DE3138078C2

DE3138078C2 - Differenzverstärker

Info

Publication number: DE3138078C2
Application number: DE3138078A
Authority: DE
Inventors: Akio Kawagoe Saitama Tokumo
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1980-09-25
Filing date: 1981-09-24
Publication date: 1983-12-22
Also published as: DE3138078A1; US4456887A

Abstract

Stromspiegelungsschaltungen werden einem Differenzverstärker zugefügt, und die Differenz-Ausgänge des Verstärkers werden von einem oder beiden der Strompfade in der Stromspiegelungsschaltung abgenommen, so daß die Beziehung zwischen Ein- und Ausgangssignalen unabhängig von den Basis-Emitterspannungen der Differential-Transistoren wird.

Description

R-,

/V₃ "Γ Λ₄

Wenn das Eingangssignal e,- sich in der positiven Richtung (oder in der ansteigenden Richtung) ändert, so _c wird der Emitterstrom (der \ra wesentlichen gleich dem Kollektorstrom ist) des Transistors Q₃ vermindert, während der Emitterstrom (der im wesentlichen gleich dem Kollektorstrom ist) des Transistors Q₄ erhöht wird. Deshalb ist, wie sich klar aus der Kennlinie des folgenden Ausdrucks ergibt:

10

(1)

die Beziehung zwischen den Schwankungsbreiten ΔΚ_{Β£3 )5} und ΔΚ_Β£4 der Basis-Emitterspannungen der Transistoren:

|ΔΚ_Β£3|>|Κ_Β£4|
Demzufolge ist im Ausdruck (2):

(4)

20

(5)

Deshalb wird, wenn die Eingangsspannung e,- erhöht wird, im Ausdruck (2) das Maß des Anstiegs der Spannung v„ zwischen beiden Emittern ( = R$i_ei +R₄i_c2) vermindert, und demzufolge wird auch die Ausgangsspannung P₀ bei Ausdruck (3) vermindert. Wenn die Eingangsspannung e₍ sich in der negativen Richtung ändert, so tritt die gleiche Erscheinung auf. Deshalb ist die Ausgangswellenform P₀ mit Bezug zur sinusförmigen Eingangswellenform e, derart, daß, wie Fig. 2 zeigt, die positiven und negativen Spitzen zusammengebrochen sind, also abgeflacht sind, was somit eine Verzerrung hervorruft.

Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Aufgäbe zugrunde, einen Differenzverstärker, bei dem die Ausgangsverzerrung aufgrund der Nichtlinearität der Eingangs- und Ausgangskennlinien vollständig ausgeschaltet wird besonders einfach aufzubauen.

Diese Aufgabe wird bei Differenzverstärkern nach dem jeweiligen Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2 durch die kennzeichnenden Teile des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 gelöst.

Dies wird erfindungsgemäß durch eine erste Ausbildungsform eines Differenzverstärkc:s erreicht, der ge- -»5 kennzeichnet ist durch erste sowie zweite Transistoren mit einer ersten elektrischen Leitfähigkeit, deren Basen als Differenz-Eingangsanschlüsse benutzt sind, durch dritte sowie vierte Trani-storen mit einer zweiten elektrischen Leitfähigkeit, die der ersten elektrischen Leitfiihigkeit eitgegengerichtet ist. welche Transistoren mit den Ausgängen der ersten sowie zweiten Transistoren differentiell als die Basiseingänge der dritten sowie vierten Transistoren verbunden sind, durch eine erste Einrichtung zur Zufuhr von Strömen in einem vorbestimmten Verhältnis zu dem ersten sowie dritten Transistor und durch eine zweite Einrichtung zur Zufuhr von Strömen in einem vorbestimmten Verhältnis zu dem zweiten sowie vierten Transistor, so daß der Ausgang in Übereinstimmung zu den Änderungen des in dem dritten t>ö und oder vierten Transistor fließenden Stromes abgegeben wird.

Nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausbildungsform ist der Differenzverstärker gekennzeichnet durch erste sowie zweite Transistoren mit der gleichen elektrisehen Leitfähigkeit, de-cn Basen als Differenz-Eingangsanschlüsse benutzt sind, durch dritte sowie vierte Transistoren mit der gleichen elektrischen Leitfähigkeit wie diejenige der ersten sowie zweiten Transistoren, w&- bei die dritten sowie vierten Transistoren differentieU mit den Ausgängen des ersten sowie zweiten Transistors als die Basiseingänge des dritten sowie vierten Transistors verbunden sind, durch Einrichtungen zur Zufuhr von Strömen in einem vorbestimmten Verhältnis pi den ersten sowie vierten Transistoren und durch Einrichtungen zur Zufuhr von Strömen in einem vorbestimmten Verhältnis zu den zweiten sowie dritten Transistoren, so daß der Ausgang in Übereinstimmung zu den Änderungen des in dem dritten und/oder vierten Transistor fließenden Stromes abgegeben wird.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen erläutert; in diesen zeigen:

Fig. 3 ein Schaltschema für ein erstes Beispiel nach der ersten Ausbildungsform eines Differenzverstärkers gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein Schaltschema für ein zweites Beispiel nach der ersten Ausbildungsform eines Differenzverstärkers gemäß der Erfindung;

Fig. 5 ein Schaltschema für ein erstes Beispiel einer zweiten Ausbildungsform eines Differenzverstärkers gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ein Schaltschema für ein zweites Beispiel eines Differciizverstärkers gemäß einer zweiten Ausbildungsform der Erfindung:

Fig. 7 ein Schaltschema für ein drittes Beispiel eines Diffeerenzverstärkers gemäß einer zweiten Ausbildungsform der Erfindung.

Gemäß Fig. 3, in der gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sind dritte bzw. vierte pnp-Transistoren Q₁, Q₄ differentiell verbunden, wobei ihre Emitter durch Emitterwiderstände R₃. R₄ zusammengeschaltet sind. Die Basen der Transistoren Q}· Qa. werden von den Emitterausgängen von ersten bzw. zweiten npn-Transistoren Q_x, Q₂ gespeist, die jeweils als Emitterfolger ausgebildet sind. Die Basen der Transistoren Q₁. Q₁ sind Differenz-Eingangsanschlüsse. Bei diesem Beispiel wird ein Eingangssignal e_t an die Basis des Transistors Q₁ und Erdpotential an die Basis des Transistors Q₁ gelegt.

Um den Transistoren Q_x. Q₃ Ströme in einem konstanten Verhältnis zuzuführen, ist eine Stromspiegelungsschaltung 1 mit einem Transistor Q₅, einer Diode D₁ und Widerständen R₅, R₆ vorgesehen. Gleicherweise ist, um den Transistoren Q₁, Q₄ Ströme in konstantem Verhältnis zuzuführen, eine Stromspiegelungsschaltung 2 mit einem Transistor Q₆, einer Diode D₂ und Widerständen R₁. R₈ vorhanden. Die Dioden ZJ₁. D₂ können selbstverständlich durch diodengeschaltete Transistoren ersetzt werden.

Wenn lediglich die Wechselstrom-Komponenten in der Beziehung zwischen der Eingangsspannung e, und den Emitterströmen i_e3 sowie i_e4 der Transistoren Q₃ und Q_x betrachtet werden, dann kann diese Beziehung folgendermaßen dargestellt werden:

''i = - '(,el + l'fceJ + Ki R} + ',4 K₄ - t'fc.4 + IV 2 (6>

Es soll nun der Fall betrachtet werden, wobei die Eingangsspannung v, sich in der positiven Richtung unter der Bedingung ändert, daß die Stromverhälinisse in den Stromspiegelungsschaltungen 1 und 2 gleich Eins gesetzt werden, indem der Widerstand R₅ gleich R₆ und der Widerstand K₇ ghich R_c gesetzt wird. In diesem Fall nimmt der Kollektorstrom des Transistors Q₃ ab. während der Kollektorstrom des Transistors Q₄ ansteigt. Deshalb ändern sich die Schwankungsbereiche (ΔΓ_Β£) der Basis-Emitterspannungen dieser Transistoren fol-

gendermaßen: die Schwankungsbereiche der Basis-Emitterspannungen der Transistoren Q_x, Q₃ nehmen ab, wobei Δ V_BfA = Δ ('„,-, ist. wahrend die Schwankungsbereiche der Basis-Emitterspannungen der Transistoren Q₁, Qi ansteigen, wobei Δ \'_Bt:1 - ΔI _β£4 ist. Demzufolge löschen im Ausdruck (6) r^,, und v_hei einander, und das gleiche gilt für v_bel und v_hri. Damit kann der Ausdruck (6) in den folgenden Ausdruck (7) umgeschrieben werden:

j +

Somit ist die Eingangsspannung c, proportional der Emitter-Emitterspannung i·,,, d.h.. die Eingangsspannung r, hat ein Verhältnis von I: I mit der Spannung v„ zwischen den Emittern der Transistoren ζ), und (J₄. Der positive Phasenausgang ist:

Deshalb sind die Ein- und Ausgänge in einer Beziehung, die keine !,,,-Komponenten enthält, im wesentlichen linear proportional. Auf diese Weise kann ein verzerrungsfreier Ausgang erhalten werden.

Gleicherweise werden, wenn der Eingang sich in der negativen Richtung ändert, die Wechselstrom-Komponenten i_tl. der Transistoren voneinander gelöscht, und deshalb kann ein verzerrungsfreier Ausgang erhalten werden. Es ist an sich unnötig, daraufhinzuweisen, daß der negative Phasenausgang r,„ aus den gleichen Gründen, wie oben zum positiven Ausgang abgegeben, verzerrungsfrei ist.

Bei dem oben beschriebenen Beispiel ist das Stromspiegelungsverhältnis in jeder der Stromspicgelungsschaltungcn 1 und 2 gleich Eins gesetzt. Es soll nun der Fall betrachtet werden, wobei die StromspiegelungsvcihäiiRisse der Sirofriäpiegelüngsschaltüngcri S und 2 auf einen konstanten Wert α eingestellt sind. Da die Beziehung zwischen V_BE und /<■ eines Transistors durch den Ausdruck (1) dargestellt werden, kann der Unterschied zwischen den Basis-Emitterspannungen (l'_Bt) der Transistoren Q_x und ζ), folgendermaßen ausgedrückt werden:

Für die Zwecke dieser Erörterung kann die Sperrschichttemperatur als gleich angesehen werden. Es kann auch angenommen werden, daß /_C17_sls>l und /_C3//_S3s> 1 ist. Wird /_f3 /_cl = n (das Stromspiegelungsverhältnis) gesetzt, so kann der Ausdruck (9) zu folgendem Ausdruck (10) umgeschrieben werden:

KT

= — Ina

worin/_sl = /_S3 ist.

Gleicherweise gilt für den Unterschied zwischen den Basis-Emitterspannungen der Transistoren O₂ und Q_x eine zu der durch den Ausdruck (10) angegebenen Beziehung gleichartige. Damit zeigen diese Unterschiede den gleichen konstanten Wert. Demgemäß werden U'»,3 —«-'»ei) ^und (^r*r2 ~ ^r»e*) '^m Ausdruck (6) konstant. Somit ist zu erkennen, daß so lange, als die Stromspiegeiungsverhäitnisse auf irgendeinen konstanten Wert a eingestellt werden, der Ausgang verzerrungsfrei ist. weil er unabhängig von den Wechselstrom-Komponenten v_be der Transistoren ist.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten zweiten Beispiel der ersten Ausbildungsform eines Differenzverstärkers gemäß der Erfindung, wobei gleiche Teile in Fig. 3 und 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, kommt ein gemeinsamer Emitterwiderstand R_F zur Anwendung, und es werden zwei Stromquellen /„, und /₀, zur Speisung der Transistoren Q₃ bzw. ζ)₄ eingesetzt. Die anderen Elemente der Schaltung sind zum Beispiel von Fig. 3 gleichartig, insofern soll eine eingehende Beschreibung unterbleiben.

ίο Bei dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel für eine zweite Ausbildungsform eines Differenzverstärkers gemäß der Erfindung sind pnp-Transistoren Q_xy Q_u differenticll verbunden, wobei ihre Emitter durch Emittervviderstände R₁₁, R₁₄ zusammengeschlossen sind. Den Basen der Transistoren Qi₃. Q_Xi ^wcden die Emitterausgänge von pnp-Transistoren ζ?,, und Q_xl, die als Emitterfolger ausgebildet sind, zugeführt, die Basen der Transistoren Q₁₁, Q₁₁ dienen ais Differeiu-EingaiigsaiiM-liiüvsc. Bei diesem Beispiel wird ein Eingangssignal c, an die Basis des Transistors Q₁₁ gelegt. Erdpotential liegt an der Basis des Transistors Q₁₂.

Um den Transistoren Q_xx und Q_Xi Ströme in einem vorbestimmten Verhältnis zuzuführen, sind eine Stromspiegelungsschaltung vom Stromentnahmetyp, die aus einem Transistor Q_ls sowie einer Diode D₁₁ besteht, und eine Stromspiegelungsschaltung vom Stromabsorptionstyj,. die aus einem Transistor Q₁₆. einer Diode D₁, und Widerständen R₁₅ sowie R₁₆ besteht, vorgesehen. Der Kollektorstrom des Transistors Q₁₄ wird an die Diode D₁, in der Absorptions-Stromspiegelungssehaltung gelegt, und dann wird ein durch das Stromspiegelungsverhältnis bestimmter Strom an den Ausgangstransistor (Pi₆ gelegt. Da der Absorptionsstrom des Transistors Q₁₆ in die Diode D₁₁ fließt, wird ein Strom.

der dem Absorptionsstrom gleich ist, an den Emitterfolgcr-Transistor Q₁₁ vorn Ausgangstransistor £>_i; in der Stromspiegelungsschaltung vom Stromentnahmetyp gelegt.

Um den Transistoren Q₁₂ und ρ₁₃ Ströme in einem vorbestimmten Verhältnis zuzuführen, sind eine Stromspiegelungsschaltung vom Stromentnahmetyp, die aus ■ einem Transistor Q_xl sowie einer Diode D₁₃ besteht, und eine Stromspiegelungsschaltung vom Stromabsorptionstyp, die aus einem Transistor Q_xa. einer Diode D₁₄ und Widerständen R₁₇ sowie R₁₈ besteht, vorgesehen. Der Kollektorstrom des Transistors Q₁₃ wird an die Diode D₁₄ in der Absorptions-Stromspiegelungsschaltung gelegt, und ein durch das Stromspiegelungsverhältnis bestimmter Strom fließt im Ausgangstransistor Q_ts.

Der Absorptionsstrom des Transistors Q_xa fließt in der Diode D₁₃. und demzufolge fließt ein Strom, der gleich dem Absorptionsstrom ist. vom Ausgangstransistor Q₁₁ inderStromspiegelungsschaltungvomStromabsorptionstyp in den Emitterfolger-Transistor Q₁₂.

Es ist zu erkennen, daß die Differenzverstärkerschaltung von Fig. 5 in einer ganz gleichartigen Weise wie die von Fig. 3 arbeitet. Jedoch werden bei der Schaltung von Fig. 5 dritte und vierte Transistoren Q₁₃ und (?,₄. die von der gleichen Leitfähigkeit sind wie die ersten und zweiten Transistoren Q,, sowie Q₁₂- verwendet, während die dritten und vierten Transistoren in der Schaltung von Fig. 3 eine Leitfähigkeit haben, die zu derjeni-• gen der ersten und zweiten Transistoren entgegengesetzt ist. Während ferner bei der Schaltung von Fig. 3 die Ströme in einem vorbestimmten Verhältnis den Transistoren Q₁ sowie Q₃ und Q₂ sowie O₄ zugeführt werden, werden bei der Ausbildungsform von Fig. 5 Ströme in einem vorbestimmten Verhältnis an die

Transistoren Q_x sowie Q_x und an die Transistoren Q₁ sowie Q_} gelegt.

Wenn die Beziehung zwischen der Eingangsspannung e, und den Emitterströmen i_eJ sowie /_c4 allein mit Bezug auf die Wechselstrom-Komponenten betrachtet wird, so wird der folgende Ausdruck (11) erhalten:

¹Vi.+¹Vi J-

' ¹Vl-I — ¹Vl 2

(H)

η ,η ^Γ«
•Ml + »Μ 4

IO

und dieser Ausdruck ist - mit Ausnahme für die Vorzeichen von Γ,,,,, und v_hell - dem Ausdruck (6) gleichartig.

Es soll nun der Fall betrachtet werden, wobei die Einizant^spannung sich in der positiven Richtung unter der Bedingung, daß die Widerstände R₁₅ sowie R₁₆ und die Widerstände R₁-, sowie A₁₈ in den Stromspiegelungsschaltungen gleich sind, ändert, so daß die Stromspiej>elunj»sverhältnisse gleich Eins zu setzen sind. In diesem Fall nimmt der Kollektorstrom des Transistors Q₁₁ ab. während der Kollektorstrom des Transistors Q_u ansteigt. Deshalb vergrößern sich die Schwankungsbreiten Δr_stll und ΔIg₁-I₄ der Basis-Emitterspannungen der Transistoren Q₁₁ sowie Q₁₄, während die Schwankungsbrciten ΔΓ_β£Ι, sowie ΔΚ_ΒΪ13 der Basis-Emitterspannungen der Transistoren Q₁₁ sowie Q₁₃ abnehmen. Demzufolge löschen die Komponenten ι·,,,,, und r_t,₁₄ im Ausdruck (11) einander, und das gilt auch für die Komponenten t_ht,,₂ sowie 1'(,,Ij. Als Ergebnis kann der Ausdruck (11) in den folgenden Ausdruck (12) umgeschrieben werden:

30

(12)

Damit ist die Eingangsspannung 1; im wesentlichen der Emiiter-Emitterspannung v„ linear proportional. Der positive Phasenausgang r₀₂ ist: J5

(13)

Der Ein- und Ausgang sind somit in einer keine Wechselstrom-Komponenten r_br einschließenden Be-Ziehung linear proportional. Der Ausgang zeigt deshalb im wesentlichen keine Verzerrung auf.

Auch in dem Fall, da die Eingangsspannung sich in der negativen Richtung ändert, werden die Wechselstrom-Komponenten der Transistoren ähnlich ausgelöscht, und es wird ein verzerrungsfreier Ausgang in der gleichen Weise wie bei einer positiv verlaufenden Eingangsspannung abgegeben.

Bei dem oben beschriebenen Beispiel sind die Stromspiegelungsverhältnisse der Stromspiegelungsschaltungen gleich Eins gesetzt, die Schaltung wird jedoch auch in richtiger Weise arbeiten, wenn die Stromspiegelungsverhältnisoe auf irgendeinen konstanten Wer« χ eingestellt werden. Da die Beziehung zwischen den Werten V_BE und /_c eines Transistors durch den Ausdruck (1) wiedergegeben werden kann, wird die Differenz zwischen den Basis-Emitterspannungen der Transistoren Q, und ζ?₄ durch den folgenden Ausdruck (14) dargestellt:

60

Zum Zweck dieser Erläuterung wird wieder angenommen, daß die Sperrschichttemperaturen gleich und daß Ich ihn ^:s> 1 ^und Λτι-Αι*³* ' ^sm^- Wenn I_C\ilh\* ^{= !z} (das Stromspiegelungsverhältnis) ist, dann kann der Ausdruck (14) folgendermaßen umgeschrieben werden:

In diesem Fall ist /_SI1 =/_x,₄. Gleicherweise steht die durch den Ausdruck (15) angegebene Beziehung Tür den Unterschied zwischen den Basis-Emitterspannungen (I _β£) der Transistoren Q_i3 und Q_i2. Diese Differenzspannungen haben somit den gleichen konstanten Zeitwert. Dementsprechend werden im Ausdruck (11) die Glieder (¹ViI-¹Vu) ^und (¹ViJ-¹Vu) konstant, und es wird klar, daß der Ausgang von Wechselstrom-Komponenten von i'_t, unabhängig ist sowie so lange verzerrungsfrei sein wird, wie die Stromspiegelungsverhältnisse auf irgendeinen konstanten Wert α eingestellt sind.

Das Schaltbild von Fig. 6 zeigt ein anderes Beispiel für die zweite Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Differenzverstärkers, wobei in Fig. 6 zu Fig. 5 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei der Schaltung von Fig. 5 sind die Kollektorströme der Differential-Transistoren und die Emitterfolger-Transistoren mit Hilfe der Stromspiegelungsschaltung kombiniert, so daß die Ströme in den vorbestimmten Verhältnissen fließen.

Bei der Schaltung von Fig. 6 ist die Basis des Transistors Q₁₉ mit der Basis des Differential-Transistors Q_u verbunden, und der Ausgangsstrom des Transistors Q_xg wird an den Emitterfolger-Transistor Q₁₁ gelegt. Durch geeignetes Einstellen des Verhältnisses der Emitterwiderstände R_X3 sowie R_X9 wird das Verhältnis der Emitterströme der Transistoren ζ?,₄ und Q_X9 konstantgemacht, wobei auch das Verhältnis der Emitterströme der Transistoren (J₁₄ und (3,, konstantgemacht wird. In ähnlicher Weise ist ein Transistor Q₂₀ vorgesehen, und zwar derart, daß seine Basis mit der Basis des Transistors Q₁₃ verbunden ist. Das Verhältnis der Emitterströme der Transistoren Q₁₃ und Q_x, wird durch passendes Einstellen des Verhältnisses der Widerstände R₁₃ und R₂₀ konstantgemacht.

Gleicherweise wie im ersten Beispiel von Fig. 5 wird bei dem zweiten, in Fig. 6 gezeigten Beispiel der Unterschied zwischen den Komponenten v_br der Transistoren Q_1x sowie Q_xi und der Transistoren Q₁₂ sowie Q₁₃ Null oder konstant, und ein verzerrungsfreies Ausgangssignal wird abgegeben.

Bei dem dritten Beispiel Tür die zweite Ausführungsform eines Differenzverstärkers gemäß der Erfindung, das in Fig. 7 gezeigt ist, kommen für gleiche Teile wie bei Fig. 6 die gleichen Bezugszeichen zur Anwendung. In diesem dritten Beispiel sind Stromquellen /_1?1 und /₁₀₂ Tür die Differential-Transistoren Q_X3 sowie Q_xi bz'v. Q₁₉ sowie Q₂₀ vorhanden, während die anderen Schaltungselemente in gleichartiger Weise wie im zweiten Beispiel von Fig. 6 angeordnet sind. Bei der Schaltung des dritten Beispiels (Fig. 7) ist der Ausgang ebenfalls verzerrungsfrei.

Während bei der ersten und zweiten Ausbildungsform der Erfindung Unterschiede in der Leitfähigkeit der verwendeten Transistoren und in der spezifischen Art der angewendeten Stromspiegelungsschaltungen vorhanden sind, ist zu erkennen. z.B. aus der Gleichartigkeit der Ausdrücke (11) —(15) mit derjenigen der Ausdrücke (6)—(10). daß die Schaltungen alle in einer im wesentlichen gleichartigen Weise arbeiten und auf einem gemeinsamen Stamm oder Prinzip beruhen. Jede Schaltung verwendet einen zweiten Transistorsatz, um die Basis-Emitterspannungsglieder aus der die Beziehungen der Wechselstrom-Eingangs- und Ausgangssignale bestimmenden Gleichung zu löschen.

Bei den oben beschriebenen Beispielen wird der Ausgang durch die Anwendung von parallel zu den Transistoren der Stromspiegelungsschaltungen entwickelten Spannungen geliefert. Der Ausgang kann jedoch auch folgendermaßen geliefert werden: wenn die Verhältnisse der in den Transistoren Q_z sowie ζ)₄ und in den Transistoren öi sowie Q₃ fließenden Ströme konstantgemacht werden und wenn Widerstände in die Pfade der in diese Transistoren fließenden Ströme eingesetzt werden, dann kann der Ausgang durch Verwendung der parallel zu diesen Widerständen entwickelten Spannungen erzeugt werden.

Ferner werden in den beschriebenen Beispielen die Stromspiegelungsschaltungen als die den Strom zuführenden Einrichtungen eingesetzt. Es bedarf an sich je-

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doch keiner Erwähnung, daß die Stromspiegelungsschaltungen auch durch Schaltungen ersetzt werden können, die in ihrer Funktion den Stromspiegelungsschaltungen gleichwertig sind. Ferner können die oben beschriebenen Transistoren durch solche ersetzt werden, deren elektrische Leitfähigkeiten zu denjenigen der oben beschriebenen Transistoren entgegengesetzt sind.

Wie sich aus der Beschreibung klar ergibt, kann sie den nicht-linearen Eingangs-Ausgangs-Kennwerten von Transistoren zugeschriebene Verzerrung im wesentlichen ohne die Anwendung einer Rückkopplungstechnik ausgeschaltet werden. Damit ist der Differenzverstärker, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist. zu allen Zeiten stabil.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche :

1. Differenzverstärker mit einem ersten und zweiten Transistor gleichen Leitfähigkeitstyps. an dessen Basen das Differenzeingangssignal angelegt wird und deren Emitter jeweils mit der Basis eines dritten bzw. vierten Transistors verbunden sind, deren Emitter über einen ersten bzw. zweiten Widerstand zusammengeführt sind und in deren Kollektor-/Emitter-Strecken je eine Einrichtung eingeschaltet isi, die an sie Ströme in einem vorbestimmten konstanten Verhältnis anlegt, dadurch gekennzeichnet, daß alle vier Transistoren (Q₁₁, Q₁₂, Q₁₃. ö,₄) von gleichem Leitfähigkeitstyp sind, daß je eine Stromspiegelschaltung vom Stromentnahmetyp (Q_is, D_n bzw. Q₁₇, D₁₃) und je eine Stromspiegelschaltung vom StromabsonHionstyp (O₁₆, D_X2, R₁₅, R₁₆ bzw. g,₈, D_iA, Ri₆ <?rw- Öls· °i4> ^r\t Ku) vorgesehen sind, von denen die eine (D_u. Q₁₅ bzw. U₁₃, ß_l7) jeweils iä mit dem Emitter des ersten bzw. zweiten Transistors (Qu, Qi₂) und die andere mit dem Kollektor des dritten bzw. vierten Transistors (Q_i3, öu) verbunden ist, so daß Ströme in einem vorbestimmten Verhältnis durch den ersten und «"ritten (O₁₁. O₁₃) bzw. zweiten und vierten Transistor (O₁₂. Qi*) fließen.

2. Differenzverstärker mit einem ersten und zweiten Transistor gleichen Leitfähigkeitsiyps, an dessen Basen das Differenzeingangssignal angelegt wird und deren Emitter jeweils mit der Basis eines dritten bzw. vierten Transistors verbunden sind, deren Emitter über einer, ersten bzw. zweiten Widerstand zusammengeführt sind und in df ΐη K.o!lektor-/Emitter-Strecken je eine Einrichtung eingeschaltet ist, die an sie Ströme in einem vorbestimmten konstanten Verhältnis anlegt, dadurch gekennzeichnet, daß alle vier Transistoren (Q₁₁. O₁₂, Q_X3, Q_u) von gleichem Leitfähigkeitstyp sind und daß die Einrichtung je einen Transistor (Q _ig bzw. Q₂₀) aufweist, dessen Kollektor mit dem Emitter des ersten (O_n) bzw. zweiten Transistors (Q_t2). dessen Basis mit dein Emitter des zweiten (ζ?_Ι2) ^DZW· ersten Transistors (Qu) verbunden ist. und wobei die Emitter der beiden Transistoren (O₁₉, Q₂₀) über einen dritten (R₁₉) und vierten Widerstand (R₂₀) miteinander verbunden sind, wobei das Verhältnis der Widerstandswerte des ersten (Ri₃) zum dritten Widerstand (R₁₉) und das Verhältnis des zweiten (R₁₄) zum vierten Widerstand (R₂₀) derart bemessen wird, daß das Verhältnis der Emitterströrae des ersten und dritten Transistors (Cn· Qm) ^und das Verhältnis der Emitterströme des zweiten und vierten Transistors (Q₁₁, Q_i3) konstant ist.

3. Differenzverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite, dritte und vierte Widerstand (Ri₃. R₁₄. R_i9. R₁₀) an einen gemeinsamen Verbindungspunkt zusammengeführt sind.

4. Differenzverstärker nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt des ersten und zweiten Widerstandes (R₁₃, R₁₄) und der Verbindungspunkt des dritten und vierten Widerstandes (R₁₉. R₂₀) über je eine getrennte Stromquelle zusammengeführt sind.

b5 Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Differenzverstärker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Die Druckschrift »Patent Abstract of Japan«, 18. Oktober 1980, Bd. 4, Nr. 148, zeigt einen Differenzverstärker, bei dem zur Verbesserung der Hochfrequenzeigenschaften dem eigentlichen PNP-Transistor jeweils als Emitterfolger ein NPN-Transistor vorgeschaltet ist. Die Kollektoren der Differenztransistoren sind mit einer Stromspiegelschaltung verbunden.

Aus der DE-OS 29 51 161 ist bereits ein Verstärker bekannt, bei dem das Eingangssignal an die Basis eines ersten, als Emitterfolger geschalteten Transistors gehegt wird, dessen am Emitter erzeugtes Ausgangssignal an die Basis eines zweiten Transistors des umgekehrten Leitfähigkeitstypes angelegt wird. Beiden Transistoren werden von einer Stromspiegelschaltung gleiche Ströme zugeführt.

Aus der DE-AS 2414651 ist eine Schaltungsanordnung für die Ausgangsstufe eines einfachen Transisiorverstärkers bekannt, dessen Ausgangstransistor in Emiiterfolgeschaltung angeordnet und durch einen ebenfalls in Emitterfolgeschaltung angeordneten Steuertransistor angesteuert ist. wobei die beiden Transistoren zueinander komplementär sind. Im Emitterkreis des Steuertransistors ist eine Stromquelle angeordnet.

Ein weiterer, der Anmelderin bekannter Stand der Technik ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Die hier gezeigte Schaltung wird als sogenannte »negative Stromrückkopplungsschaltung« bezeichnet. Diese Schaltung weist einen Emitterwiderstand auf. Dieser Emitterwiderstand dient dazu, die aufgrund der Nichtlinearität des Zusammenhanges zwischen der Basis-Emitterspannung und dem Kollektorstrom bedingten Verzerrungen zu vermindern. Jedoch werden durch diese Gegenkopplung die Verzerrungen nicht vollständig ausgeschaltet, sondern nur vermindert, wobei gleichzeitig die Verstärkung der Schaltung herabgesetzt wird. Dariijc" hinaus wird die Schaltung instabil, wenn der Rückkopplungswert erhöht wird.

Zur Erläuterung dieses Standes der Technik wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines herkömmlichen Differenzverstärkers und

Fig. 2 ein Diagramm der Eingangs- und Ausgangswellenform in der Schaltung von Fig. 1.

In der Schaltung von Fig. 1 sind die Emitter eines Paares von Differenz-pnp-Transistoren Q₃ und Q_x durch Stromrückkopplungs-Emitterwiderstände R₃ und R₄ miteinander verbunden, und vorspannende Ströme werden an die Transistoren durch eine Stromquelle I₀ angelegt. Ein Bezugspotential. z.B. Erde, liegt an der Basis des Transistors Q_t. während ein Eingangssignal P₁ an der BasisdesTransistors Q₃ liegt. Differenz-Inversionsausgänge sind parallel zu den Kollektorwiderständen R₁, R₂ der beiden Transistoren vorgesehen.

Es soll nun die Beziehung der Wechselstrom-Komponenten, die bei Nichtbeachtung der Gleichstrom-Vorspannungen und -ströme im Differenzverstärker erhalten werden, allein betrachtet werden. Wenn die Wechselstrom-Komponenten der Basis-Emitterspannungen der Transistoren Q₃ und Q_x durch v_bt3 bzw. i_htX dargestellt werden, dann ist die Beziehung zwischen der Eingangsspannung C₁ und den Emitterströmen /_,, sowie i,₄:

^l'i = ^vbts + ^s ',j + ^Ri Li - ¹Vi <2)

Die Beziehung der Spannung v_rr zwischen den bei den Emittern und dem positiven Phasenausgang r₀₂ ist: