DE3856194T2 - Verstärkerschaltung und mit der Verstärkerschaltung versehene Wiedergabeanordnung - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkerschaltung, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben.
• Ein Verstärker dieser Art, benutzt als Meßverstärker, ist aus "IEEE Journal of Solid-State Circuits", Dezember 1975, Seiten 424-431 bekannt. Der in Fig. 5 des genannten Artikels dargestellte Rückkopplungs-Transimpedanzverstärker ist durch einen Spannungsverstärker gebildet, dessen Eingang mittels eines Eingangswiderstandes nach Erde verbunden ist. Ein diesem Eingang zugeführter Strom erzeugt eine Spannung an dem Eingangswiderstand, wobei danach diese Spannung durch den Spannungsverstärker verstärkt wird. Der Ausgang des Spannungsverstärkers wird mittels eines Transkonduktanzverstärkers, der eine Stromgegenkopplung gewährleistet, zu dem Eingang gekoppelt.
• Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung wird die Gegenkopplungsschaltung durch einen Transkonduktanzverstärker mit einem Ausgangswiderstand Gate-Elektrodeebildet, der im Vergleich zu dem Eingangswiderstand des Transimpedanzverstärkers groß ist, der in dem bekannten Transimpedanzverstärker sowieso realtiv groß ist. Ein Nachteil aber der Verwendung eines Transkonduktanzverstärkers ist, daß er einen großen Spannungsschwung des Ausgangssignals des Transimpedanzverstärkers muß bestehen können, wie in dem Fall beispielsweise eines Video-Ausgangsverstärkers. Eine solche Transkonduktanzverstärkerschaltung kann aber nicht auf einfache weise verwirklicht werden. Ein anderes schädliches Ergebnis des Endwertes des Eingangswiderstandes des Transimpedanzverstärkers ist daß, zusammen mit einer vorhandenen Streukapazität die Bandbreite der Verstärkeranordnung beschränkt.
• Weiterhin beschreibt "Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge" von Winfried Oppelt, Verlag Chemie, 5. Ausgabe 1972 auf Seite 714 einige lineare Rechenschaltungen entsprechend Gleichungen und Übertragungsfunktionen zum Gebrauch in analogen Rechenmaschinen. Durch die Wahl geeigneter komplexer Widerstände lassen sich alle wichtigen Übertragungsfunktionen erster Ordnung mittels eines einzigen Verstärkers wiedergeben. Auch lassen sich viele Gleichungen zweiter Ordnung durch nur einen Verstärker wiedergaben. Eine der auf Seite 714 dargestellten Schaltungsanordnungen wird gebildet durch eine erste Parallelschaltung eines Widerstandes Re und eines Kondensators Ce mit einer ersten Zeitkonstanten Te mit einem nachfolgenden Rechenspannungsverstärker mit unendlicher Verstärkung, die mittels einer zweiten Parallelschaltung eines Widerstandes Rr und einer Kapazität mit einer zweiten Zeitkonstanten Tr zurückgekoppelt wird. Die Übertragungsgleichung ist -{Rr (1 + Te p)} / {Re (1 + Tr p)}. Die Schrittantwort startet bei einem Wert Ce/Cr und ändert allmählich zu einem Wert Rr/Re.
• Das "Linear Databook of the National Semiconductor Corporation", Ausgabe 1982, beschreibt Strommodeverstärker mit einem Eingangswiderstand von 2,5 kOhm (typisch), siehe Seiten 3-226, 227 und eine Stromspiegeleingangsanordnung, siehe Seiten 3-228, 270. Seite 9-57 zeigt links oben das Verstärkung- Frequenzdiagramm eines nicht-kompensierten Breitbandverstärkers. Das Diagramm hat einen horizontalen Teil bis 10 MHz, danach einen abfallenden Teil mit einem nachfolgenden allmählich ansteigenden Teil, zwischen 50 und 100 MHz gibt es einen Ansteige erster Ordnung, zwischen 100 und 200 MHz ist es ein etwas hoherer als zweiter Ordnung. Auf Seite 3-233 wird empfohlen, Stabilitätsprobleme zu kompensieren, die durch Streukapazitäten verursacht werden, ohne Opferung der Anstiegsgeschwindigkeit durch Hinzufügung einer kleinen Kapazität parallel zu dem Rückkopplungswiderstand. Auf Seite 3-234 wird empfohlen, diesen Rückkopplungskondensator nur dann hinzuzufügen, wenn dies wegen der Scheitelpunktbildung der Frequenzkurve; eine Frequenz- Spannungskurve zeigt, wie die Bandbreite abnimmt, wenn der Wert der Rückkopplungskapazität zunimmt. Auf Seite 3-235 wird empfohlen, den Rückkopplungswiderstand und die Rückkopplungskapazität klein zu halten,, damit eine Bandbreite von 20 MHz erhalten wird.
• Verstärkeranordnungen mit einer relativ großen Bandbreite sind beispielsweise für Hochauflösungsfernsehen, Farbwiedergabeanordnungen, Computer- Monitoren und für digitale Signalverarbeitung mit hoher Abtastfrequenz abgetasteter Signale erforderlich. Die Bandbreite der bekannten Verstärkerschaltungen sind aber zu beschränkt für solchen Gebrauch.
• Deswegen ist es u.a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verstärkeranordnung mit einer größeren bandbreite und Stabilität als die der bekannten Verstärkeranordnungen zu schaffen.
• Dazu schafft ein Aspekt der Erfindung eine Verstärkeranordnung wie beansprucht in Anspruch 1.
• Anders als bei dem bekannten Transimpedanzverstärker hat dieser Transimpedanzverstärker einen niederohmigen Stromeingang, wobei die durch die Streukapazitäten verursachte Übertragungsfrequenz viel höher sein wird, so daß diese Streukapazitäten viel weniger Einfluß haben werden. Die Abnahme erster Ordnung des Übertragungsfunktionsmodul des rückgekoppelten Transimpedanzverstärkers über der vierten Frequenz F4, was ein Ergebnis der Zunahme erster Ordnung des Übertragungsfunktionsmoduls der Rückkopplungsimpedanz über der dritten Frequenz F3 ist, wird kompensiert durch den Anstieg erster Ordnung des Übertragungsfunktionsmoduls der Transadmittanzschaltung über der sechsten Frequenz F6, die die möglichst entsprechend der vierten Frequenz F4 gewählt worden ist. Folglich tritt eine Abnahme erster Ordnung des Übertragungsfunktionsmoduls der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung nicht auf, bis über der fünften Frequenz F5, die größer ist als die zweite Frequenz F2.
• Zum Erhalten einer Phasenmarge, wie wenigstens 45º beträgt, weist eine erste Ausarbeitung einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung vorzugsweise das Kennzeichen auf, daß die zweite Frequenz F2 größer ist als etwa ein Fünftel der fünften Frequenz F5. Im Wesentlichen wird das Übertragungsfunktionsmodul des Transimpedanzverstärkers im Allgemeinen Abnahmen dritter und höherer Ordnung haben über weitere Übertragungsfrequenzen, die über der zweiten Frequenz F2 liegen, die mit einer zunehmenden Phasenverschiebung einhergehen, so daß, wenn die zweite Frequenz F2 viel kleiner ist als die fünfte Frequenz F5, die Phasenverschiebung für diese fünfte Frequenz F5 gröber werden kann als 235º, so daß die Phasenmarge kleiner werden wird als eine gewünschte minimale Phasenmarge von 45º.
• Eine zweite weitere Ausarbeitung der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung weist vorzugsweise das Kennzeichen auf, daß die dritte Frequenz F3 größer ist als etwa ein Fünftel der fünften Frequenz F5. Im Wesentlichen ist, wenn die dritte Frequenz F3 relativ niedrig gewählt wird, wenn die erfindungsgemäße Verstärkeranordnung als Video-Ausgangsverstärker verwendet wird, und wenn die sechste Frequenz F6 in der Übertragungsfiinktion der Transadmittanzschaltung der Frequenz F4 nicht völlig entspricht, sichbar, daß Niederfrequenzinterferenzen in dem Bild auftreten. Wenn die Interferenzen bei einer höheren Frequenz auftreten, und zwar wenn die Frequenzen F3, F4 und F6 höher sind, werden diese Interferenzen viel mehr sichtbar sein.
• Wie detailliert anhand der Fig. 3C beschrieben wird, weist eine dritte Ausarbeitung der Erfindung vorzugsweise das Kennzeichen auf, daß die dritte Frequenz F3 nicht größer ist als die zweite Frequenz F2.
• Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung weist das Kennzeichen auf, daß die Rückkopplungsimpedanz eine Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators aufweist.
• Eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung weist das Kennzeichen auf, daß die Transadmittanzschaltung eine Parallelschaltung eines Widerstandes und eine Kondensators aufweist.
• Eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung weist das Kennzeichen auf, daß die Transadmittanzschaltung ein Transadmittanzverstärker mit einem durch eine Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators degenerierten Differenzverstärker ist, so daß ein relativ hoher Widerstand des Transadmittanzverstärkers erhalten wird.
• Eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung weist das Kennzeichen auf, daß die Transadmittanzschaltung ein Transadmittanzverstärker ist mit einer Parallelschaltung eines Transkonduktanzverstärkers und eines Transsuszeptanzverstärkers.
• Diese Ausführungsform kann weiterhin das Kennzeichen aufweisen, daß der Transkonduktanzverstärker einen Differenzverstärker aufweist, der durch einen Widerstand degeneriert ist und daß der Transsuszeptanzverstärker einen durch einen Kondensator degenerierten Differenzverstärker aufweist.
• Zum Erhalten der möglichst flachen Amplitudenkennlinie der Übertragungsfunktion der Verstärkeranordnung ist es von Bedeutung, daß der Anstieg erster Ordnung des Übertragungsfunktionsmoduls der Transadmittanzschaltung möglichst oft bei derselben Frequenz F4 auftritt wie die Abnahme erster Ordnung des Übertragungs funktionsmoduls des rückgekoppelten Transimpedanzverstärkers, was das Ergebnis der Zunahme erster Ordnung des Übertragungsfunktionsmoduls der Rückkopplungsschaltung bei der dritten Frequenz F3. Eine erfindungsgemäße Verstärkeranordnung weist deswegen vorzugsweise das Kennzeichen auf, daß die Transadmittanz-schaltung Einstellmittel aufweist zum Einstellen der sechsten Frequenz F6 in der Übertragungsfunktion der Transadmittenzschaltung. In einer einfachen Konstruktion können diese Einstellmittel durch Mittel zum Einstellen des Widerstandswertes des Widerstandes und/oder der Kapazität des Kondensators gebildet werden.
• Bei einer weiteren Ausführungsform einer Verstärkeranordnung nach der vierten Ausführungsform können diese Einstellmittel das Kennzeichen aufweisen, daß sie dienachfolgenden Elemente aufweisen:
• - eine erste Einstellschaltung, wobei mit Hilfe eines ersten Einstellwiderstandes ermittelt werden kann, welcher Teil eines Stromes abhängig von einer Eingangsspannung an dem Eingang des Transadmittanzverstärkers und abhängig von der Transkonduktanz des Transkonduktanzverstärkers zu dem Stromausgang des Transadmittanzverstärkers weitergeleitet wird, und
• - eine zweite Einstellschaltung, wobei mit Hilfe eines zweiten Einstellwiderstandes ernriyttelt werden kann, welcher Teil eines Stromes abhängig von der Eingangsspannung an dem Eingang des Transadmittanzverstärkers und von der Transsuszeptanz des Transsuszeptanzverstärkers zu dem Stromausgang des Transadmittanzverstärkers weitergeleitet wird.
• Die erste und die zweite Einstellschaltung kann weiterhin das Kennzeichen aufweisen, daß sie mit zwei kreuzgekoppelten Differenzverstärkern versehen ist, von denen ein Ausgang mit einem Ausgang des Transadmittanzverstärkers gekoppelt ist und deren Eingänge mit den betreffenden Ausgängen eines weiteren durch einen Widerstand degenerierten Differenzverstärkers gekoppelt sind, wobei ein erster Eingang des genannten degenerierten Differenzverstärkers mit einem Schleifkontakt des Einstellwiderstandes und ein zweiter Eingang mit einer Bezugsspannungsklemme gekoppelt ist.
• Eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung, wobei ein sehr niederohmiger Stromeingang des Transadmittanzverstärkers und eine Übertragungsfunktion der Eingangsstufe des Transimpedanzverstärkers erreicht wird, weist das Kennzeichen auf, daß der Transadmittanzverstärker eine Eingangsstufe hat, welche die nachfolgenden Element enthält:
• - einen ersten Differenzverstärker mit einem ersten und einem zweiten Transistor, wobei eine Emitter-Elektrode des ersten Transistors mit einer Emitter-Elektrode des zweiten Transistors sowie mit einer ersten Stromquelle gekoppelt ist, wobei eine Kollektor-Elektrode des ersten Transistors mit dem Eingang des Transadmittanzverstärkers und wobei eine Kollektor-Elektrode des zweiten Transistors mit einer Bezugsspannungsklemme gekoppelt ist und
• - einen zweiten Differenzverstärker mit einem dritten und einem vierten Transistor, wobei eine Emitter-Elektrode des dritten Transistors mit einer Emitter-Elektrode des vierten Transistors sowie mit einer zweiten Stromquelle gekoppelt ist, wobei die Basis-Elektrode des dritten und vierten Transistors mit der Basis-Elektrode bzw. der Kollektor-Elektrode des zweiten und dritten Transistors gekoppelt ist, wobei eine Kollektor-Elektrode des vierten Transistors mit einem ersten Ausgang der Eingangsstufe und eine Kollektor-Elektrode des dritten Transistors mit einem zweiten Ausgang der Eirigangsstufe gekoppelt ist.
• Eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung, wobei ein sehr niederohmiger Stromeingang des Transadmittanzverstärkers, eine große Linearität und eine große Bandbreite der Übertragungsfunktion der Eingangsstufe des Transadmittanzverstärkers erreicht wird, weist das Kennzeichen auf, daß der Transadmittanzverstärker eine Eingangsstufe aufweist, welche die nachfolgenden Elemente enthält:
• - einen ersten Differenzverstärker mit einem ersten und einem zweiten Transistor, wobei eine Emitter-Elektrode des ersten Transistors mit einer Emitter-Elektrode des zweiten Transistors sowie mit einer ersten Stromquelle gekoppelt ist, wobei eine Kollektor-Elektrode des ersten Transistors mit dem Eingang des Transadmittanzverstärkers und eine Kollektor-Elektrode des zweiten Transistors mit einer Bezugsspannungsklemme gekoppelt ist,
• - einen zweiten Differenzverstärker mit einem dritten und einem vierten Transistor, wobei eine Emitter-Elektrode des dritten Transistors mit einer Emitter-Elektrode des vierten Transistors sowie mit einer zweiten Stromquelle gekoppelt ist, wobei die Basis-Elektroden des ersten und zweiten Transistors mit den Basis-Elektroden und den Kollektor-Elektroden des vierten bzw. dritten Transistors gekoppelt sind,
• - einen fünften Transistor, von dem eine Basis-Elektrode mit dem Eingang des Transimpedanzverstärkers gekoppelt ist, wobei eine Emitter-Elektrode mit der Kollektor-Elektrode des vierten Transistors und eine Kollektor-Elektrode mit einem ersten Ausgang der Eingangsstufe gekoppelt ist, und
• - einen sechsten Transistor, von dem eine Basis-Elektrode mit der Bezugsspannungsquelle gekoppelt ist, von dem eine Emitter-Elektrode mit der Kollektor-Elektrode des dritten Transistors und eine Kollektor-Elektrode mit einem zweiten Ausgang der Eingangsstufe gekoppelt ist.
• Die Eingangsimpedanz der Eingangsstufe des Transimpedanzverstärkers nach der fünften und sechsten Ausführungsform kann noch weiter verkleinert werden, wenn die Kollektor-Elektrode des zweiten Transistors über einen dritten Differenzverstärker mit der Bezugsspannungsklemme gekoppelt ist, wobei ein Ausgang dieses Verstärkers mit der Kollektor-Elektrode des zweiten Transistorsgekoppelt wird, wobei ein invertierender Eingang mit dem Eingang des Transimpedanzverstärkers und ein nichtinvertierender Eingang mit der Bezugsspannungsklemme gekoppelt ist.
• Bei der fünften und sechsten Ausführungsform kann eine große Spannung an den Kollektor-Basis-Übergängen der Transistoren erzeugt werden, die mit den Ausgängen der Eingangsstufe des Transimpedanzverstärkers gekoppelt sind, wenn das Ausgangssignal des Transimpedanzverstärkers einen großen Spannungshub aufweist, wie dies beispielsweise bei einem Video-Ausgangsverstärker der Fall ist. Um dies zu vermeiden, kann diese Ausfuhrungsform weiterhin das Kennzeichen aufweisen, daß die Kollektor-Elektroden, die mit dem ersten und dem zweiten Ausgang der Eingangsstufe des Transimpedanzverstärkers gekoppelt sind, je mit Hilfe eines Feldeffekttransistors in Gate-Schaltung mit dem genannten ersten und zweiten Ausgang der Eingangsstufe gekoppelt sind.
• Bei einer weiteren Ausführungsform können diese fünfte und sechste Ausführungsform einer ertindungsgemäßen Verstärkeranordnung das Kennzeichen aufweisen, daß der erste Ausgang der Eingangsstufe des Transimpedanzverstärkers mit einem ersten Eingang einer Ausgangsstufe gekoppelt ist, und daß der zweite Ausgang der Eingangsstufe des Transimpedanzverstärkers mit Hilfe einer Stromspiegelschaltung mit einem zweiten Eingang der Ausgangsstufe gekoppelt ist, wobei ein Ausgang der genannten Ausgangsstufe mit dem Ausgang des Transimpedanzverstärkers gekoppelt ist.
• Die Ausgangsstufe kann durch einen Gegentaktverstärker gebildet sein, wobei eine geeignete Ausführungsform desselben das Kennzeichen aufweist, daß er die nachfolgenden Elemente enthält:
• - einen ersten Feldeffekttransistor, dessen Gate-Elektrode und Drain-Elektrode mit dem zweiten Eingang der Ausgangsstufe gekoppelt sind,
• - einen zweiten Feldeffekttransistor, dessen Gate-Elektrode mit der Gate-Elektrode des ersten Feldeffekttransistors gekoppelt ist und dessen Source-Elektrode mit dem Ausgang der Ausgangsstufe gekoppelt ist,
• - einen dritten Feldeffekttransistor, dessen Source-Elektrode mit dem Ausgang der Ausgangsstufe gekoppelt ist und dessen Gate-Elektrode mit dem ersten Eingang der Ausgangsstufe gekoppelt ist und
• - einen vierten Feldeffekttransistor, dessen Source-Elektrode mit einer Source- Elektrode des ersten Feldeffekttransistors gekoppelt ist und dessen Gate-Elektrode und Drain-Elektrode mit der Gate-Elektrode des dritten Feldeffekttransistors ge koppelt ist, wobei der erste und der zweite Feldeffekttransistor von einem leitungstyp sind, der dem Lwitungstyp des drittgen und vierten Feldeffekttransistors entgegengesetzt ist.
• Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Wiedergabeanordnung mit einem Verstärker, der das Kennzeichen aufweist, daß er eine Verstärkeranordnung nach der Erfindung aufweist.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1A ein Blockschaltbild eines bekannten rückgekoppelten Transimpedanzverstärkers,
• Fig. 1B eine zugeordnete mögliche Modul-und-Phasenkennlinie,
• Fig. 2A ein Blockschaltbild eines gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers zum Gebrauch in einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung,
• Fig. 2B eine zugeordnete mögliche Modul- und Phsenkennlinie,
• Fig. 3A ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung, wobei das Ausführungsbeispiel des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers nach Fig. 2A benutzte wird,
• Fig. 3B eine zugeordnete mögliche Modulkennlinie, wobei das Ausführungsbeispiel des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers nach Fig. 2B benutzt wird,
• Fig. 3C eine andere der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung nach Fig. 3A zugeornete mögliche Modul- und Phasenkennlinie,
• Fig. 4A eine einfache Transadmittanzschaltung zum Gebrauch in einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung,
• Fig. 4B einen Transadmittanzverstärker zum Gebrauch in einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung,
• Fig. 4C einen Transadmittanzverstärker mit einfachen Einstellschaltungen zum Einstellen der sechsten Frequenz F6 in der Übertragungsfunktion zum Gebrauch in einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung,
• Fig. 4D einen Transkonduktanzverstärker mit einer Einstellschaltung zum Einstellen der sechsten Frequenz F6 in der Übertragungsfunktion des Transadmittanzverstärkers und mit einer Strommultiplizierschaltung zum Gebrauch in einem Transadmittanzverstärker in der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung,
• Fig. 5A einen gegengekoppelten Transimpedanzverstärker mit einer ersten Ausführungsform einer Eingangsstufe zum Gebrauch in einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung, und
• Fig. 5B eine zweite Ausführungsform einer Eingangsstufe für den in Fig. 5A dargestellten Transimpedanzverstärker.
• Fig. 1A zeigt den bekannten gegengekoppelten Transimpedanzverstärker mit einem Eingang 27, mit dem eine Eingangsschaltung i&sub1; verbunden ist und der mittels einer Stromsubtrahierschaltung 1 mit einem nicht-invertierenden Eingang 9 eines Spannungsverstärkers 10 verbunden ist, wobei dieser Eingang mittels eines Eingangswiderstandes rin nach Erde verbunden ist und eine sehr hohe Eingangsimpedanz hat. Ein invertierender Eingang 11 des Spannungsverstärkers 10 ist über eine Bezugsspannungsquelle 12 nach Erde verbunden. Ein von einem Ausgang 7 der Stromsubtrahierschaltung 1 erhaltener Strom ic erzeugt an dem Eingangswiderstand rin eine Spannung, die danach durch den Spannungsverstärker 10 verstärkt wird. Ein Ausgang 13 des Spannungsverstärkers 10 ist mit einem Ausgang 15 des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers verbunden. Der Ausgang 15 des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers ist ebenfalls mit einem ersten Eingang 17 einer negativen Stromrückkopllungsschaltung mit einem Transkonduktanzverstärker 19 verbunden, wobei ein zweiter Eingang 21 dieser Schaltungsanordnung mit einer Bezugspotentialklemme 23 verbunden ist, die über eine Bezugsspannungsklemme 24 nach Erde verbunden ist. Die Transkonduktanz, d.h. das Übertragungsverhältnis zwischen dem Ausgangsstrom if und der Eingangsspannung vo des Transkonduktanzverstärkers 19 wird durch einen darin aufgenommenen Widerstand rf bestimmt. Ein Ausgang 25 des Transkonduktanzverstärkers 19 ist mit der Stromsubtrahierschaltung 1 verbunden.
• Die Übertragungsfunktion des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers nach Fig. 1A wird durch die nachfolgende Gleichung gegeben:
• vo/ii = A1.rin/1+A1.k, wobei k = rin/rf (1)
• wobei A1 die Übertragungsfunktion des Spannungsverstärkers 10 ist. Wenn das Modul von A1.k viel größer ist als eins, ist das rechte Glied etwa gleich rin.1k. In dem entgegengesetzten Fall ist das rechte Glied etwa gleich rin.A1. Es treten Stabilitätsprobleme auf, wenn die Phasenverschiebung von A1.k nahe bei - 180º liegt für die Frequenz, bei der das Modul von A1 etwa ebenso groß ist wie das Modul von 11k. Eine Phasenmarge von wenigstens 45º zwischen der Phasenverschiebung von A1.k, wenn das Modul gleich eins ist, und eine Phasenverschiebung von -180º kann erwünscht sein für eine befriedigende Stabilität.
• In Fig. 1B ist der Faktor rin deutlichkeitshalber fortgelassen. In der oberen Hälfte dieser Figur zeigt eine dicke gezogene Linie schematisch das Modul der Übertragungsfunktion A1, aufgetragen gegen die Frequenz. Das Modul der Übertragungsfunktion A1 hat eine Abnahme erster Ordnung über einer ersten Frequenz f1, d.h. die Neigung der der Übertragungsfunktion A1 zugeordneten Amplitudenkennlinie ändert sich von einer Neigung von 0 dB je Dekade zu einer Neigung von -20 dN je Dekade in einer Modulkennlinie. Das Modul der Übertragungsfunktion Al hat eine Abnahme zweiter Ordnung über einer zweiten Frequenz F2, d.h. die neigung von -20 dB je Dekade in dieser Amplitudenkennlinie ändert sich zu einer Neigung von -40 dB je Dekade. Die Figur zeigt ebenfalls das Modul von 1/k für drei verschiedene Werte k1, k2 und k3 von k mittels einer gestrichelten Linie, einer strichpunktierten Linie bzw. einer dünnen gezogenen Linie aufgetragen gegen die Frequenz. In der unteren Hälfte der Fig. 1B zeigt eine dicke gezogene Linie schematisch die Phasenverschiebung von A1, eine dünne gezogene Linie zeigt k und eine gestrichelte Linie zeigt das Produkt A1.k aufgetragen gegen die Frequenz, wobei diese Auftragungen von k und dem Produkt A1.k sind unabhängig von dem Modul von k. Wenn der Wert k1 für k gewählt wird, ist die Bandbreite des gegengekopplten Transimpedanzverstärkers auf eine Frequenz beschränkt, die der Abszisse des Schnittpunktes X1 zwischen der Amplitudenkennlinie von A1 und der Amplitudenkennlinie von 1/k2 in der oberen Hälfte der Fig. 1B entspricht. Wie aus dem unteren Teil der Fig. 1B ersichtlich, ist die Phasenmarge jedoch auf etwa 45º verringert, was, wie erwähnt, der minimalen gewünschten Phasenmarge entspricht. Zum Schluß wird, wenn der Wert k3 für k gewählt worden ist, die Bandbreite noch weiter vergrößert zu einer Frequenz, die durch die Abszisse des Schnittpunktes X3 zwischen der Amplitudenkennlinie von Al und der Amplituden kennlinie von 1/k3 in dem oberen Teil der Fig. 1B bestimmt wird, aber wie in der linken Hälfte der Fig. 1B ersichtlich, wird die Phasenmarge auf etwa 0º verringert, so daß der gegengekoppelte Transimpedanzverstärker ungenügens stabil geworden ist. Es zeigt sich also, daß für eine bestimmte Amplitudenkennlinle des Transimpedanzverstärkers, der nicht gegengekoppelt ist, die Bandbreite des bekannten gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers nicht größer als die zweite Frequenz F2 in der Übertragungsfunktion des Transimpedanzverstärkers gewählt werden kann, der nicht gegengekoppelt ist, weil über dieser Frequenz Stabilitätsprobleme entstehen. Aus Entwurfserwägungen ist dieses enge Verhältnis zwischen Bandbreite und Stabilität unerwünscht. Es zeigt sich ebenfalls, daß diese größte Bandbreite erreicht wird, wenn k derart gewählt wird, daß die Amplitudenkennlinie von 1/k die Amplitudenkennlinie von A1 genau für diese zweite Frequenz F2 schneidet.
• Fig. 2A ist ein Blockschaltbild eines gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers zum Gebrauch in einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung. Ein Eingang 209 eines Transimpedanzverstärkers 211 ist mit dem Eingang 27 des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers verbunden. Ein Ausgang 213 des Transimpedanzverstärkers 211 ist mit dem Ausgang 15 des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers 211 verbunden, und zwar über eine gegengekoppelte Schaltungsanordnung mit einer Parallelschaltung eines Widerstandes rf und eines Kondensators Cf/ Eine erste Differenz mit dem Transimpedanzverstärker nach Fig. 1A ist, daß die Grenzfrequenz verursacht durch die Streukapazitäten viel höher ist wegen der niedrigen Eingangsimpedanz des Transimpedanzverstärkers 211 nach Fig. 2A. Eine zweite Differenz ist, daß diese niedrige Eingangsimpedanz es nicht länger notwendig macht, daß die negative Stromrückkopplungsschaltung eine hohe Ausgangsimpedanz hat, wie bei dem Transkonduktanzverstärker 19 nach Fig. 1A. Eine dritte Differenz ist, daß das Übertragungsfunktionsmodul der Stromgegenkopplungsschaltung nach Fig. 2A eine Zunahme erster Ordnung hat über einer Frequenz F3, die durch den Widerstand rf und den Kondensator Cf bestimmt wird. Eine vierte Differenz ist, daß der Strom ic nicht länger durch einen Eingangswiderstand rin in eine Spannung umgewandelt wird, die danach mit einem Spannungsverstärker verstärkt wird, sondern unmittelbar durch einen Strom- Spannungsverstärker verstärkt wird.
• Die Übertragungsfunktion dieses gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers wird durch die nachfolgende Gleichung gegeben:
• vo/ii = -A2/1+A2.K' mit k = 1/zf (2)
• wobei zf die Impedanz der genannten Paralleschaltung des Widerstandes rf und des Kondensators cf ist und wobei A2 die Übertragungstunktion des Transimpedanzverstärkers 211 ist.
• In der oberen Hälfte der Fig. 2B zeigt eine dicke gezogene Linie schematisch das Modul von A2, aufgetragen gegen die Frequenz, wobei eine Abnahme erster Ordnung über einer ersten Frequenz F1 auftritt und eine Abnahme zweiter Ordnung über einer zweiten Frequenz F2 auftritt. Das Modul bon 1/k ist mittels einer dünnen gezogenen Linie schematisch dargestellt, aufgetragen gegen die Frequenz. Die Übertragungsfunktion von k hat eine Zunahme erster Ordnung, und folglich hat die Übertragungsfunktion von 1/k eine Abnahme erster Ordnung über einer dritten Frequenz F3, die in diesem Beispiel kleiner gewählt worden ist als die zweite Frequenz F2.
• Das Übertragungsfunktionsmodul des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers nach dem rechten Teil der Gleichung (2) ist gegen die Frequenz aufgetragen mittels einer gestrichelten Linie. Dies Übertragungsfunktionsmodul hat eine Abnahme erster Ordnung über einer vierten Frequenz F4, die der dritten Frequenz F3 nahezu entspricht, so daß die Bandbreite des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers dieser vierten Frequenz F4 entspricht. Diese Abnahme erster Ordnung ändert sich zu einer Abnahme zweiter Ordnung über einer fünften Frequenz F5, die durch die Abszisse des Schnittpunktes S5 zwischen der Amplitudenkennlinie von A2 und der Amplitudenkennlinie von 1/k bestimmt wird. Diese Frequenz F5 ist größer als die zweite Frequenz F2 in der Übertragungsfunktion des Transimpedanzverstärkers.
• In der unteren hälife der Fig. 2B zeigt eine dicke gezogene Linie schematisch die Phasenverschiebung von A2, eine dünne gezogene Linie zeigt die Phasenverschiebung von k und eine gestrichelte Linie zeigt die Phasenverschiebung des Produktes A2.k aufgetragen gegen die Frequenz. Wie in dieser unteren Hälfte dargestellt, ist die Phasenverschiebung für jede Frequenz, insbesondere für die Frequenz F5, nicht größer als 90º in diesem Beispiel, wobei die Frequenz F3 kleiner ist als die Frequenz F2, so daß die Phasenmarge durchaus ausreicht, so daß Stabilitätsprobleme nicht auftreten.
• Fig. 3A ist eine blockschematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung, wobei der Transimpedanzverstärker 211 ais Fig. 2A in Kaskade mit einer Transadmittanzschaltung 305 vorgesehen ist. Die Transadmittanz der Transadmittanzschaltung 305, d.h. die Übertragungsfunktion zwischen dem Ausgangsstrom ii und der Eingangsspannung v wird durch einen Widerstand ri und einen Kondensator Ci, beide darin verkörpert, gebildet. Ein Ausgang 301 einer Transadmittanzschaltung 305 ist mit dem Eingang 301 des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers verbunden. Die Übertragungsfunktion der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung wird durch die nachfolgende Gleichung gegeben:
• vo/vi = -A2.B/1+A2.k' mit k = 1/zf (3)
• wobei B die Übertragungsfunktion der Tranzadmittanzschaltung 305 ist.
• In Fig. 3B ist die kennzeichnende Kurve des Transadmittanzverstärkers 305 durch eine gestrichelte Linie dargestellt und die Amplitudenkennlinie der gesamten Verstärkeranordnung ist mittels eine strichpunktierten Linie dargestellt. Die Arnplitudenkennlinie des Transadmittanzverstärkers A2 und des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers sind durch eine dicke gezogene Linie bzw, eine gestrichelte Linie dargestellt, ähnlich wie in dem oberen Teil der Fig. 2B.
• Das Übertragungsmodul der Transadmittanzschaltung 305 hat einen Anstieg erster Ordnung über im Wesentlichen derselben Frequenz wie die Frequenz, über der das Übertragungsfunktionsmodul des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers 211 eine Abnahme erster Ordnung aufiveist, und zwar über der Frequenz F4, die durch die Abszisse des Punktes S4 in der oberen Hälfte der Fig. 2B bestimmt ist.
• Dies führt zu einer Amplitudenkennlinie für die ganze Verstärkeranordnung, wie diese durch die strichpunktierte Linie in Fig. 38 dargestellt ist. Da die Abnahme erster Ordnung des Übertragungsfiinktionsmoduls des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers 211 durch die Zunahme erster Ordnung des Übertragungsfunktionsmoduls der Transadmittanzschaltung 305 kompensiert wird, ist die Amplitudenkennlinie der ganzen Verstärkeranordnung bis zur Frequenz F5 flach. Über der Frequenz F5 hat diese Amplitudenkannlinie eine Senkung erster Ordnung weil die Senkung zweiter Ordnung des Übertragungsfunktionsmoduls des Transimpedanzverstärkers 211 durch den Anstieg erster Ordnung des Übertragungsfunktionsmoduls der Transadmittanzschaltung 305 nur teilweise kompensiert wird. Da die Phasenverschiebung des Transadmittanzverstärkers außerhalb der Rückkopplungsschleife für die Stabilität nicht wichtig ist, ist in Fig. 3B nur das Moduldiagramm dargestellt.
• Aus Fig. 3B dürfte es einleuchten, daß die Bandbreite der gesamten Verstärkeranordnung nun der Frequenz F5 entspricht und folglich größer ist als die zweite Frequenz F2 in der Übertragungsfunktion des Transimpedanzverstärkers, der nicht gegengekoppelt ist. Weiterhin gibt nicht länger mehr eine Kopplung zwischen der Bandbreite und der Stabilität.
• In dem in Fig. 3C dargestellten Beispiel ist die Frequenz F3 in der Übertragungsfunktion der gegengekoppelten Schaltungsanordnung derart gewählt worden, daß diese größer ist als die Frequenz F2 in der Übertragungsfunktion des Transimpedanzverstärkers, insbesondere fünfmal größer als F2. In der oberen Hälfte der Fig. 3C sind die Amplitudenkennlinien der Übertragungsfunktion A2 des Transimpedanzverstärkers 211 mittels einer dicken gezogenen Linie schematisch dargestellt, während die Übertragungsfunktion zf = 1/k der gegengekoppelten Stromschaltung mittels einer dünnen gezogenen Linie dargestellt ist und die Übertragungsfunktion des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers mittels einer gestrichelten Linie dargestellt ist. Eine punktierte Linie zeigt die Amplitudenkennlinie der Übertragungsfunktion B der Transadmittanzschaltung 305 und eine strichpunktierte Linie zeigt die Amplitudenkennlinie der Übertragungsfunktion der ganzen erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung. Es sei bemerkt, daß die in den Fig. 1B, 2B, 3B und 3C dargestellten Beispiel idealisiert sind, indem Sinne, daß die Effekte der Pole dritter und höherer Ordnung in der Übertragungsfunktion des Transimpedanzverstärkers nicht berücksichtigt sind.
• In der unteren Hälfte der Fig. 3C ist die Phasenkennlinie von A2 durch eine dicke gezogene Linie dargestellt, die Kennlinie von k ist mittels einer dünnen gezogenen Linie dargestellt und von A2.k mittels einer gestrichelten Linie. Da die Frequenz F3 in dem Beispiel größer gewählt worden ist als die Frequenz F2, wobei F3 = 5 x F2, nimmt die Phasenverschiebung zunächst zu von einer Phasenverschiebung von 90º zu einer Phasenverschiebung von 135º und nimmt danach ab zu einer Phasenverschiebung von 90º, wenn der Frequenzbereich von tief nach hoch ünergeht, was im gegensatz zu der in Fig. 28 dargestellten Situation ist, wobei F3 kleiner war als F2 und wobei die Phasenverschiebung zunächst von einer Phasenverschiebung von 90º abnahmen und danach wieder zunahm. Folglich Stabilitatserwagungen führten su einer bestimmten bevorzugten Situation um die Frequenz F3 kleiner zu wählen als die Fre quenz F2 und bestimmt, wenn die Frequenz F5 nur etwas größer ist als die Frequenz F3, so daß die Phasenmarge kleiner ist als 90º in der Situation, wie diese in dieser unteren Hälfte der Fig. 3C dargestellt ist. Es ist wahr, daß diese dargestellte Phasenmarge von etwa 90º im wesentlichen der doppelten minimal gewünschten Phasenmarhge von 45º entspricht, aber wie oben erwähnt, wurden die Effekte der weiteren Übertragungsfrequenzen, die größer sind als die Frequenz F2 und die in der Übertragungsfunktion des Transadmittanzverstärkers auftreten, in der Zeichnung berücksichtigt.
• Fig. 4A zeigt eine einfache Transadmittanzschaltung zum Gebrauch in einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung, die nur eine Parallelschaltung eines Widerstandes rI und eines Kondensators Ci zwischen dem Eingang 303 und dem Ausgang 301 aufweist. Um die Frequenz F6 der Frequenz F4 möglichst entsprechend zu halten, kann die sechste Frequenz F6 in der Übertragungsfunktion dieser Parallelschaltung durch verwendung eines Widerstandes vom veränderlichen Typ und/oder durch Verwendung eines Kondensators veränderlichen Typs einstellbar gemacht werden.
• Fig. 4B zeigt einen Transadmittanzverstärker zum Gebrauch in einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung. Der Vorteil dabei ist, daß die Ausgangsimpedanz höher ist als in einer einzelnen Parallelschaltung, was in Fig. 4A dargestellt ist, so daß ein genaueres Übertragungsverhältnis verwirklicht werden kann. Der Transadmittanzverstärker 315 ist durch einen Differenzverstärker mit zwei Transistoren Ti1 und T&sub1;2 gebildet, deren Basis-Elektroden den invertierenden bzw. nicht-invertierenden Eingang 303 bilden und deren Emitter-Elektroden durch eine erste Stromquelle Ii1 und eine zweite Stromquelle Ii2 nach erste verbunden sind. Der Widerstand ri und der Kondensator Ci sind zwischen diesen Emitter-Elektroden parallelgeschaltet Die Kollektor Elektrode des Transistors Ti1 ist unmittelbar mit dem Ausgang 301 gekoppelt und die Kollektor-Elektrode des Transistors T,2 ist über eine Stromspiegelschaltung Mi mit dem genannten Ausgang 301 verbunden. Eine gemeinsame Klemme 317 der Stromspiegelschaltung Mi ist mit einer Speisespannung verbunden.
• Die Wirkungsweise ist nun wie folgt. Die Eingangsspannung vi erzeugt einen Strom irc durch die Parallelschaltung. Der Strom fließt durch den Transistor Ti1 von der Emitter-Elektrode zu der Kollektor-Elektrode und danach zu dem Ausgang 301. Der Strom irC fließt ebenfalls durch den Transistor Ti2 von der Kollektor- Elektrode zu der Emitter-Elektrode. Der Strom durch den Transistor Ti2 wird durch die Stromspiegelschaltung M gespiegelt und fließt daher durch den Ausgang 313 zu dem Ausgang 301, so daß der Ausgangsstrom i&sub1; dem Wert 2 x irC entspricht.
• Fig. 4C zeigt einen Transadmittanzverstärker zum Gebrauch in einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung, wobei Einstellschaltungen einverleibt sind, mit denen die Verstärkung der Verstärkeranordnung und die Frequenz F6, über der die Übertragungsfunktion des Transadmittanzverstärkers einen Anstieg erster Ordnung hat, einstellbar sind. Der Transadmittanzverstärker enthält die Parallelschaltung eines Transkonduktanzverstärkers 415r und eines Transsuszeptanzverstärkers 415c. Der Transkonduktanzverstärker 415r hat eine erste Einstellschaltung 417r, durch die bestimmt wird, welcher Teil eines Stromes ir durch einen festen Widerstand ri' in dem Transkonduktanzverstärker, wobei dieser strom ir abhängig ist von der Eingangsspannung vi an dem Eingang 303 des Transadmittanzverstärkers 325 und von dem festen Widerstand ri' ist, zu dem Stromausgang 301 des Transadmittanzverstärkers B durchgelassen wird. Der Transsuszeptanzverstärker 415c enthält eine zweite Einstellschaltung 417c, durch die bestimmt wird, welcher Teil eines Stroms ic durch einen festen Kondensator Ci' in dem Transsuszeptanzverstärker, welcher Strom ic abhängig ist von der Eingangsspannung vi an dem Eingang 303 des Transadmittanzverstärkers 305 und von dem festen Kondensator Ci', zu dem Stromausgang 301 des Transadmittanzverstärkers B durchgelassen wird. Ein Teil 419r des Transkonduktanzverstärkers 415r für die erste Einstellschaltung 417r und ein Teil 419c des Transsuszeptanzverstärkers 415c für die zweite Einstellschaltung 417c entsprechen dem Transadrnittanzverstärker 315 aus Fig. 4B nahezu, mit dem Unterschied, daß in diesen Teilen 419r und 419c die Stromspiegelschaltungen nicht vorgesehen sind und selbstverständlich kein Kondensator in dem Teil 41 9r des Transkonduktanzverstärkers 415r und kein Widerstand in dem Teil 419c des Transsuszeptanzverstärkers 415c einverleibt ist. Die Einstellschaltungen 417r und 417c entsprechen einander. Der Einfachheit halber wird nur der Transkonduktanzverstärker 415r beschrieben. Die Beschreibung des Transsuszeptanzverstärkers 415c geht daraus hervor durch Ersatz des Buchstaben "r" durch "C" und dadurch, daß in dem ganzen Abschnitt "Kondensator Ci" statt "Widerstand ri" gelesen wird.
• Der Transkonduktanzverstärker 415r ist durch den Teil 419r gebildet, der einen Differenzverstärker autweist mit zwei Transistoren Tr1 und Tr2, deren Basis- Elektroden den nicht-invertierenden und den invertierenden Eingang 303 bilden und deren Ernitter-Elektroden durch eine erste Stromquelle Ir1 bzw. eine zweite Stromquelle Ir2 nach Erde verbunden sind. Der Widerstand r: ist zwischen diesen Emitter-Elektroden vorgesehen. Die Kollektor-Elektrode des Transistors Tr1 ist mit einer Speisespannung verbunden. die Kollektor-Elektrode des Transistors Tr2 ist mit einem Eingang 418r der ersten Einstell schaltung 41 7r verbunden, wobei dieser Eingang in dieser ersten Einstellschaltung 417r mit den Emitter-Elektroden der beiden Transistoren Tr3 und TA verbunden ist. Die Basis-Elektrode des Transistors Tr3 ist mit einer Bezugsspannung VR verbunden und die Kollektor-Elektrode ist mit dem Stromausgang 310 des Transadmittanzverstärkers verbunden. Die Kollektor-Elektrode des Transistors TA ist mit einer Speisespannung verbunden. Eine Stromquelle, die einen Strom von 0,5 X Ir2 liefert, ist zwischen einer Speisespannung und dem Ausgang 301 vorgesehen. Die Basis des Transistors Ir4 ist mit dem Schleifkontakt 412r eines Einstellwiderstandes pr verbunden, wobei ein erster fester Kontakt 414r desselben mit einer Speisespannung und ein zweiter fester Kontakt 416r nach Erde verbunden ist.
• Während einfachheitshalber nur die Signaispannungen und die Signalströme berücksichtigt werden und die Basisströme der Transistoren ignoriert werden, arbeiter der Transkonduktanzverstärker wie folgt. Die Eingangsspannung vi an dem Eingang 303 erzeugt einen Strom ir durch den festen Widerstand ri'. Dieser Strom fließt ebenfalls durch die Kollektor-Elektrode des Transistors Tr2. Wenn die Spannung, die mit Hilfe des Einstellwiderstandes Pr eingestellt werden kann, an der Basis-Elektrode des Transistors TA der Bezugsspannung VR an der Basis-Elektrode des Transistors Tr3 entspricht, fließen gleiche Hälften des Stromes ir durch die Transistoren Tr3 und Tr4, so daß der Ausgangsstrom ii durch den Ausgang 301 des Transadmittanzverstärkers B dem Wert 0,5 x ir entspricht. Wenn die Spannung, die mit Hilfe des Einstellwiderstandes Pr eingestellt werden kann, an der Basis-Elektrode des Transistors TA zunimmt, nimmt der Kollektorstrom des Transistors TA ebenfalls zu und der Kolektorstrom des Transistors Tr3 nimmt proportional ab, so daß ein abnehmender Teil des Stromes ir durch den Ausgang 301 fließt. Wenn zum Schluß die Spannung an der Basis-Elektrode des Transistors TA derart ist, daß überhaupt kein Strom durch den Transistor Tr3 fließt, ist der Ausgangsstrom ii gleich 0 geworden. Wenn in dem entgegengesetzten Fall die Spannung, die mit Hilfe des Einstellwiderstandes Pr eingestellt werden kann, an der Basis-Elektrode des Transistors TA gegenüber der Bezugsspannung VR an der Basis- Elektrode des Transistors Tr3 abnimmt, wird ein zunehmender Teil des Stromes ir durch den Ausgang 301 fließen.
• Fig. 4D zeigt einen Transkonduktanzverstärker 425r, zu dem ähnlich wie in Fig. 4C, ein Transsuszeptanzverstärker parallelgeschaltet werden kann, damit ein Transadmittanzverstärker für eine erlindungsgemäße Verstärkeranordnung erhalten wird. Der Transkonduktanzverstärker 425r enthält eine Einstellschaltung 427r, einen Transkonduktanzverstärker 49r und eine Strommultiplizierschaltung 431r.
• Beim Integrieren der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann der feste Widerstand ri' ein integrierter (innerer) Widerstand sein, während der Gegenkopplungswiderstand rf des Transimpedanzverstärkers ein äußerer Widerstand sein kann. Das Ergebnis ist, daß die Temperaturabhängigkeit dieser beiden Widerstände voneinander abweichen wird, so daß die Verstärkung der Verstärkeranordnung schwanken wird. Der effektive Transkonduktanzwiderstand kann dieselbe Temperaturabhängigkeit erhalten wie der äußere Gegenkopplungswiderstand rf, und zwar durch Multiplikation des Stromes durch den inneren Widerstand ri' mit einem Bruch, dessen Nenner durch einen inneren Widerstand und dessen Divisor durch einen äußeren Widerstand bestimmt wird. Die Multiplikation kann beispielsweise in der Art und Weise durchgeführt werden, wie dies in "IEEE Journal of Solid-State Circuits" August 1932, Seiten 713-715 beschrieben ist.
• Eine angepaßte und bevorzugte Ausführungsform zum Gebrauch in einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung einer solchen Strommultiplikationsschaltung ist die Schaltungsanordnung 431r, dargestellt in Fig. 4D. Der innere Widerstand ist ein Widerstand ri und der äußere Widerstand ist ein Widerstand r&sub2;. Die Strommultiplizierschaltung 531r ist wie folgt zusammengesetzt. In einem ersten Stromspiegel sind fünf Transistoren TI1 bis TI5 vorgesehen, d.h. die Basis-Elektroden sind miteinander verbunden und die Emitter-Elektroden sind ebenfalls miteinander verbunden. Der Transistor TI3 dieser Transistoren TI1 bis TI5 funktioniert als Eingangstransistor, weil dessen Kollektor-Elektrode über einen Transistor TI6 mit der Basis-Elektrode verbunden ist. Die Basis-Elektrode dieses Transistors TI6 ist mit der Kollektor-Elektrode des Eingangstransistors TI3 verbunden, die Kollektor-Elektrode ist mit einer positiven Speiseklemme verbunden und die Emitter-Elektrode ist mit den Basis-Elektroden der Transistoren TI1 bis T15 verbunden und liefert Basisströme für diese Transistoren.
• Auf gleiche Weise sind in einem zweiten Stromspiegel vier Transistoren TJ1 bis TJ4 vorgesehen. Der Transistor TJ4 dieser Transistoren TJ1 bis TJ4 funktioniert als Eingangstransistor, weil die Kollektor-Elektrode über einen Transistor TJ6 mit der Basis-Elektrode verbunden ist. Die Emitter-Elektroden dieser beiden Stromspiegel sind nach Erde verbunden. Gewünschtenfalls können diese Emitter-Elektroden über geeignet gewählte Widerstände nach Erde verbunden werden.
• Die Kollektor-Elektrode des Eingangstransistors TI3 ist ebenfalls mit der Kollektor-Elektrode eines Transistors TI7 verbunden, dessen Emitter-Elektrode mit der Basis-Elektrode eines Transistors TI8 verbunden ist und, über den Widerstand r&sub1;, mit einer positiven Speiseklemme, mit der ebenfalls die Emitter-Elektrode des Transistors T&sub1;8 verbunden ist. Die Kollektor-Elektrode des Transistors TI8 ist mit der Kollek-10 tor-Elektrode des Transistors TI4 sowie mit der Basis des Transistors TI7 verbunden.
• Die Kollektor-Elektrode des Eingangstransistors TJ4 ist ebenfalls mit der Kollektor-Elektrode eines Transistors TI7 verbunden, dessen Emitter-Elektrode mit der Basis-Elektrode des Transistors TI8 und mit einer Klemme 403 verbunden ist. Die Emitter-Elektrode des Transistors TJ8 ist mit einer positiven Speiseklemme und mit einer Klemme 405 verbunden. Der Widerstand r&sub2; ist zwischen den Klemmen 403 und 405 vorgesehen. Die Kollektor-Elektrode des Transistors TI8 ist mit der Kollektor- Elektrode des Transistors TJ5 und mit der Basis-Elektrode des Transistors TJ7 verbunden.
• Die Strommultiplizierschaltung 431r arbeitet wie folgt. Da die Transistoren TI4 und TI5 in einem Stromspiegel vorgesehen sind, transportieren die Transistoren TI8 und TJ8 ebenfalls denselben Strom, so daß auch die Basis-Emitterspannungen dieser Transistoren TI8 und TJ8 einander gleich sein mussen. Da die Widerstände r&sub1; und r&sub2; parallel zu diesen Basis-Emitterübergängen vorgesehen sind, ist das Verhältnis zwischen dem strom U durch den Widerstand r&sub1; und dem Strom J durch den Widerstand r&sub2; nur abhängig von dem Verhältnis zwischen den Widerstandswerten dieser Widerstände. Die Ströme I und J fließen über die Transistoren TI7 durch die Eingangstransistoren TI3 und TJ4 der betreffenden Stromspiegel, was dazu führt, daß alle Transistoren TI1 bis TI5 einen Strom I transportieren und alle Transistoren TJ1 bis TJ4 einen Strom J transportieren.
• Die Transistoren TI1 und TI2 sind vergleichbar mit den Stromquellen In und Ir2 in Fig. 4C und liefern Einstellströme, die dem Strom I an den Transistoren Tr1 bzw. Tr2 entsprechen, die zusammen mit dem Widerstand ri' geraden den Transkonduktanzverstärker 429r bilden, der mit dem Teil 41 9r des Transkonduktanzverstärkers 415r nach Fig. 4C vergleichbar ist. Die Kollektor-Elektrode des Transistors Tr1 ist mit der Emitter-Elektrode eines Transistors Tr9 verbunden, dessen Basis-Elektrode mit einer Bezugsspannungsklemme VR3 verbunden ist und dessen Kollektor-Elektrode mit der positiven Spannungsklemme verbunden ist. Auf gleiche Weise ist die Kollektor- Elektrode des Transistors Tr2 mit der Emitter-Elektrode eines Transistors TI10 verbunden, dessen Basis-Elektrode mit der Bezugsspannungsklemme VR3 verbunden ist und dessen Kollektor-Elektrode mit der positiven Speiseklemme verbunden ist. Die Emitter- Elektroden der Transistoren TI9 und TI10 sind ebenfalls mit den Basis-Elektroden der Transistoren TJ9 bzw. TI10 verbunden, deren Emitter-Elektroden miteinander und mit den Kollektor-Elektroden der Transistoren Tj2 bzw. Tj3 verbunden sind, so daß ein Einstellstrom J durch diese Transistoren TI9 und Tj10 fließt. Die Kollektor-Elektrode des Transistors TJ10 ist mit einem Eingang 428r der Einstellschaltung 427r verbunden. Die Kollektor-Elektrode des Transistors TJ9 ist mit einer Speisespannung verbunden. Die Kollektor-Elektrode des Transistors TJ1 ist mit einer Klemme 430r der Einstellschaltung 427r verbunden.
• Die Strommultiplikation des Stromes ir durch den Widerstand ri' mit dem Faktor r&sub1;/r&sub2; = J/I geschieht wie folgt. Da die Basis-Elektroden der Transistoren TI9 und YI10 sind mit der Bezugsspannungsklemme VR3 verbunden und haben folglich ein festes Potential, das Emitterpotential dieser Transistoren ist unmittelbar abhängig von den Kollektorströmen durch diese Transistoren TI9 und TI10 entsprechend der bekannten exponentiellen Beziehung VBE = (kT/q) x 1 n (IC/IS) zwischen der Basis- Emitterspannung VBE und dem Kollektorstrom IC eines bipolaren Transistors. D das Emitterpotential der Transistoren TJ9 und TJ10 einander entsprechen, gilt auch, daß entsprechend derselben exponentiellen Beziehung die Kollektorströme durch diese Transistoren von dem Basispotential dieser Transistoren abhängig sind, die dem Emittelpotential der Transistoren TI9 bzw, TI10 entsprechen. Die genannte Beziehung bedeutet, daß eine Schwankung uB in dem Emitterpotential der Transistoren TI9 und TI10 und folglich in dem Basispotential der Transistoren TJ9 bzw. TJl10 unmittelbar proportional ist zu ir/I und daß eine Schwankung jr in dem Kollektorstrom der Transistoren TJ9 und TI10 unmittelbar proportional zu J.uB ist, so daß jr/ir gleich J/I ist.
• Da ir = vi/ri' ist, folgt hieraus, daß:
• jr r&sub1;/r&sub2; vi/ri (4)
• Da die Temperaturkoeffizienten der inneren Widerstände r&sub1; und r&sub1;' einander ausgleichen, wird die Temperaturabhängigkeit des Stromes jr nur durch den externen Widerstand r&sub2; bestimmt. Das Übertragungsverhältnis der erfindungsgemäßen Verstär keranordnung ist nun auch besser bekannt, weil die Streuungen in den Widerstandswerten der inneren Widerstände r&sub1; und r&sub1;' einander ausgleichen, so daß die Streuung in dem Übertragungsverhältnis der Verstärkeranordnung im Wesentlichen ausschließlich abhängig ist von der Streuung in dem externen Widerstand r&sub2; und rf, die im Allgemeinen viel kleiner ist oder kleiner gemacht werden kann als die Streuung in den inneren Widerständen. Dieser letztere Vorteil ist besonders wichtig, wenn anders als in der Figur dargestellt, die Transkonduktanz des Transkonduktanzverstärkers nicht mit Hilfe einer Einstellschaltung eingestellt werden kann.
• Die Einstellschaltung 427r erfullt dieselbe Aufgabe wie die Einstellschaltung 417r aus Fig. 4C, aber im vergleich zu dieser Schaltungsanordnung hat sie den Vorteil, daß eine Bewegung des Schleifers 412r des Einstellwiderstandes Pr eine mehr proportionale Änderung in dem Ausgangsstrom ui bringt und daß ausschließlich der Wert des Signalstroms ii durch den Einstellwiderstand pr und nicht der Einstellstrom, von dem dieser Signalstrom eine Abwandlung ist, angepaßt wird.
• Die Einstellschaltung 427r ist wie folgt konstruiert. Der Eingang 428r, durch den der Strom jr fließt, und die Klemme 430r der Einstellschaltung 427r, durch die der Strom J fließt, sind mit zwei kreuzgekoppelten Differenzverstärkern verbunden, die je die Transistoren Tr3, Tr4 bzw. Trs, Tr6 enthalten. Die miteinander verbundenen Emitter-Elektroden der Transistoren Tr3, Tr4 sind mit dem Eingang 248r verbunden und die miteinander verbundenen Emitter-Elektroden der Transistoren Tr5, Tr6 sind mit der Klemme r3or verbunden. Die Kollektor-Elektrode des Transistors Tr3 ist mit dem Ausgang 301 des Transkonduktanzverstärker 425r verbunden sowie mit einer Speisespannung, und zwar über eine Stromquelle Jr. Ebenso wie die Kollektor-Elektrode des Transistors Tr6, ist die Kollektor-Elektrode des Transistors Tr4 mit der Speiseklemme verbunden.
• Die Eingänge dieser beiden kreuzgekoppelten Differenzverstärker, wobei diese Eingänge durch die miteinander verbundenen Basis-Elektroden der Transistoren Tr3 und Tr6 bzw. Tr4 und Tr5 gebildet sind, sind mit je einem einzelnen Ausgang eines weiteren durch einen Widerstand R degenerierten und zwei Transistoren Tr9, Tr10 aufweisenden Differenzverstärkers verbunden. Ein erster Eingang dieses weiteren degenerierten Differenzverstärkers, der durch die Basis-Elektrode des Transistors Tr9 gebildet wird, it mit dem Sclileifkontakt 412r des Einstellwiderstandes Pr verbunden und ein zweiter Eingang, gebildet durch die Basis-Elektrode des Transistors Tr10 ist mit einer Bezugsspannungsklemme VRI verbunden. Die Emitter-Elektrode des Transistors Tr9 ist über eine Stromquelle Ir3 nach Erde und über den Widerstand R mit der Emitter- Elektrode des Transistors Tr10 verbunden, wobei diese letztere Emitter-Elektrode ebenfalls über eine Stromquelle Ir4 nach Erde verbunden ist. Die Kollektor-Elektrode des Transistors Trg ist mit der Basis-Elektrode des Transistors Tr4 und mit der Emitter- Elektrode des Transistors Tr7 verbunden. Die Kollektor-Elektrode des Transistors Tr10 ist mit der Basis-Elektrode des Transistors Tr3 und mit der Emitter-Elektrode eines Transistors Tr&sup8; verbunden. Die Basis-Elektroden der Transistoren Tr7 und Tr8 sind mit einer Bezugsspannungsklemme VR2 verbunden und die Kollektor-Elektroden dieser Transistoren sind mit einer positiven Speiseklemme verbunden.
• Die Einstellschaltung 427r arbeitet wie folgt. Wenn die Spannung, die mit Hilfe des Einstellwiderstandes Pr an der Basis-Elektrode ds Transistors Pr eingestellt werden kann, an der Basis-Elektrode des Transistors Trg der Bezugsspannung VRI an der Basis-Elektrode des Transistors Trio entspricht, fließen entsprechende Ströme durch die Kollektor-Elektroden dieser Transistoren, wobei diese Ströme entsprechende Spannungsabfälle an den Transistoren Tr7 bzw. Tr8 erzeugen, so daß die Basisspannungen der Transistoren Tr3 und Tr6 den Basisspannungen der Transistoren Tr4 und Tr5 entsprechen, was zu identischen Hälften des Signalstroms jr führt, der durch die Transistoren Tr3 und Tr4 fließt, so daß der Ausgangssignalstrom dem Wert 0,5 x jr entspricht. Wenn die Spannung, die mit Hilfe des Einstellwiderstandes Pr an der Basis- Elektrode des Transistors Trg eingestellt werden kann, gegenüber der Bezugsspannung VRI zunimmt, nimmt der Kollektorstrom des Transistors Tr10 proportional ab, so daß eine zunehmende Spannungsdifferenz zwischen den Basis-Elektroden der Transistoren Tr3 und Tr&sup6; und den Basis-Elektroden der Transistoren Tr5 und Tr5 erzeugt wird, so daß derjenige Teil des Signalstroms jr, der durch den Ausgang 301 fließt, zunimmt. Wenn in dem entgegengesetzten Fall die Spannung, die mit Hilfe des Einstellwiderstandes pr eingestellt werden kann, an der Basis-Elektrode des Transistors Tr9 gegenüber der Bezugsspannung VRI abnimmt, nimmt derjenige Teil des Signalstroms jr, der durch den Ausgang 301 fließt, entsprechend ab.
• Fig. 5A zeigt einen gegengekoppelten Transimpedanzverstärker 503, wobei eine erste Ausführungsform einer Eingangsstufe 501A zum Gebrauch in einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung dargestellt ist. Der Eingang 209 des Transimpedanzverstärkers 503 ist mit der Eingangsstufe 501A verbunden, die mit einem ersten Differenzverstärker versehen ist, der einen ersten Transistor T1 und einen zweiten Transistor T2 aufweist, wobei die Emitter-Elektrode des ersten Transistors Tl mit der Emitter-Elektrode des zweiten Transistors T2 sowie mit einer ersten Stromquelle T1 verbunden ist. Die Kollektor-Elektrode des ersten Transistors Tl ist mit dem Eingang 209 des Transimpedanzverstärkers A2 verbunden und die Kollektor-Elektrode des zweiten Transistors T2 ist mit einer Bezugsspannung VREF verbunden. Die Eingangsstufe 501A ist ebenfalls mit einem zweiten Differenzverstärker versehen, der einen dritten Transistor T3 und einen vierten Transistor T4 aufweist, wobei die Emitter- Elektrode des dritten Transistors T3 mit der Emitter-Elektrode des vierten Transistors T4 sowie mit einer zweiten Stromquelle T2 verbunden ist. Die Basis-Elektroden des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2 sind mit den Basis-Elektroden und den Kollektor-Elektroden des vierten Transistors 14 bzw. des dritten Transistors 13 verbunden. Die Eingangsstufe 501A enthält ebenfalls einen fünften Transistor T5, dessen Basis-Elektrode mit dem Eingang 209 des Transimpedanzverstärkers 503 verbunden ist, dessen Emitter-Elektrode mit der Kollektor-Elektrode des vierten Transistors T4 verbunden ist und dessen Kollektor-Elektrode mit der Source-Elektrode eines Feldeffekttransistors 18 verbunden ist, dessen Gate-Elektrode mit einer Bezugsspannungidemme V&sub5; verbunden ist und dessen Drain-Elektrode mit einem ersten Ausgang 523 der Eingangsstufe 501A verbunden ist. Diese Eingangsstufe 501a enthält ebenfalls einen sechsten Transistor T6, dessen Basis-Elektrode mit der Bezugsspannung VREF verbunden ist, dessen Emitter-Elektrodemit der Kollektor-Elektrode des dritten Transistors 13 verbunden ist und dessen Kollektor-Elektrode mit der Source-Elektrode eines Feldeffekttransistors 17 verbunden ist, dessen Gate-Elektrode mit der Bezugsspannungsklemme V&sub5; verbunden ist und dessen Drain-Elektrode mit einem zweiten Ausgang 525 der Eingangsstufe 501A verbunden ist.
• Der erste Ausgang 523 der Eingangsstufe 501A ist mit einem ersten Eingang 519 einer Ausgangsstufe 517 verbunden und der zweite Ausgang 525 der Eingangsstufe 501A ist über eine Stromspiegelschaltung M mit einem zweiten Eingang 515 der Ausgangsstufe 517 gekoppelt, die aus einem Gegentaktverstärker besteht. Eine gemeinsame Klemme 511 der Stromspiegelschaltung M ist mit einer hohen positiven Speisespannung verbunden. Der genannte Gegentaktverstärker 517 ist gebildet durch einen ersten Feldeffekttransistor 01, dessen Gate-Elektrode und Drain-Elektrode mit dem zweiten Eingang 515 der Ausgangsstufe 517 verbunden sind, durch einen zweiten Feldeffekttransistor 02, dessen Gate-Elektrode mit der Gate-Elektrode des ersten Feldeffekttransistors 01 verbunden ist und desen Source-Elektrode mit dem Ausgang 521 der Ausgangsstufe 517 verbunden ist, die mit dem Ausgang 213 des Transimpedanzverstärkers 503 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 02 ist mit der hohen positiven Speisespannung verbunden. Der Gegentaktverstärker enthält ebenfalls einen dritten Feldeffekttransistor 03, dessen Source-Elektrode mit dem Ausgang 521 der Ausgangsstufe 517 verbunden ist und dessen Gate-Elek-trode mit dem ersten Eingang 519 der Ausgangsstufe 517 verbunden ist und dessen Drain-Elektrode nach Erde verbunden ist. Zum Schluß enthält der Gegentaktverstärker 517 einen vierten Feldeffekttransistor 04, dessen Source-Elektrode mit der Source-Elektrode des ersten Feldeffekttransistors 01 verbunden ist und dessen Gate-Elektrode und dessen Drain-Elektrode mit der Gate-Elektrode des dritten Feldeffekttransistors 03 verbunden sind. Der erste und der zweite Feldeffekttransistor 01, 02 ist von dem leitungstyp, der dem leitungstyp des dritten und vierten Feldeffekttransistors 03, 04 entgegengesetzt ist.
• Während nur Signaispannungen und Signaiströme betrachtet werden und Basisströme von Transistoren einfachheitshalber unberücksichtigt gelassen werden, arbeitet die Schaltungsanordnung nach Fig. 5A wie folgt. Zunächst wird überprüft, ob die beschriebene Schaltungsanqrdnung der Transistoren T1 bis T6 tatsächlich eine sehr niedrige Eingangsirnpedanz ergibt. Der Strom ic durch den Eingang 209 des Transimpedanzverstärkers A2 fließt durch den Transistor T1, so daß an dem Basis-Emitter- Übergang eine Spannung ic x rd erzeugt wird, wobei rd dem Differenzwiderstand des Transistors T1 entspricht, d.h. nahezu entspricht bei 25 mV/(T1/2) bei einer Temperatur von 300 K. Der Strom ie fließt ebenfalls durch den Transistor T2, so daß eine Spannung -ic x rd an dem Basis-Emitter-Übergang erzeugt wird. Wenn vorausgesetzt wird, daß T2 dem Wert m x ic entspricht, fließt durch die Transistoren T5, T4 und T3, T6 so daß Spannungen, die dem Wert m X x rd/m und -m x rd/m entsprechen, an den betreffenden Basis-Emitter-Übergängen erzeugt werden. Aus dem Obenstehenden geht hervor, daß ein Strom ie durch den Eingang 209 des Transimpedanzver-stärkers 503 eine Spannung zwischen diesem Eingang Lind der Klemme von VREF erzeugt, wobei diese Spannung dem Wert 4 x ic x rd entspricht, so daß die Eingangsim-pedanz folglich nur dem vierfachen Differenzwiderstand rd entspricht.
• Eine Stromverstärkung, die dem Wert m entspricht, wird ebenfalls in dem obenstehenden Konzept erzielt. Für ein bestimmtes Produkt aus Verstärkung und Bandbreite der betreffenen Eingangsstufe bedeutet dies aber, daß die Bandbreite um denselben Faktor m abnimmt. Im Zusammenhang damit wird ein Wert von m bevorzugt, der etwa gleich 2 ist.
• Bei dem obengenannten möglichen Gebrauch der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung als Video-Ausgangsverstärker wird die Speisespannung an der Klemme 511 der Stromspiegelschaltung M und der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 02 beispielsweise 250 Volt betragen. Wenn die Feldeffekttransistoren 17 und T8 nicht vorgesehen wären, könnten die Kollektor-Basisspannungen der Transistoren 15 und T6 in dieser Applikation mehr als 200 Volt betragen, so daß dies die Verwendung von Niederspannungstransistoren ausschießen würde. Da die Drain-Gate- Übergänge der Feldeffekttransistoren bei einem herkömmlichen IC-Prozeß einem solchen Spannungsabfall viel besser bestehen können, sind die Transistoren 17 und 18 als Spannungspuffer in der Schaltungsanordnung vorgesehen. In einer Applikation, bei der viel niedrigere Spannungen aufireten, können sie selbstverständlich fortgelassen werden. Wenn ein IC-Prozeß angewandt wird, bei dem bipolare Hochspannungstransistoren möglich sind, kann ebenfalls auf die Transistoren 17 und 18 in der genannten Video-Ausgangsverstärkeranordnung verzichtet werden und die Transistoren 01 bis 04 können bipolare Transistoren sein.
• Fig. 5B zeigt eine zweite Ausführungsform 501B einer Eingangsstufe einer Transimpedanzschaltung zum Gebrauch in einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung. Der Unterschied mit der Eingangsstufe 501A aus Fig. 5A ist, daß die Kollektor-Elektroden der Transistoren 11 und 12 mit deren Basis-Elektroden verbun den sind, während die Kollektor-Elektrode des Transistors 13 nicht länger mit dessen Basis-Elektrode verbunden ist und unmittelbar mit dem zweiten Ausgang 525 der Eingangsstufe 501B nach Fig. 5B verbunden ist und die Kollektor-Elektrode des Transistors 14 ist nicht länger mit der Basis-Elektrode verbunden, sondern unmittelbar mit dem ersten Ausgang 523 der Eingangsstufe 501B. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß die Eingangsimpedanz nur 2 x rd ist.
• In der Ausführungsform nach Fig. SB ist die Eingangsimpedanz noch weiter verringert, weil die Kollektor-Elektrode des Transistors 12 nicht länger mit der Bezugsspannungsklemme VREF verbunden ist, sondern mit dem Ausgang 540 eines Differenzverstärkers 550, dessen invertierender Eingang 560 mit der Kollektor Elektrode des Transistors T1 verbunden ist und dessen nicht-invertierender Eingang 570 mit der Bezugsspannungsklemme VREF verbunden ist. Auf gleiche Weise kann die Eingangsimpedanz ebenfalls verringert werden in der Ausführungsform der Eingangsstufe nach Fig. 5A.
• Es ist wahr, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sehr bevorzugte Ausführungsformen sind, aber sie sind nur beispielsweise und zum besseren verständnis der Erfindung gegeben; die Erfindung beschränkt sich aber nicht darauf Folglich wird jede beliebige Transadmittanzschaltung befriedigend sein, wenn das Übertragungsfunktionsmodul einen Anstieg erster Ordnung hat über etwa derselben Frequenz wie die, über der das Übertragungsfunktionsmodul der Gegenkopplungsschaltung einen Anstieg erster Ordnung. Wenn die Transadmittanzschaltung mit einer oder mehreren Einstellschaltungen ausgebildet ist, wird eine Einstellschaltung anders als die aus Fig. 4C und 4D beftiedigend sein; die dargestellten elektronischen Potentiometer sind nur zwei Stück unter vielen Möglichkeiten. Im Rahmen der Erfindung ist es ebenfalls möglich, eine Transadmittanzschaltung zu wählen mit zwei Ausgängen, deren betreffenden Ausgangssignale zueinander gegenphasig sind, wobei diese Ausgänge mit einem invertierenden bzw. einem nicht-invertierenden Eingang des Transadmittanzverstärkers gekoppelt sind. Der Stromeingang des Transadmittanzverstärkers, dem der gegengekoppelte Strom if zugeführt wird, braucht nicht unbedingt mit dem Stromeingang zusammenzufallen, dem der Signalstrom ii zugeführt wird. Der erfindungsgemäße Transadmittanzverstärker kann ebenfalls mehrere Ausgänge haben, bzw. zwei Ausgänge, von denen der eine mit der gegengekoppelten Schaltungsanordnung gekoppelt ist und der andere mit einer Schaltungsanordnung gekoppelt ist (beispielsweise einer Wiedergaberöhre einer Wiedergabeanordnung), die durch die Verstärkeranordnung gesteuert wird. In der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung ist es möglich, verschiedene Elemente und/oder Technologien zu wählen, wenn ein Entwerfer dies für erwünscht halten würde, ohe daß dabei der Rahmen der Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, verlassen wird.

Claims (22)

1. Verstärkeranordnung mit den nachfolgenden Elementen:

- einer Transadmittanzschaltung, deren Eingang mit einem Eingang der Verstärkeranordnung gekoppelt ist und

- einem Transadmittanzverstärker, dessen Eingang mit einem Ausgang der Transadmittanzschaltung gekoppelt ist und dessen Ausgang mit einem Ausgang der Verstärkeranordnung gekoppelt ist, wobei das Übertragungsftinktionsmodul des Transadrnittanzverstärkers eine Abnahme erster Ordnung über einer ersten Frequenz F1 hat und eine Abnahme zweiter ordnung über einer zweiten Frequenz F2, wobei der genannte Transadmittanzverstärker mittels einer negativen Stromrückkopplungsschaltung gegengekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Gegenkopplungsschaltung durch eine Gegenkopplungsimpedanz gebildet wird, deren invertiertes Übertragungsfunktionsmodul unterhalb der zweiten Frequenz F2 kleiner ist als das Übertragungsfunktionsmodul des Transadmittanzverstärkers, und wobei das invertierte Übertragungsfunktionsmodul der Gegenkopplungsimpedanz eine Abnahme erster Ordnung über einer dritten Frequenz F3 hat, so daß das Übertragungsfunktionsmodul des gegengekoppelten Transimpedanzverstärkers eine Abnahme erster Ordnung über ei 11er vierten Frequenz F4 hat, die der dritten Frequenz F3 nahezu entspricht, und eine Abnahme zweiter Ordnung über einer fünften Frequenz F5,

- wobei das Übertragungsfinktionsmodul der Transadmittanzschaltung eine Zunahme erster Ordnung über einer sechsten Frequenz F6 hat, die der vierten Frequenz F4 nahezu entspricht, so daß das Übertragungsfunktionsmodul der Verstärkeranordnung eine Abnahme erster Ordnung über der fünften Frequenz F5 hat und

- der Transimpedanzverstärker einen niederohmigen negativen Stromrückkopplungseingang hat mit einer Eingangsimpedanz, deren Modul wenigetsn für Frequenzen unterhalb der fünften Frequenz F5 im Vergleich zu dem Modul der Gegenkopplungsimpedanz so niederohmig ist, daß die Abnahme erster Ordnung des invertierten Übertragungsftinktionsmoduls der negativen Rückkopplungsimpedanz sich lange genug erstreckt zum Abfangen der Abnahme zweiter Ordnung des Übertragungsfunktionsmoduls des Transimpedanzverstärkers bei der Frequenz F5, die über der zweiten Frequenz F2 liegt.

2. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Frequenz F2 größer ist als etwa ein Fünftel der fünften Frequenz F5.

3. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Frequenz F3 größer ist als etwa ein Fünftel der fünften Frequenz F5.

4. Verstärkeranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Frequenz F3 nicht größer ist als die zweite Frequenz F2.

5. Verstärkeranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gegengekoppelte Impedanz eine Paraheischaltung eines Widerstandes und eines Kondensators aufweist.

6. Verstärkeranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transadmittanzschaltung eine Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators aufweist.

7. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Transadrnittanzschaltung ein Transadmittanzverstärker ist, der einen durch eine Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators degenerierten Differenzverstärker aufweist.

8. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Transadmittanzschaltung ein Transadmittanzverstärker ist, der eine parallelschaltung eines Transkonduktanzverstärkers und eines Transsuszeptanzverstärkers aufweist.

9. Verstärkeranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Transkonduktanzverstärker einen durch einen Widerstand degenerierten Differenzverstärker aufweist und daß der Transsuszeptanzverstärker einen durch einen Kondensator degenerierten Differenzverstärker aufweist.

10. Verstärkeranordnung nach einem der Anspruche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Transadmittanzschaltung Einstellmittel aufweist zum Einstellen der sechsten Frequenz F6 in der Übertragungsfunktion des Transadmittanzverstärkers.

10 11. Verstärkeranordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Transadmittanzverstärker Einstellmittel aufweist zum Einstellen der sechsten Frequenz F6 in der Übertragungsfunktion des Transadmittanzverstärkers.

12. Verstärkeranordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel durch Mittel zum Einstelen des Widerstandswertes des Widerstandes und/oder der Kapazität des Kondensators gebildet sind.

13. Verstärkeranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel die nachfolgenden Elemente aulweisen:

- eine erste Einstellschaltung, durch die mit Hilfe eines ersten Einstellwiderstandes ermittelt werden kann, welcher Teil eines Stromes abhängig von der Eingangsspannung an dem Eingang des Transadmittanzverstärkers und von der Transkonduktanz des Transkonduktanzverstärkers zu dem Ausgang des Transadmittanzverstärkers durchgelassen wird, und

- eine zweite Einstellschaltung, durch die mit Hilfe eines zweiten Einstellwiderstandes ermittelt werden kann, welcher Teil eines Stromes abhängig von der Eingangsspannung an dem Eingang des Transadmittanzverstärkers und von der Transsuszeptanz des Transsuszeptanzverstärkers zu dem stromausgang des Transadmittanzverstärkers durchgelassen wird.

14. Verstärkeranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Einstellschaltungen mit zwei kreuzgekoppelten Differenzverstärkern versehen ist, wobei ein Ausgang derselben mit einem Ausgang des Transadmittanzverstärkers gekoppelt ist und wobei Eingänge mit den betreffenden Ausgängen eines weiteren durch einen Widerstand degenerierten Differenzverstärkers verbunden ist, wobei ein erster Eingang des genannten weiteren degenerierten Differenzverstärkers rnit einem Schleifkontakt des Einstellwiderstandes gekoppelt ist und ein zweiter Eingang mit einer Bezugsspannungsklemme gekoppelt ist.

15. Verstärkeranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transimpedanzverstärker eine Eingangsstufe aufweist, welche die nachfolgenden Elemente umfaßt:

- einen ersten Differenzverstärker mit einem ersten und einem zweiten Transistor, wobei eine Emitter-Elekt rode des ersten Transistors mit einer Emitter-Elektrode des zweiten Transistors sowie mit einer ersten Stromquelle gekoppelt ist, wobei eine Kollektor-Elektrode des ersten Transistors mit dem Eingang des Transimpedanzverstärkers gekoppelt ist und wobei eine Kollektor-Elektrodedes zweiten Transistors mit einer Bezugsspannungsklemme gekoppelt ist, und

- einen zweiten Differenzverstärker mit einem dritten und einem vierten Transistor, wobei eine Emitter-Elektrode des dritten Transistors mit einer Emitter-Elektrode des vierten Transistors sowie mit einer zweiten Stromquelle gekoppelt ist, wobei die Basis-Elektroden des dritten und des vierteil Transistors mit den Basis-Elektroden und den Kollektor-Elektroden des zweiten bzw. ersten Transistors gekoppelt sind, wobei eine Kollektor-Elektrode des vierten Transistors mit einem ersten Ausgang der Eingangsstufe und eine Kollektor-Elektrode des dritten Transistors mit einem zweiten Ausgang der Eingangsstufe gekoppelt ist.

16. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Transimpedanzverstärker eine Eingangsstufe aufweist, welche die nachfolgenden Elemente umfaßt:

- einen ersten Differenzverstärker mit einem ersten und einem zweiten Transistor, wobei eine Emitter-Elektrode des ersten Transistors mit einer Emitter-Elektrode des zweiten Transistors sowie mit einer ersten Stromquelle gekoppelt ist, wobei eine Kollektor-Elektrode des ersten Transistors mit dem Eingang des Transimpedanzverstärkers und eine Kollektor-Elektrode des zweiten Transistors mit einer Bezugsspannungsklemme gekoppelt ist und

- einen zweiten Differenzverstärker mit einem dritten und einem vierten Transistor, wobei eine Emitter-Elektrode des dritten Transistors mit einer Emitter-Elektrode des vierten Transistors sowie mit einer zweiten Stromquelle gekoppelt ist, wobei die Basis-Elektrode des dritten und vierten Transistors mit der Basis-Elektrode bzw. der Kollektor-Elektrode des zweiten und dritten Transistors gekoppelt ist,

- einen fünften Transistor, von dem eine Basis-Elektrode mit dem Eingang des Transimpedanzverstärkers gekoppelt ist, wobei eine Emitter-Elektrode mit einer Koilektor-Elektrode des vierten Transistors und eine Kollektor-Elektrode mit einem ersten Ausgang der Eingangsstufe gekoppelt ist und

- einen sechsten Transistor, von dem eine Basis-Elektrode mit der Bezugsspannungsklemme gekoppelt ist, wobei eine Emitter-Elektrode miteiner Kollektor-Elektrode des dritten Transistors und eine Kollektor-Elektrode mit einem zweiten Ausgang der Eingangsstufe gekoppelt ist

17. Verstärkeranordnung nach Ansprnch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Elektrode des zweiten Transistors über einen dritten Differenzverstärker mit der Bezugsspannungsklemme gekoppelt ist, wobei ein Ausgang dieses Verstärkers mit der Kollektor-Elektrode des zweiten Transistors gekoppelt ist, wobei ein invertierender Eingang mit dem Eingang des Transimpedanzverstärkers und ein nicht-invertierender Eingang mit der Bezugsspannungsklemme gekoppelt ist.

18. Verstärkeranordnung nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Elektroden, die mit dem ersten und dem zweiten Ausgang der Eingangsstufe des Transimpedanzverstärkers gekoppelt sind, je mit Hilfe eines Feldeffekttransistors in Gate-Schaltung mit dem genannten ersten und zweiten Ausgang der Eingangsstufe gekoppelt sind.

19. Verstärkeranordnung nach Anspruch 15, 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausgang der Eingangsstufe des Transimpedanzverstärkers mit einem ersten Eingang einer Ausgangsstufe gekoppelt ist, und daß der zweite Ausgang der Eingangsstufe des Transimpedanzverstärkers mit Hilfe einer Stromspiegelschaltung mit einem zweiten Eingang der Ausgangsstufe gekoppelt ist, wobei ein Ausgang der genannten Ausgangsstufe mit dem Ausgang des Transimpedanzverstärkers gekoppelt ist.

20. Verstärkeranordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufe durch einen Gegentaktverstärker gebildet ist.

21. Verstärkeranordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegentaktverstärker die nachfolgenden Elemente enthält:

- einen ersten Feldeffekttransistor, dessen Gate-Elektrode und Drain-Elektrode mit dem zweiten Eingang der Ausgangsstufe gekoppelt sind,

- einen zweiten Feldeffekttransistor, dessen Gate-Elektrode mit der Gate-Elektrode des ersten Feldeffekttransistors gekoppelt ist und dessen Source-Elektrode mit dem Ausgang der Ausgangsstufe gekoppelt ist,

- einen dritten Feldeffekttransistor, dessen Source-Elektrode mit dem Ausgang der Ausgangsstufe gekoppelt ist und dessen Gate-Elektrode mit dem ersten Eingang der Ausgangsstufe gekoppelt ist und

- einen vierten Feldeffekttransistor, dessen Source-Elektrode mit einer Source-Elektrode des ersten Feldeffekttransistors gekoppelt ist und dessen Gate-Elektrode und Drain-Elektrode mit der Gate-Elektrode des dritten Feldeffekttransistors gekoppelt ist, wobei der erste und der zweite Feldeffekttransistor von einem Leitungstyp sind, der dem Leitungstyp des dritten und vierten Feldeffekttransistors entgegengesetzt ist.

22. Wiedergabeanordnung mit einem Verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Verstärker eine Verstärkeranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.