NL8301947A

NL8301947A - Lineaire versterkerketen.

Info

Publication number: NL8301947A
Application number: NL8301947A
Authority: NL
Original assignee: Western Electric Co
Priority date: 1982-06-07
Filing date: 1983-06-01
Publication date: 1984-01-02
Also published as: CA1203291A; FR2528260B1; US4540950A; GB2121635B; GB2121635A; FR2528260A1; GB8315267D0; JPS592414A

Description

* λ * νο kj6o Λ

Lineaire versterkerketen.

De uitvinding heeft betrekking op een lineaire versterkerketen.

Bij een lichtgeleidingspulstransmissiestelsel wordt gebruik gemaakt van brede-bandherhalingsversterkers voor het regenereren van signalen teneinde de pulsdemping te overvinnen, die in de lichtgeleiding 5 optreedt. Omdat stelselsignaalniveaus variëren tengevolge van het verouderen van componenten en veranderingen in omgevingstemperatuur, verdient het de voorkeur in de herhalingsversterkers een automatische versterkingsregeling toe te passen. De bedrijfsfrequentie van lichtge-leidingsstelsels is zo hoog, dat het ontwerpen van lineaire versterkers 10 met automatische versterkingsregeling een aantal problemen met zich medebrengt. Eén probleem is het ontwerpen van een regelbare geïntegreerde keten met een geleidelijke karakteristiek over een zeer uitgestrekt frequentiegebied.

Volgens de uitvinding omvat een lineaire versterkerketen in-15 gangs- en uitgangs s ignaalpoorten, een paar signaalversterkerketens, waarbij elke signaalversterkerketen dient om een ingangssignaal uit de ingangssignaalpoort aan de uitgangssignaalpoort toe te voeren, en organen om een voorspanningsbron met de signaalversterkerketens te verbinden teneinde daaraan ruststroom toe te voeren, waarbij de ingangs-20 en uitgangssignaalpoorten zonder condensatoren of zelfinducties ten opzichte van de voorspanningsverbindingsorganen zijn geïsoleerd.

Volgens een ander aspect van de uitvinding omvat een lineaire versterkerketen organen voor het ontvangen van ingangssignalen, een eerste transistor met een eerste geleidingstype, die volgens een ge-25 meenschappelijke-collectorconfiguratie is verbonden, een tweede transistor met een tweede geleidingstype, die volgens een gemeenschappelij-ke-emitterconfiguratie is verbonden, een derde transistor met het eerste geleidingstype, die volgens een gemeenschappelijke-basisconfiguratie is verbonden, organen, die de ontvangorganen verbinden met een ingang 30 van de eerste transistor om ingangssignalen aan de eerste transistor 8301947 > * - 2 - toe te voeren, organen, welke een uitgang van de eerste transistor met een ingang van de tweede transistor verbinden om signalen aan de tweede transistor toe te voeren, organen, welke een uitgang van de tweede transistor met een ingang van de derde transistor verbinden om signalen 5 aan de derde transistor toe te voeren, en organen, welke met een uitgang van de derde transistor zijn verbonden voor het overdragen van uitgangssignalen.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: 10 fig.1 een schema van een keten volgens de uitvinding; fig.2 een schema van een gedeelte van de in fig.1 afgebeelde keten; fig.3 een schema van een ander gedeelte van de in fig.1 afgebeelde keten; 15 fig.k een transconductantiebesturingskarakteristiek; en fig.5 een frequentieresponsiekarakteristiek.

Zoals uit fig.1 blijkt, omvat een lineaire versterkerketen 10, welke met succes als een monolytische geïntegreerde keten kan worden vervaardigd, een paar signaalversterkerketens 11 en 12. De signaalver-20 sterkerketen 11 omvat drie polaire transistoren 15, 16 en 17, vaarbij de transistor 16 een tegengesteld geleidingstype heeft ten opzichte van dat van de transistoren 15 en 17· De signaalversterkerketen 12 • omvat ook drie polaire transistoren 25, 26 en 27, die elk een tegengesteld geleidingstype hebben ten opzichte van de bijbehorende respectieve 25 tegenhangertransistor 15, 16 of 17 in de signaalversterkerketen 11.

De inrichtingen 15, 16, 17, 25, 26 en 27 kunnen elk van een uitgestrekt gebied van bedrijfskarakteristieken hebben. Zij kunnen zeer snelle inrichtingen zijn, die in het microgolffrequentiegebied werken b.v. in een lichtgeleidingspulstransmissiestelsel. Voor een andere toepas-30 sing, welke in een lager frequentiegebied werkt, kunnen de inrichtingen of de genoemde zeer snelle inrichtingen of tragere inrichtingen zijn. bij de zeer snelle inrichtingen kan de keten 10 of als een vaste versterker of als een bestuurde-versterkingsketen in een transmissiestel-sel met grote capaciteit worden gebruikt, zoals het eerder genoemde 35 lichtgeleidingspulstransmissiestelsel. Dit stelsel kan of een kort of 83 0 1 9 4 7 i Λ.

- 3 - een lang stelsel zijn. Om een juist begrip van de inrichting en werking van de keten 10 te vereenvoudigen, zullen de ketens 11 en 12 afzonderlijk worden beschreven ten aanzien van soortgelijke ketens, welke resp. zijn weergegeven in fig.2 en 3* Daarna zal de combinatie van de ketens 5 11 en 12 in de lineaire versterkerketen 10 volgens fig.1 verder ten aanzien van de constructie en werking daarvan worden toegelicht.

Fig.2 toont een signaalversterkerketen 60, welke overeenkomt met de signaalversterkerketen 11 van fig.1 behalve, dat deze niet met de tegenhangerketen 12 is verbonden. Een uitgangsbelasting 65 is tussen 10 de collector van de uitgangstransistor 17 en een aardreferentie 23 verbonden.

In de signaalversterkerketen 60, is de PNP-ingangstransistor 15 volgens een gemeenschappelijke-collectorconfiguratie verbonden en is deze zodanig voorgespannen, dat de transistor in het normale in de 15 doorlaatrichting voorgespannen gebied daarvan werkt. Een voorspannings-bron 13 met negatieve polariteit is direct met de collector van de in-gangstransistor 15 verbonden. Een voorspanningsbron 1k met positieve polariteit is via een ruststroombron 18 met de emitteruitgangselektrode van de transistor 15 verbonden. De bron 18 kan een constante-stroombron 20 of de in fig.1 afgebeelde variabele-stroombron zijn. De stroombron 18 bevindt zich in de emitterketen van de ingangstransistor 15 om de rust-stroom 1^ aan de emitter-collectorbaan van de ingangstransistor toe te voeren. De belasting, welke direct met de emitter van de ingangstransistor is verbonden, is de basis-emitteringangsketen van de transis-25 tor 16.

De ruststroom L voor de PÏÏP-transistor 15 wordt vanuit de posi-o tieve bron Ik via de ruststroombron 18 en de emitter-collectorbaan van de transistor 15 aan de negatieve bron 13 toegevoerd. Aangezien de belasting voor de transistor 15 de basis-emitterketen van de transistor 30 16 is, is de ruststroom voor deze belasting klein.:en kan deze hier wor den verwaarloosd.

De ingangstransistor 15 wordt bedreven als een scannings volg-inrichting, waarbij een ingangssignaalbron 20, die met de ingangsbasis-elektrcde is verbonden, aan de basis een ingangssignaalspanning 35 toevoert. Derhalve ontvangt de basis van de transistor 15 ingangssigna- 8301947 Ê * - k - len, die aan de keten 60 worden toegevoerd. De ingangssignaaTbron 20 omvat een ingangssignaalstroombron 21, welke is overbrugd door een weerstand 22 in een parallelcombinatie, welke tussen de aardreferentie 23 en de basis van de transistor 15 is verbonden. Een ingangs vers chuiving, 5 welke een gevolg is van de basisstroom van de transistor 15» welke over de weerstand 22 wordt gevoerd, is gering en kan hier worden verwaarloosd.

Tijdens het bedrijf reageert de spanningsvolgconstructie van de transistor 15 op de ingangssignaalspanning V^, welke door de bron 20 10 wordt opgewekt en aan de basis van de transistor 15 wordt aangelegd.

Een kleine emittersignaalstroom wordt over de emitter-collectorbaan gevoerd. Deze stroom, welke ook over de basis-emitterjunctie van de transistor 16 wordt gevoerd, is verwaarloosbaar klein.

De ingangismpedantie van de signaalversterkerketen 11 is dezelfde 15 als die van de transistor 15. Voor de gemeenschappelijke-collectorconfi-guratie van de transistor 15 is de ingangs impedantie groot en bij benadering gelijk aan de beta van de transistor 15 vermenigvuldigd met de ingangsimpedantie van de gemeenschappelijke-emitterbelastingstransis-tor 16.

20 Een parasitaire collectorjunctiecapaciteit, welke aanwezig is tussen de basis en de collector van de transistor 15» heeft een minimale indeed op de lineaire breedbandkarakteristiek van de keten 11. Deze parasitaire capaciteit treedt op tussen het ingangsknooppunt op de basis van de transistor 15 en het gemeenschappelijke knooppunt bij de 25 referentiepotentiaal 13. Er vindt geen effectieve vermenigvuldiging van de capaciteit plaats wanneer de stroom, die door de belastingsimpe-dantie wordt gevoerd, varieert.

De NPN-transistor 16 in de keten 11 is volgens een gemeenschappe-lijke-emitterconfiguratie verbonden en is zodanig voorgespannen, dat 30 deze in het normale in de doorlaatrichting voorgespannen gebied daarvan werkt, De emitter van de transistor 16 is direct met de aardreferentie 23 verbonden. De voorspanningsbron 1^ met positieve polariteit is via een ruststroombron 30 met'de uitgangscollectorelektrode van de transistor 16 verbonden. De transistor 17 en een weerstand 65 zijn als 35 een belasting aan de uitgang van de transistor 16 tussen de collector 8301947 « * - 5 - van de transistor 16 en de aardreferentie 23 verbonden.

De ruststroom nl^ voor de UPN-transistor 16 wordt vanuit de positieve bron 1U over de ruststroombron 30 en de collector-emitterbaan van de transistor 16 aan de aardreferentie 23 toegevoerd.

5 Omdat de ingangstransistor 15 als een spanningsvolger werkt, treedt de ingangss ignaalspanning V\Q, welke door de bron 20 wordt geleverd, op de emitter van de transistor 15 en over de basis-emitterjunctie van de transistor 16 op. Voor zowel de voorspanning als bet signaal zijn de spanningen over de basis-emitterjuncties van de transistoren 15 10 en 16 in hoofdzaak aan elkaar gelijk omdat de emitter van de transistor 15 met de basis van de transistor 16 is verbonden en omdat zowel de basis van de transistor 15 als de emitter van de transistor 16 op de aardreferentie 23 zijn betrokken. De spanningen verschillen slechts met de spanning over de bronweerstand 22, welke, zoals is vermeld, gering 15 is.

Tijdens het bedrijf bestuurt de spanningsval over de basis- emitterjunctie van de transistor 16 de amplitude van de uitgangssignaal- stroom I , die over de collector-emitterbaan van de transistor 16 wordt o’ gevoerd. De basis-emitterjunctiespanning wordt bepaald door de rust-20 stroom 1^, die over de transistor 15 wordt gevoerd en door de bron 18 wordt geleverd. De signaalstroom IQwordt vanuit de transistor 16 aan de emitter-ingangselektrode van de transistor 17 toegevoerd. Over de basis-emitterjunctie van de transistor 17 treedt een signaalspanning op doordat de signaalstroom I over deze junctie wordt gevoerd.

25 De PHP-uitgangstransistor 17 is volgens een gemeenschappelijke- basisconfiguratie verbonden en is zodanig voorgespannen, dat deze in het normale in de doorlaatrichting voorgespannen gebied daarvan werkt. Zoals zojuist is vermeld, is de emitteringangselektrode van deze transistor met de collectoruitgangselektrode van de transistor 16 en met 30 de ruststroombron 30 verbonden. De collector van de transistor 17 is over een belastingsweerstand 65 met de aardreferentie 23 verbonden. Uitgangssignalen worden vanuit.de keten 60 via een klem- 38 gevoerd, die met de collector van de transistor 17 is verbonden.

De transistoren 16 en 17 zijn volgens een cascode-ketenconfigu-35 ratie verenigd.

8301947 ί Τ' - 6 - *

De ruststroom voor de PUP-uitgangstransistor 17 wordt uit de positieve bron 1¾ over de ruststroombron 30, de emitter-collectorbaan van de transistor 17 en de weerstand 65 aan de aardreferentie 23 toegevoerd. Qpgemerkt wordt, dat dezelfde voorspanning wordt aangelegd aan 5 twee parallelle aftakketens, die resp. de collector-emitterbanen van de transistoren 16 en 17 van de cascode-ketenconfiguratie omvatten. Door de keten met de parallelle aftakketens voor de ruststramen in te richten, kan een lage voorspanning worden gebruikt. De waarde van de voorspanning tussen de bron 1^ en de aardreferentie 23 is kleiner dan de 10 waarde van de voorspanning,' die bij bekende seriecascodeketenconfigura-ties wordt toegepast.

Het is een nuttige eigenschap van de gemeenschappelijke-basis-verbinding van de transistor 17, dat een uitgangsstroom-ingangsstrocm-verhouding, s<, bijna gelijk is aan de eenheid over een uitgestrekte 15 frequentieband en over een zeer breed gebied van ruststromen. Derhalve heeft de uit gangs signaalst room van de transistor 17 in hoofd zaak dezelfde waarde als de uitgangssignaalstroom I uit de transistor 16 en wordt hieraan dezelfde aanduiding gegeven. De waarde van de uitgangssignaalstroom I van de transistor 17 is in sterke mate afhankelijk 20 van de waarde van de ruststroom nl^ en is bijna onafhankelijk van de waarde van de ruststroom I^Q. Derhalve is het mogelijk de uitgangssig-naalstroom I uit de transistor 17 te regelen door de ruststroom nl^, welke door de ruststroom 1^ wordt bepaald, te regelen.

Bij een bekende cascodeschakeling, waarbij gebruik wordt gemaakt 25 van transistoren met eenzelfde geleidingstype, doet een variatie van de ruststroom in de gemeenschappelijke-emittertransistor de stroom uit de voorspanningsbron eveneens variëren. Bij de keten volgens fig.2 evenwel blijft de stroom, die door de stroombron 30 uit de bron 1k wordt onttrokken, constant. Een eventuele toename of afname van de rust-30 stroom nl^ wordt opgeheven door een afname of toename van de ruststroom Derhalve kan de ketenversterking worden geregeld terwijl een constante voedingsstroom wordt onderhouden en de regeleisen van de bron 1k tot een minimum worden teruggebracht, meer in het bijzonder bij een lange van herhalingsversterkers voorziene transmissiestésels, zoals 35 het genoemde onderzeese geleidingstransmissiestelsel, dat gevoed wordt 8301947 ί Λ - 7 - van een zich. op de val bevindende constant e-stroomgener at or.

Zoals reeds is vermeld, zijn de transistoren 16 en 17 in een cascodeschakeling verbonden. De transistor 17, die in een gemeenschappe-lijke-basisconfiguratie is verbonden, vormt de belasting voor de ge-5 meenschappelijke-emitterconfiguratie van de transistor 16. De gemeen-schappelijke-basisconfiguratie van de transistor 17 vormt een gunstige belasting voor de transistor 16 omdat de gemeenschappelijke-basisconfi-guratie een kleine ingangsimpedantie heeft. Deze kleine impedantie, verbonden als een belasting bij de collector van de transistor 16, 10 draagt ertoe bij het miller-effect te reduceren, dat anders in de ge-meenschappelijke-emitterconfiguratie van de transistor 16 zou optreden.

Het is bekend, dat een transistor, die in een gemeenschappelijke-emitterconfiguratie is verbonden, een uitgangssignaalspanning levert, velke onderhevig is aan een eventuele vervorming, die een gevolg is 15 van het miller-effect. Het miller-effect vordt veroorzaakt door en is evenredig met een signaalspanningsverschil tussen de basis en de collector van die transistor. Dit signaal.spanningsverschil kan leiden tot een ongewenste stroom, evenredig met het signaalspannings verschil, welke stroom aan een parasitaire capaciteit tussen de basis en de collec-20 tor wordt toegevoerd. Bij hoge frequenties, wanneer de capacitieve impedantie klein is, is de miller-effectstroom bijzonder problematisch.

Sen dergelijke ongewenste stroom kan worden gereduceerd door het signaal-spanningsverschil tussen de basis en de collector van de transistor tot een minimum terug te brengen.

25 Yoor een eventuele breedbandtoepassing, vindt een tot een minimun terugbrengen van de basis-collect orspanning voor de transistor 16 plaats door de bron- en belastingsimpedanties van de transistor 16 zeer geringe waarden te geven. De emittersvolgtrap vaide transistor 15 biedt een geringe bronimpedantie. De belasting, die aan de uitgang van de 30 transistor 16 optreedt, is de ingangsimpedantie van de transistor 17, welke eveneens een geringe waarde heeft.

De lage ingangsimpedantie voor de transistor 17 kan worden benaderd door twee impedantiedelen, die in een serieketen zijn verbonden.

Sen deel is de ingangsimpedantie van de emitter-basisjunctie, welke evenredig is met —-— , waarbij K de constante van Boltzman, T de abso- ^De 8301947 - $ - lute temperatuur, q de lading van een elektron, en de basis-emitter- stroom is. Het andere deel van de ingangsimpedantie is de impedantie . . R,b van de basisketen, welke evenredig is met , waarbij de basisweerstand is en /3 de stroomversterking van de transistor 12 is, welke een 5 groot getal is.

Deze kleine ingangs— en uitgangsimpedanties onderhouden spanningen met kleine 'amplitude op zowel de basisingangs- als de collectoruit-gangselektroden van de transistor 16. Omdat de basis- en collectorspan-ningen klein zij*n, treedt een zeer gering signaal-spanningsverschil tus-10 sen de basis en de collector op en wordt slechts een geringe stroom over de parasitaire collector-basiscapaciteit van de transistor 16 gevoerd. Deze kleine stroom is zodanig, dat zij een voldoend kleine amplitude heeft om een vervorming van het signaal op de collector van de transistor 16 te vermijden.

15 In verband met de gemeenschappelijke-basisconfiguratie van de transistor 17 heeft de uitgangs impedantie van deze transistor een zeer grote waarde, welke over een uitgestrekt frequentiegebied iets varieert. Voor lage frequenties >wordt de uitgangsimpedantie bepaald door de impedantie van de collector-basisjunctie. Een typerende laagfrequente uit-20 gangs impedantie ligt in de orde van honderden kOhms. Voor hoge frequenties wordt de uitgangsimpedantie bepaald door de impedantie van een parasitaire collector-basiscapaciteit. De‘totale grote uitgangsimpedantie van de keten 60 leidt tot een verwaarloosbaar verlies aan stroom in de belasting 65 over een gebied van frequenties, dat zich tot enige 25 honderden megahertz kan uitstrekken. Binnen dit frequentiegebied kan de belastingsimpedantie een matige waarde hebben, welke meer in het bijzonder optreedt bij breedband-herhalingsversterkerketens.

Over de belastingsimpedantie 65 wordt een uit gangs spanning V^ opgewekt, welke niet onderhevig is aan een miller-effect omdat de pa-30 rasitaire collector-basisjunctiecapaciteit van de transistor 17 het ingangssignaal Vg op de emitter van die transistor niet naar de uitgang bij de klem 38 voert. De uitgangsspanning V is een produkt van de impedantie van de belasting 65 en de uitgangssignaalstroom Iq, die door de belasting 65 vloeit.

35 De amplitude van een uitgangssignaal Iq uit de transistor 16 8301947

r A

- 9 - wordt bepaald door de ruststroom van de transistor 15 en wel om de volgende redenen* De stroom Iq is gelijk aan de ingangssignaalspanning V. , als aangelegd aan de transistor 16, vermenigvuldigd met de trans-m j conductantie g^ daarvan» welke wordt gedefinieerd als = ^ . In 5 deze uitdrukking is q. de lading van een elektron, K de constante van Boltzman en T de absolute temperatuur. De stroom I = nl^ - IQ is de totale émitterstroam van de transistor 16. De totale emitterstroom is . aan de basis-emitterspanning van de transistor 16 gerelateerd door de bekende vergelijking 10 V. · - — 1n ψί— ie ” 1 rsl6 waarbij Ig^g ie verzadigingsstroom van de transistor 16 is. Uit deze uitdrukking volgt de totale emitterstroom - r t 15 1 “ Is16 exp \ XI /

Overeenkomstig dezelfde vergelijking wordt de spanning be paald door de stroom door de transistor 15, die door de bron 18 wordt geleverd. Derhalve is de basis-emitterspanning

Tr __ .0 , h

bel6 ** be!5 q n I

20 u s15

Door deze laatste in de uitdrukking voor de totale emitterstroom IS16 I te substitueren, is de stroom 1 = 1^. -- . Dientengevolge is de uitgangssignaalstroqm r - v - v fk 2^ o ~ ®m in " in * - KT ' waarbij en Ig^ resp. de verzadigingsstrcmen van de transistoren 16 en 15 zijn.

De emittergebieden van de transistoren 15 en 16 kunnen aan elkaar gelijk zijn of van elkaar verschillen. Zoals symbolisch in fig.2 30 is aangegeven, is het dwarsdoorsnede-emitteroppervlak van de transistor 15 een gebied A en van de transistor 16 een gebied nA. Waar het emitter-gebied van de transistor 16 gelijk is aan n-maal het emittergebied van de transistor 15, is de waarde van de verzadigingsstroom Ig ^ n-maal zo groot als de waarde van de verzadigingsstroom 1^^ zolang als de an-35 dere factoren gelijk zijn. Hieruit volgt, dat de uitgangssignaalstroom 8301947 - 10 - wordt gegeven door .

*^b *0 ‘ Via · W ; “·

De transconductantie van de transistor 16 wordt derhalve "bepaald 5 door de ruststroom 1^ en de verhouding van de emittergebieden. Bij een voorkeursuitvoeringsvorm is de verhouding van de emittergebieden n groter dan 1.

Zoals aangegeven in fig.U is de transconductantiebesturingskarak-teristiek g^ versus 1^ voor de transistor 16 lineair over een gebied, 10 waarin de logarithmische V-I-relatie geldt. Dit lineariteitsgebied omvat meer in het bijzonder enige orden van grootte van de ruststroom. Buiten dit gebied de .· besturingskarakteristiek geleidelijk doch niet lineair. De in fig.b afgebeelde karakteristiek geldt voor een keten volgens fig.2, waarin de verhouding van de emittergebieden n = 3.

15 De transconductantie is bijna onafhankelijk van de frequentie tot de geëxtrapoleerde eenheids-versterkingsfrequentie, f^, van de transistor 16. Bij bipolaire siliciumtransistoren kan enige gigahertz zijn. Waar de transconductantie alleen de frequentieresponsie van de versterker bestuurt, kan de versterker zodanig zijn, dat deze een band-20 breedte heeft, die de frequentie f^ nadert. Andere factoren, welke de responsie van de versterker begrenzen, zijn een val in de beta van de transistor 16 bij hoge frequenties en ongewenste signaalstromen in parasitaire capaciteiten.

De val in beta bij hoge frequenties wordt bij de keten volgens 25 de uitvinding verwerkt door de uitvoering van de transistor 15 als een spanningsvolger. De ingangsimpedantie van de transistor 15 is bij benadering beta-maal de ingangsimpedantie van de gemeenschappelijke-emitter-transistor 16. Derhalve kan de ingangsimpedantie van de transistor 15 groot worden gemaakt ten opzichte van de bronweerstand 22 en wel over 30 een veel groter frequentiegebied dan mogelijk is bij de ingangsimpedantie van de gemeenschappelijke-emittertransistor alleen.

Afgezien van de inrichtingsafmetingen, zoals boven vermeld, en de geleidingstypen daarvan, bezitten de transistoren 15, 16 en 17 dezelfde bedrijfskarakteristieken. Sr zijn werkwijzen bekend voor het 35 vervaardigen van transistoren met tegengesteld geleidingstype, die de- 8301947 - 11 - zelfde bedrijfskarakteristieken over uitgestrekte frequentie- en tempe-ratuurgebieden bezitten. Dergelijke werkwijzen zijn beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage 337.TOT·

In fig.3 is een signaalversterkerketen 70 af geheeld, welke over-5 eenkomt met de signaalversterkerketen 60 behoudens de volgende verschillen. De ingangstransistor 25, die volgens de gemeenschappelijke-collec-torconfiguratie is verbonden, is een NPN-transistor. De ruststroom 1^ wordt vanuit een bron ^3 met positieve polariteit over de collector-emitterbaan en een ruststroombron U8 naar een bron Uk met negatieve po-10 tentiaal gevoerd. De transistor 26, die volgens een gemeenschappelijke-emitterconfiguratie is verbonden, is een PNP-transistor. De ruststroom nl. voor de transistor 26 wordt vanaf de aardreferentie 23 over de o emitter-collectorbaan van de transistor 26 en een stroombron 50 aan de bron met negatieve polariteit toegevoerd. De basis-emitterjunctie 15 van de uitgangstransistor 27 is als een belasting tussen de collector van de transistor 26 en de referentiespanning -V^ verbonden. Zoak symbolisch is aangegeven, is het dvarsdoorsnede-emitteroppervlak nA van de transistor 26 met gemeenschappelijke-emitterverbinding n-maal het dwars-doorsnede-emitteroppervlak A van de ingangstransistor 25. De uitgangs-20 transistor 27, die volgens een gemeenschappelijke-basisconfiguratie is verbonden, is een HPN-transistor. De ruststroom I^q voor de uitgangs-transistor 27 wordt vanuit de aardreferentiepotentiaal 23 over een belasting 75, de colleetor-emitterbaan van de transistor 27 en de rust-stroombron 50 naar de bron met negatieve polariteit gevoerd. De cas-25 codeschakeling van de transistoren 26 en 27 komt overeen met het stel sel van de transistoren 16 en 17 van de keten 60 volgens fig.2 behoudens de polariteitsverschillen.

Afgezien van de eerder genoemde afmetingsverschillen tussen de transistoren 25 en 26 en de polariteitsverschillen, welke worden veroor-30 zaakt door hun geleidingstypen, hebben de transistoren 25, 26 en 27 dezelfde parameters en bedrijfskarakteristieken.

Bij onderzoek blijkt, dat de drie transistoren 25, 26 en 27 in de keten 70 respectieve tegenhangers met tegengesteld geleidingstype zijn van de transistoren 15, 16 en 17 bij de keten 6o.

35 Tijdens het bedrijf werkt de versterkerketen 70 op de wijze van de keten 60 behalve wat betreft de veranderingen in polariteit, De trans- 3301947 - 12 - conduct ant ie g^ van de transistor 2 6 wordt bepaald door de ruststroom 1^, die over de emitter van de ingangstransistor 25 vloeit. Men verkrijgt over een zeer uitgestrekt frequentiegebied een geleidelijke transconductantiekarakteristiek voor de transistor 26.

5 Zoals weer uit fig.1 blijkt, komt de lineaire versterkerketen 10 overeen met een combinatie van de keten 60 resp. TO van fig.2 en 3. Bij combinatie ontvangen de ketens 11 en 12 gemeenschappelijk bij de basis van de ingangstransistoren 15 en 25 ingangssignalen. Een enkele belasting 35 is gemeenschappelijk met de collectors van de uitgangs-10 transistoren 17 en 27 verbonden.

De ingangstransistoren 15 en 25 hebben resp. een PNP- en een NPN-geleidingstype. De bases van de transistoren zijn gemeenschappelijk via een geleider 51 met de ingangssignaalbron 20 verbonden. In verband met de gemeenschappelijke ingangsverbinding 51 tussen de bases van de 15 ingangstransistoren 15 wn 25 met tegengesteld geleidingstype, 'compenseren de rust stromen L· naar de respectieve bases elkaar, hetgeen van voordeel is. Een ingangsknooppunt 55 bij de bases bevindt zich virtueel op een aardreferentiepotentiaal, zodat er weinig of geen ingangsver-schuivingsspanning aanwezig is. Wanneer een verschuiving optreedt is 20 dit een gevolg van verschillen in de karakteristieken van de transistoren 15 en 25.

De transistoren 16 en 26 met gemeenschappelijke-emitterverbin-ding hebben resp. een NPN- en PNP-gëeidingstype. De emitters van deze transistoren zijn via een geleider 52 met elkaar verbonden. De collec-25 tor-emitterbanen van de transistoren 16 en 26 zijn in een serie-onder-steunende ketenrelatie verbonden. In verband met de gemeenschappelijke verbinding 52 tussen de emitters van de transistoren 16 en 26 heffen de collector-emitterruststromen nl^ daarvan,-elkaar op, hetgeen van voordeel is. De transistoren 15» 16, 15 en 26 dienen dezelfde karakte-30 ristieken te hebben behoudens wat betreft geleidingstype en de emitter-gebiedverhoudingen dienen gelijk te zijn. In dat geval zal de ruststroom nl^, die door de transistor 16 naar een knooppunt 5^ wordt gevoerd, de ruststroom nl^ compenseren, welke door de transistor 26 uit het knooppunt 5^ wordt af gevoerd. Het knooppunt 5^ in de geleider 35 52 wordt derhalve op een virtuele aardgelijkspanning gehouden onafhanke- 3301947 - 13 - lijk van het feit of er tussen het knooppunt 5^ en de aardreferentie-potentiaal 23 een eindige belastingsimpedantie 53 aanwezig is^of niet.

Zoals aangegeven, hebben de uitgangstransistoren 1? en 27 resp. een PUP- en HPN-geleiding. De collectors van de trans is tor en 17 en 27 5 zijn via een geleider 56 en de belasting 35 onderling met de aardrefe-rentie 23 verbonden. De collector-emitterbanen van de transistoren 17 en 27 zijn in een serie-ondersteunende ketenrelatie verbonden via de geleider 56. De ruststroom I^Q, die door de transistor 17 naar een knooppunt 32 wordt gericht, compenseert de ruststroom 1^ , welke de 10 transistor 27 uit het knooppunt 32 wordt gevoerd. Derhalve wordt het knooppunt 32 in de geleider 56 op een virtuele gelijkstroomaardpoten-tiaal gehouden onafhankelijk van het feit of er al dan niet een impedantie tussen het knooppunt 32 en de aardreferentie 23 aanwezig is.

Dit impliceert, dat de belasting 35 direct met het knooppunt 15 32 kan worden gekoppeld zonder tussengeschakelde capaciteit of zelf- inductie om het signaal ten opzichte van de ruststromen te scheiden.

Het resultaat is dat de frequentieresponsie van de keten 10 zich uitstrekt van gelijkstroom tot het hoogste vermogen van de transistoren, dat zich honderden megahertz kan uitstrekken. De uitgangsaardereferen-20 tie 23 komt overeen met die van de ingang zonder dat de koppelcondensa-tor nodig is, die bij de bekende ketens, waarbij gebruik wordt gemaakt van een transistor met een enkel geleidingstype, is vereist.

Voor ingangssignalen, welke bij een ingangssignaalpoort bij het knooppunt 55 worden ontvangen, zijn er twee signaalbanen door de line-25 aire versterkerketen 10 naar een uitgangssignaalpoort bij de uitgangs-klem 38. Ein signaalbaan strekt zich uit over de transistoren 15, 16 en 17 naar de klem 38. De andere signaalbaan strekt zich over de transistoren 25, 26 en 27 naar de klem 38 uit. De uitgangsstroom van de ketens 11 en 12, die een gevolg zijn van de ingangssignaalspanning 30 worden gesommeerd tot de uitgangssignaalstroom 21 in de belasting 35, • 2I0 e t zodat de keten 10 een transconductantie g = —— verschaft. Dit is het vin dubbele van de waarde van de uitgangsstroom van elke keten 11 of 12 wanneer deze onafhankelijk werkt. Derhalve besit de keten 10 het dubbele van de versterking van elk van de ketens 60 of 70 van de fig.2 en 3. 35 Zoals reeds is vermeld, wordt de voorspanning aangelegd via voor- 8301947 ft - lil· - spanningspoorten, welke zijn aangeduid als de bronnen 13, 1^, U3 en Uil· en als de aardreferentie 23.

In verband met de paarvorming van de inrichtingen van de keten 11 met tegenhangerinrichtingen met tegengesteld geleidingstype in de 5 keten 12 en de resulterende elkaar compenserende rust stromen, zijn de voorspanningspoorten ten opzichte van de ingangssignaalpoort bij het knooppunt 55 en de uitgangssignaalpoort bij de uitgangsklem 38 geïsoleerd. Een dergelijke isolatie van de slgnaalpoorten wordt verkregen zonder gebruik te maken van zelfinducties of condensatoren. Derhalve 10 kan de keten 10 op een eenvoudige wijze als een geïntegreerde keten worden vervaardigd.

In fig.5 vindt men een versterking-versus-frequentiekromme voor de lineaire versterkerketen 10 van fig.1. In verband met de geringe bronimpedantie, de grote belastingsimpedantie, het tot een minimum 15 terugbrengen van het miller-effect in de transistoren met gemeenschappe-lijke-emittereonfiguratie en de opheffing van de ruststromen in tran-sistoren met tegengesteld geleidingstype, bezit de lineaire versterkerketen 10 volgens fig.1 een geleidelijke versterkingskarakteristiek over een uitgestrekte frequentieband vanaf bij gelijkstroom tot honderden 20 megahertz. Wanneer de ruststromen 1^, die door de ruststroombronnen 18 en U8 worden gevoerd, variëren, blijft de versterking-versus-frequentie-karakteristiek van de keten 10 over het uitgestrekte frequentiegebied egaal.

8301947

Claims

1. Lineaire versterkerketen voorzien van ingangs- en uitgangssig-naalpoorten, gekenmerkt door een paar signaalversterkerketens (11, 12) waarbij elke signaalversterkerketen dient om een ingangssignaal uit de ingangssignaalpoort (55) aan de uitgangssignaalpoort (32) toe te voe-5 ren, en organen om een voorspanningsbron (13, 1^, 18, 30, 1*3, Uk, U8, 50. met de signaalversterkerketens te verbinden teneinde daaraan rust-strcraen toe te voeren, waarbij de ingangs- en uitgangssignaalpoorten zonder condensatoren of zelfinducties ten opzichte van de voorspannings-verbindingsorganen zijn geïsoleerd.

2. Keten volgens conclusie 1,'met het kenmerk, dat een eerste (11) van de signaalversterkerketens is voorzien van eerste (15), tweede (16) en derde (17) transistoren voor het overdragen van signalen uit de ingangspoort via de eerste, tweede en derde transistoren in sequentiële’ volgorde naar de uitgangspoort, waarbij de eerste en derde tran-15 sistoren van een eerste geleidingstype zijn en de tweede transistor van een tegengesteld geleidingstype is, en een tweede (12) vsnde signaalversterkerketens is voorzien van vierde (25,), vijfde (26) en zesde (27) transistoren voor het overdragen van signalen uit de ingangspoort via de vierde, vijfde en zesde transistoren in sequentiële volgorde 20 naar de uitgangspoort, waarbij de vierde en zesde transistoren van het tegengestelde geleidingstype zijn en de vijfde transistor van het eerste geleidingstype is.

3. Keten volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een eerste (11) van de signaalversterkerketens is voorzien van eerste (15), tweede 25 (16) en derde (17) transistoren voor het overdragen van signalen uit de ingangspoort naar de uitgangspoort, waarbij de eerste en derde transistoren van een eerste geleidingstype zijn en de tweede transistor van een tegengesteld geleidingstype is, een tweede (12) van de signaalversterkerketens is voorzien van vierde (25), vijfde (26) en zesde 30 (27) transistoren voor het overdragen van signalen uit de ingangspoort naar de uitgangspoort, waarbij de vierde en zesde transistoren van het tegengestelde geleidingstype zijn en de vijfde transistor van het eer- 8301947 -léste geleidingstype is, organen (51) aanwezig zijn, die de bases van de eerste en vierde transistoren met elkaar verbinden om de basis-emitter-juncties van· de eerste en vierde transistoren in een serie-ondersteunen-de ketenrelatie te verbinden, organen (52) aanwezig zijn, die de emit-5 ters van de tweede en vijfde transistoren verbinden in een eerste rust-stroomafÏakketen om een ruststroom door de collector-emitterbanen van de tweede en vijfde transistoren in een serie-ondersteunende ketenrelatie te voeren, en organen (56) aanwezig zijn, die de collectors van de derde en zesde transistoren in een tweede ruststroomaftakketen met el-10 kaar verbinden om een ruststroom door de collector-emitterbanen van de derde en zesde transistoren in een serie-ondersteunende ketenrelatie te voeren. U. Keten volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de basis-emitter-junctie-ruststroom, die door de eerste transistor wordt gevoerd, wordt 15 gecompenseerd door de basis-emitterjunctieruststroom, die door de vierde transistor wordt gevoerd, waarbij de collector-emitterbaanruststroom, die door de tweede transistor wordt gevoerd, wordt gecompenseerd door de collector-emitterbaanruststroom, die door de vijfde transistor wordt gevoerd, en de collector-emitterbaanruststroom, die door de derde tran-20 sistor wordt gevoerd, wordt gecompenseerd door de collector-emitterbaan-ruststroom, die door de zesde transistor wordt gevoerd.

5. Keten volgens conclusie 2, 3 of It·, met het kenmerk, dat de eerste en vierde transistoren in gemeenschappelijke-collectorketenconfigura-ties zijn verbonden, de tweede en vijfde transistoren in gemeenschappe- 25 lijke-emitterketenconfiguraties zijn verbonden, de derde en zesde transistoren in gemeenschappelijke-basisketenconfiguraties zijn verbonden waarbij de eerste en vierde transistoren resp. voorzien in kleine bron-impedanties voor de tweede en vijfde transistoren, en de derde en zesde transistoren resp. voorzien in kleine belastingsimpedanties voor de 30 tweede en vijfde transistoren.

6. Lineaire versterkerketen voorzien van organen voor het ontvangen van ingangssignalen, gekenmerkt door een eerste transistor (15) met een eerste geleidingstype, die volgens een gemeenschappelijke-collectorcon-figuratie is verbonden, een tweede transistor (16) met een tweede ge- 35" leidingstype, welke volgens een gemeenschappelijke-emitterconfiguratie 8301947 - rr - is verbonden, een derde transistor (17) met het eerste geleidingstype, die volgens een gemeenschappelijke-basisconfiguratie is verbonden, organen (51), die de ontvangorganen (55) met een ingang van de eerste transistor verbinden om ingangssignalen aan de eerste transistor toe te 5 voeren, organen, welke een uitgang van de eerste transistor met een ingang van de tweede transistor verbinden om signalen aan de tweede transistor toe te voeren, organen, die een uitgang van de tweede transistor met een ingang van de derde transistor verbinden om signalen aan de derde transistor toe te voeren, en organen (56), die met een 10 uitgang van de derde transistor zijn verbonden voor het overdragen van uitgangssignalen. J. Keten volgens conclusie 6 gekenmerkt door organen, die emitter-collectorbanen van de tweede en derde transistoren in afzonderlijke parallelle aftakketens voor het voeren van ruststromen met elkaar ver-15 binden.

8. Keten volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de eerste transistor bestemd is voor het verschaffen van een geringe bronimpedan-tie voor de tweede transistor, en de derde transistor bestemd is voor het verschaffen van een kleine belas tings impedantie voor de tweede 20 transistor. 8301947