DE2539269B2 - Gegentaktverstärker - Google Patents

Description

Ein herkömmliches Ablenksignal wird über einen Eingangsanschluß 10 einem herkömmlichen Verstärker 12 zugeführt, dessen Verstärkungsfaktor stufenweise umgeschaltet werden kann. Ein geeigneter Verstärker ist beispielsweise in der Druckschrift «Horizontal 5 Amplifier Circuits«, Circuit Concepts Series, TEKTRONIX INC., Copyright 1969, beschrieben.

Der Ausgang des Verstärkers 12 wird einem Begrenzungsverstärker 14 zugeführt, der ein Paar Transistoren 16 und 18 umfaßt, deren Emitter über ein to 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 40 mit einem Satz geeigneter Spannungsquellen verbunden. Die Basis des Transistors 16 bildet einen EingangsanschluQ, 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 )o Kollektor des Transistors 16 verbunden. Geeignete Vorspannungen von veränderlichen Spannungsteilern 46 bzw. 48 werden den Basisanschlüssen der Transistoren 42 und 44 zugeführt.

Der 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 Verstärkungsbereichs des Verstärkers festgelegt. Die Ablenkgeschwindigkeit des Ausgangs-Ablenksignals des Verstärkers 14 wird durch das Eingangs-Ablenksignai bestimmt, das dem Verstärker 10 zugeführt wird, sowie durch die Verstärkungsfaktoren der Verstärker. 12 and 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 Wi 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.

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 % 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 Gegentaktverstärker 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 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 iede

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 Gegentaktverstärker 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-Ablenksi gnal nicht mehr folgt und dazu neigt, eine scharfi Impulsspannung über dem Widerstand 96 zu erzeuger Solch eine Spannungsspitze wird wirksam über dii Koppelkondensatoren 98 und 100 den Emittern de Stromquellentransistoren 78 und 80 zugeführt. De Transistor 94 vermindert den Strom der Stromquellen einrichtung, wenn der Differentialverstärker 17 eine! geringeren Ausgangsstrom zieht, und umgekehrt.

ίο Es ist bekannt, daß die Ablenkempfindlichkeit voi Kathodenstrahlröhren hauptsächlich von der Strahler zeugungsspannung oder von der Spannungsdifferen; zwischen der Kathode der Elektronenstrahl-Erzeu gungseinrichtung und dem Durchschnittswert an dei Ablenkplatten festgelegt wird. Daher kann der erfin dungsgemäße Verstärker die Ablenkplatten mit eine konstanten Ablenkempfindlichkeit betreiben, unabhän gig von der Ablenkgeschwindigkeit, außerdem ermög licht der Verstärker den Aufbau eines Darstellungsgerä tes mit außerordentlich genauer Informationswiederga be.

Das dargestellte Beispiel ist nur eine vorzugsweisi Ausführungsform der Erfindung. Zahlreiche dem Fach mann geläufige Abänderungen können ohne Abwei chung vom Gedanken der Erfindung vorgenommei werden. Zum Beispiel können Verstärker 14 um Verstärker 140 jeweils allein verwendet werden, um zwar für verschiedene Anwendungen, beispielsweise zu Beseitigung einer elektrischen Polung oder zur Steue rung einer gemeinsamen Betriebsart.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Gegentaktverstärker, insbesondere für eine Oszillographenablenkschaltung, mit mindestens zwei hintereinandergeschalteten transistorisierten Differentialverstärkerstufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der Transistoren (52, 54) der Eingangsstufe (50) über Widerstände (60,62) mit den Ausgangsanschlüssen (56, 58) des Verstärkers verbunden sind, mit denen auch die Kollektoren der Transistoren (72, 74) der der Eingangsstufe nachgeschalteten Ausgangsstufe (71) verbunden sind, und daß der Kollektor eines Stromquellentransislors (94) im gemeinsamen Emitterzweig der Transistoren (72,74) der Ausgangsstufe (71) über die Serienschaltungen aus jeweils einem Koppelkondensator und einem Widerstand (98, 102 bzw. 100, 104) mit den Emittern von StromquellentransisCoren (78,80) verbunden sind.

2. Gegentaktverstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine der Eingangsstufe (50) vorgeschaltete transistorisierte strombegrenzende Differentialverstärkerstufe (14), die neben einem im Emitterzweig der Transistoren (16,18) der Differentialverstärkerstufe (14) vorgesehenen Stromquellentransistor (28) mit den Kollektoren der Transistoren (16,18) der Differentialverstärkerstufe (14), die über jeweils einen Widerstand (38 bzw. 40) an einem Betriebspotential liegen, die verbundene Strombegrenzungstransistoren (42, 44) von zueinander entgegengesetzter Leitfähigkeitsart aufweist, die beide mit ihren Emitter bzw. Kollektor an dem Kollektor des einen bzw. des anderen (16) Transistor der Differentialverstärkerstüfe(14) liegen.

3. Gegentaktverstärker nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch jeweils ein an der Basis der beiden Strombegrenzungstransistoren (42, 44) liegendes einstellbares RC-Netzwerk zur Festlegung der Begrenzungsparameter.

4. Gegentaktverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das einstellbare RC-Netzwerk aus einem zwischen zwei Betriebspotentialen liegendem veränderlichem Spannungsteiler besteht, an dessen Teilungspunkt die Basis des jeweiligen Strombegrenzungstransistors (42, 44) sowie ein Kondensator liegt, dessen anderes Ende an festem Potential liegt.

5. Gegentaktverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einen Ausgangsanschluß (58) der Ausgangsstufe (71) und der den Eingang der Eingangsstufe (50) darstellenden Basis des einen Transistors (52) der Eingangsstufe (50) eine Parallelschaltung aus einem Widerstand (86) und einem Kondensator (88) liegt.

6. Gegentaktverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Ausgangsanschluß (56) der Ausgangsstufe (71) über eine Parallelschaltung aus einem Widerstand (90) und einem Kondensator (92) an einem festen Potential liegt, wobei die Werte von Widerstand (90) und Kondensator (92) mit den entsprechenden Werten der Glieder der am anderen Ausgangsanschluß liegenden Parallelschaltung (86,88) im wesentlichen identisch sind.

7. Gegentaktverstärker nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Glied (88) der Parallelschaltung einstellbar ist.

Die Erfindung betrifft einen Gegentaktverstärker, insbesondere für eine Oszillographenschaltung, mit mindestens zwei hintereinandergeschalteten transistorisierten Differentialverstärkerstufen.
Ein derartiger Gegentaktverstärker ist aus der DE-AS 14 62 169 (aber auch aus der DE-AS 12 57 212, der US-PS 35 33 002 sowie aus der Seite 23, Bild 3, der »Valvo-Berichte«, Band XVI, Heft 1,1970) bekannt. Für bestimmte Anwendungen, beispielsweise für Ablenkschaltungen von Oszillographen, ist es jedoch erforderlich, daß derartige Gegentaktverstärker in einem möglichst großen Bereich linear arbeiten, wobei zusätzlich Einflüsse von Schwankungen der Betriebsspannungen auf die Ausgangssignale des Verstärkers möglichst wenig Einfluß haben sollen.

Die Linerarität und Unabhängigkeit von Betriebsspannungen der bekannten Verstärker ist für viele Anwendungen, insbesondere aber für die Anwendung als Osiillographen-Ablenkverstärker noch nicht ausreichend. Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannten Verstärker so zu verbessern, daß die Linearität erhöht, der Linearitätsbereich bezüglich der Versorgungsspannungen erweitert und der Einfluß von Schwankungen der Versorgungsspannung auf die Ausgangsspannung verkleinert wird.

Durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs wird diese Aufgabe gelöst. Durch die von den Widerständen 60 und 62 gebildete Rückführungsschleife werden Änderungen der Ausgangsspannung aufgrund

von Änderungen der Betriebsspannungen, aber auch aufgrund der Last stark verkleinert.

Durch die Anordnung der gesteuerten Stromquellen, repräsentiert durch die Transistoren 78 und 80, wird ebenfalls der Einfluß von Versorgungsspannungs-

J5 Schwankungen auf das Ausgangssignal vermindert, das gilt insbesondere für hochfrequente Spannungsänderungen.

Um die Arbeitsweise der Gesamteinrichtung, insbesondere bei Verwendung als Ablenkverstärker für einen Oszillographen, noch zu verbessern, wird gemäß einer vom Anspruch 2 gelehrten Ausführungsform ein Begrenzungsverstärker 14 dem Gegentaktverstärker vorgeschaltet. Die Verbesserung ergibt sich dadurch, daß nach entsprechender Wahl der Schwellwerte für die Begrenzungstransistoren 42 und 44 der Verstärker stets eine ganz bestimmte Ausgangsamplitude liefert, während die Geschwindigkeit der Spannungsänderung am Ausgang von der Signaländerung am Eingang dieses Verstärkers sowie vom Verstärkungsfaktor abhängt.

so Durch eine weitere, mit einem parallelen RC-Glied ausgestattete Rückführungsschleife (siehe Anspruch 5) wird gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung die Linearität noch weiter erhöht, wobei zur Frequenzgangeinstellung (Anspruch 7) zumindest eines der Glieder — beispielsweise der Kondensator — einstellbar sein kann. Um die beiden Ausgangszweige des Differentialverstärkers 71 gleichartig zu belasten, ist gemäß einer noch anderen Ausführungsform (Anspruch 6) ein weiteres entsprechendes Glied (90, 92) vorgese-

M) hen das an Masse geführt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist, die aus einer einzigen Figur besteht und ein schematisches Diagramm der vorzugs-

¹^ weisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegentaktverstärker zeigt.

Der dargestellte Gegentaktverstärker stellt einen Ablenkverstärker für einen Oszillographen dar.