DE1562218C - Differenzverstärker mit symmetrischem Eingang und unsymmetrischem Ausgang - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Differenzverstärker mit symmetrischem Eingang und unsymmetrischem Ausgang mit einem ersten Transistor und mit einem zweiten zum ersten komplementären Transistor, bei dem der Kollektor des ersten Transistors mit dem Emitter des zweiten über einen ersten Widerstand und der Kollektor des zweiten Transistors über einen zweiten Widerstand mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist, wobei beide Widerstände im wesentlichen gleiche Werte aufweisen, bei dem ferner der Kollektor des zweiten Transistors mit dem Bezugspotential verbunden ist und bei dem eine Arbeitspunkteinstellung für beide Transistoren vorgesehen ist.

Bei einem bekannten Differenzverstärker dieser Art (NTZ 1966, S. 76 bis 78) erfolgt die .Arbeitspunkteinstellung der beiden Transistoren über einen weiteren Transistor, der als Konstantstromquelle für die beiden Transistoren dient, so daß maximale Verstärkung bei guter Gleichtaktunterdrückung möglich ist. Der unsymmetrische Ausgang liegt dabei zwischen Masse und dem einen durch den Kollektor dieses weiteren Transistors gebildeten Anschluß der Konstantstromquelle an die Verstärkerschaltung. Es ist daher wegen der grundsätzlich hochohmigen Natur einer jeden Konstantstromquelle nur möglich, den Ausgang mit einer hochohmigen Last zu belasten. Würde eine andere als hochohmige Last angeschlos^ sen werden, so könnte die Schaltung nicht mehr vernünftig arbeiten. Deshalb gelten die in der obigen Entgegenhaltung genannten technischen Kenngrößen für diesen Verstärker strenggenommen nur für den Leerlaufausgangsspannungsfall und haben allenfalls für nur sehr kleine Belastung noch Gültigkeit. Es muß daher bei der bekannten Verstärkerschaltung in jedem Fall eine Impedanzwandlerstufe nachgeschaltet werden, um den praxisnahen Bedürfnissen nach wechselnden Ausgangsbelastungen Rechnung tragen zu können, wie dies insbesondere bei Video-Übertragungssystemen mit symmetrischer Leitung der Fall ist.

Bei solchen Übertragungssystemen wird die Information auf den entgegengesetzten Seiten der Leitung um 180° phasenverschoben übertragen. Rauschsignale, die auf entgegengesetzte Seiten solcher Übertragungsleitungen gelangen, haben im allgemeinen die Tendenz, in Phase, also in Gleichtakt zu sein. Daher sucht man solche Gleichtaktsignale zu unterdrücken, während die gewünschte Information (180° phasenverschoben) übertragen werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen wesentlich einfacheren, nichtsdestoweniger mindestens aber ebenso wirksamen Differenzverstärker mit Gleichtaktunterdrückung der einleitend beschriebenen Art bereitzustellen, der insbesondere auch ohne Ein gangs- und Ausgangsübertrager auskommt, wie diese beispielsweise bei dem aus der USA.-Patentschrift 2 839 620 bekannten Differenzverstärker mit Gleichtaktunterdrückung vorgesehen sind.

Die erfindungjgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht für den Verstärker der einleitend beschriebenen Art nur darin, daß die Arbeitspunkteinstellung mittels zweier Widerstände im Basiskreis der Transistoren erfolgt und daß an den Kollektor des ersten Transistors der Emitter eines dritten Transistors angeschlossen ist, dessen Basis mit dem anderen Bezugspotential verbunden ist (bzw. geerdet ist) und dessen Kollektor den Ausgang des Verstärkers bildet.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat zahlreiche Vorteile. So ist der unsymmetrische Verstärkerausgang niederohmig; es können daher auch wechselnde Ausgangsbelastungen ohne jede zusätzliche Maßnähme unmittelbar angeschlossen werden. Dieser dritte Transistor hat insoweit Doppelfunktion, als er zugleich die Stromversorgung der Verstärkerschaltung besorgt, jedoch aber im Unterschied zum bekannten nicht als Konstantstromquelle, sondern als

ίο Konstantspannungsquelle, da das Basispotential dieses Transistors festgebunden ist und der Spannungsabfall am in Durchlaßrichtung vorgespannten Basis-Emitterübergang vernachlässigbar ist. Infolge der konstanten Betriebsspannung für die eigentliche Ver-Stärkerschaltung läßt diese wesentlich leichter linearisieren und abgleichen, so daß auch bei wechselnden Ausgangsbelastungsbedingungen stets maximale Verstärkungen von Differenzsignalen bei maximaler Unterdrückung von Gleichtaktsignalen gewährleistet ist.

Schließlich ist der erfindungsgemäße Verstärker von einfacherem Aufbau insofern, als er bereits mit drei Transistoren einen niederohmigen Ausgangsstromkreis besitzt, während bei dem bekannten Verstärker mindestens noch eine vierte Transistorstufe zum Erhalt eines niederohmigen Ausgangs erforderlich ist.

Schließlich kann der Verstärker als integrierte

Schaltung und/oder Dünnfilmschaltung ausgeführt sein, da keinerlei Induktivitäten benötigt werden. Die Größe des Verstärkers kann daher außerordentlich klein gemacht werden.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform im einzelnen erläutert.

Bei dem dargestellten Schaltbild des erfindungsgemaß ausgebildeten Differenzverstärkers mit symmetrischen Eingang und unsymmetrischen Ausgang wird das symmetrische Eingangssignal den Eingangsanschlüssen 10 und 11 zugeführt. Ein Widerstand 12 und ein Kondensator sind mit dem Eingangsanschluß 10 verbunden und bilden das eingangsseitige Netzwerk für das am Eingangsanschluß 10 empfangene Signal. Die andere Seite des Kondensators 18 ist mit Vorspannuneswiderständen 13 und 14 und mit der Basis eines NPN-Transistors 20 verbunden. Die Widerstände 12 und 13 sind anderen Endes miteinander und mit einem Bezugspotential oder der Systemerde verbunden. Mit dem anderen Eingangsanschluß 11 sind ein Widerstand 15 und ein Kondensator 19 verbunden. Der Widerstand 15 und der Kondensator 19 bilden das eingangsseitige Netzwerk für das am Eingangsanschluß 11 empfangene Signal. Die andere Seite des Kondensators 19 ist mit Vorspannungswiderständen 16 und 17 und mit der Basis eines NPN-Transistors 21 verbunden. Die Transistoren 20 und 21 sind daher zueinander komplementär. An dern Endes sind die Widerstände 15 und 16 miteinander und mit dem Bezugspotential (Systemerde) verbunden. Die anderen Seiten der Vorspannungswiderstände 14 und 17 sind mit dem Verbindungs-

βο punkt 28 verbunden, an welchem noch eine negative Bezugspotentialauelle, der Emitter des Transistors 20 über einen Emitterwiderstand 22 und ein .Sperrkondensator 24 liegen. Die andere Seite des Kondensators 24 liegt an Systemerde.

Der Ausgangsstromkreis, der unmittelbar das unsymmetrische Ausgangssignal liefert, hat folgenden Aufbau: Der Kollektor des Transistors 20 ist über einen Emitterwiderstand 23 mit dem Emitter des

Transistors 21 verbunden, der als Stromverstärker dient. Der Kollektor des Transistors 21 liegt am Anschlußpunkt 28 für die Widerstände 14,17 und 22 und den Kondensator 24. Das unsymmetrische Ausgangssignal wird unmittelbar zum Verdingungspunkt 29 geliefert, der zum Emitter eines Transistors 25 führt. Der Transistor 25 ist in Basisschaltung geschaltet, die für niedrige Eingangsimpedanz am Emitter des Transistors 25 sorgt. Die Basis des Transistors 25 ist mit der Systemerde verbunden, während der Kollektor über den Lastwiderstand 26 mit einer positiven Bezugspotentialquelle verbunden ist. An den Kollektor des Transistors 25 kann bei Bedarf zur weiteren Verstärkung ein nachfolgender Verstärker 27 angeschlossen werden.

Die Arbeitsweise der Schaltung kann einfach beschrieben werden, indem man annimmt, daß das eine Eingangssignal zwischen der Basis und dem Transistor 20 und dem Bezugspotentialpunkt 28 zugeführt wird, während das andere Eingangssignal zwischen der Basis des Transistors 21 und dem Bezugspotentialpunkt 28 zugeführt wird. Die Vorspannungswiderstände werden so gewählt, daß bei den zugeführten Signalen die Transistoren 20 und 21 im linearen Bereich arbeiten. Da der Transistor 25 in Basis- «5 Schaltung geschaltet ist, ist seine Eingangsimpedanz an seinem Emitter sehr gering, sie soll als Null angenommen werden. Wenn man ferner annimmt, daß die Beta-Werte, d. h. die Stromverstärkungsfaktoren der Transistoren 20 und 21 in Emitterschaltung un- 3" endlich sind und daß R₂₂=R₂₃=R ist, dann ist

sowohl die gewünschte Komponente als auch eine Gleichtaktkomponente aufweist, an den Eingangsanschlüssen 10 und 11 empfangen wird. Der Ausgangsanschlußweg liefert ein unsymmetrisches Signal am Verbindungspunkt 29 unmittelbar an die nachfolgende Verstärkerstufe, ohne daß Übertrager notwendig sind, die im Video-Bereich nicht ausführbar sind.

In der Praxis sind selbstverständlich die Beta-Werte nicht unendlich, so daß die tatsächliche Gleichtaktunterdrückung bestimmt werden kann, indem die tatsächlichen Beta-Werte und die Emitterwiderstandswerte 22 und 23 verwendet werden. Es kann gezeigt werden, daß die Gleichtaktunterdrükkung gegeben ist durch

	1	+	1-	I- Ao	-#23
20 log-			10	•#23	■#22
		-1

^V22

Zi =

U =

ing.

35

Z₃ = Z₁ +Z₂ .

Um die Unterdrückung von Gleichtaktsignalen zu veranschaulichen, sei angenommen, daß das Eingangssignal V_Eing_ aus zwei in Phase befindlichen Signalen mit gleichem Wert besteht. Hier sind die Ströme Z₁ und i₂ gleich, haben jedoch entgegengesetzte Polarität, so daß

'3 =

— z₂ =

'Eing.

ing

¹ =0.

Daraus folgt, daß die in Fig. 1 dargestellte Ausführung das gewünschte Signal (Eingangsspannung gleich und um 180° phasenverschoben) durchläßt, aber Gleichtaktsignale (Eingangsspannungen gleich und in Phase) dämpft, wenn ein Eingangssignal, das Wie dargestellt, kann die Schaltung allein mit Hilfe von Kondensatoren, Widerständen und Halbleitern aufgebaut werden, sie kann daher auch unter Verwendung der Technologie der integrierten Schaltungen und Dünnschichtschaltungen sehr kompakt aufgebaut werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Differenzverstärker mit symmetrischem Eingang und symmetrischem Ausgang mit einem ersten Transistor und mit einem zweiten zum ersten komplementären Transistor, bei dem der Kollektor des ersten Transistors mit dem Emitter des zweiten über einen ersten Widerstand und der Kollektor des zweiten Transistors über einen zweiten Widerstand mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist, wobei beide Widerstände im wesentlichen gleiche Werte aufweisen, bei dem ferner der Kollektor des zweiten Transistors mit dem Bezugspotential verbunden ist und bei dem eine Arbeitspunkteinstellung für beide Transistoren vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunkteinstellung mittels zweier Widerstände (14,17) im Basiskreis der Transistoren (20, 21) erfolgt und daß an den Kollektor des ersten Transistors (20) der Emitter eines dritten Transistors (25) angeschlossen ist, dessen Basis mit dem anderen Bezugspotential verbunden ist (bzw. geerdet ist) und dessen Kollektor den Ausgang des Verstärkers bildet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen