DE2804064C3

DE2804064C3 - Verstärkerschaltungsanordnung für aperiodische Signale

Info

Publication number: DE2804064C3
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: 1985-12-05
Also published as: GB2013444B; DE2804064B2; IT1109793B; US4277756A; FR2416588A1; GB2013444A; DE2804064A1; IT7919624A0; JPS637046B2; FR2416588B1; JPS54111739A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkerschaliungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 22 09 898 ist eine Verstärkerschaltungsanordnung bekanntgeworden, bei der durch die kapa/.ilive Ankopplung eines der Eingänge an Be/.ugspotcntial ein aperiodisches Signal am anderen Eingang eimjekoppelt werden kann, wodurch zwangsläufig eine gewisse Symmetrierung der an den Kollektoren verfügbaren Ausgangssignale erhalten wird. Bei Frequenzen im VHF- und UHF-Bereich ist jedoch durch die in jedem realen Transistor vorhandenen Basis- und Emitterwidcrsiiirulc die Verkoppclung nicht ideal realisiert, so diil.) in den symmetrischen Ausgangssignalcu noch ein deutlicher Betrags- und Phasenunterschied feststellbar Weiterhin ist aus »IEEE Journal of Solid State Circuits«, Nr. 4,1968, Seiten 353 bis 365, bereits eine Schaltungsanordnung der gai.tungsgemäßen Art bekanntgeworden. Bei einer derartigen Schaltungsanordnung läßt s sich jedoch eine Symmetrierung der Ausgangsströme nicht realisieren. Würde beispielsweise in einer derartigen Schaltungsanordnung ein unsymmetrischer Signalwechselstrom, z. B. am Verbindungspunkt jeweils eines der Transistoren der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe und der emittergekoppelten Differenzverstärkerstufe eingespeist, so würde nur der entsprechende Transistor der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe, nicht aber deren anderer Transistor einen Signalstrom ziehen, so daß auch die Ströme über die Ein-

lü gangsklemmen unsymmetrisch wären.

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 Verstärkerschaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentan-

Spruchs 1 gelöst

Eine Weiterbildung einer derartigen Verstärkerschaltungsanordnung ist in einem Unteranspruch gekennzeichnet
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den

M) Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert
Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltungsanordnung,

.15 F i g. 2 eine Kaskadenschaltungsanordnung von zwei Verstärkerschaltungsanordnungen gemäß F i g. 1.

Die in F i g. 1 dargestellte Verstärkerschaltungsanordnung enthält eine basisgekoppelte Differenzverstärkerstufe mit zwei Transistoren 1 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 emittergekoppelte Diffe-

4., rcn/.vcrstärkcrstufe mit zwei Transistoren 3 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 1 und 2 der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe kreuzgekoppelt sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in den Eingang 7 über eine Koppelkapazität Ck an einer Klemme 12 ein zu verstärkendes Nutzwechselsignal einspeisbar, während der Eingang 8 über eine Kapazität C an Erde gelegt ist Der

5s Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 3 und 4 der emittergekoppelten Differenzverstärkerstufe ist an einen Eingang 9 geführt

Den direkt miteinander gekoppelten Basen der Transistoren 1 und 2 wird von einer Klemme 6 über

W) einen ohmschen Widerstand 5 ein positives Versorgungspotential zugeführt. Weiterhin werden an den Eingängen 7, 8 und 9 über Stromquellen 13, 14 und 15 Ruhe-Gleichströme in die Verstärkerschaltungsanordnung eingespeist, wobei in die Eingänge 7 und 8 ein

(λ Strom des Wertes / und in den Eingang 9 ein Strom des doppellen Wertes 2 / fließt. Diese Ströme werden bei Ausbildung mit npn-Transistoren von einem negativen Potential gezogen.

Nimmt man nun an, daß in den Eingang 7 zusätzlich ein Eingangswechselstrom der Größe h+ eingespeist wird, während in den Eingang 8 fü'· den Fall unsymmetrischer Einspeisung nur der Gleichstrom der Größe / fließt, so teilen sich die in den Eingang 7 fließenden Ströme /und h+ jeweils in zwei Anteile 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 Wechselstrom durch die Kapazität C nach Erde kurzgeschlossen. Der Eingangswechselstrom ^₊ am Eingang 7 teilt sich in einen Emitterstrom Z₁ ε+ für den Transistor 1 und in einen Basisstrom ka- für den Transistor 3 auf. Aufgrund des Emkterstroms im Transistor 1 entsteht in diesem Transistor ein Basisstrom i\a+, der sich in einen über den Widerstand 5 fließenden Strom is« und in einen Basisslrom hu- des Transistors 2 aufteilt. Der letztgenannte Steuerstrom he- ruft im Transistor 2 einen Kollektorstrom der Größe

β ■ he-"he- =<* · hu

hervor, worin « und β die Stromverstärkungsfaktoren des Transistors 2 und hE- den Emitterstrom des Transistors 2 bedeuten. Der Betrag dieses Kollektorstroms he- ist jedoch kleiner als der Kollektorstrom 'ic+=« · 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 hervorruft, dessen Betrag der Größe von /ic+ für den Fall entspricht, daß der Gleichstrom im Eingang 9 den Wert 2 I besitzt Die steuernde Wirkung des Emitterstroms ije- ruft im Transistor 4 einen Emitterstrom Ue+ hervor, wodurch im Transistor 4 ein Kollektorstrom Uc^—o^-Ue+ entsteht, dessen Betrag ebenfalls kleiner als der Kollektorstrom /ir> des Transistors 1 ist. Am Ausgang 10 entsteht damit ein Summenstrom

Ίο+ = 'ic+ + io

und analog am Ausgang 11 ein Summenstrom
i'u-^hc- + 'κ-,

dessen Betrag gleich dem Betrag des Stromes Ao+ ist. Diese Ströme haben annähernd den doppelten Wert des Eingangsstroms h+· Außerdem fließt in den Ausgängen 10 und 11 jeweils, ein Ausgangsgleichstrom der Größe 2/.

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 Kollektoren 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. Öer Einfluß des parasitären Kollektor-Basis-RückstroTis ist gering, da diese Ströme an der Basis gegenphasig eingespeist werden und sich kompensieren; es entsteht damit ein fiktiver Massepunkt.

Werden gemäß P' i g. 1, in der gleiche Elemente wie in der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 mit gleichen Bezugszeichen vergehen sind, mehrere Verstärkerschaltungsanordnungen nach F i g. 1 in Kaskade geschaltet. wobei die Ausgänge 10 und 11 einer ersten Verslärkcrschaltungsanordnung mit Eingängen 7' 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

is weiteren Widerständen 16, 17, 18 und 19 beschaltet, wobei ein Widorslanilszweig 16, 18 von) Hingang 7 und ein Widerstandszweig 17, 19 vom l-ingang 8 des vorangehenden Verstärkers auf den Eingang 9' des nachfolgenden Verstärkers geführt ist, so ist es möglich,

.'(i jeden Verstärker mit dem gleichen Strum zu betreiben. Durch entsprechende Wahl der Vcrsorgungsspannimgen 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.

Schaltungsanordnungen der vorstehend beschriebenen Art lassen sich in vorteilhafter Weise als integrierte Schaltkreise ausführen, wobei die geringe Frequenzabhängigkeit 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

is Transistoren sinngemäß durch Source, Drain und Gate zu ersetzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verstärkerschaltungsanordnung für aperiodische Signale mit einer basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe, 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, mit einer weiteren emittergekoppelten Differenzverstärkerstufc mit zwei Transistoren, deren Emitter direkt gekoppelt sind und an einem dritten Eingang liegen, deren Hasen jeweils an einen Eingang an den Emittern der Transistoren der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe angekoppelt sind und deren Kollektoren mit den Kollektoren der Transistoren der basisgekoppeltcn Differenzverstärkerstufe kreuzgekoppcllsind, gekennzeichnet durch eine derartige Einprägung von Ruhegleichströmen in die Eingänge, daß in die an den Emittern der Transistoren (1,2;!', 2') der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe und den Basen der Transistoren der emittergekoppelten Differenzverstärkerstufe liegende Eingänge ein Strom gleicher Größe und über den dritten Eingang an den Emittern der Transistoren der emittergekoppelten Differenzverstärkerstufe ein Strom doppelter Größe fließt,

und durch eine Ankopplung der direkt gekoppelten Basen der Transistoren (1, 2; 3', 2') der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe über einen Widerstand (5; 5') an eine Klemme (6; 6') für ein Versorgungspotential (Referenzpotential).

2. Vcrslärkerschaltungsanordnung nach Anspruch I mil einer Kaskadenschaltung mehrerer Vcrslärkcr durch Kopplung der Ausgänge eines vorangehenden Verstärkers mit den an den Emittern der Transistoren der basisgekoppelten Differenzverstärkerstufe und den Basen der Transistoren der emittergekoppelten Differenzverstärkerstufe liegenden Eingängen des nachfolgenden Verstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß die direkt gekoppelten Hasen der biisisgckoppcllcn Diffcrenzversiürkerstufcn (1,2; Γ, 2') über jeweils einen Widersland (5; 5') an jeweils eine Klemme (6; 6') für ein Versorgungspotential (Referenzpotential) gekoppelt sind.