DE1537701A1

DE1537701A1 - Schaltungsanordnung zur galvanischen Kopplung von Verstaerkerstufen

Info

Publication number: DE1537701A1
Application number: DE19671537701
Authority: DE
Inventors: Kuegler Dipl-Ing Eberhard
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-12-04
Filing date: 1967-12-04
Publication date: 1970-01-08
Also published as: DE1537701B2

Description

Schaltungsanordnung zur galvanischen Kopplung von Verstärkerstufen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur galvanischen Kopplung von jeweils aus mindestens einem Transistor aufgebauten Verstclirkerstufen, in der der Emitter eines jeden Transistors Uber eine Impedanz mi-L kleinem Gleichstroffwiderstand an die Basis des Transistors der jeweils folgenden Verstärkerstufe angeschlossen ist.
Kettenschaltungen von Verstärkerstufen -,-lerden in der Nachrichtenti-,chinik häufig vul-"#iei-i(let, um die Strom-, Spannungs-oder Leistungsvers-11,-z-Airkung zu vergrößern. Im allgemeinen sind die einzelnen Verstärkerstufen über Kopplungsnetzaerke miteinander gekoppelt. Die Basisvorspannung der Transistoren wird durch eincn in jeder Stufe vorhandenen Basisspannungsteiler erzeugt. Ist nur eine-Erhöhung der Stromverstärkung bzw. der Eingangsin.pedanz errhUnsc-Iii, so verviendet man vorzugsweise eine Kettens»chal-tung von galvanisch gekoppelten Er.,iitterfolgern.

Ketten.s,chaltlungen mit besonders großer Stufenzahl vierden zum Aufbau von laufZeitentzerrern und Verzögerungsschaltungerverviendet. Jede Vers-11.ärkerstufe ist in diesem Pall eiii Allpaßglied, d.h. ein Vierpol mit frequenzunabhängiger Dämpfung und frequenzabhängigem Phasengang. Derartige aktive Allpaßglieder beanspruchen #"esentlich Vleniger Platz.als aus konventionellen passiven Bauelementen bestehende Allpaßglieder. Aktive Allpaßglieder mit Transistoren sind nach Fig. 1 als aktive Brückenschaltung mit in allgemeinen komplexen Vliderstünden aufgebaut. Sie enthalten jeweils zwei Basisspannun gs-

einen Koppelkondensator sowie Emitter-

und KollekItorwiderst-hinde. Eine der Brückenimpedanzen ist -

an den Kollehtor, die - andere an den Emitter angeschlossen.

-Beide impedan-,c.,i sind außerder#.i mit dem Brückenausgang ver-

bunden.

.Es ict bereits belca-.,in.t, als aktive Allpaßglieder wirkende

Verst:#-;rlcero'L.ufen -alvani#-"cii zu koppeln. Auf diese `ffeise fal-

l'-,n. bei einer aus n Allpaßgliedern gebildeten Allpaßkette

(2i-1) Koppolk ondensatoren-und 2(ii-lj Basiss--pannungsteiler-

Vii C IT

terstände y-eg. tur in der ersten Stufe, einer AllpaRkette

sind dann noch ein. BaszissspannungSteiler und ein Koppelkon-

densator vorhanden.

In Kettenschaltungen mit galvanisch getcoppelten Verstärker-

stufen rxt!j der Gxleichstrow.v.,iderstand: der dem

eines Tr2n,-i-s-It--ors und der Basis des t--

*#f-ransistors der folgenden

Stufe liegenden Impedanz -nübezu gleich Ihill sein, so (laß das

Baoispqteritial unddas Enitterpotential von Transistoren

aufeinanderfolgender Stufen ungefähr gleich groß sind.

Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß der ilLussteuer-

bereich der Transistoren von Stufe zu Stufe kleiner wird.

Die Gleichspannung Uti am Emitter des Transistors Tsm ist

nämlich um den Durchlaßspannungsabfall der Basis-Emitter-

Diode kleiner als die Gleichspannung am Emitter des Transistors

Ts(M) der vorhergehenden Stufe. Infolgedessen können nicht

mehr als n Verstärkerstufen hintereinandergeschaltet werden,

wenn der Assteuerungsbereich des Men Tranjistors gegen

Null geht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur

galvanischen Kopplung von Vorstärkerttufen anzugeben, die

eine gleichgroße Aussteuerung jeder der hintereinanderge-

schalteten Stufen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

zwischen den Emittcr eines jeden Transistors und die an

diesen nngeschlossono Impedanz ein in Durchlaßrichtung bean-

spruchter Halbleiter-Gleichriähter geschaltet ist, dessen

eine Elektrode an den Emitter angeschlossen ist und dessen

andere Elektrodc mit einen Pol der Gleichspannungsquelle

galvanisch verbunden ist.

Wählt man geeignete Halbleiter-Gleichrichter, so wird der

Durchla2-Spannungsabfall der Basis-Emitter-Diode der Tran-

sistoren koppensiert. Die Emittergleichspannungen aller

Stufen worden etwa gleich groß sein, so daß jede Stufe gleich

stark aussteuerbar ist.

Als Halbleiter-Gleichrichter wird vorzugsweise eine Normal-

Diode verwendet. Ist die an diese angeschlossene Impedanz

ein Parallel-Schwing-Kreis, so wird der Klirrabsland im Prequenzbereich außerhalb der Resonanzfrequenz des Parallel-Schwing-Kreises vergrößert, da in diesem Bereich der Tran-. sistor und die Diode gegenphasig ausgesteuert werden.

Beim Aufbau von Allpaßgliodern bildet die Impedanz mit kleinem Gleichstromwiderstand jeweils eine der BrUckenimpedanzen. Die Belastung, die jedes Allpaßglied für das jeweils vorhergehende darstellt, bewirkt eine Abweichung vom frequenzunabhangigen Frequenzgang und damit eine Störung des Allpaßverhaltens. Bei hinreichend großer Stromverstärkung der Transistoron kann zwar die Rückwirkung von einer Allpaßstufe auf die davorliegende in Grenzen gehalten werden. Die elektrischen Eigenschaften der Allpaßkette lassen sich jedoch noch verbescern, wenn als Halbleiter-Gleichrichter die Basis-Emitter-Diode eines Transistors mit komplementärem Verhalten verwendet wird. Diese Anordnung ermöglicht eine wesentlich bessere Entkopplung zwischen den Allpa9stufen und damit eine bessere Annäherung an das ideale Allpaßverhalten.
Bei einer Kettenschaltung von Emittorfblgern wird die Impedanz mit kleinem Gleichstromwiderstand durch eine galvanische Verbindung gebildet. Als Halbleiter-Gleichrichterhird vorzugsweise eine Diode verwendet. '%'ici-tere Einzelheiten und Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich aus den anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.

!CS zeigen Figur 2 eine Allpaßkette zweiter Ordnung mi t Dioden zur galvanischen Kopplung, C2 Figur 3 ein Allpaßglied zweiter Ordnung mit komplementären Transistoren und Figur 4 ein weiteres Allpaßglied zweiter Ordnung mit komplementären Transistor#n.-Die in Figur 2 gezeigte Allpaßkette mit Dioden zur galvanischen Kopplung ist aus npii-Transistoren aufgebaut. Zur ersten Stufe gehören der Kopplungskondensator Ck und der aus den Widerstünden Rl und R2 bestehende Basisspannung2teiler. Die Basis des Transistors Tsl ist über den Widerstand RI an den positiven Pol der Gleichspannungsquelle und Uber den Widerstand R2 an Erdpotential angeschlossen. Die Kollektoren aller Transistoren sind über Kollektorwiderstände Rel bis Ren mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle und Uber Emitterwii derstände Rel bis Ren mit Erdpotential verbunden'. Die Basis der Transistoren Ts2 bis Tsn ist außerdem Uber einen ohmschen Widerstand Xl bis X(n-1) mit dem Kollektor und über einen Parallel-Schviing-Kreis Yl bis Y(n-1) sowie die Diode Dl bis

DJ-1) mit den Emitter des jeweils voriergehenden Transistors

verbunden. Die Dioden Dl bis Dn sind durch den über die

ohmschen Widerstände Xl bis Xn, und die Induktivität der Par-

allel-Schwing-Kreise Yl bis Yn fließenden Strom geöffnet.

Das Enitterpotential aller Transistoren Tnl bis Tsn ist daher

sich

ungeführ gleich groß, so dag/in jeder Stufe ein Aussteuerbe-

reich von etwa der halben Batteriespannung ergibt. Der Wech-

sclGtromwiderstand der Diode D wird bei der Dimensionierung

der Allpa2glieder berücksichtigt.

Ein Ausführungobeispiel der Erfindung mit komplementären

Transistoren zeigt Figur 3. Als Halbleiter-Gleichrichter wird

hier die BaGic-Emitter-Diode eines zweiten Transistors TsmI

mit komplementiren Verhalten, also hier eines pnp-Transistors,

verwendet. Dic Basis dieses Transistors Kr_ Ost mit dem

Emitter deo erbten Transistors Tsm verbunden, während der

Kolloktor an irdpotehtial und der EnItter einerseits Über

den Emitterwiderstand R an den positiven Pol der Gleichspan-

nungsquelle und andererseits an den Parallel-Schwing-Kreis

Ym angeschlossen ist. Die Schaltung ist bis auf die Änderun-

gen, die durch die andere Ausführung des Halbleiter-Gleich-

richtors bedingt sind, in gleicher Weise aufgebaut wie das

Ausführupgsbeispiel nach Figur 2. Durch geeignete Auswahl

der Transistoren erreicht man, daß sich die Durchlaßspannun-

gen der Basis-Emitter-Dioden der Transistoren kompensieren.

Die aus den komplemontiren Transistoren Tsm und Tsml be-

stehende Schaltungsanordnung wirkt als Gegeltaktschaltung.

Sind die Emitterwiderständo Rc und R etwa gleich groß, so

werden auch die durch eine Besisotromänderung am Eingang E der

Stufe hervorgerufenen Änderungen der Emitterströme durch beide

Transistoren dem Betrag nach nahezu gleich groß sein. Da

diese Emitterstromänderungen jedoch ehtgegengoootzt gerich-

tot sind, hoben sie sich in den durch die Gleichspannungs-

quelle und die Transistoren gebilAten-Stromkreis-gegenseitig

auf. Eine Verkopplung der einzelnen Allpaßglieder über den

Innenwiderstcnd'Ri der Gleichipannungsquelle kann daher nich

auftreten. Der gesamte Signalstrom fließt nur innerhalb der

Transistorstufen.

Eine noch bessere Entkopplung der Allpaßglieder wird durch

die in Pigur 4 gezeigte Schaltungnerreicht. Der Kollektor

des ersten Transistors Tsm ist hier direkt an den positiven

Pol +Ub der SpannungsquAle angeschlossen, während der Kol-

lektor des zweiten Transistors Tsml Uber einen Kollektor-

widersUnd Rc an Erdpotentinl angeschlossen ist. Der ohmsche

Widerstand Xm ist-hier mit dem Kollektor des zweiten Tran-

sistors Tsmi verbunden. In dieser Schaltung kann der Emitter-

Widerstand R des ersten Transistors Tsm wesentlich größer,

beispielsweise nindestens zehnmal größer, als der Emitter-

Widerstand Rc des zweiten Transistors Tsml gewählt worden.

Wegen des hohen EingangswiArstandes solcher Allpaßglieder

ist die Belastung jeder Allpaßstufe durch die folgende Stufe geringer.als bei den schon vorgeschlagenen Schaltungen. Der Einfluß der Belastung auf das Allpaßverhalten, der sich beispiclsvieisc bei Änderung der temperaturabhängigen Stromverstärkung bemerkbar machen kann, wird dadurch erheblich reduziert.

In Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich, die Impedanz X als komplexen Widerstand aufzubauen. Sollte diese Impedanz keinen endlichen Gleichstrom-hderstand besitzen, so müßto beim. Ausführungsbeispiel nach Figur 2 die Eingangsclektrode der Diode D über einen Widerstand mit dem positiven Pol +Ub der Gleichspannungsquelle verbunden vierden.
# 1 Bei der Ausführung der Kettenschaltungen als integrierte Schnltungen vierden die Transistoren und die Halbleitergleichrichter zw.eckmäßig jeweils auf einem Halbleiterblock zueammen-# gefaßt.
1 Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist in allen Kettenschaltungen von Vorteil, in denen die Verstärkerelemente in gleicher Weise wie beim Anrieldungsgegenstand an die Gleichspannungsquelle angeschlossen sind und in denen eine Verbindung mit kleinen Gleichstromwiderstand zwischen dem.Emitter eines Transistors und der Basis des jeweils folgenden Transistors möglich ist. Es wird schließlich noch darauf hingewiesen, daß die beschriebenen Schaltungen bei umgepolter Versorgungsspannung auch komplenentür ausgeführt werden können.

Claims

P a t e n t a n s p r ä c h e Schaltungsanordnung zur galvanischen Kopplung von jeweils* aus mindestens einem Transistor aufgebauten Verstärker- stufcn, iii der der Emitter eines jeden Transistors Über eine Impedanz mit kleinen Gleichotromwiderstand, an die Basis des TranziolUors der jeweils folgenden Verstärker- stufo angeschlossen ist, dadurch gchenn.-eichnet, daß schen den E.mitter eines jeden Transistors (Tsl bis Tsn; erster Transistor) und die an diesen angeschlossene Impe- daii-- (Yl' bis Yli) ein in Durchlaßrichtung beanspruchter 11albleiter-Gleichrichter (D1 bis Dn bzw. Basis-Eriitter- Diode der Trnns-is-Lorcii Tsll bis Tsn1) geschaltet ist, dossen eine Elektrode an den Eipitter ar.g--.zz#elilossen ist und dessen andere Elektrode mit.einem Pol der Gleichspan- nungsquelle (+Ub) vei#bunden ist. 2. Schaltun"sanordnung nach Anspruch 1 zur galvanischen Kopplung von aktiven Allpaßgliedern, die jeweils zwei Brückenimpedan-zen enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedaan,-- mit kleinen Gleichstronwiderstand eine der BrücKenimpedanzen 'bildet. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- c> net, da.3 als Halbloiter-Gleichrichter eine Nornial-Diode vervieiidc-t wird.

4. SchaltungsQnordnung nach Anspruch 3 zur galvanischen Kopp- lung von Emitterfolgern, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz hit kleinem Gleichstromwiderstand eine galvanische Verbindung ist. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- not, daß der Halbleitcr-Gleichrichter durchdio Basis-Emit- tcr-Diode eines zun. ersten Transistor (Tsl bis Tsn) kom- pleirentären Transi.,3tors (Tsll bis Tsn1; zweiter Transistor) realisiert ist, dessen Basis mit den Ei"ii-t-Ler des ersten Transistors verbunden ist und dessen Einitter einerseits an die genannte Drücl<eniiirc#r-lanz (Y) mit kleinem, Gleich- stromi7iderst,nd, andererseits über eincn Emitter-Vliderstand (R bz#-". Re) #"Iii einen Pol der lileicli.,jpaziniti,.#3,#ia-uelle (-hUb) angeschlossen ist, während der Kolloktor mit dem anderen Pol dcr Spannungsquelle verbunden 6. Schaltunisanordnung- nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekenn- dt--f. der Kollektor des ersten Transistors (Tsl bis Tsn) über einen Kolleictorwiderstand (Ticl bis Ren) mit einem Pol der Gleich2pannungsquelle (+Ul» und Uber eine zweite Brückonimpedanz (X) mit der Basi.#, dIez ersten Transistors der folgenden VerstCirkerstufe verb,Unden ist, und daß der des ersten Transistors je,%*ieils über einen Emitter- (lic.) r-:,it den anderen Pol der Gleichspannungs- quolle verbunder, ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekenly- zeichnotg daß die zweite Brückenimpedanz (X) einen end- liehen Gleichstromwiderstand aufweist. - 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekenn- zeichnet, daß die erste Impedanz (Y) ein Parallelschwing- krcis JJ) und die zweite Impedanz ein ohmscher Widerstand ist (Allpaß zweiter Ordnung). 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Emitterwiderstand (R) des jeweils zwei- ten Transistors (Tsll bis Tsnl) jeder Verstärkerstufe un- gefähr gleich groß ist wie der,Emilterwiderstand (Re) des jeweils zugehörigen ersten Transistors (Tsl bis Ton). 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- net, daß der Kollektor jedes ersbn Transistors (Tol bis Tsn) direkt mit einen Pol der Gleichspannungsquälle (+Ub) -und der Kollektor jedes zweiten Transistors (Toll bis Tsnl) Uber einen Kollektorwiderstand (Re) mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist, und daß der Kol- lektor jedes zweiten Transistors über eine Brückenimpedanz (X) an die Basis des ersten Transistors der folgenden Ver- stürkerstufe angeschlossen ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Er"itterviiderr>-tand (R) des ersten Transistors wesentlich größer (z.B. Faktor = 10) ist als der Emitter- und Kollektorwiderstalnd des zweiten Transistors. 12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetp daß Transistoren und Halbleiter-Gleichrichter in einer integrierten Schaltung zusammengefaßt sind.