DE2539269A1 - Verstaerker - Google Patents

Description

DiPL.-iNG. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

25392G9

PF 2281
7549

Düsseldorf, 3. Sept. 1975

,Tektronix, Ine.
Beaverton, Oregon, V. St. A.

•Verstärker

•Die Erfindung betrifft einen Verstärker.

Zur Verstärkung des Äblenksignals für die Ablenkplatten einer Kathodenstrahlröhre eines Oszillographen oder eines ähnlichen oszillographischen Gerätes sind verschiedene Verstärker bekannt. Diese Verstärker haben jedoch keine völlig befriedigenden Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich ihrer Linearität, weil neben anderen Faktoren Schwankungen der LeistungsVersorgung einen ungünstigen Einfluß ausüben. Für einen Oszillographen, der beispielsweise zum Messen und Überwachen von Fernsehsignalen dient, ist jedoch ein extrem lineares Verstärkersystem erforderlich, das beinahe vollständig unabhängig ist von der Leistungsversorgung und trotzdem den erforderlichen weiten dynamischen Bereich aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Verstärker zu schaffen. Der Verstärker soll dabei einen dynamischen Bereich aufweisen, der einen erheblichen Anteil der Versorgungsspannung ausmacht. Außerdem soll keine schnelle Spannungsänderung stattfinden, wenn der Begrenzungsschwellwert angenähert wird.

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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichenteil des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmale gelöst.

Die vorliegende Erfindung richtet sich also auf einen Verstärker zum Umsetzen einer Signalspannung in einen Signalstrom, wobei dieser Signalstrom zwischen zwei genau definierten Ausgangsstromgrenzen eine lineare Beziehung zu einer Eingangsspannung aufweist und einen dynamischen Bereich besitzt, der einen wesentlichen Anteil der Versorgungsspannungen ausmacht. Außerdem besitzt der Verstärker niedrige Eingangs- und niedrige Ausgangsimpedanz. Grundsätzlich stellt der Verstärker einen Gegentaktverstärker dar, der einen transistorisierten, sich schnell erholenden Begrenzungsverstärker umfaßt, der die Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Begrenzungsdioden vermeidet und einen genau definierten Ausgangsstrom an einen Differentialverstärker liefert, der einen transistorisierten, eine phaseninvertierende Nebenschlußrückführung aufweisenden Verstärker umfaßt, der eine gute Steuerung für gemeinsamen Betrieb aufweist, mit einem Minimum an Teilen auskommt und die Versorgungsspannungen gut ausnutzt.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels sowie aus der folgenden Beschreibung.

Es zeigt die einzige Figur ein schematisches Diagramm der vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstärkers.

Der dargestellte Verstärker stellt einen Ablenkverstärker für einen Oszillographen oder eine ähnliche Einrichtung dar.

Ein herkömmliches Ablenksignal wird einem Eingangsanschluß 10 eines herkömmlichen Verstärkers 12 zugeführt, dessen Verstärkungsfaktor stufenweise umgeschaltet werden kann; ein derartiger Verstärker ist ähnlich aufgebaut wie z. B. die in der Druckschrift "Horizontal Amplifier Circuits", Circuit Concepts Series, Tektronix, Inc., copyright 1969, beschriebenen Verstärker.

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Der Ausgang des Verstärkers 12 wird einem Begrenzungsverstärker 14 zugeführt, der ein Paar Transistoren 16 und 18 umfaßt, deren Emitter über ein Paar Widerstände 20 und 22 sowie auch über einen Widerstand 24 und einen veränderlichen Widerstand 26 miteinander verbunden sind. Der Verbindungspunkt der Widerstände 20 und 22 ist mit dem Kollektor eines Stromquellentransistors 28 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand 30 an eine Quelle für ein geeignetes Potential geführt ist, und dessen Basis mit einem Vorspannungsnetzwerk in Verbindung steht, das aus den Widerständen 32 und 34 und einem Kondensator 36 besteht. Die Kollektoren der Transistoren 16 und 18 sind jeweils über Widerstände 38 und 4O mit einem Satz geeigneter Spannungsquellen verbunden. Die Basis des Transistors 16 bildet einen Eingangsanschluß, der mit dem Ausgang des Verstärkers 12 verbunden werden kann, während die Basis des Transistors 18 an Masse liegt.

Der Emitter eines pnp-Transistors 42 und der Emitter eines npn-Transistors 44 sind mit dem Kollektor des Transistors 18 verbunden. Der Kollektor des Transistors 42 und der des Transistors 44 sind mit dem Kollektor des Transistors 16 verbunden. Geeignete Vorspannungen von veränderlichen Spannungsteilern 46 bzw. 48 werden den Basxsanschlüssen der Transistoren 42 und 44 zugeführt.

er Begrenzungsverstärker 14 arbeitet als herkömmlicher Gegentaktverstärker (obwohl nur ein Ausgang verwendet wird), allerdings nur dann, wenn beide Transistoren 42 und 44 nicht leitend sind. Der Pegel eines Ausgangs-Ablenksignals am Kollektor des Transistors 18 verbleibt daher im wesentlichen innerhalb des Bereichs zwischen den Basisspannungen der Transistoren 42 und 44. Entweder der Transistor 42 oder der Transistor 44 verkoppelt die Kollektoren der Transistoren 16 und 18, wenn die Kollektorspannung des Transistors 18 den Bereich überschreitet und den Verstärker 14 abschaltet. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 14 wird hauptsächlich durch die Emitterwiderstände 24 und 26 und durch den Kollektorwiderstand 38 innerhalb des linearen

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Verstärkungsbereichs des Verstärkers festgelegt. Die .Ablenkgeschwindigkeit des Ausgangs-Ablenksignals des Verstärkers 14 wird durch das Eingangs-Äblenksignal bestimmt, das dem Verstärker 10 zugeführt wird, sowie durch die Verstärkungsfaktoren der Verstärker 12 und 14, während die Amplitude des Ablenksignals unverändert bleibt. Der maximale und der minimale Pegel des Ablenksignals kann daher willkürlich gewählt werden, indem "das Teilungsverhältnis der Spannungsteiler 46 und 48 eingestellt wird.

Das Ausgangs-Ablenksignal des Verstärkers 14 oder die Kollektorspannung des Verstärkers 14 ist mit der phaseninvertierenden Nebenschlußrückführung des Verstärkerteils 140 über einen weiteren Gegentaktverstärker 50 angeschlossen, der ein Paar Transistoren 52 und 54 umfaßt. Die Emitter der Transistoren 52 und 54 sind miteinander verbunden und dann über Widerstände 60 und 62 mit zwei Ausgangsanschlüssen 56 und 58 verbunden. Die Basis des Transistors 52 bildet einen Eingangsanschluß des Gegentaktverstärker 50 und ist über eine Serienschaltung aus einem Widerstand 64 und einem Kondensator 66 mit Masse verbunden. Die Basis des Transistors 54 ist mit einer geeigneten Spannungsquelle verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 52 und 54 liegen über Lastwiderstände 68 und 70 an einer negativen Spannungsquelle und ebenso an zwei Eingangsanschlüssen eines Differentialverstärkers 71, der die Transistoren 72 und 74 umfaßt, deren Emitter über einen gemeinsamen Emitterwiderstand 76 gemeinsam an einer negativen Spannungsquelle liegen.

Die Kollektoren der Transistoren 72 und 74 sind entsprechend mit Stromquelleneinrichtungen verbunden, nämlich den Kollektoren von Transistoren 78 und 80, deren Basen mit einer geeigneten Spannungsquelle verbunden sind und deren Emitter über Widerstände 82 und 84 an einer positiven Spannungsquelle angeschlossen sind. Die Kollektoren der Transistoren 72 und 74 bilden jeweils die Ausgangsanschlüsse 56 bzw. 58, an die ein Paar Ablenkplatten von z. B. einer Kathodenstrahlröhre angeschlossen sein können.

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Eine Steuerschaltung, die einen Transistor 94 in Basis-Grundschaltung umfaßt, wird zur Steuerung der Stromquelleneinrichtung verwendet. Der Emitter des Transistors 94 ist gemeinsam mit den Emittern der Transistoren 72 und 74 zur Aufnahme eines gemeinsamen Betriebssignals angeschlossen, das über dem gemeinsamen Emitterwiderstand 76 erzeugt wird. Die Basis des Transistors 94 ist mit einer geeigneten Vorspannungsquelle verbunden. Der Kollektor des Transistors 94 liegt über einem Lastwiderstand 9 6 an einer positiven Spannungsquelle und ist auch mit den Emittern der Stromquellentransistoren 78 und 80 über Serienschaltungen aus einem Koppelkondensator und Widerständen 98, 102 bzw. 100, 104 verbunden.

Ein zum Ablenksignal des Verstärkers 14 proportionales Differential-Ablenksignal entsteht über den Kollektorwiderständen 68 und 70. Das Differential-Ablenksignal steuert die Kollektorströme der Transistoren 72 und 74 oder den Differentialverstärker 71. Die Differenz zwischen dem Kollektorstrom der Stromquellentransistoren 78 und 80 und die Kollektorströme des Differentialverstärkers 71 lädt oder entlädt den Ladekondensator, der zwischen den Ausgangsanschlüssen 56 und 58 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 74 ist mit der Basis des Transistors 52 oder dem Eingangsanschluß des Gegentaktverstärkers 50 über eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 86 und einem Kondensator 88 verbunden, um eine negative Rückführung zu bilden. In gleicher Weise ist eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 90 und einem Kondensator 92, die im wesentlichen die gleichen elektrischen Werte haben wie der Widerstand 86 bzw. der Kondensator 88, zwischen dem Kollektor des Transistors 72 und einer positiven Potentialquelle angeschlossen, um dem Differentialverstärker 71 gleiche Lasten zu liefern.

Da die Emitter der Transistoren 52 und 54 des Gegentaktverstärker 50 mit den Ausgangsanschlüssen 56 und 58 über zwei gleiche Widerstände 60 und 62 verbunden sind, ist deren Emitterpotential die Durchschnittsspannung der Ausgangs-Ablenkspannungen an den

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Ausgangsanschlüssen 56 und 58. Das bedeutet, daß der Gleichstrompegel des Differentialsignals von dem Gegentaktverstärker 50 eine Primärfunktion der Durchschnittsspannung des Ausgangs-Ablenksignals ist. Wegen der Rückführungsschleife zwischen den Verstärkern 50 und 71 über die Widerstände 60 und 62 wird jede Veränderung des Gleichspannungspegels der Ausgangs-Ablenkspannung beseitigt und der Gleichspannungspegel der Ablenkspannung präzise auf einem vorbestimmten Wert gehalten, trotz der Veränderungen der Spannungsquellen, insbesondere der mit den Emittern der Transistoren 78 und 80 verbundenen Spannungsquellen.

Der Rückführungswiderstand 86 und die Kapazität 88 sind besonders nützlich, um die Linearität des Ausgangs-Ablenksignals in einem weiten Ablenkbereich zu erhöhen, weil der Spannungsanstieg an dem Eingangsanschluß des Gegentaktverstärkers 50 eine Funktion des Eingangssignals von dem Verstärker 14 und des Rückführungssignals durch den Rückführungswiderstand 86 ist. Die Kondensatoren 88 und 66 und der Widerstand 64 kompensieren die Frequenzabhängigkeit der Ausgangsverstärkerstufe. Wenn die Ablenkspannung am Ausgangsanschluß 58 dem dem Eingangsanschluß 10 zugeführten Eingangssignal nicht folgt, hauptsächlich aufgrund des Lade-/Entladestromes in die Ladekapazität bei schneller Ablenkgeschwindigkeit, erhöht sich der Spannungsanstieg an der Basis des Transistors 52 entsprechend, um die Lade-/Entladegeschwindigkeit zu steigern, bis das Ausgangs-Ablenksignal dem Eingangs-Ablenksignal folgt.

Die Steuerschaltung, einschließlich dem Transistor 94, reagiert nicht auf langsame Veränderungen des gemeinsamen Betriebssignals, und zwar wegen der relativ kurzen Zeitkonstante der Kopplungskondensatoren 98 und 100. Wenn jedoch eine sehr schnelle Ablenkrate gewählt wird, kann es vorkommen, daß die Ausgangs-Ablenkspannung dem Eingangs-Ablenksignal nicht mehr folgt und dazu neigt, eine scharfe Impulsspannung über dem Widerstand 96 zu erzeugen. Solch eine Spannungsspitze wird wirksam über die Koppe !kondensatoren 98 und 100 den Emittern der Stromquellentran-

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sistoren 78 und 80 zugeführt. Der Transistor 94 vermindert den Strom der Stromquelleneinrichtung, wenn der Differentialverstärker 17 einen geringeren Ausgangsstrom zieht, und umgekehrt.

Es ist bekannt, daß die Ablenkempfindlichkeit von Kathodenstrahlröhren hauptsächlich von der Strahlerzeugungsspannung oder von der Spannungsdifferenz zwischen der Kathode der Elektronenstrahl-Erzeugungseinrichtung und dem Durchschnittswert an den Ablenkplatten festgelegt wird. Daher kann der erfindungsgemäße Verstärker die Ablenkplatten mit einer konstanten Ablenkempfindlichkeit betreiben, unabhängig von der Ablenkgeschwindigkeit, außerdem ermöglicht der Verstärker den Aufbau eines Darstellungsgerätes mit außerordentlich genauer Informationswiedergabe.

Das dargestellte Beispiel ist nur eine vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung. Zahlreiche dem Fachmann geläufige Abänderungen können ohne Abweichung vom Gedanken der Erfindung vorgenommen werden. Z. B. können Verstärker 14 und Verstärker 140 jeweils allein verwendet werden, und zwar für verschiedene Anwendungen, beispielsweise zur Beseitigung einer elektrischen Polung oder zur Steuerung einer gemeinsamen Betriebsart.

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. Patentansprüche :

   Verstärker, gekennzeichnet durch einen Gegentaktverstärker (50) zur Verstärkung eines Eingangssignals; durch einen Differentialverstärker (71), der ein Paar Verstärkungseinrichtungen (72, 74) aufweist, deren Eingangsanschlüsse mit dem Ausgang des Gegentaktverstärkers (50) verbunden sind, wobei die Verstärkungseinrichtungen (72, 74) Ausgangsanschlüsse (56, 58) zum Anschluß einer Verwendungseinrichtung aufweisen, weiterhin eine Stromquelleneinrichtung (78, 80), die durch ein gemeinsames Betriebssignal (Spannungsabfall an 76) des Differentialverstärkers (71) gesteuert wird, während der Gegentaktverstärker (50) durch eine gemittelte Spannung (an 60, 62) an den Ausgangsanschlüssen (56, 58) gesteuert wird.

   Verstärker nach Anspruch 1, insbesondere für schnelle Erholung und Signalbegrenzung, gekennzeichnet durch einen Gegentaktverstärker (14), durch eine Stromquelle (28) zur Lieferung eines Stromes an den Gegentaktverstärker (14); und durch Einrichtungen (42, 44) zur Begrenzung des Ausganges des Gegentaktverstärkers (14).

   Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (42, 44) aus zwei Transistoren (42; 44) entgegengesetzter Leitfähigkeitsart gebildet werden.

   Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer phaseninvertierenden Nebenschlußrückführung, gekennzeichnet durch einen Gegentaktverstärker (50), einen Differentialverstärker (71), der mit dem Gegentaktverstärker (50) verbunden ist, durch Stromquelleneinrichtungen (78, 80) zur Lieferung von Strom an den Differentialverstärker (71); und durch Einrichtungen (86, 88; 90, 92; 98, 102; 100, 104) zur Steuerung des Gegentaktverstärkers (50) und des Differentialverstärkers (71).

   ES/hs 3

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