DE2804064B2

DE2804064B2 - Verstärkerschaltungsanordnung für aperiodische Signale

Info

Publication number: DE2804064B2
Application number: DE2804064A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 8051 Guenzenhausen Fenk; Hans 8000 Muenchen Kriedt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-01-31
Filing date: 1978-01-31
Publication date: 1980-06-19
Also published as: DE2804064A1; FR2416588B1; JPS54111739A; GB2013444B; FR2416588A1; GB2013444A; IT1109793B; US4277756A; DE2804064C3; IT7919624A0; JPS637046B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltungsanordnung für aperiodische Signale mit einer basisgekoppelten Differenzverslärkerstufe, in der zwei Transistoren mit ihren Basen direkt gekoppelt sind, in der die Emitter der Transistoren zwei Eingänge bilden, wobei in einen der Eingänge ein Signal einspeisbar ist und der jeweils andere Eingang kapazitiv auf Bezugspotential gelegt ist, und in der an den Kollektoren der Transistoren Ausgangssignale abnehmbar sind.

Eine Verstärkerschaltung der vorstehend genannten Art ist aus der DE-OS 22 09 889 bekannt geworden. Durch die kapazitive Ankopplung eines der Eingänge einer derartigen Verstärkerschaltungsanordnung an Bezugspotential kann ein aperiodisches Signal am anderen Eingang eingekoppelt werden, wodurch zwangsläufig eine gewisse Symmetrierung der an den Kollektoren verfügbaren Ausgangssignals erhalten wird. Bei Frequenzen im VHF- und UHF-Bewich ist jedoch durch die in jedem realen Transistor vorhandenen Basis- und Emitterwiderstände die Verkoppelung nicht ideal realisiert, so daß in den symmetrischen Ausgangssignalen noch ein deutlicher Betrags- und Phasenunterschied feststellbar ist

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkerschaltungsanordnung der in Rede stehenden Art anzugeben, bei der eine Symmetrierung der an den Ausgängen verfügbaren Ausgangssignale mit wesentlich reduzierten Betrags- und Phasenunterschieden möglich ist. Diese Aufgabe wird bei einer Verstärkerschaltungsanordnung der eingangs genannten Art durch folgende Merkmale gelöst: Eine weitere emittergekoppelte Differenzverstärkerstufe mit zwei Transistoren, deren Emitter direkt gekoppelt sind und an einem dritten Eingang liegen, deren Basen jeweils an einen Eingang an die Emitter der Transistoren der bassgekoppelten Differenzverstärkerstufe angekoppelt sind und deren Kollektoren mit den Kollektoren der Transistoren der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe kreuzgekoppelt sind, einer Ankopplung der Basen der Transistoren der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe an eine Klemme für ein Versorgungspotential und eine derartige Einprägung von Ruheströmen in die Eingänge, daß in die an den Emittern der Transistoren der basisgckoppelten Differenzverstärkerstufe und den Basen der Transistoren der emittergekoppelten Differenzverstärkerstufe liegenden Eingänge ein Strom gleicher Größe und über den dritten Eingang an den Emittern der Transistoren der emittergekoppelten Differenzverstärkerstufe ein Strom doppelter Größe fließt.

Ausgestaltung des vorstehend definierten Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. I eine Ausführungsform einer erfindtingsgemäßen Verstärkerschaltungsanordnung,

Fig.2 eine Kaskadenschaltungsanordnung von zwei Verstärkerschaltungsanordnungen gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Verstärkerschaltungsanordnung enthält eine basisgekoppelte Differenzverstärkerstufe mit zwei Transistoren I und 2, deren Basen direkt miteinander gekoppelt sind, deren Emitter an einem Eingang 7 bzw. an einem Eingang 8 liegen, und deren Kollektoren an einem Ausgang 10 bzw. an einem Ausgang 11 liegen. Weiterhin enthält diese Verstärkerschaltungsanordnung eine cmittcrgekoppelle Diffcrertzverstärkerstufe mit zwei Transistoren 1 und 4, deren Emitter direkt miteinander gekoppelt sind, deren Basen am Eingang 7 bzw. am Eingang 8 liegen, und deren Kollektoren mit den Kollektoren der Transistoren I und 2 der basisgekoppclteii Differcnzvcrstarkerstufe krcuzgckoppcll sind. Im vorliegenden Ausfiihrungsbeispiel ist in den Eingang 7 über eine Koppclkapa/.ität Ck an einer Klemme 12 ein zu verstärkendes

Nutzwechselsignal einspeisbor, während der Eingang 8 über eine Kapazität C an Erde gelegt ist. Der Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 3 und 4 der emittergekoppelten Differenzverstärkerstufe ist an einen Eingang 9 geführt

Den direkt miteinander gekoppelten Basen der Transistoren t und 2 wird von einer Klemme 6 über einen ohmschen Widerstand 5 ein positives Versorgungspotential zugeführt Weiterhin werden an den Eingängen 7, 8 und 9 über Stromquellen 13, 14 und 15 iu Ruhe-Gleichströme in die Verstärkerschaltungsanordnung eingespeist, wobei in die Eingänge 7 und 8 ein Strom des Wertes /und in den Eingang 9 ein Strom des doppelten Wertes 2 / fließt. Diese Ströme werden bei Ausbildung mit npn-Transistoren von einem negativen ΐί Potential gezogen.

Nimmt man nun an, daß in den Eingang 7 zusätzlich ein Eing&ngswechselstrom der Größe h+ eingespeist wird, während in den Eingang 8 für den Fall unsymmetrischer Einspeisung nur der Gleichstrom der Größe / fließt so teilen sich die in den Eingang 7 fließenden Slröme /und ^₊ jeweils in zwei Ar.teile auf, die in den Emitter des Transistors 1 und die Basis des Transistors 3 fließen. Am Eingang 8 wird ein aufgrund der Verkopplung der Transistoren möglicher Wechsel- >i strom durch die Kapazität C nach Erde kurzgeschlossen. Der Eingangswechselstrom h+ am Eingang 7 teilt sich in einen Emitterstrom Λ _E+ für den Transistor I und in einen Basisstrom he- für den Transistor 3 auf. Aufgrund des Emitterstroms im Transistor 1 entsteht in in diesem Transistor ein Basisstrom i\B+, der sich in einen über den Widerstand 5 fließenden Strom ;Ίκ_ und in einen Basisstrom he- des Transistors 2 aufteilt. Der letztgenannte Steuerstrom he- ruft im Transistor 2 einen Kollektorstrom der Größe i>

β ■ feß-='2C--=« · l2E-

hervor, worin λ und β die Stromverstärkungsfaktoren des Transistors 2 und 12E- den Emitterstrom des Transistors 2 bedeuten. Der Betrag dieses Kollektor- 1« Stroms hc- ist jedoch kleiner als der Kollektorstrom i'itv =a ■ i\E+ des Transistors 1. Aufgrund der dynamischen Impedanz des Transistors 1 entsteht an der Basis des Transistors 3 ein Steuersignal mit niedriger Generatorimpedanz, das durch die Steilheit einen >~> Kollektorstrom he- im Transistor 3 r ervorruft, dessen Betrag der Größe von /Ίο für den Fall entspricht, daß der Gleichstrom im Eingang 9 den Wert 2 I besitzt. Die steuernde Wirkung des Emitterstroms ist- ruft im Transistor 4 einen Emittcstrom ue+ hervor, wodurch w im Transistor 4 ein Kollektorstrom /«> =<x ·/itf entsteht, dessen Betrag ebenfalls kleiner als der Kollektorslrom /t£> des Transistors 1 ist. Am Ausgang 10 entsteht damit ein Summenstrom

'10+ ='lft

und analog am Ausgang 1 \ ein Summenstrom

'11- = hv- + /)f_,
dessen Betrag gleich dem Betrag des Stromes /|₀₊ ist. mi Diese Ströme haben annähernd den doppelten Wert des Eingangsstioms h+· Außerdem fließt in den Ausgängen 10 und 11 jeweils ein Ausgangsgleichstrom der Größe 2 1.

Die Vorteile der vorstehend erläuterten Verstärkerschaltungsanordnung sind darin zu sehen, daß die durch die unsymmetrische Ansteuerung bedingte geringere Ansteuerung der Transistoren 2 und 4 durch die kreuzweise verkoppelten Kollektorer, aller Transistoren kompensiert wird. Der Einfluß der parasitären Kollektor-Basiskapazitäten tritt sowohl in der Basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe mit den Transistoren 1 und 2 als auch in der emittergekoppelten Differenzverstärkerstufe mit den Transistoren 3 und 4 durch die niederohmige dynamische Impedanz der Emitter der Transistoren 1 und 2 jedoch nur geringfügiger auf. Der Einfluß des parasitären Kollektor-Basis-Rückstroms ist gering, da diese Ströme an der Basis gegenphasig eingespeist werden und sich kompensieren; es entsteht damit ein fiktiver Massepunkt

Werden gemäß Fig. 1.in der gleicv*. Elemente wie in der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, mehrere Verstärkerschaltungsanordnungen nach Fig. 1 in Kaskade geschaltet, wobei die Ausgänge 10 und 11 einer ersten Verstärkerschallungsanordnung mit Eingängen T und 8' einer nachfolgenden Verstärkerschaltungsanordnung zusammengeschaltet sind, so steigt der Gleichstrom von Verstärker zu Verstärker um den Faktor 2 an. Aus diesem Grunde wird die Eingangsimpedanz jeweils um den Faktor 2 kleinen Die Spannungsverstärkung aller Verstärker — bis auf den mit einem (nicht dargestellten) ohmschen Widerstand belasteten letzten Verstärker — ist dann etwa gleich Eins. Wegen der niedrigen Eingangsimpedanz eines folgenden Verstärkers macht sich der Einfluß von parasitären Kapazitäten erst in der Nähe der Grenzfrequenz bemerkbar.

Wird eine Schaltungsanordnung nach Fig.2 mit weiteren Widerständen 16, 17, 18 und 19 beschaltet, wobei ein Widerstandszweig 16, 18 vom Eingang 7 und ein Widerstandszweig 17, 19 vom Eingang 8 des vorangehenden Verstärkers auf den Eingang 9' des nachfolgenden Verstärkers geführt ist, so ist es möglich, jeden Verstärker mit dem gleichen Strom zu bitreiben. Durch entsprechende Wahl der Versorg'ingsspannungen an den Klemmen 6 und 6' sowie der Werte für die Widerstände 16, 17, 18 und 19, die vorzugsweise groß gegen die Eingangsimpedanzen sind, kann der Einfluß dieser Widerstände auf den Frequenzgang der Verstärkung minimal gehalten werden.

Schaltungsanordnv/ngen der vorstehend beschriebenen Art lassen sich in vorteilhafter Weise als integrierte Schaltkreise ausführen, wobei die geringe Frequenzabhängigxeit weiteste Anwendungsmöglichkeiten in Breitbandverstärkern garantiert. Sie lassen sich sowohl mit bipolaren Transistoren als auch mit Feldeffekttransistoren aufbauen. Für Feldeffekttransistoren sind die Begriffe Emitter, Kollektor und Basis der bipolaren Transistoren sinngemäß durch Source, Drain und Gate zu ersetzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verstärkerschaltungsanordnung für aperiodische Signale mit einer basisgekoppelten Differenz- verstärkerstufe, In der zwei Transistoren mit ihren Basen direkt gekoppelt sind, in der die Emitter der Transistoren zwei Eingänge bilden, wobei in einen der Eingänge ein Signal einspeisbar ist und der jeweils andere Eingang kapazitiv auf Bezugspotential gelegt ist, und in der an den Kollektoren der Transistoren Ausgangssignale abnehmbar sind, gekennzeichnet durch eine weitere emittergekoppelte Differenzverstärkerstufe mit zwei Transistoren (3,4), deren Emitter direkt gekoppelt sind und an einem dritten Eingang (9) liegen, deren Basen jeweils an einen Eingang (7, 8) an den Emittern der Transistoren (1, 2) der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe angekoppelt sind und deren Kollektoren mit der Kollektoren der Transistoren (1,2) der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe kreuzgekoppelt sind, durch eine Ankopplung der Basen der Transistoren (1, 2) der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe an eine Klemme (6) für ein Versorgungspotential und durch eine derartige Einprägung von Ruhegleichströmen in die Eingänge (7, 8, 9), daß in die an den Emitter der Transistoren (1,2) der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe und den Basen der Transistoren (3, 4) der emittergekoppelten Differenzverstärkerstufe lie- «1 gende Eingänge (7, 8) ein Strom gleicher Größe (I) und über den dritten Eingang (9) an den Emittern der Transistoren (3, 4) der emitt-zgekoppelten Differenzverstärkerstufe ein S;rom doppelter Größe (2 I) fließt. η

2. Verstärkerschaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kaskadenschaltung mehrerer Verstärker durch Kopplung der Ausgänge (10, 11; 10', 11', ...) eines vorangehenden Verstärkers mit den an den Emittern der Transistoren (V, w 2';...) der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe und den Basen der Transistoren (3', 4'; ...) der emittergekoppelten Differenzverstärkerstufe liegenden Eingängen (T, 8'; ...) des nachfolgenden Verstärkers. 4^r>

3. Verstärkerschaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch von den an den Emittern der Transistoren (1,2) der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe und den Basen der Transistoren (3, 4) der emitlergekoppelten Diffe- w renzverstärkerstufe eines vorangehenden Verstärkers auf den dritten Eingang (9') eines nachfolgenden Verstärkers geführte Widerstandszweige (16,18 bzw. 17,19) zur Einprägung gleicher Ruhegleichströme in die Verstärker. v>