DE2510040C3

DE2510040C3 - Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang

Info

Publication number: DE2510040C3
Application number: DE2510040A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hatano Kanagawa Horinaga (Japan)
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-03-16
Filing date: 1975-03-07
Publication date: 1980-07-17
Also published as: DE2510040B2; US4068183A; IT1034306B; FR2273404A1; GB1500115A; JPS50123255A; DE2510040A1; CA1139378A; FR2273404B1; JPS551724B2; NL7503163A

Description

Die Erfindung betrifft einen Gegentaktverstärker entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Gegentaktverstärker werden zur Hochleistungsverstärkung mit minimaler Verzerrung verwendet. Der Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang ist eine Form eines Gegentaktverstärkers, durch den der Leistungswirkungsgrad erheblich erhöht werden kann.

Aus der US-PS 29 36 345 ist ein vergleichbarer

Gegentaktverstärker in Röhrenschaltung bekannt, der Trioden aufweist, die im Gegentakt geschaltet sind und denen von einem Differentialverstärker Emgangssigna-Ie zugeführt werden, der ebenfalls aus Trioden gebildet ist Dieser Gegentaktverstärker hat die üblichen Nachteile, die bei der Verwendung von Vakuumröhren auftreten, nämlich, daß durch Änderung des Arbeitspunktes Verzerrungen auftreten. Auch bei Ausbildung dieses Gegentaktverstärkers mit Halbleiterelementen bleibt die Änderung des Arbeitspunktes ein unerwünschter Nachteil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gegentaktverstärker der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß Verzerrungen durch Änderung des Arbeitspunktes des Verstärkers möglichst gering sind.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch Verwendung von FETs mit Triodenarbeitskennlinie in der Endstufe wird eine niedrige Ausgangsimpedanz, eine hohe Mischsteilheit und eine hohe Leistung ermöglicht Das Problem der Änderung des Arbeitspunktes bzw. der Ruhestromänderung der FETs wird durch die Verwendung der Stromsteuerstufe beseitigt, die als veränderbare Stromquelle wirkt und den Strom steuert, der durch den Differentialverstärker der Eingangsstufe fließt Die Steuerung des Differentialverstärkers erfolgt in Abhängigkeit von der Betriebsspannung des Gegentaktverstärkers. Auf diese Weise können Gleichspannungsschwankungen der Betriebsspannungsquelle, die durch die Umgebungswärme, Alterung und andere äußere Einflüsse hervorgerufen werden und sich als Änderung der Ruheströme der FETs der Endstufe auswirken, beseitigt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 bis 10 beispielsweise erläutert. Es ζεις».

F i g. 1 einen Querschnitt eines Beispiels eines FETs, der in der Verstärkerschaltung der Erfindung verwendet werden kann,

Fig.2 eine graphische Darstellung der Arbeitsweise des FETs der F i g. 1,

Fig.3, 4 und 5 Schaltbilder typischer bekannter Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang,

Fig.6 und 7 graphische Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Gegentaktverstärkers der Erfindung, und

F i g. 8,9 und 10 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, bei denen in einem Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang eine Verzerrung durch Änderung des Arbeitspunktes verhindert wird.

Wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird, weist der erfindungsgemäße Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang Feldeffekttransistoren auf. Der FET ist von der Art, die Triodenarbeitskennlinien hat, und ein solcher FET ist in »Solid-state Electronics«, Band 10, Seite 299 (1967) beschrieben. Diese Art FET hat eine niedrige Ausgangsimpedanz und eine hohe Mischsteilheit und ist insbesondere in der Lage, auf hohen Leistungspegeln zu arbeiten. Eine Querschnittsdarstellung eines FET mit vertikaler Übergangszone, der Triodenarbeitskennlinien und die zuvor erwähnten Eigenschaften hat, ist in F i g. 1 gezeigt. Wie gezeigt ist, ist eine Eigenhalbleiterzone I mit niedriger Verunreinigungskonzentration mit 1 bezeichnet. Eine ringförmige P-Ieitende Halbleiterzone 2 ist auf der Eigenhalbleiterzone 1 gebildet. Eine N+-leitende Halbleiterzone 3 mit

einer hohen Verunreinigungskonzentration ist über der P-Ieitenden Halbleiterzone und über der Eigenhalbleiterzone gebildet, um so die ringförmige P-leitende Halbleiterzone 2 zu überbrücken. Eine Drainelektrode D ist unter der Eigenhalbleiterzone 1 und eine Gateelektrode G ist über der P-Ieitenden Halbleiterzone 2 gebildet Eine Sourneelektrode S ist über der N+-leitenden Halbleiterzone 3 gebildet. Zusätzlich zu der Ringform ist die P-leitende Halbleiterzone 2 als ein Gitter (wie gezeigt ist) derart ausgebildet, daß das P-leitende Material innerhalb des Ringes vorgesehen ist, um die Eigenhalbleiterzone 1 und die N+-leitende Zone 3 zu trennen. Schließlich ist eine N+-leitende Halbleiterzone 4 zwischen der Eigenhalbleiterzone 1 und der Drainelektrode D gebildet wie gezeigt ist

Dieser FET mit vertikaler Sperrschicht ist mit einer geringen Trennung zwischen der Sourceelektrode Sund einem Kanal versehen, der um den Umfang der P-Ieitenden Halbleiterzone 2 gebildet ist Dieser Kanal hat eins relativ geringe Abmessung.

Die Betriebsparameter des dargestellten FET sind derart, daß der Serienwiderstand Rc sehr gering und seine Mischsteilheit gm hoch ist Das Produkt dieses Serienwiderstandes und der Mischsteilheit ist geringer als Eins(7?_c · gm < \\

Die Drainspannungs-Stromkennlinien (Vd-Id) dieses FET mit vertikaler Sperrschicht sind in F i g. 2 graphisch dargestellt in der die Ordinate den Drainstrom /flin Ampere und die Abszisse die Drainspannung Vd in Volt darstellt Jede Kurve stellt die Spannungs-Stromkennlinie für eine bestimmte Gatespannung Vc dar, die als selektiver Parameter gewählt wird. Zur Vereinfachung sind nur diejenigen Kennlinien für eine Gatespannung von Null, —2, —4, —6, —8 und —10 dargestellt Wie ersichtlich ist, sind die Kennlinienkurven, die für den FET mit vertikaler Sperrschicht der F i g. 1 in F i g. 2 graphisch gezeigt sind, den entsprechenden Arbeitskennlinien einer üblichen Vakuumtriode ähnlich. Vorteilhafterweise wird der Serienwiderstand Rc des FET trotz Spannungsänderungen im wesentlichen konstant gehalten, und die Mischsteilheit nähert sich dicht der idealen Mischsteilheit gm infolge der Breitenänderung der Verarmungszone des FET.

Dieser FET, der Triodenarbeitskennlinien hat, kann in der Gegentaktstufe eines Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang wie des schematisch in F i g. 3 gezeigten Verstärkers verwendet werden. Dieser Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang besteht aus einem Ausgangsverstärkerkreis Ai mit FETs Qi und Qa, die im Gegentakt geschaltet sind, und einer Vorverstärkerstufe A\, dip ai's einem Differentialverstärker-Treiberkreis besteht. Die FETs Qj und Qa des Ausgangsverstärkerkreises /I2 sind z. B. vom N-Kanaltyp. Diese FETs haben die oben anhand der F i g. 1 und 2 beschriebenen Triodenarbeitskennlinien.

Die Drainelektrode des FET Qi ist mit dem positiven Anschluß einer Gleichspannungsquelle £«-i und die Sourceelektrode dieses FET ist über eine Last Z_L mit dem negativen Anschluß der Gleichspannungsquelle Ecc ι verbunden. Die Last Zi. wird von dem Ausgangsverstärkerkreis Ai betrieben und kann z. B. einen Lautsprecher oder eine andere Impedanzlast umfassen, die zu betreiben ist Die · Sourceelektrode des FET Q₃ ist zusätzlich mit der Drainelektrode des FET Qa verbunden. Die Sourceelektrode des FET Qa ist mit dem negativen Anschluß ein^- Spannungsquelle E^₁ verbunden. Wie gezeigt ist ist der positive Anschluß der Spannungsquelle E^₂ mit dem negativen Anschluß der Spannungsquelle Ecc ι verbunden und der dadurch gebildete Verbindungspunkt ist mit der Last Z<_ verbunden. Daher bilden diese Gleichspannungsquellen eine Quelle für die Zufuhr einer Betriebsspannung, und wenn die Ausgangsspannungen Va-1 und V₁^₂ dieser Spannungsquellen gleich sind, werden gleiche Betriebsspannungen über die Last Zl an die Drain- und Sourceelektroden eines jeden FET Qt und Qa angelegt
Wie gezeigt ist ist eine zusätzliche Gleichspannungs-

I» quelle Eb mit der Betriebsspannungsquelle verbunden, d. h. der positive Anschluß der zusätzlichen Spannungsquelle Eb ist mit dem negativen Anschluß der Spannungsquelle E^₂ und der negative Anschluß der Spannungsquelle Eb ist mit einem weiteren, noch zu beschreibenden Kreis verbunden. Wie sich noch ergeben wird, kann dieser negative Anschluß der Spannungsquelle fT_ß eine Bezugsspannung darstellen.

Der Differentialverstärker, der die Vorverstärkerstufe A\ umtäßt ist aus in Differentialsrbaltung angeordneten Transistoren Q, und Q₂ gebcdet, die jeweilige Steuerelektroden, über denen ein Eingangssignal angelegt wird, und jeweilige Ausgangselektroden haben. Die Transistoren Q\ und Q₂ können übliche Transistoren wie bipolare Transistoren sein und für den Zweck der vorliegenden Erfindung können sie übliche FETs wie der in F i g. 1 gezeigte FET, ein üblicher Sperrschicht-FET, der Pentoden-Arbeitskennlinien hat, oder ein bipolarer FET sein. Daher wird ein Eingangssignal in Form des Signals einer Signalquelle e in Differentialschaltung an die Gateelektroden der Transistoren Q\ und Qi angelegt Eine weitere Gleich.-spannungsquelle £ ist mit den jeweiligen Gateelektroden der Transistoren Q\ und Qi verbunden, wie gezeigt ist, um an diese z. B. positive Vorspannungen anzulegen.

Daher ist der negative Anschluß der Spannungsquelle E₁ mit der zuvor erwähnten Bezugsspannungsquelle verbunden.

Die Drainelektrode des Transistors Q\ ist direkt mit der Drainelektrode des FET Qi und zusätzlich über

■ίο eben Gatewiderstand Rc ι mit der Sourceelektrode des FET Qi verbunden. In gleicher Weise ist die Drainelektrode des Transistors Qi direkt mit der Giteelektrode des FET Qa und zusätzlich über einen Gate widerstand Rai mit der Sourceelektrode des FET Qa veibunden.

■* > Damit dienen, wie gezeigt ist die jeweiligen Gatewiderstände zur Verbindung der Gate- und Sourceelektroden der jeweiligen FETs Qj und Qa-

Die Sourceelektroden der Transistoren Q\ und Qi sind gemeinsam mit einem Konstantstromkreis K verbunden. Dieser Konstantstromkreis dient dazu, die gemeinsam verbundenen Sourceelektroden mit der zuvor erwähnten Bezugsspannungsquelle zu verbinden. Wie gezeigt ist, kann der Konstantstromkreis K einen Widerstand Ä^aufweisen.

Die verschiedenen Betriebseigenschaften des in F i g. 3 gezeigten Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang sind am besten anhand deren folgender Beschreibung in Verbindung mit F i g. 6 erkennbar, die graphisch die statischen Kennlinien des FET darstellt, die jeder der FETs Qi und Qa hat Die graphische Darstellung gibt die Strom-Spannungskennlinien unter Bezug auf die Drainelektrode des FET wieder. Damit stellt die Ordinate den Drainstrom I_D und die Abszisse die Spannung V_DS über der Drain- und Soiirceelektrode dar. Jede der Kurven So, S\,..., Se gibt die Spannungs-Stromkennlinie für eine gewählte Spannung Vcs über der Gate- und Drainelektrode wieder. Die Gate-Source-Spannungsparameter sind zu Vaso( = 0\ V_Gs ι ■ · · Vcsi gewählt

Der Ausgangsverstärkerkreis Ai des Gegentaktverstärker kann zum Betrieb als Λ-Verstärker, als A B-Verstärker oder als B-Verstärker vorgespannt sein, jedoch ist der Verstarker A₂ vorzugsweise zum Betrieb als ß-Verstärker vorgespannt Die folgende Beschreibung erfolgt unter der Voraussetzung dieser ß-Verstärkervorspannung. Wenn die Verstärkerlast als Lastwiderstand mit dem Wert R angenommen wird, dann kann eine Lastlinie S_r gezogen werden, wie gezeigt ist, und ein Ruhearbeitspunkt O'wird gebildet, wenn die Gate-Source-Spannung des FET gleich Vf₇*? entsprechend der Kurve Ss ist. In diesem Arbeitspunkt ist die Drain-Source-Spannung V/« gleich V₀ und der Drainstrom //) ist gleich /o. Ohne ein Ausgangssignal und in diesem Ruhezustand ist der Drainstrom, der gleich A> ist, der sogenannte Ruhestrom.

Wenn die Spannung über der Drain- und der Sourceelektrode jedes der Transistoren Q\ und Q₂ mit

I/ A\et »/*·>« «-la*· Cnnnniinitpniinlln C »_η1ίηΓηι·Ιη Cnonnimn

mit V, und die Gate-Source-Spannung des FET Qt mit V"c,s bezeichnet wird, dann hat die Spannung K/* die von der Spannungsquelle Ebgeliefert wird, den Wert:

Gleichspannungsquelle E, und/oder den Widerstand Rs gewählten Werten bestimmt

Es wurde angenommen, daß der Strom, der durch den Widerstand Rs des Konstantstromkreises Ai fließt, *> unabhängig von den Änderungen des Eingangswechselspannungssignals konstant ist Somit können die Gate-Source-Wechselspannungen e'ns und e'Os der FETs Qi und Qt wie folgt ausgedrückt werden:

τ e, · gm

V6's =

in denen c, das Eingangswechselspannungssignal dar stellt, das von der Signalquelle e geliefert wird und gn die Steilheit zwischen den FETs Q₁ und Q₂.

ι tuS uCii vJiCiCiiljMgCM yrf üiiu y-t/ iSi CPSiCn ttiCll, UOL/

_>n wenn die FETs Qi und Qt so gewählt werden, daß sie gleiche Kennlinien haben, und wenn die Gate-Wider stände Rat und Ra₂ gleich gewählt werden, dann die Gate-Source-Wechselspannungen an den jeweiligen K;'s + K + K.i. U) FETs Qiund Qt gleiche Amplitude und entgegengesetz

te Phase haben. Daher ist das Ausgangssignal, das von dem Verstärkerkreis A₂ geliefert wird, linear, um die Lastimpedanz Z/ linear zu betreiben. Diese lineare Beziehung ist graphisch durch die zusammengesetzte Kurve 5"in F i g. 7 wiedergegeben.

Wenn die jeweiligen FETs Qi und Qt keine gleiche Verstärkung haben, dann kann diese lineare Beziehung durch die Wahl der Gate-Widerslände Rat und Rai erreicht werden, um diese Differenz in der Verstärkung zu kompensieren. Wenn z. B. die Spannungsverstärkung des FET Qt zweimal so groß wie die Spannungsverstärkung des FET Q] ist, so daß die Abschnürspannung des FET Qi halb so groß wie die Abschnürspannung des FET Qi ist, dann wird der Gatewiderstand Ra t des FET Qi so gewählt, daß er halb so groß wie der Widerstandswert des Gate-Widerstans Ra₂ des FET Qt ist. Daraus ist ersichtlich, daß die Beziehung zwischen der Spannunesverstärkune und der Abschnürsnanniinp des FET der allgemeinen Beziehung folgt daß die Abschnürspannung niedrig ist, wenn die Spannungsverstärkung hoch ist.

Aus den Gleichungen (2) und (3) ist ersichtlich, daß durch Änderung der Spannung der Gleichspannungsquelle E₁ oder durch Änderung des Widerstandswertes des Widerstandes Rs in dem Konstantstromkreis K die Vorspannung, die an die FETs Qi und Qt angelegt wird, entsprechend geändert wird. Auf diese Weise kann der gewünschte Betrieb des Gleichspannungsverstärkers mit Eintaktausgang erhalten werden.
Es werden nun anhand der F i g. 4 und 5 verschiedene Abwandlungen dieses Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang beschrieben. Bei diesen abgewandelten Ausführungsformen sind gleiche Bezugsziffern zur Bezeichnung der gleichen Bauelemente verwendet die zuvor anhand der Fig.3 beschrieben wurden. Wie F i g. 4 zeigt hat der Gegentaktverstärker mit Gleichtaktausgang im wesentlichen die gleiche elektrische Schaltung mit Ausnahme der besonderen Schaltung der Gate-Widerstände R_C\ und Rci- Insbesondere verbindet der Gate-Widerstand Rc \ die Drainelektrode des FET Qi mit dessen Gateelektrode. Damit ist wie gezeigt ist die Drainelektrode des Transistors φ noch direkt mit der Gateelektrode des FET Qi verbunden, ist jedoch jetzt über die den Gate-Widerstand Rat umfassende

Es wird daran erinnert, daß für den Arbeitspunkt, der in Fig.6 gezeigt ist, die Gate-Source-Spannung £V;s = V(,s^ Da der Ausgangsverstärker A2 für den ß-Betrieb vorgespannt ist. wird die zusammengesetzte Kennlinie, die sich auf den Drainstrom In in Abhängigkeit von der Gate-Source-Spannung Vas für die FETs Qi und Qt bezieht, durch die in F i g. 7 graphisch dargestellte Kurve S" wiedergegeben. Es ist ersichtlich, daß diese zusammengesetzte Kurve S" aus der Kennlinie 5, die die Drainstrom- und Gate-Source-Spannungsbeziehung des FET Qs darstellt, und der Kennlinie 5' gebildet ist, die die Drainstrom- und Gate-Source-Spannungsbeziehungdes FET ζϊ« darstellt. Damit ist ersichtlich, daß die Gate-Source-Spannungen. die an die jeweiligen FETs Qi und Qa angelegt wird, gleiche Amplitude und entgegengesetzte Phase haben und bezüglich der VorsDannune En*symmetrisch sind.

Wenn die Gate-Source-Spannungen der Transistoren Qi und Qi gleich sind und mit V"c,s bezeichnet werden, und wenn vorausgesetzt wird, daß im wesentlichen der gesamte Drainstrom ip, der durch den Transistor Q\ fließt, durch den Gate-Widerstand Rc 1 fließt, und im wesentlichen der gesamte Drainstrom, der durch den Transistor Q₂ fließt, durch den Gate-Widerstand Ra2 fließt, und wenn der Strom durch den Konstantstromkreis K im wesentlichen gleich der Summe dieser Drainströme ist, dann können die jeweiligen Gate-Source-Spannungen V'cs und V'cs der FETs Qi und Q* wie folgt ausgedrückt werden:

2 R_s

W+ KYs)

2Rs

Daher kann die Gate-Source-Vorspannung eines jeden FET Qj und Q4 durch geeignete Wahl der Parameter der Gleichungen (2) und (3) bestimmt werden. Wenn die jeweiligen Gate-Widerstände konstant sind, dann werden die Gate-Source-Vorspannungen der FETs Qi und Q* entsprechend den für die

Lastimpedanz mit der Drainelektrode des FET <?j verbunden. In gleicher Weise verbindet der Gatewider stand Rc 2 die Drainelektrode des FET Q* mit dessen Gateelektrode. Damit ist die Drainelektrode des Transistors Qi noch direkt mit der Gateelektrode des FET Qt verbunden, ist jedoch nun über die den Gate-W^erstand Rc2 umfassende Lastimpedanz mit der Drainslektrode des FET Qt verbunden.

Damit entspricht der Betrieb des in F i g. 4 gezeigten Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang in etwa dem Betrieb eines Source-Folgers. Die Gateelektroden der FETs Q) und Qt werden meist positiv angesteuert, so daß die Sättigungsspannung über den Drain- und Sourceelektroden der FETs niedriger ist. Damit wird das maximale Ausgangssignal der FETs Q\ und Qt erhöht. Obwohl die FETs der Ausführungsform der F i g. 4 in der Lage sind, eine größere angelegte Spannung aiiszuhaltcn, um die Ausgangsspannung zu erhöhen, ist jedoch die Spannungsverstärkung des Ausgangsverstärkerkreises /4₂ niedriger als die Spannungsverstärkung der Ausführungsform in F i g. 3.

Diese unerwünschte Eigenschaft der verringerten Spannungsverstärkung in dem Gegentaktverstärker wird durch die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform verbessert. Die Ausführungsform der Fig. 5 ist im wesentliche gleich der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Fig. 4, bei der der Gatewiderstand R<.\ als aus in Reihe geschalteten Widerständen Rc, \\ und R(,\2 bestehend gezeigt ist. In gleicher Weise ist der GatewMerstand Rc 1 als aus in Reihe geschalteten Widerständen Rc2\ und Rc22 bestehend gezeigt. Auch ist bei der Ausführungsform der Fig. 5 der Verbindungspunkt, der durch die in Reihe geschalteten Gate-Widerstände Ren und R<,\2 bestimmt wird, mit der Soureeelektrode des FET Qi durch einen Kondensator C\ verbunden. In gleicher Weise ist der durch die in Reihe geschalteten Gate-Widerstände Rc?.\ und Ran bestimmte Verbindungspunkt mit der Soureeelektrode des FET Qi durch einen Kondensator C> verbunden. Der Wechselspannungsbetrieb des in Fig. 5 gezeigten Gegentaktverstärker entspricht etwa dem Betrieb eines buui Lcgcci ucien Verstärkers.

Es wurde festgestellt, daß. wenn die Gleichspannungen, die von den verschiedenen Spannungsquellen bei den Gegentaktverstärkern der Ausführungsformen der F i g. 3 bis 4 infolge der Umgebungswärme, des Alters und anderer äußerer Einflüsse schwanken, die Ruheströme der FETs Qi und Qt von dem gewünschten, zuvor anhand der Fig. 6 beschriebenen Zustand abweichen. Diese Änderung der Ruheströme bewirkt die sogenannte »Übernahme«-Verzerrung. Wenn z. B. unter Bezugnahme auf die Ausführungsform der Fig.3 und die graphische Darstellung der Arbeitkennlinien in Fig.6 die Spannungen, die von den Spannungsquellen E_1x-1 und Ecc2 erzeugt werden, normalerweise gleich V_1x sind, führt einer Änderung dieser Gleichspannung in die Spannung V_1x zu einer entsprechenden Änderung des Arbeitspunktes der FETs von dem Punkt O' in den Punkt A. Dies bewirkt, daß der Ruhestrom von dem normalen Ruhestrom h in den Strom Ia geändert wird. In gleicher Weise führt eine Änderung der von den Spannungsquellen E_1x 1 und £^2 erzeugten Spannungen von V_1x. nach K"^ zu einer Änderung des Arbeitspunktes vom Punkt O'zu dem Punkt ßmit einer entsprechenden Änderung des Ruhestroms von I₀ nach Ib-

Dieses Problem der Änderung der Ruheströme durch die FETs, das zu der Verzerrung durch Änderung des Arbeitspunktes führt, wird durch die Erfindung gelöst Durch die Erfindung werden bei einem Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang, der als Ausgangsverstärkerkreis FETs mit Triodenarbeitskennlinien und eine Vorverstärkerstufe mit einem Differentialverstärker > hat, die Ruheströme der FETs konstant gehalten, um so das Auftreten der Verzerrung durch Änderung des Arbeitspunktes zu verhindern.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in Fig.8 gezeigt. Der in Fig.8 gezeigte Gegentaktverstärker

in mit Eintaktausgang hat einen Steuerstromkreis, der mit dem Gegentaktverstärker verbunden ist, der von der zuvor beschriebenen und in Fig. 3 gezeigten Art ist. Daher sind die Elemente des Gegentaktverstärkers, die den zuvor anhand der F i g. 3 beschriebenen gleich sind, ■> durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet, und der Kürze halber unterbleibt eine detaillierte Beschreibung dieser Elemente und ihrer Zusammenwirkung. Es ist jedoch zu beachten, daß die jeweiligen FETs Oi und Ot Triodenarbeitskennlinien haben. Jeder FET kann

><> tatsächlich ein einzelner Feldeffekttransistor sein oder aus in Darlington-Schaltung verbundenen FETs bestehen. Auch können die jeweiligen Gate-Widerstände aus einem einzigen Impedanzelement oder anderen Lastimpedanzen bestehen, die mit der besonderen Schaltung

_>> der jeweiligen FETs kompatibel sind. In gleicher Weise kann der Differentialverstärker, der als die Vorverstärkerstufe A\ verwendet wird, aus zwei in Differentialschaltung verbundenen Transistoren oder aus in Differentialschaltung verbundenen Transistorvorrich-

tii tungen bestehen. Solche Transistorvorrichtungen können in Darlingtonschaltung angeordnete Transistoren, FETs oder dergleichen umfassen.

Auf jeden Fall sind der Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang und seine verschiedenen Abwandlun-

Γ) gen mit dem Steuerstromkreis verbunden, der aus einer steuerbaren Stromquelle in der Stromquelle K, verbunden mit einem Spannungsdetektorkreis H, besteht. Die steuerbare Stromquelle besteht aus einem Transistor Qi, dessen Steuerelektrode mit dem Spannungsdetektorkreis H verbunden ist und dessen Ausgangselektroden zwischen die verbundenen Sourceelektroden der Transistoren Vi und t/> und. uDer einen widerstand K₁. die zuvor beschriebene Bezugsspannungsquelle geschaltet ist. Der Transistor Q=, kann ein Sperrschichttransistor sein, dessen Basis mit dem Spannungsdetektorkreis, dessen Kollektor mit den Sourceelektroden der Transistoren Q\ und (?> und dessen Emitter mit dem Widerstand Ri verbunden ist. Selbstverständlich können auch andere Arten von Transistoren verwendet werden.

ίο Der Widerstand Ri kann aus einem Potentiometer bestehen und sein Zweck wird später ersichtlich.

Die Kombination des Transistors Qi und des Widerstandes Rj wirkt als veränderbare Stromquelle zur Steuerung des Stroms, der durch den aus der Vorverstärkerstufe A\ bestehenden Differentialverstärker fließt. Diese Steuerung des Differentialverstärkerstroms ist eine Funktion der Änderung der von den Spannungsquellen £„■ 1 und E_n. ₂ gelieferten Betriebsspannung.

μ Der Spannungsdetektorkreis H besteht aus einem Spannungsteiler aus Widerständen R\ und R2, die mit den Spannungsquellen Επί und £«-2 verbunden sind, wie gezeigt ist. Die gesamte Spannung, die von den Quellen Eccu Ecc2 und Eb erzeugt wird, tritt über den Spannungstcüerwiderständen auf und eine Spannung proportional dieser gesamten Gleichspannung wird an dem Verbindungspunkt der Widerstände R\ und R2 abgegriffen. Wie gezeigt ist, wird diese abgegriffene

Spannung auf die Steuerelektrode des Transistors φ gegeben.

Um die Arbeitsweise des verbesserten Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang, der in F i g. 8 gezeigt ist, zu verstehen, sei angenommen, daß die Gleichspannung, die von den jeweiligen Spannungsquellen £Vri und E_n-₂ erzeugt wird, um eine Größe Δ V_n- et höht wird, so daß sie sich von VC₁ nach V_n- ändert, wie F i g. 6 zeigt. Es wird daran erinnert, daß diese Änderung der Gleichspannung zu einer entsprechenden Änderung des Ruhestroms der FETs Qi und Qt führt, wodurch diese Ruheströme von I₀ auf I_B erhöht werden. Um diese Erhöhung der Ruheströme zu verhindern, muß die Basisspannung über den Gate- und Sourceelektroden der jeweiligen FETs erhöht werden. Diese Erhöhung der Gate-Source-Vorspanming, die notwendig ist, um die Erhöhung der Ruheströme zu verhindern, ist gleich Δ Vasrund kann wie folgt ausgedrückt werden:

K.s -

I K.

I K'.s =

R₃

R,

R₁ +

I K, ■

In gleicher Weise wird die Gate-Source-Spannung des FET Qt um eine Größe V"₍,_s erhöht, die wie folgt ausgedrückt werden kann:

I V,Ys =

R₃ Ri + R₂

I K,

Aus den Gleichungen (6), (7) und (8) kann die folgende Gleichung abgeleitet werden:

R₃ R₁ + R₂ R₃ R₁ + R₂

Es ist somit ersichtlich, daß die notwendige Erhöhung dVcs der Gate-Source-Spannung der FETs, um den Wirkungen entgegen zu arbeiten, die durch die erhöhte Spannung 4V_n- hervorgerufen werden, durch die richtige Wahl der Widerstände R\, R₂ und R, bestimmt wird.

Als Folge der Erhöhung der Gleichspannung Δ V_cc wird die Spannung, die auf die Steuerelektrode des Transistors Qs gegeben wird, entsprechend erhöht, um

In der Gleichung (6) ist μ der Spannungsverstärkungsfaktor der jeweiligen FETs Qi und Qt.

Die Gate-Source-Vorspannung der jeweiligen FETs hängt in starkem Maß von dem Strom ab, der durch die jeweiligen Gate-Widerstände fließt. Dieser Gate-Widerstandsstrom fließt auch durch den Differentialverstärker und durch den Transistor Qi und den Widerstand /?j. Es ist ersichtlich, daß der Differentialverstärkerstromfluß damit von der von der Spannungsquelle E₁ erzeugten Gleichspannung und dem Widerstandswert des Widerstands R_} abhängt. Wenn nun die Spannungen, die von den Quellen E_n-\ und E_lx-2 erzeugt werden, um Δ V_n- erhöht werden, wird eine proportionale Spannungszunahme an dem Verbindungspunkt der Widerstände R\ und /?2 hervorgerufen und wirkt auf den Widerstand Q% was zu einer Erhöhung der Gate-Source-Spannung des FET Qi um eine Größe Δ Vas führt, die wie folgt ausgedrückt werden kann:

dadurch den effektiven Widerstand zwischen den Transistorausgangselektroden zu verringern. Folglich wird der durch den Stromkreis K fließende Strom erhöht. Dies bewirkt, daß der Strom, der durch den Differentialverstärker fließt, in gleicher Weise erhöht wird, und dies führt zu einer Erhöhung des Spannungsabfalles über den jeweiligen Gate-Widerständen R_C\ und /?C2. Daher werden die Gate-Source-Vorspannun gen der jeweiligen FETs Qi und Qa erhöht, um dadurch eine Erhöhung der jeweiligen Ruheströme zu verhindern. Die Ruheströme dieser FETs werden damit troi/ der zuvor erwähnten Änderung der Betriebsspannung, die von den Gleichspannungsquellen E₁₁ ι und £'_lV.> geliefert wird, im wesentlichen konstant gehalten.

Obwohl vorstehend beschrieben wurde, wie der Stromsteuerkreis, der mit dem Gegentaktverstärkei verbunden ist, die Ruheströme der FETs Qi und Qi konstant hält, selbst wenn die Gleichspannungen mit einer Spannungserhohung erzeugt werden, ist leicht ersichtlich, daß solche Ruheströme auch im Falle einer Spannungsverringerung der Gleich.spanniingsquellen aufrecht erhalten werden kann.

Der zuvor beschriebene Stromsteuerkreis kann mit dem zuvor anhand der Ausführungsform der Fig. 4 beschriebenen Gegentaktverstärker verbunden werden, um dadurch die Verzerrung durch Änderung des Arbeitspunktes zu verhindern, wie nun beschrieben wird. Wie F i g. 9 zeigt, ist der Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang in der in Fig. 4 gezeigten Weise aufgebaut und der Stromkreis K ist aus der Reihenschaltung des Transistors Q=, und des Widerstands R_} gebildet. Dieser Stromkreis ist in Abhängigkeit von detektierten Änderungen der Betriebsspannung steuerbar, die von den Gleichspannungsquellen E_n-, und £"„-2 geliefert und durch den Spannungsdetektorkreis H abgegriffen wird. Wie ersichtlich ist, sind der steuerbare Stromkreis und der Spannungsdetektorkreis im wesentlichen gleich der zuvor anhand der Fig. 8 beschriebenen Ausführungsform.

Wenn die von den Gleichspannungsquellen £_tvi und E«.₂ erzeugten Spannungen jeweils gleici. V_n- sind,

c \

3{/aiinuiigJLi iiuiiuilgun

Δ Vas und Δ V'as der FETs Qi und Q,, die notwendig sind, um eine Änderung der FET-Ruheströme zu > verhindern, wie folgt ausgedrückt werden:

R₁ + R₂ ^K

IK))

IK.-J =

R₃ R₁ + R

„ V„. (11)

Es wird daran erinnert, daß die Arbeitsweise des Verstärkerausgangskreises A2 der in F i g. 9 gezeigten (und zuvor anhand der Fig.4 beschriebenen) Art etwa gleich der Arbeitsweise eines Sourcefolger-Verstärkers ist Wenn daher eine daran angelegte Eingangsspannung mit e,und die Ausgangsspannung mit eo bezeichnet wird, dann kann die Spannungsverstärkung A wie folgt ausgedrückt werden:

e,

1 +

(12)

Es ist ersichtlich, daß dieser Ausdruck der Spannungsverstärkung die Beziehung zwischen der Gate-Source-

Spannung und der Betriebsspannung der Ausgangsverstärkerstute darstellt. Daher können die Gleichungen (10), (Π) und (12) kombiniert werden, so daß:

R<i I «2

R₃ "R~r+~RT

«02_ «3

R₂

R, + «2

(13)

Es ist ersichtlich, daß die Ruheströme der FETs Q₃ und Qa bei der Ausfiihrungsform der l· i g. 9 konstant gehalten werden, um die Verzerrung durch Änderung des Arbeitspunktes mittels geeigneter Wahl der Widerstände /?i, /?> und R, entsprechend der Gleichung (13) zu verhindern.

Eine weitere Ausführungsform des verbesserten Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang gemäß der Erfindung ist in F i g. 10 gezeigt. Diese Ausführung3form hat din Stromsteuerkreis und den Spannungsdetektorkreis, die mit dem Gegentaktverstärker der zuvor anhand der F i g. 5 gezeigten und beschriebenen Art verbunden sind. Die Gleichungen (10) bis (13) sind auf die Ausfiihrungsform der Fig. 10 anwendbar und der Kürze halber wird die Ausführungsform der Fig. 10 nicht untersucht. Es ist ersichtlich, daß die Ruheströme der FFTs Q\ und Qt in dem Gegentaktverstärker der Fig. 10 konstant gehalten werden, um die Verzerrung durch Änderung des Arbeitspunktes mittels geeigneter Wahl der Widerstände R\, R2 und Rt zu verhindern, so daß die Gleichung (13) erfüllt wird.

4 I)IiItI /

Claims

Patentansprüche:

1. Gegentaktverstärker mit ELn takt ausgang, dessen Eingangsstufe als Differentialverstärker ausge- s bildet und dessen Endstufe mit Feldeffekttransistoren bestückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die FETs (Q 3, <?4) der Endstufe eine Triodenarbeitskennlinie haben, und daß eine Stromsteuerstufe mit einem Transistor (QS) vorgesehen ist, dessen Kollektor mit den verbundenen Emitterbzw. Sourceelektroden des aus Transistoren aufgebauten Differentialverstärkers (A 1) gekoppelt ist, dessen Emitter über einen Widerstand (R 3) mit einem Bezugsspannungspunkt und dessen Basis an einen Spannungsdetektor (H) angeschlossen ist, der mit der Betriebsspannungsquelle (Ecci, Ecc2) des Gegentaktverstärkers verbunden ist und eine zur Betriebsspannung proportionale Spannung liefert.

Z Gegeßfaktverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R 3) einstellbar ist

3. Gegentaktverstärker nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsdetektor (H)aus einem Spannungsteiler (R 1, R 2) besteht

4. Gegentaktverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialverstärker (A 1) mit FETs (Q 1, Q 2) bestückt ist

5. Gegentaktverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die DrainelektroJen der beiden FETs (Q 3, Q 4) der Endstufe über einen Widerst;ud (RCi, RGT) mit deren Gate-Elektroden verbunden sind (F i g. 8).

6. Gegentaktverstärker nach tinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die r> Sourceelektroden der beiden FETs (Q 3, Q 4) der Endstufe über einen Widerstand (RGi, RG 2) mit deren Gate-Elektroden verbunden sind (F i g. 10).

7. Gegentaktverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drainelektroden der FETs (Q 3, Q 4) der Endstufe über die Reihenschaltung zweier Widerstände (RG i 1, RG 12; RG 21, RG 22) mit deren Gate-Elektroden verbunden sind, deren Verbindungspunkt über einen Kondensator (Ci, C2) mit deren 4i Sourceelektroden verbunden ist (F i g. 10).

8. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Bezugsspannungspunkt und die Betriebsspannungsquelle (Ecc 1, Ecc 2) eine Vorspannungsquelle (EB) geschd\- ,n tet ist.

9. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannungsquelle (Ei) zwischen den Eingang des Differentialverstärkers (A 1) und den Bezugypannungspunkt -,-, geschaltet ist.