DE2249024C3 - Integrierter Differenzverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen integrierten Differenzverstärker mit ersten und zweiten Transistoren in emittergekoppelter Schaltung, mit Mitteln zum Zuführen des zu verstärkenden Signals zwischen den Basiselektroden der genannten Transistoren sowie mit einem dritten Transistor, dessen Kollektor an die genannten Emitterelektroden angeschlossen ist und mit Mitteln, die mit der Basiselektrode des dritten Transistors zum Verringern des Gleichstromes durch diesen Transistor bei zunehmender Einganpssignalslärke verbunden ist.

In integrierten Schaltungen werden oft Differenzverstärker verwendet. Ein wichtiges Anwcndungsbeispiel tritt bei integrierten Überlagerungsempfängern mit einem Ortsoszillator und einer Doppeltgegentaktmischstufe auf zum Umwandeln der empfangenen Signale in ein ZF-Signal. Die erforderliche Selektivität wird dabei durch ein hinter der Mischstufe liegendes ZF-Filter bewerkstelligt, dem ein aperiodischer integrierter ZF-Verstärker mit sehr großer Leistung folgt. In derartigen Schaltungsanordnungen ist es praktisch notwendig, eine Doppeltgegentaktmischstufe zu verwenden, da sonst entweder die Ortsoszillatorspannung 5 oder die Signalspannung am Eingang des ZF-Filters erscheint, über Streureaktanzen des ZF-Filters pn den Eingang des aperiodischen Verstärkers gelangt, danach die große Verstärkung desselben erfährt und aus dem Ausgang dieses Verstärkers wieder über Streukopplungen zum Antenneneingang des Empfängers oder auf eine andere Weise zurückgekoppelt wird und dadurch Streuschwingungen verursacht oder die automatische Verstärkungsregelung beeinträchtigt

Die Anwendung einer Doppeltgegentaktmischstufe erfordert jedoch eine Steuerung dieser Stufe mit dem Antennensignal und zwar über einen Gegentaktdifferenzverstärker.

Es ist daher wichtig, über einen Differenzverstärker zu verfügen, der sich gut in integrierter Form ausbilden läßt und der ausgezeichnete Gegentaktsignale liefert. Außerdem muß jedoch, weil sehr kleine Eingangssignale sowie sehr große Eingangssignale müssen empfangen werden können, dieser Differenzverstärker die sehr kleiner. Eingangssignale mit einem akzeptierbaren Signal/Rauschverhältnis und einem großen Verstärkungsfaktor verstärken und die großen Eingangssignal verzerrungsfrei verarbeiten können.

Die Erfindung bezweckt, einen derartigen Differenzverstärker zu schaffen und die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dazu gekennzeichnet durch einen vierten Transistor, dessen Basiselektrode mit der Basiselektrode des ersten Transistors und dessen Kollektorelektrode mit der Kollekiorelektrodc des ersten Transistors verbunden ist und dui oh einen fünften Transistor, dessen Basiselektrode mit der Basiselektrode des zweiten Transistors und dessen Kollektorelektrode mit der Kollektoreleklrodi.· des zweiten Transistors verbunden ist und wobei die Emitterelektrode des vierten und des fünften Transistors mit nahezu gleichen Emiltcrwidcrständen verbunden sind.

Bei sehr kleinen Signalen sind der erste und der zweite Transistor völlig oder im wesentlichen für die Signalverstärkung wirksam. Wegen der unmittelbar miteinander gekoppelten Emitterelektroden dieser Transistoren wird eine große Signalversiarkung bei gutem Signal/Rauschverhältnis erhallen. Ie nachdem die Eingangssignale zunehmen, wird der Strom im drinen Transistor verringert, wodurch auf an sich bekannte Weise die Verstärkung des ersten und des zweiten Transistors abnimmt. Die Transistoren können jedoch große Eingangssignale nicht genügend verzer rungsfrei verarbeiten, da die Eingangssignale völlig an den beiden nicht linearen Eniitter-Basisübergängen dieser Transistoren liegen.

Die Emittcrwir'crstände und der Gleichstrom des vierten und fünften Transistors sind nun derart gewählt worden oder werden derart in Abhängigkeit von der Eingangssignalstärkc geregelt, daß dieser vierte und fünfte Transistor völlig oder praktisch völlig die Signalverstärkung versorgt, bevor der erste und zweite Transistor eine unzulässige Signalver/errung ergeben. Der genannte vierte und fünfte Transistor können dabei auf einen geeignet gewählten konstanten Gleichstrom eingestellt werden, vorzugsweise werden jedoch die beiden Emitterwiderstände an die Kollektorclcklrodc eines sechsten Transistors angeschlossen, der bei kleinen Eingangssignalen gesperrt ist und einen mit zunehmender Eingangssignalstärke zunehmenden

Gleichstrom führt. Dadurch wird vermieden, daß die Emitterwiderstände des vierten und fünften Transistors sowie diese Transistoren selbst bei kleinen Signalen das Signal/Rauschverhältnis des ganzen Verstärkers beeinträchtigen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines integriei ten Differenzvi rstärkers nach der Erfindung,

Fig.2 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.

F i g. 1 zeigt eine Doppeltgegentaktmischstufe mit vier Transistoren Ti, T₂, T₃ und Ti. Die Basiselektroden von Ti und Ti sind miteinander und mit einer Eingangsklemme 1 verbunden und die Basiselektroden von Γ] und T₃ sind ebenfalls miteinander und einer Eingangsklemme 2 verbunden. Zwischen den Klemmen 1 und 2 wird das Ausgangssignal eines nicht näher dargestellten Ortsoszillators zugeführt.

Die Kollektorelektrode von T₂ und T₄ sind gemeinsam an ein ZF-Filter 3 angeschlossen und die Kollektorelektroden von T\ und Ti sind mit der positiven Klemme (+) einer nicht näher dargestellten Speisespannungsquelle verbunden.

Die Emitterelektroden von Ti und T2 sind gemeinsam an eine Verbindung 5 und die Emitterelektroden von Ti und Ta sind gemeinsam an eine Verbindung 6 angeschlossen. Wenn über die Verbindungen 5 und 6 gegenphasige Ströme des Antennensignals zugeführt werden, erscheinen am Eingang des Filters 3 nur Mischerzeugnisse des Amennens gnals und des Ortoszillatorsignals, während diese beiden Signale selbst nicht am Kingang des Filters auftreten.

Die genannten gegenphasigen Strome werden mil Hilfe von vier weiteren Transistoren 7s. T_b, T; und T« erhalten, wobei die Kollekiorelektroden von T, und T« gemeinsam an dii Verbindung 5 und die Kollektorelektroden von T₁, und T? gemeinsam an die Verbindung 6 angeschlossen sind. Die Basiselektroden von T, und 7« sind gemeinsam mil einer I'ingangsklemnie 7 und die Basiselektroden von T_bund T, sind gemeinsam mit einer Eingangsklemmc 8 verbunden. Zwischen den Hingangs klemmen 7 und 8 wird auf nicht näher dargestellte Weise das empfangene Antennensignal zugeführt.

Die Emitterelektroden von Ts und T_b sind gemeinsam an die Kollektorclektrodc eines Gleiehslromquellentransistors Tq und die Emitterelektroden von T₁ und T_K sind gemeinsam an die Kollektorelektroden eines (jleichstromquellentransistors Tm angeschlossen. Im Gegensatz zu den Kmittereleklroden von T, und T_h. die unmittelbar mit der Kollektorelektrode von Ti verbunden sind, sind die F.mittcrcleklroden von T? und T« über je einen Gleichsiromwiderstand R\ bzw. R2 mit c'em Kollektor von Tio verbunden.

Die Gleichstromcinslellung von Tw wird durch einen zwischen der positiven Speisespannung (+) und der Basis von Tm geschalteten Widerstand /?i und eine dem Basis-Emitterübergang von Tm parallelgeschaltete Diode Di versorgt. Die Diode D- N'det zusammen mit Tm einen Stromspiegel, woduit.ii der Kollektorslrom von Tm dem durch R₃ und D\ fließenden Gleichstrom cnlspricht.

Die Gleichslromeinstellung von Tq wird in Abhängigkeit von der Stärke des empfangenen Signals geregelt. Dazu wird eine auf bekannte Weise erhaltene automatische Verstärkungsregelspannung Vder Basiselektrode eines Emilte'folgertransistors Tn zugeführt.

Die Emitterelektrode T_n ist über einen Emitterwiderstand Ra und eine Diode D₁ mit der negativen Speisespannungsklemme (—) verbunden. Parallel zu D₂ liegt der Basis-Emitterübergang eines Transistors Γ12, dessen Kollektorelektrode mit der Basiselektrode von T₅ verbunden ist. Diese Basiselektrode ist weiter noch über einen Widerstand R5 mit der positiven Speisespannungsklemme (+) und über eine Diode D₁ mit der negativen Speisespannungsklemme (—) verbunden.

Es wird vorausgesetzt, daß /₄ der von der AVR-Spannung V abhängige Strom durch Ra, ist; dieser Strom fließt zugleich durch D₂, da der Basisstrom von T,₂ vernachlässigbar klein ist. Da D₂ und Ti 2 einen Stromspiegel bilden ist der Kollektorstrom durch T12 gleich /₄. Wenn weiter vorausgesetzt wird, daß /5 der praktisch konstante Gleichstrom durch R$ ist, fließt durch D₃ ein Strom /5-/4; da D₃ und 7q einen Stromspiegel bilden, beträgt der Kollektorstrom von T₁ ebenfalls /5-/4. Wenn daher, unter dem Einfluß der AVR-Spannung V, der Strom /₄ zunimmt und zwar vom Wert 0 bis zu einem Wert, der etwa /5 entspricht, nimmt der Kollektorstrom /9, und das ist zugleich der Speisestrom für das Paar Ts - Tb, von einem durch R einstellbaren Wert /5 bis praktisch 0 ab.

Bei sehr kleinen Eingangssignalen an den Klemmen 7—8 ist der Strom durch Tq groß (gleich /s). Damit ist zugleich die Verstärkung des Transistorpaares Ts-T_b groß. Da in der emittergekoppelien Transistorschaltung, die durch Ts, 7J, und Tq gebildet wird, keine Widerstände vorhanden sind, ist der Rauschwert dieser Schaltungsanordnung minimal, so daß nur eine minimale Verschlechterung des Signal-Rauschverhältnisses auftritt.

Bei zunehmender Eingangssignalstärke nininii der Kollektorslrom von 7q und damit die Verstärkung \on Ts-Tt, ab. wodurch eine wirksame Verstärkungsregelung erhalten wird. Wenn jedoch die Signalamplituden an den Klemmen 7—8 auf etwa den Wert der Temperaturspannung der Transistoren (ca. 2b mV) gestiegen ist, tritt eine unzulässige Signalverzerrung in den Transistoren Ti und T_b auf. Um dies zu vermeiden wird durch eine richtige Wahl von Ra und R*, dafür gesorgt, daß der Transistor Tq und damit das Paar Ti-Tb völlig gesperrt ist bevor diese unzuläsüge Verzerrung auftritt. Inzwischen ist die Verstärkung des Antennensignals durch das Transistorenpaar Ti— 7« übernommen. Infolge der in die Kmittcrleilungen dieser Transistoren aufgenommenen Widerstände R\ und R2 kann dieses Transistorenpaar viel größere Eingangssignale verzerrungsfrei verarbeiten. Die Phase, mit der der Transistor Tj der Verbindung 6 .Signalstrom liefert ist dieselbe, mit der der Transistor T_b dieser Verbindung Signalstrom liefert und ebenso die Phase, mit der T« der Verbindung 5 Signalstrom liefert dieselbe, mit der T, der Verbindung 5 Signalstrom liefert. Dadurch kann, bevor der Punkt erreicht ist, an dem das Transistorenpaar Tj- T_b unzulässige Signalverz.errung liefert, eine gleichmäßig verlaufende Verstärkungsübernahme vom Paar Ts- Tt,zum Paar Τη— Tgstattfinden.

Der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 haften jedoch noch einige Nachteile an. die auf die in Fig. 2 dargestellte Art und Weise vermeidbar sind.

E^;n erster Nachteil ist, daß bei kleinen Signalen die Widerstände /?i und R₂ über Tj und Tg den Verbindungen 5 bzw. 6 etwas Rauschenergie zuführen. Dieser Nachteil läßt sich dadurch vermeiden, daß bei kleinen Signalen der Transistor 10 und damit zugleich das Paar Tj- Tjgespe. rt wird und daß dieses Paar dann einen mit

zunehmender Signalstärke zunehmenden Strom führt. Der Transistor Γιο wird dann auf diese Weise in entgegengesetztem Sinne im Vergleich zum Transistor Tg geregelt. Dies läßt sich auf sehr einfache Weise verwirklichen indem in der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 der Widerstand R3 und die Diode D\ fortgelassen und die Basiselektrode von Tio unmittelbar mit dem Verbindungspunkt von Ra und Di verbunden wird. Die Diode Di und der Transistor Tio bilden dann zusammen einen Stromspiegel, der bewerkstelligt, daß der Kollektorstrom von Tio dem durch die AVC-Spannung geregelten Strom U entspricht.

Ein weiterer Nachteil ist, daß bei großer Signalstärke der Transistor Ts in F i g. 1 nicht völlig gesperrt wird, da, wenn U gleich /5 wird, der Transistor Tn gesättigt wird und dann keinen Stromspiegei mit Th. mehr bildet. Dieser Nachteil läßt sich dadurch vermeiden, daß die Emitterelektrode von Tg zusammen mit der Kathode von Di eine kleine Vorspannung gegenüber der negativen Speisespannung erhält. Dies ist in F i g. 2 mittels eines verhältnismäßig kleinen Widerstandes Rf, in der Emitterleitung von Tg verwirklicht worden. Diesem Widerstand wird über einen durch die AVR-Spannung gesteuerten Emitterfolgertransistor Tu und einen Widerstand Rj ein mit zunehmender Signalstärke zunehmender Strom zugeführt, so daß über /?6 eine mit zunehmender Signalstärke zunehmende Vorspannung für den Transistor T₉ aufgebaut wird.

Obschon die Schaltungsanordnung nach der Erfindung insbesondere zum Gebrauch als geregelter HF-Vorverstärker geeignet ist, kommen auch andere Anwendungsbereiche, beispielsweise als geregeller N F- oder ZF-Versiärker in Betracht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Integrierter Differenzverstärker mit einem ersten (T5) und einem zweiten (Tb) Transistor in emittergekoppelter Schaltung, mit Mitteln zum Zuführen des zu verstärkenden Signals zwischen den Basiselektroden dieser Transistoren (T_s und T₆), sowie mit einem dritten. Transistor (Ta), dessen Kollektor an die genannten Emitterelektroden angeschlossen ist und mit Mitteln, die mit der Basiselektrode des dritten Transistors (Tg) zur Verringerung des Gleichstroms durch diesen Transistor (Ta) bei zunehmender Eingangssignalstärke verbunden sind, gekennzeichnet durch einen vierten Transistor (Ts), dessen Basiselektrode mit der Basiselektrode des ersten Transistors (T₅) und dessen Kollektorelektrode mit der Koilektorelektrode des ersten Transistors (T$) verbunden sind und durch einen fünften Transistor (T₁), dessen Basiselektrode mit der Basiselektrode des zweiten Transistors (T_b) und dessen Kollektorelektrode mit der Kollektorelektrode des zweiten Transistors (T₆) verbunden sind und wobei die Emitterelektrode des vierten (Ts) und des fünften (T₇) Transistorb mit nahezu gleichen Emitterwiderständen (R,, R₂) verbunden sind (F i g. 1 und 2).

2. Integrierter Differenzverstärker nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Emitterwiderstände (R,, R₂) des vierten (T₈) und fünften (T₁) Transistors an die Kollektorelektrode eines einen Gleichstrom führenden sechsten Transistors (Tio) angeschlossen sind (F i g. 1).

3. Integrierter Differenzverstärker nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Basiselektrode des sechsten Transistors (T\o) Mittel zum Sperren dieses Transistors (Γιο) bei geringer Eingangssignalstärke und zum Vergrößern des Gleichstromes durch diesen Transistor (Τι_υ) bei zunehmender Eingangssignalstärke (V ig. 2) angeschlossen sind.

4. Integrierter Differenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Emitterelektrode des dritten Transistors (T?) Mittel zum Erzeugen einer diesen Transistor (T₉) bei verhältnismäßig großer Signalstärke sperrenden Vorspannung (F i g. 2) angeschlossen sind.