DE3035286A1 - Entzerrender verstaerker - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf entzerrende Verstärker. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Transistorelemente benutzenden entzerrenden Verstärker.

Ein entzerrender Verstärker ist bei Anwendungen wichtig, wie z.B. für eine Aufzeichnungs- und Wiedergabe schaltung eines Bandgerätes. Da die Empfindlichkeit in Hochfrequenzbereichen infolge verschiedener Verluste in dem Magnetband und dem Magnetkopf niedriger wird, muß ein entzerrender Verstärker vorgesehen werden, um die Frequenzabhängigkeit des Bandgerätes im wesentlichen flach zu machen. Ein. solcher entzerrender Verstärker ist so ausgelegt, daß er einen bestimmten Verstärkungsfaktor im Hiedrigfrequenzbereich hat. Zu diesem Zweck benutzt der entzerrende Verstärker Transistoren als Verstärkerelemente.

Die Eingangs- und Ausgangskennlinien eines Transistors sind etwas nicht-linear, wodurch das Aus gangs signal eines Transistors Verzerrungskomponenten enthält. Bisher war es daher schwierig, einen entzerrenden Verstärker vorzusehen, der im wesentlichen verzerrungsfreie Kennlinien hat.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen entzerrenden Verstärker zu schaffen, bei dem die nicht lineare Verzerrung infolge der Benutzung von Transistoren beseitigt ist, so daß verzerrungsfreie Kennlinien zu erhalten sind.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein entzerrender Verstärker geschaffen, der einen ersten Transistor, dessen Basis ein Eingangssignal zugeführt wird, und einen zweiten Transistor aufweist, der vom entgegengesetzten Leitungstyp wie der erste Transistor ist. Das Ausgangssignal des ersten Transistors wird an die Basis des zweiten Transistors gegeben, und Ströme mit einem konstanten Verhältnis werden den ersten und zweiten Transistoren zugeführt. Ein Ausgangssignal xtfird in Abhängigkeit des Stroms erzeugt, der in dem ersten oder zweiten Transistor fließt. Mindestens eines der den Verstärkungsgrad bestimmenden Impedanzelemente, die zwischen die ersten und zt/eiten Transistoren und Erde geschaltet sind, hat eine Blindwiderstandskomponente, die sich in Abhängigkeit von der Frequenz ändert.

Gemäß einem bevorzugten Gedanken der Erfindung wird also ein entzerrender Verstärker geschaffen, dessen nicht lineare Verzerrung im wesentlichen beseitigt ist. Ein Eingangssignal wird an die Basis eines ersten Transistors gegeben, dessen Ausgangssignal an die Basis eines zweiten Transistors des entgegengesetzten Leitungstyps gegenüber dem ersten Transistor gegeben wird. Ströme werden an die ersten und zweiten Transistoren mit einem konstanten Verhältnis gegeben. Das Ausgangs signal von der Schaltung wird in Abhängigkeit von dem Strom erzeugt, der in einem der ersten und zweiten Transistoren fließt. Mindestens eines der die Verstärkungsgröße bestimmenden Elemente hat eine Bindwiderstandskomponente, die sich in Abhängigkeit von der !Frequenz ändert.

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Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 einen Stromlauf plan eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen entzerrenden Verstärkers,

]?ig. 2 die Verstärloingskennlinien des entzerrenden Verstärkers der Fig. 1 und

Pig. 3 einen Stromlaufplan eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen entzerrenden Verstärkers.

. 1 dient zur Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen entzerrenden Verstärkers. Ein Eingangssignal V-^ wird an die Basis eines PNP-Transistors Q^ gegeben, der als ein Emitterfolger geschaltet ist, wobei das Emitterfolgerausgangssignal an die Basis eines verstärkenden ΗΡΪΓ-Transistors Qp gegeben wird. Der Emitter des Transistors Qo ist über ein entzerrendes Element 1 geerdet. Beispielsweise ist eine Stromspiegelungsschaltung zum Zuführen von Strömen I,, und Ip an die Transistoren Q^ und Qo vorgesehen, wobei das Verhältnis I^/Ip konstant ist (1^/I₂ - I/^t, wobei <x eine Konstante ist). Die Stromspiegelungsschaltung wird von PiiP-Transistoren Q^ und Q₁Jr, gebildet, deren Basen miteinander verbunden sind,

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wie dieses in. Fig. 1 gezeigt ist. Die Basis und der Kollektor des !Transistors Q^ sind miteinander verbunden, das heißt, der Transistor Q^, ist als Diode geschaltet. Der Emitter des Transistors Q^ ist über einen Widerstand 'S.-, mit einer positiven Spannungsquelle Vcc verbunden, und der Emitter des Transistors Q^ ist über einen Widerstand R₂ mit der positiven Spannungsquelle Vcc verbunden. Das Entzerrungselement 1, wie es in Pig. 1 gezeigt ist, ist aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes R_x, und einer Wicklung L,._a, die einer Reihenschaltung aus einem Widerstand R^-^ und einer ¥icklung L^Ji₃ parallelgeschaltet ist, gebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel xvird ein Ausgangs signal V^m am Emitter des Transistors Q^ erzeugt.

Bei der so ausgebildeten Verstärkerschaltung wird die folgende Gleichung (1) erfüllt:

~ V_BE2)/_Zi, (1)

wobei V_BE^ und Vg_E2 die Basis-Eollektor-Spannungen der Transistoren Q/| und Q₂ jeweils sind und Z die Impedanz des Entzerrerelementes 1 ist.

Allgemein ist die Beziehung zwischen dem Kollektorstrom Iq und der Basis-Emitter-Spannung eines Transistors durch die folgende Gleichung (2) auszudrücken:

"T^toCT7⁺¹³· ^C2)

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wobei q. die Elektronenladung, k die Boltzmann¹ sehe Konstante, T die absolute Temperatur und Ig der Basis-Emit ter-Rückwärtssattigungsstrom sind.

Aus der Gleichung (2) ergibt sich durch Einsetzen von

^{die GleiclLUI1}S O):

^VBE1 - ^VBE2 - I ^{VⁿC^7 + D - Τ/ηώ- - 1)},

JL Z

wobei T^ und Tp die Basis-Emitter-Verbindungstemperaturen der Transistoren CL· und Qp jeweils siad. Als Fert I„ \irird für jeden Transistor eine feste Konstante benutzt, loo "^-'-si» wobei β eine Konstante ist. Wenn Ig sehr klein ist, dann gilt I_ß/Ig >7 1. Dadurch kann die folgende Gleichung (4) erhalten werden:

^TBE1

Wenn in der Gleichung (4) die Transistorverbiixdungstempe ratur konstant ist, gilt:

^VBE1 - ^VBE2

Die Gleichung (5) k-^at einen konstanten Wert. Wenn der konstante Wert-durch-γ dargestellt wird, kann die Gleichung (1) in die folgende Gleichung (6) umgeschrieben werden:

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Das Ausgangssignal Vq^ kann dann durch die folgende Gleichung (7) ausgedrückt werden;

^VOUT⁼ V ^R2 = Z^^VIN ⁺ ^) · (7)

Wird angenommen, daß jede der Wicklungen L^_a und L/,, des Entzerx'erelementes Ί eine ausreichend kleine Induktivität im niedrigen Frequenzbereich hat, wird aus Gleichung (7) klar, daß ein Ausgangssignal mit einem Verstärkungsfaktor Rg/IL· erhalten wird, das unabhängig von V-n-g im niedrigen Frequenzbereich ist. Das heißt, es wird ein verzerrungsloses Ausgangssignal erzeugt. In diesem Fall ist . «1,· ^RXb

- ^Rla^+Rlb '

Im mittleren Frequenzbereich können die Induktivitäten der Wicklungen L^ und L^ des Entzerrerelementes 1 nicht vernachlässigt lierden, so daß damit der Verstärkungsfaktor mit ansteigender Frequenz allmählich vermindert wird. Im hohen Frequenzbereich, wenn die Induktivitäten einen höheren ¥ert bekommen als die Widerstände R^_a und R^-j-,} wird die Verstärkung auf einen im wesentlichen konstanten ¥ert vermindert. Eine Darstellung der Verstärkung oder des Verstärkungsfaktors für die gezeigte Verstärkerschaltung, ist in Fig. 2 gezeigt,-

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Das Ausgangesignal kann auch, in anderer Weise als zuvor beschrieben gebildet werden. Wenn ein Widerstand zwischen die Kollektoren der Transistoren ^ und Q₂^ geschaltet ist, wird die über dem Widerstand erzeugte Spannung als Ausgangssignal "benutzt. Da das Stromverhältnis in den Transistoren Q^ und Qp konstant ist, können die Stromänderungen im Transistor Q,, in der gleichen Heise benutzt werden. Andererseits kann, wenn der Emitter des Transistors Qo über einen ¥iderstand geerdet ist, und ein Entzerrerelement, das durch eine Parallelschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand gebildet ist, zwischen die Kollektoren der Transistoren Qp und Q₂, geschaltet ist, die über der Parallel schal turtg erzeugte Spannung als Ausgangs signal benutzt werden. In diesem Fall wird ebenfalls ein entzerrender Verstärker geschaffen, der eine Frequenzabhängigkeit hat, die gleich der in Fig. 2 gezeigten ist.

Fig. 3 zeigt einen Stromlaufplan eines Ausführungsbeispiels der Verstärker schaltung, bei der der Verstärkungsfaktor der in Fig. 1 gezeigten Schaltung weiter vergrößert ist. In den Fig. 1 und 3 sind gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

ifie sich, aus einem Vergleich der Fig. 3 und Λ ergibt, ist ein PNP-Transistor Q₁- zu der Stromspiegelungsschaltung zum weiteren Vergrößern des Verstärkungsgrades hinzugefügt. Ein Impedanz element Ze ist zwischen den Kollektor des Transistors Q₁- und Erde und ein Widerstand E^ ist zwischen den Emitter des Transistors Q₁- und die positive Spannungsquelle Vcc geschaltet, und die über dem Impedanzelement Z₁- erzeugte Spannung wird als das Ausgangs-

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ORfGfNAL

signal benutzt. In Fig. 3 ist das mit dem Emitter des Transistors Q₂ verbundene Impedanzelement mit Z^, bezeichnet.

Das Verhältnis des Stromes I^ im Transistor Q_c zum Strom

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I₂ in dem Transistor Q^ wird auf 1/a! ähnlich dem Fall in Fig. 1 eingestellt. Die Kollektorspannung V-g des Transistors Q₂ ist daher gleich:

. ₊Vcc - Y_Bm - I₂-R₂. (8)

Durch Einsetzen der Gleichung (6) in die Gleichung (8) wird erhalten:

γ).

Das Ausgangs signal Vq™, kann in diesem. Fall durch die folgende Gleichung (10) ausgedrückt werden:

^VOUT ^{= 1}S ^Z5 ^β SJi^+VcC - ^VBE5

Durch Einsetzen der Gleichung (9) in die Gleichung (10), kann die folgende Gleichung (11) erhalten werden:

^VOUT - fe^VBE4 - ^VBES

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Da (V-n-g* - V-o-gc) ^{als eirL} konstanter Wert γ · eingestellt v/erden kann, kann die Gleichung (11) in die folgende Gleichung (12) umgeschrieben werden:

^VOUT ⁼ Rf%fC^VIN * Ύ) + Υ»} - (123

Z. IL

Der Verstärkungsfaktor ist daher gleich R_A*Z *

ifenn daher mindestens eines der Impedanzelemente Z- und Zr als das Entzerrerelement henutzt wird und das andere als Widerstandselement "benutzt wird, kann die gewnschte Entzerrerkennlinie erhalten werden, und das Ausgangssignal ist unabhängig von den Basis-Emitter-Spannungen Vg-g der Transistoren. Auf diese Weise wird ein im wesentlichen verzerrungsfreies Entzerrerausgangssignal erhalten.

Bei den zuvor "beschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine Stromspiegelungsschaltung zur Stromzuführung benutzt. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf "beschränkt. Es kann jede Schaltung dafür "benutzt werden, die die gleiche Funktion erfüllt,

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, ist der erfindungsgemäße entzerrende Verstärker sehr ei m fach in seiner Anordnung, und er hat die gewünschte Entzerrerkennlinie und den Verstärkungsfaktor, wodurch er ein Ausgangssignal erzeugt, das einen sehr niedrigen Verzerrungsfaktor hat.

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er te

Claims (8)

FATcINTATJWALTE A. GRUNECKER DIPL-ΙΝα H. KINKELDEY DR-INS ^ ηΠ CO O Ci W· STOCKMAlR O U <ä O ^- V Ό DR-INa-AeElCAOHCH) K. SCHUMANN . DRBERNAT.-DIPL.FHVS P. H. JAKOB G. BEZOLD OR RERNÄE· DPL-CHEM. 8 MÜNCHEN 22 MAXIMILIANSTRASSE 43 18. September 1980 P 15 480 - PIOHEES ELECTRONIC COEPORiLTIOlT No. 4-1, Meguro 1-chome, Meguro-ku, Tokyo, Japan Entzerrender Verstärker Pat ent ansprüche

1. Entzerrender Verstärker, gekennz eichnet durch:

einen ersten Transistor (Q,,), dessen Basis ein Eingangssignal zugeführt wird,

einen zweiten Transistor (Qo)> dessen Basis ein Ausgangssignal des ersten Transistors zugeführt wird und der einen entgegengesetzten Leitungstyp hat als der erste Transistor,

eine Stromzuführungseinrichtung (Q^, Q^,, Ep, R^) zum Zuführen von Strömen zu den ersten und zweiten Transistoren,

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TELEFON (OBa) 22 38 62 THLEX 05-29 380 TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

wobei das Verhältnis der Ströme konstant ist,

eine Einrichtung (Rp, Z₁-) zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von Änderungen des Stroms, der in einem der ersten und zweiten Transistoren fließt, und

mehrer Impedanz elemente (I^o? ^Mh > ^i' ^5) ^zum eines "Verstärkungsfaktors des Verstärkers, der im Strom— pfad von mindestens einem der ersten und zweiten Transistoren auftritt, wobei mindestens eines der Impedanzelemente eine sich mit der ^Frequenz ändernde Blindwiderstandskomponente hat.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Transistor (Q^) als Emitterfolger geschaltet ist, dessen Ausgangssignal der Basis des zweiten Transistors CQp) zugeführt ist.

3. Entzerrender Verstärker, gekennzeichnet durch:

einen ersten Transistor (Q^), dessen Basis ein Eingangssignal zugeführt wird,

einen zweiten Transistor (Qp)5 dessen Basis ein Ausgangssignal des ersten Transistors zugeführt wird und der einen entgegengesetzten Leitungstyp hat als der erste Transistor,

eine Stromzuführungseinrichtung (Q^, Q^, R^, R^) zum Zuführen von Strömen zu den ersten und zweiten Transistoren, wobei das Verhältnis der Ströme konstant ist,

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eine Einrichtung (Rpj Zj-) zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von Änderungen des Stroms, der in einem der ersten und zweiten Transistoren fließt, und

mehrere, einen ersten Verstärkungsfaktor bestimmende Impedanzelemente (Z,*), der im Strompfad eines der ersten und zweiten Transistoren auftritt, und ein einen zweiten Verstärkungsfaktor bestimmendes Impedanz element (Z,j) in der das Ausgangs signal erzeugenden Einrichtung, wobei mindestens eines der den ersten und zweiten Verstärkungs~ faktor bestimmenden Impedanzelemente eine Blindwiderstandskomponente hat, die sich in Abhängigkeit von der !Frequenz ändert ♦

4«, Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Transistor (Q^) als ein Emitterfolger geschaltet ist, dessen Ausgangssignal der Basis des zweiten Transistors (Qo) zugeführt ist.

5. Entzerrender Verstärker, gekennzeichnet durch;

einen ersten PKP-Transistor (Q^), dessen Basis ein Eingangssignal zugeführt ist und dessen Kollektor mit Erde verbunden ist,

einen zweiten PHP-Transistor (Q.,), dessen Kollektor mit dem Emitter des ersten Transistors tQ^i) und dessen Emitter mit einem positiven Spannungsanschluß (Vcc) über einen ersten Widerstand (R₇;) verbunden sind,

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einen dritten PHP-Transistor (Q^), dessen Basis mit der Basis des zweiten Transistors und dem Kollektor des dritten Transistors verbunden ist, und dessen Emitter über einen zweiten Widerstand (Rq) mit dem positiven Spannungsanschluß verbunden ist,

einen KPN-Transistor (Qo)? dessen Basis mit dem Emitter des ersten Transistors und dessen Kollektor mit dem Kollektor und der Basis des dritten Transistors verbunden sind, und

erste und zweite Reihenschaltungen (R^_a, ^a' ^R1b> ^L/lb^' die zueinander parallel zwischen den Emitter des EPU-Transistors und Erde geschaltet sind, wobei die Ströme des ersten Transistors und des NPH-Transistors ein konstantes Verhältnis haben.

6. Verstärker nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß jede der Reihenschaltungen eine Induktivität (1^_{1 a}> ^mO kat, <ü^{e m}i* einem Widerstand

(E. , R-1-κ) ^ Reue geschaltet ist, wobei mindestens die Werte der Induktivitäten zwischen den unterschiedlichen Reihenschaltungen unterschiedlich sind.

7. Entzerrender Verstärker, gekennz e ichnet durch:

einen ersten PEP-Transistor (Q ), dessen Basis ein Eingangs signal zugeführt wird und dessen Kollektor mit Erde verbunden ist,

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einen zweiten PEP-Transistor (Q^), dessen Kollektor mit dem Emitter des ersten Transistors und dessen Emitter über einen ersten Widerstand (E^) mit einem positiven Spannuagsaiischluß (Vcc) verbunden sind,

einen dritten PITP-Tr ans ist or (Q^), dessen Basis mit der Basis des zweiten Transistors und mit dem Kollektor des dritten Transistors verbunden ist, und dessen Emitter über einen zweiten 1/iderstand (Eo) ^m^ ä-^em positiven Spannungsanschluß (Vcc) verbunden ist,

einen KPN-Transistor (Qo), dessen Basis mit dem Emitter des ersten Transistors und dessen Kollektor mit dem Kollektor und der Basis des dritten Transistors verbunden sind,

ein zwischen den Emitter des NPN-Transistors und Erde geschaltetes erstes Impedanzelement (Z^), dessen Blindxtfiderstandskomponente sich in Abhängigkeit von der Frequenz ändert,

einen vierten PHP-Transistor (Q₁-), dessen Basis mit den Basen der zweiten und dritten Transistoren und dessen Emitter über einen dritten Widerstand (E^) mit dem positiven Spannungsanschluß verbunden sind, und

ein zwischen den Kollektor des vierten Transistors und Erde geschaltetes zweites Impedanzelement (Z₁-), dessen Blindwiderstandskomponente sich in .Abhängigkeit von der Frequenz ändert, xvobei die Werte der Widerstände so gewählt sind, daß die dem ersten Transistor und dem KPN-Transistor zugeführten Ströme ein konstantes Verhältnis haben.

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8. Verstärker nach Jnspruch 7? dadurch. g e k e η η zeichnet , daß die Erequenzabhängigkeit des ersten Impedanzelementes (Z,.) zu der des zweiten Impedanzelementes (Z₁-) unterschiedlich ist.

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