DE3019817C2 - Sperrschaltung für einen Differenzverstärker - Google Patents

Description

40

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schaltungen, und insbesondere auf Schaltungen, welche den Betrieb eines Differenzverstärkers auf ein Steuersignal hin verhindern bzw. sperren und welche Vorkehrungen enthalten, um bei gesperrtem Verstärker eine Änderung der Ausgangsruhegleichspannung zu vermeiden.

Ein von Ausgleichsvorgängen freier Betrieb eines sperrbaren Verstärkers ist besonders in Anwendungsfällen wichtig, wo der Verstärker Signale nicht durchlassen soll (sogenannter »squelch«-Betrieb). Beispielsweise könnte ein nicht unterdrückter Gleichspannungssprung in einer Ton-Squelch-Schaltung einen störenden »Plupp« im Lautsprecher zur Folge haben. Bei Video-Squelch-Schaltungen könnte ein Gleichspannungssprung so schwerwiegende Signalstörungen bewirken, daß die Bildsynchronisiersignale nicht mehr richtig abgeleitet werden können.

Eine bekannte ausgleichsvorgangsfreie Sperrschaltung für einen Verstärke' ist in der US-PS 36 51 418 mit dem Titel »Synchronous Detektor Circuit« (Ausgabedatum 21. März 1972; Erfinder E. J. Wittman) beschrieben. Diese Sperrschaltung ist im Zusammenhang mit einem Synchrondetektor erläutert, der einen Differenzverstärker enthält. Der Verstärker wird gesperrt:

1. durch Anlegen einer Sperrspannung an die Emitter der Eingangstransistoren, wobei diese Sperrspannung größer als die an ihren Basen liegende Gleichtakteingangsspannung ist, und
2. durch direktes Ankoppeln des Ausgangs der Emitterstromquelle an die Kollektorlastwiderstände.

Durch diese Maßnahmen werden die Eingangstransistoren gesperrt, weil ihre Basis-Emitter-Strecken in Sperrichtung vorgespannt sind und ihre Kollektorlastwiderstände denselben Ruhestrom wie vor Anlegen der Sperrspannung führen, so daß die Verstärkung des Verstärkers ohne Änderung der Ruhespannung an seinen Ausgängen auf Null herabgesetzt wird.

Ein Problem besteht bei der bekannten Sperrschaltung darin, daß sie Abwandlungen des Differenzverstärkers selbst erfordert und daher nicht in Fällen benutzt werden kann, wo die inneren Schaltungspunkte des Verstärkers nicht zugänglich sind. Ein weiteres Problem besteht darin, daß man bei Anwendung dieser bekannten Lösung erst einmal den erwarteten Wert oder den maxima! wahrscheinlichen Wert der Gleichtakteingangsspannung kennen muß, um in der Lage zu sein, den richtigen Wert für die Sperrspannung zu bestimmen. Bei einigen Anwendungsfällen kann jedoch die Gleiciitakteingangsspannung nicht von vornherein bekannt sein.

Eine allgemein bekannte Technik zur Sperrung eines Verstärkers besteht im Anschließen des Leitungsweges eines Bipolar- oder Feldeffekttransistors zwischen Eingangssignalquelle und Eingang des Verstärkers. Der Betrieb wird dann gesteuert durch Anlegen geeigneter Signale an die Steuerelektrode (Gate oder Basis) des Transistors. Dieses Verfahren zeichnet sich zwar durch Einfachheit aus, löst jedoch nicht das Problem der Ausgangspegelverschiebung, und außerdem ergibt der Transistor einen unerwünschten Serienwiderstand im Eingangskreis, welcher den Verstärkungsgrad des Verstärkers beeinflussen kann und welcher außerdem nichtlinear und temperaturabhängig sein kann.

Eine Sperrschaltung für einen Differenzverstärker gemäß der Erfindung enthält ein Paar nicht-additiv arbeitende Signalkombinier- oder Mischschaltungen, von denen jeweils ein Ausgang an einen entsprechenden Eingang des Verstärkers angeschlossen ist, und eine Eingangsschaltung zur Zuführung des zu verstärkenden Wechselsignals an einen ausgewählten Eingang mindestens einer der Kombinationsschaltungen. Eine Steuerschaltung kann in einem ersten Zustand betrieben werden, wo sie den entsprechenden Eingängen der Kombinationsschaltungen Steuerspannungen zuführt, um die eine Kombinationsschaltung gegen das Wechselsignal zu sperren und ebenfalls beide Kombinationsschaltungen Gleichtakteingangsspannungen eines ersten Wertes an die Verstärkereingänge legen zu lassen. Die Steuerschaltung kann auch in einem zweiten Zustand betrieben werden, wo sie die Werte der Steuerspannungen in einem solchen Sinne ändert, daß eine der Kombinationsschaltungen das Wechselsignal durchläßt und auch beide Kombinationsschaltungen ein Gleichtakteingangssignal eines zweiten Wertes an die Verstärkereingänge gelangen lassen, wobei in beiden Zuständen der Verstärker eine konstante Ruheausgangsgleichspannung erzeugt. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein teilweise als Stromlaufplan ausgeführtes Blockschaltbild der Erfindung in Verbindung mit einem Differenzverstärker in Offen-Schleifenschaltung;

Fig. 2 ein teilweise als Stromlaufplan ausgeführtes Blockschaltbild einer Sperrschaltung gemäß der Erfin-

dung in Anwendung bei einem Differenzverstärker in Schaltung mit geschlossener Schleife;

Fig.3 ein genaueres Schaltbild entsprechend der Ausführungsform in F i g. 1 und

F i g. 4 ein genaueres Schaltbild der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform.

In F i g. 1 ist ein Paar nicht-addi'Jve Kombinationsschaltungen (Mischer) 10 und 20 mit ihren entsprechenden Ausgängen 16 und 26 an den invertierenden bzw. den nichtinvertierenden Eingang 32 bzw. 34 eines ic Differenzverstärkers 30 angeschlossen. Eine Vorspannungssteuerschaltung 40 mit einem Eingang 42 zur Zuführung eines Steuersignals erzeugt eine feste Vorspannung an einem ersten Ausgang 44 und eine veränderbare Vorspannung an einem zweiten Ausgang 46. Eine Leitung 50 führt die veränderbare Vorspannung vom Ausgang 46 an die ersten Eingänge 12 und 22 der nichtadditiven Kombinationsschaltungen 10 bzw. 20. Ein Widerstand 52 führt die feste Vorspannung vom Ausgang 44 der Vorspannungsregelschaltung 40 zu einem zweiten Eingang 24 der Kombinationsschaltung 20. Ein Widerstand 56 ist zwischen den Ausgang 44 der Vorspannungssteuerschaltting 40 und den zweiten Eingang 14 der nichtadditiven Kombinationsschaltung 10 geschaltet und führt diesem die feste Vorspannung zu. Ein Eingangsanschluß 58 zur Zuführung eines zu verstärkenden Eingangssignals ist über einen Gleichspannungsblockkondensator C, an den zweiten Eingang 14 der Kombinationsschaltung 10 angeschlossen. Wie noch erläutert werden wird, kann der Kondensator C,an irgendeinen der Eingänge der nichtadditiven Kombinationsschaltungen 10 und 20 angeschlossen werden. Gegebenenfalls kann ein zweiter Eingangskoppelkondensator Ci (der gestrichelt angedeutet ist) zwischen einem zweiten Eingangsanschluß 60 und den Eingang 24 der Kombinationsschaltung 20 geschaltet werden, so daß den Eingangsanschlüssen 58 und 60 zugeführte Differenzeingangssignale verstärkt werden können.

Der Differenzverstärker 30 kann in üblicher Weise mit Bipolar- oder Feldeffekttransistoren in seiner Eingangsstufe ausgelegt werden und an seinem Ausgang 36 eine Ausgangsspannung entsprechend der Differenz der seinem invertierenden Eingang 32 und seinem nichtinvertierenden Eingang 34 zugeführten Eingangsspannungen erzeugen. Bekannterweise haben Differenzverstärker die Eigenschaft, Gegentaktkomponenten ihrer Eingangssignale zu verstärken und Gleichtaktkomponenten zu unterdrücken. Es wird noch erläutert werden, daß die nichtadditiven Kombinationsschaltungen 10 und 20 bewirken, daß die Gleichtakt- spannung an den Eingängen des Verstärkers 30 sich in Abhängigkeit von Signalen von der Vorspannungssteuerschaltung 40 verändern, daß diese Veränderungen (die ja eine Gleichtaktspannung darstellt) die Ruheausgangsgleichspannung des Verstärkers 30 nicht beeinflüssen.

Die nichtadditiven Kombinationsschaltungen 10 und 20 können ebenfalls in üblicher Weise ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang sei auf die US-PS 33 71 160 mit dem Titel »Television Circuit For Non-Additiveiy Combining A Pair Of Video Signals« vom 27.2.68 (Erfinder: W. L. Hurford) verwiesen. Eine nichtadditive Kombinationsschaltung (oder ein nichtaddierender Mischer) ist bekannt als eine Schaltung, welche an einen Ausgangsanschluß nur eines von zwei ihr zugeführten Signalen liefert, und zwar in Abhängigkeil von der relativen Polarität oder den relativen Größen der beiden Eingangssignale. Durch geeignete Auswahl der Transistortypen und Bezugsspannungen kann man eine Kombinationsschaltung bauen, welche nur das stärker positive der Eingangssignale zu ihrem Ausgang überträgt Fig. 1 der US-PS 33 71 160 zeigt eine solche Kombinationsschaltung, wie sie auch die F i g. 3 und 4 dieser Anmeldung zeigen. Andererseits kann man durch eine Umkehrung des Leitungstyps der Transistoren und der Betriebsspannungen eine Kombinationsschaltung aufbauen, welche nur das negativere ihrer beiden Eingangssignale zu ihrem Ausgangssignal überträgt Für die hier beschriebene Erfindung können beide Arten von Kombinationsschaltungen verwendet werden. Unabhängig von der benutzten Art ist es jedoch vorzuziehen, daß die Kombinationsschaltung eine Impedanztransformation zwischen ihrem Eingang und ihrem Ausgang bewirkt, was eine Eigenschaft der in den Fig.3 und 4 gezeigten »aktiven« Kombinationsschaltungen ist Sogenannte »passive« Kombinationsschaltungen der Art, die ein Paar Dioden verwendet, welche durch eine Stromquelle in Durchlaßrichtung vorgespannt sind, lassen sich bei der Erfindung mit gewissen Abstrichen des Betriebsverhaltens wegen des Serienwiderstandes und der nichtlinearen Charakteristik der Diodenübergänge verwenden.

Die Vorspannungssteuerschaltung 40 erzeugt eine feste Vorspannung am Ausgang 44 und eine veränderbare Vorspannung am Ausgang 46, die in ihrer Polarität hinsichtlich der festen Vorspannung in Abhängigkeit von einem dem Anschluß 42 zugeführten Steuersignal eingestellt werden kann. Der Aufbau der Steuerschaltung 40 ist unkritisch, Beispiele für diesbezügliche Möglichkeiten sind in den F i g. 3 und 4 angegeben. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn man sowohl die veränderbare als auch die feste Vorspannung von derselben Spannungsquelle ableiten kann, wie dies bei dem Beispie! gemäß F i g. 4 der Fall ist, so daß das Verhältnis der beiden Spannungen (also ihre relativen Werte) nicht durch Änderungen der Versorgungsspannung beeinflußt werden.

Bei der nun folgenden Erläuterung der Betriebsweise der Sperrschaltung sei zunächst angenommen, daß dem Eingang 42 der Vorspannungssteuerschaltung 40 ein Steuersignal von solchem Wert zugeführt wird, daß die feste Vorspannung im Ausgang 44 positiver als die veränderbare Vorspannung am Ausgang 46 ist. Weiterhin sei angenommen, daß die nichtadditiven Kombinationsschaltungen 10 und 20 von solcher Art sind, daß sie das positivere ihrer beiden jeweiligen Eingangssignale zu ihrem Ausgangsanschluß übertragen. Bei diesen Voraussetzungen werden die Eingänge 14 und 24 der Kombinationsschaltungen 10 bzw. 20 mit dem invertierenden bzw. dem nichtinvertierenden Eingang 32 bzw. 34 des Verstärkers 30 gekoppelt. Demgemäß erhält der Verstärker 30 ein Gleichtakteingangssignal, welches gleich der von der Vorspannungssteuerschaltung 40 gelieferten festen Vorspannung abzüglich einer über den Widerständen 52 und 56 abfallenden oder durch die Kombinationsschaltungen 10 und 20 eingeführten Offsetspannung ist.

Faßt man das Bisherige zusammen, dann führt die Vorspannungssteuerschaltung 40 über die Widerstände 52 und 56 und die Kombinationsschaltungen 10 und 20 beiden Eingängen des Verstärkers 30 eine feste Vorspannung zu. Weil diese Spannungen gleich sind, bilden sie eine Gleichtakteingangsspannungskomponente, die vom Verstärker 30 nicht verstärkt wird, so daß seine Ausgangsspannung irgendeinen Ruhewert annimmt. Wird nun dem Eingangsanschluß 58 ein

■ Eingangssignal zugeführt, dann gelangt dieses über den Kondensator Q und die Kombinationsschaltung 10 zum invertierenden Eingangsanschluß 32 des Verstärkers 30. Weil dieses Signal nur einem der Eingangsanschlüsse des Verstärkers zugeführt wird, bildet es für den Verstärker 30 eine Differenzkomponente seines Eingangssignals und wird daher verstärkt. Dies bedeutet einen ungesperrten Betrieb der Schaltung.

Nimmt man nun an, daß sich die Steuerspannung am Eingang 42 in einem solchen Sinne ändert, daß die Vorspannungssteuerschaltung 40 den Wert der veränderlichen Vorspannung am Ausgang 46 auf einen gegenüber der festen Vorspannung am Ausgang 44 positiveren Wert ändert, dann liefert die Kombinationsschaltung tO eine Ausgangsspannung an den invertie- renden Eingang des Verstärkers 30, welche die veränderbare Vorspannung an ihrem ersten Eingang 12 darstellt, und die Kombinationsschaltung 20 liefert eine Spannung an den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 30, die ebenfalls die ihrem ersten Eingang 22 zugeführte veränderbare Vorspannung darstellt. Der Verstärker 30 enthält somit an seinen Eingangsanschlüssen gleiche Spannungen und erzeugt daher eine Ruheausgangsgleichspannung vom selben Wert wie im vorigen Fall, wo die Gleichtaktspannung niedriger war. In diesem Falle können jedoch keine Differenzsignalkomponenten an die Eingänge des Verstärkers 30 gelangen, weil der Koppelkondensator C, an den zweiten Eingang der Kombinationsschaltung 10 angeschlossen ist, an welchem eine niedrigere Gleichspannung als an ihrem ersten Eingang 12 liegt. Daher ist also der Verstärker 30 gesperrt, weil die Kombinationsschaltung 10 die Differenzsignalkomponente nicht durchläßt und weil beide Kombinationsschaltungen 10 und 20 nun eine Gleichtaktspannungskomponente höheren Wertes an seine Eingangsanschlüsse gelangen lassen. Daß sich der Gleichtaktspannungspegel zwischen gesperrtem und nicht gesperrtem Betrieb der Schaltung ändert, hat keine Auswirkung auf den Verstärker 30, weil dieser ja ein Differenzverstärker ist und daher Gleichtaktspannungen unabhängig von ihrer Größe unterdrückt und somit in beiden Betriebsweisen eine Ausgangsspannung konstanten Ruhewertes liefert.

Die Widerstände 52 und 56 haben folgende Funktionen:

1. Die Kopplung der festen Vorspannung an die Kombinationsschaltungen 10 und 20 und

2. die Isolierung des zweiten Eingangs der Kombinationsschaltung 10 vom zweiten Eingang 24 der Kombinationsschaltung 20.

Wäre eine solche Isolierung nicht vorhanden, dann würde andernfalls das durch den Eingangskondensator C₁ gekoppelte Signal an beiden Kombinationsschaltungseingängen erscheinen und somit als Gleichtaktsignal anstatt als Differenzsignal an den Differenzverstärker gelangen und könnte also nicht verstärkt werden.

Man kann relativ einfache Abwandlungen der in offener Schleife vorliegenden Schaltung gemäß F i g. 1 vornehmen, um sie in die einen Verstärker mit geschlossener Schleife darstellende Schaltung gemäß F i g. 2 überzuführen. In F i g. 2 wird die Gleichvorspannung für den zweiten Eingang 14 der Kombinationsschaltung 10 durch einen Rückkopplungswiderstand Rf geliefert, welcher den zweiten Eingang 14 der Kombinationsschaltung 10 mit dem Ausgang 36 der Schaltung 30 verbindet. Dieser Rückkopplungswiderstand Rf bestimmt zusammen mit dem Eingangswider stand Ri (der in Reihe mit dem Eingangskondensator C liegt) auch die Verstärkung des Verstärkers be geschlossener Schleife. Er kann veränderbar gemach werden, wie es in der Figur gezeigt ist oder alternativ kann auch der Eingangswiderstand Ri zur Bestimmunj der Wechselspannungsverstärkung des Verstärker veränderbar gemacht werden (wegen des Kondensator Ci, der Gleichspannungskomponenten des zu verstär kenden Eingangssignals sperrt, ist die Gleichspannungs verstärkung Null). Da die Gleichvorspannung für dei Eingang 14 der Kombinationsschaltung 10 von Ausgang des Verstärkers 30 abgeleitet wird, braucht dei Widerstand 56 nicht vorhanden zu sein und ist in F i g.'. auch nicht dargestellt. Ohne Widerstand 56 besteht aucl keine Notwendigkeit für den Widerstand 52, dieser is durch eine direkte Verbindung zwischen dem zweiter Eingang 24 der Kombinationsschaltung 20 zun Ausgang 44 der Vorspannungssteuerschaltung 4( ersetzt worden.

Die Betriebsweise der in F i g. 2 dargestellter Sperrschaltung ist in ihren wesentlichen Grundzüger dieselbe, wie die anhand von F i g. 1 beschriebene, abei sie unterscheidet sich hauptsächlich darin, daß dii Gleichvorspannung für den Eingang 14 vcm Ausganj der Verstärkungssteuerschaltung 40 indirekt anstat direkt abgeleitet wird. Die folgenden beiden Beispiel) veranschaulichen diesen Gesichtspunkt.

Es sei zunächst angenommen, daß die Steuerspan nung am Anschluß 42 der Vorspannungssteuerschaltunj 40 einen solchen Wert hat, daß die feste Vorspannunj am Ausgang 44 positiver als die veränderbar! Vorspannung am Ausgang 46 ist, und daß di< Kombinationsschaltungen 10 und 20 derart ausgebilde sind, daß sie die jeweils positivere Spannung an ihrer Eingängen zum Ausgang übertragen. Die Kombina tionsschaltung 20 liefert daher die von der Verstär kungssteuerschaltung 40 erzeugte feste Vorspannung ar den nichtinvertierenden Eingang 34 des Verstärkers 3( (natürlich abzüglich irgendeiner Offsetspannung, welchi durch die Kombinationsschaltung 20 bedingt sein kann) Weil nun die Rückkopplungsschleife des Verstärkers 3( über den Rückkopplungswiderstand Rf geschlossen ist wird am Eingang 14 der Kombinationsschaltung 10 eint Spannung von solchem Wert zugeführt, daß die Spannung am invertierenden Eingang 32 gleich dei Spannung am nichtinvertierenden Eingang 34 de: Verstärkers 30 ist. Nimmt man an, daß die Kombina tionsschaltungen gleiche Offsetspannungen haben (fall: sie überhaupt welche haben), dann ist die Spannung an Eingang 14 gleich der Spannung am Eingang 24 unc somit notwendigerweise größer als die den Eingänger 12 und 22 zugeführte veränderbare Vorspannung. Di« Kombinationsschaltung 10 läßt somit die vom Wider stand R, und Kondensator C₁ gelieferte Wechselein gangsspannung zum invertierenden Eingangsanschlul des Verstärkers 30 gelangen, und man erhält eii verstärktes Ausgangssignal.

Man kann sich davon überzeugen, daß die Gleich spannung am Anschluß 14 gleich der durch di< Vorspannungssteuerschaltung 40 erzeugten festen Vor spannung ist, wenn man sich überlegt, was eintritt, wenr die Spannungen am invertierenden und am nichtinver tierenden Eingang des Differenzverstärkers 30 unter schiedlich wären. Wenn beispielsweise die Spannung an Eingang 32 positiver als am Eingang 34 werden will dann würde die Ausgangsspannung am Ausgangsan Schluß 36 abnehmen und dabei die Spannung an

Eingang 14, und somit auch die Spannung am Eingang 32 herabsetzen. Würde umgekehrt die Spannung am Eingang 32 negativer werden wollen als am Eingang 34, dann würde die Ausgangsspannung am Ausgangsanschluß 36 ansteigen, und damit würde auch die Spannung am Eingangsanschluß 14 ansteigen und die Spannung am Eingang 32 wieder gleich der Spannung am Eingang 34 werden lassen.

Es sei nun angenommen, daß die Steuerspannung am Eingang 42 einen solchen Wert hat, daß die von der Verstärkungssteuerschaltung 40 erzeugte veränderbare Vorspannung größer als die feste Vorspannung ist. In diesem Fall läßt die Kombinationsschaltung 20 die veränderbare Vorspannung an den nichtinvertierenden Eingang 34 des Verstärkers 30 gelangen. Die Kombinationsschaltung 10 läßt ferner die veränderbare Vorspannung an den invertierenden Eingang 32 des Verstärkers 30 gelangen und koppelt gleichzeitig das Wechselsignal von seinem invertierenden Eingangsanschluß ab. Dies stellt den Sperrzustand der Schaltung dar, und es bleibt zu untersuchen, ob sich eine Änderung der Ruheausgangsgleichspannung des Verstärkers 30 ergibt.

Es sei aus der vorstehenden Diskussion des ungesperrten Zustandes daran erinnert, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers 30 einen Gleichspannungswert angenommen hatte, der ausreicht, um den Eingang 14 der Kombinationsschaltung 10 auf demselben Potential zu halten, wie die Spannung am Eingang 24 der Kombinationsschaltung 20 (also die feste Vorspannung). Im Sperrbetrieb ist jedoch die Rückkopplungsschleife für den Verstärker 30 praktisch offen, so daß am Ausgang des Verstärkers 30 ein Ruhewert Vo auftreten muß, der hauptsächlich davon abhängt, wie gut symmetrisch der Verstärker ist. Um sicherzustellen, daß zwischen den beiden Betriebsarten sich die Ruheausgangsspannung nicht verändert, kann man also entweder

1. die Symmetrie des Verstärkers 30 einjustieren oder

2. den Wert der festen Vorspannung einstellen, bis man keine Änderung des Wertes Vo beim Umschalten zwischen nicht gesperrtem und gesperrtem Betrieb erhält.

Zur Illustration sei angenommen, daß der Verstärker 30 bei Betrieb mit offener Schleife normalerweise bei einer Gleichtakteingangsspannung eine Ausgangsspannung von der Hälfte der Betriebsspannung (VJ2) liefert. Wählt man nun die feste Vorspannung gleich VJ2, dann ist im nicht gesperrten Betrieb die Ausgangsspannung am Anschluß 36 ebenfalls gleich VJl, weil die Rückkopplungsschleife geschlossen ist, und die Spannung am Eingang 14 muß so geregelt werden, daß sie gleich der Spannung am Eingang 24 ist (wie es bei den vorstehenden Erläuterungen gesagt worden war). Im Sperrbetrieb ist die Rückkopplungsschleife unterbrochen, weil die veränderbare Spannung an den Kombinationsschaltungseingängen 12 und 22 größer als an den Eingängen 14 und 24 ist. Demnach erhält der Verstärker 30 eine höhere Gleichtakteingangsspannung, aber weil die Rückkopplungsschleife praktisch ^₀ offen ist, muß der Ausgang seinen Nominalwert von Vj/2, der vorhin angenommen worden war, einnehmen. Somit ergibt sich bei Wahl der festen Vorspannung gleich der nominalen Ruhespannung des Verstärkers 30 bei offener Schleife für Gleichtakteingangsbetrieb keine Änderung der Ausgangsspannung zwischen den beiden Betriebsarten.

In dem Schaltbild gemäß Fig. 3 enthält die

45

50

55 Kombinationsschaltung 10 Transistoren Qt und Q 2, deren Basen entsprechend mit dem ersten bzw. zweiten Eingang 12 bzw. 14 verbunden sind und deren Emitter zusammen an den Ausgangsanschluß 16 geschaltet sind. Die Kollektoren der Transistoren Qi und Q 2 sind an einen Betriebsspannungsanschluß 60 angeschlossen und erhalten von dort die Betriebsspannung; die Emitter liegen über einem Widerstand Al an Masse, der als Emitterlast oder Stromquelle für den jeweils leitenden der beiden Transistoren Q1 und Q 2 dient. Ist im Betrieb die Spannung am Eingang 12 größer als am Eingang 14, dann arbeitet der Transistor als Emitterfolger und regelt die Spannung am Ausgang 16 auf einen Wert um 1 Vk unterhalb der Spannung am Eingang 12, und damit wird auch der Basis-Emitter-Übergang des Transistors Q2 in Sperrichtung vorgespannt, so daß jegliches Wechselsigr.ai, das am Anschluß i4 liegen mag, nicht zum Ausgang 16 gelangen kann. Die Kombinationsschaltung 10 ist also von der zuvor beschriebenen Art und liefert eine Ausgangsspannung, die proportional der positiveren der ihren beiden Eingängen zugeführten Eingangsspannungen ist.

Die Kombinationsschaltung 20 enthält Transistoren Q 3 und Q 4 und einen Widerstand Λ 2 in gleicher Anordnung wie die Transistoren QX und Q 2 und der Widerstand R 1 in der Kombinationsschaltung 10. Die Basen der Transistoren C?3 und Q4 sind jeweils an die Eingänge 22 bzw. 24 geschaltet, und ihre Emitter liegen zusammen am Ausgang 26.

Der Differenzverstärker 30 enthält einen Stromquellentransistor Q 5, dessen Basis an einem Vorspannungseingangsanschluß 62 liegt und dessen Emitter über einen Widerstand R 3 an Masse geschaltet ist, während sein Kollektor mit den zusammengeschalteten Emittern der Transistoren Q 6 und Q 7 verbunden ist. Der Transistor C 5 und der Widerstand R 3 arbeiten als Konstantstromquelle, welche durch die dem Anschluß 62 zugeführte Vorspannung gesteuert wird und den Transistoren Q6 und QT,die einen emittergekoppelten Differenzverstärker bilden, den Betriebsstrom zuführt. Die Basen der Transistoren Q 6 und Q 7 sind mit dem nichtinvertierenden Eingang 34 bzw. mit dem invertierenden Eingang 32 des Verstärkers über entsprechende Widerstände A4 und R5 verbunden, welche zur Symmetrierung der Basisvorspannungsströme dienen. Diese Widerstände sollen hauptsächlich die Eingangsschaltung der Transistoren Q 6 und Q 7 symmetrieren und können auch entfallen, falls Q 6 und Q 7 gut miteinander übereinstimmen oder aus anderen Gründen keine zusätzlichen Symmetrierungsmittel für ihre Charakteristiken benötigen. Alternativ können auch in die jeweiligen Emitterleitungen der Transistoren Q 6 und Q 7 Widerstände zur Verbesserung der Symmetrie rung des Verstärkers eingeführt werden.

Der Kollektor des Transistors Q 6 ist unmittelbar an dem Betriebsspannungsanschluß 60 angeschlossen und erhält von dort seine Betriebsspannung. Der Kollektor des Transistors Q 7 ist über einen Widerstand R 8 mit dem Betriebsspannungsanschluß 60 verbunden, der als Lastwiderstand dient und eine Verstärkerausgangsspannung entstehen läßt, die proportional dem Kollektorstrom des Transistors Q 7 ist Der Kollektor des Transistors Q 7 ist ferner an die Basis eines Emitterfolgertransistors QS angeschlossen, dessen Kollektor über einen Strombegrenzungswiderstand R 9 mit dem Betriebsspannungsanschluß 60 verbunden ist und dessen Emitter mit dem Ausgangsanschluß 36 verbunden ist und über einen Lastwiderstand R10 an Masse liegt.

Wird im Betrieb dem Anschluß 62 eine Vorspannung zugeführt, dann wird vom Kollektor des Transistors Q 5 den Emittern der Transistoren Q 6 und Q 7 Strom zugeführt, der sich zwischen ihren Kollektoren entsprechend dem Verhältnis ihrer Basisspannungen aufteilt, s Sind die Spannungen an den Eingängen 32 und 34 gleich, dann führen die Transistoren Q 6 und Q 7 gleichen Kollektorstrom, und es entsteht am Widerstand R 8 ein Spannungsabfall, der gleich dem Wert dieses Widerstandes multipliziert mit dem halben Wert des vom Transistor Q 5 gelieferten Stromes ist. Sollte die Spannung am Eingang 32 positiver als am Eingang 34 sein, dann führt der Transistor Q 7 einen größeren Strom und der Transistor Q 6 einen kleineren Strom, so daß ein größerer Kollektorspannungsabfall am Widerstand R 8 auftritt. Daher nimmt die Ausgangsspannung am Ausgangsanschluß 36 ab. Der Eingang 32 entspricht somit dem invertierenden Eingang des Verstärkers, weil die Ausgangsspannung abnimmt, wenn die Spannung am Anschluß 32 diejenige am Eingang 34 übersteigt.

Die Vorspannungssteuerschaltung 40 enthält einen Emitterfolgertransistor Q 9, dessen Basis am Eingang 64 liegt und eine feste Vorspannung erhält; der Kollektor liegt am Betriebsspannungsanschluß 60 und der Emitter ist mit dem Ausgang 44 und über einen Lastwiderstand All mit Masse verbunden. Die am Ausgang 44 auftretende Spannung ist somit gleich der festen Vorspannung, die dem Eingang 64 zugeführt wird, abzüglich der Basis-Emitter-Spannung V₆, des Transistors Q 9. Ein ebenfalls als Emitterfolger arbeitender Transistor QlO liegt mit seinem Kollektor am Betriebsspannungsanschluß 60 und mit seiner Basis am Eingang 66 und erhält von dort eine Vorspannung, die stärker positiv als die am Eingang 64 zugeführte Vorspannung ist. Damit ist die Emitterspannung des Transistors Q10 immer größer als diejenige des Transistors Q 9 und es ist hierdurch sichergestellt, daß der Maximalwert der am Anschluß 46 entstehenden veränderbaren Vorspannung immer denjenigen der am Ausgang 44 auftretenden festen Vorspannung ist. Der Transistor QIl ist ein Schalttransistor in Emittergrundschaltung und bestimmt die veränderbare Vorspannung. Die Basis des Transistors QIl ist über einen Strombegrenzungswiderstand R 12 an den Steuereingang 42 angeschlossen und sein Kollektor liegt am Ausgang 46 sowie über einen Strombegrenzungswiderstand R 13 am Emitter des Transistors Q10.

Liegt im Betrieb der Steueranschluß 42 an Masse, dann wird der Transistor QIl gesperrt, so daß der Transistor QlO die veränderbare Vorspannung mit maximalem Wert an den Ausgang 46 gelangen läßt (der Spannungsabfall am Widerstand R 13 ist unbedeutend, weil dieser Widerstand nur die relativ kleinen Basisströme der Transistoren Q t und Q 3 fuhrt). Wenn nun dem Eingang 42 eine positive Steuerspannung zugeführt wird, dann wird der Transistor QIl eingeschaltet und klemmt das Potential am Ausgang 46 auf Masse, so daß die veränderbare Vorspannung kleiner als die feste Vorspannung am Ausgang 44 ist

Die Betriebsweise der Sperrschaltung nach F i g. 3 ist insgesamt die gleiche, wie es anhand von F i g. 1 beschrieben worden war. Es ist jedoch wichtig festzustellen, daß man dieselbe grundsätzliche Betriebsweise der Schaltung selbst dann erreichen kann, wenn die Kombinationsschaltungen 10 und 20 durch Typen ersetzt werden, welche die negativere ihrer beiden Eingangsspannungen zum Ausgang übertragen. Die einzige Auswirkung auf den Betrieb der Schaltung wäre dann eine Umkehrung der Betriebsarten für einen vorgegebenen Wert der Steuerspannung am Eingang 42. Wenn beispielsweise bei den dargestellten Kombinationsschaltungen der Eingang 42 auf Masse liegt, ist der Verstärker 30 gesperrt, weil den Anschlüssen 12 und 22 positivere Spannungen als den Anschlüssen 14 und 24 zugeführt werden. Würde man die Kombinationsschaltungen 10 und 20 durch solche ersetzen, die auf das stärker negative Eingangssignal ansprechen, dann würde der Verstärker 30 bei gleichem Zustand der Steuerspannung am Eingang 42 (also Massepotential) eingeschaltet statt gesperrt sein. Man kann eine Kombinationsschaltung mit solchen komplementären Eigenschaften aufbauen, wenn man für die Transistoren Ql bis Q4 PNP- statt NPN-Transistoren benutzt und die Lastwiderstände R 1 und R 2 mit dem Versorgungsspannungsanschluß 60 verbindet und die Kollektorei an Masse anschließt.

Die Kombinationsschaltungen 10 und 12 sind zwar hier mit Bipolartransistoren gezeigt, jedoch können diese gegebenenfalls auch durch Feldeffekttransistoren ersetzt werden. Unabhängig von der verwendeten Transistorart ist es jedoch gemäß den vorstehenden Ausführungen erwünscht, daß die Kombinationsschaltupg in irgendeiner Form aktive Verstärkerelemente enthalten, so daß sie eine Impedanztransformation zwischen ihrem Eingang und Ausgang bewirken. Die dargestellten Kombinationsschaltungen führen eine solche Transformation durch, und dadurch erhält man den Vorteil einer Vergrößerung der Eingangsimpedanz an den Anschlüssen 12, 14, 22 und 24 und eine sehr niedrige Ausgangsimpedanz an den Anschlüssen 16 und 26 zur Ansteuerung der Differenzverstärkereingänge 32 und 34. Dies hat die Wirkung einer Erhöhung der Gesamtverstärkung der Kombination aus Sperrschaltung und Verstärker.

In F i g. 4 sind die Kombinationsschaltungen 10 und 20 und der Verstärker 30 dieselben wie in Fig.3. Diese Schaltung unterscheidet sich von Fig.3 (außer der geschlossenen Schleife anstatt einer offenen Schleife) insofern, als die Vorspannungssteuerschaltung 40 abgewandelt ist und einen Spannungsteiler mit Widerständen R 14, R 15 und R 16 und zwei Dioden D1 und D 2 enthält, welche in dieser Reihenfolge in Reihe zwischen den Betriebsspannungsanschluß 60 und Masse geschaltet sind. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R14 und R15 ist an die Basis des Transistors 10 angeschlossen und liefert an diese eine aus der Betriebsspannung am Anschluß 60 abgeleitete feste positive Vorspannung. Die Basis des Transistors Q 9 ist nicht an eine getrennte Quelle angeschlossen, sondern an den Emitter des Transistors Q10 und stellt damit sicher, daß die am Ausgang 44 vorhandene feste Vorspannung immer um i Vi_x kleiner als die maximale veränderbare Vorspannung am Ausgang 46 ist (die Transistoren Q 9 und QlO können als Darlington-Paar angesehen werden). Eine weitere Änderung bei der Vorspannungssteuerschaltung 40 besteht darin, daß der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R15 und R 16 an die Basis eines Emitterfolgertransistors Q12 angeschlossen ist, dessen Kollektor an dem Betriebsspannungsanschluß 60 liegt und dessen Emitter über einen Lastwiderstand R 17 an Masse liegt Die Ausgangsspannung des Emitterfolgers Q12 am Ausgang 66 der Vorspannungssteuerschaltung 40 wird dem Eingang des Verstärkers 30 zur Regelung des Emitterstromes der Transistoren Q 6 und Q 7 zugeführt.

Diese Änderungen beeinflussen nicht den Betrieb der

anhand von F i g. 2 erläuterten Sperrschaltung als Ganzes, sondern sie verbessern die Stabilität hinsichtlich der Versorgungsspannung, weil die feste Vorspannung und die veränderbare Vorspannung beide von derselben Spannungsquelle (über den Spannungsteiler R 14, R15, R 16) abgeleitet werden und daher eine Änderung der Versorgungsspannung die Polarität der

Ausgangsvorspannung gegenüber der festen Vorspannung bei einer gegebenen Betriebsweise nicht nachteilig beeinflussen kann. Auch der Ruhestrom des Differenzverstärkers 30 ändert sich im Gleichlauf mit der Betriebsspannung, so daß die Ruheausgangsgleichspannung des Verstärkers immer auf einem festen Bruchteil der Betriebsspannung gehalten wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1 Sperrschaltung für einen Differenzverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Eingänge (32, 34) des Differenzverstärkers (30) mit dem Ausgang (16, 26) je einer nichtaddierenden Signalkombinationsschaltung (10, 20) verbunden sind, daß eine Signaleingangsschaltung (58, Rj, C) mit einem Eingang (14) einer der Signalkombinationsschaltungen (10) verbunden ist, daß die Vorspannungsschaltung (40) mit einem ersten Ausgang (44), der eine feste Vorspannung liefert, an einen ersten Eingang (24) einer der Signalkombinationsschaltungen (20) angeschlossen ist und mit einem zweiten Ausgang (46), der in Abhängigkeit von einem der Vorspannungsschaltung (40) an einem Eingang (42) zuführbaren Sperrsignal in ihrer Polarität hinsichtlich der festen Vorspannung veränderbare Vorspannung liefert, an je einen zweiten Eingang (12,22) der beiden Signalkombinationsschaltungen (10, 20) angeschlossen ist, und daß der Ausgang (36) des Differenzverstärkers (30) über einen Rückführungszweig (Rj) mit dem ersten Eingang (14) der anderen Signalkombinationsschaltung (10) gekoppelt ist.
2. 2. Sperrschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschaltung (40) zwei Transistoren (Q 9, Q 10) in Darlington-Schaltung enthält, deren erster (QiO) mit seiner Steuerelektrode an den Abgriff eines über eine Bezugsspannungsquelle geschalteten Spannungsteilers (RH, RiS, Λ16, Dl, D2) und mit seiner Ausgangselektrode an die Steuerelektrode des zweiten Transistors (Q 9) und an den zweiten Ausgang (46) der Vorspannungsschaltung angeschlossen ist, deren erster Ausgang (44) an die Ausgangselektrode des zweiten Transistors (Q9) angeschlossen ist.