strecke so tisch für integrierte Schaltungen, wo die Transistoren vorgespannt ist, daß sie an ihren Kollektoren einen 12, 16 (und 22, 26) thermisch miteinander gekoppelt konstanten Strom liefert. Alternativ können auch sind. Das Verhältnis des Kollektorstroms des Transiandere Arten von Stromquellen verwendet werden. stors 16 (oder 26) zu demjenigen des Transistors 12 Normalerweise können die Stromquellen keinen 25 (oder 22) würde dann ebenso sein wie das Verhäit-Gleichstrom liefern, wenn die Spannungen an den nis der effektiven Flächen ihrer Basis-Emitter-Über- »Emittern« 1Oe und 2Oe positiver als eine- Betriebs- gänge, sofern man gleiche Stromdichten in diesen spannung B+ sind, welche diesen Stromquellen zu- Basis-Emitter-Übergängen annimmt. Das heißt, das geführt wird. Benutzt man pnp-Transistoren, die zur Verhältnis der KoUektorströme der Transistoren 12 Lieferung eines konstanten Kollektorstromes vorge- 30 und 16 (oder 22 und 26) und ihrer Emitterströme spannt sind, wie dies oben für diese Stromquellen hängt von ihren geometrischen Abmessungen ab und vorgeschlagen ist, dann können die Spannungen an ist unabhängig von ihren individuellen Durchlaßden Emittern 1Oe und 2Oe nicht positiver als ein Stromverstärkungen.

Spannungswert werden, der etwa 0,2 Volt negativer Wenn Widerstände 15 und 25 benutzt werden, wie

als die Spannung B + ist, welche den Emittern der ₃₅ es in der Figur dargestellt und vorstehend angenomden konstanten Kollektorstrom liefernden pnp-Tran- _men ist, dann sind die Emitter der Transistoren 16 sistoren zugeführt wird. und 26 über Widerstände 18 bzw. 28 mit Masse-

Die »Basen« 10 b und 20 b werden über Wider- potential verbunden. Die Werte der Widerstände 18 stände 14 bzw. 24 auf das gleiche Ruhepotential A + und 28 werden vorzugsweise folgendermaßen gevorgespannt, und zwischen sie kann das Eingangs- 40 wählt:
signal angelegt werden. 1. i_m Verhältnis zu den Werten der Widerstände

Die »Kollektoren« 10c und 20 c sind an ein Be- 15 und 25 und

zugspotential angeschlossen, das in der Figur als 2. im umgekehrten Verhältnis zu dem Verhältnis Masse dargestellt ist. Diese Verbindung kann eine der effektiven Basis-Emitter-Übergangsflächen

galvanische Verbindung sein. Alternativ kann die 45 der Transistoren 16 und 26 zu denjenigen der

Verbindung, wie es die Figur zeigt, auch über Wider- Transistoren 12 und 22.

stände 15 und 25 erfolgen, deren Widerstandswert Wenn dies so ist oder wenn die Emitter der Trangenügend klein ist, daß ihr Spannungsabfall kleiner sistoren 12, 22, 16 und 26 alle an Masse liegen, dann als 1 Volt ist. Unter diesen Bedingungen kann das sind die Kollektorströme der Transistoren 12 und 16 Potential A + , welches die »Basen« 1106 und 206 50 proportional zueinander, ebenso wie diejenigen der vorspannt, einen Wert innerhalb des gesamten Poten- Transistoren 22 und 26, auch wenn Verzerrungen tialbereiches zwischen dem Massepotential und B+ der Signale M₁ und K₂, verglichen mit den den Anhaben. Es ist kein nennenswerter Spannungsabfall an Schlüssen 10 b und 20 & zugeführten Eingangssignaden Kollektorlastwiderständen 15 und 25 erforder- len, vorliegen. Das heißt, daß die Verbundtransistolich, so daß das Potential A + beispielsweise als 55 ren 10 und 20 die Spannungen H₁ und u₂ vorverzer-Massepotential gewählt werden kann. Am anderen ren, so daß Verzerrungen kompensiert werden, die Ende des Bereiches kann das Potential A + so ge- durch Nichtlinearitäten der Übertragungseigenschafwählt werden, daß es innerhalb etwa 1 Volt vom ten der in Emittergrundschaltung betriebenen Ver- B + -Potential bleibt und dennoch die Basis-Emitter- Stärkertransistoren 16 und 26 bedingt sind.
Übergänge der Transistoren 11 und 21 in dem für die 60 Die Linearität der Gesamtübertragungscharakterichtige Betriebsweise erforderlichen Durchlaßzu- ristik des Differenzverstärkers 5 im Vergleich zu derstand vorspannt. jenigen eines üblichen emittergekoppelten Transistor-

Um diesen Vorteil im Hinblick auf die Wahl der differenzverstärkers wird auch durch die Gegenkopp-Eingangsvorspannung auszunutzen, muß irgendeine lung verbessert, welche durch die Verbundtransisto-Möglichkeit vorgesehen werden, den Ausgangsstrom 65 ren 10 und 20 durch Verbindung der entsprechenden von den praktisch auf Massepotential liegenden »Kol- Emitter ihrer Eingangstransistoren 11 und 21 mit den lektoren« 10c und 20c abzunehmen. Die Basis- entsprechenden Kollektoren ihrer nachfolgenden Emitter-Strecken der Transistoren 12 und 21 ent- Transistoren 12 und 22 gegeben ist.

Ausgangssignalspannungen, die zwischen den KoI- signale können jeweils den gesamten Potential

lektoren der Transistoren 16 und 26 erscheinen, bereich von Masse bis zum Potential B ± einnehmen

haben dieselbe Phasenlage wie die zwischen den An- Der Verstärker 5 kann daher so große Ausgangs

Schlüssen 10 b und 20 b zugeführten Eingangssignale. signalamplituden liefern, wie es für eine gegeben!

Der Grund hierfür liegt in den Umkehrverstärker- 5 Betriebsspannung B möglich ist. Alternativ kann eir

eigenschaften des emittergekoppelten Transistor- Lastkreis auch in Brückenschaltung zwischen di(

Differenzverstärkers mit den Verbundtransistoren 10 Kollektoren der Transistoren 16 und 26 geschalte

und 20, denen die in Emittergrundschaltung betriebe- werden, wobei diese Kollektoren dann auf andere

nen Transistoren 16 und 26 mit Umkehrverstärker- Weise über Gleichspannungspfade mit der Spannung

charakteristik nachgeschaltet sind. io ß| verbunden würden, beispielsweise über Wider

Wenn die Transistoren 12, 22, 16 und 26 gleich stände oder die Kollektor-Emitter-Strecken von pnp sind und auch die Werte der Widerstände 15, 25, 18, Transistoren. Wenn der Verstärker 5 keine symme 28 gleich sind, wenn also der Leitwert ihrer Basis- trischen Ausgangssignale liefern muß, kann eine dei Emitter-Kreise gleich ist, dann ist die Spannungsver- in Emitter-Grundschaltung betriebenen Verstärker Stärkung des Verstärkers 5 gleich der Summe der 15 stufen 16,17,18 oder 26, 27, 28 entfallen.
Impedanzen der Lasten 17 und 27, dividiert durch Der Verstärker 5 läßt sich mit npn-Transistorer die folgende Größe: Wert des Widerstands 30 plus anstatt der pnp-Transistoren und umgekehrt auf Summe der Kehrtwerte der Steilheiten der Transi- bauen. Er kannn auch mit anderen Transistortyper stören 11 und 21. Wenn die Leitwerte der Basis- als bipolaren Transistoren realisiert werden. Dei Emitter-Kreise der Transistoren 16 und 26 gleich 20 Ausdruck »Transistor« in den Ansprüchen ist im all- und um ein bestimmtes Vielfaches größer als die ent- gemeinen, bipolare und Feldeffekttransistoren umfassprechenden Leitwerte der Transistoren 12 und 22 senden Sinne zu verstehen. Die Ausdrücke »Einsind, dann wird die Signalspannungsverstärkung um gangselektrode«, »Ausgangselektrode« und »Bezugsdieses bestimmte Vielfache gegenüber demjenigen elektrode« stehen für Basis, Kollektor bzw. Emittei Wert vergrößert, welcher sich bei Gleichheit all die- 25 eines bipolaren Transistors ebenso wie für Gateser Leitwerte ergibt. Abfluß- bzw. Quellenelektrode eines Feldeffekttran-

Die den Lasten 17 und 27 zugeführten Ausgangs- sistors.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. ι 2

   kennzeichnet, daß der dritte und vierte Transistor

   Patentansprüche: (¹²· ²²) J^{e einen} Halbleiterübergang zwischen

   Eingangs- und Bezugselektrode haben, daß ein

   1 Verstärker mit einem ersten und einem zwei- erstes und ein zweites Widerstandselement (IS₁ ten Transistor eines ersten Leitungstyps, die je- 5 18) jeweils die Bezugselektroden des dritten bzw. weils eine Eingangselektrode (beispielsweise die fünften Transistors (12, 16) mit dem Festpoten-Basis) eine Bezugselektrode (beispielsweise den tialpunkt verbinden und daß das Verhältnis der Emitter) und eine Ausgangselektrode (beispiels- Widerstandswerte des ersten und zweiten Widerweise den Kollektor) aufweisen und deren Be- Standselementes (15, 18) umgekehrt proportional zugselektroden galvanisch miteinander und mit io zum Verhältnis der effektiven Halbleiterübereiner Stromquelle derart gekoppelt sind, daß die gangsflächen des dritten bzw. fünften Transistors Transistoren als Differenzverstärker arbeiten, und (12,16) ist.
   mit einer Eingangsschaltung zum Anlegen von

   Eingangssignalen zwischen die beiden Eingangs-

   elektroden, dadurch gekennzeichnet, 15
   daß ein dritter und ein vierter Transistor (12, 22)

   eines zweiten, entgegengesetzten Leitungstyps _Dj_e Erfindung betrifft Differenzverstärker mit

   jeweils mit dem ersten bzw. zweiten Transistor Halbleiterverstärkerelementen komplementären Lei-

   (11, 21) verbunden sind, indem die Ausgangs- tungstyps.

   elektroden (beispielsweise die Kollektoren) des ao _Fin bekannter Typ von Differenzverstärkern ist

   dritten und vierten Transistors galvanisch mit den _der emittergekoppelte Transistordifferenzverstärker.

   Bezugselektroden des ersten bzw. zweiten Transi- £;„ grundlegendes Problem dieser Differenzverstär-

   stors verbunden sind, die Eingangselektroden _ker besteht darin, daß ihre Ausgangssignale nicht den

   (beispielsweise die Basen) des dritten und vierten gesamten Potentialbereich durchfahren können, der

   Transistors direkt mit den Ausgangselektroden 25 zwischen der dem Verstärker zugeführten Betriebs-

   des ersten bzw. zweiten Transistors gekoppelt spannung und dem Bezugspotential liegt. Dies gilt

   sind und die Bezugselektroden des dritten und insbesondere, wenn man zur Linearisierung einen

   vierten Transistors galvanisch mit einem Fest- nennenswerten Gegenkopplungswiderstand beim Zu-

   potentialpunkt (Masse) verbunden sind, und daß sammenschließen der Emitter der Verstärkertransi-

   ein fünfter Transistor (16) vom zweiten Leitungs- 30 _storen verwendet.

   typ mit seiner Bezugselektrode (beispielsweise _{Eine me}hrere Transistoren enthaltende Schaltung,

   Emitter) galvanisch an den Festpotentialpunkt _{die im} folgenden als »Lin-Schaltung« bezeichnet

   gekoppelt ist, mit seiner Eingangselektrode (bei- _{wird> ist im} US-Patent 28 96 029 beschrieben. Die

   spielsweise Basis) direkt an die Eingangselektrode Lin-Schaltung hat einen Eingangstransistor, dessen

   des dritten Transistors (12) und die Ausgangs- 35 Kollektor und Emitter entsprechend an Basis und

   elektrode des ersten Transistors (11) gekoppelt Kollektor eines nachgeschalteten Transistors vom

   ist und mit seiner Ausgangselektrode (beispiels- entgegengesetzten Leitungstyp angeschlossen sind,

   weise Kollektor) mit einer Last (17) verbunden »R_asi_s«, »Emitter« und »Kollektor« dieser Schaltung

   ^ist· sind die Basis des Eingangstransistors, der Verbin-
2. 2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch ge- 40 dungspunkt von Emitter und Kollektor bzw. der kennzeichnet, daß die Gleichspannungskopplung Emitter des nachgeschalteten Transistors. Die Schalzwischen der Ausgangselektrode des ersten Tran- _lung arbeitet wie ein Transistor vom gleichen Leisistors (11) und den Eingangselektroden des drit- tungstyp wie der Eingangstransistor.

   ten und fünften Transistors (12, 16) ein Strom- Die vorliegende Erfindung befaßt sich nun mit pfad vernachlässigbar kleinen Widerstandes ist 45 einem emittergekoppelten Transistordifferenzverstär-(beispielsweise ein Draht oder Leiter) und daß ker, dessen Transistoren durch Verbundtransistoren die Gleichstromkopplung zwischen der Ausgangs- gebildet werden, deren »Kollektoren« an ein Bezugselektrode des zweiten Transistors (21) und der potential angeschlossen sind. Die Eingangssignale Eingangselektrode des vierten Transistors (22) werden zwischen die »Basen« der Verbundtransistoebenfalls ein Strompfad vernachlässigbar kleinen 50 _ren angelegt, und die Ausgangssignale werden von Widerstandes ist (Draht oder Leiter). mindestens einem in Emittergrundschaltung betriebe-
3. 3. Verstärker nach Anspruch 1, gekennzeich- nen Transistor abgenommen, dessen Basisemitternet durch einen sechsten Transistor (26) vom strecke parallel zu derjenigen des nachfolgenden zweiten Leitun^styp, dessen Eingangselektrode Transistors einer der Verbundtransistoren geschaltet direkt mit der Ausgangselektrode des zweiten 55 ist.

   Transistors (21) und mit der Eingangselektrode Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Dar-

   des vierten Transistors (22) verbunden ist und stellung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert,

   dessen Bezugselektrode galvanisch mit einem Der Differenzverstärker 5 enthält einen ersten und

   Festpotentialpunkt verbunden ist und dessen einen zweiten Verbundtransistor 10 bzw. 20 in Lin-

   Ausgangselektrode an eine Last (27) angeschlos- 60 Schaltung. Der Verbundtransistor 10 enthält einen

   sen ist. pnp-Eingangstransistor 11 und einen nachgeschalte-
4. 4. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch ge- ten npn-Transistor 12. Die »Basis« des Verbundkennzeichnet, daß die Bezugselektroden des drit- transistors ist mit 10b, sein »Emitter« mit 1Oe und ten, vierten und fünften Transistors (12, 22, 16) sein »Kollektor« mit 10c bezeichnet. Der Verbundmiteinander und mit dem Festpotentialpunkt über 65 transistor 20 enthält einen pnp-Eingangstransistor 21 einen Gleichspannungspfad vernachlässigbar klei- und einen nachgeschalteten npn-Transistor 22 und nen Widerstandes verbunden sind. seine »Basis« ist mit 20 b, sein »Emitter« mit 20 e
5. 5. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch ge- und sein »Kollektor« mit 20c bezeichnet.