DE19614996A1 - Polungsunabhängiger Differenzverstärker - Google Patents
Polungsunabhängiger DifferenzverstärkerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Differenzverstärker mit symmetrischen Ausgängen. Durch
seine Schaltungsanordnung soll erreicht werden, daß die Signale zu beiden Ausgängen
mit der gleichen Phasenverschiebung übertragen werden. Diese Erfindung erhält ihre
Bedeutung bei der symmetrischen Signalübertragung, in dem das Signal - die
symmetrische Leitungen entlang - möglichst unempfindlich gegen den Einfluß äußerer
Störsignale übertragen werden soll.
Beispiel: Beschreibung eines solchen Audio-Signalübertragungs-Systems in "Analog
Devices-Amplifier Reference Manual 1992, Seite 4-201 bis 4-220".
Dynamische Eigenschaften des realen Differenzverstärkers lassen sich leichter gemäß der
vereinfachten Darstellung in Abb. 2 untersuchen. Wenn man den N-Eingang des Verstär
kers an Masse anschließt und das Eingangssignal am P-Eingang einspeist, entsteht ein
unsymmetrisch betriebener Differenzverstärker, der als Phasenumkehrstufe funktioniert.
Widerstand Rq ist der Innenwiderstand der Signalquelle Uq. Beide Transistoren werden
mit demselben Kollektorruhestrom betrieben, jedoch T1 in Basisschaltung und T2 in
Emitterschaltung. Infolge der parasitären Kapazitäten nimmt der Betrag der Verstärkung
mit der Frequenz zu und, wegen der ungleichen dynamischen Arbeitspunkte der
Transistoren, entsteht eine Phasenverschiebung zwischen beiden Ausgangssignalen, weil
das Signal durch die verschiedenen Wege zu den Ausgängen geleitet wird. Um eine
möglichst hohe Ausgangs-Gleichtaktunterdrückung (Output-Common-Rejection Ratio)
zu erreichen, man muß sicherstellen, daß keine zeitliche Verschiebung der beiden Signale
gegeneinander auftritt, sondern, daß der Signalweg (qualitativ) der beiden Adern der
Leitung gleichbleibt.
Diese "unterschiedlichen Laufzeit" - Verzerrungen werden durch die Schaltungs
anordnung des Verstärkers beseitigt, und zwar wie folgt:
- a) daß jeder beliebig ausgesuchte Transistor des Schaltbildes seinen komplementären Transistor hat, der in dem gleichen statischen und dynamischen Arbeitspunkt betrieben wird,
- b) daß die Signalwege von jedem Eingang (während der andere auf der Masse liegt) zum gewünschten Ausgang - auf denen das Signal weitergeleitet wird - theoretisch unter einander gleich sind,
- c) daß, gleich wieviele Verstärkerstufen hintereinander gleichstromgekoppelt sind, der Ausgangsnullpunktfehler der letzten Stufe gleich bleibt.
Durch die Beschreibung des Anspruches unter Punkt a) und b) wird erreicht, daß jeder
Ausgang als Signalgenerator gesehen ein gleiches Ersatzschaltbild besitzt. Man muß aber
bemerken, daß die Elektronenbeweglichkeit im allgemeinen höher als die Löcherbewe
glichkeit ist, somit ist es unmöglich, daß ein Komplementär-Transistorenpaar gleiche
Eigenschaften hat. Die Beschreibung des Anspruches unter Punkt c) ermöglicht die
Serienverknüpfung von mehreren Verstärkerstufen, um eine möglichst hohe CMRR zu
erzielen. Da enge Toleranzen der Kondensatoren schwer zu erreichen sind, verwendet
man nur Widerstände, die serienmäßig mit den Adern der Leitungen gekoppelt sind.
Die Funktionsweise eines polungsunabhängigen Differenzverstärkers mit
symmetrischen Ausgängen wird gemaß seinem Schaltbild in Abb. 1 erklärt.
Die JFET-Transistorenpaare T1.1, T1.2 und T2.1, T2.2 bilden den Eingangsdifferenz
verstärker. Um enge Paarungstoleranzen und eine hohe Symmetrie der Schaltung zu er
reichen, sind monolithische Doppelfets erforderlich. Die Widerstände Rs bestimmen den
fließenden Drainruhestrom der Eingangstransistoren.
Zwei Transistoren unterscheiden sich bei gleichem Drainstrom immer in ihrer Gate-
Source-Spannung. Daher und weil beide Eingänge auf Nullpotential liegen, werden die
Drainströme nicht untereinander genau gleich sein. Demzufolge fließt durch die Wider
stände Rg ein Ausgleichsstrom. Rg bestimmt außerdem die Differenzverstärkung. Das
heißt, daß die Offsetspannung des Verstärkers nicht in der Eingangsstufe auf Null
ausgeglichen ist. Dadurch gewinnt man den Vorteil, daß die Anordnung der Bau
elemente im Eingangsdifferenzverstärker absolut symmetrisch ist.
Legt man an beide Eingänge dieselbe Signalquelle (Gleichtaktaussteuerung), dann ist es
aus Symmetriegründen möglich, die Widerstände Rg wegzulassen. Wenn man die
Maschenregel auf die Eingangsschleife (mit der Voraussetzung Uds=konstant)
verwendet, ergibt sich, daß bei dieser Betriebsart die Drainströme konstant bleiben, das
heißt, die Gleichtaktverstärkung ist gleich Null.
Erfindungsgemäß (PA unter a)), arbeitet jedes von den Transistorenpaaren T1.1 + T2.1,
T1.2 + T2.2, T3.1 + T4.1, T3.2 + T4.2, ,T5.2 + T6.2 in dem gleichen statischen und
dynamischen Arbeitspunkt. Die Transistorenpaare T3.x (die Transistoren T3.1 und T3.2),
T4.x, T5.x und T6.x sind auch als Doppeltransistoren ausgeführt.
Um die Nullpunktfehler der Gesamtschaltung wegen der Eingangs-Offsetspannung zu
kompensieren, dienen die Operationsverstärker OV1 und OV2, die als Integratoren
arbeiten. Da die OV1 und OV2 einen NF-Zweig bilden, muß man die Zeitkonstante R3C
so dimensionieren, daß die niedrigste Signalfrequenz noch voll übertragen wird. Auf diese
Weise ist es möglich, mehrere Verstärkerstufen hintereinander galvanisch zu koppeln.
Im folgenden werden einige Anwendungsbeispiele der Erfindung anhand von
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Wenn eine Leistungsendstufe größere Ausgangsströme und Ausgangsspannungen
abgeben soll, stellt man die Endtransistoren vor große Anforderungen. Sie sollen gleich
zeitig große Ströme und Spannungen aushalten können ohne die Transistoreigenschaften
zu verschlechtern. Da solche Anforderungen schwer zu erreichen sind, besteht z. B. eine
Möglichkeit, die Brückenschaltung zu verwenden, um die Spannung an den Endtransi
storen zu halbieren.
Wegen der hohen Ausgangs-Gleichtaktunterdrückung ist ein extrem hoher Dämpfungs
faktor in den Höhen ereichbar.
Der Verstärker V1 arbeitet als Phasenumkehrschaltung, also als "Leitungstreiber". Er gibt
symmetrische Signale an die Leitung ab. Bei der relativ großen Länge der Leitungen
empfiehlt es sich, das Signal zu verstärken und Gleichtaktstörsignale in den Leitungen
zu unterdrücken. Diese Aufgabe erfüllt der Verstärker V2. Als Empfänger am Ende der
Leitung dient der Verstärker V3 der als Differenzverstärker arbeitet und ein zweiphasiges
Ausgangssignal liefert.
Claims (1)
- Der polungsunabhängige Differenzverstärker ist ein Differenzverstärker mit symme trischen Ausgängen, bei dem die Phasenverschiebungen der beiden Ausgangssignale zum Eingangssignal, das nur auf einem von beiden Eingängen eingespeist ist (wenn der andere auf der Masse liegt), möglichst gleich sind und dessen Schaltungsanordnung dadurch gekennzeichnet ist,
- a) daß jeder beliebig ausgesuchte Transistor des Schaltbildes seinen komplementären Transistor hat, der in dem gleichen statischen und dynamischen Arbeitspunkt betrieben wird,
- b) daß die Signalwege von jedem Eingang (während der andere auf der Masse liegt) zum gewünschten Ausgang - auf denen das Signal weitergeleitet wird - theoretisch unter einander gleich sind,
- c) daß, gleich wieviele Verstärkerstufen hintereinander gleichstromgekoppelt sind, der Ausgangsnullpunktfehler der letzten Stufe gleich bleibt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996114996 DE19614996A1 (de) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | Polungsunabhängiger Differenzverstärker |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996114996 DE19614996A1 (de) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | Polungsunabhängiger Differenzverstärker |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19614996A1 true DE19614996A1 (de) | 1997-10-23 |
Family
ID=7791422
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996114996 Withdrawn DE19614996A1 (de) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | Polungsunabhängiger Differenzverstärker |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19614996A1 (de) |
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DE102012005488A1 (de) | 2012-03-19 | 2013-09-19 | Drazenko Sukalo | Komposit-Operationsverstärker mit paralleler oder serieller Architektur mit aktiver Aufhebung von Nichtlinearitäten |
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- 1996-04-16 DE DE1996114996 patent/DE19614996A1/de not_active Withdrawn
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