DE4336668A1 - Breitband-Konstantwiderstands-Verstärker - Google Patents

Breitband-Konstantwiderstands-Verstärker

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf Breitband-Konstantwiderstands- Verstärker, einer weit verbreiteten Gruppe von Verstärkern, die besonders für Hochfrequenz-Übertragungsleitungen und Funkkommunikationssysteme geeignet sind.
Eine Reihe bekannter Verstärkerschaltungen macht von einer Shunt/Reihen-Rückkopplung Gebrauch, wie sie in dem Ersatz­ schaltbild nach Fig. 1 dargestellt ist. Wenn es sich um einen idealen Verstärker handelt, gelten die folgenden Gleichungen für die Schaltung: RIN = RL, bei RF = RL × V und RE = RL/V, wobei V die Leerlaufspannungsverstärkung des Verstärkers ist.
Ein erster erfindungsgemäßer Breitband-Konstantwiderstands- Verstärker enthält einen ersten, einen zweiten und einen dritten Transistor, von denen jeder eine Steuerelektrode und einen Ausgangsstromkreis zwischen einer ersten und einer zweiten Ausgangselektrode aufweist, wobei die Steuerelektrode des ersten Transistors mit einem Eingangsanschluß des Ver­ stärkers, die erste Ausgangselektrode des ersten Transistors über den Ausgangsstromkreis des zweiten Transistors mit einem Bezugspotentialpunkt und über ein erstes Widerstandselement mit der Steuerelektrode des zweiten Transistors, die zweite Ausgangselektrode des ersten Transistors mit Belastungsmit­ teln und der Steuerelektrode des dritten Transistors, die erste Ausgangselektrode des dritten Transistors mit der Steuerelektrode des ersten Transistors über ein zweites Wi­ derstandselement und mit der Steuerelektrode des zweiten Transistors über ein drittes Widerstandselement und die zwei­ te Ausgangselektrode des dritten Transistors mit einem Aus­ gangsanschluß des Verstärkers verbunden ist.
Vorzugsweise hat das dritte Widerstandselement einen Wider­ standswert, der gleich dem gewünschten Ausgangswiderstand des Verstärkers ist, und das erste und zweite Widerstandselement Widerstandswerte aufweisen, die jeweils kleiner und größer als der erwähnte gewünschte Ausgangswiderstand sind, und zwar um einen Faktor, der gleich der Leerlaufspannungsverstärkung des ersten Transistors ist.
Ein zweiter erfindungsgemäßer Breitband-Konstantwiderstands- Verstärker enthält einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Transistors, die jeweils eine Steuerelek­ trode und einen Ausgangsstromkreis zwischen einer ersten und einer zweiten Ausgangselektrode aufweisen, wobei die Steuer­ elektrode des ersten Transistors mit einem Eingangsanschluß des Verstärkers verbunden ist, die erste Ausgangselektrode des ersten Transistors mit einem Bezugspotentialpunkt über ein erstes Widerstandselement verbunden ist, die zweite Aus­ gangselektrode des ersten Transistors mit Belastungsmitteln und der Steuerelektrode des zweiten Transistors verbunden ist, die ersten Ausgangselektroden des zweiten und dritten Transistors jeweils mit einer Stromquelle und über ein zwei­ tes und ein drittes Widerstandsmittel mit der Steuerelektrode des vierten Transistors verbunden sind, die erste Ausgangs­ elektrode des zweiten Transistors ebenfalls mit der Steuerelektrode des ersten Transistors über ein viertes Widerstandselement verbunden ist, die erste Ausgangselektrode des vierten Transistors mit einem Bezugspotentialpunkt ver­ bunden ist, die zweite Ausgangselektrode des vierten Transi­ stors mit Belastungsmitteln und der Steuerelektrode des drit­ ten Transistors verbunden ist und die zweiten Ausgangselek­ troden des zweiten und dritten Transistors mit jeweils einem Ausgangsanschluß des Verstärkers verbunden sind.
Vorzugsweise haben das zweite und das dritte Widerstandsele­ ment einen Widerstandswert, der gleich dem halben gewünschten Ausgangswiderstand des Verstärkers ist, und das erste und vierte Widerstandselement Widerstandswerte aufweisen, die um einen Faktor, der gleich der Leerlaufspannungsverstärkung des ersten Transistors ist, kleiner bzw. größer als der Wert des zweiten und dritten Widerstandselements sind.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Breitband-Konstantwiderstands- Verstärker enthält einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Transistor, die jeweils eine Steuerelektro­ de und einen Ausgangsstromkreis zwischen einer ersten und ei­ ner zweiten Ausgangselektrode aufweisen, wobei die Steuer­ elektrode des ersten Transistors mit einem Eingangsanschluß des Verstärkers verbunden ist, die ersten Ausgangselektroden des ersten und dritten Transistors gemeinsam und über eine Stromquelle mit einem Bezugspotentialpunkt verbunden sind, die zweite Ausgangselektrode des ersten Transistors mit Be­ lastungsmitteln und der Steuerelektrode des zweiten Transi­ stors verbunden ist, die erste Ausgangselektrode des zweiten Transistors über ein erstes Widerstandselement mit einem Be­ zugspotentialpunkt und über ein zweites Widerstandselement mit der Steuerelektrode des ersten Transistors verbunden ist, die zweite Ausgangselektrode des dritten Transistors mit Be­ lastungsmitteln und der Steuerelektrode des vierten Transi­ stors verbunden ist, die Steuerelektrode des dritten Transi­ stors über ein drittes Widerstandselement mit einem Bezugs­ potentialpunkt und über ein viertes Widerstandselement mit der ersten Ausgangselektrode des vierten Transistors verbun­ den ist und die zweiten Ausgangselektroden des zweiten und vierten Transistors jeweils mit einem Ausgangsanschluß des Verstärkers verbunden sind.
Vorzugsweise hat das erste und das vierte Widerstandselement einen Widerstandswert, der gleich der Hälfte des gewünschten Ausgangswiderstands des Verstärkers ist, und das zweite und dritte Widerstandselement einen Widerstandswert, der jeweils um einen Faktor, der gleich der Leerlaufspannungsverstärkung des ersten Transistors ist, größer bzw. kleiner als der Wert des ersten und vierten Widerstandselements ist.
Sodann enthält ein erfindungsgemäßer Differentialeingangs- Differentialausgangs-Breitband-Konstantwiderstands-Verstärker einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Transistor, die jeweils eine Steuerelektrode und einen Aus­ gangsstromkreis zwischen einer ersten und einer zweiten Aus­ gangselektrode aufweisen, wobei die Steuerelektroden des er­ sten und vierten Transistors mit jeweils einem Eingangsan­ schluß des Verstärkers verbunden sind, die zweiten Ausgangs­ elektroden des ersten und vierten Transistors jeweils mit Belastungsmitteln und jeweils den Steuerelektroden des zwei­ ten und dritten Transistors verbunden sind, die ersten Aus­ gangselektroden des zweiten und dritten Transistors jeweils über ein erstes und zweites Widerstandselement jeweils mit den Steuerelektroden des ersten und vierten Transistors ver­ bunden sind, die ersten Ausgangselektroden des ersten und dritten Transistors durch ein drittes Widerstandselement ver­ bunden sind, die ersten Ausgangselektroden des zweiten und vierten Transistors durch ein viertes Widerstandselement ver­ bunden sind, die ersten Ausgangselektroden des ersten und vierten Transistors durch ein fünftes Widerstandselement ver­ bunden sind und die zweiten Ausgangselektroden des zweiten und dritten Transistors mit jeweils einem Ausgangsanschluß des Verstärkers verbunden sind.
Vorzugsweise haben das dritte und das vierte Widerstandsele­ ment einen Widerstandswert, der gleich dem halben gewünschten Ausgangswiderstand des Verstärkers ist, das erste und zweite Widerstandselement einen Widerstandswert, der um einen Faktor, der gleich der Leerlaufspannungsverstärkung des ersten Transistors ist, größer als der Wert des dritten und vierten Widerstandselements ist, und das fünfte Widerstands­ element einen Widerstandswert, der um den erwähnten Faktor kleiner als der erwähnte gewünschte Ausgangswiderstand ist.
Hierbei können Mittel vorgesehen sein, die in Abhängigkeit von den Potentialen an den ersten Ausgangselektroden des zweiten und dritten Transistors die den Belastungsmitteln des ersten und vierten Transistors zugeführte Spannung so ändern, daß sich eine Gleichtakt-Gegenkopplung ergibt.
Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen erfin­ dungsgemäßer Breitband-Konstantwiderstands-Verstärker anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ersatzschaltbild bekannter Verstärker und die
Fig. 2 bis 6 Ausführungsformen erfindungsgemäßer Verstärker.
Nach Fig. 2 enthält eine Eintakt-Ausführungsform einen Ein­ gangstransistor 1, dessen Kollektorelektrode direkt mit der Basiselektrode eines Ausgangstransistors 2 verbunden ist, dessen Emitterelektrode über einen ohmschen Widerstand 3 auf die Basiselektrode des Transistors 1 und über einen ohmschen Widerstand 4 auf die Basiselektrode eines Transistors 5, des­ sen Kollektor-Emitter-Strecke (oder -Stromkreis) mit dem Emitterkreis des Transistors 1 verbunden ist, zurückgekoppelt ist. Die Emitter-Elektrode des Transistors 1 ist ihrerseits mit der Basiselektrode des Transistors 5 über einen ohmschen Widerstand 6 verbunden.
Bei diesem Aufbau entspricht die Spannungsverstärkung V des Verstärkers praktisch der Leerlaufspannungsverstärkung des Eingangstransistors 1. Um einen Konstantwiderstands-Verstär­ ker gemäß Fig. 1 zu erhalten, hat der Widerstand 4 einen Wert, der gleich dem gewünschten ohmschen Ausgangswiderstand ist, während die Widerstände 3 und 6 Werte haben, die jeweils größer und kleiner als der gewünschte Ausgangswiderstand sind, und zwar um einen Faktor, der gleich der Verstärkung V ist.
Fig. 3 stellt eine Eintakt-Eingangs/Differentialausgangs-Aus­ führungsform mit einem Eingangstransistor 1 dar, dessen Kollektorelektrode direkt mit der Basiselektrode eines Ausgangstransistors 2 verbunden ist, dessen Emitterelektrode über einen ohmschen Widerstand 3 auf die Basiselektrode des Transistors 1 zurückgekoppelt ist, wie bei der Ausführungs­ form nach Fig. 2. Bei dieser Differentialausgangs-Ausfüh­ rungsform ist jedoch ein zweiter Ausgangstransistor 7 vorgesehen, wobei die Emitterelektroden der Transistoren 2 und 7 jeweils über eine Stromquelle 8 und 9 mit Masse bzw. Erde und über jeweils einen ohmschen Widerstand 11 und 12 und die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors 13 mit einem Bezugsspannungspunkt 10 verbunden sind, während die Kollek­ torelektrode des Transistors 13 mit der Basiselektrode des Transistors 7 verbunden ist. Die Verbindungen über den Transistor 13 dienen dazu, das Potential des Verbindungspunk­ tes zwischen den ohmschen Widerständen 11 und 12 nahe bei dem des Punktes 10 zu halten, so daß die Potentiale der bzw. an den Emitterelektroden der Transistoren 2 und 7 gezwungen sind, sich differentiell zu ändern. Bei dieser Ausführung haben die Widerstände 11 und 12 jeweils den halben gewünsch­ ten Ausgangswiderstand, während der Widerstand 3 und der Emitterwiderstand 14 des Transistors 1 jeweils um den Faktor V größer bzw. kleiner als die Widerstände 11 und 12 sind.
Fig. 4 stellt einen weiteren Eintakt-Eingangs/Differential­ ausgangs-Verstärker dar. Bei dieser Ausführungsform ist die Emitterelektrode des Eingangstransistors 1 zusammen mit der eines Transistor 15 mit einer Stromquelle 16 verbunden, während die Kollektorelektroden der Transistoren 1 und 5 direkt jeweils mit den Basiselektroden der Ausgangstransisto­ ren 2 und 17 verbunden sind. Die Emitterelektrode des Transistors 2 ist bei dieser Ausführungsform mit der Basiselektrode des Transistors 1 über einen ohmschen Wider­ stand 3 und über einen ohmschen Widerstand 18 mit Masse verbunden, während die Emitterelektrode des Transistors 17 mit der Basiselektrode des Transistors 5 über einen ohmschen Widerstand 19 verbunden ist, wobei die Basiselektrode des Transistors 15 ihrerseits über einen ohmschen Widerstand 20 mit Masse verbunden ist. Die Widerstandswerte der Widerstände 18 und 19 sind in diesem Falle gleich dem halben gewünschten ohmschen Ausgangswiderstand, während die Widerstände 3 und 20 jeweils Widerstandswerte aufweisen, die jeweils um den Faktor V größer bzw. kleiner als der Wert der Widerstände 18 und 19 sind.
Die Verbindung der Emitter der Transistoren 1 und 15 mit der Stromquelle 16 dient der Differentialansteuerung der Aus­ gangstransistoren 2 und 17.
Nach den Fig. 5 und 6 enthält eine Differentialeingangs/Dif­ ferentialausgangs-Ausführungsform eine symmetrische Anord­ nung, bei der die Kollektorelektroden zweier Eingangstran­ sistoren 1 und 21 jeweils mit den Basiselektroden von Ausgangstransistoren 2 und 22 und die Emitterelektroden der Eingangstransistoren 1 und 21 jeweils mit einer Stromquelle 24 bzw. 25 und über einen ohmschen Widerstand 26 miteinander verbunden sind. Die Emitterelektroden der Transistoren 2 und 22 sind über ohmsche Widerstände 3 und 23 jeweils mit den Basiselektroden der Transistoren 1 und 21 und über ohmsche Widerstände 27 und 28 jeweils mit den Emitterelektroden der Transistoren 21 und 1 verbunden. Die Widerstände 27 und 28 haben Widerstandswerte, die gleich dem halben gewünschten Ausgangswiderstand des Verstärkers sind, während die Wider­ stände 3 und 23 Widerstandswerte haben, die um den Faktor V größer als diejenigen der Widerstände 27 und 28 sind, während der Widerstand 26 einen Widerstandswert hat, der um den Faktor V kleiner als der gewünschte Ausgangswiderstand ist.
Nach Fig. 6 kann dem Verstärker nach Fig. 5 mittels eines Meßtransistors 29 und eines weiteren Transistors 30 ein Gleichtakt-Rückkopplungssignal zugeführt werden, wobei die Transistoren 29 und 30 das den Kollektor-Belastungen der Transistoren 1 und 21 zugeführte Potential in Abhängigkeit vom Mittelwert der Potentiale an den Emitterelektroden der Transistoren 2 und 22 steuern.
In den Zeichnungen sind zwar npn-Transistoren dargestellt, doch können auch pnp-Bauelemente, Transistoren in Darlington- Schaltung oder Feldeffekttransistoren verwendet werden.

Claims (9)

1. Breitband-Konstantwiderstands-Verstärker mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Transistor, von denen jeder eine Steuerelektrode und einen Ausgangsstromkreis zwischen einer ersten und einer zweiten Ausgangselektrode aufweist, wobei die Steuerelektrode des ersten Transistors mit einem Eingangsanschluß des Verstärkers, die erste Ausgangselektrode des ersten Transistors über den Ausgangsstromkreis des zwei­ ten Transistors mit einem Bezugspotentialpunkt und über ein erstes Widerstandselement mit der Steuerelektrode des zweiten Transistors, die zweite Ausgangselektrode des ersten Transi­ stors mit Belastungsmitteln und der Steuerelektrode des drit­ ten Transistors, die erste Ausgangselektrode des dritten Transistors mit der Steuerelektrode des ersten Transistors über ein zweites Widerstandselement und mit der Steuerelek­ trode des zweiten Transistors über ein drittes Widerstands­ element und die zweite Ausgangselektrode des dritten Transi­ stors mit einem Ausgangsanschluß des Verstärkers verbunden ist.
2. Verstärker nach Anspruch 1, bei dem das dritte Wider­ standselement einen Widerstandswert aufweist, der gleich dem gewünschten Ausgangswiderstand des Verstärkers ist, und das erste und zweite Widerstandselement Widerstandswerte aufwei­ sen, die jeweils kleiner und größer als der erwähnte gewünschte Ausgangswiderstand sind, und zwar um einen Faktor, der gleich der Leerlaufspannungsverstärkung des ersten Transistors ist.
3. Breitband-Konstantwiderstands-Verstärker mit einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Transistor, die jeweils eine Steuerelektrode und einen Ausgangsstromkreis zwischen einer ersten und einer zweiten Ausgangselektrode aufweisen, wobei die Steuerelektrode des ersten Transistors mit einem Eingangsanschluß des Verstärkers verbunden ist, die erste Ausgangselektrode des ersten Transistors mit einem Bezugspotentialpunkt über ein erstes Widerstandselement ver­ bunden ist, die zweite Ausgangselektrode des ersten Transi­ stors mit Belastungsmitteln und der Steuerelektrode des zwei­ ten Transistors verbunden ist, die ersten Ausgangselektroden des zweiten und dritten Transistors jeweils mit einer Strom­ quelle und über ein zweites und ein drittes Widerstandsmittel mit der Steuerelektrode des vierten Transistors verbunden sind, die erste Ausgangselektrode des zweiten Transistors ebenfalls mit der Steuerelektrode des ersten Transistors über ein viertes Widerstandselement verbunden ist, die erste Aus­ gangselektrode des vierten Transistors mit einem Bezugspoten­ tialpunkt verbunden ist, die zweite Ausgangselektrode des vierten Transistors mit Belastungsmitteln und der Steuerelek­ trode des dritten Transistors verbunden ist und die zweiten Ausgangselektroden des zweiten und dritten Transistors mit jeweils einem Ausgangsanschluß des Verstärkers verbunden sind.
4. Verstärker nach Anspruch 3, bei dem das zweite und dritte Widerstandselement einen Widerstandswert aufweisen, der gleich dem halben gewünschten Ausgangswiderstand des Verstär­ kers ist, und das erste und vierte Widerstandselement Wider­ standswerte aufweisen, die um einen Faktor, der gleich der Leerlaufspannungsverstärkung des ersten Transistors ist, kleiner bzw. größer als der Wert des zweiten und dritten Widerstandselements sind.
5. Breitband-Konstantwiderstands-Verstärker mit einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Transistor, die jeweils eine Steuerelektrode und einen Ausgangsstromkreis zwischen einer ersten und einer zweiten Ausgangselektrode aufweisen, wobei die Steuerelektrode des ersten Transistors mit einem Eingangsanschluß des Verstärkers verbunden ist, die ersten Ausgangselektroden des ersten und dritten Transistors gemeinsam und über eine Stromquelle mit einem Bezugs­ potentialpunkt verbunden sind, die zweite Ausgangselektrode des ersten Transistors mit Belastungsmitteln und der Steuer­ elektrode des zweiten Transistors verbunden ist, die erste Ausgangselektrode des zweiten Transistors über ein erstes Widerstandselement mit einem Bezugspotentialpunkt und über ein zweites Widerstandselement mit der Steuerelektrode des ersten Transistors verbunden ist, die zweite Ausgangselektro­ de des dritten Transistors mit Belastungsmitteln und der Steuerelektrode des vierten Transistors verbunden ist, die Steuerelektrode des dritten Transistors über ein drittes Wi­ derstandselement mit einem Bezugspotentialpunkt und über ein viertes Widerstandselement mit der ersten Ausgangselektrode des vierten Transistors verbunden ist und die zweiten Ausgangselektroden des zweiten und vierten Transistors jeweils mit einem Ausgangsanschluß des Verstärkers verbunden sind.
6. Verstärker nach Anspruch 5, bei dem das erste und vierte Widerstandselement einen Widerstandswert aufweisen, der gleich der Hälfte des gewünschten Ausgangswiderstands des Verstärkers ist, und das zweite und dritte Widerstandselement einen Widerstandswert aufweisen, der jeweils um einen Faktor, der gleich der Leerlaufspannungsverstärkung des ersten Tran­ sistors ist, größer bzw. kleiner als der Wert des ersten und vierten Widerstandselements ist.
7. Differentialeingangs-Differentialausgangs-Breitband-Kon­ stantwiderstands-Verstärker mit einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Transistor, die jeweils eine Steuerelektrode und einen Ausgangsstromkreis zwischen einer ersten und einer zweiten Ausgangselektrode aufweisen, wobei die Steuerelektroden des ersten und vierten Transistors mit jeweils einem Eingangsanschluß des Verstärkers verbunden sind, die zweiten Ausgangselektroden des ersten und vierten Transistors jeweils mit Belastungsmitteln und jeweils den Steuerelektroden des zweiten und dritten Transistors verbun­ den sind, die ersten Ausgangselektroden des zweiten und drit­ ten Transistors jeweils über ein erstes und zweites Wider­ standselement jeweils mit den Steuerelektroden des ersten und vierten Transistors verbunden sind, die ersten Ausgangs­ elektroden des ersten und dritten Transistors durch ein drit­ tes Widerstandselement verbunden sind, die ersten Ausgangs­ elektroden des zweiten und vierten Transistors durch ein viertes Widerstandselement verbunden sind, die ersten Aus­ gangselektroden des ersten und vierten Transistors durch ein fünftes Widerstandselement verbunden sind und die zweiten Ausgangselektroden des zweiten und dritten Transistors mit jeweils einem Ausgangsanschluß des Verstärkers verbunden sind.
8. Verstärker nach Anspruch 7, bei dem das dritte und vierte Widerstandselement einen Widerstandswert aufweisen, der gleich dem halben gewünschten Ausgangswiderstand des Verstär­ kers ist, das erste und zweite Widerstandselement einen Wi­ derstandswert aufweisen, der um einen Faktor, der gleich der Leerlaufspannungsverstärkung des ersten Transistors ist, größer als der Wert des dritten und vierten Widerstandsele­ ments ist, und das fünfte Widerstandselement einen Wider­ standswert aufweist, der um den erwähnten Faktor kleiner als der erwähnte gewünschte Ausgangswiderstand ist.
9. Verstärker nach Anspruch 7 oder 8, bei dem Mittel vorge­ sehen sind, die in Abhängigkeit von den Potentialen an den ersten Ausgangselektroden des zweiten und dritten Transistors die den Belastungsmitteln des ersten und vierten Transistors zugeführte Spannung so ändern, daß sich eine Gleichtakt-Ge­ genkopplung ergibt.
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