DE2919297C2

DE2919297C2 - Symmetrierverstärker

Info

Publication number: DE2919297C2
Application number: DE2919297A
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Paris Jeandot; Emmanuel L'Hay-les-Roses Lefort
Original assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Current assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Priority date: 1978-05-16
Filing date: 1979-05-12
Publication date: 1986-04-30
Also published as: FR2426360A1; SE7904178L; DE2919297A1; JPS54150057A; FR2426360B1; GB2020937A; GB2020937B; JPS617049B2; US4296383A; IT1118674B; IT7968011A0; BE876241A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Symmetrierverstärker. der ein Transistorenpaar enthält, das als Differenzverstärker geschaltet ist, wobei die Steuerelektrode eines dieser Transistoren das zu symmetrierende Signal empfängt.

Zum Erhalten eines Symmetrierverstärkers, d. h. eines Verstärkers, der an seinen Ausgängen, ausgehend von 40 einem seinem Eingang zugeführten Signal, zwei eine gleiche Amplitude aufweisende gegenphasige Signale liefert, ist es bekannt, einen Differenzverstärker zu verwenden. Ein Eingang dieses Verstärkers empfangt das zu symmetrierende Signal, während der andere Einganp.mit einer Quelle festen Potentials verbunden ist. Das Eingangssignal erzeugt gegensinnige Stromänderungen in den Belastungsschaltungen der Transistoren des Paares. Diese Differenzverstärker weisen den Nachteil auf, daß sie Ausgangsspannungen liefern, die Verzerrungen in 45 bezug auf das Eingangssignal aufweisen; diese Verzerrungen treten auf, sobald die betreffende Spannung zwischen den Steuerelektroden des Transistorenpaares einige zehn mV überschreitet. Um diesen Nachteil zu beheben, wurde vorgeschlagen, Widerstände in die Emitterzuleitungen der Transistoren aufzunehmen, wenn diese Transistoren vom bipolaren Typ sind. Auf diese Weise werden zwar tatsächlich weniger Verzerrungen erhalten, aber die Verstärkung des Verstärkers wird herabgesetzt.

50 Die Erfindung bezweckt, einen Symmetrierverstärker zu schaffen, der einen niedrigen Verzerrungsgrad aufweist und dennoch eine annehmbare Verstärkung besitzt.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Symmetrierverstärker der eingangs genannten Art, dadurch gelöst, daß die Spannungen an den Lastimpedanzen der Transistoren jeweils einem weiteren, als Spannungsfolger geschalteten Transistor zugeführt sind, der überje ein Gegenkopplungsnetzwerk eine Gegenkopplungsspannung 55 an die Steuerelektrode desjenigen Transistors liefert, an den der Spannungsfolger angeschlossen ist, und daß die Steuerelektrode, die das zu symmetrierende Signal empfängt, mit der Eingangsklemme über eine Eingangsimpedanz verbunden ist.

Aus der DE-OS 21 32 293 ist bereits ein Differenzverstärker bekannt, bei dem die Spannungen an den Lastimpedanzen der Transistoren jeweils einem weiteren Verstärkerelement zugeführt sind, das überje ein Gegen-60 kopplungsnetzwerk eine Gegenkopplungsspannung an den Eingangskreis desjenigen Transistors liefert, an dem das Verstärkerelement angeschlossen ist. Die weiteren Verstärkerelemente können dabei auch Emitterfolger sein.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

65 Fig. 1 das Prinzipschaltbild des Symmetrierverstärkers nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Abwandlung des Symmetrierverstärkers nach der Erfindung und

F i g. 3a, 3b und 3c im Detail die Ausführung der in dem Verstärker nach F i g. 2 verwendeten spannungsherabsetzenden Vorrichtung.

Der Symmetrierverstärker nach Fig. 1 benutzt Bipolartransistoren; zwei dieser Transistoren, die mit Γ, bzw. T{ bezeichnet sind, sind als Differenzverstärker geschaltet; die Emitter dieser Transistoren sind zusammen tnii dem Ende einer Schaltung 1 verbunden, die eine hohe Impedanz für die Emitterstromänderungen der Transistoren T₁ und 7Y aufweist; diese Schaltung 1 wird üblicherweise durch einen Stromgenerator gebildet; dieser Generator liefert einen Strom I₀. Um die Kollektoren dieser Transistoren 7] und T{ mit einer Speisespannungsquelle zu verbinden, die eine Spannung V_cc liefert, sind zwei Widerstände 2 und 3 vorgesehen, die einen Wer! R_c bzw. R'_c aufweisen. Die Steuerelektrode (die Basis) des Transistors T₁ empfängt ein Signal v„ das der Eingangsklemme 4 des Symmetrierverstärkers zugeführt wird, während die Basis des Transistors T[ über einen Kondensator 5 an Erde gelegt ist; auf diese Weise wird für die z. B. in bezug auf die Wärmedrifterscheinungen schnellen Potentialänderungen die Basis des Transistors T{ an ein festes Potential geiegt.

An den Ausgangsklemmen 6 und 7 treten die Signale v_s und v'_s auf, die zueinander gegenphasig sind und das Eingangssignal v_f darstellen; es kann somit geschrieben werden:

¹ '

v; = -Αν·,,

wobei A die Verstärkung des Verstärkers darstellt.

An die Kollektoren der Transistoren 71 und T{ ist je ein Transistor T₂ bzw. 77 angeschlossen, der als Spannungsfolger geschaltet ist, und über einen Widerstand 8 bzw. 9 mit Werten R_B bzw. R'^ /.me Gegenkoppliingsspannung liefert, die an den Emittern der Transistoren T₂ und T₂ auftritt. Die Steuereiefccrc je des Transistors 71 ist mit der Eingangsklemme 4 üoer einen Widerstand 10 mit einem Wert R_A verbunden.

Die Kollektoren der Transistoren T₂ und T₂ werden auf das Potential ^,.gebracht; die Emitter der Transistoren werden mittels der Widerstände 12 bzw. 13 mit Werten R_E bzw. A^ mit einer Quelle negativer Speisespannung verbunden, die eine Spannung - V'„ liefert.

Es sei bemerkt, daß es für eine Ausführung als integrierte Schaltung 711 bevorzugen ist, diese Widerstände R_E und R'_E durch als Stromgenerator geschaltete Transistoren zu ersetzen.

Ein derartiger Symmetrierverstärker wirkt auf folgende Weise:

Zunächst wird das Verhalten der Gleichstromschaltungsanordnung untersucht, und in diesem Falle wird keine Rücksicht auf den durch den zwischen der Klemme 4 und der Basis des Transistors 7j angeordneten Widerstand 10 gebildeten Zweig genommen.

Da die Transistoren 71 und 71' als Differenzverstärker geschaltet sind, können ihre Kollektorströme /_cl und/^ die folgende Form aufweisen:

/ — 0 Π + a ■ (ν — υ' — υ 11 (1)

/rl = -=- Π - S ' (Vfl - V_e - ν_0//)] . (2)

In diesen Formeln ist I₀ der von dem Stromgenerator 1 gelieferte Strom, g die herabgesetzte Steilheit, wobei die normale Steilheit G mit diesem herabgesetzten Wirkleitwert im Zusammenhang steht durch

G = g -f-,

²

stellen V₁₁ und V'_B die Basisspannungen der Transistoren dar und ist V_oß die Offsetspannung.

Die Potentiale der Kollektoren der Transistoren T₁ und T(, V_cl und K/, und die Potentiale der Emitter der Transistoren T₂ und T₂ , V_E2 und V_E2 werden geschrieben ais:

V_c, = V_n - R_cI_el , (3)

Va. = K\ - y_BE2, (5)

V'a = ΚΊ - V'sa ■ (⁶)

In diesen Formeln sind V_HE2 und V'_BE2 die Spannungen zwischen Basis und Emitter der Transistoren T₂ bzw. T₂. Für die Spannungsabfall an den Widerständen R_B und R'_B, durch die die Ströme I_B und I_B fließen, kann geschrieben werden:

Va ' Vn-RbU= V_n-R_b -^, (7)

Vi= Vk₂-R'_H Il,-Vh-R'_B ^r, (8) ^M

wobei β undjS' die Stromverstärkungen der Transistoren 7i bzw. T{ darstellen.

Auf Basis dieser Formeln wird die Beziehung zwischen der Größe V_n - V_n, die das Gleichgewicht der Schaltungsanordnung darstellt, und ihren Parametern bestimmt; dann wird gefunden:

- vi

_E1

4- V ■ ^τ 'oll	2 ^rfl£2> K	Rc + λ;.)	1	+ K + T
1+AT+r	bf ⁺
In dieser Formel ist:
'■■τ¹	R't ß¹
	0·

7 KT ~J'J

10

Es ist vorteilhaft, diese Formel mit der Formel in bezug auf einen Symmetrierverstärker zu vergleichen, in dem die Widerstände A₈ und R'_B fortgelassen und die Basen derTransistorenTi und 71'mit Erde verbunden sind; dann wird gefunden:

v_E2 - Vtι - - {v_BE1 - Vi_n) - A (R_e - /?;.) + KK₁₁. (10)

Die Beziehung (9) zeigt deutlich die Vorteile des erfindungsgemäßen Symmetrierverstärkers in bezug auf einen üblichen Differenzverstärker.

Dei" Einfluß der Potentialunterschiede V_BE2 und Vg_E1 auf die Ausgangsspannungen wird ebenso stark verringert wie K groß ist; es sei bemerkt, daß der störende Effekt der Offsetspannung ^auf die Ausgangsspannungen um einen Faktor gleich 1 + K +■ r herabgesetzt ist.

Nun wird die Verstärkung eines derartigen Verstärkers für veränderliche Signale geprüft. Zunächst wird der Verstärker ohne die Widerstände 8 und 9 betrachtet; dieser Verstärker weist also eine Verstärkung K auf; dann wird festgestellt, daß der Symmetrierverstärker nach der Erfindung von dem vorangehenden Verstärker dadurch 3^; abgeleitet wird, daß der Gegenkopplungswiderstand R_B und der Widerstand mit einem Wert R_A wieder herangezogen werden; bei der Auswertung der Verstärkung unter veränderlichen Bedingungen hat der Widerstand mit dem Wert <?« keinen Einfluß, weil durch den Kondsnsator 5 die Bssis dss Transistors T-'für die veränderlichen Signale auf Erdpotential gebracht wird.

Dann wird die Verstärkung A des Symmetrierverstärkers nach der Erfindung abgeleitet:

40

JL

' ⁺ K V Λ.

Wenn angenommen wird, daß ^ = 10 und K = +100, wird erhalten: A = -9,9.

Ra
Da angenommen wird, daß die Verzerrungen des Symmetrierverstärkers einen Wert von K, abhängig von der

Amplitude des Eingangssignals, zuzuschreiben sein können, hängt die Verstärkung A fast ausschließlich von den Werten R_e und R₄ ab.

so Um das Verhalten des Symmetrierverstärkers nach der Erfindung in bezug auf die hohen Pegel zu verbessern, ist es wünschenswert, in die Emitter der Transistoren Ti und 72'spannungsherabsetzende Vorrichtungen 20 und 21 aufzunehmen; dies ist in Fig. 2 dargestellt, in der die denen in Fig. 1 entsprechenden Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Auf diese Weise wird eine Koilektor-Basisspannung der Transistoren 7Jund7I'erhalten, die hoch genug ist, um die Wirkung dieser Transistoren in den linearen Zonen ihrer Kennlinie zu erhalten.

F i g. 3a, 3b und 3c zeigen die Struktur der spannungsherabsetzenden Vorrichtungen zur Anwendung in dem Symmetrierverstärker nach der Erfindung.

Die in F ig. 3a dargestellte Vorrichtung ist aus einem Widerstand 30 und einem diesen Widerstand überbrükkenden Kondensator 31 aufgebaut, während die Vorrichtung nach Fig. 3b durch eine Zenerdiode 32 gebildet wird. Fig. 3c zeigt ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer spannungsherabsetzenden Vorrichtung. Diese Vorrichtung besteht aus Dioden 34, die in Reihe geschaltet sind. In gewissen Fällen ist eine einzige Diode genügend.

Obgleich ein Symmetrierverstärker beschrieben ist, der lediglich durch Bipolartransistoren gebildet wird, ist es einleuchtend, daß Feldeffekttransistoren im Rahmen der Erfindung auch Anwendung finden können.

Hierzu i Biait Zeichnungen

Claims

J3 Patentansprüche:
% 1. Symmetrierverstärker, der ein Transistorenpaar enthält, das als Differenzverstärker geschaltet ist, wobei % die Steuerelektrode eines dieser Transistoren das zu symmetrierende Signal empfängt, dadurch geil 5 kennzeichnet, daß die Spannungen an den Lastimpedanzen (2,3) der Transistoren (T₁, T{) jeweils einem ·.; weiteren, als Spannungsfolger geschalteten Transistor (Ti, T{) zugeführt sind, der überje ein Gegenkopp-■;;· iungsnetzwerk (8,9) eine Gegenkopplungsspannung an die Steuerelektrode desjenigen Transistors liefert, an ■:~J den der Spannungsfolger angeschlossen ist, und daß die Steuerelektrode, die das zu symmetrieremde Signal '■?., (v_f) empfängt, mit der Eingangsklemme (4) über eine Eingangsimpedanz (IC) verbunden ist.
■Ι ίο 2. Symmetrierverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine spannungsherabsetzende ;■; Vorrichtung (20,21) zwischen der Ausgangselektrode des als Spannungsfolger geschalteten Transistors (Ti, 'V: Ti) und dem Gegenkopplungsnetzwerk (8, 9) angeordnet ist.
3. Symmetrierverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsherabsetzende Vorrichtung durch einen Widerstand (30) gebildet wird, der von einem Kondensator (31) überbrückt ist

:.: 15 (Fig. 3a).
4. Symmetrierverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsherabsetzende !'; Vorrichtung durch eine Zenerdiode (32) gebildet wird (Fig. 3b).

:■;
5. Symmetrierverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsherabsetzende

ä; Vorrichtung durch mindestens eine Diode (34) gebildet wird (Fig. 3c).

20
6. SytBTJetrierverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsclcktrode der als Spannungsfolger geschalteten Transistoren mit einer Spannungsqueüe (V^) über ein Netzi| werk mit einer hohen Impedanz verbunden ist.
W
7. Verstärker nach Anspruch G, dadurch gekennzeichnet, daß das eine hohe Impedanz aufweisende Netzes werk durch einen Widerstand (R_E, R'_E) gebildet wird.

Jf 25
8. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eine hohe Impedanz aufweisende Netz-

?l werk durch einen Stromgenerator gebildet wird.

ff
9. Symmetrierverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten

|| Transistoren Bipolartransistoren sind.

-}|
10. Symmetrierverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegen-

1 30 kopplungsnetzwerk durch einen Widerstand (8 bzw. 9) gebildet wird.