DE2503384C3

DE2503384C3 - Differenzverstärker für den Subnanosekundenbereich

Info

Publication number: DE2503384C3
Application number: DE19752503384
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr.-Ing. 8032 Graefelfing Meyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-01-28
Filing date: 1975-01-28
Publication date: 1982-10-14
Also published as: DE2503384B2; DE2503384A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Differenzverstärker für den Subnanosekundenbereich mit zwei, jeweils einen npn-Transistor enthaltenden Verstärkerstufen, bei dem die Kopplung zwischen den beiden Verstärkerstufen durch eine Verbindung zweier gleicher Elektrodenanschlüsse der beiden Transistoren erfolgt und diese Elektrodenanschlüsse gleichzeitig an eine Stromquelle angeschlossen sind.

Derartige Differenzverstärker sind aus der Zeitschrift »Der Fernmeldeingenieur« vom 15.07.1973, insbesondere aus dem Abschnitt 2.4, Seite 5 ff bekannt. Dort wird in dem Bild 4 ein Differenzverstärker dargestellt, der als Grundlage der emittergekoppelten Logik (ECL) dient. Zu diesem Zweck ist nur der Basisanschluß des einen Transistors mit einer Signalspannungsquelle verbunden, der Basisanschluß des anderen Transistors ist an eine Referenzspannung geführt, wobei durch die Höhe der Referenzspannung der Umschaltpunkt der Logikschal-S tung festgelegt werden kann.

Weiterentwicklungen dieser ECL-Schaltunget? im Hinblick auf höhere Taktfrequenzen, also niedrigere Signalverzögerungszeiten sind auf Seite 13 der obengenannten Veröffentlichung vorgestellt Durch die steigende Leistungsaufnahme bei steigender Taktfrequenz einerseits und die gewünschte hohe Packungsdichte andererseits sowie durch die verwendeten Bauelemente ergeben sich Grenzen beim Einsatz dieser ECL-Schaltungen, die bei Signalverzögerungszeiten von etwa 1 ns is liegen.

Aus der DE-AS 20 14 977 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der zwei Basiselektroden zweier Transistoren miteinander verbunden sind. Zusätzlich sind aber auch die beiden Emitterelektroden dieser Transistoren miteinander verbunden, so daß sich keine Differenzverstärkerwirkung ergeben kann. Es handelt sich um die Verkopplung zweier parallelgeschalteter Verstärkerstufen, die dazu dienen, eine eingekoppelte Signdspannung den beiden Widerstandszweigen einer Brückenschaltung zuzuführen. Außerdem wird in dieser Entgegenhaltung ein in Basisschaltung aufgebauter Differenzverstärker erwähnt

Aus der Veröffentlichung »Halbleiter-Schaltungstechnik« von L. Tietze und Ch. Schenk, Springer-Verlag 1971, Kap. 92 auf Seite 149, letzter Absatz, ist es bekannt, Kollektoranschlüsse von Transistoren eines Differenzverstärkers mit einem Signalausgang und über Widerstände mit einem Betriebsspannungsanschluß zu verbinden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Differenzverstärker zu entwickeln, der bei kleiner Leistungsaufnahme Schaltverzögerungszeiten im Subnanosekundenbereich aufweist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Differenzverstärker der eingangs erwähnten Art gelöst der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Basisanschlüsse der beiden Transistoren miteinander verbunden sind, daß der Emitteranschluß jedes der beiden npn-Transistoren sowohl mit einem Signaleingang als auch über einen Widerstand mit der Betriebsspannung verbunden ist, daß der Kollektoranschluß jedes der beiden npn-Transistoren jeweils mit einem Signalausgang und über weitere Widerstände mit Masse verbunden ist und daß die Transistoren gleiche Kollektor-Basis-Gleichstromverstärkung aufweisen.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß die Verbindung der Basisanschlüsse der beiden Transistoren einen schnellen Ausgleich der Basisladungen der beiden Transistoren gewährleistet und die beiden Verstärkerstufen des Differenzverstärkers dadurch schnellen Wechseln der Eingangsspannung entsprechend schnell folgen können. Besonders vorteilhaft ist dabei der einfache Aufbau des erfindungsgemäßen Differenzverstärkers, der gute Voraussetzungen für eine Integrierung bietet.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen des erfindungsgemäßen Differenzverstärkers sind den Patentansprüchen 2 bis 5 zu entnehmen.
Die Erfindung soll im folgenden anhand der in der

Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei zeigt

F i g. 1 die Grundschaltung eines basisgekoppelten Differenzverstärkers nach der Erfindung und

F i g. 2 eine bevorzugte Ausführungsfonr. des erfindungsgemäßen Differenzverstärkers.

Die Fig. 1 zeigt die Grundschaltung des basisgekoppelten Differenzverstärkers mit den beiden npn-Transistoren Ti und 7*2, deren Basisanschlüssc miteinander und mit dem einen Anschluß einer Stromquelle /0 verbunden sind, wobei der andere Anschluß der Stromquelle an dem mit UBO bezeichneten Massenanschluß liegt Der Emitteranschluß jedes der beiden npn-Transistoren 7*1, 7*2 ist mit einem der beiden Signaleingänge E1, El direkt verbunden und außerdem über einen Widerstand Al, R2=200Ohm an die Betriebsspannung — UB angeschlossen. Der Kollektoranschluß jedes der beiden npn-Transistoren 7*1, TI ist mit einem Signalausgang A, A und außerdem über jeweils einen Widerstand R 3, R 4 = 100 Ohm mit Masse verbunden. Im Hinblick darauf, daß der Signaleingang Ei dem npn-Transistor 7*1 zugeordnet wurde, ist dessen KoUektoranschluß mit dem Signalausgang A verbunden, während der KoUektoranschluß des zweiten npn-Transistors T2 mit dem Ausgang A für das komplementäre Ausgangssignal verbunden ist Als Transistoren wurden im vorliegenden Falle solche des Typs BFR 35 A verwendet, die Widerstände wurden als sogenannte Chips-Widerstände auf glasfaserverstärkten Epoxydharzplatten aufgebracht

Die F i g. 2 zeigt die Schaltung eines erfindungsgemäßen Differenzverstärkers, die gegenüber der Grundschaltung zwei zusätzliche, als Emitterfolger geschalteten npn-Transistoren 7*3, TA aufweist Der Emitteranschluß des den ersten Emitterfolger bildenden npn-Transistors 7*3 ist an den Emitteranschluß des Transistors Ti angeschlossen, während der KoUektoranschluß mit Masse und der Basisanschluß mit dem ersten Signaleingang E1 verbunden ist In entsprechender Weise ist der npn-Transistor 7*4 des zweiten Emitterfolgers mit dem zweiten Signaleingang E 2 und dem Emitteranschluß des zweiten npn-Transistors Tl verbunden. Der Widerstand Ä5 = 2,2kOhm entspricht der Stromquelle /0 in der Fig. 1, die zusätzlichen Transistoren T3, 7*4 sind ebenfalls vom Typ BFR 35 A, alle anderen Transistoren und Widerstände entsprechen denen der Schaltung nach der Fig. 1. Auch die Signalausgänge A und ~Ä sind entsprechend der Schaltung nach der F i g. 1 mit den Kollektoranschlüssen der Transistoren Ti und T2 verbunden.

Der Differenzverstärker nach der F i g. 2 ist nicht nur

zur Bildung der Differenz zweier sehr hochfrequenter Signale geeignet, er kann in bekannter Weise auch zur Verstärkung eines einzigen Signals verwendet werden. Dazu wird dem Differenzverstärker an dem einen S Signaleingang Ei die zu verstärkende Signalfolge und dem anderen Signaleingang ET. eine konstante Referenzspannung zugeführt

Eine demgegenüber vorteilhaftere Anwendung des erfindungsgemäßen Differenzyerstärkers ergibt sich

ι ο dadurch, daß den beiden Signaleingängen des Differenzverstärkers Gegentaktspannungen — also zueinander komplementäre Spannungen — des zu verstärkenden Signals zugeführt werden. Gegenüber dem vorerwähnten Fall bei Verwendung einer festen Referenzspannung am zweiten Signaleingang werden nun zwar zwei zueinander komplementäre, aber dafür nur halb so große Eingangsspannungen benötigt, um die gleiche Ausgangsspannung zu erzeugen. Bei Anwendung in Logikschaltungen sind aber komplementäre Signalspannungen leicht verfügbar, so daß deren Verwendung als Steuerspannung des Differenzverstärkers keine wesentliche Beschränkung bedeutet und die komplementären Ausgangsspannungen des erfindungsgemäßen Differenzverstärkers in vorteilhafter Weise zur Ansteuerung angeschlossener Logikschaltungen dienen.

Stehen komplementäre Eingangsspannungen mit jeweils einem Spannungshub zur Verfugung, wie er bei Verwendung einer Referenzspannung benötigt wurde, dann kann zum Erreichen der gleichen Ausgangsspannung die Gesamtverstärkung des Differenzverstärkers um den Faktor 2 geringer sein.

Die aktiven Verstärkerelemente können nun bis zu einer höheren Frequenz ausgenutzt werden, da ihr Verstärkungsbeitrag um den Faktor 2 geringer sein darf. Der in der Fig.2 dargestellte erfindungsgemäße Differenzverstärker eignet sich damit in Verbindung mit der Gegentaktansteuerung besonders zur Impulsverstärkung und Impulsformung bei sehr hohen Frequen- zen bzw. für Impulse, deren Anstiegs- und Abfallzeiten im Subnanosekundenbereich liegen.

Im Hinblick auf die Verwendung bei hohen Frequenzen wurde eine vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Differenzverstärkers aufgebaut, die als Kollektorwiderstände für die beiden npn-Transistoren reflexionsarm abgeschlossene Koaxialleitungen mit einem Wellenwiderstand von 100 Ohm enthält

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

25 03 Patentansprüche:

1. Differenzverstärker für den Subnanosekundenbereieh mit zwei, jeweils einen npn-Transistor enthaltenden Verstärkerstufen, bei dem die Kopplung zwischen den beiden Verstärkerstufen durch eine Verbindung zweier gleicher Elektrodenanschlüsse der beiden Transistoren erfolgt und diese Elektrodenanschlüsse gleichzeitig an eine Stromquelle angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisanschlüsse der beiden Transistoren miteinander verbunden sind, daß der Emitteranschluß jedes der beiden npn-Transistoren (Ti, TT) sowohl mit einem Signaleingang (Ei, E2) als auch über einen Widerstand (R 1, R2) mit der Betriebsspannung (--UB) verbunden ist, daß der Kollektoranschluß jedes der beiden npn-Transistoren (Ti, T2) jeweils mit einem Signalausgang (A, A~) und über weitere Widerstände (R 3, RA) mit Masse (UBO) verbunden ist und daß die Transistoren gleiche Kollektor-Basis-Gleichstromverstärkung aufweisen.

2. Differenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle (10) ein Widerstand (RS) vorgesehen ist.

3. Differenzverstärker nach Anspruch 1 oder 2,. dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere, als Emitterfolger geschaltete npn-Transistoren (T3, TA) vorgesehen sind, deren Emitteranschlüsse getrennt jeweils mit dem Emitteranschluß eines der beiden npn-Transistoren (Ti, T2) verbunden sind und daß die Eingangsanschlüsse der beiden Emitterfolger die Signaleingänge des Differenzverstärkers darstellen.

4. Differenzverstärker nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung einer einzigen Signalfolge der eine Signaleingang (E 1) mit einer Quelle für die zu verstärkende Signalfolge und der andere Signaleingang (E 2) mit einer Quelle für die zur ersten komplementäre Signalfolge verbunden ist und daß das Ausgangssignal die Differenz der Ausgangsspannungen der beiden Signalausgänge (A, *;ist

5. Differenzverstärker nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorwiderstände (R3, A4) der beiden npn-Transistoren (Ti, T2) als reflexionsarm abgeschlossene Verbindungsleitungen ausgeführt sind.