DE4001573C2 - - Google Patents
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- H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
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Description
Die Erfindung betrifft einen Differenzverstärker mit ei
nem ersten und einem zweiten Transistor.
Ein Differenzverstärker ist ein symmetrischer Spannungs
verstärker mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen. Bei der
Grundschaltung eines Differenzverstärkers sind die Emit
teranschlüsse zweier Transistoren miteinander und mit ei
ner Konstantstromquelle verbunden. Die Kollektoranschlüs
se der Transistoren sind jeweils getrennt über einen Ar
beitswiderstand mit einer Versorgungsspannung verbunden.
Die Basisanschlüsse der Transistoren bilden die Eingänge
des Differenzverstärkers während die Kollektoranschlüsse
die Ausgänge des Differenzverstärkers bilden.
Eine solche Grundschaltung eines Differenzverstärkers ist beispiels
weise aus Halbleiterschaltungstechnik, U. Tietze,
Ch. Schenck, Springer Verlag Berlin, 8. Auflage, Seite 66
bis 71 bekannt.
Je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck ist es bekannt,
die Grundschaltung eines Differenzverstärkers mit weite
ren Transistoren und Widerständen zu erweitern. So sind
beispielsweise aus EP 03 00 494 A2 verschiedene Schal
tungsanordnungen für Breitband-Differenzverstärker be
kannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schal
tungsanordnung für einen Differenzverstärker mit gegen
über der bekannten Grundschaltung eines Differenzverstär
kers vergrößerter Bandbreite anzugeben, der sich gegen
über anderen bekannten Breitband-Differenzverstärkern
durch einen einfachen Aufbau und einen geringen Stromver
brauch auszeichnet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein dritter und ein
vierter Transistor (T3, T4), dessen Basen mit dem ersten
bzw. zweiten Eingang (Ue1, Ue2) des Differenzverstärkers
gekoppelt sind, mit ihren Emittern jeweils an der Basis
des ersten bzw. des zweiten Transistors (T1, T2) angeschlossen
sind und daß ein fünfter und ein sechster Transistor
(T5, T6) jeweils mit ihren mit dem ersten bzw.
zweiten Ausgang (Ua1, Ua2) des Differenzverstärkers gekoppelten
Emittern mit dem Kollektoren des dritten bzw.
vierten Transistors (T3, T4) verbunden sind und mit ihren
Basen mit dem Kollektor des zweiten bzw. ersten Transistors
(T2, T1) verbunden sind.
Der dritte und der vierte Transistor sind als Impedanzwandler
geschaltet und bilden die Eingangstransistoren des
Differenzverstärkers. Der fünfte und sechste Transistor
sind als Emitterfolger geschaltet und dienen zum Auskoppeln
des Ausgangssignals des Differenzverstärkers. Diese
Transistoren werden daher im folgenden auch als Auskoppeltransistoren
bezeichnet. Die Auskoppeltransistoren T5, T6
sind emitterseitig mit den Kollektoren der Eingangstransistoren
T3, T4 verbunden. Die Basen der Auskoppeltransistoren
T5, T6 sind jeweils mit dem Kollektor des Grundtransistors
der anderen Differenzverstärkerhälfte verbunden. Bei
niedrigen Frequenzen sind dadurch Signalspannungen an der
Basis des Grundtransistors und an dem Emitter des Ausgangstransistors
einer jeweiligen Differenzverstärkerhälfte
in Phase.
Transistoren weisen parasitäre Kapazitäten und Widerstände
auf, welche beim Betrieb der Transistoren mit hochfrequenten
Signalen ursächlich sind für eine Phasenverschiebung
zwischen Eingangs- und Ausgangssignal. Durch die gewählte
Schaltungsanordnung wird die durch diese parasitären Bauelemente
hervorgerufene Phasenverschiebung bei hohen Frequenzen
dazu genutzt, im Frequenzbereich des sich
bei der bekannten Grundschaltung ergebenden Verstärkungs
abfalls ein induktives Verhalten der Ausgangsimpedanz zu
bewirken. Hierdurch erhält man bei hohen Frequenzen eine
Verstärkungsanhebung. Des weiteren bilden Bahnwiderstand
und Basis-Emitter-Kapazität des Eingangstransistors einen
Eingangstiefpaß. Durch die Schaltungsanordnung wird eine
Spannungsanhebung an den Basen der Transistoren T3 und T4
hervorgerufen, wodurch die Eckfrequenz des Eingangstief
passes zu hohen Frequenzen hin verschoben wird. Diese Ef
fekte lassen sich durch die Dimensionierung der Transi
storen T3 und T4 erheblich beeinflussen, da die parasitä
re Transistorkapazität CCB zwischen Kollektor und Basis
der Eingangstransistoren die Verstärkungsüberhöhungen
maßgeblich beeinflußt.
Es ergibt sich zu hohen Frequenzen eine Verstärkungsanhe
bung, die die Bandbreite gegenüber einem Differenzver
stärker in Grundschaltung erheblich verbessert. Durch die
hohe Bandbreite der Anordnung können die Arbeitswider
stände entsprechend hochohmiger dimensioniert werden, wo
durch sich der Strom verringern läßt. Eine weitere Strom
ersparnis gegenüber getrennter Ein- und Auskopplung mit
Eingangs- und Ausgangsemitterfolgern bieten die in Reihe
geschalteten Ausgangs- und Eingangstransistoren jeder
Differenzverstärkerhälfte. Durch diese Reihenschaltung
wird in vorteilhafter Weise in jeder Differenzverstärker
hälfte auch nur ein den jeweiligen Eingangs- und Aus
gangstransistor gemeinsamer Emitterwiderstand R3, R4 be
nötigt. Auf diese Weise besteht der Aufwand an Bauteilen
für diesen Breitbanddifferenzverstärker aus nur sechs
Transistoren, vier Widerständen und einer Konstantstrom
quelle.
Je nach verwendeten Transistoren bzw. dem für die Transi
storen verwendeten Herstellungsprozesses kann es sein,
daß die mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung er
zielte Verschiebung der Eckfrequenz noch nicht optimal
eingestellt ist. Von Fall zu Fall kann daher eine zusätz
liche zwischen Kollektor und Basis der Eingangstransisto
ren T3, T4 geschaltete Kapazität bewirken, daß die Eck
frequenz des Differenzverstärkers noch weiter zu höheren
Frequenzen hinausgeschoben wird.
Im folgenden wird in einem in der Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel die Erfindung näher beschrieben und
erläutert.
In der Fig. 1 wird die Grundschaltung eines Differenzver
stärkers durch einen ersten und einen zweiten Grundschal
tungstransistor T1, T2, deren Emitteranschlüsse miteinan
der verbunden sind und an eine Stromquelle Iq geführt
sind, gebildet. Der Konstantstrom der Stromquelle wurde
im Ausführungsbeispiel zu 1,2 mA gewählt. Die Kollektor
anschlüsse eines jeweiligen Grundschaltungstransi
stors T1, T2 sind jeweils über einen Kollektorwider
stand R1, R2, deren Widerstandswert im Ausführungsbei
spiel zu 200 Ohm gewählt wurde, mit einem Bezugspotenti
al OV verbunden. Eingangstransistoren T3, T4, deren Ba
sisanschlüsse jeweils einen Eingang Ue 1, Ue 2 des Diffe
renzverstärkers bilden, sind mit ihren Emittern mit dem
Basisanschluß des jeweiligen Grundschaltungstransi
stors T1, T2 verbunden. Zwischen dem Emitter eines jewei
ligen Eingangstransistors T3, T4 und einer negativen Ver
sorgungsspannung -UB (-5,2 Volt im Ausführungsbeispiel)
liegt jeweils ein Emitterwiderstand R3, R4 (ca. 2000 Ohm
im Ausführungsbeispiel). An der negativen Betriebsspan
nung -UB ist auch der andere Pol der Konstantstromquel
le Iq angeschlossen. Während Kollektoranschlüsse von Aus
gangstransistoren T5, T6 mit dem Bezugspotential verbun
den sind, sind deren Emitteranschlüsse mit den Kollektor
anschlüssen eines jeweiligen Eingangstransistors T3, T4
verbunden. Die Emitteranschlüsse der Ausgangstransisto
ren T5, T6 bilden auch zugleich die Ausgänge Ua 1, Ua 2 des
Differenzverstärkers. Die auf diese Weise in Reihe ge
schalteten Eingangs- und Ausgangstransistoren und der je
weils mit dieser Reihenschaltung basisseitig verbundene
Grundschaltungstransistor des Differenzverstärkers bilden
jeweils eine der beiden Differenzverstärkerhälften. Die
Basen der Ausgangstransistoren T5, T6 sind jeweils mit
dem Kollektor des in der anderen Differenzverstärkerhälf
te liegenden Grundschaltungstransistors verbunden. Auf
diese Weise ist die Basis des Ausgangstransistors T5 mit
dem Kollektor des Grundschaltungstransistor T2 und die
Basis des Ausgangstransistors T6 mit dem Kollektor des
Grundschaltungstransistors T1 verbunden.
Die Eingangs- und Ausgangstransistoren sind so ausgebil
det, daß sie als Impedanzwandler arbeiten. Demzufolge
wird durch die Eingangstransistoren eine hohe Eingangsim
pedanz und durch die Ausgangstransistoren eine niedrige
Ausgangsimpedanz des Differenzverstärkers erzielt. Beim
Ausführungsbeispiel, einer monolithisch integrierten
Schaltung, sind die Eingangstransistoren T3, T4 so dimen
sioniert, daß deren Kollektor-Basis-Kapazitäten bei höhe
rer Frequenz die bereits geschilderte Verstärkungsüberhö
hung bewirken. Durch diese Verstärkungsüberhöhung wird
der bei einer Grundschaltung eines Differenzverstärkers
bei hohen Frequenzen einsetzende Verstärkungsabfall in
nerhalb eines begrenzten Bereiches kompensiert. Je größer
die Verstärkungserhöhung gewählt wird, umso weiter kann
die 3dB-Eckfrequenz des dargestellten Differenzverstär
kers zu hohen Frequenzen hin hinausgeschoben werden. All
gemein gilt aber auch hier, daß bei zu hohen Verstär
kungsüberhöhungen die Schwingneigung des Verstärkers zu
nimmt.
Wegen der geringen Anzahl von Bauelementen und des für
alle Transistoren gleich gewählten Polaritätstyps eignet
sich dieses Schaltungskonzept insbesondere für eine mono
lithisch integrierte Bipolarschaltung. Bei einem nach dem
vorliegenden Schaltungskonzept hergestellten integrierten
Differenzverstärker im sogenannten HS3-Prozeß von Signe
tics ist eine Eckfrequenz von 2,05 GHz gegenüber einer
Eckfrequenz von 1,05 GHz bei der bekannten Grundschal
tung, die nach dem gleichen Halbleiterherstellungsprozeß
hergestellt ist, erzielbar.
Claims (2)
1. Differenzverstärker mit einem ersten und einem zweiten
Transistor,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein dritter und ein vierter Transistor (T3, T4), deren
Basen mit dem ersten bzw. zweiten Eingang (Ue1, Ue2) des
Differenzverstärkers gekoppelt sind, mit ihren Emittern
jeweils an der Basis des ersten bzw. des zweiten Transistors
(T1, T2) angeschlossen sind und daß ein fünfter und
ein sechster Transistor (T5, T6) jeweils mit ihren mit dem
ersten bzw. zweiten Ausgang (Ua1, Ua2) des Differenzverstärkers
gekoppelten Emittern mit den Kollektoren des
dritten bzw. vierten Transistors (T3, T4) verbunden sind
und mit ihren Basen mit dem Kollektor des zweiten bzw.
ersten Transistors (T2, T1) verbunden sind.
2. Differenzverstärker nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Kollektor und Basis des dritten und vierten
Transistors (T3, T4) jeweils ein Kondensator angeschlos
sen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904001573 DE4001573A1 (de) | 1990-01-20 | 1990-01-20 | Differenzverstaerker |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904001573 DE4001573A1 (de) | 1990-01-20 | 1990-01-20 | Differenzverstaerker |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4001573A1 DE4001573A1 (de) | 1991-07-25 |
DE4001573C2 true DE4001573C2 (de) | 1993-08-05 |
Family
ID=6398440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904001573 Granted DE4001573A1 (de) | 1990-01-20 | 1990-01-20 | Differenzverstaerker |
Country Status (1)
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---|---|
DE (1) | DE4001573A1 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04369107A (ja) * | 1991-06-17 | 1992-12-21 | Pioneer Electron Corp | 差動増幅器 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4456887A (en) * | 1980-09-25 | 1984-06-26 | Pioneer Electronic Corporation | Differential amplifier |
US4885548A (en) * | 1987-07-24 | 1989-12-05 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Wideband amplifier |
-
1990
- 1990-01-20 DE DE19904001573 patent/DE4001573A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4001573A1 (de) | 1991-07-25 |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |