DE2548178A1 - Signalverstaerkerschaltung - Google Patents

Signalverstaerkerschaltung

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DE2548178A1 DE19752548178 DE2548178A DE2548178A1 DE 2548178 A1 DE2548178 A1 DE 2548178A1 DE 19752548178 DE19752548178 DE 19752548178 DE 2548178 A DE2548178 A DE 2548178A DE 2548178 A1 DE2548178 A1 DE 2548178A1
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Description

PATENTANWÄLTE
HENKEL, KERN, FEILER&HÄNZEL
BAYERISCHE HYPOTHEKEN- HN Γ> TELEX: 05 29 802 HNKL D EDUARD-SCHMID-STRASSE ~> WECHSELBANKMONCHENNOlWßHl TELEFON: (089) 663197, 663091 - 92 _ onnn ., f, x, ,-,„„., „„ DRESDNER BANK MÜNCHEN S 914 97* TELEGRAMME=ELL1PSOIDMONCHEn D-8000 MÜNCHEN 90 POSTSCHECK: MÜNCHEN ΙΟΙ* - *»
Tokyo Shibaura Electric
Co., Ltd.,
Kawasaki-shi, Japan
MÜNCHEN, DEN 2 8» Q Kt, 197b
Signalverstärkers chaltung
UNSER ZEICHEN: BETRIFFT:
Die Erfindung betrifft eine Signalverstärkerschaltung mit Sperrschicht-Feldeffekttransistoren.
In jüngster Zeit ist der vertikal aufgebaute Sperrschicht-Feldeffekttransistor, der in der US-PS 3 828 offenbart ist und dieselben Kennlinien aufweist wie eine stromungesättigte Triodenvakuumröhre, für die Verwendung als Verstärkerelement bei Tonsignalverstärkern vorgeschlagen worden. Im Gegensatz zum Sperrschicht-Feldeffekttransistor mit Triodencharakteristik weist der herkömmliche Sperrschicht-Feldeffekttransistor dieselben Stromunsättigungskennlinien wie eine Pentodenvakuumröhre auf· Wenn ein mit Stromsättigung und ein mit Stromunsättigung arbeitender Feldeffekttransistor in einem Schaltkreis verwendet weiüen,muß zwischen Gate- und Source-Elektrode des Feldeffekttransistors eine Sperrspannung angelegt werden. Bei einem p-Kanal-Transistor muß daher die Gate-Vorspannung gegenüber der Source-Vorspannung positiv sein, während die Gate-Vorspannung bei
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einem n-Kanal-Transistor negativ sein muß. Bei einer bekannten Schaltung ist zur Erfüllung dieses Erfordernisses entweder eine gesonderte Vorspannungsquelle im Gate-Schaltkreis vorgesehen, oder es ist ein aus einem Widerstand und einem dazu parallelgeschalteten Kondensator bestehender, automatischer Vorspannungskreis im Source-Schaltkreis vorgesehen.
Im erstgenannten Fall muß jedoch die gesonderte Vorspannungsquelle eine der Stromversorgung entgegengesetzte Polarität besitzen, was zu einer komplizierten Schaltungsanordnung für die Stromversorgung führt. Bei der zuletzt genannten Möglichkeit ist die Amplitude der Ausgangsspannung auf den Spannungsabfall über dem Eigenvorspannkreis begrenzt. Daher ist diese Möglichkeit bei einer Verstärkerstufe mit im Einzelfall vergleichsweise großen Amplituden ungeeignet. Die Verwendung einer gemeinsamen Stromversorgung macht es in beiden Fällen schwierig, eine direktgekoppelte Signalverstärkerschaltung zu schaffen, bei welcher der Ausgang einer vorgeschalteten Verstärkerstufe unmittelbar mit dem Eingang einer nachgeschalteten Verstärkerstufe verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Signalverstärkerschaltung zu schaffen, bei welcher die Gate-Elektrode eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors ohne weiteres in Sperr- oder Durchlaßrichtung vorgespannt werden kann, ohne daß eine gesonderte Vorspannungsquelle oder ein automatischer Vorspannkreis verwendet werden muß, und bei welcher die Sperrschicht-Feldeffekttransistoren, unter Verwendung einer gemeinsamen Stromver-
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sorgung, eine mehrstufige Direktverbindung gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei einer solchen Schaltungsanordnung kann das Gleichstrom-Vorspannpotential an der Gate-Elektrode des einen der paarweise angeordneten Transistoren zwischen einem Potential an der ersten Klemme der Stromversorgung und einem Potential der zusammengeschalteten Source-Elektroden des Transistorpaars, und das Gleichstrom-Vorspannungspotential der Gate-Elektrode des anderen Transistors kann zwischen einem Potential an der zweiten Klemme der Stromversorgung und dem Potential der zusammengeschalteten Source-Elektroden des Transistorpaars derart gewählt werden, daß die Gate-Elektrode des Sperrschicht-Feldeffekttransistors in Durchlaß- oder Sperrichtung vorgespannt werden kann, ohne daß eine getrennte Vorspannstromquelle oder ein automatischer Vorspannkreis verwendet werden muß.
Da ein für die Gate-Elektrode eines Eingangstransistors eines komplementären Transistorpaars in einem nachgeschalteten Verstärker erforderliches Gleichstrom-Vorspannpotential mit einem Gleichspannungspegel an der Ausgangsklemme eines vorgeschalteten Stufenverstärkers, der zwischen einen Lastwiderstand und die Reihenschaltung aus dem komplementären Transistorpaar eingeschaltet ist, gleich groß gemacht werden kann, läßt sich ohne weiteres eine direktgekoppelte Verstärkerschaltung
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auslegen. Die für die Gate-Elektroden der paarweise angeordneten Transistoren erforderlichen Vorspannpotentiale können ebenfalls zueinander dadurch gleich groß gemacht werden, daß zwischen den Source-Elektroden der beiden paarweise angeordneten Transistoren eine Schaltung zur Verschiebung des Spannungspegels vorgesehen wird.
In dieser Signalverstärkerschaltung wirkt der eine der beiden paarweise angeordneten Transistoren invertierend und der andere nicht-invertierend. Infolgedessen kann ohne weiteres eine Gegenkopplung realisiert werden, indem ein Ausgangssignal des Signalverstärkers an die Gate-Elektrode desjenigen Transistors des Transistorpaars angekoppelt wird, welcher nicht für die Aufnahme eines Eingangssignals ausgelegt ist. Die erfindungsgemäße Signal verstärker schaltung kann auch als Differentialverstärker benutzt werden, da invertierte und nichtinvertierte Transistoren vorgesehen sind.
Darüber hinaus kann eine Gegentakt-Signalverstärkerschaltung geschaffen werden, indem zwei Paare komplementärer Transistoren in Reihe zwischen die Stromversorgungsklemmen eingeschaltet werden. Da die für die Gate-Elektroden von zwei komplementären Eingangstransistoren, von denen jeder einem anderen Paar komplementärer Transistoren zugeordnet ist, erforderlichen Gleichstrom-Vorspannpotentiale zueinander gleich groß gemacht werden können, braucht kein Gate-Vorspannkreis zwischen den Gate-Elektroden der komplementären Eingangstransistoren vorgesehen werden, so daß diese Gate-Elektroden unmittelbar an einen Eingangskreis angeschlossen sein können.
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Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 ein Schemaschaltbild einer Signalverstärkerschaltung;
Fig. 2 ein Schaltbild einer Signalverstärkerschaltung gemäß einer speziellen Ausführungsform;
Fig.3A und 3B Schaltbilder anderer spezieller Ausführungsformen;
Fig. 4 und 5 Schaltbilder von Signalverstärkerschaltungen mit jeweils einem Vorspannkreis;
Fig. 6 und 7 Schaltbilder der Signalverstärkerschaltung mit Gegenkopplung;
Fig. 8 und 9 Schaltbilder direkt verbundener Signalverstärkerschaltungen, jeweils mit Gegenkopplung;
Fig.1OA und 1OB Schaltbilder von Differentialverstärkern;
Fig.11A und 11B Schaltbilder von Gegentaktschaltungen; und
Fig.12 ein Schaltbild einer direktgekoppelten Tonsignalverstärkerschaltung.
Obgleich Trioden- oder Pentoden-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren einzeln oder gemeinsam in einer Signalver-
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Stärkerschaltung angewandt werden können, sind im folgenden derartige Schaltungen zunächst unter Verwendung von Pentoden-Sperrschicht-Feldeffekttransistören beschrieben.
Die Signalverstärkerschaltung gemäß Figur 1 besteht grundsätzlich aus zwei komplementären Transistoren, näm lich einem p-Kanal-Transistor Q1 und einem n-Kanal-Transistor Q«, die in Emitter-Schaltung in Reihe zwischen zwei Klemmen, d.h. eine Plusklemme 11 und eine Mi nusklemme 12, einer Stromversorgungsquelle geschaltet sind, um einen Gleichstrom-Leitpfad zu bilden.
Der Arbeits- oder Drain-Strom I0 eines Pentodentransistors läßt sich etwa durch folgende Gleichung
ausdrücken, in welcher
gm = die Steilheit,
V„ = die Gate-Source-Spannung, d.h. die Basis-Emitter-Spannung und
V = die Pinch-off-Spannung
bedeuten.
Zur Erzielung einer Signalverstärkung muß V~ durch die Signalkomponente und die Gleichstrom-Vorspannung in einem Bereich zwischen 0 und -V variiert werden, d.h. die Gate-Elektrode muß in bezug auf die Source-Elektrode in Sperrichtung in einem Bereich zwischen 0 und V_ ausgesteuert werden.
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Für die grundsätzliche Schaltung gemäß Figur 1 gelten die folgenden Gleichungen:
ID1 = gm1 (VGs1 + Vp1) (2)
+ Vp2}
1DI - 1D2
VG1 - Vs + VGs1
VG2 - Vs - VGs2
in denen
Ij.j. = Drain-Strom des Transistors Q1,
Ij3P = Drain-Strom des Transistors Qp,
gm1 = Steilheit des Transistors Q1,
gm2 = Steilheit des Transistors Qp,
Vß1 = Gate-Source-Spannung des Transistors
V« ρ ~ Gate-Source-Spannung des Transistors
V1 = Pinch-off-Spannung des Transistors Q = Pinch-off-Spannung des Transistors Q
VG1 = Potenbial der Gate-Elektrode des Transistors Q1 gegenüber einem Bezugspunkte (z.B. Masse),
Vß2 β Potential der Gate-Elektrode des Transistors Q gegenüber dem Bezugspunkt,
V„ = Potential der zusammengeschalteten Source-Elek s
troden in der Reihenschaltung aus den Transistoren Q1 und Q2
bedeutet.
Anhand der Gleichungen (2) bis (6) ergibt sich der Arbeit sstrom ID (= ID1 = ID2) der Schaltung gemäß Figur wie folgt:
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1D -
Gleichung (7) zeigt, daß der Arbeitsstrom I« der Schaltung gemäß Figur 1 von einem Unterschied zwischen den Gate-Potentialen Vq1 und Vq2 der paarweise angeordneten Transistoren Q1 und Q2, nicht jedoch von Vq ^ und V"gs2 abhängt. Für die Signal verstärkung sollte Vq2 - Vq1 im Bereich zwischen 0 und -(V. + V 2) liegen. Dies bedeutet, daß es selbst dann, wenn sowohl Vß1 als auch Vq2 positiv ist, ausreicht, wenn Vq2 - Vß1 negativ ist. Genauer gesagt: Um Vq2 - Vq1 negativ zu machen, kann das Gate-Vorspannpotential des Transistors Q1 gemäß Figur 1 zwischen dem Source-Potential V_ und dem Potential +VDD der ers<ten Stromversorgungsklemme und das Gate-Potential Vq2 des Transistors Q2 zwischen dem Source-Potential V und dem Minusklemmenpotential - d.h. dem Massepotential bei einem Signalstromversorgungssystem oder -V01J bei einem System mit zwei Stromversorgungen der Stromversorgung gewählt werden. Mit anderen Worten! Es können an die Gate-Elektroden der Transistoren entgegengerichtete Vorspannungen angelegt werden, ohne daß eine getrennte Vorspannungsquelle oder ein automatischer Vorspannkreis vorgesehen werden muß, indem einfach Jede Gate-Elektrode der beiden komplementären Transistoren an ein zweckmäßiges Potential der Stromversorgung angelegt wird.
Wenn die Transistoren Q1 und Q2, wie dies bei einer integrierten Schaltung ohne weiteres realisiert werden kann, die gleiche Steilheit gm und die gleiche pinchoff-Spannung V besitzen, läßt sich die obige Gleichung (7) wie folgt umschreiben:
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2Vpl
Wie aus einem Vergleich zwischen den Gleichungen (1) und (8) hervorgeht, besitzen die beiden komplementären Transistoren die Hälfte der Steilheit und die doppelte Pinchoff-Spannung eines einzelnen dieser Elemente.
Wie erwähnt, bedeutet die Abhängigkeit des Arbeitsstroms des komplementären Transistorpaars von der Gate-Differenzspannung VG2 - VG1, daß die Gate-Vorspannung des einen Transistors des komplementären Paars entsprechend einer eingestellten Gate-Vorspannung des anderen Transistors gewählt werden kann. Aus diesem Grund kann der Gate-Vorspannungswert eines Eingangstransistors in einer nachgeschalteten Verstärkerstufe mit dem Gleichstrom-Spannungswert an der Ausgangsklemme der vorgeschalteten Verstärkerstufe in Übereinstimmung gebracht werden, so daß eine direktgekoppelte Verstärkerschaltungsanordnung möglich wird.
Für den Signalverstärker können eine oder beide Gate-Elektroden der paarigen komplementären Transistoren als Signaleingangsklemme und eine oder beide Drain-Elektroden als Signalausgangsklemme benutzt werden. Die Ausgangssignale der Drain-Elektroden der komplementären Transistorpaare weisen dabei eine Phasenumkehr auf.
Bei der Signalverstärkerschaltung gemäß Figur 2, bei welcher ein Lastwiderstand R, zwischen die Drain-Elektrode des Transistors CU und die erste Speisespannungsklemme 11 und eine Ausgangsklemme 13 an die Drain-Elektrode des Transistors G^ angeschlossen ist, entspricht
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eine von der Ausgangskiemme 13 abgenommene Ausgangsspannung V0 gleich VDD - I
Die Spannungsverstärkung G1 der Schaltung gemäß Figur 2 gegenüber der Gate-Spannung VG1 des ersten Transistors Q1 entspricht
»1 -
1 - Sg, - gfe£ · «L
Andererseits entspricht die Spannungsverstärkung Gp in bezug auf die Gate-Spannung V„2 des zweiten Transistors Q2 der Gleichung:
gligi
Die Tatsache, daß die Vorzeichen der Spannungsverstärkungen G^ und G2 einander entgegengesetzt sind, bedeutet, daß der erste Transistor Q1 als nicht-invertierter und der zweite Transistor Q2 als invertierter Transistor wirkt. Dies ist für eine Gegenkopplung sehr vorteilhaft.
Bei der Signalverstärkerschaltung ist die Gate-Elektrode des einen der beiden komplementären Transistoren Q1, Q2 gegenüber den zusammengeschalteten Source-Elektroden der Transistoren Q1 und Q2 positiv/ und die Gate-Elektrode des anderen Transistors ist gegenüber den Source-Elektroden negativ vorgespannt. Wenn daher gemäß den Figuren 3A und 3B eine Gleichspannungspegel-
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Schiebeschaltung 16 zwischen die Source-Elektroden der beiden Transistoren Q1 und Q2 geschaltet ist, können die Gleichstrom-Vorspannungswerte für die Gate-Elektroden beider Transistoren einander angepaßt werden. Die in Figur 3A dargestellte Schiebeschaltung 16 für den Gleichspannungspegel weist eine Parallelschaltung aus einem Widerstand R und einem Kondensator C auf. Der Widerstand R kann dabei als ein Regelwiderstand ausgebildet sein. Gemäß Figur 3B kann diese Schiebeschaltung eine Diode D, wie z.B. eine gewöhnliche Diode, eine Zenerdiode oder eine lichtemittierende Diode, aufweisen.
Bei einer speziellen Ausführungsform der Signalverstärkerschaltung gemäß Figur 4 ist die Eingangsklemme 14 an die Gate-Elektrode des Eingangstransistors Q^ und an eine Verbindung zwischen Widerständen R. und Rg mit einer festen Vorspannung angeschlossen, wobei an die beiden Klemmen 11 und 12 die Stromversorgung angeschlossen ist. Die Gate-Elektrode des zweiten Transistors Q2 ist dagegen unmittelbar an die zweite Klemme 12 der Stromversorgung bzw. an Masse angeschlossen. Eine Ausgangsklemme 13 ist zwischen die Drain-Elektrode des zweiten Transistors Q2 und einen Lastwiderstand R^ geschaltet.
Bei der Signalverstärkerschaltung gemäß Figur 4 wird eine Sperrspannung zwischen Source- und Gate-Elektrode des Transistors Q2 angelegt, bis die Source-Drain-Spannung des Transistors Q^ infolge eines an die Eingangsklemme 14 angelegten Eingangssignals zu Null wird; ist dies der Fall, so wird die Spannung Vq8 des Transi-
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stors Q2 zu Null. Infolgedessen weist der Transistor Q2 einen maximalen Stromdurchlaß auf. Zu diesem Zeitpunkt erscheinen an der Ausgangsklemme 13 praktisch 0 Volt. Dies bedeutet, daß die Signalverstärkerschaltung gemäß Figur 4 ein Ausgangssignal mit einer Amplitude im Bereich zwischen nahezu Null und +VDD abgibt., in der Praxis fällt jedoch die Source-Drain-Spannung des Transistors Q^ nicht unter seine Sättigungsspannung ab, so daß die Spannung VGs des Transistors Q2 nicht genau zu Null wird. Aus diesem Grund ist der niedrigste Pegel der Ausgangsspannung V0 etwas höher als der Null-Pegel. Um nun den niedrigsten Pegel der Ausgangs spannung Vq näher an den Null-Pegel heranzubringen, wird die Gate-Elektrode des Transistors Q2 durch Widerstände R, und R^ gemäß Figur 5 vorzugsweise auf die Sättigungsspannung des Transistors Q^ derart vorgespannt, daß die Spannung Y„ des Transistors Q2 zu Null werden kann, wenn der Transistor Q^ durch eine Eingangssignalspannung in die Sättigung getrieben wird.
Da bei der Signalverstärkerschaltung gemäß Figur A und 5 kein automatischer Vorspannkreis verwendet wird, kann ein Ausgangssignal mit einer Spitze-Spltze-Amplitude von praktisch der Größe der Stromversorgungsspannung als maximaler Ausgang erhalten werden.
In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform der Signalverstärkerschaltung dargestellt. Dabei ist das Drain-Ausgangs signal des Transistors Q2 in Phase mit dem Gate-Eingangssignal des Transistors Q,. und um 180° gegenüber dem Gate-Eingangssignal des Transistors Q2 phasenverschoben. Die Signalverstärkerschaltung mit Gegenkopplung kann dadurch gebildet werden, daß gemäß
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Figur 6 ein Spannungsteiler mit den Widerständen R5 und Rg zwischen die Ausgangsklemme 13 und die zweite Klemme 12 der Stromversorgung geschaltet wird und der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen Rc und Rg an die Gate-Elektrode des Transistors Q2 angeschlossen wird, d.h. daß ein Ausgangssignal zu dem invertierten Eingang bzw. zu der Gate-Elektrode des Transistors Q2 rückgekoppelt wird.
Figur 7 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Signalverstärkerschaltung von Figur 6, bei welcher ein Gegenkopplungssignal auch an die Gate-Elektrode des Transistors GL angelegt wird, indem ein Widerstand Ry zwischen die Drain-Elektrode des Transistors Q1 und die zweite Klemme 12 der Stromversorgung sowie ein Rückkopplungswider stand Rq zwischen die Gate- und Drain-Elektroden des Transistors Q^ und ein Widerstand Rg zwischen die Gate-Elektrode des Transistors Q,. und die erste Klemme 11 der Stromversorgung angeschlossen wird.
Bei einer direktgekoppelten Verstärkerschaltung gemäß Figur 8 kann eine Gegenkopplung dadurch erreicht werden, daß das Ausgangssignal einer nachgeschalteten Verstärkerstufe zur Gate-Elektrode des invertierten Transistors Q2 in der vorgeschalteten Verstärkerstufe rückgekoppelt wird. Das Ausgangssignal der nachgeschalteten Verstärkerstufe, das gemäß Figur 4 zwei komplementäre Transistoren Q,, Q^ und einen Lastwiderstand RL2 umfaßt, wird über Teilerwiderstände Rg und Rq zur Gate-Elektrode des invertierten Transistors Q2 in der vorgeschalteten Verstärkerstufe rückgekoppelt, welche die beiden komplementären Transistoren Q^ und Q2 sowie den Lastwiderstand R^1 aufweist. Das Ausgangs-
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signal der nachgeschalteten Verstärkerstufe ist phasengleich mit dem an die Gate-Elektrode des nicht-invertierten Transistors Q^ in der vorgeschalteten Verstärkerstufe angelegten Eingangssignal.
Bei der in Figur 9 dargestellten direktgekoppelten Signalverstärkerschaltung wird die Gegenkopplung zur nachgeschalteten Verstärkerstufe dadurch erreicht, daß das Ausgangssignal über einen Teiler mit Widerständen R^0 und R11 an die Gate-Elektrode des invertierten Transistors Q. angelegt wird, wobei der Teiler zwischen die Ausgangski emme 13 und die zweite Klemme 12 der Stromversorgung eingeschaltet ist. Eine Gegenkopplung zur vorgeschalteten Verstärkerstufe wird auch dadurch gewährleistet, daß das Ausgangs signal über einen zwischen die Ausgangsklemme 13 und die zweite Klemme 12 der Stromversorgung eingeschalteten Teiler mit Impedanzelementen Z* und Z2 an die Gate-Elektrode des invertierten Transistors Q2 angelegt wird. Da an den Rückkopplungspunkt, d.h. an die Gate-Elektrode des Transistors Q2 der vorgeschalteten Verstärkerstufe, eine hohe Impedanz angeschlossen werden kann, ist es möglich, bei den Rückkopplungsimpedanzelementen Zj. und Zp Hochimpedanzelemente, wie z.B. einen Kondensator mit niedrigem Wert, zu verwenden. Diese Schaltung eignet sich für eine Entzerrerschaltung oder dergleichen.
Da einer der beiden komplementären Transistoren als invertierter Transistor und der andere als nicht-invertierter Transistor wirkt, kann diese Signalverstärkerschaltung nicht nur als Gleichtaktverstärker, sondern auch als Phasenumkehrverstarker (Ehasenumsetzer), Pha-
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senteiler, Differentialverstärker und dergleichen benutzt werden.
In Figur 1OA ist ein Beispiel für einen solchen Differentialverstärker dargestellt. Bei dieser Verstärkerschaltung ist die Drain-Elektrode des Transistors Qp über einen ersten Lastwiderstand R^ an die Plusklemme 11 eines Doppelspannungsversorgungssystems angeschlossen, während die Drain-Elektrode des Transistors Q1 mit der Minusklemme 12 dieses Doppelspannungsversorgungssystems über einen zweiten Lastwiderstand R~ « mi·^ dem gleichen Wert wie der erste Lastwiderstand R1^ verbunden ist. Die mit einem bestimmten Wert eingestellte Vorspannung wird über Widerstände R12 u*"3· R1, an die Gate-Elektrode des Transistors Q1 und über die Widerstände R1^ und R-C an die Gate-Elektrode des Transistors Qp angelegt. Eine erste Ausgangsklemme 13A ist an die Drain-Elektrode des zweiten Transistors Q2 angeschlossen, und eine zweite Ausgangskiemme 13B ist mit der Drain-Elektrode des ersten Transistors Q1 verbunden. Wenn ein erstes Eingangssignal A an die Gate-Elektrode des Transistors Q1 und ein zweites Eingangssignal B an die Gate-Elektrode des Transistors Q2 abgelegt wird, wird an der ersten Ausgangsklemme 13A ein erstes Differential-Ausgangssignal (A-B) und an der zweiten Ausgangsklemme 13B ein zweites Differential-Ausgangssignal (B - A) mit einer dem ersten Signal (A - B) entgegengesetzten Phase erhalten.
Dieser Differentialverstärker ist bezüglich der Schaltungsanordnung einfacher als ein herkömmlicher Differentialverstärker, weil er die Notwendigkeit für die Anordnung einer Konstantstromquelle vermeidet. Weiterhin
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besitzt er den Vorteil, daß der Gleichstrompegel beider Ausgangssignale in bezug auf den Mittelpunkt des Doppelspannungsquellensystems symmetrisch ist und daß ein Gleichstrompegelunterschied zwischen den beiden Ausgangssignalen groß ist. Selbstverständlich kann auch die eine oder die andere Ausgangsklemme weggelassen werden. Wenn eine der Eingangsklemmen weggelassen wird, dann kann die Signalverstärkerschaltung als Phasenteiler verwendet werden.
Bei der Differentialverstärker-Anordnung gemäß Figur 1OA besteht ein Gleichstrom-Vorspannungspegelunterschied zwischen den Gate-Elektroden der Transistoren GL und Q2. Dieser Effekt tritt an beiden Ausgängen 13A und 13B auf. Wenn eine Gleichspannungspegel-Schiebeschaltung 16 zwischen die Source-Elektroden der Transistoren Q1 und Q2 geschaltet wird, können die Gate-Vorspannungen der Transistoren Q1, und Q2 gleich groß gemacht werden. Gemäß Figur 1OB können bei Verwendung von positiven und negativen Spannungen die Potentiale beider Eingänge auf Massepegel gebracht werden, indem die Gate-Elektroden der Transistoren Q1 und Q2 direkt oder über die Widerstände FLg bzw. R1^ an Masse angeschlossen werden. Dies ist für den Differentialverstärker vorteilhaft.
Die Figuren 11A und 11B zeigen jeweils eine Gegentaktverstärker schaltung, die zwei Paare komplementärer Transistoren Q1, Q2 und Q,, Q^ aufweisen, wobei die Paare in Reihe zwischen einer Plusklemme 11 und einer Minusklemme 12 eines Doppelspannungsversorgungssystems, d.h. zwischen einer positiven und einer negativen Speiseklemme, liegen, wobei die Transistoren jedes Paars ihrerseits in Source-Schaltung geschaltet sind. Gemäß Fi-
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gur 11A sind der n-Kanal-Transistor Q2 und der p-Kanal-Transistor Q, zwischen den p-Kanal-Transistor Q1 und den n-Kanal-Transistor Q^ eingeschaltet, wobei die Gate-Elektroden der beiden Transistoren Q2 und Q-, durch einen fest eingestellten Vorspannkreis mit Widerständen R18 bis R20 entsprechend grob vorgespannt sind. Eine Ausgangsklemme 13 ist an die Drain-Elektroden der Transistoren Q2 und Q, angeschlossen, und eine Eingangsklemme 1 4 ist mit den Gate-Elektroden der Transistoren Q1 und Qa verbunden. Da bei der Verstärkerschaltung gemäß Figur 11A ein Spannungsabfall zwischen der Source-Elektrode des Transistors Q1 und der Ausgangsklemme 13 besteht, weil die Drain-Source-Spannung des Transistors Q2 die Gate-Elektrode des Transistors Q1 in Sperrichtung vorspannt, und ein Spannungsabfall zwischen der Ausgangsklemme 13 und der Source-Elektrode des Transistors Q^ vorhanden ist, weil die Drain-Source-Spannung des Transistors die Gate-Elektrode des Transistors in Sperrrichtung vorspannt, können die Gate-Elektroden der Transistoren Q1 und Q^ gemeinsam an die Eingangsklemme 14 angeschlossen werden. Die Gleichspannungspegel an der Ausgangsklemme 13 und an der Eingangsklemme 14 können in Abhängigkeit von den Größen der Drain-Source-Spannungen der Transistoren Q2 und Q, einander gleich gemacht werden.
Die Gegentaktverstärkerschaltung gemäß Figur 11A arbeitet auf die gleiche Weise wie die herkömmliche Gegentaktschaltung. Die Transistoren Q1 und Q^ werden abwechselnd durch ein an die Eingangsklemme 14 angelegtes Eingangssignal angesteuert, und ein Gegentakt-Ausgang wird an der Ausgangsklemme 13 erhalten. Obgleich
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sich die Gegentaktschaltung besonders als Ausgangsstufe für die Ansteuerung eines Lautsprechers eignet, kann sie auch für die Verstärkung kleiner Signale verwendet werden. Da die Gleichstrompotentiale von Eingang und Ausgang auf den gleichen Wert eingestellt werden können, läßt sich eine Direktkopplung zwischen den Verstärkerstufen ohne weiteres erreichen. Eine Gegenkopplung kann dadurch erreicht werden, daß gemäß Figur 11B die Ausgangsklemme 13 an den Mittelpunkt einer fest eingestellten Vorspannungsschaltung für die Transistoren Qp und Q, mit den Widerständen R^ bis RpA angeschlossen wird.
Gemäß Figur 12 weist eine Tonsignalverstärkerschaltung eine Ausgangsstufe 20 auf, welche aus dem Gegentakt-Ausgangskreis gemäß Figur 11B besteh^ und ihr Ausgang ist über eine Last R,Q, etwa die Schwingspule eines Lautsprechers, an Masse gelegt. Die Gate-Elektroden eines Paares von Eingangstransistören in der Gegentaktschaltung 20 sind mit dem Ausgang einer Treiberschaltung 30, die ein Paar komplementärer Transistoren aufweist, direktgekoppelt. Der Eingang der Treiberschaltung 30 ist mit einer einen Differentialverstärker beinhaltenden Vortreiberschaltung 40 direktgekoppelt. Eine Gegenkopplung zur Vortreiberschaltung 40 erfolgt durch Rückkopplung des Ausgangs der Gegentaktschaltung 20 an die Gate-Elektrode eines der Transistoren des Differentialverstärkers 40. Durch Verwendung der Gegentaktschaltung entfällt die Notwendigkeit für die Verwendung eines Konstantspannungselements oder einer Schaltung zur Anlegung einer Gleichstrompotentialdifferenz zwischen die Gate-Elektroden der beiden komplementären Eingangstransistoren der Gegentaktschaltung. Als Vortrei-
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Verschaltung 40 kann der Differentialverstärker gemäß den Figuren 10A und 10B verwendet werden.
Die Signalverstärkerschaltung kann Sperrschicht-Feldef fekttransistoren vom Trioden-Typ (d.h. stromungesättig te Transistoren) verwenden. In diesem Fall gelten die nachstehenden, den Gleichungen (1), (7)» (8), (9) und (10) entsprechenden Gleichungen (11) bis (15):
gm1.gm2{(1 + ^r1)V02 - (1 + ^2)V01 + (1 + ^Ti )
rp2C1 + ill; + rp1(1 + »2J + RL(1 + u
- »2(1 + U1)R,
U2 ~ rp2(1 + ii1) + rp1(1 + u2) + RL(1 + u 1)
in denen
u1 = den Verstärkungsfaktor des Transistors GL,
η 2 = den Verstärkungsfaktor des Transistors Q^,
rp1 = den Innenwiderstand des Transistors GL und
rp2 m den Innenwiderstand des Transistors Q2
bedeuten.
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Wie aus Gleichung (13) hervorgeht, wird dann, wenn die Triodentyp-Transistoren Q1 und Q2 die gleichen Kennlinien besitzen, der Ausdruck VG in Gleichung (11)
durch Yno - ν,™ ersetzt. Der letztere Ausdruck sollte Gd GI v
in einem Bereich zwischen 0 und - __D liegen.
Die Erfindung ermöglicht also die Verwendung einer Kombination aus einem Triodentyp- und einem Pentodentyp-Sperrschicht-Feldeffekttransistor. Die Charakteristik bzw. Kennlinie der Kombinationsschaltung läßt sich ohne weiteres anhand der Einzelcharakteristika bzw. -kennlinien des Triodentpy- und des Pentodentyp-Feldeffekttransistors abschätzen.
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Claims (4)

Patentansprüche
1.)Signalverstärkerschaltung mit mindestens einem Paar
komplementärer Sperrschicht-Feldeffekttransistoren, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein erster und ein zweiter komplementärer Sperrschicht-Feldeffekttransistor (Q1, Q2) in Source- bzw. in Emitter-Schaltung in Reihe zwischen eine positive und eine nicht positive Spannungsversorgungsklemme (11 bzw. 12) eingeschaltet sind, um dabei einen Gleichstrom-Leitpfad zu bilden, so daß die Gate-Elektrode jedes dieser Transistoren gegenüber jeder Source-Elektrode in Sperrichtung vorgespannt ist.
2. Signalverstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichspannungspegel-Schiebeschaltung (16) zwischen die Source-Elektroden der beiden Transistoren (GL, Qp) eingeschaltet ist, so daß die Vorspannungspotentiale der Gate-Elektroden der beiden Transistoren (Q1, Q2) gleich groß einstellbar sind.
3. Signalverstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gate-Elektrode des ersten Transistors (Q1) des Transistorpaars (Q.., Q2) ein Eingangssignal und an der Gate-Elektrode des zweiten Transistors (Qg) ein Teil eines mit dem Eingangssignal phasengleichen Ausgangssignals anliegt.
4. Signalverstärkerschaltung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß an den Gate-Elektroden der beiden paarweise verbundenen Transistoren (Q1, Q2) ein
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erstes bzw. ein zweites Eingangssignal (A bzw. B) angelegt ist, und daß an der Drain-Elektrode mindestens eines der beiden Transistoren (Q1, Q2) ein Ausgangssignal anliegt, das ein Differenzsignal zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangssignal (A bzw. B) ist.
Signalverstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Transistorpaar aus einem dritten und einem vierten komplementären Sperrschicht-Feldeffekttransistor (Q-,, Qa) derart in Serie mit der Reihenschaltung aus dem ersten und dem zweiten Transistor (CL, Qo) zwischen einer positiven und einer negativen Spannungsversorgungsklemme (11 bzw. 12) liegen, daß der dritte und der vierte Transistor (Q,, Q^) in Source-Schaltung angeordnet sind und daß die zueinander komplementären zweiten und dritten Transistoren (Q2, Q-ζ) zwischen die zueinander komplementären ersten und vierten Transistoren (Q^, Q^) eingeschaltet sind, daß ferner an den Gate-Elektroden des ersten und vierten Transistors (Q^, Q^) ein Eingangssignal anliegt, und daß dadurch an den zusammengeschalteten Drain-Elektroden des zweiten und dritten Transistors (Q2, Q*) ein Gegentakt-Ausgangssignal anliegt und daß jede Gate-Elektrode des zweiten und des dritten Transistors (Q2, Q,) durch ein zwischen einem ersten und einem zweiten Potential der Spannungsversorgung (11, 12) liegendes Potential vorgespannt ist.
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