DE2919297A1

DE2919297A1 - Symmetrierverstaerker

Info

Publication number: DE2919297A1
Application number: DE19792919297
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Jeandot; Emmanuel Lefort
Original assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Current assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Priority date: 1978-05-16
Filing date: 1979-05-12
Publication date: 1979-11-22
Also published as: FR2426360A1; FR2426360B1; GB2020937A; IT7968011A0; SE7904178L; BE876241A; JPS617049B2; JPS54150057A; GB2020937B; DE2919297C2; US4296383A; IT1118674B

Description

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Symmetrierverstärker

Die Erfindung bezieht sich auf einen Symmetrierverstärker, der ein Transistorenpaar enthält, das als Differenzverstärker geschaltet ist, wobei die Steuerelektrode eines dieser Transistoren das zu symmetrierende Signal empfängt.

Zum Erhalten eines Symmetrierverstärkers, d.h. eines Verstärkers, der an seinen Ausgängen, ausgehend von einem seinem Eingang zugeführten Signal, zwei eine gleiche Amplitude aufweisende gegenphasige Signale liefert, ist es bekannt, einen Differenzverstärker zu verwenden. Ein Eingang dieses Verstärkers empfängt das zu symmetrierende Signal, während der andere Eingang mit einer Quelle festen Potentials verbunden ist. Das Eingangssignal erzeugt gegensinnige Stromänderungen in den Belastungsschaltungen der Transistoren des Paares.

Diese Differenzverstärker weisen den Nachteil auf, daß sie PHF 78 526 - 4 -

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Ausgangsspannungen liefern, die Verzerrungen in bezug auf das Eingangssignal aufweisen; diese Verzerrungen treten auf, sobald die betreffende Spannung zwischen den Steuerelektroden des Transistorenpaares einige zehn mV überschreitet. Um diesen Nachteil zu beheben, wurde vorgeschlagen, Widerstände in die Emitterzuleitungen der Transistoren aufzunehmen, wenn diese Transistoren vom bipolaren Typ sind. Auf diese Weise werden zwar tatsächlich weniger Verzerrungen erhalten, aber die Verstärkung des Verstärkers wird herabgesetzt.

Die Erfindung bezweckt, einen Symmetrierverstärker zu schaffen, der einen niedrigen Verzerrungsgrad aufweist und dennoch eine annehmbare Verstärkung besitzt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Symmetrierverstärker der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Spannungen an den Lastimpedanzen der Transistoren jeweils einem weiteren, als Spannungsfolger geschalteten Transistor zugeführt sind, der über je ein Gegenkopplungsnetzwerk eine Gegenkopplungsspannung an die Steuerelektrode desjenigen Transistors liefert, an den der Spannungsfolger angeschlossen ist, und daß die Steuerelektrode, die das zu symmetrierende Signal empfängt, mit der Eingangsklemme über eine Eingangsimpedanz verbunden ist.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 das Prinzipschaltbild des Symmetrierverstärkers nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Abwandlung des Symmetrierverstärkers nach der Erfindung, und

Fig. 3a, 3b und 3c im Detail die Ausführung der in dem Verstärker nach Fig. 2 verwendeten spannungsherabsetzenden Vorrichtung.

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Der Symmetrierverstärker nach Fig. 1 benutzt Bipolartransistoren; zwei dieser Transistoren, die mit T^ bzw. T¹^ bezeichnet sind, sind als Differenzverstärker geschaltet; die Emitter dieser Transistoren sind zusammen mit dem Ende einer Schaltung 1 verbunden, die eine hohe Impedanz für die Emitterstromänderungen der Transistoren T^ und T¹^ aufweist; diese Schaltung 1 wird üblicherweise durch einen Stromgene r at or/^ebildet; dieser Generator liefert einen Strom I₀. Um die Kollektoren dieser Transistoren T^ und T',, mit einer Speisespannungsquelle zu verbinden, die eine Spannung V_cc liefert, sind zwei Widerstände 2 und 3 vorgesehen, die einen Wert R bzw. R' aufweisen. Die Steuerelektrode (die Basis) des Transistors T,, empfängt ein Signal ν , das der Eingangsklemme 4 des Symmetrierverstärkers zugeführt wird, während die Basis des Transistors T¹^ über einen Kondensator 5 an Erde gelegt ist; auf diese Weise wird für die z.B. in bezug auf die Wärmedrifterscheinungen schnellen Potentialänderungen die Basis des Transistors T'^ an ein festes Potential gelegt.

An den Ausgangsklemmen 6 und 7 treten die Signale v_ und v'

S S

auf, die zueinander gegenphasig sind und das Eingangssignal ν darstellen; es kann somit geschrieben werden:

v_s = A v_e

^v's - -^{A v}e'
wobei A die Verstärkung des Verstärkers darstellt.

An die Kollektoren der Transistoren T^ bzw. T¹^ ist je ein Transistor T₂ bzw. T'₂ angeschlossen, der als Spannungsfolger geschaltet ist, und über einen Widerstand 8 bzw. 9 mit Werten R„ bzw. R'g eine Gegenkopplungsspannung liefert, die an den Emittern der Transistoren T₂ und T'₂ auftritt. Die Steuerelektrode des Transistors T^ ist mit der Eingangs-

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klemme 4 über einen Widerstand 10 mit einem Wert R. verbunden.

Die Kollektoren der Transistoren Tp und TS werden auf das Potential V gebracht; die Emitter der Transistoren werden mittels der Widerstände 12 bzw. 13 mit Werten Rg bzw. R'_E mit einer Quelle negativer Speisespannung verbunden, die eine Spannung -V' _rt liefert.

CC

Es sei bemerkt, daß es für eine Ausführung als integrierte Schaltung zu bevorzugen ist, diese Widerstände Rg und R'_E durch als Stromgenerator geschaltete Transistoren zu ersetzen.

Ein derartiger Symmetrierverstärker wirkt auf folgende Weise:

Zunächst wird das Verhalten der Gleichstromschaltungsanordnung untersucht und in diesem Falle wird keine Rücksicht auf den durch den zwischen der Klemme 4 und der Basis des Transistors T₁ angeordneten Widerstand 10 gebildeten Zweig genommen.

Da die Transistoren T^, und T¹-. als Differenzverstärker geschaltet sind, können ihre Kollektorströme I_c1 und I'_c1 die folgende Form aufweisen:

Ψ O " ^g ' ^(VB - ^V>B

Ia diesen Formeln ist Io der von dem Stromgenerator 1 geliefer te Strom, g die herabgesetzte Steilheit, wobei die normale Steilheit G mit diesem herabgesetzten Wirkleitwert im Zusammenhang steht durch

stellen Vg und V'_B die Basis spannungen der Transistoren dar

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und ist V ~p die Offsetspannung.

Die Potentiale der Kollektoren der Transistoren T₁ und T¹^, V* und V₁, und die Potentiale der Emitter der Transistoren Tp und T¹ p> Vg2 u*¹⁰^ V'gp werden geschrieben als:

^Vc1 = ^Vcc
^V'c1 - ^Vcc

^VE2 - ^Vc1 - ^VBE2

^V'c1

In diesen Formeln sind Vggg ^unc^ ^'ßgp ^^"^e Spannungen zwischen Basis und Emitter der Transistoren T~ bzw. T'p.

Für die Spannungsabfalle an den Widerständen R_ß und R*_B, durch die die Ströme Ig und I'_B fließen, kann geschrieben werden:

^VB - ^VE2 - ^RB ¹B ^{= V}E2 " ^RB ΊΓ ^VIB - ^V'e2 - ^RIB ¹¹B * ^VfE2 - ^RIB

wobei β und ji ' die Stromverstärkungen der Transistoren T₁ bzw. T^ darstellen.

Auf Basis dieser Formeln wird die Beziehung zwischen der Größe Vgp - V_Ep, die das Gleichgewicht der Schaltungsanordnung darstellt, und ihren Parametern bestimmt; dann wird gefunden:

^VE2 " ^V'e2 ⁼ ~ ^^VV'^ f " S" |£^RRI^

"R *R TC I

⁽ ) TTkTBJ^{+ v}off

TC I

TkTBJ

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-■ ·. = - 291929?

In dieser Formel ist:
K = g ψ (R_{0 +} R'_c)
~* „ Io ₍ ^RB _Λ ^R Βλ

T- g — Cj- ⁺

Es ist vorteilhaft, diese Formel mit der Formel in bezug auf einen Symmetrierverstärker zu vergleichen, in dem die Widerstände Rg und R'g fortgelassen und die Basen der Transistoren T^ und T¹^ mit Erde verbunden sind; dann wird gefunden :

Die Beziehung (9) zeigt deutlich die Vorteile des erfindungsgemäßen Symmetrierverstärkers in bezug auf einen üblichen Differenzverstärker.

Der Einfluß der Potentialunterschiede Vg_E2 ^{und v}'bE2 ^{auf die} Ausgangsspannungen wird ebenso stark verringert wie K groß ist; es sei bemerkt, daß der störende Effekt der Offsetspannung V «« auf die Ausgangsspannungen um einen Faktor gleich 1+ K +T/ herabgesetzt ist.

Nun wird die Verstärkung eines derartigen Verstärkers für veränderliche Signale geprüft. Zunächst wird der Verstärker ohne die Widerstände 8 und 9 betrachtet; dieser Verstärker weist also eine Verstärkung K auf; dann wird festgestellt, daß der Symmetrierverstärker nach der Erfindung von dem vorangehenden Verstärker dadurch abgeleitet wird, daß der Gegenkopplungswiderstand Rg und der Widerstand mit einem Wert R. wieder herangezogen werden; bei der Auswertung der Verstärkung unter veränderlichen Bedingungen hat der Widerstand mit dem Wert R'-d keinen Einfluß, weil durch den Kondensator 5 die Basis des Transistors T¹^ für die veränderlichen Signale auf Erdpotential gebracht wird.

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Dann wird die Verstärkung A des Symmetrierverstärkers nach der Erfindung abgeleitet:

^Vs ^RB
A - —S- - - ——

^Ve " ^RA

1 + i (1 K

R.

R_B
Wenn angenommen wird, daß: ^- = 10 und K = + 100, wird

erhalten: A = - 9,9.

Da angenommen wird, daß die Verzerrungen des Symmetrierverstärkers einem Wert von K, abhängig von der Amplitude des Eingangssignals, zuzuschreiben sein können, hängt die Verstärkung A fast ausschließlich von den Werten R_ß und R_A ab.

Um das Verhalten des Symmetrierverstärkers nach der Erfindung in bezug auf die hohen Pegel zu verbessern, ist es wünschenswert, in die Emitter der Transistoren Tp und T¹ρ spannungsherabsetzende Vorrichtungen 20 und 21 aufzunehmen; dies ist in Fig. 2 dargestellt, in der die denen in Fig. 1 entsprechenden Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Auf diese Weise wird eine Kollektor-Basisspannung der Transistoren T«, und T'^ erhalten, die hoch genug ist, um eine Wirkung dieser Transistoren in den linearen Zonen ihrer Kennlinie zu erhalten.

Fig. 3a, 3b und 3c zeigen die Struktur der spannungsherabsetzenden Vorrichtungen zur Anwendung in dem Symmetrierverstärker nach der Erfindung.

Die in Fig. 3a dargestellte Vorrichtung ist aus einem Widerstand 30 und einem diesen Widerstand überbrückenden Kondensator 31 aufgebaut, während die Vorrichtung nach Fig. 3b durch eine Zenerdiode 32 gebildet wird. Fig. 3c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer spannungsherabsetzenden Vorrichtung. Diese Vorrichtung besteht aus Dioden 34, die in Reihe ge-

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schaltet sind. In gewissen Fällen ist eine einzige Diode genügend.

Obgleich ein Symmetrierverstärker beschrieben ist, der lediglich durch Bipolartransistoren gebildet wird, ist es einleuchtend, daß Feldeffekttransistoren im Rahmen der Erfindung auch Anwendung finden können.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

y\J Symmetrierverstärker, der ein Transistorenpaar enthält, das als Differenzverstärker geschaltet ist, wobei die Steuerelektrode eines dieser Transistoren das zu symmetrierende Signal empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen an den Lastimpedanzen (2, 3) der Transistoren (T,., T'.) jeweils einem weiteren, als Spannungsfolger geschalteten Transistor (Tp, T'p) zugeführt sind, der über je ein Gegenkopplungsnetzwerk (8, 9) eine Gegenkopplungsspannung an die Steuerelektrode desjenigen Transistors liefert, an den der Spannungsfolger angeschlossen ist, und daß die Steuerelektrode, die das zu symmetrierende Signal (v ) empfängt, mit der Eingangsklemme (4) über eine Eingangsimpedanz (10) verbunden ist.
2. Symmetrierverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine spannungsherabsetzende Vorrichtung (20, 21) zwischen der Ausgangselektrode des als Spannungsfolger geschalteten Transistors (T£, T^) und dem Gegenkopplungsnetzwerk (8, 9) angeordnet ist.
3. Symmetrierverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsherabsetzende Vorrichtung durch einen Widerstand (30) gebildet wird, der von einem Kondensator (31) überbrückt ist (Fig. 3a).
4. Symmetrierverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsherabsetzende Vorrichtung durch eine Zenerdiode (32) gebildet wird (Fig. 3b).
5. Symmetrierverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsherabsetzende Vorrichtung durch mindestens eine Diode (34) gebildet wird (Fig. 3c).
6. Symmetrierverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangselektrode der als

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Spannungsfolger geschalteten Transistoren mit einer Spannungsquelle (V _c) über ein Netzwerk mit einer hohen Impedanz verbunden ist.
7. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eine hohe Impedanz aufweisende Netzwerk durch einen Widerstand (Rg, R'_E) gebildet wird.
8„ Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eine hohe Impedanz aufweisende Netzwerk durch einen Stromgenerator gebildet wird.
9. Symmetrierverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, .daß die verwendeten Transistoren Bipolartransistoren sind.

10» Symmetrierverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenkopplungsnetzwerk durch einen Widerstand (8 bzw. 9)gebildet wird.

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