DE1202835B - DC voltage differential amplifier - Google Patents

Description

Gleichspannungs-Differenzverstärker Bei einem Differenzverstärker erscheint zwischen den beiden Ausgangsklemmen die zwischen den beiden Eingangsklemmen liegende, um den Verstärkungsfaktor vergrößerte Eingangsspannung.DC voltage differential amplifier With a differential amplifier appears between the two output terminals that between the two input terminals Lying input voltage increased by the gain factor.

Trifft man den Aufbau des Differenzverstärkers so, daß zwischen den beiden Ausgangsklemmen und der Schaltungsnullschiene zwei gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Spannungen erscheinen, so erhält man einen Gegentaktausgang. (Die Summe dieser beiden Gegentaktspannungen liefert wieder die um den Verstärkungsfaktor vergrößerte Eingangsspannung.) Die Symmetrie dieser beiden Gegentaktspannungen gegen die Schaltungsnullschiene wurde bisher an einem dafür vorgesehenen Potentiometer eingestellt.If you meet the structure of the differential amplifier so that between the two output terminals and the circuit zero rail are two equal, but opposite directional voltages appear, a push-pull output is obtained. (The sum of these two push-pull voltages again supplies the one increased by the gain factor Input voltage.) The symmetry of these two push-pull voltages against the circuit zero rail was previously set on a potentiometer provided for this purpose.

Diese Symmetrierung wurde jedoch in nachteiliger Weise aufgehoben, wenn sich die Versorgungsspannung änderte oder auf beide Verstärkereingänge ein starkes Gleichtaktsignal (gleichsinnige Veränderung) gegeben wurde sowie Temperaturschwankungen vorhanden waren. Es mußte daher das Symmetrierpotentiometer sehr oft nachgestellt werden.However, this balancing has been negated in a disadvantageous way, if the supply voltage changed or on both amplifier inputs strong common-mode signal (change in the same direction) was given as well as temperature fluctuations were present. The balancing potentiometer therefore had to be readjusted very often will.

Bei dem erfindungsgemäßen Differenzverstärker (Hauptverstärker) ist dieser Nachteil vermieden. Dies gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß zusätzlich eine Differenzverstärkerstufe vorgesehen ist, die das arithmetische Mittel aus den beiden Ausgangsspannungen des Hauptverstärkers mit dem Potential der Schaltungsnullschiene vergleicht und mittels der verstärkten Spannungsdifferenz die Stromversorgung einer Differenzverstärkerstufe des Hauptverstärkers im Sinne einer Differenzverminderung beeinflußt.In the differential amplifier (main amplifier) according to the invention this disadvantage avoided. This is achieved according to the invention in that, in addition a differential amplifier stage is provided which the arithmetic mean of the both output voltages of the main amplifier with the potential of the circuit zero rail compares and using the amplified voltage difference the power supply of a Differential amplifier stage of the main amplifier in the sense of a difference reduction influenced.

Durch die selbsttätige Symmetrierung sind mit Vorteil unabhängig von den vorstehend erwähnten Einflüssen die Verstärkerausgänge ständig symmetrisch zur Spannungsnullschiene, ohne daß ein Nachstellung von Hand zu erfolgen braucht.The automatic balancing means that they are advantageously independent of The amplifier outputs are always symmetrical to the influences mentioned above Zero voltage rail without having to be readjusted by hand.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Differenzverstärkers wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the differential amplifier according to the invention is explained in more detail with reference to the drawing.

In der Zeichnung ist ein vierstufiger Transistor-Gleichspannungs-Differenzverstärker dargestellt. In der ersten Stufe, der Eingangsstufe, die als Emitterschaltung betrieben wird, sind in einem System vereinigte npn-Transistoren P1, P., vorgesehen. Im Emitterkreis dieser Transistoren liegen die Widerstände R3, R4 sowie der gemeinsame, die Gegenkopplung bewirkende Widerstand R5. Es ist außerdem ein Transistor P9 vorgesehen, mit dem entsprechend seinem Aussteuerungsgrad die Stromversorgung der ersten Stufe verändert werden kann. Seine Funktion wird noch später erläutert. Im Kollektorkreis der ersten Stufe liegen die Arbeitswiderstände R6, R7. Angesteuert wird die erste Stufe über die Verstärkereingänge El, E2, die jeweils mit der Basis des zugeordneten Transistors verbunden sind. Für jeden Eingang ist weiterhin eine Spannungsteilerschaltung, bestehend aus den Widerständen R21, R1 bzw. R22, R2 vorgesehen, die ein bestimmtes Basispotential vorgeben. In der Eingangsstufe sind ferner RC-Glieder R29, C1 und Rio, C2 vorgesehen, die ein Schwingen des Verstärkers verhindern.In the drawing is a four-stage transistor DC voltage differential amplifier shown. In the first stage, the input stage, operated as an emitter circuit , npn transistors P1, P., united in one system are provided. In the emitter circle of these transistors are the resistors R3, R4 and the common one, the negative feedback causing resistance R5. There is also a transistor P9 is provided with the The power supply of the first stage changed according to its degree of control can be. Its function will be explained later. The first in the collector circuit Level are the load resistances R6, R7. The first stage is controlled via the amplifier inputs El, E2, each with the base of the associated transistor are connected. There is also a voltage divider circuit for each input from the resistors R21, R1 and R22, R2 are provided, which have a specific base potential pretend. RC elements R29, C1 and Rio, C2 are also provided in the input stage, which prevent the amplifier from vibrating.

Für die zweite und vierte Verstärkerstufe sind pnp-Transistoren p3, p4, p5, p. und p7, p$ vorgesehen. Die zweite Stufe wird dabei zur Impedanzanpassung als Emitterfolger (Kollektorschaltung) betrieben. Sie weist einen gemeinsamen Kollektorwiderstand R12 sowie im Emitterkreis die Arbeitswiderstände R19, Ril bzw. die Spannungsteilerwiderstände R27, R.,8 auf.For the second and fourth amplifier stage, pnp transistors p3, p4, p5, p. and p7, p $ provided. The second stage is impedance matching operated as an emitter follower (collector circuit). It has a common collector resistance R12 and in the emitter circuit the load resistors R19, Ril or the voltage divider resistors R27, R., 8 on.

Die dritte Stufe wird wie die erste Stufe in Emitterschaltung betrieben. Im Kollektorkreis der Transistoren p5, p. liegen die Arbeitswiderstände R17, R18, im Emitterkreis die Widerstände R13, R14 sowie der beiden Transistoren gemeinsame gegenkoppelnde Widerstand R15.The third stage is operated like the first stage in emitter circuit. In the collector circuit of the transistors p5, p. are the load resistances R17, R18, in the emitter circuit the resistors R13, R14 and the two transistors common negative feedback resistor R15.

Die erste Stufe wird wieder als Emitterfolger betrieben. Sie weist einen beiden Transistoren p7, p$ gemeinsamen Kollektorwiderstand R23 sowie im Emitterkreis die Arbeitswiderstände R8, R9 auf. An die Emitter der Transistoren p1, p8 sind die Verstärkerausgänge A1, A2 angeschlossen.The first stage is again operated as an emitter follower. She knows a collector resistor R23 common to both transistors p7, p $ and in the emitter circuit the load resistances R8, R9. To the emitters of the transistors p1, p8 are the Amplifier outputs A1, A2 connected.

Der vorstehend beschriebene Differenzverstärker wirkt in folgender Weise: Wird z. B. der Eingang El mit einer Spannung bestimmter Höhe beaufschlagt, die negativ gegenüber der Schaltungsnullschiene (0 Volt) ist, und der Eingang E2 mit einer Spannung, die positiv gegenüber der Nullschiene ist, so wird entsprechend der Ausgang A1 negativ und der Ausgang A2 positiv gegenüber der Schaltungsnullschiene (sie ist als dritter Ausgang dargestellt). Zwischen A1 und A2 liegt somit eine Spannung, die der verstärkten Spannungsdifferenz, die zwischen den Eingängen El und E2 herrscht, entspricht.The differential amplifier described above functions as follows Way: If z. B. the input El is applied with a voltage of a certain level, which is negative with respect to the circuit zero rail (0 volts), and the input E2 with a voltage that is positive with respect to the zero rail, it becomes accordingly the output A1 negative and the output A2 positive compared to the circuit zero rail (it is shown as the third output). There is thus a voltage between A1 and A2, that of the increased voltage difference, the one between the entrances El and E2 prevails, corresponds.

Bei einem Differenzverstärker mit Gegentaktausgang soll nun die ausgangsseitige Spannungsdifferenz symmetrisch zu der Spannungsnullschiene sein. Diese Bedingung ist jedoch aus den eingangs erwähnten Gründen bei den bekannten Verstärkern nicht in jedem Fall erfüllt. Um eine selbsttätige Symmetrierung der Gegentakt-Verstärkerausgänge zu erzielen, ist gemäß der Erfindung eine fünfte Differenzverstärkerstufe vorgesehen, die die Transistoren p1, und p11 als Verstärkerelemente hat. Diese fünfte. Stufe wird als Emitterschaltung betrieben, wobei er Widerstand Rls der gemeinsame gegenkoppelnde Emitterwiderstand und R.,6 der Arbeitswiderstand ist. Die Basis des Transistors p1, liegt auf dem Potential der Spannungsnullschiene. Der Transistor pl, wird jeweils von einer Spannung angesteuert, die aus der Widerstands-Spannungsteilerschaltung R24, R25 abgeleitet wird. Die beiden Endpunkte dieses Spannungsteilers sind dabei jeweils mit einem Emitter der Transistoren der vierten Stufe und der Mittelpunkt des Teilers mit der Basis des Transistors p1, verbunden. Haben beide Widerstände R24, R25 denselben Widerstandswert, so ist die an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors pll wirkende Spannung das arithmetische Mittel aus den beiden Ausgangsspannungen des Verstärkers. In der zusätzlichen Stufe 5 wird daher das arithmetische Mittel aus den beiden Ausgangsspannungen mit dem Potential der Spannungsnullschiene verglichen. Tritt eine Abweichung auf, so wird über den Transistor p9 die Stromversorgung der ersten Stufe im Sinne einer Differenzverminderung beeinfiußt.In the case of a differential amplifier with a push-pull output, the output-side The voltage difference must be symmetrical to the voltage zero rail. This condition is not, however, for the reasons mentioned at the beginning in the known amplifiers fulfilled in any case. To automatically balance the push-pull amplifier outputs to achieve, a fifth differential amplifier stage is provided according to the invention, which has the transistors p1, and p11 as amplifier elements. This fifth. step is operated as an emitter circuit, where the resistor Rls is the common negative feedback Emitter resistance and R., 6 is the working resistance. The base of the transistor p1, is at the potential of the voltage zero rail. The transistor pl is each driven by a voltage obtained from the resistor voltage divider circuit R24, R25 is derived. The two end points of this voltage divider are included each with an emitter of the transistors of the fourth stage and the midpoint of the divider to the base of the transistor p1. Both have resistances R24, R25 have the same resistance value, then the one at the base-emitter path of the The voltage acting on the transistor pll is the arithmetic mean of the two output voltages of the amplifier. In the additional level 5 is therefore the arithmetic mean from the two output voltages compared with the potential of the voltage zero rail. If there is a discrepancy, the power supply of the first stage in the sense of a difference reduction.

Durch die vorstehende Anordnung wird somit erreicht, daß der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R24, R25 ständig auf das Potential der Spannungsnullschiene eingeregelt wird. Es ist daher ständig, unabhängig von Änderungen der Temperatur, der Versorgungsspannung und des Gleichtaktanteils des Eingangssignals mit Vorteil ein symmetrischer Ausgang vorhanden, d. h., die beiden Gegentakt-Ausgangsspannungen sind stets symmetrisch zur Schaltungsnuffschiene. Die erfindungsgemäße Symmetrierung gewährleistet also, daß sich beide Ausgänge in bezug auf die Nullschiene nicht gleichsinnig ändern können, da dann an der fünften Stufe eine Spannungsdifferenz wirksam wird, die eine der Differenz entgegenwirkende Verstellung in der ersten Stufe zur Folge hat.The above arrangement thus achieves that the connection point between the resistors R24, R25 constantly at the potential of the voltage zero rail is regulated. It is therefore constantly, regardless of changes in temperature, the supply voltage and the common-mode component of the input signal with advantage a balanced output is available, d. i.e., the two push-pull output voltages are always symmetrical to the switching rail. The balancing according to the invention thus ensures that both outputs are not in the same direction with respect to the zero rail can change, since a voltage difference then becomes effective at the fifth stage, the result of an adjustment in the first stage that counteracts the difference Has.

Claims (3)

Patentansprüche: 1. Gleichspannungs-Differenzverstärker (Hauptverstärker), dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Differenzverstärkerstufe vorgesehen ist, die das arithmetische Mittel aus den beiden Ausgangsspannungen des Hauptverstärkers mit dem Potential der Schaltungsnullschiene vergleicht und mittels der verstärkten Spannungsdifferenz die Stromversorgung einer Differenzverstärkerstufe des Hauptverstärkers im Sinne einer Differenzverminderung beeinflußt. Claims: 1. DC voltage differential amplifier (main amplifier), characterized in that a differential amplifier stage is additionally provided which is the arithmetic mean of the two output voltages of the main amplifier compares with the potential of the circuit zero rail and by means of the amplified Voltage difference the power supply of a differential amplifier stage of the main amplifier influenced in the sense of a difference reduction. 2. Differenzverstärker nach Anspruch 1 mit vier transistorisierten Hauptverstärkerstufen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, mit npn-Transistoren versehene Stufe und die dritte Stufe in Emitterschaltung, die zweite und vierte Stufe als Emitterfolger betrieben werden, und für die zweite bis vierte Stufe pnp-Transistoren vorgesehen sind. 2. Differential amplifier according to claim 1 with four transistorized main amplifier stages, characterized in that the first stage, provided with npn transistors, and the third stage in emitter circuit, the second and fourth stages are operated as emitter followers, and for the second to fourth stage pnp transistors are provided. 3. Differenzverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Differenzverstärkerstufe in Emitterschaltung betrieben wird und aus pnp-Transistoren aufgebaut ist, von denen der eine basisseitig auf dem Potential der Schaltungsnullschiene liegt und der andere von einer Spannung beaufschlagt wird, die aus einem durch zwei gleiche Widerstände gebildeten, parallel zu den beiden Ausgängen des Hauptverstärkers liegenden Spannungsteiler abgeleitet wird, und daß in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz an der zusätzlichen Differenzverstärkerstufe ein im Stromversorgungskreis der ersten Stufe des Hauptverstärkers liegendes steuerbares Schaltelement, vorzugsweise ein Transistor, ausgesteuert wird.3. Differential amplifier according to claim 1 or 2, characterized in that the additional differential amplifier stage in Emitter circuit is operated and made up of pnp transistors, one of which the one on the base side is at the potential of the circuit zero rail and the other a voltage is applied, which consists of one through two equal resistors formed voltage divider lying parallel to the two outputs of the main amplifier is derived, and that depending on the voltage difference on the additional Differential amplifier stage on in the power supply circuit of the first stage of the main amplifier lying controllable switching element, preferably a transistor, is controlled.