DE1537701C - Schaltungsanordnung zur galvanischen Kopplung von Verstärkerstufen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur galvanischen Kopplung von VerstärkerstufenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur galvanischen Kopplung von als aktive All- (
paßglieder wirkende Verstärkerstufen, welche jeweils einen Transistor enthalten, bei dem ein erster Ausgang
über eine erste Impedanz mit kleinem Gleichstromwiderstand
und ein zweiter Ausgang über eine zweite Impedanz mit endlichem Gleichstromwiderstand
an die Steuerelektrode der Transistorstufe des jeweils folgenden Allpaßgliedes angeschlossen sind.
Kettenschaltungen von Verstärkerstufen werden in der Nachrichtentechnik häufig verwendet, um die
Strom-,. Spannungs- oder Leistungsverstärkung zu vergrößern. Im allgemeinen sind die einzelnen Verstärkerstufen
über Kopplungsnetzwerke miteinander gekoppelt. Die Basisvorspannung der Transistoren
wird durch einen in jeder Stufe vorhandenen Basisspannungsteiler erzeugt. Ist nur eine Erhöhung der
Stromverstärkung bzw. der Eingangsimpedanz erwünscht, so verwendet man vorzugsweise eine Kettenschaltung
von galvanisch gekoppelten Emitterfolgern.
Kettenschaltungen mit besonders großer Stüfenzahl werden zum Aufbau von Laufzeitentzerrerii und Verzögerungsschaltungen
verwendet. Jede Verstärker- ;Y stufe ist in diesem Fall ein Allpaßglied, d. h. ein Vierpol
mit frequenzunabhängiger Dämpfung und frequenzabhängigem Phasengang. Derartige aktive Allpaßglieder
beanspruchen wesentlich weniger Platz als aus konventionellen passiven Bauelementen bestehende
Allpaßglieder. Aktive Allpaßglieder mit Transistoren sind nach F i g. 1 als aktive Brückenschaltung
mit im allgemeinen komplexen Widerständen aufgebaut. Sie enthalten jeweils zwei Basisspannungsteiler-Widerstände,
einen Koppelkondensator sowie Emitter- und Kollektorwiderstände. Eine der Brückenimpedanzen
ist an den Kollektor, die andere an den Emitter angeschlossen. Beide Impedanzen sind außerdem
mit dem Brückenausgang verbunden.
Es ist bereits bekannt, als aktive Allpaßglieder wirkende
Verstärkerstufen galvanisch zu koppeln. Auf diese Weise fallen bei einer aus η Allpaßgliedern gebildeten
Allpaßkette (n — 1) Koppelkondensatoren und 2 (ti — 1) Basisspannungsteiler-Widerstände weg.
Nur in der ersten Stufe einer Allpnßkette sind dann noch ein Basisspannungsteiler und ein Koppelkondensator
vorhanden.
In Kettenschaltungen mit galvanisch gekoppelten Verstäikerstufen muß der Gleichstronnviderstund der
zwischen dem Emitter tines Transistors und der Basis
des Transistors der folgenden Stufe liegenden Impedanz nahezu gleich Null sein, so daß das Basispotential
und das Emitterpotential von Transistoren aufeinanderfolgender Stufen ungefähr gleich groß sind.
Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß der Aussteuerbereich der Transistoren von Stufe zu Stufe
kleiner wird. Die Gleichspannung Um am Emitter des Transistor Ts m ist nämlich um den Durchlaßspannungsabfall
der Basis-Emitter-Diode kleiner als die Gleichspannung am Emitter des Transistors
Ts{m — 1) der vorhergehenden Stufe. Infolgedessen können nicht mehr als η Verstärkungsstufen hintereinandergeschaltet
werden, wenn der Aussteuerungsbereich des η-ten Transistors gegen Null geht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur galvanischen Kopplung von Verstärkerstufen
anzugeben, die eine gleich große Aussteuerung jeder der hintereinandergeschalteten Stufen
ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem ersten Ausgang einer Transistorstufe
und die erste Impedanz eine'in Durchlaß- »V! richtung beanspruchte Diode geschaltet ist.
Wählt man geeignete Halbleiter-Gleichrichter, so wird der Durchlaß-Spannungsabfall der Basis-Emitter-Diode
der Transistoren kompensiert. Die Emittergleichspannungen aller Stufen werden etwa
gleich groß sein, so daß jede Stufe gleich stark aussteuerbar ist.
Als Halbleiter-Gleichrichter wird vorzugsweise eine Normaldiode verwendet. Ist die an diese angeschlossene
Impedanz ein Parallel-Schwing-Kreis, so
wird der Klirrabstand im Frequenzbereich außerhalb der Resonanzfrequenz des Parallel-Schwing-Kreises
vergrößert, da in diesem Bereich der Transistor und die Diode gegenphasig ausgesteuert werden.
Beim Aufbau von Allpaßgliedern bildet die Impedanz mit kleinem Gleichstromwiderstand jeweils eine
der Brückenimpedanzen.
Die Belastung, die jedes Allpaßglied für das jeweils vorhergehende darstellt, bewirkt eine Abweichung
vom frequenzunabhängigen Frequenzgang und damit eine Störung des Allpaßverhaltens. Bei hinreichend
\) großer Stromverstärkung der Transistoren kann zwar die Rückwirkung von einer Allpaßstufe auf die davorliegende
in Grenzen gehalten werden. Die elektrischen Eigenschaften der Allpaßkette lassen sich jedoch noch
verbessern, wenn als Halbleiter-Gleichrichter die Basis-Emitter-Diode eines Transistors mit komplementärem
Verhalten verwendet wird. Diese Anordnung ermöglicht eine wesentlich bessere Entkopplung
zwischen den Allpaßstufen und damit eine bessere Annäherung an das ideale Allpaßverhalten.
Bei einer Kettenschaltung von Emitterfolgern wird die Impedanz mit kleinem Gleichstromwiderstand
durch eine galvanische Verbindung gebildet. Als Halbleiter-Gleichrichter wird vorzugsweise eine
Diode verwendet.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich aus den
an Hand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es zeigt
F i g. 2 eine Allpaßkette zweiter Ordnung mit Dioden zur galvanischen Kopplung,
F i g. 3 ein Allpaßglied zweiter Ordnung mit kornplementären Transistoren und
Fig.4 ein weiteres Allpaßglied zweiter Ordnung
mit komplementären Transistoren.
Die in F i g. 2 gezeigte Allpaßkette mit Dioden zur galvanischen Kopplung ist aus npn-Transistoren aufgebaut.
Zur ersten Stufe gehören der Kopplungskondensator Ck und der aus den Widerständen R 1 und
Rl bestehende Basisspannungsteiler. Die Basis des Transistors Ts 1 ist über den Widerstand R1 an den
positiven Pol der Gleichspannungsquelle und über den Widerstand R 2 an Erdpotential angeschlossen.
Die Kollektoren aller Transistoren sind über Kollektorwiderstände RcI bis Ren mit dem positiven Pol
der Gleichspannungsquelle und über Emitterwiderstände ReI bis Ren mit Erdpotential verbunden. Die
Basis der Transistoren Ts 2 bis Tsn ist außerdem über einen ohmschen Widerstand Xl bis X (n— 1) mit dem
Kollektor und über einen Parallel-Schwing-Kreis Y1
bis Y(n— 1) sowie dieDiodeDl bis D(n— 1) mit dem
Emitter des jeweils vorhergehenden Transistors verbunden. Die Dioden D1 bis D η sind durch den über
die ohmschen Widerstände Xl bis Xn und die Induktivität
der Parallel-Schwing-Kreise Yl bis Y η fließenden Strom geöffnet. Das Emitterpotential aller Transistoren
TsI bis Ts η ist daher ungefährt gleich groß, so daß sich in jeder Stufe ein Aussteuerbereich von
etwa der halben Batteriespannung ergibt. Der Wechselstromwiderstand der Diode D wird bei der Dimensionierung
der Allpaßglieder berücksichtigt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit komplementären Transistoren zeigt Fig. 3. Als
Halbleiter-Gleichrichter wird hier die Basis-Emitter-Diode eines zweiten Transistors Tsm 1 mit komplementärem
Verhalten, also hier eines pnp-Transistors, verwendet. Die Basis dieses Transistors Tsml ist mit
dem Emitter des ersten Transistors Tsm verbunden, während der Kollektor an Erdpotential und der Emitter
einerseits über den Emitterwiderstand R an den positiven Pol der Gleichspannungsquelle und andererseits
an den Parallel-Schwing-Kreis Ym angeschlossen ist. Die Schaltung ist bis auf die Änderungen, die
durch die andere Ausführung des Halbleiter-Gleichrichters bedingt sind, in gleicher Weise aufgebaut
wie das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2. Durch geeignete Auswahl der Transistoren erreicht man, daß
sich die Durchlaßspannungen der Basis-Emitter-Dioden der Transistoren kompensieren. Die aus den
komplementären Transistoren Tsm und Tsm 1 bestehende Schaltungsanordnung wirkt als Gegentaktschaltung.
Sind die Emitterwiderstände Re und R etwa gleich groß, so werden auch die durch eine Basisstromänderung
am Eingang E der Stufe hervorgerufenen Änderungen der Emitterströme durch beide
Transistoren dem Betrag nach nahezu gleich groß sein. Da diese Emitterstromänderungen jedoch entgegengesetzt
gerichtet sind, heben sie sich in dem durch die Gleichspannungsquelle und die Transistoren gebildeten
Stromkreis gegenseitig auf. Eine Verkopplung der einzelnen Allpaßglieder über den Innenwiderstand
Ri der Gleichspannungsquelle kann daher nicht auftreten. Der gesamte Signalstrom fließt nur innerhalb
der Transistorstufen.
Eine noch bessere Entkopplung der Allpaßglieder wird durch die in F i g. 4 gezeigte Schaltung erreicht.
Der Kollektor des ersten Transistors Tsm ist hier direkt an den positiven Pol + Ob der Spannungsquelle
angeschlossen, während der Kollektor des zweiten Transistors Tsm 1 über einen Kollektorwiderstand Re
an Erdpotential angeschlossen ist. Der ohmsche Widerstand Xm ist hier mit dem Kollektor des zweiten
Transistors Tsml verbunden. In dieser Schaltung
kann der Emitterwiderstand R des ersten Transistors Tsm wesentlich größer, beispielsweise mindestens
zehnmal größer, als der Emitterwiderstand Re des zweiten Transistors Tsm 1 gewählt werden. Wegen
des hohen Eingangswiderstandes 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 beispielsweise bei Änderung der temperatur abhängigen Stromverstärkung bemerkbar
machen kann, wird dadurch erheblich reduziert.
Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich, die Impedanz X als komplexen Widerstand
aufzubauen. Sollte diese Impedanz keinen endlichen Gleichstrom-Widerstand besitzen, so müßte
beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 die Eingangselektrode der Diode D über einen Widerstand mit dem
positiven Pol + Ub der Gleichspannungsquelle verbunden werden.
Bei der Ausführung der Kettenschaltungen als integrierte Schaltungen werden die Transistoren und die
Halbleiter-Gleichrichter zweckmäßig jeweils auf einem Halbleiterblock zusammengefaßt.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist in allen Kettenschaltungen von Vorteil, in denen die
Verstärkerelemente in gleicher Weise wie beim Anmeldungsgegenstand an die Gleichspannungsquelle
angeschlossen sind und in denen eine Verbindung mit kleinem 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 komplementär ausgeführt werden können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Schaltungsanordnung zur galvanischen Kopplung von als aktive Allpaßglieder wirkende
Verstärkerstufen, welche jeweils einen Transistor enthalten, bei dem ein erster Ausgang über eine
erste Impedanz mit kleinem Gleichstromwiderstand und ein zweiter Ausgang über eine zweite
Impedanz mit endlichem Gleichstromwiderstand an die Steuerelektrode der Transistorstufe des jeweils
folgenden Allpaßgliedes angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
.dem ersten Ausgang einer Transistorstufe und die erste Impedanz (Y) eine in Durchlaßrichtung beanspruchteDiode
(Dl bis Dn bzw. Basis-Emitter-Diode der Transistoren Ts 11 bis Tsnl) geschaltet
ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur
galvanischen Kopplung von Emitterfolgern, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz mit kleinem
Gleichstromwiderstand eine galvanische Verbindung ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode durch die
Basis-Emitter-Diode eines zum ersten Transistor (TsI bis Tsή) komplementären Transistors (TjII
bis Tsnl; zweiter Transistor) realisiert ist, dessen
Basis mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist und dessen Emitter einerseits an die genannte
erste Impedanz (Y) mit kleinem Gleichstromwiderstand, andererseits über einen Emitterwiderstand
(R bzw. Re) an einen Pol der Gleichspannungsquelle (+Ub) angeschlossen ist, während
der Kollektor mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des ersten Transistors (Ts 1 bis Tsh) über einen Kollektorwiderstand
(Rc 1 bis Rc n) mit einem Pol der Gleichspannungsquelle (+Ub) und über die
zweite Impedanz (X) mit der Basis des ersten Transistors der folgenden Verstärkerstufe verbunden
ist, und daß der Emitter des ersten Transistors jeweils über einen Emitterwiderstand (Re) mit
dem anderen Pol der Gletchspannungsquelle verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und
4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Impedanz (X) einen endlichen Gleichstromwiderstand
aufweist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und
5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Impedanz (Y) ein Parallelschwingkreis (L, C) und die
zweite Impedanz ein ohmscher Widerstand ist (Allpaß zweiter Ordnung).
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterwiderstand
(R) des jeweils zweiten Transistors (Ts 11
bis Tsnl) jeder Verstärkerstufe ungefähr gleich
groß ist wie der Emitterwiderstand (Re) des jeweils zugehörigen ersten Transistors (Ts 1 bis
Tsn).
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor jedes ersten
Transistor (TsI bis Tj/1) direkt mit einem Pol der (lleidispannimgsquelle ( f- Ub) und der
Kollektor jedes zweiten Transistors (Ty 11 bis Tj η 1) über einen Kollektorwiderstand (Rc) mit
dem anderen Pol der. Gleichspannungsquelle verbunden ist und daß der Kollektor jedes zweiten
Transistors über die zv/eite Impedanz (X) an die Basis des ersten Transistors der folgenden Verstärkerstufe
angeschlossen ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterwiderstand
(R) des ersten Transistors wesentlich größer (z. B. Faktor = 10) ist als der Emitter- und Kollektorwiderstand
des zweiten Transistors.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Transistoren und
Diode in einer integrierten Schaltung zusammengefaßt sind.
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