DE2942862C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegentaktverstärker mit
einem ersten und einem zweiten Transistor vom gleichen
Leitungstyp, deren Kollektor-Emitter-Strecken in Reihe
zwischen Speisungsanschlußpunkten angeordnet sind, wobei die
Emitter-Elektrode des ersten Transistors mit der Kollektor-
Elektrode des zweiten Transistors und mit einem Ausgangs
anschlußpunkt und die Basis-Elektrode des ersten Transistors
mit einem Eingangsanschlußpunkt zum Zuführen eines
Eingangssignals an die Basis des ersten Transistors
verbunden ist, und wobei
Mittel vorhanden sind, mit deren Hilfe der zweite Transistor
als Funktion der Steuerung des ersten Transistors gesteuert
wird.
Bei jetzigen integrierten Breitbandverstärkern werden in
der Gegentaktendstufe vorzugsweise Transistoren vom gleichen
Leitungstyp verwendet, weil dabei im Gegensatz zu einer
sogenannten "komplementären" Endstufe günstige Hochfrequenz
eigenschaften und hohe Verstärkungsfaktoren erzielt werden
können. Eine derartige Schaltung ist aus "Electronic Letters",
Band 10, Nr. 15, vom 25. Juli 1974, S. 317, 318 und 319
bekannt.
Um darin den zweiten Transistor auf geeignete Weise
steuern zu können, ist in den Kollektorkreis des ersten
Transistors eine Diode in der Durchlaßrichtung aufge
nommen. Die Spannung über dieser Diode, die ein Maß für
den Strom durch den ersten Transistor ist, wird über einen
in geerdeter Basisschaltung arbeitenden dritten Transistor
vom dem der Endtransistoren entgegengesetzten Leitungstyp
in einen zugehörigen gegenphasigen Strom über einen zu dem
Basis-Emitter-Übergang des zweiten Transistors parallelen
Widerstand umgewandelt. Dadurch wird der Strom durch den
zweiten Transistor zu dem durch den ersten Transistor
gegenphasig sein. Außerdem werden bei genügend kleinen
Strömen durch den dritten Transistor die Endtransistoren
nicht stromlos werden, was für ein gutes Übernahme
verhalten günstig ist. Die Übertragung ist aber nicht gut
linear wegen der Asymmetrie der Schaltung, der endlichen
Ströme durch den dritten Transistor und der Ansteuerung
des zweiten Transistors über einen zweiten Widerstand. Der
letztere Widerstand führt auch, zusammen mit dem
abweichenden Leistungstyp des dritten Transistors, eine
Temperaturabhängigkeit der Einstellströme herbei.
Aus der US-PS 38 55 540 sowie aus der DE-OS 28 00 200 ist
ein Gegentaktverstärker mit einem ersten und einem zweiten
Transistor vom gleichen Leitfähigkeitstyp bekannt, deren
Kollektor-Emitter-Strecken in Reihe zwischen den
Speisungsanschlußpunkten angeordnet sind, wobei die
Emitter-Elektrode des ersten Transistors mit der
Kollektor-Elektrode des zweiten Transistors und mit einem
Ausgangsanschlußpunkt verbunden ist, wobei Mittel vor
handen sind, mit deren Hilfe der zweite Transistor als
Funktion der Steuerung des ersten Transistors gesteuert
wird.
Die Erfindung hat die Aufgabe, einen Gegentaktverstärker
der eingangs genannten Art zu schaffen, der weitgehend
linear und temperaturunabhängig arbeitet. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des
Anspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.
Zum Erhalten einer konstanten Summe der Basis-Emitter
spannungen der Endtransistoren (was für ein gutes Über
nahmeverhalten der Endtransistoren erforderlich ist) wird
bei diesen beiden Transistoren zwischen der Basis- und der
Emitter-Elektrode eine Reihenschaltung einer Diode und einer
Impedanz, z. B. eines Widerstandes, angeordnet. Wenn nun durch
die beiden in der Durchlaßrichtung geschalteten Dioden die
selben Einstellströme geschickt werden, die so groß sind,
daß in der Ruhelage durch die als Widerstände ausgebildeten
Impedanzen keine Ströme fließen, wird, wenn die Basis eines
der Transistoren angesteuert wird, durch den zugehörigen
Widerstand ein Wechselstrom zu fließen beginnen. Wird
der letztere Strom nun mittels einer Kopplungsschaltung
gegenphasig dem anderen Widerstand mit angepaßtem Wert
zugeführt, so wird die Wechselspannungskomponente in der
Basis-Emitterspannung des zugehörigen Transistors auch
zu der des anderen Transistors gegenphasig sein und ist der
angestrebte Zweck erreicht. Außerdem wird durch die Dioden
in dem Meß- und dem Steuerkreis die Ruhestromeinstellung
des Gegentaktverstärkers temperaturunempfindlich, weil die
Ruheströme durch die Endtransistoren nur durch die Einstell
ströme durch die genannten Dioden bestimmt werden.
Das Messen und Abgeben des Signalstroms durch den Meßkreis
kann am besten erfolgen, wenn der erste Halbleiterübergang
der Basis-Emitter-Übergang eines dritten Transistors ist,
dessen Emitter mit der Stromquellenschaltung und dessen
Kollektor mit einem Eingang der Kopplungsschaltung verbunden
ist. Dieser dritte Transistor weist vorzugsweise den gleichen
Leitungstyp wie die Endtransistoren auf. Ferner ist es
günstig, wenn die Kopplungsschaltung einen Stromverstärker
mit einem Eingangsstromkreis und einem Ausgangsstromkreis
enthält, wobei dieser Eingangsstromkreis in den Kollektor
kreis des dritten Transistors geschaltet und dieser Ausgangs
stromkreis mit dem Steuerkreis verbunden ist. Zum Weiter
koppeln des Signalstroms von dem Meßkreis auf den Steuer
kreis kann vorteilhafterweise der Erfindungsgedanke benutzt
werden, daß die Kopplungsschaltung einen Stromspiegel mit
einem Eingang und einem Ausgang enthält, wobei dieser Eingang
mit dem Kollektor des dritten Transistors und dieser Ausgang
mit der Basis eines vierten Transistors verbunden ist, und
wobei der zweite Halbleiterübergang zu dem Basis-Emitter-
Übergang des vierten Transistors parallelgeschaltet, die
zweite Impedanz zwischen der Basis- und der Kollektor-
Elektrode des vierten Transistors angeordnet und der Kollektor
dieses vierten Transistors weiter mit der Stromquellenschaltung
verbunden ist. Bei weiterer Detaillierung des Schaltbildes
besteht der Einfachheit halber zunächst die Stromquellen
schaltung aus einer Stromquelle zwischen dem Emitter des
dritten Transistors und dem Kollektor des vierten Transistors.
Eine derartige Stromquelle kann auf übliche Weise, aber auch
insbesondere derart hergestellt werden, daß die Stromquellen
schaltung einen Transistor enthält, dessen Kollektor mit
dem Emitter des dritten Transistors verbunden und dessen
Basis-Emitter-Übergang zu dem Basis-Emitter-Übergang des
vierten Transistors und einem Widerstand parallelgeschaltet
ist, der den Kollektor des vierten Transistors mit der
positiven Speisespannungsklemme verbindet. Wenn eine Strom
quellenschaltung auf diese Weise ausgebildet wird, findet
jedoch Rückkopplung von dem Steuerkreis auf den Meßkreis
statt. Um dies zu vermeiden, muß die Kopplungsschaltung
etwas verwickelter werden, und zwar derart, daß der Strom
verstärker einen Stromspiegel mit einem Eingang und einem
Ausgang, einen fünften Transistor, dessen Emitter mit
dem Eingang des Stromspiegels, dessen Basis mit dem Ausgang
des Stromspiegels und dessen Kollektor mit dem Meßkreis
verbunden ist, und eine Stromquellenschaltung zur Ein
stellung der Ruheströme durch den Stromspiegel enthält.
Über den Meßkreis kann weiter gesagt werden, daß der zweite
Halbleiterübergang zwischen der zweiten Impedanz und dem
Emitter des zweiten Transistors angeordnet ist, daß der
Verbindungspunkt der zweiten Impedanz und des zweiten
Halbleiterüberganges mit einer Stromquelle zur Einstellung
des Ruhestromes durch den zweiten Halbleiterübergang ver
bunden ist und daß die Basis des zweiten Transistors mit
dem Kollektor des fünften Transistors und einer Stromquelle
verbunden ist. Um das Hochfrequenzverhalten des Gegentakt
verstärkers noch weiter zu verbessern, muß dafür gesorgt
werden, daß der Kollektor des dritten Transistors sowohl
über einen Widerstand mit dem Eingang der Kopplungsschaltung
als auch über einen Kondensator mit der Basis des zweiten
Transistors verbunden ist. Für hohe Frequenzen wird das
Signal aus dem Meßkreis dann nicht mehr über die Kopplungs
schaltung, sondern unmittelbar über den genannten Kopplungs
kondensator zu dem Steuerkreis fließen. Die gegebenenfalls
weniger günstigen Hochfrequenzeigenschaften der Kopplungs
schaltung werden dann umgangen.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es
zeigt
Fig. 1 das Schaltbild eines bekannten Gegentaktverstärkers
mit zwei npn-Transistoren,
Fig. 2 schematisch den Gegentaktverstärker nach der Erfindung,
Fig. 3 eine einfache Ausführungsform des Gegentaktverstärkers
nach der Erfindung,
Fig. 4 das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des
Gegentaktverstärkers nach der Erfindung,
Fig. 5 eine andere Ausführungsform des Gegentaktverstärkers
nach der Erfindung, und
Fig. 6 die Weise, in der die Stromquellenschaltung nach Fig. 5
vereinfacht werden könnte.
In den verschiedenen Figuren bezeichnen T 1 und T 2 die
beiden npn-Transsistoren eines Gegentaktverstärkers, dessen
Ausgang 1 mit sowohl dem Emitter des ersten Transistors T 1
als auch dem Kollektor des zweiten Transistors T 2 und
dessen Eingang 3 mit der Basis des ersten Transistors T 1
verbunden ist. Die positive bzw. negative Spannungsklemme
(5 bzw. 10) ist mit dem Kollektor des ersten Transistors T 1
bzw. dem Emitter des zweiten Transistors T 2 verbunden. Der
erste Transistor T 1 wird als Emitterfolger für das Eingangs
signal verwendet, während der zweite Transistor T 2 als eine
veränderliche Stromquelle verwendet wird, die von einem von
dem Eingangssignal abgeleiteten Steuersignal gesteuert wird,
derart, daß die Summe der Basis-Emitterspannungen V be 1 + V be 2
beider Transistoren T 1 und T 2 nahezu konstant bleibt.
Ein bekanntes Verfahren, durch das dies erhalten werden
kann, ist in Fig. 1 dargestellt. In dieser Schaltung ist
der Kollektor des ersten Transistors T 1 (Punkt 4) nicht
unmittelbar mit der positiven Speisespannungsquelle 5,
sondern über einen pnp-Transistor T r 4, der als eine Diode
in der Durchlaßrichtung geschaltet ist, mit dieser Klemme
verbunden. Auch die pnp-Transistoren T r 5 und T r 6 sind
als Dioden in der Durchlaßrichtung geschaltet. Sie liegen
beide in Reihe, wobei der Emitter des sechsten Transistors T r 6
mit der positiven Speisespannungsklemme 5 und der Verbindungs
punkt 6 der Basis-Elektrode des fünften Transistors T r 5 mit
der Kollektor-Elektrode desselben Transistors über einen
Widerstand R 11 mit der negativen Speisespannungsklemme 10
verbunden ist. Auf diese Weise wird eine Referenzspannungs
quelle zwischen dem Punkt 6 und dem Punkt 5 gebildet. Wird
nun der Punkt 4 mit dem Emitter eines pnp-Transistors T r 3
verbunden, dessen Basis durch Verbindung mit dem Punkt 6,
auf einer konstanten Spannung gehalten wird, so wird, wenn
die Basis-Emitterspannung V be 1 des ersten Transistors T 1
z. B. abnimmt, der Kollektorstrom durch denselben Transistor,
also auch die Spannung über der Diode T r 4, ebenfalls abnehmen,
aber die Spannung über dem Basis-Emitter-Übergang des dritten
Transistor T r 3 wird gerade zunehmen, was einen zunehmenden
Kollektorstrom durch denselben Transistor zur Folge hat.
Die Spannung über einem in den Kollektorkreis dieses
Transistors T r 3 aufgenommenen Kollektorwiderstand R 12 wird
dann, ebenso wie die Spannung V be 2 über dem Basis-Emitter-
Übergang des zweiten Transistors T 2, der zu dem Widerstand R 12
parallelgeschaltet ist, auch zunehmen. Eine Abnahme der
Basis-Emitterspannung V be 1 des ersten Transistors T 1 ergibt
also im Endeffekt eine Zunahme der Basis-Emitterspannung V be 2
des zweiten Transistors T 2, so daß die Summe der genannten
Basis-Emitterspannungen V be 1 + V be 2 etwa konstant bleibt.
Bei genauerer Betrachtung stellt sich heraus, daß nur, wenn
der Strom I 3 durch den dritten Transistor T r 3 in bezug auf
den Strom durch die Endtransistoren T 1 und T 2 und also auch
in bezug auf den Strom I 4 durch den vierten Transistor T r 4
vernachlässigt werden darf, das Produkt der Ströme durch die
Endtransistoren I 1 · I 2 und also auch die Summe der Basis-
Emitterspannungen V be 1 + V be 2 der Endtransistoren T 1 und T 2
etwa konstant ist. In der Praxis läßt sich aber schwer
stets die genannte Bedingung eines kleinen Stromes I 3 durch
den dritten Transistor T r 3 erfüllen, vor allem, weil dieser
Strom zu einem wesentlichen Teil auch noch durch den Wider
stand R 12 fließen muß. Außerdem sind die Transistoren T r 3
bis T r 6 vom dem der Endtransistoren T 1 und T 2 entgegenge
setzten Leitungstyp, wodurch das Frequenz- und Temperatur
verhalten des Gegentaktverstärkers beeinträchtigt wird, so
daß die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 nur als eine erste
Annäherung des angestrebten Zweckes betrachtet werden darf.
Das Prinzip der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. In
dieser Schaltung ist zwischen der Basis-Elektrode und der
Emitter-Elektrode des ersten Transistors T 1 bzw. des
zweiten Transistors T 2 ein Meßkreis bzw. Steuerkreis
angeordnet, der aus einer Reihenschaltung einer Impedanz
Z 1 bzw. einer Impedanz Z 2 und einer Diode D 1 bzw. einer
Diode D 2 in der Durchlaßrichtung besteht. Die Dioden D 1
und D 2 werden von einem bestimmten Strom I o derart einge
stellt, daß in der Ruhelage durch die Impedanzen Z 1 und Z 2
keine Ströme fließen. Wird nun die Basis des ersten
Transistors T 1 angesteuert, so wird durch den Meßkreis
D 1-Z 1 ein bestimmter Signalstrom fließen, der durch die
Kopplungsschaltung K gegenphasig dem Steuerkreis D 2-Z 2
zugeführt wird. Wenn nun der Wert der zweiten Impedanz Z 2
derart gewählt wird, daß die Wechselspannungskomponente
über dem Steuerkreis, also auch über dem Basis-Emitter-
Übergang des ersten Transistors T 1, gleich groß wie die
über dem Meßkreis, also auch über dem Basis-Emitter-
Übergang des zweiten Transistors T 2, jedoch dieser Komponente
nach wie vor entgegengesetzt ist, ist die Summe der Basis-
Emitterspannungen V be 1 + V be 2 der Endtransistoren T 1 und T 2
stets konstant, ungeachtet der Temperatur und der Frequenz,
so daß der angestrebte Zweck erreicht ist. Wenn die Impedanzen Z 1
und Z 2 als Widerstände R 1 und R 2 ausgebildet werden, wie in
der Praxis gebräuchlich ist, wird ein etwaiger Unterschied
zwischen der Ruhespannung über den Dioden D 1 und D 2 und
den Basis-Emitter-Spannungen der Endtransistoren von einem
Ruhestrom durch die Widerstände R 1 und R 2 ausgeglichen
werden müssen.
Obgleich die Kopplungsschaltung K auf vielerlei Weise ausge
bildet werden kann, z. B. derart, daß mit einer Regel
schaltung die Wechselspannungen v über den Impedanzen Z 1
und Z 2 bei gleichen Ruhespannungen über den Dioden D 1 und D 2
gleich groß, aber zueinander gegenphasig gehalten werden,
werden in den in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigten bevorzugten
Ausführungsformen des Gegentaktverstärkers nach der Erfindung
der Signalstrom i 1 und der Ruhestrom I o in dem Meßkreis mit
Hilfe eines dritten npn-Transistors T 3 ausgekoppelt. Diese
Ströme stehen dann an dem Kollektor des dritten Transistors T 3
zur Verfügung, während der Basis-Emitter-Übergang dieses
Transistors die erste Diode D 1 ersetzen kann, während die
erste Impedanz Z 1 durch einen Widerstand R 1 ersetzt ist.
Der Anschluß 1 kann dann für die Kopplungsschaltung K ent
fallen.
In den Fig. 3 bis 6 sind vier bevorzugte Ausführungsformen
des Gegentaktverstärkers nach der Erfindung dargestellt,
wobei entsprechende Elemente stets mit den gleichen Bezugs
ziffern und -buchstaben bezeichnet sind.
Fig. 3 zeigt die Verwirklichung der Erfindung in einer sehr
einfachen Ausführungsform. Dabei ist der Kollektor 11 des
dritten Transistors T 3 sowohl über einen Widerstand R
mit dem Eingang 9 eines ersten Stromspiegels, der durch
eine dritte Diode D₃ und einen pnp-Transistor T 6 an der
positiven Speisespannungsklemme 5 gebildet wird, als auch
über einen Kopplungskondensator C mit dem ersten Ausgang 7
der Kopplungsschaltung K verbunden. Der Ausgang des ersten
Stromspiegels D 3-T 6, der durch den Kollektor des sechsten
Transistors T 6 gebildet wird, ist sowohl mit der Basis
eines vierten npn-Transistors T 4 als auch mit dem zweiten
Ausgang 8 der Kopplungsschaltung verbunden. Der erste Ausgang 7
der Kopplungsschaltung K ist mit dem Kollektor des vierten
Transistors T 4 verbunden, während der Emitter dieses
Transistors T 4 mit der negativen Speisespannungsklemme 10
verbunden ist. Schließlich ist zwischen dem Emitter 2 des
dritten Transistors T 3, der mit dem zweiten Eingang der
Kopplungsschaltung K verbunden ist, und dem Kollektor des
vierten Transistors T 4, der mit dem ersten Ausgang 7 der
Kopplungsschaltung K verbunden ist, eine Gleichstromquelle I o
zur Einstellung sowohl des dritten als auch des vierten
Transistors T 3 und T 4 angeordnet, während der erste Strom
spiegel D 3-T 6 den Einstellstrom I o für den zweiten Halb
leiterübergang D 2 liefert.
Über die Wirkungsweise der eben beschriebenen Schaltung
läßt sich folgendes sagen. In dem dritten Transistor T 3
wird der Einstellstrom I o dem Emitter zugeführt und zu
dem Signalstrom i 1 durch den ersten Widerstand R 1 addiert
und steht auf diese Weise als Summenstrom I o + i 1 am
Kollektor zur Verfügung. Über einen Widerstand R wird
dieser Strom nun in einem ersten Stromspiegel D 3-T 6 in
bezug auf die positive Speisespannungsklemme 5 gespiegelt,
wonach er wieder am Kollektor des sechsten Transistors T 6
zum Vorschein kommt und dann einen zweiten Stromspiegel D 2-T 4,
der durch den zweiten Halbleiterübergang D 2 des Steuer
kreises und den vierten Transistor T 4 gebildet wird, in bezug
auf die negative Speisespannungsklemme 10 steuert. In dem
nun zwischen dem Eingang und dem Ausgang dieses zweiten
Stromspiegels D 2-T 4 die zweite Impedanz Z 2 (die durch den
zweiten Widerstand R 2 gebildet wird) aus dem Steuerkreis
angeordnet und der Kollektor des vierten Transistors mittels
einer Einstellstromquelle I o gespeist wird, wird durch den
zweiten Widerstand R 2 nur der halbe Signalstrom i 1/2 des
ersten Widerstands R 1 fließen. Wenn der Wert des ersten
bzw. des zweiten Widerstandes R 1 bzw. R 2 und der Wert des
Differentialwiderstandes des ersten und des zweiten Halb
leiterübergangs D 1 bzw. D 2 beide r betragen, läßt sich aus
Fig. 3 ablesen, daß der Wert des zweiten Widerstandes R 2
gleich R 2 = 2R 1 + 3r sein muß, um gleiche, aber gegenphasige
Wechselspannungskomponenten v = i 1 (r + R 1) über dem Meß- und
dem Steuerkreis zu erhalten. Der Widerstand R und der
Kondensator C bilden einen frequenzabhängigen Teiler. Dadurch
fließen Niederfrequenzsignale in dem Kollektorstrom des
dritten Transistors T 3 über den Widerstand R durch die
ganze Kopplungsschaltung K, während Hochfrequenzsignale
über den Kondensator C unter Umgehung der eigentlichen
Kopplungsschaltung unmittelbar an die Basis des zweiten
Transistors T 2 gelangen. Auf diese Weise spielt eine
gegebenenfalls weniger gute Übertragung von Hochfrequenz
signalen durch die Kopplungsschaltung K, z. B. durch den
pnp-Transistor T 6 des ersten Stromspiegels D 3-T 6, keine
Rolle mehr. Dadurch bleiben die günstigen Eigenschaften
des Gegentaktverstärkers auch bei sehr hohen Frequenzen
erhalten.
In Fig. 4 ist dargestellt, wie die Stromquelle I o , die in
Fig. 3 zwischen dem Emitter des dritten Transistors T 3
und dem Kollektor des vierten Transistors T 4 angeordnet
war, in der bevorzugten Ausführungsform verwirklicht ist.
Dazu ist diese Stromquelle I o in zwei Teile aufgespaltet,
und zwar einen Teil, der den Kollektorruhestrom I o an den
vierten Transistor T 4 liefert und einfach aus einem Wider
stand R o besteht, der den Kollektor des vierten Transistors T 4
mit der positiven Speisespannungsklemme 5 verbindet, und einen
Teil, der den Einstellstrom I o an den Emitter des dritten
Transistors T 3 liefert. Der letztere Strom wird von dem
Kollektor eines siebten (npn-)Transistors T 7 geliefert,
dessen Basis-Emitter-Übergang zu dem des vierten Transistors T 4
parallelgeschaltet ist. Der an den Emitter des dritten Transistors
T 3 gelieferte Ruhestrom I o + i 1 enthält dadurch aber auch eine
Wechselstromkomponente i 1, wodurch eine wirksame Gegenkopplung
erhalten wird und der Wert des zweiten Widerstandes R 2 etwa
gleich dem des ersten Widerstandes R 1 gewählt werden kann,
oder etwas genauer gesagt: R 2 = R 1 + 3r, wodurch die Symmetrie
der Schaltung zunimmt.
Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 3. Die
Erweiterung besteht darin, daß zwischen dem Eingang 9 und
dem Ausgang 12 des ersten Stromspiegels D 3-T₆ der Basis-
Emitter-Übergang eines fünften pnp-Transistors T 5 angeordnet
ist, und zwar derart, daß der Emitter des fünften Transistors T 5
mit dem Eingang 9 des ersten Stromspiegels D 3-T 6 und die
Basis des fünften Transistors sowohl mit dem Ausgang 12
des ersten Stromspiegels D 3-T 6 als auch mit einer Strom
quelle 2I o verbunden ist, die durch die Kollektoren eines
achten und eines neunten pnp-Transistors T 8 und T 9 gebildet
wird. Der Kollektor des fünften Transistors T 5 bildet zusammen
mit dem Kollektor des vierten Transistors T 4 und dem Kopp
lungskondensator C den ersten Ausgang 7 der Kopplungs
schaltung K. Die Stromquelle, die den Emitter des dritten
Transistors T 3 speist, wird durch den Kollektor des siebten
Transistors T 7 gebildet. Parallel zu den Basis-Emitter-
Übergängen der als Stromquellen wirkenden Transistoren
(T 4, T 7, T 8, T 9) ist eine vierte Diode D 4 angeordnet, deren
Kathode mit der negativen Speisespannungsklemme 10 und deren
Anode mit dem Ausgang eines dritten Stromspiegels D 5-T 10
verbunden ist, der aus einem zehnten (pnp-) Transistor T 10,
dessen Kollektor den Ausgang des Stromspiegels bildet, und
einer fünften Diode D 5 besteht, deren Anode mit der positiven
Speisespannungsklemme 5 verbunden und die zu dem Basis-
Emitter-Übergang des zehnten Transistors T 10 parallelge
schaltet ist. Der Eingang des dritten Stromspiegels D 5-T 10,
der durch die Kathode der fünften Diode D 5 und die Basis
des zehnten Transistors T 10 gebildet wird, ist über einen
Widerstand R 3 mit dem zweiten Ausgang 8 der Kopplungsschaltung K
verbunden. Dadurch fließt durch den dritten Widerstand R 3,
somit auch durch die zweite und die vierte Diode D 2 und D 4
und durch die Transistoren T 4, T 7, T 8 und T 9 der Strom
quellenschaltung S, ein Ruhestrom I o , der durch den Wert
des dritten Widerstandes R 3 bestimmt wird. Für dieselben
Einstellströme I o in den Fig. 4 und 5 müßten die Werte
der Einstellwiderstände R o und R 3 auch etwa gleich gewählt
werden.
Die Hochfrequenzwechselströme fließen wieder über den
Kopplungskondensator C unter Umgehung der Kopplungsschaltung K,
während die Niederfrequenzsignale wieder über den Widerstand R
in den ersten Stromspiegel D 3-T 6 gelangen. Indem nun der
fünfte Transistor T 5 zwischen dem Ein- und dem Ausgang des
ersten Stromspiegels D 3-T 6 zusätzlich angebracht wird, kann
am Kollektor dieses Transistors T 5 ein Strom I o -i ent
nommen werden, der dieselbe Ruhestromkomponente I o wie der
Kollektorstrom I o + i des dritten Transistors T 3 aufweist,
aber in dem die Wechselstromkomponente i, die auch durch
den ersten Widerstand R 1 fließt, gegenphasig vorhanden
ist. Wird nun mit Hilfe der Stromquelle I o , die durch den
Kollektor des vierten Transistors T 4 gebildet wird, die
Gleichstromkomponente I o in dem Kollektorstrom I o -i des
fünften Transistors abgeführt, so wird mithin durch den
ersten Ausgang 7 der Kopplungsschaltung K nur die Wechsel
stromkomponente i fließen. Bei vernachlässigbarem Basis
strom durch den zweiten Transistor T 2 fließt durch den
zweiten Widerstand R 2 dann derselbe Wechselstrom i wie
durch den ersten Widerstand R 1. Für eine konstante Summe
der Basis-Emitterspannungen V be 1 + V be 2 der Endtransistoren T 1
und T 2 muß also der Wert des zweiten Widerstandes R 2 gleich
dem des ersten Widerstandes R 1 gewählt werden, ungeachtet
des Wertes r des Differentialwiderstandes der ersten und
der zweiten Diode D 1 und D 2, was sich aus Fig. 5 ablesen
läßt.
In Fig. 6 ist die Stromquellenschaltung S der Fig. 5 nochmals
dargestellt, aber nun in vereinfachter Form. Dabei sind
die Schaltungen des vierten und des siebten Transistors T 4
und T 7 unverändert. Der achte und der neunte Transistor T 8
und T 9 sind aber durch eine sechste Diode D 6 ersetzt, die
über einen vierten Widerstand R 4, der mit dem Ausgang 12
des ersten Stromspiegels D 3-T 6 verbunden ist, mit einem
Strom 2I o gespeist wird. Wenn nun die wirksame Oberfläche
des pn-Übergangs der sechsten Diode D 6 zweimal größer als
die Oberflächen der Basis-Emitter-Übergänge des vierten
und des siebten Transistors T 4 und T 7 gewählt wird, wird durch
die beiden letzteren Transistoren die Hälfte (I o ) des die
sechste Diode D 6 durchfließenden Stromes fließen. Der zweite
Halbleiterübergang D 2 wird nun einfach dadurch eingestellt,
daß der Punkt 8 über einen Widerstand R 3 mit der positiven
Speisespannungsklemme 5 verbunden wird. Für einen gleichen
Wert I o der Einstellströme in den Fig. 4, 5 und 6 muß
für die Werte der verschiedenen Einstellwiderstände
gewählt werden:
- R 3 = 2R 4 ∼ R o .
Schließlich sei bemerkt, daß von der Stromquellenschaltung S
in Fig. 5 auch viele Abwandlungen möglich sind; z. B. können
die Basis-Emitter-Übergänge des vierten, des siebten, des
achten und des neunten Transistors (T 4, T 7, T 8 und T 9) nicht
zu der vierten Diode D 4 parallel, sondern zu dem zweiten
Halbleiterübergang D 2 parallelgeschaltet werden, wobei der
letztere Übergang dann über einen Widerstand R 3 mit der
positiven Speisespannungsklemme 5 verbunden wird, wodurch,
gleich wie in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4, wieder
eine wirksame Gegenkopplung erhalten wird und u. a. der
Kollektorstrom I o des dritten Transistors T 3, somit auch
die Basis-Emitterspannung desselben Transistors T 3, auf
einem konstanten Wert gehalten wird.
Claims (9)
1. Gegentaktverstärker mit einem ersten und einem
zweiten Transistor (T 1, T 2) gleichen Leitfähigkeitstyps,
deren Kollektor-Emitter-Strecken in Reihe zwischen
Speisungsanschlußpunkten (5, 10) angeordnet sind, wobei
die Emitter-Elektrode des ersten Transistors (T 1) mit der
Kollektor-Elektrode des zweiten Transistors (T 2) und mit
einem Ausgangsanschlußpunkt (1) und die Basis-Elektrode
des ersten Transistors (T 1) mit einem Eingangsanschluß
punkt (3) zum Zuführen eines Eingangssignals an die Basis
des ersten Transistors (T 1) verbunden ist, und wobei
Mittel vorhanden sind, mit deren Hilfe der zweite
Transistor als Funktion der Steuerung des ersten
Transistors gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel enthalten: einen
Meßkreis (D 1-Z 1) zwischen der Basis- und der Emitter-
Elektrode des ersten Transistors (T 1), in den eine Reihen
schaltung eines ersten Halbleiterübergangs (D 1) und einer
ersten Impedanz (Z 1) aufgenommen ist; einen Steuer
kreis (D 2-Z 2) zwischen der Basis- und der Emitter-
Elektrode des zweiten Transistors (T 2), in den eine
Reihenschaltung eines zweiten Halbleiterübergangs (D 2) und
einer zweiten Impedanz (Z 2) aufgenommen ist; eine mit dem
Knotenpunkt des ersten Halbleiterübergangs (D 1) und der
ersten Impedanz (Z 1) gekoppelte Stromquellenschaltung (I o )
zur Einstellung des Ruhestroms durch den ersten und den
zweiten Halbleiterübergang (D 1 und D 2), wobei im
Ruhezustand die erste und die zweite Impedanz (Z 1, Z 2)
stromlos sind, sowie eine Kopplungsschaltung (K) für eine
derartige Anpassung der Ströme durch den Steuer
kreis (D 2-Z 2) an die Ströme durch den Meßkreis (D 1-Z 1),
daß bei Steuerung am Eingangsanschlußpunkt (3) die Summe
der Basis-Emitterspannung (V be₁ + V be 2) des ersten und des
zweiten Transistors (T 1 und T 2) nahezu konstant bleibt.
2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der erste Halbleiterübergang (D 1) der Basis-
Emitter-Übergang eines dritten Transistors (T 3) ist, dessen
Emitter mit der Stromquellenschaltung (I o oder T 7) und
dessen Kollektor mit einem Eingang (9) der Kopplungs
schaltung (K) verbunden ist.
3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kopplungsschaltung (K) einen Stromver
stärker mit einem Eingangsstromkreis (9, 2) und einem
Ausgangsstromkreis (7, 8) enthält, wobei dieser Eingangs
stromkreis (9, 2) in den Kollektorkreis des dritten
Transistors (T 3) geschaltet und dieser Ausgangsstrom
kreis (7, 8) mit dem Steuerkreis (D 2-Z 2) verbunden ist.
4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kopplungsschaltung (K) einen Strom
spiegel (D 3-T 6) mit einem Eingang (9) und einem Ausgang (8)
enthält, wobei dieser Eingang (9) mit dem Kollektor des
dritten Transistors (T 3) und dieser Ausgang (8) mit der
Basis eines vierten Transistors (T 4) verbunden ist, wobei
der zweite Halbleiterübergang (D 2) zu dem Basis-Emitter-
Übergang des vierten Transistors (T 4) parallelgeschaltet
und die zweite Impedanz (Z 2) zwischen die Basis- und die
Kollektor-Elektrode des vierten Transistors (T 4) aufge
nommen ist, während der Kollektor des letzteren Transistors
weiter mit der Stromquellenschaltung (I o ) verbunden ist.
5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Stromquellenschaltung aus einer Strom
quelle (I o ) zwischen dem Emitter (2) des dritten Transistors
(T 3) und dem Kollektor des vierten Transistors (T 4) besteht.
6. Verstärkerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Stromquellenschaltung einen Transistor
(T 7) enthält, dessen Kollektor mit dem Emitter des dritten
Transistors (T 3) verbunden und dessen Basis-Emitter-Übergang
zu dem Basis-Emitter-Übergang des vierten Transistors (T 4)
und einem Widerstand (R₀) parallelgeschaltet ist, der den
Kollektor des vierten Transistors (T 4) mit der positiven
Speisespannungsklemme (5) verbindet.
7. Verstärkerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Stromverstärker einen Stromspiegel (D 3-T 6)
mit einem Eingang (9) und einem Ausgang (8), einen fünften
Transistor (T 5), dessen Emitter mit dem Eingang (9) des
Stromspiegels (D 3-T 6), dessen Basis mit dem Ausgang des
Stromspiegels (D 3-T 6) und dessen Kollektor mit dem Meßkreis
(D 2-Z 2) verbunden ist, und eine Stromquellenschaltung
(T 4, T 8, T 9 . . . ) zur Einstellung der Ruheströme durch den
Stromspiegel (D 3-T 6) enthält.
8. Verstärkerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zweite Halbleiterübergang (D 2) zwischen
der zweiten Impedanz (Z 2) und dem Emitter des zweiten
Transistors (T 2) eingeschaltet ist, daß der Verbindungs
punkt (8) der zweiten Impedanz (Z 2) und des zweiten Halbleiter
übergangs (D 2) mit einer Stromquelle (I o ) zur Einstellung
des Ruhestroms durch den zweiten Halbleiterübergang (D 2)
verbunden ist, und daß die Basis des zweiten Transistors (T 2)
mit dem Kollektor des fünften Transistors (T 5) und einer
Stromquelle (I o oder T 4) verbunden ist.
9. Verstärkerschaltung nach den Ansprüchen 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des dritten
Transistors (T 3) sowohl über einen Widerstand (R) mit dem
Eingang (9) der Kopplungsschaltung (K) als auch über einen
Kondensator (C) mit der Basis des zweiten Transistors (T 2)
verbunden ist.
Priority Applications (1)
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