DE2646386A1

DE2646386A1 - Isolation amplifier for video signal switching network - has complementary push-pull output transistors driven by complementary input transistors

Info

Publication number: DE2646386A1
Application number: DE19762646386
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl Ing Rall
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-10-14
Filing date: 1976-10-14
Publication date: 1978-04-20

Abstract

The transistor isolation amplifier, for video signal switching networks has low loss, no dc offset and is relatively linear. Two complementary output transistors in common collector configuration form a pushpull output stage. Each output transistor is driven by complementary input transistor in a common collector configuration. The bases of the input transistors are connected together to form a common input. The output is taken via a filter from the junction between the output transistors emitters. The collectors of the input transistors may be connected directly to the output transistors emitters or-to improve linearity - via resistors.

Description

"Transistorverstärker" "Transistor amplifier"

Die Erfindung betrifft einen Transistorverstärker zur Verwendung als Trennverstärker in Videosignalübertragungssystemen insbesondere Videosignalvermittlungssystemen.The invention relates to a transistor amplifier for use as a Isolation amplifiers in video signal transmission systems, in particular video signal switching systems.

In Videosignalübertragungs- und Videosignalvermittlungssystemen sind eine große Anzahl von Trennverstärkern erforderlich, die in unmittelbarer Nachbarschaft von auf engsten Raum aufgebauten Videokoppelfeldern mit Halbleiterkoppelpunkten angeordnet sein müssen, um Verkopplungen und Dämpfungsverzerrungen zu vermeiden. Im einfachsten Fall sind dafür Emitterfolgerschaltungen einsetzbar. Die bei der bekannten Lösung auftretenden Probleme seien anhand der Fig. 1 näher erläutert.In video signal transmission and switching systems are a large number of isolation amplifiers are required in the immediate vicinity of video switching networks with semiconductor switching points built up in the smallest of spaces Must be arranged to avoid coupling and attenuation distortion to avoid. In the simplest case, emitter follower circuits can be used for this. the Problems occurring in the known solution will be explained in more detail with reference to FIG.

Fig. A zeigt eine bipolare Emitterfolgerschaltung mit einem NPN-Transistor 1 in Kollektorschaltung, an dessen Emittrwiderstand 2 die Ausgangs spannung am Ausgang 5 abgreifbar ist und an dessen Ausgang eine Lastimpedanz, die im Beispiel aus der Parallelschaltung eines Lastwiderstander 3 und eines Kondensators 4 besteht, angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors liegt an positiver Spannung, daP unbeschaltete Ende des Emitterwiderstandes an negativer Spannung, so daß der Ausgang der Emitterfolgerschaltung im nichtausgesteuerten Zustand auf Bezugspotential, also etwa o Volt liegt.Fig. A shows a bipolar emitter follower circuit with an NPN transistor 1 in a collector circuit, at whose emitter resistor 2 the output voltage at the output 5 can be tapped and at its output a load impedance, which in the example is from the Parallel connection of a load resistor 3 and a capacitor 4 is connected is. The collector of the transistor is connected to positive voltage, daP unconnected End of the emitter resistor at negative voltage, so that the output of the emitter follower circuit in the non-modulated state at reference potential, i.e. about o volts.

Bei einer derartigen Emitterfolgerschaltllng keun nun bei positiver Spannung des Emitters gegen Bezugspotential über den Transistor ein Strom durch die Lastimpedanz fließen.With an emitter follower circuit of this type, it is now positive Voltage of the emitter against reference potential through the transistor a current the load impedance flow.

Bei negativer Spannung des Emittern gegen Bezugspotential fließt ein Strom über den Widerstand 2 durch den Lastwiderstand. Kann der Strom durch die Lastimpedanz große Werte annehmen, so muß der Widerstand 2 entsprechend niederohmig sein, was zur Folge hat, daß durch den Transistor große Ruheströme fließen müssen. Ist z. B. bei einer Betriebsspannung von + 5 V als Lastimpedanz R3 = und C4 = A,5 nF gegeben und liegt eine impulsförmige Aussteuerung von + 2 V vor mit Anstiegszeiten von 70 ns, so muß zum Aufbringen des erforderlichen Laststromes R2 etwa 39 # sein.If the emitter has a negative voltage against the reference potential, it flows in Current through resistor 2 through the load resistor. Can the current through the load impedance Assume large values, the resistor 2 must be correspondingly low, what has the consequence that large quiescent currents must flow through the transistor. Is z. B. given an operating voltage of + 5 V as load impedance R3 = and C4 = A, 5 nF and there is a pulse-shaped modulation of + 2 V with rise times of 70 ns, then R2 must be about 39 # to apply the required load current.

Damit ergibt sich für den Transistor ein Ruhestrom von 127 mA und eine Verlustleistung von 127 mA 10 V = 4,27 W. Bei positiver Aussteuerung ist diese Verlustleistung noch höher.This results in a quiescent current of 127 mA and for the transistor a power loss of 127 mA 10 V = 4.27 W. With positive modulation this is Power loss even higher.

Lastimpedanzen der genannten Art treten beispielsweise in Videosignalübertragungssystemen und insbesondere in elektronischen Koppelfeldern von Videosignalvermittlungssystemen auf. für Anwendungen, die eine gedrängte 3auweice erfordern und bei denen die Verlustleistung pro Volumeneinheit einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten darf, ist die geschilderte Schaltung wegen ihrer hohen Wärmeentwicklung ungeeignet. Die geschilderte Schaltung hat außerdem den Nachteil, daß zwischen Ausgangsspannung und Eingangsspannung ein Gleichspannungsversatz von 0,7 V besteht.Load impedances of the type mentioned occur, for example, in video signal transmission systems and particularly in electronic switches of video signal switching systems on. for applications that require a compact 3auweice and in which the power loss must not exceed a specified value per unit of volume, is the one described Circuit unsuitable because of its high heat generation. The circuit shown also has the disadvantage that between the output voltage and input voltage DC voltage offset of 0.7 V exists.

Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Lösung zu vermeiden. Insbesondere soll eine einfache schaltung mit kurzen Impulsanstiegszeiten angegeben werden, deren Verlustleistung möglichst niedrig iFt, die eine möglichst gute Linearität zwischen ingengs- und Ausgangsspannung und keinen Gleichspannungsversatz aufweist.The invention is based on the problem of the disadvantages of the known Solution to avoid. In particular, a simple circuit with short pulse rise times is intended are specified, the power loss of which is as low as possible iFt, the one as possible good linearity between ingengs- and output voltage and no DC voltage offset having.

Die Erfindung geht hierzu vcn einer an sich bekannten Gegentaktendstufe mit komplementären Transistoren in Eollektorschaltung aus. Den Lasttransistoren ist jedoch zur erfindungsgemäßen Lösung der~Aufgabe jeweils ein zum nachfolgenden Lasttransistor komplementärer Transistor in Kollektorschaltung vorgeschaltet. Die Basisanschlüsse der vorgeschalteten Transistoren sind miteinander verbunden und bilden den Eingang des Verstärkers.To this end, the invention is based on a push-pull output stage known per se with complementary transistors in a collector circuit. The load transistors However, for the solution of the problem according to the invention, each one is related to the following Load transistor complementary transistor connected upstream in a collector circuit. the Base connections of the upstream transistors are connected to one another and form the input of the amplifier.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch eine niedrige Verlustleistung, gute Linearität zwischen Ausgangs-und Eingangsspannung sowie durch eine hohe Flankensteilheit bei Impulsübertragung aus. Der erfindungsgemäße Transistorverstärker ist besonders gut als Trennverstärker in Videosignalübertragungssystemen und insbesondere in Videosignal- vermittlungssystemen verwendbar. Er läßt sich in einfacher Weise in der Siebdrucktechnik herstellen.The solution according to the invention is characterized by a low power loss, good linearity between output and input voltage as well as a high edge steepness off for impulse transmission. The transistor amplifier according to the invention is special good as isolation amplifier in video signal transmission systems and especially in video signal switching systems usable. It can be produced in a simple manner using screen printing technology.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näner erläutert. Es zeigen: Fig. 2 Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Transistorverstärkers gemäß der Erfindung Fig. 3 Linearitätsabweichung als Funktion der Spannungsaussteuerung Fig. 4 Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Transistorverstärkers gemäß der Erfindung.The invention will now be based on exemplary embodiments and drawings näner explained. They show: FIG. 2 a first exemplary embodiment of a transistor amplifier according to the invention Fig. 3 linearity deviation as a function of the voltage modulation 4 shows a second embodiment of a transistor amplifier according to the invention.

In Fig. 2 ist ein einfacher Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Eine aus zwei komplementären Lasttransistoren 7 und 8 in Kollektorschaltung aufgebaute Gegentaktendstufe wird aus einer bipolaren Spannungsquelle, die gegenüber den auf asse liegenden Bezugspotential gleiche große Spannungswerte, beispielsweise U1 = U2 = 5 aufweist, gespeist. Die Lastimpedanz, bestehend aus dem Widerstand 3 und den Kondensator 4, liegt zwischen 3ezlgzpotential und dem Verbindungspunkt der Emitter der Lasttransistoren 7 und 8.In Fig. 2 is a simple embodiment according to the invention shown. One of two complementary load transistors 7 and 8 in a collector circuit built push-pull output stage is from a bipolar voltage source, the opposite the same high voltage values as the reference potential lying on asse, for example U1 = U2 = 5, fed. The load impedance, consisting of the resistor 3 and the capacitor 4, is between 3ezlgzpotential and the connection point of the Emitter of load transistors 7 and 8.

Den Lasttransistoren ist jeweils ein zum nachfolgenden Lasttransistor komplementärer Transistor in Kollektorschaltung vorgeschaltet. Im Ausführungsbeispiel ist die Basis des als NPN-Transistor gewählten Lasttransistors 7 an dem Emitter des vorgeschalteten Transistors 9 und Iber einen Widerstand 11 an dem positiven Pol der Spannungsquelle engeschlossen. Ebenso ist die Basis des als PNP-Transistor gewählten Lasttransistors 8 an dem Emitter des vorgeschalteten Transistors 0 und ber einen Widerstand 12 an dem negativen Pol der Spannungsquelle angeschlossen.The load transistors are each one to the following load transistor complementary transistor connected upstream in a collector circuit. In the exemplary embodiment is the base of the selected as NPN transistor load transistor 7 at the emitter of the upstream transistor 9 and Iber a Resistor 11 on connected to the positive pole of the voltage source. The basis of the als PNP transistor selected load transistor 8 at the emitter of the upstream transistor 0 and connected to the negative pole of the voltage source via a resistor 12.

Die Basisanschlüsse der vorgeschalteten Transistoren 9 und 10 sind miteinander verbunden und bilden den Eingang 5 des Verstärkers.The base connections of the upstream transistors 9 and 10 are connected to each other and form the input 5 of the amplifier.

Der Lasttransistor 7 übernimmt die Stromlieferung für positive Aussteuerung und der Lasttransistor 8 die Stromlieferung für die negative Aussteuerung. Abgesehen von einem Ruhe strom durch die Lasttransistoren 7 und 8 wird der Laststrom nur noch über jeweils einen der beiden Lasttransistoren bezogen. Das gleiche gilt für den jeweils nur kurzzeitig fließenden Umladestrom für den Kondensator 4.The load transistor 7 takes over the current supply for positive modulation and the load transistor 8 the power supply for the negative modulation. Apart from that from a quiescent current through the load transistors 7 and 8, the load current is only sourced via one of the two load transistors. The same goes for the only briefly flowing recharging current for the capacitor 4.

Um diese beiden Transistoren mit einer mit dem Ausgang nahezu potentialgleichen Spannung ansteuern zu können, wird nach der L-hre der Erfindung jedem Lasttransistor 7 und 8 je ein komplementärer Transistor 9 und 11 in Kollektorschaltung vorgeschaltet. Die Basisanschlüsse der vorgeschalteten Transistoren 9 und 10 sind miteinander verbunden und bilden den Eingang 5 des Verstärkers. Die Kollektoren der Vortransistoren sind ebenfalls zusammengeschaltet und geben ihren Strom an geeigneter Stelle, vorzug weise am Ausgang 6 des Verstärkers ab.To these two transistors with one with the output almost the same potential To be able to control voltage, according to the L-hre of the invention, every load transistor 7 and 8 each have a complementary transistor 9 and 11 connected upstream in a collector circuit. The base connections of the upstream transistors 9 and 10 are connected to one another and form the input 5 of the amplifier. The collectors of the pre-transistors are also interconnected and give preference to their electricity at a suitable point reject at output 6 of the amplifier.

Der Kollektor der Transistors 9 kann auch an den negativen Pol und der Kollektor des Transistors 10 an den positiven Pol der Betriebsspannungsquelle gelegt werden.The collector of the transistor 9 can also be connected to the negative pole and the collector of transistor 10 to the positive pole of the operating voltage source be placed.

Die Schaltung zeigt bei U1 = U2 = # 5 V und Widerstandswerten 11 und 12 von je 3,9 k#, sowie einer Lastimpedanz R3 = 56 # und C4 = 1,5 nF gute Linearitäten zwischen Eingangs-und Ausgangsspannung und steile Anstiegeflanken übertragener Impulse.The circuit shows at U1 = U2 = # 5 V and resistance values 11 and 12 of 3.9 k # each, as well as a load impedance R3 = 56 # and C4 = 1.5 nF, good linearities between input and output voltage and steep rising edges of transmitted pulses.

Das Verhältnis k von Ausgangsspannung zu Eingangsspannung ist etwa 0,936. Die Abweichung davon kU5 - U6 ist rn Fig. X dargestellt. Wie aus dieser Figur zu entnehmen st, liegt die Linearitätsabweichung unter 1,4 %, was für Videoanwendungen mehr als ausreichend ist.The ratio k of output voltage to input voltage is approximately 0.936. The deviation from this kU5-U6 is shown in FIG. Like from this figure st, the linearity deviation is less than 1.4%, which is for video applications is more than sufficient.

Der Ruhestrom des Verstärkers ist 2,5 mA. Dem entspricht eine Verlustleistung von 25 mW. Bei einer Gleichstromaussteuerung von # 2 V entstehen jeweils 180 mW Verlustleistung. Da jedoch ein Videosignal selten so hohe Spitzenamplituden ereicht, kann für dieses Ausführungsbeispiel mit einer mittleren Verlustleistung von etwa 60 bis 80 mW gerechnet werden.The quiescent current of the amplifier is 2.5 mA. This corresponds to a power loss of 25 mW. With a DC modulation of # 2 V, 180 mW are generated in each case Power dissipation. However, since a video signal rarely reaches such high peak amplitudes, can for this embodiment with an average power loss of about 60 to 80 mW can be expected.

Die Anstiegs- und Abfallzeiten sind in erster Näherung unabhängig von der Amplitude und Polarität und liegen bei C4 = -,5 nF unter 50 na und ohne den Kondensator C4 unter 1C ns.As a first approximation, the rise and fall times are independent on the amplitude and polarity and are at C4 = -, 5 nF below 50 na and without the capacitor C4 under 1C ns.

Die schaltung nach Fig. 2 kann verbessert wrden, indem in die Kollektorzuführungen der Lasstransistoren Widerstände zwischengeschaltet werden. Dies ist in Fig. 4 dargestellt, in welcher ein Widerstand 13 in der Kollektorzuführung des Lasttransistors 7 und ein Widerstand 14 in der Kollektorzuführung des Lasttransistors 8 eingefügt sind. Diese Widerstände dienen zum Schutz der Transistoren gegen unbeabsichtigte Kurzschlüsse am Ausgang des Verstärkers.The circuit of Figure 2 could be improved by adding to the collector leads of the letting transistors resistors are interposed. This is shown in Fig. 4, in which a resistor 13 in the collector lead of the load transistor 7 and a resistor 14 is inserted in the collector lead of the load transistor 8. These resistors are used to protect the transistors against accidental short circuits at the output of the amplifier.

In vorteilhafter Weise wirken sich auch die Widerstände 1@ im Kollektor des Vortransi,tors 9 und 17 im Kollektor des Vortransistors 10 aus. Sie bewirken bei großen Ansteuerungen der Vortransistoren deren Übersteuerung. Dadurch wird die Linearität und die Flankensteilheit der Ausgangsimpuls des Verstärkers verbessert, da ein übersteuerter Transistor 9 oder 10 zum einen einen etwas höheren Basisstrom erfordert und zum anderen Ladung speichert, die zum schnellen Umladen der Lasttransistoren 7 und 8 dient. Die Folge davon sind kürzere Impulsanstiegszeiten.The resistors 1 @ also have an advantageous effect in the collector of the pre-transistor, sector 9 and 17 in the collector of pre-transistor 10. You effect with large controls of the pre-transistors their overdrive. This will make the Linearity and the edge steepness of the output pulse of the amplifier improved, because an overdriven transistor 9 or 10 on the one hand has a slightly higher base current requires and, on the other hand, stores charge, which is used to quickly reload the load transistors 7 and 8 is used. The consequence of this are shorter pulse rise times.

Die Schaltung des Verstärkers ist besonders fr den Einbau in eine Siebdruckschaltung geeignet. In dieser sind Widerstände der angegebenen Größe leicht realisierbar. Handelsübliche Transistoren können als Chips oder in einem Kunststoffgehnusa raumsparend eingebaut werden.The circuit of the amplifier is especially designed for installation in a Suitable for screen printing. In this, resistors of the specified size are easy realizable. Commercially available transistors can be used as chips or in a plastic casing can be installed to save space.

Fell höhere Anforderungen an die Linearität und an dns Impulsverhalten gestellt werden, sind die NPN- und PNP-Transistoren so auszusuchen, daß sie recht gut in ihren elektrischen Eigenschaften übereinstimmen. Kleine Abweichungen in den Bahnwiderständen einzelner Transistoren lassen sich durch einen Widerstand 5 in einer der Enitterleitungen entweder des Transistors 5 oder des Transistors 6, wie in Fig. 4 gezeigt, ausgleichen. Diese Ausgleichswiderstände wcrden in der Regel unter 1 1# liegen.Fell higher demands on the linearity and on the impulse behavior are placed, the NPN and PNP transistors are to be selected so that they are right match well in their electrical properties. Small deviations in the Track resistances of individual transistors can be determined by a resistor 5 in one of the emitter lines of either transistor 5 or transistor 6, such as shown in Fig. 4, balance. These balancing resistors are usually be below 1 1 #.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e-1. Transistor amplifier preferably for use as an isolating amplifier in video signal transmission systems in particular Video signal switching systems, characterized in that one of complementary Load transistors built in a collector circuit push-pull output stage is provided, whose load transistors are each complementary to the subsequent load transistor The transistor is connected upstream in a collector circuit and that the base terminals of the upstream transistors are connected to each other and the input of the amplifier form.

2. Transistor amplifier according to claim 1, characterized by resistors (16; 17) in the collector lines of the upstream transistors (9; 10) for Improvement of the linearity and the edge steepness.

3. Transistor amplifier according to claim 1 and 2, characterized by Resistors (13; 14) in the collector lines of the load transistors for limiting the load currents in the event of overload or short circuit at the output.