DE2531998C2

DE2531998C2 - Vorspannungskreis für einen Differentialverstärker

Info

Publication number: DE2531998C2
Application number: DE2531998A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Komae Tokyo Hongu; Masahiro Tokyo Tada
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1975-07-17
Publication date: 1984-06-07
Also published as: US4005371A; DE2531998A1; NL7508460A; GB1485883A; NL174605C; FR2279256A1; JPS5111554A; NL174605B; FR2279256B1; CA1027645A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf e^;nen Vorspannungskreis für einen Differentialverstärker gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bereits ein Vorspannungskreis für einen Differentialverstärker bekannt (US-PS 37 81 699), bei dem ein mittels eines Basisspannungsteilers stabilisierter Emitterfolgetransistor vorgesehen ist, der emitterseitig die Basisspannung für jeden der Transistoren des Differentialverstärkers über je einen Widerstand liefert. Von Nachteil bei diesem bekannten Vorspannungskreis ist jedoch, daß er neben den zuvor erwähnten Elementen noch weitere Elemente erfordert, zu denen u. a. ein kapazitives Element gehört, welches mit dem einen Differentialverstärkereingang verbunden ist. Läßt man dieses kapazitive Element weg, so sind zusätzliche Abgleichwiderstände in den Differentialverstärkerzweigen erforderlich.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie ein Vorspannungskreis der eingangs genannten Art für einen Differentialverstärker auszubilden ist, bei dem ohne ein mit dem einen Differentialverstärkereingang verbundenes kapazitives Element und auch ohne gesonderte Abgleichwiderstände in den einzelnen Differentialverstärkerzweigen ausgekommen werden kann.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß mit einem insgesamt relativ geringen schaltungstechnischen Aufwand ein einwandfreier Betrieb des Differentialverstärkers ermöglicht ist, ohne daß gesonderte bzw. abzugleichende Bauelemente vorzusehen sind. Damit ist der weitere Vorteil verbunden, daß die gesamte Anordnung als integrierte Schallung ausgebildet werden kann. Überdies braucht keine Verminderung des Verstärkungsgrades des Differentialverstärkers durch sonst vorgesehene zusätzliche Bauelemente, wie Abgleichwiderstände, in Kauf genommen zu werden.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des Vorspannungskreises gemäß der Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch 2.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.'

F i g. 1 und 2 zeigen in Schaltplänen bekannte Differentialverstärker mit gemeinsamen Emitterfolgerbasisvorspannungsschaltungen.

Fig.3 und 4 zeigen schematisch Schaltungsanordnungen, die Ausführungsformen gemäß der Erfindung veranschaulichen.

Ein Differentialverstärker 10 mit unsymmetrischem Eingang ist in F i g. 1 dargestellt. In dieser Schaltung sind die Emitterelektroden von zwei Transistoren 11 und 12 unmittelbar zusammen an eine gemeinsame Konstantstromquelle 13 geführt Die Basiselektrode des Transistors 11 ist an einen Eingangsanschluß 14 geschaltet, die Kollektorelektroden des Transistors 11 sind über ihre zugeordneten Beiastungswiderstände ίο und 17 an eine Netzanschlußklemme 18 angeschlossen, an der eine Spannung + V^ anliegt Zwei Ausgangsklemmen 19 bzw. 21 sind an die Kollektorelektroden der Transistoren 11 bzw. 12 angeschlossen. Ein in einen Emitterfolgerkreis geschalteter Transistor 22 liefert die Vorspannung für den Differentialverstärker 10. Der Emitter des Transistors 22 ist über Widerstände 23 bzw. 24 an die Basiselektroden der Transistoren 11 bzw. 12 angeschlossen, so daß die Emitterspannung des Transistors 22 als Basisvorspannung an die Transistoren 11 bzw. 12 geführt wird.

In dieser Schaltung wird, wenn der Widerstand 23 nicht vorgesehen, sondern statt dessen die Basis des Transistors 11 unmittelbar mit dem Emitter des Transistors 22 verbunden ist, ein Eingangssignal von dem Eingangsanschluß 14 durch die Emitterelektrode des Transistors 22 umgeleitet, der einen niederohmigen Strompfad darstellt, und daher wird die praki.sche Spannungsverstärkung des Verstärkers 10 vermindert Um das zu vermeiden, ist der Widerstand 23 vorgesehen, aber der Basisstrom des Transistors 11, der durch den Widerstand 23 fließt, verursacht einen Spannungsabfall. Somit wird die Basisspannung des Transistors 11 durch diesen Spannungsabfall herabgesetzt.

Damit die Transistoren 11 und 12 unter gleichen Bedingungen arbeiten, wird die Basisspannung des Transistors 12 herabgesetzt, indem der Widerstand 24 in Reihe so zwischen den Emitter des Transistors 22 und die Basis des Transistors 12 gelegt wird. Aus diesem Grunde erhalten die Widerstände 23 und 24 im allgemeinen übereinstimmenden Widerstandswert.

Da der Widerstand 23 vorgesehen ist, um die Herab-Setzung des Eingangssignals an dem Eingangsanschluß 14 zu vermeiden, und da der Transistor 11 differential angeschlossen und seine Eingangsimpedanz verhältnismäßig hoch ist, muß der Widerstand 23 einen hohen Widerstandswert haben. Wenn der Widerstandswert des Widerstandes 23 hoch gewählt wird, muß der Widerstand 24 entsprechend dem Widerstand 23 ebenfalls einen hohen Wert erhalten. Wenn aber der Widerstand 24 einen hohen Wert hat, wird der äquivalente Basiswiderstand des Transistors 12 hoch. Infolgedessen kann der Verstärker 10 nicht als idealer Differentialverstärker arbeiten. Da der Differentialverstärker 10 einen Eintakteingang hat, muß die Basis des Transistors mit Wechselstromerdung arbeiten. Wenn jedoch der Wider-

standswert des Widerstands 24 höher ist, erhält die Basiselektrode des Transistors einen höheren Abstand von der Wechselstromerde. Infolgedessen erscheinen die Eingangssignalkomponenten an der Basiselektrode des Transistors in Phase mit Signalen an der Basiselektrode des Transistors 11, wodurch der Spannungsverstärkungsgrad des Verstärkers 10 herabgesetzt wird.

Um das auch bei hohen Widerstandswerten der Widerstände 23 und 24 zu vermeiden, kann die Basiselektrode des Transistors 12 über einen Kondensator 26, der in F i g. 1 gestrichelt angedeutet ist, gegen Erde abgeleitet sein.

Ein solcher Kondensator 26 wird jedoch gern vermieden, wenn die Schaltung ali integrierte Schaltung ausgeführt sein soll.

Wenn daher der in Fig. 1 dargestellte Differentialverstärker 10 als integrierte Schaltung ausgeführt wird, wird der Widerstandswert des Widerstandes 23 hoch gewählt, der Wert des Widerstands 24 wird klein gehalten, und die Widerstände 27 bzw. 28 werden zwischen die Emitierelektroden der Transistoren 11 bzw. 12 und die Konstantstromquelle 13 gelegt, wie in F i f. 2 dargestellt ist, deren Bezugszeichen mit denen aus F i g. 1 übereinstimmen. In diesem Falle, wenn nur vorgesehen ist, daß der Widerstandswert des Widerstands 23 groß ist, während derjenige des Widerstands 24 klein ist, unterscheidet sich die Basisspannung des Transistors 11 von derjenigen des Transistors 12, und dementsprechend wird eine Offsetspannung an den Ausgangsanschlüssen 19 und 21 hervorgerufen. Wenn dann die Differenzspannung zwischen den Basisspannungen der Transistoren 11 und 12 einige zehn Millivolt übersteigt, stellt der in F i g. 1 gezeichnete Differentialverstärker 10 nicht einen linearen Verstärker dar, sondern beginnt nach Art eines Stromschalters zu arbeiten. Um diesen Fehler zu vermeiden, wenn die Widerstände 23 und 24 sich in ihrem Widerstandswert unterscheiden, sind die Widerstände 27 und 28 vorgesehen (vgl. F i g. 2), damit keine Offsetspannung an den Anschlüssen 19 und 21 auftreten kan oder damit der Differentialverstärker 10 als linearer Verstärker arbeiten kann.

Nimmt man an, daß die Widerstände 27 und 28 den Wert Re haben und die Widerstände 16 und 17 den Wert Rl, so ist die Spannungsverstärkung des in Fig.2 gezeichneten Differentialverstärkers 10 gegeben durch RJRe- Wird die in Fig.2 gezeichnete Schaltung als integrierte Schaltung ausgeführt, so wird der Widerstandswert Rt. der Widerstände 16 und 17 stark verkleinert, und entsprechend wird der Spannungsverstärkungsgrad reduziert. Infolgedessen kann kein hoher Spannungsverstärkungsgrad erzielt werden.

Eine Aur^führungsform der Erfindung soll an Hand der F i g. 3 beschrieben werden, in der die Bauelemente, die den Bauelementen in den F i g. 1 und 2 entsprechen, mit entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

In dem in Fig. 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Widerstände 29 und 31 in Serie zwischen den Spannungsquellenanschluß 18. an dem eine Spannung von + V_cr liegt, und Erde geschaltet. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 29 und 31 ist an die Basiselektrode des Transistors 22 geschaltet und führt ihr eine Vorspannung zu. Die Kollektorelektrode des Transistors 22 ist mit dem Spannungsquellenanschluß 18 verbunden, und seine Emitterelektrode ist über einen Widersland 32 geerciet. Der Transistor 22 ist demnach uiedc- als Emitterfolgrrannrdnung geschaltet. Die Kmir.crdektroi.ie des Transistor 22 licet a

über einen Widerstand 33 an der Basiselektrode des Transistors. 11 und überträgt die Emitterspannung des Transistors 22 an die Basiselektrode des Transistors 1 i als deren Vorspannung.

Ferner ist ein Transistor 34 vorgesehen, dessen Basiselektrode über einen Widerstand 36 an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 29 und 31 oder an die Basiselektrode des Transistors 22 angeschlossen ist; die Kollektoreiektrode des Transistors 34 ist mit

ίο dem Spannungsquellenanschluß 18 verbunden, und seine Emitterelektrode ist über einen Widerstand 37 geerdet, so daß der Transistor 34 in Emitterfolgeranordnung geschaltet ist. Die Emitterelektrode des Transistors 34 ist außerdem mit der Basiselektrode des Transistors 12 verbunden, so daß die Emitterspannung des Transistors 34 als Vorspannung an die Basiselektrode des Transistors 12 übertragen wird.

Bei dem oben an Hand von Fig. 3 beschriebenen Schaltungsaufbau wird angenommen, daß

V/3F22 bzw. Vbem die Basisemitterspuiiiungen der Transistoren 22 bzw. 34 bedeuten,
Vbb die Basisspannung des Transistors 22 ist,
ßw bzw./?34 die Stromverstärkungsfaktoren der Transistören 11 bzw. 34 sind,

/f34 der Emitterstrom des Transistors 34 ist,

/o der Konstantstrom aus der Konstantstromquelle

ist,
Rn bzw. Rn, die Widerstandswerte der Widerstände 33 bzw. 36 sind;

dann können die Basisspannungen Ve ti und Vb 12 der Transistoren 11 und 12geschrieben werden:

Van =

Vb 12

1 +/>34

_BEH.

Unterder Voraussetzung
de Gleichung:

= Vergilt die folgen

wobei, wenn in der obigen Gleichung Vbeti =
und /?ii = ßv, vorausgesetzt wird, diese Gleichung folgendermaßen geschrieben werden kann:

"33 " 4) _ η ;

~ 2 ³⁶ ' '^ε ^3<<'

R» ■ I_n = 2K_Jb ■ /f J₄

Demnach ergibt sieh, wenn die Werte der die Gleichung (I) betreffenden Elemente so gewählt werden, daß Gleichung (1) erfüllt ist. Vmi = V'/n:· Daher besteht, selbst wenn di ; in der Schaltung nach F i g. 2 verwendeten Widerstände 27 t:nd 28 nicht bei der erfindungsgemaüen Ausführung nach F i g. 3 angewendet werden hei der I-Tfirulunt? keine Gefahr, daß eine Off-

setspannung an den Anschlüssen 19 und 21 hervorgeru- oder fen wird, und der Differentialverstärker 10 gemäß der Erfindung arbeitet als Linearverstärker.

Gemäß der Erfindung wird, weil der Widerstandswert "» = I'em

Ru des Widerslands 33 groß gewählt werden kann, das 5 R)6 4+ ^ h η

auf den Eingangsanschluß 14 gegebene Eingangssignal nicht durch die Emitterelektrode des Transistors 22 umgeleitet. Die Basiselektrode des Transistors 12 wird

50

Wie zuvor, muß Vfl π = V₈₁₂SeJn, und zwar gilt noch

/r ■>.

'B 12 — 'BB ^K}6 , , " BEH-

1 +ßy,

Unter der Annahme, daß die Verstärkungsfaktoren β der Transistoren 11, 34 und 38 praktisch gleich sind und die Basis-Emitterspannungen der Transistoren 22 und 34 praktisch gleich sind, ergibt sich die folgende Gleichung, wenn man Vfl π = Versetzt:

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Λ33 I -=- +^38 ) ⁼ A₃₆ l_E 34

durch die Emitterelektrode des Transistors 34 umgan- Hierzu I Blatt Zeichnungen

gen. Ferner kann, weil die aus dem Stande der Technik 10 ^:—

bekannten Widerstände 27 und 28 in der vorliegenden, oben beschriebenen Erfindung nicht verwendet werden, der Spannungsverstärkungsfaktor nach der Erfindung erheblich vergrößert werden.

Wie erwähnt, wird bei dem erfindungsgemäßen Diffe- r> rentialverstärker an den Anschlüssen 19 und 21 keine Offsetspannung hervorgerufen, und der Spannungsverstärkungsfaktor des Differentialverstärkers 10 mit der erfindungsgemäßen Schaltung kann groß gemacht werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Schaltung leicht als integrierte Schaltung ausgeführt werden.

Bei der in F i g. 3 gezeichneten Ausführungsform der Erfindung ist nur der Transistor 11 an den Eingangsanschluß 14 geschaltet, man kann aber weitere Transistoren mit dem Eingangsanschluß 14 verbinden.

F i g. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung; danach steht die Basis eines weiteren Transistors 38 in Verbindung mit dem Eingangsanschluß 14. Die Basiselektrode des Transistors 38 ist außerdem an den Eingangsanschluß 14 geführt, die Kollektorelektrode liegt an dem .Spannungsquellenanschluß 18. und seine Emitterelektrode ist geerdet. Die übrige Schaltung nach F i g. 4 stimmt praktisch überein mit der Schaltung nach F i g. 3, weil aber der Eingangskreis des Transistors 38 parallel zu dem Eingangskreis des Transistors 11 liegt, fließen die Basisströme der beiden Transistoren 11 und 38 durch den Widerstand 33. Aus diesem Grunde muß der Widerstandswert auf etwas andere Weise bestimmt werden als bei der Schaltung nach F i g. 3.

Bezeichnet man den Emitterstrom des Transistors 38 mit Ie α und den Stromverstärkungsfaktor des Transistors 38 mit /?!8 und verwendet im übrigen die oben angegebenen Definitionen, so ergibt sich die Basisvorspannung V₈₁₁ an dem Transistor nunmehr aus der Gleichung

Claims

Patentansprüche:

1. Vorspannungskreis für einen Differentialverstärker (10) mit Eintaktansteuerung, bestehend aus einem mittels eines Basisspannungsteilers (29, 3t) stabilisierten Emitterfolgetransistor (22), von dessen Emitter die Basisvorspannung für jeden der Transistoren (11, 12) des Differentialverstärkers (10) jeweils über einen Widerstand (33) abgreifbar ist d a durch gekennzeichnet,

daß der Emitter des Emitterfolgetransistors (22) über den genannten Widerstand (33) mit der Basis lediglich eines Transistors (11) des Differentialverstärkers (10) verbunden ist und
daß ein weiterer Emitterfolger (34) verwendet ist, dessen Basis über einen Widerstand (36) mit der Basis des genannten Emitterfolgertransistors (22) verbunden ist und dessen Emitter sowohl mit der Basis des anderen Transistors (12) des Differentialverstärkers (10) al? auch über einen Widerstand (37) mit einem Bezugspotential in Verbindung steht

2. Vorspannungskreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Basis des genannten einen Transistors (11) des Differentialverstärkers (10) die Basis eines weiteren Transistors (38) verbunden ist, von dessen Ausgang? slektrode ein Ausgangssignal abnehmbar ist